CN104533653A - 一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及活塞。一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，包括活塞主体，活塞主体包括一活塞环岸部、一活塞下部，活塞环岸部与活塞下部通过两个连接处固定连接，两个连接处分别为第一连接处、第二连接处，第一连接处是一激光焊接连接处，第二连接处是一过盈配合连接处。本发明通过过盈配合连接、激光焊接连接实现活塞环岸部与活塞下部的固定连接，通过过盈配合连接处以实现活塞环岸部与活塞下部的连接定位，减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率。

Description

一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞及其生产方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体涉及活塞。

背景技术

汽车活塞好比汽车发动机的中枢部位，在发动机启动时候占了极其重要的地位。汽车活塞一方面用来承受气体压力，并通过活塞销让连杆驱使曲轴旋转；另一方面活塞顶部还是燃烧室的组成部分。

现有钢活塞通过在喉口堆焊耐热合金钢(X45CrSi9)，然后再加工成形，导致活塞成本异常高昂，此外因焊接质量问题也容易导致活塞出故障。现有的活塞在工作时，当钢活塞的温度超过摄氏600度时，燃烧室喉口容易形成氧化皮，导致钢活塞喉口开裂，影响钢活塞的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞及其生产方法，以解决上述技术问题中的至少一个。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，包括活塞主体，其特征在于，所述活塞主体包括一活塞环岸部、一活塞下部，所述活塞环岸部与所述活塞下部通过两个连接处固定连接，所述两个连接处分别为第一连接处、第二连接处，所述第一连接处是一激光焊接连接处，所述第二连接处是一过盈配合连接处；

所述活塞环岸部的下端呈内凹状，所述活塞下部的上端呈外凸状，所述两个连接处位于所述活塞环岸部的下端内壁与所述活塞下部的上端外壁接触处。

本发明通过过盈配合连接、激光焊接连接实现所述活塞环岸部与所述活塞下部的固定连接，通过过盈配合连接处以实现活塞环岸部与活塞下部的连接定位，减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率。本发明通过活塞环岸部与活塞下部的结构，便于过盈配合连接处的定位。

所述活塞环岸部的下端中央设有一凹陷处，所述凹陷处的最下端是一圆柱型凹槽，所述活塞下部设有外轮廓与所述圆柱型凹槽过盈配合的突起，所述圆柱型凹槽与所述突起的连接处为所述第二连接处。

所述过盈配合指的是所述突起的外径小于所述圆柱型凹槽的内径。

所述活塞主体内设有一内冷油道，所述活塞主体顶端中央设有一燃烧室，所述内冷油道与所述燃烧室之间的壁厚不小于3mm。

本发明通过内冷油道，可以降低活塞的整体温度。本发明通过减少传统内冷油道与燃烧室的距离，增强冷却能力。

所述第一连接处位于所述内冷油道与所述燃烧室之间的壁厚处。所述第一连接处所处的平面与水平面的夹角不大于40°。便于激光焊接操作。

所述内冷油道位于所述活塞环岸部与所述活塞下部之间。所述活塞环岸部设有开口向下的第一凹槽，所述活塞下部设有开口向上的第二凹槽，所述内冷油道由所述第一凹槽与所述第二凹槽联通构成。

本发明的内冷油道的结构相较传统的内冷油道加工简单，易于生产。

所述第一凹槽的下端面与所述第二凹槽的上端面一致。所述活塞环岸部与所述活塞下部固定连接后，所述第一凹槽与所述第二凹槽联通，形成所述内冷油道。

所述活塞主体为一柴油机活塞主体。

所述活塞环岸部的中央设有一通孔，所述活塞下部的上端中央设有横截面呈圆形的第三凹槽，所述燃烧室由所述通孔与所述第三凹槽联通构成。

所述通孔的下端面与所述第三凹槽的上端面一致。所述活塞环岸部与所述活塞下部固定连接后，所述通孔与所述第三凹槽联通，形成所述燃烧室。

所述活塞环岸部是由钢制成的活塞环岸部，所述活塞下部是由锻造毛坯制成的活塞下部。

将传统一体化均为钢制成的活塞主体，替换为两种不同材质构成，节约了成本。

所述活塞环岸部的外壁上开有三道环槽，由活塞环岸部顶端往下依次为第一环槽、第二环槽、第三环槽，所述第二连接处位于所述第三环槽的下方。

所述第一环槽与所述活塞环岸部上端面、第二环槽两者的间距均大于所述第二环槽与所述第三环槽的距离。

在活塞主体工作中，第一环槽的工作条件最恶劣，本发明通过优化第一环槽处的壁厚从而提高活塞主体的强度，有良好的支撑，变形小，提高抗磨损性，提高使用寿命。

优选为，所述第一环槽与所述活塞环岸部上端面、第二环槽两者的间距均大于所述第二环槽与所述第三环槽的距离的2倍。

所述活塞下部包括活塞裙部，所述活塞裙部的长度大于所述活塞主体长度的52％。本发明加大了活塞裙部占活塞总长的长度比，导向更好，运行更平稳，在缸套内运行换向时对缸套的冲击力更小，减小缸套穴蚀的风险。

