專利名稱：加強(qiáng)的雙油腔活塞及其構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，更具體地涉及一種具有油冷卻油腔的活塞。
背景技術(shù)：
具有兩個大體封閉的油冷卻油腔的活塞構(gòu)造 是已知的。該活塞具有一個環(huán)形的、徑向的外油腔和一個形成在上、下冠部之間的敞開的中心油腔。該外油腔和中心油腔可彼此獨(dú)立或者通過油道彼此流體連通。此外，提供從該一個或兩個油腔延伸到活塞銷的銷潤滑通道為人們熟知。該潤滑通道可延伸進(jìn)入一個銷轂的一活塞銷孔內(nèi)和/或橫向彼此隔開的銷孔之間。該外油腔特別有利于冷卻活塞的環(huán)帶區(qū)域，而中心油腔特別有利于冷卻中心冠部區(qū)域，該中心冠部區(qū)域部分由上燃燒壁形成，該燃燒壁直接暴露于熱燃燒氣體中。燃燒室除了暴露于極端的熱中，還暴露于極端的燃燒力中。因此，該燃燒室壁需要承受極端的燃燒力。由于中心腔在燃燒室壁的下方敞開，在中心油腔的正上方具有不受支撐的燃燒室壁的中心區(qū)域。因此，該中心區(qū)域從徑向的外環(huán)形壁獲得結(jié)構(gòu)支撐，該外環(huán)形壁形成于外油腔和中心油腔之間。因此，該燃燒室的中心區(qū)域和環(huán)形壁均需要構(gòu)造成具有適宜的厚度，并配置為能夠抵抗在使用中形成的燃燒力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種構(gòu)造活塞的方法。該方法包括提供具有一中心軸的一活塞本體，該活塞本體在缸膛內(nèi)沿著該中心軸往復(fù)運(yùn)動。該活塞本體具有一上冠部，該上冠部具有一上燃燒壁和一環(huán)形上肋，缸膛內(nèi)的燃燒力直接作用于該上燃燒壁上，而該環(huán)形上肋從該上燃燒壁懸垂至一自由端。該活塞本體進(jìn)一步包括一下冠部，該下冠部具有一延伸至自由端的環(huán)形下肋，該自由端與該上肋配合。該下冠進(jìn)一步包括一內(nèi)油腔面和一對銷轂，該內(nèi)油腔面從該下肋徑向向內(nèi)，該對銷轂大體從該內(nèi)油腔面懸垂，在銷轂之間形成一間隙用于容置連接桿小的一端。此外，該上冠部和/或下冠部中的至少一個具有中心支撐柱，該中心支撐柱沿著該中心軸延伸至一自由端。該方法進(jìn)一步包括在該中心支撐柱的該自由端和相應(yīng)表面之間開始摩擦焊縫，該相應(yīng)表面與該中心支撐柱的該自由端相對。接下來，在中心支撐柱的自由端處開始摩擦焊縫之后，在上肋自由端和下肋自由端之間形成一摩擦焊縫。進(jìn)一步地，在該中心支撐柱的自由端和相應(yīng)表面之間完成該摩擦焊縫，該相應(yīng)表面與該中心支撐柱的自由端相對。


結(jié)合下列當(dāng)前優(yōu)選實施例和最佳實施方式的具體描述以及附圖進(jìn)行考慮，本發(fā)明的上述及其他方面、特征和優(yōu)點將會更加容易理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個當(dāng)前優(yōu)選方面構(gòu)造的活塞的剖視圖；圖IA是圖I中所示的活塞在其上、下冠部之間形成任何摩擦焊縫之前的視圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一方面構(gòu)造的活塞的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一方面構(gòu)造的活塞的剖視圖3A是圖3中所示的活塞在其上、下冠部之間形成任何摩擦焊縫之前的視圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一方面構(gòu)造的活塞的剖視圖。
具體實施例方式更具體地參考附圖，圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一個當(dāng)前優(yōu)選方面構(gòu)造的活塞10。該活塞10具有沿著中心軸14延伸的活塞本體12，該活塞本體例如優(yōu)選可由鋼制成，盡管其他材料也預(yù)期在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，該活塞本體在缸膛(未示出)內(nèi)沿著該中心軸14往復(fù)運(yùn)動。該活塞本體12包括一上冠部16,該上冠部具有一上燃燒壁18,在此作為示例而非限制地示出為提供一凹入的燃燒室20，缸膛內(nèi)的燃燒力直接作用于該上燃燒壁18上。