[发明专利]具有排油特征的无通道活塞

说明书

提供了一种用于内燃机的无通道钢制活塞。活塞包括暴露的顶部底面表面、带有环槽的环带、活塞销座、裙板和支柱。活塞进一步包括内部顶部底面区域和沿顶部底面表面延伸的外部凹穴。内部顶部底面区域由裙板、支柱和活塞销座围绕，并且每个外部凹穴由环带的一部分、活塞销座中的一个和支柱中的两个围绕。活塞包括多个油槽，这些油槽延伸穿过环槽中的一个(通常是第三环槽)的后壁，到内部顶部底面区域和/或外部凹穴，以允许冷却油的排出。每个油槽的直径通常为环槽的轴向宽度的30％至100％。

相关申请的交叉引用

该美国发明专利申请要求于2016年3月7日提交的美国临时专利申请no.62/304,501以及2017年3月2日提交的美国发明专利申请no.15/448,522的优先权，其全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃机的活塞，以及制造该活塞的方法。

背景技术

发动机制造商正面临着提高发动机效率和性能的不断增长的需求，包括但不限于，改善燃油经济性、减少油耗、改善燃油系统、增加压缩负荷和缸径内的运行温度、减少通过活塞的热量损失、改善零部件的润滑、减少发动机重量以及将发动机制造得更紧凑，同时降低制造相关成本。

虽然期望增加燃烧室内的压缩负荷和运行温度，但仍然需要将活塞的温度保持在可工作范围内。而且，实现压缩负荷和运行温度的增加带来折衷，因为这些期望的“增加”限定了活塞压缩高度可以减小的程度，并因此限定了整体活塞尺寸和质量可以减小的程度。这对于具有封闭或部分封闭的冷却通道的典型活塞结构来说，降低活塞的运行温度尤其麻烦。制造活塞的成本通常由于用于将上部和下部粘合在一起的连接工艺而增加，其中该活塞具有沿着粘合接头连接在一起以形成封闭或部分封闭的冷却通道的上部和下部。此外，由钢制造上述“冷却通道”活塞以使其能承受施加在活塞上的机械和热负荷的增加的需要，影响发动机重量可以降低的程度。

最近，已经开发出没有冷却通道的单件式钢制活塞，并且可以将其称为“无通道”活塞。这种活塞提供降低的重量、降低的制造成本和降低的压缩高度。无通道活塞由冷却油喷嘴喷雾冷却，仅为润滑轻微喷雾，或者不用任何油喷雾。由于没有冷却通道，这种活塞通常比具有常规冷却通道的活塞承受更高的温度。高温会导致钢制活塞的上燃烧表面氧化或过热，这然后会导致连续活塞龟裂和发动机故障。高温还会导致沿着活塞的顶部底面区域的油降解，例如在喷溅冷却或润滑油的燃烧碗下方。由于高温引起的另一个潜在问题是冷却油可以在冷却或润滑油与活塞顶部底面表面接触的区域中产生厚的碳层。该碳层会导致活塞过热而发生潜在龟裂和发动机故障。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于内燃机的活塞。该活塞包括上壁和环带，其中该上壁包括从活塞的下侧露出的顶部底面表面，该环带从该上壁悬垂并且围绕活塞的中心轴线周向延伸。环带包括围绕中心轴线周向延伸的多个环槽，并且每个环槽由上壁和下壁形成，其中上壁和下壁由后壁彼此间隔开。一对活塞销座从上壁悬垂，并且一对裙板从环带悬垂并由支柱连接到活塞销座。活塞进一步包括沿顶部底面表面延伸的内部顶部底面区域，内部顶部底面区域由裙板、支柱和活塞销座围绕。一对外部凹穴沿着顶部底面表面延伸，并且每个外部凹穴由环带的一部分、一个活塞销座以及将该一个活塞销座连接到裙板的支柱围绕。至少一个环槽包括至少一个油槽，该油槽延伸穿过后壁到内部顶部底面区域和/或活塞的至少一个外部凹穴。