CN102434307A

CN102434307A - 一种内燃机用运动组合件

Info

Publication number: CN102434307A
Application number: CN2011103606221A
Authority: CN
Inventors: 王季明; 李树林; 张彩霞; 张庆昕
Original assignee: JINGANG IC ENGING PART GROUP CO Ltd SHIJIAZHUANG
Current assignee: JINGANG IC ENGING PART GROUP CO Ltd SHIJIAZHUANG
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种内燃机用运动组合件，由活塞、缸套、活塞销、活塞环组成。其中，在活塞头部设有三个活塞环槽，在第一道环槽中装有横截面为梯形或矩形气环。第二道环槽中装有横截面为矩形的气环。第三道环槽中装有环高3.490～3.975mm的内撑油环。活塞裙部内腔有活塞座，活塞座上有活塞销孔，活塞销孔中装有活塞销，活塞销与活塞销孔的间隙为0.002～0.015mm。活塞装在缸套中，配缸间隙0.05～0.08mm。活塞的顶部、燃烧室、第一环槽的表面是经微等离子陶瓷化处理层。该组合件耐高温热裂、耐磨损，且重量轻，减少内燃机燃油和机油消耗，降低NO_X和颗粒物的排放，实现节能减排的有益效果。

Description

一种内燃机用运动组合件

技术领域

本发明涉及一种内燃机用运动组合件，特别是一种活塞、缸套、活塞环、活塞销四组件，属于内燃机技术领域。

背景技术

内燃机是目前产业化应用的各种动力机械中应用最广泛的机型，已经成为汽车、农业机械、工程机械、船舶、内燃机车、地质和石油钻机、军用、通用设备、移动和备用电站等装备的主要配套动力。目前内燃机在我国大、中型商用车上的应用也已占有绝对优势，消耗我国30％～50％以上的石油能源，同时其燃烧后排放的大量以CO、HC、NO_X气体和颗粒物为主的各种有害气体，对环境和生态平衡产生了严重影响。在内燃机中，活塞、缸套、活塞环、活塞销是关键的运动组合件，同时也是决定内燃机性能的重要部件。现有技术中，以五十铃493型内燃机为例，其活塞、缸套、活塞环、活塞销运动组件摩擦副在活塞裙部镶有钢片，一道环槽镶有铸铁圈、合金铸铁活塞环组件，其存在的缺陷是活塞本体重量比纯铝合金的重量大，活塞重量过大，在内燃机工作过程中，产生较大的往复惯性力和摩擦力矩，致使动力性(输出功率低)和经济性(燃油耗、机油耗上升)下降，寿命降低。由于活塞镶有钢片和铸铁圈，在铸造过程中容易发生脱圈或钢片与铝机体的粘接问题，导致在使用过程中铸铁圈处开裂，影响使用寿命，同时，在环槽镶圈处机加工过程中容易发生刀具早期磨损，降低生产效率，增加了产品的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内燃机用运动组合件，以减少内燃机燃油消耗和机油消耗，同时提高动力性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种内燃机用运动组合件，由活塞、缸套、活塞销、活塞环组成，其中，在活塞头部设有三个活塞环槽，在第一道环槽中装有环高为1.990～2.975mm、横截面为梯形或矩形的第一道气环，第一道环槽与第一道气环的端面间隙0.090～0.135mm。第二道环槽中装有环高1.980～2.010mm、横截面为矩形的第二道气环，第二道环槽与第二道气环6的端面间隙0.060～0.095mm。第三道环槽中装有环高3.490～3.975mm的内撑油环，油环端面间隙0.040～0.075mm。活塞裙部内腔设有活塞销座，在销座上设有活塞销孔，用以安装活塞销，作用在活塞上的气体压力和惯性力，经活塞销座、活塞销传给连杆，活塞销装在活塞销孔中，活塞销与活塞销孔的间隙为0.002～0.015mm。活塞装在缸套中，活塞燃烧室、活塞第一道环槽、活塞顶部、活塞火力岸的表面是经微等离子陶瓷化处理形成的膜层。

本发明中，活塞燃烧室、活塞第一道环槽、活塞顶部、活塞火力岸的表面是经微等离子陶瓷化处理形成的膜层厚度0.02～0.10mm。

本发明的内燃机用运动组合件的制造过程如下：

1、活塞工艺技术路线：

合金配置——变质处理——精炼处理——浇注——淬火——铣浇冒口——时效处理——粗车外圆——粗平顶——精车止口——半精车外圆——粗镗销孔——精切槽、外圆——粗挖燃烧室——铣气门坑——精燃烧室——挖精镗销孔——车卡环槽——清洗——微弧氧化处理——检验——包装。

2、活塞环工艺技术路线：

合金配置——混砂——造型——浇注——落砂——清理——毛整——检验——淬火——回火——半精车外圆——钻孔、切片——窜磨两端面——烘干——中检——切口——修口——精车外圆——精镗内孔——研外圆、内孔角——清洗——镀铬——检验——包装。

