[发明专利]减小压缩高度的双通道活塞、其活塞组件及其构建方法

说明书

本申请提供了一种活塞组件、用于其的活塞及构建方法。该组件包含活塞头和连杆，连杆通过活塞销可操作地与活塞头耦接。活塞头包括具有燃烧碗和顶内表面的上冠部。下冠部包括轴向对准以接纳活塞销的销孔。下冠部的上壁具有进油口、出油口和支承在活塞销上的凹形鞍状支承面。在上冠部和下冠部的壁部之间形成环形外冷却通道，其中该外冷却通道围绕内冷却通道。连杆被固定至活塞销以用于联合摆动。连杆具有与活塞销中的通孔流体连通的油道，以允许油经由进油口流过油道而进入内冷却通道。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2014年12月30日提交的、序列号为62/098,181的美国临时专利申请和2015年12月28日提交的、序列号为14/981,319的美国发明专利申请的优先权，所述专利申请通过引用而整体并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明主要涉及内燃发动机，尤其涉及活塞及其构建方法。

2.相关技术

发动机制造商正面临越来越多的提高发动机效率和性能的要求，其中包括但不限于：提高燃油经济性，提高燃油燃烧，减小油耗，提高排气温度用于车内热量的后续使用，增加气缸孔内的压缩荷载和温度，减轻重量以及使发动机变得更加紧凑。为了实现这些目标，需要减小活塞的尺寸和压缩高度，然而，燃烧室内提升的温度和压缩荷载需要坚固的活塞以维持在可工作的温度和加载限度内。因此，虽然希望提高燃烧室内的温度和压缩荷载，但有一种折衷在于，这些增加限制了压缩高度、进而发动机的整体尺寸可以被减小的程度。此外，由于作用于活塞上的温度和载荷的提升的需求要求活塞保持坚固并由钢材质来制造，所以发动机的重量可以被减轻的程度受到了限制。

根据本发明所构建的活塞能够经受上述现代的性能要求，同时还具有减小的压缩高度和减轻的重量，对于本领域的技术人员而言，当阅读公开内容并查看附图时，这将是显而易见。

发明内容

根据本发明的一个方面的活塞由钢构造而成，从而为活塞提供了增强的强度和耐久性，以承受诸如那些在现代高性能发动机中所见的气缸孔内增加的压缩荷载。为了进一步提高活塞的强度和刚性，环形外冷却通道可包括多个沿着顶内表面延伸的周向隔开的肋，这些肋在外冷却通道的外环形带区域和内壁之间径向延伸。此外，为了增强对活塞的冷却，除了外冷却通道外，活塞还进一步包括封闭的或大体上封闭的中央内冷却通道，从而允许活塞承受在现代的高性能发动机中遇到的高温。此外，由于活塞的新颖构造，活塞的压缩高度(CH)和重量能够被最小化，从而允许其中部署有活塞的发动机被制造得更加紧凑和重量轻。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于内燃发动机的活塞组件。该活塞组件包括了活塞头和连杆，所述连杆可操作地通过活塞销与活塞头耦接。活塞头具有上冠部和下冠部，其中上冠部形成具有悬垂于其中的燃烧碗的上燃烧表面，并具有与所述燃烧碗相对的顶内表面。上冠部还包括至少部分地形成环形带区域的周向连续的上外壁部分，以及从顶内表面悬垂的周向连续的上内壁部分，其中上内壁部分径向向内与所述上外壁部分以大体上同心的关系隔开。下冠部从上冠部悬垂以形成一对横向隔开的销座，所述销座具有被构造成用于接纳活塞销的轴向对准的销孔。一对径向相对的裙部在活塞销座之间延伸，并且下冠部的上壁具有形成在其中的凹形鞍状支承面，该支承面在活塞销座之间延伸以与销孔结合来提供支承活塞销的整体长度的连续的支承表面。上壁具有至少一个进油口和至少一个出油口以便于冷却活塞组件。下冠部具有周向连续的下外壁部分和周向连续的下内壁部分，两者都从下冠部的上壁向上延伸，其中环形上外壁部分与环形下外壁部分被彼此固定，并且环形上内壁部分与环形下内壁部分被彼此固定，从而形成围绕内冷却通道的环形外冷却通道。连杆有一端固定到活塞销，用以与其联合摆动。活塞销具有大体横向于其长度方向延伸的通孔，并且连杆具有油道，该油道与通孔对准用于流体连通，从而允许油流经连杆、流经活塞销以及流经进油口进入内冷却通道，于是油可以自由地通过至少一个出油口从内冷却通道向外流动。