CN104832315A - 发动机活塞和具有其的发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机活塞和具有其的发动机，所述发动机活塞包括：活塞上体，所述活塞上体的上端面设有向下凹陷的燃烧室；和活塞下体，所述活塞下体与所述活塞上体相连，所述活塞上体与所述活塞下体之间限定有邻近所述燃烧室设置且沿上下方向延伸的冷却腔室，所述冷却腔室内设有冷却介质，所述活塞上体和活塞下体的至少一个的外周面上设有活塞环。根据本发明实施例的发动机活塞，活塞上体与活塞下体之间设有邻近燃烧室且沿上下方向延伸的冷却腔室，当发动机活塞上下往复运动时，冷却介质可在冷却腔室内振荡，将燃烧室的热量向下带动，使热量易于向下传递，降低了发动机活塞顶部和活塞环处的温度，冷却性能提高，能够满足高强化发动机的要求。

Description

发动机活塞和具有其的发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，更具体地，涉及一种发动机活塞和具有其的发动机。

背景技术

活塞是往复式内燃机的关键部件，在工作过程中，活塞承受着由于燃烧产生的高压高温气体带来的交变热负荷和机械负荷的冲击，其可靠性直接关系到发动机整机的可靠和寿命。随着社会对节能减排低碳要求的不断提高，发动机的功率密度越来越大，爆发压力已经从过去12～14Mpa提高到25Mpa以上。为此，对活塞材料的高温疲劳强度和材料的导热性能的要求也有了进一步的提高，但传统结构的活塞可靠性低，很难满足高强化发动机对极高热负荷和机械负荷的要求。因此，发动机活塞有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明旨在提出一种发动机活塞，所述发动机活塞的冷却性能好，可以满足高强化发动机对高爆发压力和高可靠性的要求。

本发明还提出了一种具有上述发动机活塞的发动机。

根据本发明实施例的发动机活塞，包括：活塞上体，所述活塞上体的上端面设有向下凹陷的燃烧室；和活塞下体，所述活塞下体与所述活塞上体相连，所述活塞上体与所述活塞下体之间限定有邻近所述燃烧室设置且沿上下方向延伸的冷却腔室，所述冷却腔室内设有冷却介质，所述活塞上体和活塞下体的至少一个的外周面上设有活塞环。

根据本发明实施例的发动机活塞，通过在活塞上体与活塞下体之间设置邻近燃烧室并且沿上下方向延伸的冷却腔室，冷却腔室内设有冷却介质，当发动机活塞上下往复运动时，冷却介质可在冷却腔室内上下振荡，从而将活塞上体的燃烧室的热量向下带动，热量更易于向下传递，使向活塞环处传递的热量显著减少，极大了降低了发动机活塞的顶部以及活塞环处的温度，防止了活塞环因温度过高而造成机油结胶，进而使活塞环卡死的问题出现，发动机活塞的冷却性能提高，能够满足高强化发动机对高爆发压力和高可靠性的要求，使用寿命大大延长。

另外，根据本发明上述实施例的发动机活塞还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述冷却腔室形成为沿所述发动机活塞的周向延伸的环形。

根据本发明的一个实施例，所述活塞上体的下端面设有开口向下的第一凹槽，所述活塞下体的上端面设有开口向上的第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽配合形成所述冷却腔室。

根据本发明的一个实施例，所述第一凹槽的顶部设有向上延伸的凸槽，所述凸槽位于所述燃烧室与所述活塞环之间。

根据本发明的一个实施例，所述冷却介质为钠。

根据本发明的一个实施例，所述冷却介质熔化后的体积为所述冷却腔室的容积的1/3-1/2。

根据本发明的一个实施例，所述活塞环包括气环槽和油环槽，所述气环槽为两个，两个所述气环槽沿活塞上体的轴向间隔开设在所述活塞上体的外周面上，所述油环槽为一个，所述油环槽设在所述活塞下体的外周面上且邻近所述活塞下体的上端设置。

根据本发明的一个实施例，所述活塞上体和所述活塞下体为锻钢件或铸铁件。

根据本发明的一个实施例，所述活塞上体和所述活塞下体通过激光焊接或者摩擦焊接相连。

根据本发明实施例的发动机，包括根据本发明实施例的发动机活塞。

附图说明

图1是根据本发明实施例的发动机活塞的结构示意图。

附图标记：

发动机活塞100；

活塞上体1；活塞下体2；活塞环3；气环槽31；油环槽32；冷却腔4；凸槽41；燃烧室5；冷却介质6；活塞销座7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的发动机活塞100。

如图1所示，根据本发明实施例的发动机活塞100包括活塞上体1和活塞下体2，活塞下体2与活塞上体1相连。活塞上体1的上端面设有向下凹陷的燃烧室5，活塞上体1与活塞下体2之间限定有邻近燃烧室5设置并且沿上下方向延伸的冷却腔室4。冷却腔室4内设有冷却介质6，活塞上体1和活塞下体2的至少一个的外周面上设有活塞环3。

