活塞組合件的制作方法

專利名稱：活塞組合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示了一種示范性活塞組合件以及其制造方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機的動力缸組合件一般包括安置于發(fā)動機機體的圓柱形空腔內(nèi)的往復(fù)式活塞。圓柱形空腔的一端可以是封閉的，而圓柱形空腔的另一端可以是打開的。圓柱形空腔的封閉端以及活塞的上部部分或頂限定了燃燒室。圓柱形空腔的打開端準許連接桿進行振 蕩運動，所述連接桿將活塞的下部部分連結(jié)到曲柄軸，所述曲柄軸部分地浸在油池中。曲柄軸將活塞的線性運動(由燃燒室中燃料的燃燒產(chǎn)生)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。摩擦損失降低了動力缸的總體效率。例如，活塞與圓柱形空腔之間的摩擦減少了從吸入氣體的燃燒轉(zhuǎn)移給動力缸的輸出軸的動力的量。因此，必須使摩擦降至最少以便使總體發(fā)動機效率增至最大，例如通過使活塞的重量降至最低、增加汽缸孔四周的潤滑，和/或增加燃燒溫度和壓力。另外，制造商一直在設(shè)法增加生產(chǎn)靈活性以及降低制造成本。因此，由于與發(fā)動機操作相關(guān)聯(lián)的這些重量減少、壓力和溫度增加，以及為了簡化活塞組合件以提高制造效率所做的努力，發(fā)動機，并且尤其是活塞，所受應(yīng)力增加。因此，活塞冷卻越來越重要，以便耐受在發(fā)動機的使用期限內(nèi)此類操作條件下增加的應(yīng)力。為了降低活塞組件的操作溫度，可以環(huán)繞活塞的周邊來設(shè)置冷卻油道?？梢詫⑶溆鸵氲嚼鋮s油道中，并且所述曲柄箱油可以通過活塞的往復(fù)運動而環(huán)繞冷卻油道分布，由此降低活塞的操作溫度。然而，設(shè)置了冷卻油道也可能增加制造復(fù)雜性。因此，需要一種活塞，所述活塞將制造復(fù)雜性降至最低，同時減少與活塞在發(fā)動機孔內(nèi)的運動相關(guān)聯(lián)的摩擦損失并且還允許適當?shù)睦鋮s(例如，通過設(shè)置冷卻油道)。

發(fā)明內(nèi)容
I. 一種活塞組合件，包括活塞頂，所述活塞頂包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分，所述頂包括徑向內(nèi)和外頂配合表面；以及活塞裙，所述活塞裙收納在所述頂?shù)闹醒腴_口中，使得所述頂和裙協(xié)作以形成上部燃燒碗表面，所述裙包括沿著徑向內(nèi)界面區(qū)與所述徑向內(nèi)頂配合表面抵靠的徑向內(nèi)裙配合表面，所述裙包括沿著徑向外界面區(qū)與所述徑向外頂配合表面抵靠的徑向外裙配合表面，使得所述冷卻油道實質(zhì)上被封閉了。2.根據(jù)I所述的活塞組合件，其中所述內(nèi)和外頂配合表面和所述內(nèi)和外裙配合表面中的每個表面都環(huán)繞所述頂和裙的實質(zhì)上整個圓周來延伸。
3.根據(jù)I所述的活塞組合件，其中所述頂包括鄰近所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面繞著所述中央開口延伸的緊固凸緣，其中所述緊固凸緣的縱向高度小于所述緊固凸緣的徑向范圍，所述緊固凸緣的所述徑向范圍接觸所述裙。4.根據(jù)I所述的活塞組合件，其中所述頂和裙是通過所述徑向內(nèi)界面區(qū)而固定地緊固到一起，所述徑向內(nèi)界面區(qū)包括了所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面。5.根據(jù)4所述的活塞組合件，其中所述頂和裙是沿著所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面而焊接到一起。6.根據(jù)4所述的活塞組合件，其中所述頂和裙是沿著所述頂和裙的所述徑向外配合表面而固定地緊固到一起。7.根據(jù)I所述的活塞組合件，其中所述活塞裙限定了從冷卻油道表面延伸到所述活塞組合件的外表面的至少一個通路，所述冷卻油道表面至少部分地限定了所述冷卻油
道。 8.根據(jù)7所述的活塞組合件，其中所述外表面經(jīng)配置以在發(fā)動機操作期間沿著汽缸孔表面滑動。9.根據(jù)7所述的活塞組合件，其中所述活塞組合件的所述外表面遠離所述活塞裙的徑向外表面隔開，使得所述裙限定了凹穴。10.根據(jù)I所述的活塞組合件，其中所述頂限定了所述燃燒碗表面的徑向外部部分，而所述裙限定了所述燃燒碗表面的徑向內(nèi)部部分。11. 一種方法，包括提供活塞頂，所述活塞頂包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分，所述活塞頂包括徑向內(nèi)和外頂配合表面；將活塞裙收納在所述頂?shù)闹醒腴_口中，使得所述頂和裙協(xié)作以形成連續(xù)的上部燃燒碗表面，所述上部燃燒碗表面具有由所述裙限定的徑向內(nèi)部部分以及由所述頂限定的徑向外部部分，所述活塞裙包括了徑向內(nèi)和外裙配合表面；以及沿著所述裙和頂?shù)乃鰧?yīng)的徑向內(nèi)和外配合表面將所述裙抵靠到所述頂上，使得所述裙和頂沿著包括了所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面的徑向內(nèi)界面區(qū)抵靠，并且所述裙和頂沿著包括了所述頂和裙的所述徑向外配合表面的徑向外界面區(qū)抵靠，所述裙由此大體上封閉了所述冷卻油道。