专利名称：具有销孔润滑的铸造活塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种构造成用于活塞销孔润滑的活塞及其制造方法。
背景技术：
内燃发动机和柴油发动机中的活塞头在发动机气缸内做上下往复运动，因而被摩擦热及由气缸内燃烧所产生的热而加热。活塞头有时会具有内部冷却通路(即，活塞头内的空腔)，可向该内部冷却通路中供给冷却油来冷却活塞头。活塞头经由嵌在气缸盖内的活塞销孔中的活塞销而连接到活塞杆。当活塞杆向上和向下运动时，活塞销会部分地在销孔内转动。有时对销孔进行镀覆，以减少摩擦热。
发明内容
提供了一种带有活塞销的活塞，该活塞具有单件式活塞头，优选是铸铝的，该活塞头具有完全被其包围并位于其内部的冷却油通路。活塞头具有用于活塞销的销孔，该销孔不与冷却油通路相交。将销孔的尺寸设计成在活塞销与活塞头之间保持大致均勻的间隙。 活塞头具有从销孔延伸至冷却油通路的通道，从而允许来自冷却油通路的冷却油润滑活塞销。优选地，在铸造活塞头之后钻出所述通道。销孔大致为圆柱形，并且所述通道在活塞销与活塞孔之间大致均勻的间隙处开口。优选地，销孔在所述通道处没有凹坑(recess)。因此，将冷却油通路、通道和间隙的尺寸设计成在冷却油流经所述通道进入所述间隙以润滑活塞销时可将冷却油保持在冷却油通道和所述通道中。在销孔与通道的相交处具有凹坑的设计会允许过多的油从通道中流失，因而造成在发动机起动时难以充分润滑活塞销。此外， 与其他活塞头的设计相比，钻削通道使得能够用较少的工序制成活塞头，因为无需从活塞头的圆周上的油控制环钻出第一通道、然后从销孔钻出另一个通道以与第一通道相交。在一个实施例中，活塞头具有凸起部(boss)，该凸起部部分地限定与冷却油通路相对的销孔。穿过该凸起部钻出所述通道，使得所述通道具有延伸穿过该凸起部的部分和连接到冷却油通路的部分。在另一个实施例中，所述销孔是第一销孔，并且所述通道是第一钻削通道。活塞头具有凹陷开口和第二销孔，第二销孔与第一销孔是共轴线的，并且凹陷开口将第二销孔与第一销孔隔开。活塞头具有从第二销孔延伸至冷却油通路的第二钻削通道，从而允许来自通路的冷却油润滑活塞销。第二销孔还具有以下特征在第二钻削通道处没有任何凹坑。一种制造用于汽油发动机的活塞头的方法，包括把盐芯放置在用于活塞头的模具型腔中。通过用铝合金填充模具型腔，从而铸造出带有活塞销孔的单件式活塞头。将盐芯除去，从而在活塞头中形成冷却油通路。钻出从活塞销孔到冷却油通路的通道，使得来自冷却油通路的油将会流到销孔中。盐芯允许将通道铸造为单件，从而避免了通常在采用多件式钢活塞头时所需的额外的装配和焊接步骤。本发明还涉及以下技术方案。方案1. 一种带有活塞销的活塞，包括单件式活塞头，其具有完全被所述活塞头包围并且位于所述活塞头内部的冷却油通
路；
其中，所述活塞头具有用于所述活塞销的销孔，所述销孔不与所述冷却油通路相交；其中，将所述销孔的尺寸设计成在所述活塞销与所述活塞头之间保持大致均勻的间隙；以及
其中，所述活塞头具有从所述销孔延伸至所述冷却油通路的通道，从而允许来自所述通路的冷却油润滑所述活塞销。方案2.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述活塞头具有凸起部，所述凸起部部分地限定与所述冷却油通路相对的所述销孔；并且其中，所述通道的一部分延伸穿过所述凸起部。方案3.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述销孔是第一销孔，并且所述通道是第一钻削通道；其中，所述活塞头具有凹陷开口和第二销孔，所述第二销孔与所述第一销孔共轴线，并且所述凹陷开口把所述第二销孔与所述第一销孔隔开；其中，所述活塞头具有从所述第二销孔延伸至所述冷却油通路的第二钻削通道，从而允许来自所述通路的冷却油润滑所述活塞销。方案4.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有密封沟槽，所述密封沟槽围绕所述单件式活塞头并且与所述孔和所述通道没有流体连通。方案5.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述活塞头是铸铝，并且所述冷却油通路是利用盐芯形成的。方案6. —种用于制造汽油发动机所用活塞头的方法，包括 把盐芯放置在用于活塞头的模具型腔内；
