[发明专利]使用冷却介质减少热损失的活塞

说明书

提供了一种钢制活塞，其在内燃机中实现提高的热制动效率。该活塞包括呈现燃烧表面的活塞顶，从燃烧表面悬垂的外侧壁，外冷却通道，以及活塞顶内冷却通道。外冷却通道在燃烧表面下方沿着外侧壁周向地延伸。根据一个实施例，外冷却通道被密封，并且填充有空气、氩气、氦气、氙气或二氧化碳作为冷却介质。在该实施例中，活塞顶内冷却通道中填充有空气作为冷却介质，并且包括开放的入口孔，该入口孔的直径为活塞外径的2％至4％。或者，活塞顶内冷却通道中填充有空气、氩气、氦气、氙气或二氧化碳作为冷却介质，并且入口孔是密封的。

相关申请的交叉引用

本美国实用专利申请要求2015年11月18日提交的美国临时专利申请No.62/256,986和2016年1月20日提交的美国临时专利申请No.62/280,971以及2016年11月15日提交的美国实用专利申请No.15/352,418的权益，这些专利申请的全部内容通过引用结合于本文中。

发明背景

1.技术领域

本发明一般涉及用于内燃机的活塞，以及制造活塞的方法，

2.相关技术

在内燃机中使用的活塞，例如重型柴油机活塞，在运行过程中会暴露在极高的温度下，特别是沿着活塞顶(crown)。因此，为了调节温度，一些活塞设计成在活塞顶下方具有开放的冷却通道(cooling gallery)，并且当活塞沿着发动机的缸膛往复运动时，冷却油被喷射到冷却通道中。油沿着活塞顶的内表面流动，并从活塞顶上消散热量。但是，为了在运行期间控制活塞温度，必须始终保持高流量的油。此外，由于内燃机的高温，油会随着时间的推移而劣化，必须定期更换油以维持发动机寿命。此外，当冷却通道温度超过350℃时，油倾向于以更高的速率燃烧，称为油焦化，并粘附在冷却通道的表面上。

另一选择是设计带有密封冷却通道的活塞，该冷却通道包含冷却油或另一种冷却剂来控制活塞温度，美国专利No.9,127,619公开了活塞的一个例子，包括部分填充有含高导热金属颗粒的液体的密封冷却通道，当活塞在内燃机中往复运动时，液体携带金属颗粒通过整个冷却通道中，并且金属颗粒将热量从活塞顶移走。金属颗粒可重新分布热流，从而减少沿着活塞顶的碳沉积、焦化和油劣化。

还希望减少从燃烧室到活塞顶的热损失，以便在燃烧室中保持高温并实现更高的发动机制动热效率。因此，可以将热障涂层施加于活塞顶以用于额外的隔热。然而，发动机制造商不断努力开发新的和改进的方法来更好地保持燃烧室中的热量，降低活塞的操作温度，并因此进一步改善发动机制动热效率。

发明内容

本发明的一个方面包括用于内燃机的活塞，其为发动机提供了改进的制动热效率(BTE)。活塞包括由金属材料形成的主体。主体包括呈现燃烧表面的活塞顶。活塞顶包括从燃烧表面悬垂的外侧壁，并且外侧壁呈现主体的外径。活塞顶还包括外冷却通道和活塞顶内(undercrown)冷却通道。外冷却通道沿着外侧壁在燃烧表面下方周向地延伸，外冷却通道被密封并包含第一冷却介质。活塞顶内冷却通道在第一活塞顶内表面下方被外冷却通道围绕，并且活塞顶内冷却通道包含第二冷却介质。活塞顶包括沿着活塞顶内冷却通道延伸的下壁，并且下壁包括通到活塞顶内冷却通道的入口孔。

本发明的另一方面提供了一种制造用于内燃机的活塞的方法。该方法包括提供由金属材料形成的主体，该主体包括呈现燃烧表面的活塞顶，活塞顶包括从燃烧表面悬垂的外侧壁，外侧壁呈现主体的外径，活塞顶包括密封式外冷却通道和活塞顶内冷却通道，外冷却通道沿着外侧壁在燃烧表面下方周向地延伸，活塞顶内冷却通道在第一活塞顶内表面下方被外冷却通道围绕，活塞顶包括沿着活塞顶内冷却通道延伸的下壁，并且下壁包括通到活塞顶内冷却通道的入口孔。该方法还包括在外冷却通道中提供第一冷却介质，和在活塞顶内冷却通道中提供第二冷却介质。

附图的简要说明

本发明的其它优点将是容易理解的，因为当结合附图考虑参考以下详细描述时，可以更好地理解本发明的优点，在附图中：