CN112610351A - 一种强化一环槽冷却的活塞结构 - Google Patents

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王延荣
王根全
狄建兵
侯晔星
张丽强
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    • F02F3/00—Pistons 
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Abstract

本发明提供了一种强化一环槽冷却的活塞结构，包括基于铸造活塞工艺下，将耐磨镶圈和冷却油腔管件一体成型为预制件，预制件整体镶铸在活塞体头部，活塞体下部开设的冷却油腔进出油孔，形成冷却油腔进出油通道。本发明所述的强化一环槽冷却的活塞结构，采用冷却油腔和耐磨镶圈组合体预制件镶铸后，机油可以近距离接触一环槽底，相比传统油腔可以在冷却机油流动过程当中更快、更多地带走热量，降低一环槽温度，改善活塞一环工作环境。

Description

一种强化一环槽冷却的活塞结构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其是涉及一种强化一环槽冷却的活塞结构。
背景技术
活塞作为发动机的关键部件在工作当中承受着高温、高压的交变负荷，并且在不间断地进行着高速往复运动，其结构可靠性至关重要。高温带来的活塞第一环卡滞、拉缸等问题在活塞使用过程中屡见不鲜。因此，活塞一环槽控温结构是活塞设计时必须着重考虑的技术环节。传统的高强化柴油机活塞在靠近一环槽位置镶铸盐芯形成冷却油腔，通过喷油嘴将冷却机油喷入油腔，随着活塞的往复运动，机油在冷却油腔内震荡将活塞热量带走，从而将活塞一环槽的温度控制在合理的范围。其优点是冷却油腔形式多样、铸造工艺成熟，不足之处是在盐芯和耐磨镶圈的镶铸过程中，这两件镶铸件相当于冷体，为防止形成铸造缺陷，需要留有足够的金属液流通通道，致使冷却油腔不能尽可能的靠近耐磨镶圈，影响一环槽的冷却效果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种强化一环槽冷却的活塞结构，以解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种强化一环槽冷却的活塞结构，包括基于铸造活塞工艺下，将耐磨镶圈和冷却油腔管件一体成型为预制件，预制件整体镶铸在活塞体头部，活塞体下部开设的冷却油腔进出油孔，形成冷却油腔进出油通道。
进一步的，将所述耐磨镶圈和冷却油腔管件一体成型为预制件，预制件整体镶铸在活塞体头部的具体方法为：冷却油腔管件为半开放环形薄壁钢管结构，冷却油腔管件的半开放侧与耐磨镶圈固接后形成封闭的冷却油腔，冷却油腔管件的封闭侧与活塞体头部的外部固接。
进一步的，所述耐磨镶圈和冷却油腔预制件为镶铸结构。
进一步的，所述耐磨镶圈和冷却油腔预制件采用激光焊接或电子束焊接成型。
进一步的，所述耐磨镶圈和冷却油腔预制件焊接为一体结构。
进一步的，所述冷却油腔管件为半开放式圆环或半开放式椭圆环。
进一步的，所述冷却油腔管件的两端分别设有径向定位端面A和轴向定位面B。
进一步的，所述耐磨镶圈为高镍奥氏体铸铁矩形环状结构，外圈开设一环槽，内侧下部开设冷却油腔管件定位槽。
进一步的，所述耐磨镶圈内孔轴向套入冷却油腔管件外圈，组合到位后，采用电子束或激光焊接工艺在径向定位端面A、轴向定位面B处进行圆周连续焊接，形成一个刚性整体。
相对于现有技术，本发明所述的强化一环槽冷却的活塞结构具有以下优势：
(1)本发明所述的强化一环槽冷却的活塞结构，提高油腔内部机油的散热效率，改善了传统活塞冷却油腔散热效果，提升了活塞头部承受热负荷的能力，具有显著的优点。
(2)本发明所述的强化一环槽冷却的活塞结构，采用冷却油腔和耐磨镶圈组合体预制件镶铸后，机油可以近距离接触一环槽底，相比传统油腔可以在冷却机油流动过程当中更快、更多地带走热量，降低一环槽温度，改善活塞一环工作环境。
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强化一环槽冷却的活塞结构的示意图；
图2为图1的B-B向剖视图；
图3为本发明实施例所述的冷却油腔管件和耐磨镶圈位置关系的示意图。
附图标记说明：
1-活塞体；2-冷却油腔管件；3-耐磨镶圈。
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。
一种强化一环槽冷却的活塞结构，是基于铸造活塞工艺下，将活塞一环槽耐磨镶圈3和冷却油腔一体成型为预制件，整体镶铸在活塞头部，使冷却机油尽可能靠近一环槽底。提高油腔内部机油的散热效率，改善了传统活塞冷却油腔散热效果，提升了活塞头部承受热负荷的能力，具有显著的优点。
活塞体1是活塞的基本结构，包括常规的活塞头和活塞裙以及燃烧室、活塞环岸、活塞销座等基本结构要素。活塞体1材料为铸铝材质，采用压力铸造工艺成型；活塞体1的功能是承受燃气爆发压力，进行往复运动，通过连杆机构推动曲轴旋转运动，并输出扭矩。
一种强化一环槽冷却的活塞结构，如图1至图3所示，包括活塞体1、冷却油腔管件2和耐磨镶圈3，活塞体1材料为铸铝材质，采用压力铸造工艺成型；活塞体1上方外部固接冷却油腔管件2，冷却油腔管件2为半开放环形薄壁钢管结构，冷却油腔管件2与耐磨镶圈3固接后形成封闭的冷却油腔。
活塞冷却油腔成型采用一体耐磨镶圈3和冷却油腔预制件2镶铸结构，益于缩短冷却机油距一环槽底的距离，有利于降低一环槽底温度。
耐磨镶圈3和冷却油腔预制件2采用激光焊接或电子束焊接成型，冷却油腔结构尺寸规范，表面质量好，机油流动阻力小，流速快，冷却效果好。
耐磨镶圈3和冷却油腔预制件2焊接为一体，成为活塞结构的内骨架，提高了活塞整体刚度，改善了活塞的机械强度。
如图1和图3所示，依据活塞冷却油腔横截面形状和大小，冷却油腔管件2选择易于加工的半开放式圆环、半开放式椭圆环等结构。为保证与耐磨镶圈3间的装配关系，避免在内壁产生不连续的错位、焊缝等影响冷却油腔散热效果的缺陷，冷却油腔管件2设计了径向定位端面A和轴向定位面B。
耐磨镶圈3为高镍奥氏体铸铁矩形环状结构，外圈开设一环槽，内侧下部B处(图1)开设冷却油腔管件2定位槽。装配与焊接时，耐磨镶圈3内孔轴向套入冷却油腔管件2外圈，利用各自定位结构相互限制组合到位，采用电子束或激光焊接工艺在A、B处进行圆周连续焊接，形成一个刚性整体。
一种强化一环槽冷却的活塞结构的制造方法：是在活塞体1铸造过程当中，将冷却油腔管件2和耐磨镶圈3形成的组合体作为预制件镶铸在活塞体1中，利用机械加工手段在活塞体1下部开设冷却的油腔进出油孔，形成冷却油腔进出油通道。
一种强化一环槽冷却的活塞结构的工作原理为：在发动机工作过程当中，活塞冷却喷嘴将冷却机油通过活塞底部的进油孔注入冷却油腔，随着活塞在气缸内加减速往复运动，冷却机油靠惯性在冷却油腔无序振荡，完成整个热交换过程。采用冷却油腔预制件2和耐磨镶圈3组合体预制件镶铸后，机油可以近距离接触一环槽底，相比传统油腔可以在冷却机油流动过程当中更快、更多地带走热量，降低一环槽温度，改善活塞一环工作环境。
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 (9)

