CN113187618A - 一种新型轻量化内冷一体铝活塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型轻量化内冷一体铝活塞，涉及内燃机活塞技术领域。该新型轻量化内冷一体铝活塞，设计以内冷腔体及通过过渡通道连通的内冷环腔为主体的冷却结构，实现对活塞顶面位置温度场、最上方的活塞环槽位置温度场、活塞销孔承压位置温度场的调节；内冷腔体位于活塞销孔的上方，内冷腔体可以发生轻微弹性形变，降低活塞销孔的刚度，提高活塞销与活塞销孔之间的适应性；内冷腔体可以有效吸收活塞高速往复运动中产生的振动，从而降低活塞销与活塞销孔间的噪声；开设内冷腔体可以减轻活塞的重量，实现活塞的轻量化设计；机油从出油通道的另一端流向活塞销孔的位置，可以增强活塞销与活塞销孔、活塞销与连杆小头轴瓦之间的润滑效果。

Description

一种新型轻量化内冷一体铝活塞

技术领域

本发明涉及内燃机活塞技术领域，具体地说是涉及一种新型轻量化内冷一体铝活塞。

背景技术

目前直喷、增压等先进技术在汽油机上得到不断的推广应用，使得汽油发动机逐渐向高功率、低油耗、低排放的趋势发展。活塞将承受更大爆发压力，也承受越来越高的机械负荷和热负荷，对活塞的机械性能和耐高温性能都提出了更高的要求。同时，为了降低燃油耗，对于活塞的轻量化、紧凑性要求也越来越高。活塞压缩高度、火力岸高度明显降低，无论是第一道环槽、活塞销孔承压位置受到的高强度的温度场，还是销孔的比压极度强化，使活塞出现环槽异常磨损，活塞头部机油结焦碳化极度严重，并引起活塞环卡滞、折断，活塞销孔承压位置因温度过高引发活塞销孔变形，使活塞销孔咬合、抱死，同时，也经常出现活塞顶面温度过高而导致的开裂现象，使活塞的可靠性明显降低。另外，目前汽油机活塞通常在面窗部位设计腔体达到减重的目的，但因为结构本身、铸造工艺的限制，无法再进一步减重而到达更好的轻量化目标。为此，国内外活塞设计制造商致力于设计开发兼具机械性能、耐高温性能、轻量化、紧凑性的铝活塞，以提高活塞的可靠性，又能满足经济性、节能降损及排放的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型轻量化内冷一体铝活塞，降低铝活塞的特定部位温度，同时，优化铝活塞的机械性能，并实现铝活塞的轻量化设计。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

一种新型轻量化内冷一体铝活塞，包括铝活塞本体，铝活塞本体的上端面中间位置向下凹陷形成燃烧室，铝活塞本体的上端外侧壁沿圆周方向开设多个活塞环槽，铝活塞本体的上端内部开设内冷环腔，内冷环腔沿圆周方向布置，内冷环腔位于燃烧室和最上方的活塞环槽之间的位置；

铝活塞本体的下端左侧面向内凸出形成左销座，铝活塞本体的下端右侧面向内凸出形成右销座，铝活塞本体的下端侧面沿水平方向开设活塞销孔，活塞销孔贯穿左销座和右销座，左销座内部于活塞销孔的上方开设左内冷腔体，右销座内部于活塞销孔的上方开设右内冷腔体，铝活塞本体的上端左侧内部开设若干个左过渡通道，左过渡通道的一端连通左内冷腔体，左过渡通道的另一端连通内冷环腔，铝活塞本体的上端右侧内部开设若干个右过渡通道，右过渡通道的一端连通右内冷腔体，右过渡通道的另一端连通内冷环腔；