通过用铝合金填充所述模具型腔，来铸造带有铸造活塞销孔的单件式活塞头； 除去所述盐芯，从而在所述活塞头中构建出冷却油通路；以及钻出从所述活塞销孔到所述冷却油通路的通道。方案7.如方案6所述的方法，还包括
将所述活塞头中的所述活塞销孔的表面机械加工成大致均勻的直径。方案8.如方案7所述的方法，其特征在于，所述钻孔穿过围绕所述活塞销孔的所述活塞头的凸起部，并且延伸穿过所述活塞销孔。方案9.如方案7所述的方法，其特征在于，所述放置盐芯包括将所述盐芯放置于附接在所述模具型腔内的桩上。方案10. —种制造用于汽油发动机的活塞头的方法，包括
铸造单件式活塞头，所述活塞头具有轴向对准的第一铸造活塞销孔和第二铸造活塞销孔，所述两个活塞销孔被处于它们之间的凹陷开口隔开；其中，所述活塞头具有利用盐芯形成的不与所述活塞销孔相交的冷却油通路；以及
通过在所述凹陷开口处进入所述销孔，钻出分别从所述第一活塞销孔和所述第二活塞销孔到所述冷却油通路的第一通道和第二通道；其中，所述钻孔是在所述销孔的大致圆柱形的部分进行的，从而在轴向延伸穿过所述销孔的活塞销周围形成大致均勻的间隙。从下面的对用以实施本发明的最佳方式的详细描述中，并结合附图，将很容易地了解本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
图1是活塞头的第一实施例的剖面示意图。图2是活塞头的第二实施例的剖面示意图。图3是在制造图1的活塞头中所使用的模具组件和盐芯的剖面示意图。图4是示出了制造图1和图2中的活塞头的方法的流程图。
具体实施例方式参见附图，在全部的若干图中采用相同的附图标记指示相同的部件，图1示出了包括单件式活塞头12的活塞10，活塞销16将活塞头12与活塞杆14相连接，以使活塞头 12与活塞杆14 一起运动。为了清楚地显示活塞头12，以假想线示出了活塞杆14和活塞销 16。活塞销16为大致圆柱形并具有中心轴线A。活塞杆14与活塞销16通过任何已知方式连接。活塞头12是单件式铸铝合金。大致为圆柱形的第一活塞销孔18A和第二活塞销孔 18B被铸造在活塞头12中，并且可以被机械加工成具有平滑的内表面20。活塞孔18A与活塞孔18B关于中心轴线A相互轴向对准，中心轴线A是活塞销16与活塞销孔18A、18B共同的中心轴线。将活塞销16和活塞销孔18A、18B的尺寸设计成在活塞销16与活塞销孔18A、 18B的表面20之间保持大致均勻的间隙22。铸造在活塞头12中的凹陷开口 23使活塞孔 18A与活塞孔18B相互隔开。凹陷的开口 23是活塞杆14与活塞销16相连接的区域。在图1的视图中，大致环状的冷却油通路M被包在活塞头12内，冷却油通路M 位于活塞孔18A、18B的上面并且不与活塞孔18A、18B相交。冷却油通路M具有进口和出口，进口和出口在图1中未示出，但在图3中示出，进口和出口被定位成可接收从位于凹陷开口 23内的喷嘴中喷出的冷却油。因此，冷却油至少部分地填充冷却油通路M并且从其中流过以冷却周围的铸铝。优选地，根据图4的方法，冷却油通路M是利用盐芯而形成。在活塞销16和活塞杆14的插入之前，通过由凹陷开口 23的开放底部28进入钻孔位置的钻头来钻出从相应销孔18A、18B到冷却油通路M的第一钻削通道2认和第二钻削通道^B。钻削通道沈々、268在活塞销孔18A、18B处的入口位于大致圆柱形的内表面20 处，与活塞销16相距相同的间隙22，在钻削通道^A、26B处活塞销孔18A、18B中没有任何附加的凹坑。将通道^A、26B和间隙22的尺寸设计成确保当活塞销16运动时有一些冷却油保留在通道中以便被分布在间隙的周围，使得在运行时和发动机起动时活塞销 16得到润滑，这不同于在通道^5A、26B处有附加的凹坑的设计，其中该附加凹坑会导致油立即从通道洸A、26B散开。活塞10的设计也优于从位于活塞头12外表面上的密封环沟槽30的区域向活塞孔提供冷却油的设计。这种设计对于每个活塞孔来说需要两个钻削通道，第一钻削通道从密封环沟槽30向内延伸至刚好在活塞孔的上面并且处在冷却油通路与活塞孔之间，然后另一个钻削通道从活塞孔向上延伸至与第一通道相交。这种设计不仅由于需要两个分开的钻削通道而有额外的加工步骤，而且气缸盖在冷却油通路与活塞孔之间的厚度必须充分厚以保持结构坚固，从而允许在此位置钻出通道。因此，这样的设计需要更大和更重的活塞头，因而使燃料经济性和封装空间变差。另外，活塞10优于需用多件式活塞头来构成冷却油通路的活塞设计，在后一种设