12.根據(jù)11所述的方法，進一步包括確定所述徑向內(nèi)和外頂配合表面中的每個表面以及所述內(nèi)和外裙配合表面中的每個表面是分別環(huán)繞所述頂和裙的實質(zhì)上整個圓周來延伸。13.根據(jù)11所述的方法，進一步包括確定所述頂是包括鄰近所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面繞著所述中央開口延伸的緊固凸緣，所述緊固凸緣的縱向高度小于所述緊固凸緣的徑向范圍，所述緊固凸緣的所述徑向范圍接觸所述裙。14.根據(jù)11所述的方法，進一步包括通過所述徑向內(nèi)界面區(qū)將所述頂和裙固定地緊固到一起，所述徑向內(nèi)界面區(qū)包括了所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將所述頂和裙固定地緊固到一起包括沿著所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面將所述頂和裙焊接到一起。16.根據(jù)15所述的方法，進一步包括確定將所述裙焊接到所述頂是將所述裙激光焊接到所述頂。17.根據(jù)16所述的方法，其中將所述裙激光焊接到所述頂包括相對于所述活塞大體上縱向地將焊接激光引導(dǎo)向所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面。18.根據(jù)14所述的方法，進一步包括沿著所述頂和裙的所述徑向外配合表面將所述頂和裙固定地緊固到一起。19.根據(jù)11所述的方法，進一步包括在所述裙中形成至少一個通路，所述通路從冷卻油道表面延伸到所述活塞組合件的外表面，所述冷卻油道表面至少部分地限定了所述冷卻油道。20.根據(jù)11所述的方法，進一步包括鄰近所述頂和裙的所述徑向內(nèi)和外配合表面中的至少一個配合表面來形成焊接飛濺物陷阱；將所述徑向內(nèi)和外配合表面中的所述至少一個配合表面焊接到一起，由此將受熱 材料引導(dǎo)到在與所述徑向內(nèi)和外配合表面中的所述至少一個配合表面相關(guān)聯(lián)的焊縫的相反側(cè)面上的所述焊接飛濺物陷阱中。


雖然權(quán)利要求書不限于所說明的實例，但是通過對各個方面的各種實例的論述可以最好地了解到各個方面?，F(xiàn)在參看諸圖，詳細地示出了說明性實施例。盡管諸圖呈現(xiàn)了實施例，但是諸圖未必是按比例繪制的，并且某些特征可以被夸示，以更好地說明和解釋實施例的創(chuàng)新方面。另外，本文所述的實施例無意是詳盡的或否則限制于或約束于諸圖中所示以及以下實施方式中所揭示的精確形式和配置。通過參看如下諸圖來詳細地描述本發(fā)明的示范性實施例圖IA圖示了示范性活塞組合件的部分剖視圖；圖IB圖示了圖IA的部分剖視圖的放大部分；圖2圖示了活塞頂與裙之間的示范性焊接的剖視圖；圖3圖示了示范性活塞的部分剖視圖，所述示范性活塞具有在活塞冷卻油道與活塞的裙外表面之間延伸的潤滑油路；圖4A是圖3所示的示范性活塞的透視圖；圖4B是示范性活塞裙的剖視圖，所述示范性活塞裙具有在活塞冷卻油道表面與裙外表面之間延伸的通路；圖4C是另一個示范性活塞裙的剖視圖，所述示范性活塞裙具有在活塞冷卻油道表面與裙外表面之間延伸的通路；圖5是具有焊接飛濺物陷阱的示范性活塞組合件的剖面圖；以及圖6是制造活塞組合件的示范性方法的過程流程圖。
具體實施例方式說明書中提及“示范性例示”、“實例”或類似語言表示結(jié)合示范性方法描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個例示中。在說明書各個位置出現(xiàn)短語“在一個例示中”或類似形式的語言未必全是指同一個例示或?qū)嵗１疚闹刑峁┝嘶钊M合件的各種示范性例示,所述活塞組合件包括活塞頂以及活塞裙。頂可以包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分以及徑向內(nèi)和外頂配合表面。裙可以收納在頂?shù)闹醒腴_口中，使得頂和裙協(xié)作以形成上部燃燒碗表面。裙也可以包括徑向內(nèi)和外裙配合表面，所述內(nèi)和外裙配合表面分別與內(nèi)和外頂配合表面抵靠，使得冷卻油道大體上被裙封閉。制造活塞組合件的示范性方法可以包括提供活塞頂，所述活塞頂包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分以及徑向內(nèi)和外頂配合表面。所述方法可以進一步包括將活塞裙收納在頂?shù)闹醒腴_口中，使得頂和裙協(xié)作以形成連續(xù)的上部燃燒碗表面?；钊箍梢园◤较騼?nèi)和外裙配合表面。所述方法可以進一步包括沿著裙和頂?shù)膶?yīng)的徑向內(nèi)和外配合表面將裙抵靠到頂上，裙由此大體上封閉了冷卻油道?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，圖示了示范性活塞組合件100?；钊M合件100可以包括活塞頂102和活塞裙104，活塞裙104收納在由頂102限定的中央開口 C中。