1.一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：包括基于铸造活塞工艺下，将耐磨镶圈和冷却油腔管件一体成型为预制件，预制件整体镶铸在活塞体头部，活塞体下部开设的冷却油腔进出油孔，形成冷却油腔进出油通道。
2.根据权利要求1所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：将耐磨镶圈和冷却油腔管件一体成型为预制件，预制件整体镶铸在活塞体头部的具体方法为：冷却油腔管件为半开放环形薄壁钢管结构，冷却油腔管件的半开放侧与耐磨镶圈固接后形成封闭的冷却油腔，冷却油腔管件的封闭侧与活塞体头部的外部固接。
3.根据权利要求2所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：耐磨镶圈和冷却油腔预制件为镶铸结构。
4.根据权利要求2所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：耐磨镶圈和冷却油腔预制件采用激光焊接或电子束焊接成型。
5.根据权利要求2所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：耐磨镶圈和冷却油腔预制件焊接为一体结构。
6.根据权利要求2所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：冷却油腔管件为半开放式圆环或半开放式椭圆环。
7.根据权利要求4所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：冷却油腔管件的两端分别设有径向定位端面A和轴向定位面B。
8.根据权利要求7所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：耐磨镶圈为高镍奥氏体铸铁矩形环状结构，外圈开设一环槽，内侧下部开设冷却油腔管件定位槽。
9.根据权利要求8所述的一种强化一环槽冷却的活塞结构，其特征在于：耐磨镶圈内孔轴向套入冷却油腔管件外圈，组合到位后，采用电子束或激光焊接工艺在径向定位端面A、轴向定位面B处进行圆周连续焊接，形成一个刚性整体。
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