CN113806880B - 一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽油机铝活塞设计技术领域，具体的说是一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法。一种适用于大配缸间隙活塞的外圆型线的设计方法，具体方法如下：S1：以D1、D2、D3三点拟合基本左纵向型线和右纵向型线；S2：主推力侧为活ΦD1的0.12‑0.15%；S3：副推力侧为ΦD1的0.1‑0.12%；S4：拟合左纵向型线；S5：拟合右纵向型线；S6：定义主推力侧TS新的纵向型线；S7：定义副推力侧ATS新的纵向型线；S8：将新的活塞最大外圆D1’非等高的纵向基础型线数据配合横向椭圆。同现有技术相比，在不增加加工工艺难度，不增加热态摩擦损失，以及不降低活塞强度情况下，重新定义新的纵向型线，应用新型线可以调整活塞上止点换向姿态，降低活塞裙部与缸套的拍击。

Description

一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法
技术领域
本发明涉及汽油机铝活塞设计技术领域，具体的说是一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法。
背景技术
由于排放要求越发严苛，为了减少活塞与缸套间的摩擦损失，大配缸间隙的活塞设计已成为主流。然而，随着配缸间隙的增加，活塞在冷启动过程中往往出现敲击缸套的声音。
由于活塞在发动机运行中受热膨胀，则需要在活塞裙部增加型线，使活塞裙部受热膨胀后很好的贴合缸套内壁，减少热态的摩擦损失及拉缸风险。
如图1至图3所示，对于现有活塞裙部型线，主、副推力侧各设置一条基础的纵向型线3、4，以主推力侧TS为例：纵向型线3是规则的两段弧6和8与中间直线段或点7衔接，结合横向椭圆，形成规则的三维包络面5。
在冷启动过程中，活塞还未受热膨胀，此时主、副推力侧基础纵向型线3、4起到主导作用，现有设计的主、副两侧的纵向型线3、4的最大外圆点D1在销孔下侧同一高度。由于活塞在缸套中进行二阶运动发生沿着销孔轴线转动。活塞在压缩上止点进行换向，点火上止点后10°~30°缸压达到最大，此时主推力侧TS的裙部上端拍击缸套。随着配缸间隙增加，拍击越明显。噪声的产生严重影响客户用车体验，给主机厂带来困扰。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法，在不增加加工工艺难度，不增加热态摩擦损失，以及不降低活塞强度情况下，重新定义新的纵向型线，应用新型线可以调整活塞上止点换向姿态，降低活塞裙部与缸套的拍击。从而满足客户对大配缸间隙设计与低NVH的需求。
为实现上述目的，设计一种适用于大配缸间隙活塞的外圆型线的设计方法，其特征在于：具体方法如下：
S1：以D1、D2、D3三点拟合基本左纵向型线和右纵向型线，其为规则的两段弧线与中间直线段的衔接；D1点为活塞外圆点，活塞外圆直径为ΦD1；D1点距离销孔中心的高度h=12%×ΦD1；D1点处的直线段的长度为0~3mm；D2点为裙部上端；D3点为活塞的最低点；
S2：主推力侧TS的D2左点半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.12-0.15%；主推力侧TS的活塞最下端D3左的半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.07-0.1%；
S3：副推力侧ATS的D2右点半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.1-0.12%；副推力侧ATS的活塞最下端D3右的半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.05-0.08%；
S4：拟合左纵向型线：定义主推力侧TS上部曲线的方程：y=-0.00001x3+0.00007x2-0.0007x；定义主推力侧TS下部曲线的方程：y=-0.00006x3-0.0001x2-0.00008x；其中x为高度h，y为缩减量；将规则的两段曲线与中间直线段上下衔接形成左纵向型线；
S5：拟合右纵向型线：定义副推力侧ATS上部曲线的方程：y=-0.00001x3+0.0001x2-0.0009x；定义副推力侧ATS上部曲线的方程：y=-0.00004x3-0.0001x2-0.00007x；其中x为高度h，y为缩减量；将规则的两段曲线与中间直线段上下衔接形成右纵向型线；
S6：定义主推力侧TS新的纵向型线：将纵向型线D1左的高度向销孔轴线平移距离4%×ΦD1左至D1’左位置，D2左点与D3左点缩减量保持不变，拟合修改后的新的基本纵向型线：定义主推力侧TS上部曲线的方程：y=-0.000009x3-0.0003x2-0.0002x，定义主推力侧TS下部曲线的方程： y=-0.00004x3+0.0003x2-0.0012x；其中x为高度h，y为缩减量；