铝活塞本体的下端面向上凹陷形成活塞内腔；

铝活塞本体内部开设进油通道，进油通道的一端从活塞内腔内壁露出，进油通道的另一端连通内冷环腔；

铝活塞本体内部开设出油通道，出油通道的一端连通内冷环腔，出油通道的另一端从左销座、右销座上且靠近活塞销孔的位置露出。

优选的，内冷环腔、最上方的活塞环槽采用如下工艺制成：

步骤1，铝活塞本体的上端外侧壁沿圆周方向开设环形槽；

步骤2，将C形镶圈固定连接于环形槽的开口位置，C形镶圈的包裹的空间形成最上方的活塞环槽，环形槽于C形镶圈的内部空间形成内冷环腔。

优选的，步骤2中，将C形镶圈焊接于环形槽的开口位置。

优选的，左内冷腔体、右内冷腔体的腔体形状设置为弧形，腔体形状为弧形的左内冷腔体、右内冷腔体半包围所述活塞销孔。

优选的，腔体形状为弧形的左内冷腔体、右内冷腔体对应的圆心角在20°至30°之间。

优选的，左内冷腔体靠近活塞销孔一侧的内壁设置为波浪形结构，右内冷腔体靠近活塞销孔一侧的内壁设置为波浪形结构。

优选的，所述出油通道包括内出油通道和外出油通道；内出油通道的一端连通内冷环腔，内出油通道的另一端从活塞内腔内壁露出；外出油通道的一端连通内冷环腔，外出油通道的另一端从铝活塞本体的下端外侧壁露出。

优选的，所述内出油通道设置为至少两个。

优选的，出油通道的另一端位于活塞销孔的上方位置。

优选的，铝活塞本体的外侧壁于左销座、右销座的上方开设减重腔。

本发明的有益技术效果是：

本发明的新型轻量化内冷一体铝活塞，设计以内冷腔体(左内冷腔体、右内冷腔体)及通过过渡通道(左过渡通道、右过渡通道)连通的内冷环腔为主体的冷却结构，避免活塞顶面温度过高，有效降低了最上方的活塞环槽(第一道环槽)位置、活塞销孔承压位置的温度，实现对活塞顶面位置温度场、最上方的活塞环槽位置温度场、活塞销孔承压位置温度场的调节，避免活塞顶面温度过高而导致开裂，降低最上方的活塞环槽的异常磨损，防止活塞头部机油结焦碳化，避免活塞销孔变形而引发活塞销孔咬合、抱死；内冷腔体位于活塞销孔的上方，在活塞高速往复运动中，内冷腔体可以发生轻微弹性形变，降低活塞销孔的刚度，提高活塞销与活塞销孔之间的适应性；内冷腔体可以有效吸收活塞高速往复运动中产生的振动，从而降低活塞销与活塞销孔间的噪声；开设内冷腔体可以减轻活塞的重量，实现活塞的轻量化设计，有效减少活塞的功率损失；此外，机油从出油通道(内出油通道、外出油通道)的另一端流向活塞销孔的位置，可以增强活塞销与活塞销孔、活塞销与连杆小头轴瓦之间的润滑效果，降低活塞销孔、活塞销及连杆小头轴瓦的失效风险。

附图说明

图1为本发明实施例新型轻量化内冷一体铝活塞中铝活塞的结构示意图一；

图2为本发明实施例新型轻量化内冷一体铝活塞中铝活塞的结构示意图二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”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。

在本发明实施例中，提供一种新型轻量化内冷一体铝活塞，请参考图1、图2所示。

一种新型轻量化内冷一体铝活塞，包括铝活塞本体，铝活塞本体包括由上向下依次布置的活塞头部1和活塞裙部2，除了活塞头部1上的C形镶圈由奥镍氏体铸铁制成之外，活塞头部1和活塞裙部2均由铝材料制成，活塞头部1和活塞裙部2采用铸造工艺一体成形。其中，C形镶圈由奥镍氏体铸铁制成可以使最上方的活塞环槽耐磨损、耐高温，而活塞头部1和活塞裙部2由铝材料制成，可以减轻铝活塞本体的重量。