活塞頂102可以包括燃燒碗120和帶環(huán)部分106，帶環(huán)部分106經(jīng)配置以靠著收納了活塞組合件100的發(fā)動機孔(未圖示)來密封。例如，帶環(huán)部分106可以限定一個或多個圓周凹槽107，圓周凹槽107收納活塞環(huán)(未圖示)，活塞環(huán)又在活塞組合件100在發(fā)動機孔內(nèi)做往復(fù)運動期間靠著發(fā)動 機孔表面密封。活塞裙104 —般在發(fā)動機操作期間支撐頂102，例如通過與發(fā)動機孔(未圖示)的表面對接以使活塞組合件100在孔內(nèi)做往復(fù)運動期間保持穩(wěn)定。例如，裙104可以具有外表面126，外表面126大體上限定了環(huán)繞活塞組合件100的周邊的至少一部分的圓形外形。所述外形可以對應(yīng)于發(fā)動機孔表面，發(fā)動機孔表面可以是大體上圓柱形的。在活塞在孔內(nèi)往復(fù)移動時，圓形裙表面126—般可以沿著孔表面滑動。因此，裙外表面126可以經(jīng)過紋理化，以促進與發(fā)動機孔表面對接的裙104表面之間的潤滑和/或減少其間的摩擦。裙104也可以限定活塞銷凸臺105?；钊N凸臺105—般可以形成有孔隙，所述孔隙經(jīng)配置以收納活塞銷(未圖示)。例如，活塞銷可以插入穿過活塞銷凸臺105中的孔隙，由此大體上將裙104緊固到連接桿(未圖示)。頂102的帶環(huán)部分106可以至少部分地限定冷卻油道108。冷卻油道108大體上環(huán)繞活塞頂102的周邊延伸，并且可以在操作期間使冷卻劑(例如，機油)循環(huán)，由此降低活塞的操作溫度。另外，冷卻劑的循環(huán)可以促進在活塞100四周，并且尤其在活塞組合件100的上部部分(例如，頂102和燃燒碗120)中，維持更穩(wěn)定或均勻的溫度。冷卻油道108可以大體上整個封閉在頂102內(nèi)。例如，冷卻油道108可以被裙104的上部部分140封閉。更具體地說，上部裙部分140可以形成冷卻油道108的下邊界，由此將冷卻油道108封閉在頂102內(nèi)，并且防止冷卻劑自由地進入和流出冷卻油道108。同時，也可以設(shè)置一個或多個孔隙142以允許油或其他冷卻劑以可控方式離開冷卻油道108到發(fā)動機(未圖示)以及從發(fā)動機(未圖示)進入冷卻油道108，由此進一步降低和/或穩(wěn)定與活塞100以及其組件相關(guān)聯(lián)的操作溫度。可以使用任何便利的方式將頂102和裙104緊固到彼此。在一個示范性例示中，頂102和裙104可以各自限定徑向內(nèi)和外配合表面110、111、114和115,這些配合表面各自分別環(huán)繞頂102和裙104的圓周的至少一部分延伸。更具體地說，頂102可以分別限定徑向內(nèi)和外頂配合表面110、111，所述表面大體上環(huán)繞頂102的外圍延伸。裙104可以限定徑向內(nèi)和外裙配合表面114、115，所述表面也環(huán)繞活塞組合件100和/或裙104的周邊延伸，并且大體上對應(yīng)于頂配合表面110、114,如下文將進一步描述。如圖IB中最好看出，徑向內(nèi)配合表面110、114可以大體上在徑向內(nèi)界面區(qū)190內(nèi)抵靠，而徑向外配合表面111、115可以大體上在徑向外界面區(qū)192內(nèi)抵靠。換句話說，徑向內(nèi)界面區(qū)190可以包括頂102和裙104各自的徑向內(nèi)配合表面110、114。另外，徑向外界面區(qū)192可以包括頂102和裙104各自的徑向外配合表面111、115。在頂102和裙104是固定地緊固的情況下，頂102和裙104可以經(jīng)由界面區(qū)190、192這兩個區(qū)中的一個區(qū)而緊固到彼此。頂配合表面110、111可以大體上限定平坦表面，至少如圖IB中在截面中觀看時是平坦的，所述平坦表面與活塞裙104的對應(yīng)的徑向內(nèi)和外配合表面114、115對準。如下文將進一步描述，裙配合表面114、115和頂配合表面110、111可以各自大體上平行于另一個組件上的對應(yīng)配合表面來對準，由此促進頂配合表面110、111分別與裙配合表面114、115的抵靠。一個或兩個頂配合表面110、111可以使用任何便利的方式(例如，通過焊接操作或粘結(jié)，這只作為實例)緊固到其相應(yīng)的裙配合表面114、115，由此將頂102與裙104緊固 到一起。裙104可以緊固到頂102，使得頂102和裙104協(xié)作以在活塞組合件100的燃燒碗?yún)^(qū)域120中形成連續(xù)的上部燃燒碗表面S。例如，對應(yīng)的配合表面110與114可以在燃燒碗120內(nèi)或附近交會，使得頂102限定了燃燒碗表面S的第一徑向外部部分122，而裙104限定了燃燒碗表面S的徑向內(nèi)部部分124。燃燒碗表面S跨越裙104與頂102之間的界面可以是實質(zhì)上平滑的，例如，使得表面S中的斷裂和/或不連續(xù)降至最少。將此類斷裂或不連續(xù)降至最少可以大體上減少在正常的長期操作期間頂102與裙104之間的界面沿著配合表面110和114出現(xiàn)的破裂或其他松散。因此，燃燒碗表面S中的任何缺陷或故障(例如，由于在使用活塞組合件100的發(fā)動機的操作期間出現(xiàn)的磨損)可以降至最少。