S7：定义副推力侧ATS新的纵向型线：将纵向型线D1右的高度向活塞底部平移距离4%×ΦD1右至D1’右位置，D2右与D3右点缩减量不变，拟合修改后的新的基本纵向型线：定义副推力侧ATS上部曲线的方程：y=-0.00001x3+0.0002x2-0.0018x，定义副推力侧ATS上部曲线的方程： y=-0.0001x3+0.0005x2-0.0012x；其中x为高度h，y为缩减量；
S8：将新的活塞最大外圆D1’非等高的纵向基础型线数据配合横向椭圆，形成新型的规则的三维包络面。
将左纵向型线的D1’左点与右纵向型线的D1’右点设置在不同高度，左纵向型线的D1’左距销孔中心高度h’=8%×ΦD1, 右纵向型线的D1’右距销孔中心高度h’=16%×ΦD1，即主、副推力侧的最大外圆D1’高度差△h’=8%×ΦD1。
所述的活塞本体的下部连接活塞腔体，活塞腔体的外部设有外包络面，所述的外包络面的左右两端分别设有左纵向型线及右纵向型线；位于外包络面的左侧为主推力侧，位于外包络面的右侧为副推力侧。
本发明同现有技术相比，提供一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法，在不增加加工工艺难度，不增加热态摩擦损失，以及不降低活塞强度情况下，重新定义新的纵向型线，应用新型线可以调整活塞上止点换向姿态，降低活塞裙部与缸套的拍击。从而满足客户对大配缸间隙设计与低NVH的需求。
附图说明
图1为现有活塞结构剖视图。
图2为现有主推力侧TS基本纵向型线示意图。
图3为现有副推力侧ATS基本纵向型线示意图。
图4为本发明主推力侧TS纵向型线示意图。
图5为本发明副推力侧ATS纵向型线示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，活塞本体1的下部连接活塞腔体2，活塞腔体2的外部设有外包络面5，所述的外包络面5的左右两端分别设有左纵向型线3及右纵向型线4；位于外包络面5的左侧为主推力侧，位于外包络面5的右侧为副推力侧。
如图2，图3所示，对于现有活塞裙部型线，主、副推力侧各设置一条基础的纵向型线3、4，以主推力侧TS为例：纵向型线3是规则的两段弧6和8与中间直线段或点7衔接，结合横向椭圆，形成规则的三维包络面5。
纵向型线设置在主、副推力侧，分别为基本纵向型线3与4，其基本缩减量为非对称设计。基础型线的最大外圆点D1设置在距销孔中心高度均为h=12%*ΦD1处。
在冷启动过程中，活塞还未受热膨胀，此时主、副推力侧基础纵向型线3、4起到主导作用，现有设计的主、副两侧的纵向型线3、4的最大外圆点D1在销孔下侧同一高度。由于活塞在缸套中进行二阶运动发生沿着销孔轴线转动。活塞在压缩上止点进行换向，点火上止点后10°~30°缸压达到最大，此时主推力侧TS的裙部上端拍击缸套。随着配缸间隙增加，拍击越明显。噪声的产生严重影响客户用车体验，给主机厂带来困扰。
如图4，图5所示，一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法，具体方法如下：
S1：以D1、D2、D3三点拟合基本左纵向型线3和右纵向型线4，其为规则的两段弧线与中间直线段的衔接；D1点为活塞外圆点，活塞外圆直径为ΦD1；D1点距离销孔中心的高度h=12%×ΦD1；D1点处的直线段7的长度为0~3mm；D2点为裙部上端；D3点为活塞的最低点；
S2：主推力侧TS的D2左点半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.12-0.15%；主推力侧TS的活塞最下端D3左的半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.07-0.1%；
S3：副推力侧ATS的D2右点半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.1-0.12%；副推力侧ATS的活塞最下端D3右的半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.05-0.08%；
S4：拟合左纵向型线3：定义主推力侧TS上部曲线6的方程：y=-0.00001x3+0.00007x2-0.0007x；定义主推力侧TS下部曲线8的方程：y=-0.00006x3-0.0001x2-0.00008x；其中x为高度h，y为缩减量；将规则的两段曲线6、8与中间直线段7上下衔接形成左纵向型线；
S5：拟合右纵向型线4：定义副推力侧ATS上部曲线12的方程：y=-0.00001x3+0.0001x2-0.0009x；定义副推力侧ATS上部曲线14的方程：y=-0.00004x3-0.0001x2-0.00007x；其中x为高度h，y为缩减量；将规则的两段曲线12、14与中间直线段13上下衔接形成右纵向型线；
