CN102418619A

CN102418619A - 一种活塞

Info

Publication number: CN102418619A
Application number: CN2011104559317A
Authority: CN
Inventors: 张轶; 向瑾; 杨志勇
Original assignee: Hunan Jiangbin Machinery Group Co Ltd
Current assignee: Hunan Jiangbin Machinery Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-04-18

Abstract

本发明公开了一种活塞，包括：活塞本体(1)，所述活塞本体(1)裙部长轴两侧正压面设有楔形凹槽(2)；镶嵌所述楔形凹槽(2)处的碳复合纤维块(3)。由于碳复合纤维块(3)具有自润滑功能，减小了活塞与气缸的摩擦阻力，进而降低了摩擦损失功率，提高了活塞功率，使发动机达到高功率、高强化、低排放的要求。

Description

一种活塞

技术领域

本发明涉及发动机领域，更具体的说，是涉及一种活塞。

背景技术

目前，用于汽车、工程机械、内燃机车及船用发动机都向低摩擦、高功率、低排放、高强化方向发展。活塞是柴油机的关键零件，长期在高温、高负荷和润滑不良的情况下工作，承受着周期交变的机械负荷与热负荷，是柴油机中故障发生最多的零部件之一。长期以来一直是重型柴油机设计研究关注的重点。活塞设计是否合理，直接影响到柴油机的动力性、经济性、可靠性和使用寿命。

在柴油机中的各项指标中，摩擦损失功率是制约其高功率的一个重要因素，指的是柴油机为克服各运动部件之间的摩擦而消耗的功率。摩擦损失功率N_mf约为指示功率N_i的10～15％，其中最大的一项是活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失，约占整个摩擦损失功率N_mf的55～65％。摩擦损失功率N_mf与摩擦面上的单位压力、表面线速度、材料、润滑油质量及粘度、表面加工精度及装配质量有关。在机械损失中，由于摩擦损失所占的比例很大，所以采取措施减少摩擦损失是提高柴油机有效指标的重要方向。

当前，大功率、高负荷的发动机活塞，采用钢顶铝裙结构活塞(活塞头部采用锻钢或铸钢，裙部采用锻铝或铸铝制造，通过螺栓链接成一体)、铰接摆体式活塞(活塞头部采用锻钢或铸钢，裙部采用锻铝或铸铝制造，通过活塞销链接成一体)、锻钢或铸钢整体(焊接)式活塞来设计，满足发动机的要求。但是以上几种结构的活塞都存在工艺复杂，成本过高(包括制造成本和材料成本)，活塞重量偏重、早期磨损等问题。

铸造铝活塞具有足够的强度、刚度和可靠性，同时有良好的工作性能、较轻的重量和较好的工艺性，目前依然是发动机活塞的首选。但是铝质活塞不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求的问题，所以，如何提供一种结构较简单，成本低廉，能广泛应用于发动机高功率、高强化、低排放、低摩擦的要求的活塞是当前本领域亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种活塞，以克服现有技术中由于活塞和气缸的摩擦损失功率N_mf过大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活塞，包括：

活塞本体，所述活塞本体裙部长轴两侧正压面设有楔形凹槽；

镶嵌所述楔形凹槽处的碳复合纤维块。

优选的，上述活塞中，所述活塞本体为整体铸造成型。

优选的，上述活塞中，所述楔形凹槽的楔形角度小于等于75°。

优选的，上述活塞中，所述碳复合纤维块为石墨纤维块。

经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种活塞，其活塞裙部与气缸配合摩擦的接触面结构为碳复合纤维，其含碳量在90％以上，属于固体润滑剂，具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、且不易变形等特性。由于其具有自润滑功能，所以减小了活塞与气缸的摩擦阻力，进而降低了摩擦损失功率，提高了活塞功率，使其能够满足发动机高功率、高强化、低排放的要求。并由于该结构比整体为铝合金的结构重量轻(碳复合纤维含碳量在一般都在90％以上，其密度1.80低于的铝合金2.77)，进而往复运动惯性力就相应比其他铝合金结构小，摩擦损失功率相应减小，从而提高了发动机的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的楔形碳复合纤维块结构示意图；

图2为本发明实施例公开的活塞本体剖面图；

图3为本发明实施例公开的活塞A-A截面图；

图4为本发明实施例公开的活塞整体结构剖面图；

图5为本发明实施例公开的活塞整体A-A截面图。

具体实施方式

本发明公开本一种活塞，其活塞裙部与气缸配合摩擦的接触面结构为碳复合纤维块，由于该碳复合纤维块具有自润滑功能，所以减小了活塞与气缸的摩擦阻力，进而降低了摩擦损失功率，提高了活塞功率，使其能够满足发动机高功率、高强化、低排放的要求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图2和4，本发明公开的一种活塞，包括：

活塞本体1，活塞本体1裙部长轴两侧正压面设有楔形凹槽2；

镶嵌楔形凹槽2处的碳复合纤维块3镶嵌楔形凹槽处的碳复合纤维。

该结构中，两块碳复合纤维块3与气缸接触，并且与气缸摩擦，由于碳复合纤维块3一般含碳量都在90％以上，其属于固体润滑剂，具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、且不易变形等特性。由于其具有自润滑功能，所以减小了活塞与气缸的摩擦阻力，进而降低了摩擦损失功率，提高了活塞功率，使其能够满足发动机高功率、高强化、低排放的要求。并由于该结构比整体为铝合金的结构重量轻(碳复合纤维含碳量在一般都在90％以上，其密度1.80低于的铝合金2.77)，进而往复运动惯性力就相应比其他铝合金结构小，摩擦损失功率相应减小，从而也提高了发动机的效率。

为了进一步优化上述技术方案，活塞本体1为整体铸造成型。先制作带有楔形凹槽的模具，再利用该模具直接把活塞本体1铸造成型。相对于先加工成完整的活塞结构，然后再对活塞本体1裙部长轴两侧正压面加工楔形凹槽2的方法不仅节约成本，还节省了时间，提高了生产效率。

为了进一步优化上述技术方案，楔形凹槽2的楔形角度小于等于75°如果该角度比较大的话，碳复合纤维块3与活塞本体1的夹紧力度就会随着角度的增大而逐渐减小。为了保证该夹紧力度，楔形凹槽2的楔形角度小于等于75°。

为了进一步优化上述技术方案，碳复合纤维块3可以石墨纤维块，石墨纤维块是含碳量99％以上，其结构高强度高模量，耐热冲击好，热膨胀系数小，在无氧下可耐3500℃，抗燃性和导电性优良，耐腐蚀等，完全可以胜任该处需要达到的强度、耐热各种指标。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种活塞，其特征在于，包括：

活塞本体(1)，所述活塞本体(1)裙部长轴两侧正压面设有楔形凹槽(2)；

镶嵌所述楔形凹槽(2)处的碳复合纤维块(3)。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞本体(1)为整体铸造成型。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述楔形凹槽(2)的楔形角度小于等于75°。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述碳复合纤维块(3)为石墨纤维块。