例如，在形成活塞組合件100(例如，將頂102與裙104焊接)之前或之后，可以使用機械加工操作來減少燃燒碗表面S中的表面不規(guī)則性?；钊?02和活塞裙104可以使用任何便利的方式來緊固或固定地連結(jié)到彼此，所述方式包括但不限于例如光束焊接、激光焊接、錫焊等焊接方法或例如粘結(jié)等非焊接方法，這些都只作為實例。在一個實例中，活塞頂與裙是使用焊接工藝(例如，激光焊接)來連結(jié)，所述焊接工藝允許焊接工具在以縱向定向?qū)ο嚓P(guān)焊縫起作用的同時形成大體上平滑的燃燒碗表面120，如下文將進一步描述。激光焊接操作大體上可以允許在頂102與裙104之間形成堅固的金屬焊接，同時還將關(guān)聯(lián)的熱影響區(qū)的大小降至最小。例如，可以使用光纖激光。在一個示范性例示中，使用波長在約200 μ m與約400 μ m之間并且功率是4. 8千瓦(kW)的焊接激光。焊縫也可以先預(yù)熱，并且在一個示范性例示中，是預(yù)熱到約500攝氏度。焊接激光一般可以用來擴大鄰近徑向內(nèi)配合表面110和114的熱影響區(qū)，例如，在徑向內(nèi)界面區(qū)190內(nèi)，由此在徑向內(nèi)配合表面110、114周圍將頂102與裙104焊接到一起。另外或其他，焊接激光一般可以用來擴大鄰近配合表面111和115的熱影響區(qū)，例如，在徑向外界面區(qū)192內(nèi)，由此在配合表面111、115周圍將頂102與裙104焊接到一起。在不將任何配合表面110、111、114或115焊接到一起的情況下，這些配合表面可以由于其他配合表面的緊固而彼此抵靠著，或可以經(jīng)由另一種方法(例如，結(jié)合、機械系固等)來緊固。在一個示范性例示中，沿著徑向內(nèi)配合表面110、114的圓周范圍進行一系列焊接?；蛘?，焊接激光可以在實質(zhì)上環(huán)繞徑向內(nèi)配合表面110、114的整個圓周延伸的大體上連續(xù)的焊接工藝中使用，使得所形成的焊接也實質(zhì)上環(huán)繞整個頂102和裙104延伸。在頂102與裙104(例如)通過焊接緊固到一起的情況下，頂102可以沿著頂102的緊固凸緣150而緊固到裙104。頂102的緊固凸緣150可以(例如)通過以大體上垂直的定向(即，相對于活塞組合件100取縱向)焊接來緊固到裙104。另外，緊固凸緣150可以沿著裙在徑向上延伸了距離L并且在縱向上延伸了高度H。高度H在量值上可能小于緊固凸緣150的徑向范圍L，S卩，其中徑向范圍L接觸裙104。因此，頂102與裙104在連結(jié)到一起的情況下的總體組合縱向或垂直厚度可以降至最小，由此促進大體上縱向或垂直的焊接剖面。更具體地說，縱向或垂直的焊接定向可以促進從頂102上方或下方的位置焊接頂102與裙104，使得焊接和/或界面區(qū)190、192圍住頂102和裙104的最大范圍?？v向或垂直定向的焊接一般可以導(dǎo)致相對于活塞軸線縱向地延伸的細長焊接剖面。此外，與只在頂102下方以及燃燒碗表面S之下進行焊接操作的傳統(tǒng)活塞焊接操作(例 如，摩擦焊接)相反，垂直定向的焊接一般允許焊接工具(例如，激光)從頂102的頂面或底面將頂102焊接到裙104。在圖IA所示的第一示范性例示中，焊接激光LA從頂102的頂面(即，在燃燒碗?yún)^(qū)域120上方)對頂102與裙104之間的徑向內(nèi)界面區(qū)190起作用。焊接激光LA將頂102焊接到裙104 —般是通過撞擊到頂102和/或裙104的燃燒碗表面120上(例如，鄰近配合表面110、114和/或沿著緊固凸緣150)，由此將頂102與裙104連結(jié)。另外或其他，焊接激光LB可以從頂102的底面(即，在裙104下方)對頂102與裙104之間的焊縫(例如，在徑向內(nèi)界面區(qū)190處)起作用。更具體地說，焊接激光LB撞擊到裙上部部分140的底面143上(例如，鄰近配合表面110、114和/或沿著緊固凸緣150)，由此將頂102與裙104焊接到一起。如上所述，焊接可以形成為一系列不同的焊接，這些焊接環(huán)繞頂102的周邊隔開，例如，沿著緊固凸緣150以及鄰近頂102的中央開口 C。例如，圖2圖示了環(huán)繞頂102彼此間隔開的兩個示范性焊接。更具體地說，圖2是在兩個鄰近的焊接180、182形成之后頂102和裙104的一小部分的剖視圖。焊接180、182是大體上垂直地或縱向地定向。更具體地說，如圖2所示，焊接180、182各自限定了環(huán)繞頂102的周邊的徑向?qū)挾萕l和W2。寬度Wl和W2在量值上分別小于其垂直高度Hl和H2，所述高度是相對于活塞組合件100在縱向方向上測量的。焊接180、182可以具有任何便利的大小或配置。在圖2所圖示的實例中，寬度Wl和W2相對較小，并且在一些情況下，可能小于約5毫米。在許多焊接環(huán)繞頂102的周邊隔開的情況下，與焊接180、182類似的相對較小的焊接寬度大體上可能是有促進作用的。如上所述，頂102和裙104各自的徑向外配合表面111、115可以由于徑向內(nèi)配合表面110、114的緊固而抵靠著，并且無需固定地緊固。或者，徑向外配合表面110、114可以(例如)通過焊接、結(jié)合，或任何其他便利的方式來固定地緊固。例如，對于需要最大耐久性的特別重載的活塞應(yīng)用來說，將兩對徑向外和內(nèi)配合表面110、111、114和115都固定緊固可能是合意的。