用於活塞的熱障的製作方法
2023-05-29 17:01:36
用於活塞的熱障的製作方法
【專利摘要】本發明公開用於活塞的熱障。具體地，將內燃發動機的活塞的環密封區域中的溫度維持在大約270°C以下以維持適當的環功能和潤滑是重要的。公開一種具有在活塞頂部和環密封之間的熱障槽的活塞和一種構建這種活塞的方法。熱障槽朝著活塞的中心向內延伸的距離比壓縮環槽大。在一種實施方式中，低導熱性材料布置在熱障槽的內部中並且開口環布置在外部中。在另一實施方式中，氣體被提供到內部中，並且開口環焊接到活塞，使得熱障槽的內部密封，即，在上邊緣和下邊緣處和在間隙處焊接。
【專利說明】用於活塞的熱障
【技術領域】
[0001]本發明涉及降低活塞的環密封中的溫度。
【背景技術】
[0002]維持活塞的壓縮環的功能性會受到溫度過高的阻礙。期望一種保護環密封區域不受高溫影響的活塞設計。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術中的至少一個問題，公開一種活塞組件，其具有活塞，該活塞具有活塞頂部、大致柱形裙部、以及在柱形主體中的環密封區域，該環密封區域具有第一壓縮環槽、第二壓縮環槽、以及比所述壓縮環槽向內延伸更遠的熱障槽。活塞組件還具有設置在第一壓縮環槽中的第一壓縮環、設置在第二壓縮環槽中的第二壓縮環、以及設置在熱障槽的外部中的開口環。開口環焊接到熱障槽的角部。一些實施方式包括具有低導熱性的陶瓷環設置在熱障槽的內部中。陶瓷環可以是通過開口環保持就位的兩段弧。替代地，低導熱性材料設置在熱障槽的內部中。低導熱性材料是熱噴陶瓷粉末和泡沫之一。在一些實施方式中，熱障槽的外部比熱障槽的內部厚。熱障槽的內部的厚度小於預定厚度。預定厚度是在活塞中預期的操作狀態下缺少對流氣流時的厚度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0004]圖1是根據本發明的實施方式的活塞的剖視圖；
[0005]圖2是圖1中所示的活塞的一部分；
[0006]圖3和4是根據本發明的實施方式的活塞的部分；
[0007]圖5和6是開口環的視圖；以及
[0008]圖7是能夠布置在熱障槽中的低導熱性材料的弧的視圖。
【具體實施方式】
[0009]如本領域普通技術人員將理解的，參照任意一個附圖示出並描述的實施方式的各種特徵可以與一個或多個其它附圖中示出的特徵相結合，以產生未明確示出或描述的替代實施方式。示出的特徵的結合提供針對典型應用的代表性實施方式。但是，針對特定應用或執行，與本發明的教導相一致的特徵的各種結合和變型可能是期望的。本領域普通技術人員可以認識到無論是否明確地描述或示出的類似應用或執行。
[0010]現有技術中的至少一個問題是通過如圖1中剖視圖所示的用於內燃發動機的活塞10克服的。活塞10的頂部12通過燃燒室中的火焰加熱。能夠採取措施來防止活塞頂部12熔化，這是其它發明的主題。將環密封區域14的溫度保持在大約270°C以下以防止由於潤滑劑分解導致的環粘著並且繼續潤滑騎在氣缸套上的活塞環的外側邊緣是關鍵的。活塞10的裙部16是基本柱形的。
[0011]圖2中示出活塞10的一部分。活塞10具有槽18和20，壓縮環28和30分別設置在槽18和20中。壓縮環28和30是梯形環。這些是藉助於例子示出的並且不意於進行限制。壓縮環的數量可以多於或少於圖1-4中示出的，並且環可以是矩形、階梯形、梯形或任何適當的橫截面。在槽20上方提供附加槽(熱障槽)。熱障槽向內延伸的距離比槽18和20向內延伸的距離大，以提供更堅固的熱障，尤其從活塞頂部12的中心的傳熱，活塞頂部12的中心是活塞的最熱部分。在圖1和2的例子中，槽的內部填充有低導熱性材料。可以使用任何適當的材料，包括但不限於:由陶瓷或金屬製成的熱噴、燒結、粉末或泡沫材料。
[0012]熱障槽使活塞10弱化。活塞10能夠被設計成承受槽的設置。也為了克服這種槽的影響，開口環34可以被布置在槽的外部中。在圖1和2的實施方式中，環34在下邊緣處被焊接以使其保持就位，顯示為焊縫36。環34在外邊緣處對活塞10提供支撐，以及為熱障槽的內部中的低導熱性材料提供穩定性。