根据本发明实施例的发动机活塞100，通过在活塞上体1与活塞下体2之间设置邻近燃烧室5并且沿上下方向延伸的冷却腔室4，冷却腔室4内设有冷却介质6，当发动机活塞100上下往复运动时，冷却介质6可在冷却腔室4内上下振荡，从而将活塞上体1的燃烧室5的热量向下带动，热量更易于向下传递，使向活塞环3处传递的热量显著减少，极大了降低了发动机活塞100的顶部以及活塞环3处的温度，防止了活塞环3因温度过高而造成机油结胶，进而使活塞环3卡死的问题出现，发动机活塞100的冷却性能提高，能够满足高强化发动机对高爆发压力和高可靠性的要求，使用寿命大大延长。

根据本发明实施例的发动机活塞100，燃烧室5的热量不易于沿径向向活塞环3传递，热量更易于随着冷却腔室4内的冷却介质6向下传递。传递至发动机活塞100的底部的热量可通过机油冷却喷嘴喷出的机油冷却，这样将由高温燃气传给发动机活塞100的热量可通过冷却介质6传给机油，从而大大降低了发动机活塞100头部的温度，提高了发动机活塞100的冷却性能，可以满足高强化发动机对于极高热负荷的要求。同时，延缓了发动机活塞100的活塞环3的损坏，延长了发动机活塞100的使用寿命。

活塞上体1和活塞下体2可为锻钢件或铸铁件，即活塞上体1可采用锻钢或铸铁制成，活塞下体2可采用锻钢或铸铁制成。采用锻钢或铸铁制成的活塞上体1和活塞下体2的强度较高，发动机活塞100的高温疲劳强度高，可以满足高强化发动机对于高机械负荷的要求。当然，活塞上体1和活塞下体2也可采用其他高强、耐高温的其他金属材料制备。

进一步地，发动机活塞100的活塞裙部可采用耐磨材料制备，以提高活塞裙部的耐磨性，较好地承受汽缸壁所给的侧推力，活塞裙部可与气缸保持小而安全的间隙，发动机活塞100的配缸间隙小，避免了漏气或窜油，动力性高。

活塞上体1与活塞下体2的连接方式可有多种，可选地，活塞上体1和活塞下体2可通过焊接相连，具体地，活塞上体1与活塞下体2可通过激光焊接或者摩擦焊接相连。采用激光焊接或摩擦焊接相连的活塞上体1和活塞下体2之间的焊缝小，连接紧密且可靠、强度高。

当活塞上体1与活塞下体2通过焊接方式相连时，冷却介质6可通过预置方式放置在活塞上体1与活塞下体2焊接后形成的内部冷却腔室4内，当活塞上体1与活塞下体2焊接在一起后，冷却介质6可以较好的封闭在冷却腔室4内。

冷却介质6的种类可选用多种，有利地，冷却介质6可为钠。金属钠是一种低熔点(97.8℃)的物质，导热性极好。在发动机运转工况下，金属钠可呈液态。发动机活塞100在上下往复运动推动曲轴旋转做功，并输出动力时，液态钠在冷却腔室4中上下振荡，从而容易地将发动机活塞100头部燃烧室5的热量通过冷却介质6带到发动机活塞100的底部。

可以理解的是，冷却介质6不仅限于使用钠，也可以是其他低熔点、高导热的材料。

冷却介质6的总量可在一定范围内变化，可选地，冷却介质6熔化后的体积可为冷却腔室4的容积的1/3-1/2。当冷却介质6为金属钠时，液态钠的体积可为冷却腔室4的容积的1/3-1/2，即液态钠只占据了冷却腔室4的容积的1/3-1/2，当发动机活塞100上下往复运动时，液态钠更易于在冷却腔室4内上下振荡，从而使热量更易于向下传递。具体地，在本发明的一个具体示例中，冷却介质6熔化后的体积为冷却腔室4的容积的5/12。

冷却腔室4可形成为沿发动机活塞100的周向延伸的环形。由此，活塞上体1与活塞下体2之间的冷却腔室4可形成完整的一圈，使燃烧室5的热量进一步更易于向下传递，发动机活塞100的冷却性能进一步提高。

如图1所示，活塞上体1位于上方，活塞下体2位于下方，活塞上体1的下端面与活塞下体2的上端面结构适配。活塞上体1的下端面可设有开口向下的第一凹槽，活塞下体2的上端面可设有开口向上的第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽的位置在上下方向上相互对应，当活塞上体1与活塞下体2连接在一起时，第一凹槽可与第二凹槽配合形成冷却腔室4。有利地，第一凹槽的开口与第二凹槽的开口形状相同、尺寸相等，并且在上下方向上位置相同，以较好的配合形成冷却腔室4，提高了冷却腔室4的密封性能，避免了冷却介质6泄露。