5计中冷却油通路的一部分是由第一件和焊接到第一件以围合冷却油通路的第二件所构成。 利用盐芯而形成的冷却油通路对，使得在单件式活塞头12中的精确设计的通路形状成为可能。参见图2，图中示出了带有单件式铸铝合金活塞头112的活塞110的另一个实施例。活塞头112具有冷却油通路124，该冷却油通路优选地是根据图4的方法利用盐芯而形成的。此外，活塞头112具有被铸造入活塞头112中的活塞销孔118。活塞销孔118为大致圆柱形，具有经机械加工的内表面120。大致圆柱形的活塞销116被置于活塞销孔中并且附接到活塞杆(未图示)，以便在汽油发动机的气缸中进行往复运动。活塞销116和活塞销孔 118被配置成保持大致均勻的间隙122。活塞头112具有构成活塞销孔118的下部的凸起部 132。通过将钻头定位于凸起部132的下面并且钻通到冷却油通路124，从而钻出通道118。 因此，通道118的一部分118A穿过凸起部132。通过以如图所示方式来定位通道，将使钻孔变得更加容易。这种设计与从密封环沟槽130向销孔送油的设计相比避免了加工步骤，这是因为从密封环沟槽130向销孔送油的设计需要有两个钻削通道，其中第一钻削通道从密封环沟槽130向内延伸至冷却油通路，然后另一个钻削通道从销孔向上延伸至与第一通道相交。此外，气缸盖12的厚度无需与这种设计的在钻削通道位置处的厚度一样。另外，活塞110优于需用多件式活塞头来构成冷却油通路的活塞设计，在后一种设计中冷却油通路的一部分由第一件和焊接到第一件以围合冷却油通路的第二件所构成。利用盐芯而形成的冷却油通路124，使得在单件式活塞头112中的精确设计的油通路形状成为可能。参见图3，图中示出了可用于铸造图1中的单件式活塞头12的模具组件200。具有不同形状模具的大致相似的模具组件，能够以对照模具组件200和活塞头12所描述的相同方式用于铸造单件式活塞头112。模具组件200包括上模202和下模204，这两个模具被构造成当如图所示那样闭合模具202、204时形成模具型腔206。下模204的一部分205延伸到图页的平面中并从其延伸出去，并且在铸造活塞头12时将会形成活塞销孔18A、18B。 模具202、204可各自具有不止一个零件，将它们组装到一起可形成制造铸造活塞头12所需的形状。本领域技术人员将会容易地理解设计模具以提供活塞头12的形状的各种方法。将销208固定到下模204。通过将盐芯210定位于销208上以被有效地悬置在型腔206中，从而把盐芯210置于型腔206内。然后闭合模具202、204，并且经进口 212浇注铝合金，以铸造图1的单件式活塞头12。然后将模具202、204打开，并且从模具202、204中移除铸造活塞头12。然后通过开口进行喷水从而除去盐芯210，所述开口是在围绕销208 浇铸铝合金并且从模具组件200中去除活塞头12让而销208留在模具组件200中时形成的。水的作用是溶解盐芯210，从而在盐芯210的位置中留下冷却油通路对。参见图4，图中示出了使用图3的模具组件200制造图1的单件式活塞头12的方法300。方法300同样可应用于制造活塞头112。方法300在步骤302开始，在该步骤中把盐芯210置于模具型腔206内。然后方法300进入步骤304，在该步骤中铸造具有活塞销孔 18AU8B的单件式活塞头12。然后，在步骤306，除去盐芯210，从而形成冷却油通路M。在步骤308，钻出从相应的活塞销孔18A、18B到冷却油通路M的通道^AJ6B。从活塞销孔18A、18B以方便的角度来完成钻孔，使得对于每个通道^5A、26B来说只需一个钻孔步骤。在活塞销孔18A、18B中钻削通道^A、26B与活塞销孔18A、18B相交的位置处没有凹坑。在步骤310，对活塞销孔18A、18B的表面20进行机械加工，使得在活塞销孔18A、18B