該上冠部16具有至少一個，在此示出為一對環(huán)形上肋，下文中被稱為上內(nèi)肋22和上外肋24，該上肋22，24從上燃燒壁18懸垂至各自的自由端26，28。該活塞本體12進(jìn)一步包括一下冠部30，該下冠部具有至少一個，在此示出為一對環(huán)形下肋，下文中被稱為下內(nèi)肋32和下外肋34，該下肋32，34延伸至各自的自由端36，38，該自由端36，38與自由端26，28對準(zhǔn)以配合連接。下冠部30進(jìn)一步包括一內(nèi)油腔面40以及一對銷轂42，44，該內(nèi)油腔面從下內(nèi)肋32徑向向內(nèi)設(shè)置，該對銷轂大致從該內(nèi)油腔面40懸垂，在銷轂42，44之間形成一間隙46用于容置連接桿(未示出)小的一端。此外，該上冠部16和/或下冠部30，均在此示出為，具有各自的中心支撐柱48，50，該中心支撐柱48，50沿著該中心軸14延伸至各自的自由端52，54。根據(jù)構(gòu)造活塞10的方法，開始步驟包括在上、下中心支撐柱48，50的自由端52，54之間開始一摩擦焊縫56。隨后，在開始摩擦焊縫56之后，后續(xù)步驟包括在各自的上、下內(nèi)肋的自由端26，36和上、下外肋的自由端28，38之間形成摩擦焊縫58，60，然后在該中心支撐柱的自由端52，54之間完成該摩擦焊縫56。該上冠部16可被構(gòu)造為具有油流通道以便于冷卻活塞，在此示出為具有一對貫穿上內(nèi)肋22延伸的油流通道62。該油流通道62形成為具有從中心軸14徑向向外延伸的輕微上升的形態(tài)。該油流通道62的位置、幾何形狀和角度可隨著油腔的尺寸和油的有效性/體積而改變。該上冠部16形成為具有一環(huán)形外油腔凹槽64，該環(huán)形外油腔凹槽64從內(nèi)、外肋的自由端26，28向上延伸進(jìn)入上環(huán)帶區(qū)域66并且緊鄰著上燃燒壁18。該上冠部16還具有一環(huán)形油腔凹槽68，該環(huán)形油腔凹槽68從內(nèi)自由端26和中心支撐柱的自由端52向上延伸并且直接位于燃燒室20的正下方。如圖IA中所示，在將上冠部16固定于下冠部30之前，上中心支撐柱的自由端52被提供為具有一末端69，例如錐形的，球形的，圓錐形的或角錐形的，通過示例而非限制，該下中心支撐柱的自由端54被提供為具有一末端81，例如錐形的，球形的，圓錐形的或角錐形的，通過示例而非限制。該下冠部30可被構(gòu)造為具有油流通道以便于冷卻活塞，在此示出為具有T形的中心油流通道70，該中心油流通道70部分地沿著該中心軸14延伸，從而部分地穿過中心支撐柱50。該油流通道70還具有一交叉開口 71，該交叉開口 71沿著大致垂直于該中心軸14并貫穿中心支撐柱50延伸。該油流通道70便于活塞銷(未示出)的潤滑，該活塞銷通過銷孔72容置于銷轂42，44內(nèi)。該下冠部30形成為具有一環(huán)形外油腔凹槽74，該環(huán)形外油腔凹槽74從內(nèi)、外肋的自由端36，38向下延伸進(jìn)入下環(huán)帶區(qū)域76。該下冠部30還形成為具有一環(huán)形內(nèi)油腔凹槽78，該環(huán)形外油腔凹槽74從內(nèi)自由端36和該中心支撐柱的自由端54向下延伸。此外，例如美國專利No. 6，477，941公開的一種油流通道80，其通過引用全部整合于此，該油流通道80形成為沿著銷孔72中的一個向上延伸進(jìn)入外油腔凹槽74的底部。因此，油從銷孔72被向上泵入外油腔凹槽74 (該油可通過油冷卻噴嘴泵出，未示出)，圍繞外油腔凹槽64，74流通(該外油腔凹槽64，74結(jié)合形成一整個外油腔)，穿過油流通道62被引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)油腔凹槽68，78，穿過該內(nèi)油腔凹槽68，78流通(該內(nèi)油腔凹槽68，78結(jié)合形成一整個內(nèi)油腔)，并且被引導(dǎo)穿過交叉開口 71和油流通道70，該油流通道70同中心地位于活塞銷上方，以便于潤滑活塞銷和相關(guān)的連接桿的小的一端。如上所述，該構(gòu)造方法涉及兩步工藝，包括第一步在軸向?qū)?zhǔn)的中心支撐柱48，50之間開始摩擦焊縫56 ;第二步包括在內(nèi)肋自由端26，36和外肋自由端28，38之間開始 摩擦焊縫58，60。當(dāng)在上、下中心支撐柱48，50的末端69，81之間開始摩擦焊縫時，該上、下冠部16，30以第一、高的轉(zhuǎn)動速率彼此相對旋轉(zhuǎn)。