第一凹槽的顶部可设有向上延伸的凸槽41，凸槽41可位于燃烧室5与活塞环3之间。凸槽41可以有效减少发动机活塞100的燃烧室5将所吸收的燃气的热量传给发动机活塞100的活塞环3，防止了活塞环3因温度高而造成机油结胶，进而使活塞环3卡死。

根据本发明实施例的发动机活塞100，活塞上体1和活塞下体2的至少一个的外周面上设有活塞环3，换言之，活塞环3可仅设在活塞上体1的外周面上，或者活塞环3可仅设在活塞下体2的外周面上，或者活塞上体1和活塞下体2的外周面上均设有活塞环3。

例如，如图1所示，活塞上体1和活塞下体2的外周面上均设有活塞环3。活塞环3可包括气环槽31和油环槽32。气环槽31位于上方，油环槽32位于下方。气环槽31为两个，两个气环槽31沿活塞上体1的轴向间隔开设在活塞上体1的外周面上。油环槽32为一个，油环槽32设在活塞下体2的外周面上并且邻近活塞下体2的上端设置。

当然，以上所描述的气环槽31与油环槽32的数量和分布情况仅作为示例进行描述，其实际情况并不限于此，还可以其他数量和分布位置的组合。例如，气环槽31为一个，油环槽32为两个，活塞上体1上设有沿上下方向间隔开设置的一个气环槽31和一个油环槽32，油环槽32位于气环槽31的下方，活塞下体2上设有一个油环槽32。

根据本发明实施例的发动机活塞100与连杆的小头端相连。由于发动机活塞100和连杆小头端存在相对运动，为了增加发动机活塞100和连杆的寿命，在发动机活塞100和连杆的安装结合处可镶入耐磨的活塞销，耐磨的活塞销插入活塞下体2的活塞销座7内，并用卡环固定在发动机活塞100上。由此，连杆小头端上的孔可与活塞销同轴安装并可以相对转动，连接稳固，工作性能好。发动机活塞100和连杆装配完成后，可将两者共同放入气缸内，使发动机活塞100能够沿气缸的轴线方向往复运动。

根据本发明实施例的发动机活塞100在气缸内上下运行时，冷却腔室4内封闭的冷却介质6在冷却腔室4内上下振荡，将活塞上体1的燃烧室5的热量传递给冷却介质6，并通过冷却介质6的振荡向下传递，使热量可容易地向下传递至发动机活塞100的底部，传递至发动机活塞100的底部的热量可通过机油冷却喷嘴喷出的机油冷却，从而大大降低了发动机活塞100头部的温度，提高了发动机活塞100的冷却性能，可以满足高强化发动机对于极高热负荷的要求。同时，延缓了发动机活塞100的活塞环3的损坏，避免了活塞环3卡死，延长了发动机活塞100的使用寿命。

根据本发明实施例的发动机包括根据本发明实施例的发动机活塞100，发动机活塞100可上下活动的设在气缸内，发动机活塞100可与连杆的小头端相连。由于根据本发明实施例的发动机活塞100具有上述有益的技术效果，因此根据本发明实施例的发动机冷却性好，可靠性高，可为高强化发动机。

根据本发明实施的发动机的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种发动机活塞，其特征在于，包括：

活塞上体，所述活塞上体的上端面设有向下凹陷的燃烧室；和

活塞下体，所述活塞下体与所述活塞上体相连，所述活塞上体与所述活塞下体之间限定有邻近所述燃烧室设置且沿上下方向延伸的冷却腔室，所述冷却腔室内设有冷却介质，所述活塞上体和活塞下体的至少一个的外周面上设有活塞环。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞，其特征在于，所述冷却腔室形成为沿所述发动机活塞的周向延伸的环形。

3.根据权利要求2所述的发动机活塞，其特征在于，所述活塞上体的下端面设有开口向下的第一凹槽，所述活塞下体的上端面设有开口向上的第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽配合形成所述冷却腔室。

4.根据权利要求3所述的发动机活塞，其特征在于，所述第一凹槽的顶部设有向上延伸的凸槽，所述凸槽位于所述燃烧室与所述活塞环之间。

5.根据权利要求1所述的发动机活塞，其特征在于，所述冷却介质为钠。

6.根据权利要求5所述的发动机活塞，其特征在于，所述冷却介质熔化后的体积为所述冷却腔室的容积的1/3-1/2。

7.根据权利要求1所述的发动机活塞，其特征在于，所述活塞环包括气环槽和油环槽，所述气环槽为两个，两个所述气环槽沿所述活塞上体的轴向间隔开设在所述活塞上体的外周面上，所述油环槽为一个，所述油环槽设在所述活塞下体的外周面上且邻近所述活塞下体的上端设置。

8.根据权利要求1所述的发动机活塞，其特征在于，所述活塞上体和所述活塞下体为锻钢件或铸铁件。

9.根据权利要求1所述的发动机活塞，其特征在于，所述活塞上体和所述活塞下体通过激光焊接或者摩擦焊接相连。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的发动机活塞。