具有防積碳的涂層的活塞及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種活塞以及該活塞的制造方法。該活塞包括具有上燃燒表面的活塞本體，該上燃燒表面配置為在缸膛中直接曝露于燃燒氣體中，下冠部表面設(shè)置于上燃燒表面之下。該活塞本體還包括環(huán)帶區(qū)域，該環(huán)帶區(qū)域配置為容納鄰近上燃燒表面的至少一個(gè)活塞環(huán)，該活塞本體還包括徑向向內(nèi)配置的且基本與環(huán)帶區(qū)域徑向?qū)R的冷卻通道。該活塞進(jìn)一步包括不粘的涂層材料，該涂層材料結(jié)合至該下冠部表面和至少一部分冷卻通道中的至少一個(gè)，其中，該不粘的涂層材料抑制了下冠部表面其上的積碳的堆積。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】具有防積碳的涂層的活塞及其制造方法
本專利技術(shù)大致涉及內(nèi)燃機(jī)，更具體地涉及活塞及其制造方法。
技術(shù)介紹
發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正面臨著提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和性能的日益增長(zhǎng)的要求，包括但不限于，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，改善燃料燃燒，減少油耗，以及增加廢氣溫度以隨后在車輛內(nèi)對(duì)熱量進(jìn)行后續(xù)利用。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要提高燃燒室內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度。但是，在需要增加燃燒室內(nèi)的溫度的同時(shí)，還需要使活塞保持在可行的溫度下。如此，將無(wú)論是敞開型還是封閉型的外冷卻通道和內(nèi)冷卻通道均合并在活塞頭內(nèi)是已知的，發(fā)動(dòng)機(jī)油通過(guò)該活塞頭環(huán)流以降低活塞頭的運(yùn)行溫度。外冷卻通道典型地圍繞包括環(huán)形槽區(qū)域的活塞的上部區(qū)域循環(huán)，而內(nèi)冷卻通道典型地位于活塞頭的上燃燒表面之下，通常稱為下冠部，其通常包括嵌入式的燃燒碗。如此，無(wú)論是環(huán)帶區(qū)域還是燃燒表面均受益于循環(huán)油的冷卻作用。但是，由于與高溫表面的接觸，循環(huán)油開始隨著時(shí)間分解并且氧化，并且因此，在上部區(qū)域和下冠部的內(nèi)表面上形成積碳。隨著持續(xù)的碳堆積，在各自的表面上形成絕緣層。如此，循環(huán)油的冷卻效果被削弱了，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致表面氧化和腐蝕，以及上部區(qū)域和燃燒表面區(qū)域的過(guò)度回火。如此，活塞材料的機(jī)械性能也被削弱了，這將導(dǎo)致裂縫形成，尤其是在高應(yīng)力區(qū)域，比如燃燒碗邊緣。通過(guò)減少油渣向冷卻油接觸的表面積聚的趨勢(shì)，根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)造的活塞克服了由碳堆積的形成導(dǎo)致的上述缺點(diǎn)。如此，根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)造的活塞實(shí)現(xiàn)了提高運(yùn)行效率，在使用中保持基底材料的強(qiáng)度和耐久性，以及提供了增長(zhǎng)的使用工作壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞。該活塞包括一活塞本體，該活塞本體具有配置為直接曝露于缸鏜內(nèi)的燃燒氣體的上燃燒表面，還具有處于上燃燒表面之下的下冠部表面。該活塞本體還包括一環(huán)帶區(qū)域，該環(huán)帶區(qū)域配置為鄰近上燃燒表面并用于容納至少一個(gè)活塞環(huán)，一冷卻通道徑向向內(nèi)配置且基本與環(huán)帶區(qū)域徑向?qū)R。該活塞進(jìn)一步包括結(jié)合至下冠部表面和至少一部分冷卻通道中的至少一個(gè)上的不粘的涂層材料，其中，該不粘的涂層材料抑制了其上的積碳的堆積。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，活塞本體包括由第一材料塊構(gòu)造的上冠和由與上冠分開的第二材料塊構(gòu)造的下冠。該上冠固定于下冠，且不粘的涂層材料與上冠和下冠中至少一個(gè)結(jié)合。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，不粘的涂層材料與上冠部結(jié)合，下冠部不具有不粘的涂層材料。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，冷卻通道和下冠部表面均具有與其結(jié)合的不粘的涂層材料。