如圖IA中所示，當(dāng)末端69，81彼此開始接觸時，該內(nèi)肋自由端26，36和外肋自由端28，38保持彼此軸向上距離Y的間隔，因此，此區(qū)域的摩擦焊接并不啟動。這使得該中心支撐柱48，50先于內(nèi)肋的自由端26，36和外肋的自由端28，38開始熔化。這對在中心支撐柱48，50處建立好的摩擦焊接是必要的，其原因在于在內(nèi)中心區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速率的區(qū)別，與徑向向外區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速率相比，該內(nèi)中心區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速率相對較慢。在該中心支撐柱48，50之間已經(jīng)啟動建立摩擦焊接時，該末端69，81的高度消失，例如減小了距離X，其中X大致與距離Y相等，從而消除在該內(nèi)肋自由端26，36和外肋自由端28，38之間的間隔，從而使得內(nèi)肋自由端26，36和外肋自由端28，38彼此摩擦接觸。從而啟動在內(nèi)肋自由端26，36和外肋自由端28，38之間開始摩擦焊縫58，60的第二步，然后完成該焊縫56，58，60。在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面構(gòu)造的活塞110，其中與上述所使用的附圖標(biāo)記相差因子100的相同的附圖標(biāo)記用于指示相似的特征。該活塞110具有一上冠部116，該上冠部116使用如上所述的相似的兩步焊接工藝摩擦焊接到一下冠部130，其中該摩擦焊接工藝開始于一對軸向?qū)?zhǔn)的中心支撐柱148，150之間，然后，上、下外肋124，134的自由端128，138被摩擦焊接在一起。但是，不同于在先的實施例，該活塞110的一對上、下內(nèi)肋122、132并不焊接在一起，而是在上、下內(nèi)肋122、132之間保持一個間隔，以提供在外冷卻油腔91和中心冷卻油腔93之間延伸的環(huán)形油間隙90。因此，在外冷卻油腔91內(nèi)的油具有易得到的，連續(xù)的環(huán)形通道，油通過該通道流入中心冷卻油腔93，從而便于活塞本體112的均勻冷卻，同時避免積油成池，從而避免在各個冷卻油腔中的積油的過熱。應(yīng)該認(rèn)識到，環(huán)形油間隙90的厚度可被提供為根據(jù)需要沿著軸向具有一定范圍的厚度。例如，如果環(huán)形油間隙90理想地為相對較窄，在上、下外肋124，134之間的軸向間隙將小于環(huán)形油間隙90理想地相對較寬時的該軸向間隙，反之亦然。此外，可穿過該內(nèi)油腔面140在該活塞銷(未示出)的中心部位上方形成一對油流通道92，94，而非穿過下中心支撐柱150提供油流通道。在圖3中，示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面構(gòu)造的活塞210，其中與上述所使用的附圖標(biāo)記相差因子200的相同的附圖標(biāo)記用于指示相似的特征。該活塞210具有一上冠部216，該上冠部216使用如上所述的相似的兩步焊接工藝摩擦焊接到一下冠部230，其中該摩擦焊接工藝首先沿著軸向?qū)?zhǔn)的中心支撐柱開始，但是，并非如先前的活塞10，110 —樣將一對軸向?qū)?zhǔn)的中心支撐柱合并在一起，該活塞210具有單一的中心支撐柱250，該中心支撐柱250與下冠部230整體構(gòu)造為一體材料，其中，該中心支撐柱250被直接摩擦焊接到上燃燒壁218的下側(cè)96。如圖3A中所示，該中心支撐柱250具有一自由端以便于開始焊接步驟，如上所述，該自由端示出為一自由端，或一錐形自由端254。同樣，在導(dǎo)致上、下內(nèi)肋222，232的自由端226，236之間與上、下外肋224，234的自由端228，238之間摩擦配合之前，該錐形自由端254被提供為具有足夠與該上燃燒壁218的下側(cè)96配合的長度。因此，由于和上面所述相同的原因，在上、下內(nèi)肋222，232和上、下外肋224，234之間開始各自的摩擦焊縫258，260之前，在該中心支撐柱250和該燃燒壁218的下側(cè)之間開始摩擦焊縫256。當(dāng)然，在以提高的第一旋轉(zhuǎn)速率在該中心支撐柱250和該燃燒壁218之間開始該焊縫256之后，該第二步包括以減小的第二旋轉(zhuǎn)速率在上、下內(nèi)肋222，232和上、下外肋224，234之間開始摩擦焊縫258，260，如上所述。