通過固定地連結(jié)活塞頂102與活塞裙104，活塞組合件100大體上形成為一片式或“單塊”組合件，其中頂102與裙104組件是在分別包括了徑向內(nèi)配合表面110、114以及徑向外配合表面111、115的界面區(qū)190、192處連結(jié)。S卩，活塞頂102—般與活塞裙104—起利用，這樣，盡管頂102與裙104是分離的組件，但是活塞裙104在緊固到頂之后相對于活塞頂102也固定不動?；钊?02和活塞裙104可以由任何便利的材料構(gòu)建而成。在一個示范性例示中，頂102和裙104由同種材料(例如，鋼)形成。在另一個實例中，活塞頂102可以由與活塞裙104不同的材料形成。因此，用于活塞頂102的材料可以包括與活塞裙104不同的機械性質(zhì)，例如屈服點、抗張強度或切口韌性。任何便利的材料或組合可以用于頂102和裙104。只作為實例，頂102和/或裙104可以由鋼材、鑄鐵、鋁材、復(fù)合物，或粉末金屬材料形成。頂102和裙104也可以使用不同的工藝形成，例如，頂102可以是大體上單個的鑄造件，而裙104可以是鍛造的?？梢允褂萌魏伪憷牟牧虾?或形成組合?，F(xiàn)在參看圖3、4A、4B和4C，圖示了另一個示范性活塞組合件200。與上述活塞組合件100類似，活塞組合件200包括頂202和裙204，頂202和裙204協(xié)作以形成冷卻油道 208?？梢允褂萌魏伪憷姆绞綄㈨?02和裙204緊固到彼此。例如，與活塞組合件100類似，活塞組合件200的頂202和裙204可以沿著徑向內(nèi)和外配合表面210、211、214和215緊固到彼此，這些表面各自分別環(huán)繞頂202和裙204的圓周的至少一部分來延伸。一個或兩個頂配合表面110、111可以使用任何便利的方式(例如，通過焊接操作或粘結(jié)，這只作為實例)緊固到其相應(yīng)的裙配合表面114、115，由此將頂102與裙104緊固到一起。與活塞組合件100類似，裙204和頂102可以協(xié)作以在活塞組合件200的燃燒碗?yún)^(qū)域220中限定了大體上連續(xù)的上部燃燒碗表面S。例如，對應(yīng)的配合表面210與214可以在燃燒碗220內(nèi)或附近交會，使得頂202限定了燃燒碗表面S的第一徑向外部部分222。另外，裙204限定了燃燒碗表面S的徑向內(nèi)部部分224。另外，如圖3、4A、4B和4C中最好看出，裙204可以具備形成于裙204中的一個或多個潤滑油路250，這一個或多個潤滑油路允許在活塞組合件200的操作期間冷卻油道208與活塞裙的外表面226之間的流體連通。油路250可以大體上允許冷卻劑或潤滑油行進穿過裙204到活塞裙204的外表面226，由此改善了裙204與汽缸孔壁(未圖示)之間的潤滑。此外，油路250大體上允許對活塞的某些區(qū)域(例如，活塞組合件200的推力側(cè)、活塞組合件200的反推力側(cè)等)進行有目標的潤滑。潤滑油路250可以使用任何便利的工藝來形成。在一個示范性例示中，油路250是使用鉆孔工藝來形成，使得油路250在油路250在冷卻油道208中的開口 252 (即，潤滑油離開冷卻油道之處)與所述油路在裙的外表面226處的開口 254 ( S卩，潤滑油離開所述油路之處)之間限定了大體上筆直的路徑。油路250可以是成角度的，例如，從冷卻油道開口252向下延伸到裙外表面開口 254。如圖4A、4B和4C中最好看出，潤滑油路250可以大體上沿著裙的外表面226終止?？梢栽谌沟耐獗砻嬷行纬上鄬^淺的凹處或凹穴256，以允許在操作期間潤滑油或冷卻劑更多地積聚。例如，如圖4A中最好看出，裙204的外表面226中的凹穴256可以包括形成于裙中的三個油路250中的每個油路的開口 254。因此，從冷卻油道離開油路的潤滑油可能傾向于積聚在凹穴256中，由此增強了在凹穴256的區(qū)域中的潤滑。凹穴256可以具有任何便利的大小、形狀等。例如，凹穴大體上可以在徑向上遠離裙的外表面(例如，鄰近凹穴256的外表面226)隔開。在另一個不范性例不中，凹穴256在徑向上向內(nèi)與表面226隔開了大約20到80微米。這個深度大體上可以允許積聚一定量的潤滑油，這個量實質(zhì)上足以改善沿著裙204的外表面226的潤滑，同時還將由凹穴256的形成(例如，通過使裙104的壁薄化)造成的裙204的任何結(jié)構(gòu)弱點降至最少。如圖4B中最好看出，示范性凹穴256可以相對于裙外表面226成角度。更具體地說，凹穴256可以具有內(nèi)表面258,內(nèi)表面258大體上相對于裙外表面226成角度。或者,如圖4C所不，凹穴256可以大體上縱向地定向，使得內(nèi)表面258相對于裙外表面226大體上垂直地和/或平行地定向。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，圖示了另一個示范性活塞組合件300。與活塞組合件100、200類似，活塞組合件300可以包括頂302和裙304。頂302和裙304可以協(xié)作以大體上限定了冷卻油道308，在活塞組合件300的操作期間，冷卻劑(例如，機油)可以通過冷卻油道308循
環(huán)。
