CN107642430A - 一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，包括活塞钢顶和活塞体，所述活塞钢顶与所述活塞体的接触面之间设置金属隔热垫，所述活塞钢顶、所述金属隔热垫和所述活塞体设置有用于螺栓紧固的螺栓孔，所述活塞钢顶、所述金属隔热垫和所述活塞体通过螺母和所述螺栓紧固在一起，独立式活塞环支撑体经机械加工后安装于所述活塞体顶部，所述独立式活塞环支撑体顶部通过所述金属隔热垫压紧。本发明所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，独立式活塞环支撑体在机加工后安装，活塞环支撑体定位精度高，可满足活塞体铸造和锻造的需求；独立式活塞环支撑体与活塞体结合面不易开裂；活塞环槽温度易于控制。

Description

一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构

技术领域

本发明属于内燃机领域，尤其是涉及一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构。

背景技术

目前四冲程柴油机多采用铸铝活塞以实现减小活塞质量，降低活塞往复惯性力的目的，但铸铝活塞所能承受的极限温度较低，约为420℃，随着发动燃烧压力不断升高，活塞承受的温度不断升高，极易导致活塞顶部烧蚀。为解决上述问题，一种方法是在活塞顶面设置隔热涂层，以减小燃烧室到活塞的热传递，降低活塞表面温度，然而隔热涂层在活塞热变形的影响下极易发生开裂、脱落等问题，其可靠性问题极难以解决，不建议采用；另一种方法是采用钢顶铝裙的组合活塞，钢顶可承受较高的温度，不易发生活塞烧蚀，但钢顶传导至铝体的温度仍然较高，必须采用内冷油道进行冷却，增加了设计、加工难度。

活塞的热量很大一部分通过活塞环槽传递给活塞环，再通过与活塞环接触的缸套传递给缸套外侧冷却水，来达到冷却活塞的目的，在发动机工作过程中，活塞环在活塞环槽内随气体压力的变化上下运动，特别是第一道气环直接承受高压燃气的冲击作用，环槽与环接触部位冲击力较大，易磨损，因此目前一般铝合金活塞的第一道环槽大多采用铸铁镶圈结构，在活塞铸造时先把镶圈固定在铸造模具内，在注入铝液冷却后可与活塞铸铝形式一体。这种方法的缺点是：一，镶圈位置误差(包括沿活塞轴向尺寸误差、径向尺寸误差)较大，镶圈在铸造时的放置及铸造过程中铝液对镶圈的冲刷会给镶圈带来较大的位置误差；二，镶圈与铝体铸造为一体，其结合面结合强度很重要，如果结合强度不足，造成镶圈与铝体之间开裂，极易造成活塞铝体与镶圈的裂纹源，造成活塞或镶圈断裂；三，环槽虽然是活塞散热的重要通道，但环槽温度过高，会造成机油结焦、活塞环卡死，因此也应严格控制环槽的温度，一般活塞第一道环槽温度应控制在260℃以内，活塞镶圈与铝体铸造成一体，只能通过内冷油道的设计来控制第一环槽的温度，这对活塞的设计及发动机运行过程中冷却液的供给要求很高；四，为了进一步提高活塞铝合金的强度，目前可采用锻造成型法制造活塞铝体，目前整体式活塞环支撑体无法适用于锻造成型活塞。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可以承受顶面更高温度的组合隔热活塞，且活塞环支撑体结构简单、结合强度好、环槽温度易调控、活塞体采用铸造或锻造工艺皆适用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，包括活塞钢顶、金属隔热垫、独立式活塞环支撑体和活塞体，所述活塞钢顶与所述活塞体的接触面之间设置所述金属隔热垫，所述活塞钢顶、所述金属隔热垫和所述活塞体设置有用于螺栓紧固的螺栓孔，所述活塞钢顶、所述金属隔热垫和所述活塞体通过螺母和所述螺栓紧固在一起，所述独立式活塞环支撑体经机械加工后安装于所述活塞体顶部，所述独立式活塞环支撑体顶部通过所述金属隔热垫压紧。

进一步的，所述独立式活塞环支撑体为独立式结构，经机械加工后安装到所述活塞体上。

进一步的，所述独立式活塞环支撑体上设有若干环槽。

进一步的，所述独立式活塞环支撑体与所述活塞体、所述金属隔热垫的过盈量及接触表面粗糙度可进行调整，以达到所述环槽温度的需求。

进一步的，所述独立式活塞环支撑体为圆环结构。

进一步的，所述活塞体可经铸造或锻造工艺成型。

相对于现有技术，本发明所述的组合隔热活塞结构具有以下优势：

(1)本发明所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，在活塞钢顶和活塞体之间设置有金属隔热垫，通过金属隔热垫将热量部分隔离，便得活塞体温度控制在合理的范围之内，其力学性能不发生大幅退化，进而可不使用冷却油道等复杂结构，节约设计和加工成本。

(2)本发明所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，独立式活塞环支撑体为独立结构，活塞体可采用铸造或锻造成型，独立式活塞环支撑体与活塞体的配合部位通过机加工完成，表面粗糙度及尺寸公差易于控制，有效防止环槽部位由于结合强度问题引起的开裂，可通过接触面的粗糙度及过盈量来改变接触热阻，进而改变传导至活塞环槽的热流量，调控环槽温度变得更容易。