铝活塞本体的外侧壁于左销座61、右销座62的上方开设减重腔12，以进一步减轻铝活塞本体的重量。

铝活塞本体的上端面中间位置向下凹陷形成燃烧室3。铝活塞本体的上端外侧壁沿圆周方向开设四个活塞环槽4，活塞环槽4内用于装配活塞环。铝活塞本体的上端内部开设内冷环腔51，内冷环腔51沿圆周方向布置，内冷环腔51位于燃烧室3和最上方的活塞环槽4之间的位置。内冷环腔51流通的机油，用于冷却活塞顶面和最上方的活塞环槽4，以避免活塞顶面温度过高，有效降低最上方的活塞环槽4位置的温度，以调节最上方的活塞环槽4位置、活塞顶面位置的温度场。

本实施例中，内冷环腔51、最上方的活塞环槽4采用如下工艺制成：

步骤1，铝活塞本体的上端外侧壁沿圆周方向开设环形槽；

步骤2，将C形镶圈11焊接于环形槽的开口位置，C形镶圈11的包裹的空间形成最上方的活塞环槽4，环形槽于C形镶圈11的内部空间形成内冷环腔51。

内冷环腔51、最上方的活塞环槽4采用如上工艺制成，加工工艺简单，降低活塞的生产加工成本，且内冷环腔51内的机油与C形镶圈11之间的换热效率高，冷却效果好。

铝活塞本体的下端左侧面向内凸出形成左销座61，铝活塞本体的下端右侧面向内凸出形成右销座62。铝活塞本体的下端侧面沿水平方向开设活塞销孔7，活塞销孔7贯穿左销座61和右销座62，活塞销孔7内用于装配活塞销。

左销座61内部于活塞销孔7的上方开设左内冷腔体521，右销座62内部于活塞销孔7的上方开设右内冷腔体522。其中，左内冷腔体521、右内冷腔体522的腔体形状设置为弧形，腔体形状为弧形的左内冷腔体521、右内冷腔体522半包围活塞销孔7，使左内冷腔体521、右内冷腔体522包裹活塞销孔7的上方位置(活塞销孔7承压位置)。左内冷腔体521、右内冷腔体522流通的机油带走活塞销孔7位置的热量，有效降低了活塞销孔7承压位置的温度，实现对活塞销孔7承压位置温度场的调节。本实施例中，腔体形状为弧形的左内冷腔体521、右内冷腔体522对应的圆心角在20°至30°之间，有利于实现机油的快速回油，能够快速带走热量，提高换热效率。左内冷腔体521靠近活塞销孔7一侧的内壁设置为波浪形结构，右内冷腔体522靠近活塞销孔7一侧的内壁设置为波浪形结构，以增大左内冷腔体521、右内冷腔体522与活塞销孔7的接触面积，进一步提高机油对活塞销孔7位置的冷却效果。

左内冷腔体521、右内冷腔体522位于活塞销孔7的上方，在活塞高速往复运动中，左内冷腔体521、右内冷腔体522可以发生轻微弹性形变，降低活塞销孔7的刚度。在工作过程中，活塞销产生弯曲和椭圆变形，此结构(设置左内冷腔体521、右内冷腔体522)可以更好的适应活塞销变形，以提高活塞销与活塞销孔7之间的适应性。