頂302也可以包括徑向內(nèi)和徑向外配合表面310、311，所述表面分別連結(jié)到裙304的徑向內(nèi)和徑向外配合表面314、315。然而，與上文針對活塞組合件100、200大體上描述的配合表面相反，頂302和裙304的徑向內(nèi)配合表面310、314相對于活塞組合件300大體上縱向地定向。更具體地說，徑向內(nèi)配合表面310、314限定了相對于活塞組合件300大體上縱向地定向的平坦表面。另外，可以鄰近配合表面310、314來設(shè)置焊接飛濺物陷阱360，以促進在與配合表面310、314相關(guān)聯(lián)的焊接操作期間對任何焊接飛濺物的捕獲。更具體地說，頂302和裙304可以限定對應(yīng)的空腔，所述空腔形成了在焊接操作期間焊接飛濺物可以流入其中的間隙或空間。在一個示范性例示中，焊接激光LA從頂302和裙304上方的位置對徑向內(nèi)配合表面310、314起作用，使得任何焊接飛濺物都積聚在焊接飛濺物陷阱360內(nèi)。焊接飛濺物陷阱360可以設(shè)置在對配合表面310、314執(zhí)行焊接操作的任何地方。例如，可以設(shè)置焊接飛濺物陷阱360，使得焊接飛濺物陷阱360環(huán)繞活塞頂302和裙304的圓周的至少一部分大體上連續(xù)地延伸，這種情況在所形成的焊接是環(huán)繞活塞頂302和裙304的對應(yīng)圓周或其一部分延伸的情況下可能是有用的?；蛘?，一系列焊接飛濺物陷阱360可以環(huán)繞頂302和裙304的圓周隔開，例如，對應(yīng)于環(huán)繞頂302和裙304的圓周提供焊接的位置。另外，可以鄰近頂302和裙304的徑向外配合表面311、315來設(shè)置第二焊接飛濺物陷阱362。如圖5所示，徑向外配合表面311、315是大體上水平地定向，并且通過激光LC對徑向外配合表面311、315起作用，激光LC是相對于配合表面311、315從大體上徑向外位置來撞擊到配合表面311、315上。因此，一般都可以將焊接飛濺物捕獲到焊接飛濺物陷阱362中，焊接飛濺物陷阱362是相對于配合表面311、315徑向向內(nèi)地定位，這是因為焊接飛濺物是遠離配合表面311、315徑向向內(nèi)地流動。可以使用任何便利的方法來形成焊接飛濺物陷阱360、362。例如，飛濺物陷阱360,362的形成可以是與裙304和/或頂302相關(guān)聯(lián)的形成工藝的一部分?；蛘撸梢栽陧?02和/或裙304中分開地形成焊接飛濺物陷阱360、362，例如使用機械加工操作。有利的是，設(shè)置了一個或多個焊接飛濺物陷阱360、362可以允許使用對接焊接，與(只作為實例)搭接相比，對接焊接向焊縫提供的強度和一致性可能增加。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，圖示了制造活塞組合件的示范性過程600的過程流程圖。過程600大體上可以開始于框602，在框602處，提供活塞頂。例如，可以提供活塞頂102，活塞頂102大體上包括至少部分地限定了冷卻油道108的帶環(huán)部分106。另外，如上所述，活塞頂102可以包括徑向內(nèi)和外頂配合表面110、111。前進到框604，可以將活塞裙收納在頂?shù)闹醒腴_口中。例如，如上所述，可以將活塞裙104、204、304收納在頂102、202、302的中央開口 C內(nèi)。另外，頂與裙進行協(xié)作以形成連續(xù)的上部燃燒碗表面，例如燃燒碗表面S。徑向內(nèi)和外頂配合表面和裙配合表面可以實質(zhì)上分別環(huán)繞頂和裙的整個圓周延伸。頂102也可以包括環(huán)繞中央開口 C延伸的緊固凸緣150，例如，鄰近頂102和裙104的徑向內(nèi)配合表面110、114。另外，緊固凸緣150的縱向高度可能小于緊固凸緣150的徑向范圍，所述徑向范圍接觸裙104。隨后，過程600可以前進到框606。在框606中，可以鄰近頂和裙的徑向內(nèi)和外配合表面中的至少一個配合表面來形 成一個或多個焊接飛濺物陷阱。例如，如上所述，可以在頂302和裙304中形成焊接飛濺物陷阱360和或362，使得焊接飛濺物陷阱360、362鄰近配合表面來定位，在關(guān)聯(lián)的焊接操作期間焊接飛濺物很有可能被引導(dǎo)到所述配合表面處。如上所述，可以使用任何便利的工藝來形成焊接飛濺物陷阱360、362，例如，作為與頂302和/或裙304相關(guān)聯(lián)的形成工藝的一部分，或使用分離的形成工藝，例如機械加工。隨后，過程600可以前進到框608。在框608處，可以在裙中形成至少一個通路。例如，如上所述，可以設(shè)置通路250，所述通路從冷卻油道表面延伸到活塞組合件的外表面(例如，裙外表面226)。另外，可以設(shè)置凹處或凹穴256以積聚從通路250收集到的冷卻劑或潤滑油。前進到框610，可以沿著裙和頂?shù)膶?yīng)的徑向內(nèi)和外配合表面將頂與裙抵靠，使得裙大體上封閉冷卻油道。例如，如上所述，頂102的徑向內(nèi)和外配合表面110、111可以分別與裙104的徑向內(nèi)和外配合表面114、115抵靠。另外,裙104的上部部分140可以大體上封閉由頂102限定的冷卻油道108。另外，頂102的緊固凸緣150可以抵靠在裙104的上部部分140上。隨后，過程600可以前進到框612。在框612處，可以沿著頂102和裙104各自的徑向內(nèi)配合表面110、114來將頂與裙固定地緊固到一起。例如，如上所述，可以沿著頂102和裙104各自的徑向內(nèi)配合表面110、114來將頂102與裙104焊接到一起。