3、活塞销工艺技术路线：

原材料进厂检验——切断——钻孔——组合加工(车外圆、平断面、倒角、镗孔)——热处理(渗碳、淬、回火)——检验——喷砂——探伤——粗磨外圆——精磨外圆——检验——印字——超声波清洗脱水防锈——包装

4、缸套工艺技术路线：

熔炼——铁水孕育——浇注——毛坯检验——粗加工(车断面、外圆)——粗镗内孔——时效处理——半精车外圆——精镗内孔——精车外圆——精车凸肩——粗磨外圆——粗珩磨内孔——拉网纹——精磨外圆——精珩磨内孔——检验——印字——清洗脱水防锈——包装

本发明的内燃机用运动组合件的组装过程：

1、将制造的成品活塞按A组活塞与A组缸套相配套，B组活塞与B组缸套相配套，C组活塞与C组缸套相配套，D组活塞与D组缸套相配套。

2、用专用钳先将内撑油环装入活塞的第三道活塞环槽，然后将第二道活塞环装入第二道环槽，印字一面朝向活塞顶部，再将第一道活塞环装入第一道环槽，同样印字一面朝向活塞顶部，三个活塞环的开口方向错开120度。

3、用手将涂有油脂的活塞销水平推入活塞销座孔。

4、用专用工具套筒将活塞压入涂有液体润滑油的缸套中。

本发明取得的有益效果如下：

1、活塞毛坯的铸造过程，方便简捷，材料成本降低、能耗降低，提高了成品率。2、机加工过程中，减少了车削环槽工序刀具的磨损，延长了刀具寿命，工序废品率降低，提高了生产效率。1、本发明在活塞裙部取消钢片设计，活塞环槽取消铸铁镶圈设计，活塞本体质量减轻，使发动机心脏运动件减轻，燃油和机油的消耗减少，同时，提高了动力性，降低了排放，减轻了环境污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图(剖视图)

图2是图1的左侧视图

图中各标号代表的含义如下：

1.缸套 2.活塞 3.活塞燃烧室 4.第一道环槽 5.第一道气环 6.第二道气环 7.内撑油环 8.活塞销 9.活塞裙部 10.活塞顶部 11.缸套内表面 12.活塞火力岸 13.活塞销孔 14.活塞销座。

具体实施方式

以下结合附图以及附图给出的具体实施例对本发明作进一步描述：

参见图1、图2，一种内燃机用运动组合件，包括缸套1、活塞2、活塞销8，其中，在活塞头部设有三个活塞环槽，在第一道环槽4中装有环高为1.990～2.975mm、横截面为梯形或矩形的第一道气环5，第一道环槽4与第一道气环5的端面间隙0.090～0.135mm。第二道环槽中装有环高1.98～2.01mm、横截面为矩形的第二道气环6，第二道环槽与第二道气环6的端面间隙0.060～0.095mm。第三道环槽中装有环高3.490～3.975mm的内撑油环7，油环端面间隙0.040～0.075mm。在活塞裙部9内腔设有活塞销座14，在活塞销座14上镗有活塞销孔13，用以安装活塞销8，作用在活塞上的气体压力和惯性力，经活塞销座、活塞销传给连杆，活塞销8装在活塞销孔13中，活塞销8与活塞销孔13的间隙为0.002～0.015mm。活塞2装在缸套1中，缸套内表面11与活塞裙部9之间留有0.04～0.08mm的配缸间隙。活塞燃烧室3、活塞第一环槽4、活塞顶部10、活塞火力岸12的表面是经微等离子陶瓷化处理形成的膜层，且陶瓷化膜层厚度0.02～0.10mm。

活塞重量较现有结构的活塞减轻9％～12％，减小了活塞的往复惯性力和摩擦力矩，提高动力性和寿命，并且在保持良好密封的前提下采用降低平均比压设计，减少摩擦功，提高输出功率，减少燃油、机油消耗，减少振动和噪声。本发明的制造工艺，流程更加优化，延长了机加工刀具的使用寿命，产成品率得到了很大的提高。