所述活塞主体的压缩高可小于50％的缸径。设计弹性大，适应活塞压缩高降低的趋势。

所述活塞裙部上设有销座，所述销座在近活塞主体中心侧的销座端面通过连通通道与所述内冷油道相连。通过所述连通通道，使得内冷油道内的润滑机油在惯性作用下被喷射到连杆与销的表面上，并进入两者的间隙，产生润滑作用；从而减小摩擦力，降低摩擦功耗和磨损，增加寿命。

所述内冷油道通过一竖直的导油通道供油，所述导油通道设有一惯性动力泵，所述惯性动力泵包括泵腔体，和一金属材质的活塞，称为惯性活塞；

所述导油通道在所述惯性动力泵处加粗，作为所述泵腔体；所述惯性活塞在所述泵腔体内上下滑动；

所述泵腔体上方内侧为圆锥面结构；所述惯性活塞为圆锥体形，所述惯性活塞下方横截面积大于所述泵腔体圆锥面上部的横截面积，但小于所述泵腔体圆锥面下部的横截面积。

在惯性活塞位于上方时，使所述泵腔体上方的开口封闭，进而限制进入内冷油道内的油反向流出。在惯性活塞位于下方时，使所述泵腔体上方的开口开启，进而允许油进入内冷油道。进而有效控制内冷油道内的油流通方向，提高充满率，改善冷却效果。

并且因为惯性活塞为金属材质，密度大于油，因此具有较大的惯性，在发动机的活塞主体上下运动时，惯性活塞的运动速度与油不同，进而可以带动内冷油道内的油流通，提高油在受控方向上的流速，改善冷却效果。

所述惯性活塞下发设有凹陷。以扩大下方与油的接触面积。

所述惯性活塞上方还设有一金属配重。以提高惯性。

所述惯性活塞上方通过一支撑件连接金属配重，所述支撑件和金属配重穿入所述导油通道；所述导油通道设有一滑轨，所述金属配重与所述滑轨啮合，上下滑动。滑轨和金属配重的啮合关系，可以稳定惯性活塞，并且可以限定惯性活塞的运动。

本发明通过支撑件在导油通道内的运动情况，从而给予冷却油流动的助力。

一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：单独加工制造活塞环岸部、活塞下部；

步骤二：所述活塞环岸部与所述活塞下部在第二连接处通过过盈配合连接进行定位连接；

步骤三：所述活塞环岸部与所述活塞下部在第一连接处通过激光焊接固定连接成型，第一连接处位于燃烧室喉口。

本发明通过先定位后焊接的方式，提高了燃烧室喉口处的焊接可靠性。活塞过盈配合连接、激光焊接连接实现所述活塞环岸部与所述活塞下部的固定连接，通过过盈配合连接处以实现活塞环岸部与活塞下部的连接定位，减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率。

有益效果：本发明适用于中重卡柴油机；减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率；活塞环岸部有支撑，环槽变形更小，可以适应230bar以上的发动机爆发压力；内冷油道加工制造简单。

附图说明

图1为本发明的局部剖面示意图；

图2为本发明的一种正视半剖视图；

图3为本发明的一种立体结构示意图；

图4为本发明惯性动力泵闭合状态的一种结构示意图；

图5为本发明惯性动力泵开启状态的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2、图3，一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，包括活塞主体，活塞主体包括一活塞环岸部1、一活塞下部2，活塞环岸部1与活塞下部2通过两个连接处固定连接，两个连接处分别为第一连接处3、第二连接处4，第一连接处3是一激光焊接连接处，第二连接处4是一过盈配合连接处；活塞环岸部1的下端呈内凹状，活塞下部2的上端呈外凸状，两个连接处位于活塞环岸部1的内壁与活塞下部2的上端外壁接触处。本发明通过过盈配合连接、激光焊接连接实现活塞环岸部1与活塞下部2的固定连接，通过过盈配合连接处以实现活塞环岸部1与活塞下部2的连接定位，减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率。本发明通过活塞环岸部1与活塞下部2的结构，便于过盈配合连接处的定位。

活塞环岸部1的下端中央设有一凹陷处，凹陷处的最下端是一圆柱型凹槽，活塞下部2设有外轮廓与圆柱型凹槽过盈配合的突起，圆柱型凹槽与突起的连接处为第二连接处4。过盈配合指的是突起的外径小于圆柱型凹槽的内径。