在活塞高速往复运动中，左内冷腔体521、右内冷腔体522可以有效吸收活塞高速往复运动中产生的振动，从而降低活塞销与活塞销孔7间的噪声。

此外，开设左内冷腔体521、右内冷腔体522可以减轻活塞的重量，实现活塞的轻量化设计，有效减少活塞的功率损失。

铝活塞本体的上端左侧内部开设若干个左过渡通道531，左过渡通道531的一端连通左内冷腔体521，左过渡通道531的另一端连通内冷环腔51。铝活塞本体的上端右侧内部开设若干个右过渡通道532，右过渡通道532的一端连通右内冷腔体522，右过渡通道532的另一端连通内冷环腔51。左过渡通道531实现左内冷腔体521和内冷环腔51之间的连通，右过渡通道532实现右内冷腔体522和内冷环腔51之间的连通。将左内冷腔体521和内冷环腔51之间通过若干个左过渡通道531连接，而不是将左内冷腔体521和内冷环腔51之间连通为一个整体腔体，将右内冷腔体522和内冷环腔51之间通过若干个右过渡通道532连接，而不是将右内冷腔体522和内冷环腔51之间连通为一个整体腔体，可以实现机油分别在左内冷腔体521、右内冷腔体522和内冷环腔51内的振荡，左内冷腔体521、右内冷腔体522和内冷环腔51内的机油振荡更加均匀、充分，可以连续不间断的对活塞靠近左内冷腔体521、右内冷腔体522位置的活塞销孔7以及靠近内冷环腔51位置的最上方的活塞环槽4进行冷却，换热效率高，冷却效果好。

铝活塞本体的下端面向上凹陷形成活塞内腔21，活塞内腔21内用于装配连杆小头。

铝活塞本体内部开设进油通道8，进油通道8的一端从活塞内腔21内壁露出，进油通道8的另一端连通内冷环腔51。本实施例的活塞采用喷油嘴喷油冷却方式，机油从安装在机体上的喷油嘴喷出，经进油通道8的一端进入进油通道8并继续进入内冷环腔51。

铝活塞本体内部开设出油通道，出油通道的一端连通内冷环腔51，出油通道的另一端从左销座61、右销座62上且靠近活塞销孔7的位置露出。本实施例中，出油通道包括内出油通道91和外出油通道92，内出油通91的一端连通内冷环腔51，内出油通道91的另一端从活塞内腔21内壁露出，内出油通道91的另一端流出的机油用于润滑活塞内腔21处活塞销孔7的位置；外出油通道92的一端连通内冷环腔51，外出油通道92的另一端从铝活塞本体的下端外侧壁露出，外出油通道92的另一端流出的机油用于润滑铝活塞本体外侧壁处活塞销孔7的位置。通过内出油通道91、外出油通道92流出的机油，实现对活塞销与活塞销孔7、活塞销与连杆小头轴瓦之间的润滑。其中，内出油通道91设置为两个，一个内出油通道91的另一端位于活塞销孔7斜上方位置，另一个内出油通道91的另一端位于活塞销孔7的正上方位置。一个内出油通道91的另一端流出的机油主要用于实现对活塞销与活塞销孔7之间靠近活塞轴线位置的润滑，且机油从活塞销孔7的上方喷出更容易易进入活塞销孔7的内壁，另一个内出油通道91的另一端流出的机油主要用于实现对活塞销与连杆小头轴瓦之间的润滑，且机油从活塞销孔7的上方喷出更容易进入连杆小头轴瓦的内壁。外出油通道92的另一端位于活塞销孔7的上方位置，外出油通道92的另一端流出的机油用于实现对活塞销与活塞销孔7之间远离活塞轴线位置的润滑。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明新型轻量化内冷一体铝活塞有了清楚的认识。本发明的新型轻量化内冷一体铝活塞，设计以内冷腔体(左内冷腔体521、右内冷腔体522)及通过过渡通道(左过渡通道531、右过渡通道532)连通的内冷环腔51为主体的冷却结构，避免活塞顶面温度过高，有效降低了最上方的活塞环槽4(第一道环槽)位置、活塞销孔7承压位置的温度，实现对活塞顶面位置温度场、最上方的活塞环槽4位置温度场、活塞销孔7承压位置温度场的调节，避免活塞顶面温度过高而导致开裂，降低最上方的活塞环槽4的异常磨损，防止活塞头部机油结焦碳化，避免活塞销孔7变形而引发活塞销孔7咬合、抱死；内冷腔体位于活塞销孔7的上方，在活塞高速往复运动中，内冷腔体可以发生轻微弹性形变，降低活塞销孔7的刚度，提高活塞销与活塞销孔7之间的适应性；内冷腔体可以有效吸收活塞高速往复运动中产生的振动，从而降低活塞销与活塞销孔7间的噪声；开设内冷腔体可以减轻活塞的重量，实现活塞的轻量化设计，有效减少活塞的功率损失；此外，机油从出油通道(内出油通道91、外出油通道92)的另一端流向活塞销孔7的位置，可以增强活塞销与活塞销孔7、活塞销与连杆小头轴瓦之间的润滑效果，降低活塞销孔7、活塞销及连杆小头轴瓦的失效风险。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型轻量化内冷一体铝活塞，包括铝活塞本体，其特征在于：铝活塞本体的上端面中间位置向下凹陷形成燃烧室，铝活塞本体的上端外侧壁沿圆周方向开设多个活塞环槽，铝活塞本体的上端内部开设内冷环腔，内冷环腔沿圆周方向布置，内冷环腔位于燃烧室和最上方的活塞环槽之间的位置；