(3)本发明所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，活塞缸顶的材质为耐热钢材料，可承受较高的温度，有效避免由于功率提升、热负荷增大导致的活塞顶烧蚀。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的组合隔热活塞结构剖视图的示意图；

图2为本发明实施例所述的组合隔热活塞结构主视图的示意图；

图3为本发明实施例所述的活塞顶的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的活塞环支撑体的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的活塞环支撑体的主视图；

图6为本发明实施例所述的活塞环支撑体的结构部位详图。

附图标记说明：

1-活塞钢顶；2-金属隔热垫；3-独立式活塞环支撑体；31-环槽；4-活塞体；5螺母；6-螺栓；A-结合面A；B-结合面B。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，如图1至图6所示，包括活塞钢顶1、金属隔热垫2、独立式活塞环支撑体3和活塞体4，所述活塞钢顶1与所述活塞体4的接触面之间设置所述金属隔热垫2，所述活塞钢顶1、所述金属隔热垫2和所述活塞体4设置有用于螺栓6紧固的螺栓孔，所述活塞钢顶1、所述金属隔热垫2和所述活塞体4通过螺母5和所述螺栓6紧固在一起，所述独立式活塞环支撑体3经机械加工后安装于所述活塞体4顶部，使得活塞体4的温度控制在合理的范围内，其力学性能不发生大幅退化，避免使用冷却油道等复杂结构，大大节约了设计成本和加工成本，所述独立式活塞环支撑体3顶部通过所述金属隔热垫2压紧。

所述独立式活塞环支撑体3为独立式结构，经机械加工后安装到所述活塞体4上。

所述独立式活塞环支撑体3上设有若干环槽31，环槽31经过机加形成，精度较高，独立式活塞环支撑体3安装在活塞体4上，活塞体4上相应的轴向及径向定位止口均经机加工形成，精度较高；流入独立式活塞环支撑体3的热量主要是通过结合面A及结合面B，热量的流入与结合面的热阻有关，热阻大小可以通过此A与B配合面的配合公差及表面粗糙度通过机加工实现热量的控制，保证环槽31的温度不会过高，从而避免机油结焦，活塞环卡死，环槽31的温度也不过低，保证活塞的散热需求。

所述独立式活塞环支撑体3与所述活塞体4、所述金属隔热垫2的过盈量及接触表面粗糙度可进行调整，以达到所述环槽31温度的需求。

所述独立式活塞环支撑体3为圆环结构，所述活塞体4的材质为铝，活塞环支撑体3与活塞体4的结构通过机加工尺寸公差配合控制，活塞环支撑体3与活塞体4的热膨胀系数不一致，当活塞环支撑体3材料膨胀系数低于活塞体4时，在冷态状态下，其径向配合为间隙，便于安装，在活塞工作过程中由于由于活塞体4的膨胀系数大，其配合尺寸变为过盈，便于活塞环支撑体3的固定。

所述活塞体4可经铸造或锻造工艺成型。

一种组合隔热活塞的装配过程为：

将活塞缸顶1底部嵌入金属隔热垫2顶部，金属隔热垫2底部嵌入独立式活塞环支撑体3的上部，并将独立式活塞环支撑体3安装在活塞体4上方，然后通过隔热垫2和活塞体4压紧对活塞环支撑体3进行轴向定位，最后将螺栓6依次穿过活塞顶1、隔热垫2和活塞体4上的螺栓孔进行安装，并通过螺母5固定，此时组合隔热活塞结构装配完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，其特征在于：包括活塞钢顶(1)、金属隔热垫(2)、独立式活塞环支撑体(3)和活塞体(4)，

所述活塞钢顶(1)与所述活塞体(4)的接触面之间设置所述金属隔热垫(2)，所述活塞钢顶(1)、所述金属隔热垫(2)和所述活塞体(4)设置有用于螺栓(6)紧固的螺栓孔，所述活塞钢顶(1)、所述金属隔热垫(2)和所述活塞体(4)通过螺母(5)和所述螺栓(6)紧固在一起，所述独立式活塞环支撑体(3)经机械加工后安装于所述活塞体(4)顶部，所述独立式活塞环支撑体(3)顶部通过所述金属隔热垫(2)压紧。

2.根据权利要求1所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，其特征在于：所述独立式活塞环支撑体(3)为独立式结构，经机械加工后安装到所述活塞体(4)上。

3.根据权利要求1所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，其特征在于：所述独立式活塞环支撑体(3)上设有若干环槽(31)。

4.根据权利要求3所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，其特征在于：所述独立式活塞环支撑体(3)与所述活塞体(4)、所述金属隔热垫(2)的过盈量及接触表面粗糙度可进行调整，以达到所述环槽(31)温度的需求。

5.根据权利要求1所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，其特征在于：所述独立式活塞环支撑体(3)为圆环结构。

6.根据权利要求1所述的一种组合隔热活塞独立式活塞环支撑体结构，其特征在于：所述活塞体(4)可经铸造或锻造工艺成型。