活塞主体内设有一内冷油道5，活塞主体顶端中央设有一燃烧室6，内冷油道5与燃烧室6之间的壁厚不小于3mm。本发明通过内冷油道5，可以降低活塞的整体温度。本发明通过减少传统内冷油道5与燃烧室6的距离，增强冷却能力。第一连接处3位于内冷油道5与燃烧室6之间的壁厚处。第一连接处3所处的平面与水平面的夹角不大于40°。便于激光焊接操作。

内冷油道5位于活塞环岸部1与活塞下部2之间。活塞环岸部1设有开口向下的第一凹槽，活塞下部2设有开口向上的第二凹槽，内冷油道5由第一凹槽与第二凹槽联通构成。本发明的内冷油道5的结构相较传统的内冷油道5加工简单，易于生产。第一凹槽的下端面与第二凹槽的上端面一致。活塞环岸部1与活塞下部2固定连接后，第一凹槽与第二凹槽联通，形成内冷油道5。活塞主体为一柴油机活塞主体。

活塞环岸部1的中央设有一通孔，活塞下部2的上端中央设有横截面呈圆形的第三凹槽，燃烧室6由通孔与第三凹槽联通构成。通孔的下端面与第三凹槽的上端面一致。活塞环岸部与活塞下部固定连接后，通孔与第三凹槽联通，形成燃烧室。

活塞环岸部1是由钢制成的活塞环岸部1，活塞下部2是由锻造毛坯制成的活塞下部2。将传统一体化均为钢制成的活塞主体，替换为两种不同材质构成，节约了成本。

活塞环岸部1的外壁上开有三道环槽，由活塞环岸部1顶端往下依次为第一环槽11、第二环槽12、第三环槽13，第二连接处4位于第三环槽13的下方。

第一环槽11与活塞环岸部1上端面、第二环槽12两者的间距均大于第二环槽12与第三环槽13的距离。在活塞主体工作中，第一环槽11的工作条件最恶劣，本发明通过优化第一环槽处的壁厚从而提高活塞主体的强度，有良好的支撑，变形小，提高抗磨损性，提高使用寿命。

优选为，第一环槽与活塞环岸部1上端面、第二环槽两者的间距均大于第二环槽与第三环槽的距离的2倍。

环槽的内壁上设有一保护涂层，保护涂层优选为DLC涂层。DLC涂层全称为类金刚石涂层，DLC涂层可以是含氢类金刚石涂层、无氢类金刚石涂层。DLC涂层厚度优选为0.3微米～15微米。DLC涂层中含有金刚石机构和/或石墨结构的亚稳非晶态物质，具有较小的摩擦系数，可进一步降低摩擦功损失，改善了发动机的燃油经济性。

活塞下部2包括活塞裙部8，活塞裙部8的长度大于活塞主体长度的52％。本发明加大了活塞裙部8占活塞总长的长度比，导向更好，运行更平稳，在缸套内运行换向时对缸套的冲击力更小，减小缸套穴蚀的风险。活塞主体的压缩高可小于50％的缸径。设计弹性大，具有充分满足活塞压缩高降低的技术效果。活塞裙部8上设有销座，销座的内部设有销孔7，销座在近活塞主体中心侧的销座端面通过连通通道与内冷油道相连。通过连通通道，使得内冷油道内的润滑机油在惯性作用下被喷射到连杆与销的表面上，并进入两者的间隙，产生润滑作用；从而减小摩擦力，降低摩擦功耗和磨损，增加寿命。销孔7处设有一储油槽，储油槽通过联通通道与第三环槽联通，第三环槽是油环环槽。

参见图4、图5，内冷油道通过一竖直的导油通道供油，导油通道设有一惯性动力泵，惯性动力泵包括泵腔体23，和一金属材质的活塞，称为惯性活塞24。导油通道在惯性动力泵处加粗，作为泵腔体23；惯性活塞24在泵腔体23内上下滑动。泵腔体23上方内侧为圆锥面结构；惯性活塞24为圆锥体形，惯性活塞24下方横截面积大于泵腔体23圆锥面上部的横截面积，但小于泵腔体23圆锥面下部的横截面积。

在惯性活塞24位于上方时，使泵腔体23上方的开口封闭，进而限制进入内冷油道内的油反向流出。在惯性活塞24位于下方时，使泵腔体23上方的开口开启，进而允许油进入内冷油道。进而有效控制内冷油道内的油流通方向，提高充满率，改善冷却效果。

并且因为惯性活塞24为金属材质，密度大于油，因此具有较大的惯性，在发动机的活塞主体上下运动时，惯性活塞24的运动速度与油不同，进而可以带动内冷油道内的油流通，提高油在受控方向上的流速，改善冷却效果。