铝活塞本体的下端左侧面向内凸出形成左销座，铝活塞本体的下端右侧面向内凸出形成右销座，铝活塞本体的下端侧面沿水平方向开设活塞销孔，活塞销孔贯穿左销座和右销座，左销座内部于活塞销孔的上方开设左内冷腔体，右销座内部于活塞销孔的上方开设右内冷腔体，铝活塞本体的上端左侧内部开设若干个左过渡通道，左过渡通道的一端连通左内冷腔体，左过渡通道的另一端连通内冷环腔，铝活塞本体的上端右侧内部开设若干个右过渡通道，右过渡通道的一端连通右内冷腔体，右过渡通道的另一端连通内冷环腔；

铝活塞本体的下端面向上凹陷形成活塞内腔；

铝活塞本体内部开设进油通道，进油通道的一端从活塞内腔内壁露出，进油通道的另一端连通内冷环腔；

铝活塞本体内部开设出油通道，出油通道的一端连通内冷环腔，出油通道的另一端从左销座、右销座上且靠近活塞销孔的位置露出。

2.根据权利要求1所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：内冷环腔、最上方的活塞环槽采用如下工艺制成：

步骤1，铝活塞本体的上端外侧壁沿圆周方向开设环形槽；

步骤2，将C形镶圈固定连接于环形槽的开口位置，C形镶圈的包裹的空间形成最上方的活塞环槽，环形槽于C形镶圈的内部空间形成内冷环腔。

3.根据权利要求2所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：步骤2中，将C形镶圈焊接于环形槽的开口位置。

4.根据权利要求1所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：左内冷腔体、右内冷腔体的腔体形状设置为弧形，腔体形状为弧形的左内冷腔体、右内冷腔体半包围所述活塞销孔。

5.根据权利要求4所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：腔体形状为弧形的左内冷腔体、右内冷腔体对应的圆心角在20°至30°之间。

6.根据权利要求4所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：左内冷腔体靠近活塞销孔一侧的内壁设置为波浪形结构，右内冷腔体靠近活塞销孔一侧的内壁设置为波浪形结构。

7.根据权利要求1所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：所述出油通道包括内出油通道和外出油通道；内出油通道的一端连通内冷环腔，内出油通道的另一端从活塞内腔内壁露出；外出油通道的一端连通内冷环腔，外出油通道的另一端从铝活塞本体的下端外侧壁露出。

8.根据权利要求7所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：所述内出油通道设置为至少两个。

9.根据权利要求1所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：出油通道的另一端位于活塞销孔的上方位置。

10.根据权利要求1所述的一种新型轻量化内冷一体铝活塞，其特征在于：铝活塞本体的外侧壁于左销座、右销座的上方开设减重腔。

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