[发明专利]带有填充室的钢活塞

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2014年4月30日提交的、序列号为61/986,310的美国临时专利申请和2015年4月30日提交的、序列号为14/700,654的美国实用专利申请的权益，这些专利申请通过引用而整体结合到本文中。

发明背景

技术领域

本发明主要涉及用于内燃机的活塞，以及制造所述活塞的方法。

相关技术

在内燃机中使用的活塞，诸如重型柴油机活塞，在运行期间暴露在极高的温度下，特别是沿活塞的上冠状部分。因此，为了缓和温度，活塞典型地被设计成在上冠状部分下方带有冷却室，并且在活塞沿引擎的缸膛来回运动时将冷却油喷射到冷却室中。油沿上冠状部分的内表面流动，把热量从上冠状部分带走。然而，为了控制活塞在运行期间的温度，必须不断地保持油高度流动。另外，由于内燃机的高温，油会随时间流逝而降低性能，因此必须周期性地更换油，以维持引擎寿命。而且，当冷却室温度超过350℃时，油易于燃烧，被称为油焦化，并且附着在冷却室的表面。

发明内容

本发明的一个方面包括用于内燃机的活塞。活塞包括由钢材料形成的主体，其中主体包括冠状部和沿冠状部的至少一部分延伸的冷却室。导热率大于钢材料的固态冷却剂填充了冷却室的至少15％的体积(vol.％，体积百分比)。固态冷却剂提供沿冠状部的卓越冷却，因此减小沿冠状部的腐蚀与磨损。另外，当使用固态冷却剂时，典型地不需要传统的冷却室油冷却，因此可以避免油焦化问题。然而，即使使用油冷却，固态冷却剂可以起到温度缓冲器的作用，以分散热量和降低引入油的区域的温度，因此这个区域保持为低于焦化温度。

本发明的另一方面包括制造活塞的方法。所述方法包括提供由钢材料形成的主体，以及用固态冷却剂填充冷却室的至少15％的体积(vol.％)。

附图说明

因为当结合附图考虑时，参照以下的详细说明可以更好地理解本发明的其它优点，所以将很容易地看到这些优点。在附图中：

图1是按照一个示例性实施例的活塞的侧视截面图，其中活塞冷却室的100％的体积(vol.％)填充有固态冷却剂；

图2是按照第二示例性实施例的活塞的侧视截面图，其中活塞冷却室的小于50％的体积(vol.％)填充有固态冷却剂；

图3是按照第三示例性实施例的活塞的侧视截面图，其中活塞冷却室的、大于50％的体积(vol.％)填充有固态冷却剂；

图4是按照第四示例性实施例的活塞的侧视截面图，其中活塞冷却室的、大于50％的体积(vol.％)填充有固态冷却剂；

图5A是按照第五示例性实施例的活塞的侧视截面图，其中活塞冷却室的、约50％的体积(vol.％)填充有固态冷却剂；

图5B是按照第五示例性实施例的活塞的另一个侧视截面图；以及

图5C是按照第五示例性实施例的活塞的仰视图。

具体实施方式

参照附图，其中在几个图上相同的数字表示对应的部件，按照本发明的示例性实施例的、在用于内燃机中时提供超凡性能的活塞20大致显示在图1-5中。活塞20包括由钢材料形成的主体22。主体22包括冠状部24和沿冠状部24的至少一部分延伸的冷却室26。固态冷却剂28填充了冷却室26的至少15％的体积(vol.％)。冷却剂28的导热率大于主体22的钢材料的导热率。冷却剂28也是固体的，典型地是金属材料，诸如基于铝的材料。用固态冷却剂28填充冷却室26的至少15％体积(vol.％)提供沿冠状部24的超凡冷却，并减小沿冠状部24的腐蚀与磨损。典型地，当使用固态冷却剂时，不再需要传统的冷却室油冷却，因此避免了油焦化问题。