S6：定义主推力侧TS新的纵向型线：将纵向型线3D1左的高度向销孔轴线平移距离4%×ΦD1左至D1’左位置，D2左点与D3左点缩减量保持不变，拟合修改后的新的基本纵向型线：定义主推力侧TS上部曲线10的方程：y=-0.000009x3-0.0003x2-0.0002x，定义主推力侧TS下部曲线11的方程： y=-0.00004x3+0.0003x2-0.0012x；其中x为高度h，y为缩减量；
S7：定义副推力侧ATS新的纵向型线：将纵向型线D1右的高度向活塞底部平移距离4%×ΦD1右至D1’右位置，D2右与D3右点缩减量不变，拟合修改后的新的基本纵向型线：定义副推力侧ATS上部曲线16的方程：y=-0.00001x3+0.0002x2-0.0018x，定义副推力侧ATS上部曲线17的方程： y=-0.0001x3+0.0005x2-0.0012x；其中x为高度h，y为缩减量；
S8：将新的活塞最大外圆D1’非等高的纵向基础型线数据配合横向椭圆，形成新型的规则的三维包络面5。
将左纵向型线的D1’左点与右纵向型线的D1’右点设置在不同高度，左纵向型线的D1’左距销孔中心高度h’=8%×ΦD1, 右纵向型线的D1’右距销孔中心高度h’=16%×ΦD1，即主、副推力侧的最大外圆D1’高度差△h’=8%×ΦD1。
本发明同现有技术相比，在不增加加工工艺难度，不增加热态摩擦损失，以及不降低活塞强度情况下，重新定义新型纵向型线，应用新型线可以调整活塞上止点换向姿态，降低活塞裙部与缸套的拍击。从而满足客户对大配缸间隙设计与低NVH的需求。

Claims (1)

1.一种适用于大配缸间隙的活塞裙部型线设计方法，其特征在于：具体方法如下：
S1：以D1、D2、D3三点拟合基本左纵向型线(3)和右纵向型线(4)，其为规则的两段弧线与中间直线段的衔接；D1点为活塞外圆点，活塞外圆直径为ΦD1；D1点距离销孔中心的高度h＝12％×ΦD1；D1点处的直线段(7)的长度为0～3mm；D2点为裙部上端；D3点为活塞的最低点；
S2：主推力侧TS的D2左点半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.12-0.15％；主推力侧TS的活塞最下端D3左的半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.07-0.1％；
S3：副推力侧ATS的D2右点半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.1-0.12％；副推力侧ATS的活塞最下端D3右的半径缩减量为活塞外圆直径ΦD1的0.05-0.08％；
S4：拟合左纵向型线(3)：定义主推力侧TS上部曲线(6)的方程：y＝-0.00001x3+0.00007x2-0.0007x；定义主推力侧TS下部曲线(8)的方程：y＝-0.00006x3-0.0001x2-0.00008x；其中x为高度h，y为缩减量；将规则的两段曲线(6)、(8)与中间直线段(7)上下衔接形成左纵向型线；
S5：拟合右纵向型线(4)：定义副推力侧ATS上部曲线(12)的方程：y＝-0.00001x3+0.0001x2-0.0009x；定义副推力侧ATS上部曲线(14)的方程：y＝-0.00004x3-0.0001x2-0.00007x；其中x为高度h，y为缩减量；将规则的两段曲线(12)、(14)与中间直线段(13)上下衔接形成右纵向型线；
S6：定义主推力侧TS新的纵向型线：将纵向型线(3)D1左的高度向销孔轴线平移距离4％×ΦD1左至D1’左位置，D2左点与D3左点缩减量保持不变，拟合修改后的新的基本纵向型线：定义主推力侧TS上部曲线(10)的方程：y＝-0.000009x3-0.0003x2-0.0002x，定义主推力侧TS下部曲线(11)的方程：y＝-0.00004x3+0.0003x2-0.0012x；其中x为高度h，y为缩减量；
S7：定义副推力侧ATS新的纵向型线：将纵向型线D1右的高度向活塞底部平移距离4％×ΦD1右至D1’右位置，D2右与D3右点缩减量不变，拟合修改后的新的基本纵向型线：定义副推力侧ATS上部曲线(16)的方程：y＝-0.00001x3+0.0002x2-0.0018x，定义副推力侧ATS上部曲线(17)的方程：y＝-0.0001x3+0.0005x2-0.0012x；其中x为高度h，y为缩减量；
S8：将新的活塞最大外圆D1’非等高的纵向基础型线数据配合横向椭圆，形成新型的规则的外包络面(5)；
将左纵向型线的D1’左点与右纵向型线的D1’右点设置在不同高度，左纵向型线的D1’左距销孔中心高度h’＝8％×ΦD1,右纵向型线的D1’右距销孔中心高度h’＝16％×ΦD1，即主、副推力侧的最大外圆D1’高度差△h’＝8％×ΦD1；
活塞本体(1)的下部连接活塞腔体(2)，活塞腔体(2)的外部设有外包络面(5)，所述的外包络面(5)的左右两端分别设有左纵向型线(3)及右纵向型线(4)；位于外包络面(5)的左侧为主推力侧，位于外包络面(5)的右侧为副推力侧。
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