此外，焊接操作可以使用激光焊接工具，所述激光焊接工具大體上相對于活塞組合件100大體上縱向地將激光束(例如，焊接激光LA和/或激光LB)引導(dǎo)向頂102和裙104各自的徑向內(nèi)配合表面110、114。在設(shè)置了一個或多個焊接飛濺物陷阱(例如，焊接飛濺物陷阱360)的情況下，將徑向內(nèi)配合表面焊接到一起可以包括將焊接飛濺物引導(dǎo)到焊接飛濺物陷阱360中。隨后，過程600可以前進到框614。在框614處，可以沿著頂和裙的徑向外配合表面來將頂102與裙104固定地緊固。例如，如上所述，可以將頂102和裙104的徑向外配合表面111、115焊接到一起。另外，在上述的另一個示范性例示中，使用焊接激光LC將頂102和裙104各自的徑向外配合表面311、315焊接到一起，焊接激光LC是相對于配合表面311、315徑向地引導(dǎo)的，使得焊接飛濺物被引導(dǎo)到鄰近的焊接飛濺物陷阱362中。隨后，過程600可以終止。由于在活塞組合件內(nèi)形成的冷卻油道，本文所說明的示范性活塞100、200、300以及過程600大體上可以允許改善冷卻效能。另外，由于活塞組合件四周潤滑的優(yōu)化，活塞組合件100、200和300也可以改善活塞導(dǎo)引和動力學(xué)、優(yōu)化粘性力以改善摩擦。另外，由于垂直焊接定向所提供的制造靈活性，所揭示的焊接方法也降低了制造成本。關(guān)于本文所描述的過程、系統(tǒng)、方法、試探等，應(yīng)理解，雖然此類過程的步驟等已被描述成是根據(jù)某種有序順序來發(fā)生，但是所述步驟以不同于本文所述的次序的次序來執(zhí)行也可以實踐此類過程。應(yīng)進一步 理解，某些步驟可以同時執(zhí)行，可以添加其他步驟，或可以省去本文所述的某些步驟。換句話說，在本文中提供過程的描述是為了說明某些實施例，并且這些描述決不應(yīng)被理解為限制所主張的發(fā)明。因此，應(yīng)理解，以上描述旨在說明而非限制。在閱讀完上文的描述之后將能了解到除了所提供的實例之外的許多實施例以及應(yīng)用。本發(fā)明的范圍不應(yīng)參考上文的描述來確定，而是應(yīng)該改為參考所附權(quán)利要求書以及此權(quán)利要求書所享有的等效物的整個范圍來確定。所預(yù)期和希望的是，在本文所論述的技術(shù)中將有進一步的發(fā)展，并且所揭示的系統(tǒng)和方法將并入到此類的其他實施例中。總之，應(yīng)理解，本發(fā)明能夠進行修改和變化，并且只受以下權(quán)利要求書所限制。除非本文中明確地做出了相反的指示，否則權(quán)利要求書中所使用的所有術(shù)語都希望給出的是它們最廣泛的合理解釋以及所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的所述術(shù)語的一般涵義。具體地說，除非權(quán)利要求中明確地做出了相反的限制，否則例如“一”、“所述”等單數(shù)詞語的使用應(yīng)被視為闡述了所指示元素的一者或多者。
權(quán)利要求
1.一種活塞組合件，包括 活塞頂，所述活塞頂包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分，所述頂包括徑向內(nèi)和外頂配合表面；以及 活塞裙，所述活塞裙收納在所述頂?shù)闹醒腴_口中，使得所述頂和裙協(xié)作以形成上部燃燒碗表面，所述裙包括沿著徑向內(nèi)界面區(qū)與所述徑向內(nèi)頂配合表面抵靠的徑向內(nèi)裙配合表面，所述裙包括沿著徑向外界面區(qū)與所述徑向外頂配合表面抵靠的徑向外裙配合表面，使得所述冷卻油道實質(zhì)上被封閉了。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞組合件，其中所述內(nèi)和外頂配合表面和所述內(nèi)和外裙配合表面中的每個表面都環(huán)繞所述頂和裙的實質(zhì)上整個圓周來延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞組合件，其中所述頂包括鄰近所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面繞著所述中央開口延伸的緊固凸緣，其中所述緊固凸緣的縱向高度小于所述緊固凸緣的徑向范圍，所述緊固凸緣的所述徑向范圍接觸所述裙。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞組合件，其中所述頂和裙是通過所述徑向內(nèi)界面區(qū)而固定地緊固到一起，所述徑向內(nèi)界面區(qū)包括了所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞組合件，其中所述頂和裙是沿著所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面而焊接到一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞組合件，其中所述頂和裙是沿著所述頂和裙的所述徑向外配合表面而固定地緊固到一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞組合件，其中所述活塞裙限定了從冷卻油道表面延伸到所述活塞組合件的外表面的至少一個通路，所述冷卻油道表面至少部分地限定了所述冷卻油道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活塞組合件，其中所述外表面經(jīng)配置以在發(fā)動機操作期間沿著汽缸孔表面滑動。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活塞組合件，其中所述活塞組合件的所述外表面遠離所述活塞裙的徑向外表面隔開，使得所述裙限定了凹穴。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞組合件，其中所述頂限定了所述燃燒碗表面的徑向外部部分，而所述裙限定了所述燃燒碗表面的徑向內(nèi)部部分。