[0013]在替代實施方式(在這裡未示出)中，熱障槽可以朝著肘銷孔(圖1中元件17)向內傾斜。在這種實施方式中，布置在熱障槽的外部中的開口環具有平行四邊形橫截面。
[0014]現在參照圖3，在熱障槽38中提供氣體。氣體能夠是在環境壓力或減小的壓力下的空氣或其它氣體。在圖3和4的實施方式中，開口環34在環34的上表面和下表面處焊接到活塞10。為了防止油進入槽38並由此影響活塞10的熱特徵，環34使槽40與外側活塞10密封。
[0015]現在參照圖5和6，開口環34被示出具有間隙52。間隙52有利於環34插入到槽40中(圖3)。間隙52可以被焊接封閉以密封槽40的內部。參照圖6，環34在上邊緣54處焊接到活塞(未示出)，在下邊緣56處焊接到活塞，並且通過焊縫58封閉間隙52 (圖5)。
[0016]圖4中示出替代實施方式，一種活塞11，其中，槽50的內部窄並且具有預定厚度T。該厚度被確定使得在預期的操作狀況範圍上防止或幾乎防止自然對流。即，該厚度是使得從槽50的上部至槽50的下部的傳熱受具有一些輻射傳熱但基本沒有對流的熱傳導支配。由於密封在槽50中的空氣(或其它氣體)具有比活塞的母體金屬低很多的導熱性，槽50的存在用作對傳熱的熱障。
[0017]如上面有關與圖1和2相關聯的實施方式描述的，材料布置在槽的內部中並且固化或以其它方式硬化就位。在另一實施方式中，布置在槽的內部中的材料形成在槽的外側並且接著布置在槽中。這種材料以兩件或多件形成，諸如圖7中所示。兩個180°弧能夠被布置在熱障槽的內部中並且接著通過任何適當的方法固定在槽中，所述方法包括但不限於:燒焊、釺焊、銷接、膠粘和用環氧樹脂膠合。
[0018]參照圖1，活塞10能夠在氣缸壁內往復運動，氣缸壁的一部分示出為元件15。氣缸壁15和活塞10之間存有間隙。壓縮環28和30向外彈並且騎在氣缸壁15上。期望的是，避免任何部分從活塞10向外延伸超過裙部16的柱形包封件。因此，焊縫被研磨到裙部16的高度。
[0019]雖然已經關於【具體實施方式】詳細描述了最佳模式，熟悉本領域的人員將認識到在權利要求的範圍內的各種替代設計和實施方式。雖然各種實施方式可以被描述為提供優點或者關於一個或多個期望的特徵相較於其它實施方式是優選的，如本領域技術人員意識到的，一個或多個特徵可以折衷以實現期望的系統屬性，這取決於具體應用和執行。這些屬性包括但不限於:成本、強度、耐久性、壽命周期成本、適銷性、外觀、包裝、尺寸、可維護性、重量、可製造性、組裝便利性等。這裡描述的被特徵化為關於一個或多個特徵比其它實施方式或現有技術執行更不期望的實施方式不在本發明範圍之外並且對於特定應用可能是期望的。
【權利要求】
1.一種活塞組件，包括: 活塞，其具有活塞頂部、大致柱形裙部、以及在柱形主體中的環密封區域，環密封區域具有第一壓縮環槽、第二壓縮環槽、以及熱障槽，其中，熱障槽比壓縮環槽向內延伸到活塞內遠； 設置在第一壓縮環槽中的第一壓縮環； 設置在第二壓縮環槽中的第二壓縮環；以及 設置在熱障槽的外部中的開口環。
2.根據權利要求1所述的活塞組件，其中，開口環焊接到熱障槽的角部。
3.根據權利要求1所述的活塞組件，還包括:設置在熱障槽的內部中的具有低導熱性的陶瓷環。
4.根據權利要求3所述的活塞組件，其中，陶瓷環由通過開口環保持就位的至少兩段弧組成。
5.根據權利要求1所述的活塞組件，還包括:設置在熱障槽的內部中的低導熱性材料。
6.根據權利要求5所述的活塞組件，其中，低導熱性材料是熱噴陶瓷粉末和泡沫之一。
7.根據權利要求1所述的活塞組件，其中，熱障槽的外部比熱障槽的內部厚。
8.根據權利要求7所述的活塞組件，其中，熱障槽的內部的厚度小於預定厚度。
9.根據權利要求8所述的活塞組件，其中，預定厚度是在活塞中預期的操作狀態下基本缺少對流氣流時的厚度。
10.根據權利要求1所述的活塞組件，其中，開口環固定到熱障槽以形成密封，使得基本防止流體進入熱障槽的內部。
【文檔編號】F02F5/00GK104214002SQ201410215125
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2013年5月22日
【發明者】P·霍夫鮑爾, D·布雷霍布 申請人:艾克莫特公司