另外，該活塞210具有一個油流通道280和一對油流通道292，294，該油流通道280從一銷孔延伸至一環(huán)形外油腔291，該對油流通道292，294延伸穿過一內(nèi)油腔面240進(jìn)入一環(huán)形中心油腔293。在圖4中，示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面構(gòu)造的活塞310，其中與上述所使用的附圖標(biāo)記相差因子300的相同的附圖標(biāo)記用于指示相似的特征。該活塞310具有一上冠部316，該上冠部316使用如上所述的相似的兩步焊接工藝摩擦焊接到一下冠部330，其中該摩擦焊接工藝首先沿著軸向?qū)?zhǔn)的中心支撐柱350開始，其中該整個中心支撐柱350與上冠部316構(gòu)造為一體材料。該中心支撐柱350被直接摩擦焊接到下冠部330的內(nèi)油腔面340。正如圖3A所示出的實施例一樣，在焊接之前，在導(dǎo)致上、下內(nèi)肋322，332的自由端326，336之間與上、下外肋324，334的自由端328，338之間的摩擦配合之前，該中心支撐柱350具有足夠與該下冠部330的內(nèi)油腔面340配合的長度。因此，由于和上面所述相同的原因，在上、下內(nèi)肋322，332和上、下外肋324，334之間開始各自的摩擦焊縫358，360之前，在該中心支撐柱350的自由端和該下冠部330的內(nèi)油腔面340之間開始摩擦焊縫356。當(dāng)然，在以提高的第一旋轉(zhuǎn)速率在該中心支撐柱350和該內(nèi)油腔面340之間開始該焊縫356之后，該第二步包括以減小的第二旋轉(zhuǎn)速率在上、下內(nèi)肋322，332和上、下外肋324，334之間開始摩擦焊縫358，360，如上所述。另外，該活塞310具有一個油流通道380和一對油流通道392，394，該油流通道380從一銷孔延伸至一環(huán)形外油腔391，該對油流通道392，394延伸穿過從該中心柱350徑向向外的該內(nèi)油腔面340進(jìn)入一環(huán)形中心油腔393。顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，本發(fā)明的各種修改和變化都是可能的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明也可通過除了具體描述以外的方式實現(xiàn)。權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造活塞的方法，其特征在于，該方法包括 提供具有一中心軸的一活塞本體，所述活塞本體在缸膛內(nèi)沿著所述中心軸往復(fù)運(yùn)動，所述活塞本體具有一上冠部，所述上冠部具有一上燃燒壁和一環(huán)形上肋，所述缸膛內(nèi)的燃燒力直接作用于所述上燃燒壁上，所述環(huán)形上肋從所述上燃燒壁懸垂至一自由端，所述活塞本體進(jìn)一步包括具有一環(huán)形下肋的下冠部，所述環(huán)形下肋延伸至一與所述上肋配合的自由端，所述下冠進(jìn)一步包括一內(nèi)油腔面和一對銷轂，所述內(nèi)油腔面設(shè)置為從所述下肋徑向向內(nèi)，所述一對銷轂大體從所述內(nèi)油腔面懸垂，在所述銷轂之間形成有一間隙用于容置連接桿小的一端，所述上冠部和/或所述下冠部中的至少一個具有一中心支撐柱，所述中心支撐柱沿著所述中心軸延伸至一自由端； 在所述中心支撐柱的所述自由端和一相應(yīng)表面之間開始摩擦焊縫，所述相應(yīng)表面與所述中心支撐柱的所述自由端相對；以及 在所述中心支撐柱的自由端處開始摩擦焊縫之后，在所述上肋的自由端和所述下肋的自由端之間形成摩擦焊縫，以及在所述中心支撐柱的自由端和與所述中心支撐柱的自由端相對的所述相應(yīng)表面之間完成所述摩擦焊縫。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在開始摩擦焊縫步驟時，使所述上冠部和所述下冠部以第一旋轉(zhuǎn)速率彼此相對旋轉(zhuǎn)，在形成摩擦焊縫步驟時，使所述上冠部與所述下冠部以第二旋轉(zhuǎn)速率彼此相對旋轉(zhuǎn)，所述第二旋轉(zhuǎn)速率比所述第一旋轉(zhuǎn)速率低。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在開始摩擦焊縫步驟之前，提供具有一圓錐形自由端的中心支撐柱。