根據(jù)本專利技術(shù)的又另一個(gè)方面，提供了一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的活塞的方法。該方法包括以下步驟：制造活塞本體，該活塞本體具有配置為直接曝露于缸鏜內(nèi)的燃燒氣體的上燃燒表面和位于上燃燒表面之下的下冠部表面；制造環(huán)帶區(qū)域，該環(huán)帶區(qū)域配置為鄰近上燃燒表面并用于容納至少一個(gè)活塞環(huán)；制造徑向向內(nèi)且與環(huán)帶區(qū)域基本徑向?qū)R的冷卻通道；以及將不粘的涂層材料結(jié)合至下冠部表面和至少一部分冷卻通道中的至少一個(gè)上，該不粘的涂層表面防止其上的碳堆積。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，該方法包括使下冠不具有不粘的涂層材料。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，該方法包括將不粘的涂層材料結(jié)合至下冠部表面和至少一部分冷卻通道上。附圖說(shuō)明參閱以下當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例和最佳模型的詳細(xì)說(shuō)明、權(quán)利要求以及附圖，本專利技術(shù)的這些和其他方面、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)將更易于領(lǐng)會(huì)，其中：圖1是沿著根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面構(gòu)造的活塞的銷孔軸的剖視圖；圖2是大致垂直于圖1的活塞的銷孔的剖視圖；圖3是根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面構(gòu)造的活塞的大致垂直于銷孔的剖視圖；圖4是根據(jù)本專利技術(shù)的又一個(gè)方面構(gòu)造的大致垂直于活塞的銷孔的剖視圖；以及圖5是根據(jù)本專利技術(shù)的又一個(gè)方面構(gòu)造的大致垂直于活塞的銷孔的剖視圖。具體實(shí)施方式更詳細(xì)地參閱附圖，圖1和圖2示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的活塞總成，下文簡(jiǎn)稱為活塞10，以在內(nèi)燃機(jī)(圖中未示)的缸鏜或者鏜室內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，比如輕型汽車柴油機(jī)、中型柴油機(jī)、重型和大口徑柴油機(jī)，以及內(nèi)燃機(jī)。該活塞10具有一活塞本體12，示為單獨(dú)的、整體的塊狀鑄造材料或者由鍛造的材料或者坯料制造而成，例如，該活塞沿著中心縱軸14延伸，活塞10沿著中心縱軸14在缸鏜內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本體12制造為包括一上燃燒壁，該燃燒壁具有在一側(cè)的上燃燒表面16和在相對(duì)一側(cè)的下冠部表面18，上燃燒表面16配置為直接曝露于缸鏜內(nèi)的燃燒氣體，下冠部表面18直接且軸向位于上燃燒表面16之下。該活塞本體12還制造為具有鄰近上燃燒表面16的環(huán)帶區(qū)域20，其中，環(huán)帶區(qū)域20配置為容置至少一個(gè)活塞環(huán)(圖中未示)。進(jìn)一步地，該活塞本體12制造為包括冷卻通道，例如，示為閉合的或者基本閉合的冷卻通道22。冷卻通道22徑向向內(nèi)配置且與環(huán)帶區(qū)域20基本徑向?qū)R。活塞10進(jìn)一步包括不粘的涂層材料24，涂層材料與中心通道內(nèi)的下冠部表面18和至少一部分冷卻通道22中的至少一個(gè)結(jié)合，其中，不粘的涂層材料24阻止積碳堆積于其上。如此，絕緣層的堆積，包括來(lái)自于循環(huán)油的積碳，被阻止而不能堆積于具有不粘的涂層材料24的表面上，并且因此，通過(guò)冷卻通道22且作用于下冠部表面18循環(huán)的油能夠發(fā)揮它的冷卻功能，從而提高活塞10的性能并且延長(zhǎng)它的使用壽命。活塞本體12具有上冠區(qū)域26和下冠區(qū)域28。下冠區(qū)域28提供了一對(duì)銷殼30，銷殼30從上冠區(qū)域26下垂以提供橫向間隔開的銷孔32，銷孔32沿著大致橫向垂直于中心縱軸14延伸的銷孔軸34同軸對(duì)齊。銷殼30通過(guò)支撐部分38連接到橫向間隔開的裙部36。裙部36跨越銷孔軸34的相對(duì)側(cè)彼此沿直徑間隔開并且具有凸出的外表面，該外表面配置為波狀外形以在缸膛內(nèi)配合，從而在其通過(guò)缸鏜往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)使活塞10保持在所需的方向。上燃燒表面16示為具有嵌入式燃燒碗40以為缸鏜提供所需的氣流。至少部分是因?yàn)槿紵?0，活塞本體材料的相對(duì)薄的區(qū)域形成于燃燒碗40、冷卻通道22和下冠部表面18之間。