6中的活塞销16的周围形成大致均勻的间隙22。不带凹坑的通道^A、26B与孔18A、18B的构造，将会保证发动机起动时有一些冷却油保留在通道^A J6B中以便润滑活塞销16。
虽然已经详细描述了实施本发明的最佳方式，但是本发明相关领域的技术人员将会认可在所附权利要求的范围内的用于实施本发明的各种替代的设计和实施例。
权利要求
1.一种带有活塞销的活塞，包括单件式活塞头，其具有完全被所述活塞头包围并且位于所述活塞头内部的冷却油通路；其中，所述活塞头具有用于所述活塞销的销孔，所述销孔不与所述冷却油通路相交；其中，将所述销孔的尺寸设计成在所述活塞销与所述活塞头之间保持大致均勻的间隙；以及其中，所述活塞头具有从所述销孔延伸至所述冷却油通路的通道，从而允许来自所述通路的冷却油润滑所述活塞销。
2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞头具有凸起部，所述凸起部部分地限定与所述冷却油通路相对的所述销孔；并且其中，所述通道的一部分延伸穿过所述凸起部。
3.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述销孔是第一销孔，并且所述通道是第一钻削通道；其中，所述活塞头具有凹陷开口和第二销孔，所述第二销孔与所述第一销孔共轴线，并且所述凹陷开口把所述第二销孔与所述第一销孔隔开；其中，所述活塞头具有从所述第二销孔延伸至所述冷却油通路的第二钻削通道，从而允许来自所述通路的冷却油润滑所述活塞销。
4.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有密封沟槽，所述密封沟槽围绕所述单件式活塞头并且与所述孔和所述通道没有流体连通。
5.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞头是铸铝，并且所述冷却油通路是利用盐芯形成的。
6.一种用于制造汽油发动机所用活塞头的方法，包括把盐芯放置在用于活塞头的模具型腔内；通过用铝合金填充所述模具型腔，来铸造带有铸造活塞销孔的单件式活塞头；除去所述盐芯，从而在所述活塞头中构建出冷却油通路；以及钻出从所述活塞销孔到所述冷却油通路的通道。
7.如权利要求6所述的方法，还包括将所述活塞头中的所述活塞销孔的表面机械加工成大致均勻的直径。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钻孔穿过围绕所述活塞销孔的所述活塞头的凸起部，并且延伸穿过所述活塞销孔。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述放置盐芯包括将所述盐芯放置于附接在所述模具型腔内的桩上。
10.一种制造用于汽油发动机的活塞头的方法，包括铸造单件式活塞头，所述活塞头具有轴向对准的第一铸造活塞销孔和第二铸造活塞销孔，所述两个活塞销孔被处于它们之间的凹陷开口隔开；其中，所述活塞头具有利用盐芯形成的不与所述活塞销孔相交的冷却油通路；以及通过在所述凹陷开口处进入所述销孔，钻出分别从所述第一活塞销孔和所述第二活塞销孔到所述冷却油通路的第一通道和第二通道；其中，所述钻孔是在所述销孔的大致圆柱形的部分进行的，从而在轴向延伸穿过所述销孔的活塞销周围形成大致均勻的间隙。
全文摘要
本发明涉及具有销孔润滑的铸造活塞及其制造方法。具体地，提供了一种具有单件式且优选为铸铝的活塞头的活塞，该活塞头具有完全被其包围并位于其内部的冷却油通路。该活塞头具有用于活塞销的销孔，该销孔不与冷却油通路相交。将销孔的尺寸设计成在活塞销与活塞头之间保持大致均匀的间隙。该活塞头具有从销孔延伸至冷却油通路的通道，从而允许来自通路的冷却油润滑活塞销。优选地，在铸造所述活塞头之后钻出通道。优选地，销孔在通道处没有凹坑。本发明还涉及一种制造活塞的方法，包括铸造单件式活塞头，并且钻出从销孔到冷却油通路的通道。
文档编号F02F3/00GK102155325SQ20101055709
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者R. 阿罗 W. 申请人:通用汽车环球科技运作公司