11.一種方法，包括 提供活塞頂，所述活塞頂包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分，所述活塞頂包括徑向內(nèi)和外頂配合表面； 將活塞裙收納在所述頂?shù)闹醒腴_口中，使得所述頂和裙協(xié)作以形成連續(xù)的上部燃燒碗表面，所述上部燃燒碗表面具有由所述裙限定的徑向內(nèi)部部分以及由所述頂限定的徑向外部部分，所述活塞裙包括了徑向內(nèi)和外裙配合表面；以及 沿著所述裙和頂?shù)乃鰧?yīng)的徑向內(nèi)和外配合表面將所述裙抵靠到所述頂上，使得所述裙和頂沿著包括了所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面的徑向內(nèi)界面區(qū)抵靠，并且所述裙和頂沿著包括了所述頂和裙的所述徑向外配合表面的徑向外界面區(qū)抵靠，所述裙由此大體上封閉了所述冷卻油道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括確定所述徑向內(nèi)和外頂配合表面中的每個表面以及所述內(nèi)和外裙配合表面中的每個表面是分別環(huán)繞所述頂和裙的實質(zhì)上整個圓周來延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括確定所述頂是包括鄰近所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面繞著所述中央開口延伸的緊固凸緣，所述緊固凸緣的縱向高度小于所述緊固凸緣的徑向范圍，所述緊固凸緣的所述徑向范圍接觸所述裙。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括通過所述徑向內(nèi)界面區(qū)將所述頂和裙固定地緊固到一起，所述徑向內(nèi)界面區(qū)包括了所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將所述頂和裙固定地緊固到一起包括沿著所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面將所述頂和裙焊接到一起。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括確定將所述裙焊接到所述頂是將所述裙激光焊接到所述頂。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中將所述裙激光焊接到所述頂包括相對于所述活塞大體上縱向地將焊接激光引導(dǎo)向所述頂和裙的所述徑向內(nèi)配合表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括沿著所述頂和裙的所述徑向外配合表面將所述頂和裙固定地緊固到一起。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括在所述裙中形成至少一個通路，所述通路從冷卻油道表面延伸到所述活塞組合件的外表面，所述冷卻油道表面至少部分地限定了所述冷卻油道。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括鄰近所述頂和裙的所述徑向內(nèi)和外配合表面中的至少一個配合表面來形成焊接飛濺物陷阱； 將所述徑向內(nèi)和外配合表面中的所述至少一個配合表面焊接到一起，由此將受熱材料引導(dǎo)到在與所述徑向內(nèi)和外配合表面中的所述至少一個配合表面相關(guān)聯(lián)的焊縫的相反側(cè)面上的所述焊接飛濺物陷阱中。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種示范性活塞組合件以及其制造方法?；钊M合件可以包括活塞頂和活塞裙。所述頂可以包括至少部分地限定了冷卻油道的帶環(huán)部分以及徑向內(nèi)和外頂配合表面。所述裙可以收納在所述頂?shù)闹醒腴_口中，使得頂和裙協(xié)作以形成上部燃燒碗表面。所述裙也可以包括徑向內(nèi)和外裙配合表面，所述徑向內(nèi)和外裙配合表面分別與所述內(nèi)和外頂配合表面抵靠，使得所述冷卻油道大體上被所述裙封閉。
文檔編號F02F3/22GK102893006SQ201180019848
公開日2013年1月23日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者W·福勞爾斯, D·加布利艾, R·克萊恩, G·趙 申請人:馬勒國際有限公司