如此，在使用時(shí)，這些區(qū)域需要被適當(dāng)冷卻，比如通過(guò)流過(guò)冷卻通道22和作用于下冠部表面18的油，該下冠部表面帶有處于銷殼30之間的中心通道區(qū)域。下冠部的冷卻可通過(guò)油濺、定向的冷卻油噴射或者通過(guò)中心通道區(qū)域內(nèi)的油提供。進(jìn)一步地，上冠區(qū)域26的外壁42從上燃燒表面16向下延伸。外壁42在環(huán)帶區(qū)域20內(nèi)形成為具有用以容納相應(yīng)活塞環(huán)(圖中未示)的至少一個(gè)且示為多個(gè)的環(huán)形槽44，其中，環(huán)通常在它們各自的環(huán)形槽44中自由浮動(dòng)(float)。正如上述的相對(duì)的薄的區(qū)域，在冷卻通道22和環(huán)帶區(qū)域20之間延伸的環(huán)形壁相對(duì)較薄，因此，也需要在使用中進(jìn)行適當(dāng)冷卻。為了在活塞10的延長(zhǎng)的使用壽命的使用過(guò)程中，使上燃燒表面16，包括燃燒碗40以及環(huán)帶區(qū)域20適當(dāng)冷卻，不粘的涂層材料24結(jié)合至界定冷卻通道22的至少一部分表面以及下冠部表面18上。不粘的涂層材料24選自在其上能夠防止碳堆積的材料，選自由以下材料組成的組中：鉻、鉻-金剛石、鎳、類金剛石涂層、鉻-氮化物、陶瓷以及聚合物材料。在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，不粘的涂層材料24圍繞界定環(huán)形冷卻通道22的整個(gè)表面結(jié)合，或者僅沿著冷卻通道22的上部結(jié)合，同時(shí)涂層材料24基本沿著環(huán)帶區(qū)域20的長(zhǎng)度延伸并且還沿著燃燒碗40的向上延伸的部分延伸。如此，阻止積碳聚積于這些區(qū)域上，從而防止包括積碳的絕緣層形成，否則就會(huì)抑制通過(guò)冷卻通道22循環(huán)的油的冷卻效果。因此，通過(guò)容許借本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，其特征在于，該活塞包括：一活塞本體，該活塞本體具有配置為直接曝露于缸鏜內(nèi)的燃燒氣體的一上燃燒表面，一下冠部表面位于所述上燃燒表面之下，該活塞本體還具有配置為鄰近所述上燃燒表面的用于容納至少一個(gè)活塞環(huán)的一環(huán)帶區(qū)域，一冷卻通道徑向向內(nèi)配置且與所述環(huán)帶區(qū)域基本徑向?qū)R；以及一不粘的涂層材料，該涂層材料結(jié)合至所述下冠部表面和至少一部分所述冷卻通道中的至少一個(gè)上，所述不粘的涂層材料抑制其上的積碳的堆積。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2011.11.28 US 13/304,8951.一種用于內(nèi)燃機(jī)的活塞，其特征在于，該活塞包括：一活塞本體，該活塞本體具有配置為直接曝露于缸鏜內(nèi)的燃燒氣體的一上燃燒表面，一下冠部表面位于所述上燃燒表面之下，該活塞本體還具有配置為鄰近所述上燃燒表面的用于容納至少一個(gè)活塞環(huán)的一環(huán)帶區(qū)域，一冷卻通道徑向向內(nèi)配置且與所述環(huán)帶區(qū)域基本徑向?qū)R，所述冷卻通道沿著所述冷卻通道的下部敞開；以及一不粘的涂層材料，該涂層材料結(jié)合至所述下冠部表面和至少一部分所述冷卻通道中的至少一個(gè)上，當(dāng)油接觸到所述下冠部表面和至少一部分所述冷卻通道中的至少一個(gè)時(shí)所述不粘的涂層材料抑制其上的積碳的堆積，所述不粘的涂層材料至少包括鉻-氮化物，所述不粘的涂層材料沿著所述下冠部表面以及界定冷卻通道的表面延伸以形成為連續(xù)、不間斷的涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述涂層結(jié)合至所述下冠部表面和至少一部分所述冷卻通道。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞本體被構(gòu)造成整體的材料塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞本體包括由第一材料塊構(gòu)造的一上冠和由與所述上冠分開的第二材料塊構(gòu)造的一下冠，所述上冠固定于所述下冠，且所述不粘的涂層材料結(jié)合于所述上冠和所述下冠中的至少一個(gè)上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞，其特征在于，所述下冠上不具有所述不粘的涂層材料。6.根...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：愛德華多·松尾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：費(fèi)德羅莫格爾公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US