惯性活塞24下发设有凹陷。以扩大下方与油的接触面积。惯性活塞24上方还设有一金属配重25。以提高惯性。

惯性活塞24上方通过一支撑件22连接金属配重25，支撑件22和金属配重25穿入导油通道；导油通道设有一滑轨21，金属配重25与滑轨21啮合，上下滑动。滑轨21和金属配重25的啮合关系，可以稳定惯性活塞24，并且可以限定惯性活塞24的运动。

一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞的生产方法，包括如下步骤：步骤一：单独加工制造活塞环岸部1、活塞下部2；步骤二：活塞环岸部1与活塞下部2在第二连接处4通过过盈配合连接进行定位连接；步骤三：活塞环岸部1与活塞下部2在第一连接处3通过激光焊接固定连接成型，第一连接处3位于燃烧室6喉口。本发明通过先定位后焊接的方式，提高了燃烧室6喉口处的焊接可靠性。活塞过盈配合连接、激光焊接连接实现活塞环岸部1与活塞下部2的固定连接，通过过盈配合连接处以实现活塞环岸部1与活塞下部2的连接定位，减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率。

有益效果：本发明适用于中重卡柴油机；减小加工制造难度；只有一个激光焊缝，与一般的激光焊接钢活塞的2道激光焊缝相比，减少了焊缝数量，减小了加工制造难度，也降低了因焊接质量导致活塞出故障的概率；活塞环岸部1有支撑，环槽变形更小，可以适应230bar以上的发动机爆发压力；内冷油道5加工制造简单。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，包括活塞主体，其特征在于，所述活塞主体包括一活塞环岸部、一活塞下部，所述活塞环岸部与所述活塞下部通过两个连接处固定连接，所述两个连接处分别为第一连接处、第二连接处，所述第一连接处是一激光焊接连接处，所述第二连接处是一过盈配合连接处；

所述活塞环岸部的下端呈内凹状，所述活塞下部的上端呈外凸状，所述两个连接处位于所述活塞环岸部的下端内壁与所述活塞下部的上端外壁接触处。

2.根据权利要求1所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞主体内设有一内冷油道，所述活塞主体顶端中央设有一燃烧室，所述内冷油道与所述燃烧室之间的壁厚不小于3mm。

3.根据权利要求2所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞环岸部设有开口向下的第一凹槽，所述活塞下部设有开口向上的第二凹槽；

所述活塞环岸部与所述活塞下部固定连接后，所述第一凹槽与所述第二凹槽联通，形成所述内冷油道。

4.根据权利要求2所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞环岸部的中央设有一通孔，所述活塞下部的上端中央设有横截面呈圆形的第三凹槽；

所述活塞环岸部与所述活塞下部固定连接后，所述通孔与所述第三凹槽联通，形成所述燃烧室。

5.根据权利要求1所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞环岸部是由钢制成的活塞环岸部，所述活塞下部是由锻造毛坯制成的活塞下部。

6.根据权利要求1所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞环岸部的外壁上开有三道环槽，由活塞环岸部顶端往下依次为第一环槽、第二环槽、第三环槽，所述第一环槽与所述活塞环岸部上端面、第二环槽两者的间距均大于所述第二环槽与所述第三环槽的距离。

7.根据权利要求1所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞环岸部的下端中央设有一凹陷处，所述凹陷处的最下端是一圆柱型凹槽，所述活塞下部设有外轮廓与所述圆柱型凹槽过盈配合的突起，所述圆柱型凹槽与所述突起的连接处为所述第二连接处。

8.根据权利要求1所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述活塞主体的压缩高可小于50％的缸径。

9.根据权利要求2所述的一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞，其特征在于：所述内冷油道可通过一竖直的导油通道供油，所述导油通道设有一惯性动力泵，所述惯性动力泵包括泵腔体，和一金属材质的活塞，称为惯性活塞；

所述导油通道在所述惯性动力泵处加粗，作为所述泵腔体；所述惯性活塞在所述泵腔体内上下滑动；

所述泵腔体上方内侧为圆锥面结构；所述惯性活塞为圆锥体形，所述惯性活塞下方横截面积大于所述泵腔体圆锥面上部的横截面积，但小于所述泵腔体圆锥面下部的横截面积；

所述惯性活塞下发设有凹陷；

所述惯性活塞上方还设有一金属配重；

所述惯性活塞上方通过一支撑件连接金属配重，所述支撑件和金属配重穿入所述导油通道；所述导油通道设有一滑轨，所述金属配重与所述滑轨啮合，上下滑动。

10.一种提高燃烧室喉口焊接可靠性的活塞的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：单独加工制造活塞环岸部、活塞下部；

步骤二：所述活塞环岸部与所述活塞下部在第二连接处通过过盈配合连接进行定位连接；

步骤三：所述活塞环岸部与所述活塞下部在第一连接处通过激光焊接固定连接成型，第一连接处位于燃烧室喉口。