本发明特别适用于五十铃系列493型内燃机用运动组件。

本发明的制造技术要求如下：

1、活塞制造技术要求是：

1.1、材质：

JGS131、JGS132、JGS133

1.2、金相组织应符合：Q/JG519-2004。

1.3、热处理硬度：110～140HB，同一活塞硬度差不大于10HB。

1.4、常温20℃时抗拉强度不低于200MPa。

1.5、高温300℃时抗拉强度不低于72MPa。

1.6、活塞体积稳定性≤0.025D％。

1.7、未注明铸造圆角半径为≤3，拔模角≤3°。

1.8、同一台发动机活塞的质量差不大于8g。

1.9、活塞裙部外圆印刷石墨，石墨厚度0.01～0.03mm。

1.10、活塞顶部及一道环槽微等离子陶瓷化处理，陶瓷层厚度0.02～0.10mm。

1.11、活塞裙部直径分4组，

A组：∮92.93～∮92.94；B组：＞∮92.94～∮92.95；

C组：＞∮92.95～∮92.96；D组：＞∮92.96～∮92.97

1.12其余按GB/T1148-1993执行。

2、活塞环制造的技术要求是：

2.1第一道气环：

2.1.1、化学成分应符合JGM——H03《球墨铸铁材质》。

2.1.2、环体硬度104～118HRB，同一片环的硬度差不大于4HRB。

2.1.3、金相组织按QC/T284——1999标准《汽车摩托车发动机球墨铸铁活塞环金相组织》执行。

2.1.4、当闭口间隙0.20～0.40时，切向弹力Ft：19～26.5N。

2.1.5、外圆复合镀处理，铬层厚度不小于0.10。

2.2第二道气环：

化学成分应符合JGM——11《铬铜合金铸铁材质》

2.2.1、环体硬度98～112HRB，同一片环的硬度差不大于4HRB。

2.2.2、金相组织按JB/T6016.2——2008标准《内燃机单体铸造活塞环金相检验》执行。

2.2.3、当闭口间隙0.20～0.40时，切向弹力Ft：15～22.4N。

2.2.4、表面磷化处理，磷化层厚度0.002～0.007

2.3内撑油环：

2.3.1、化学成分应符合JGM——11《铬铜合金铸铁材质》

2.3.2、环体硬度96～112HRB，同一片环的硬度差不大于4HRB。

2.3.3、金相组织按JB/T6016.2——2008标准《内燃机单体铸造活塞环金相检验》执行。

2.3.4、弹性模量100±15GPa。

2.3.5、抗弯强度不小于392MPa。

2.3.6、外圆镀铬，铬层厚度0.08～0.10，铬层硬度不小于800HV0.1。

2.3.7、表面磷化处理，磷化层厚度0.002～0.004。

2.3.8、其余按GB/T1149标准执行。

3、活塞销制造的技术要求是：

3.1内外表面渗碳淬火，在220℃油中回火4小时以消除内应力。

3.2渗碳层深度：外圆表面0.6～1.5，内孔表面0.4～1.7.

3.3表面硬度57～65HRC，心部硬度25～40HRC，心部铁素体含量≤5％。

3.4内外表面不得有裂纹，成品应磁力探伤，探伤后退磁。

3.5其余按JB/T8118-1999标准执行。

4、缸套制造的技术要求是：

4.1材质：JGM——G02。

4.2金相组织应符合JB/T5082-91。

4.3表面硬度260～310HB，同一缸套硬度差应小于20HB。

4.4抗拉强度应不小于250MPa。

4.5内孔表面进行平台珩磨，按Q/DCD 040053-2003执行。

4.6所有表面不允许有任何孔眼、夹渣、裂纹等缺陷存在。

4.7缸套内孔直径分4组，A组∮93.00～∮93.01；

B组：＞∮93.01～∮93.02；C组：＞∮93.02～∮93.03；D组：＞∮

93.03～∮93.04

4.7其余按Q/CCJ 040035-1995执行。

5、将制造的活塞、活塞环、活塞销、缸套按下述进行组装：

5.1、将制造的成品活塞按A组活塞与A组缸套相配套，B组活塞与B组缸套相配套，C组活塞与C组缸套相配套，D组活塞与D组缸套相配套。

5.2、用专用钳先将内撑油环装入活塞的第三道活塞环槽，然后将第二道活塞环装入第二道环槽，印字一面朝向活塞顶部，再将第一道活塞环装入第一道环槽，同样印字一面朝向活塞顶部，三个活塞环的开口方向错开120度。

5.3、用手将涂有油脂的活塞销水平推入活塞销座孔。

5.4、用专用工具套筒将A组活塞压入涂有液体润滑油的A组缸套中。

Claims

1.一种内燃机用运动组合件，由缸套(1)、活塞(2)、活塞销8)、活塞环组成，其特征在于：在活塞头部设有三个活塞环槽，在第一道环槽(4)中装有环高为1.990～2.975mm、横截面为梯形或矩形的第一道气环(5)，第一道气环(5)与第一道环槽(4)的端面间隙0.090～0.135mm，第二道环槽中装有环高1.980～2.010mm、横截面为矩形的第二道气环(6)，第二道气环(6)与第二道环槽的端面间隙0.060～0.095mm，第三道环槽中装有环高3.490～3.975mm的内撑油环(7)，其端面间隙0.040～0.075mm，活塞裙部内腔设有活塞销座(14)，在活塞销座(14)上设有用于安装活塞销(8)的活塞销孔(13)，活塞销(8)与活塞销孔(13)的间隙为0.002～0.015mm，活塞(2)装在缸套(1)中，活塞燃烧室(3)、活塞第一道环槽(4)、活塞顶部(10)、活塞火力岸(12)的表面是经微等离子陶瓷化处理形成的膜层。

2.根据权利要求1所述的内燃机用运动组合件，其特征在于缸套(1)内表面(11)与活塞裙部(9)之间留有配缸间隙0.04～0.08mm。

3.根据权利要求1所述的内燃机用运动组合件，其特征在于活塞燃烧室(3)、活塞第一道环槽(4)、活塞顶部(10)、活塞火力岸(12)表面的微等离子陶瓷化膜层厚度0.02～0.10mm。