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供具有一中心支撐柱的所述上冠部和所述下冠部，所述中心支撐柱沿著所述中心軸彼此同軸設(shè)置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在開始摩擦焊縫步驟之前，提供均具有一圓錐形自由端的中心支撐柱。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供作為所述上燃燒壁的底部表面的所述相對的相應(yīng)表面。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供與所述下冠部為一體材料的整個中心支撐柱。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括形成一穿過所述中心支撐柱的油流通道。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 提供具有一對環(huán)形上肋的上冠部和具有一對環(huán)形下肋的下冠部，所述一對環(huán)形上肋從所述上燃燒壁懸垂，所述一對環(huán)形上肋中的一個是延伸至一自由端的上內(nèi)肋，所述一對環(huán)形上肋中的另一個是延伸至一自由端的上外肋，所述一對環(huán)形下肋中的一個是限定一內(nèi)油腔面并延伸至一自由端的下內(nèi)肋，所述一對環(huán)形下肋中的另一個是延伸至一自由端的下外肋，所述外肋與所述內(nèi)肋徑向向外隔開；以及 在所述中心支撐柱的自由端處開始摩擦焊縫之后，在所述上、下外自由端之間形成一摩擦焊縫。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述中心支撐柱的自由端處開始摩擦焊縫之后，在所述上、下內(nèi)自由端之間形成一摩擦焊縫。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述上、下冠部的內(nèi)肋和外肋之間形成一環(huán)形外冷卻油腔，并在所述上、下冠部的內(nèi)肋和所述中心支撐柱之間形成環(huán)形中心冷卻油腔，并在所述外冷卻油腔和所述中心冷卻油腔之間形成一油流通道。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括形成一穿過所述內(nèi)油腔面進(jìn)入所述中心冷卻油腔的油流通道。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括形成一穿過所述中心支撐柱進(jìn)入所述中心冷卻油腔的油流通道。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述上、下冠部的內(nèi)肋和外肋之間形成一環(huán)形外冷卻油腔，并在所述上、下冠部的內(nèi)肋和所述中心支撐柱之間形成環(huán)形中心冷卻油腔，在所述上、下外自由端之間形成摩擦焊縫之后，保持所述上、下冠部的內(nèi)肋在軸向上彼此間隔，以提供在所述外冷卻油腔和中心冷卻油腔之間延伸的環(huán)形油間隙。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供作為所述下冠部的內(nèi)油腔面的相對的相應(yīng)表面。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提供與所述上冠部為一體材料的整個中心支撐柱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種摩擦焊接活塞的方法，該方法包括通過摩擦焊接將上冠部焊接到下冠部形成活塞本體。上冠部或下冠部中的至少一個具有沿一中心軸延伸的中心支撐柱。該上、下冠部具有從中心支撐柱徑向向外的環(huán)形肋，所述肋彼此對準(zhǔn)。該方法包括在中心支撐柱的自由端和一相應(yīng)表面之間開始摩擦焊縫，所述相應(yīng)表面與中心支撐柱的自由端相對。接下來，在中心支撐柱和相對的表面之間開始焊縫之后，該方法還包括在相互對準(zhǔn)的肋的自由端之間開始摩擦焊縫。接下來，完成摩擦焊縫。
文檔編號F02F3/00GK102639850SQ201080054738
公開日2012年8月15日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者卡爾穆·里貝羅 申請人:費(fèi)德羅-莫格爾公司