CN115492694A - 振荡冷却活塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振荡冷却活塞，包括：活塞顶、活塞裙和活塞销，活塞顶和活塞裙固定连接后形成振荡冷却腔，振荡冷却腔设有一个；振荡冷却腔的中心设有凸台和中心支撑座，振荡冷却腔环绕凸台和中心支撑座，凸台设于活塞裙上且凸出于振荡冷却腔的底面，中心支撑座设于活塞顶上，中心支撑座支撑于凸台上；振荡冷却腔连通有进油孔和回油孔，回油孔设于凸台上，回油孔的高度高于进油孔。本申请去掉现有技术中的环形支撑座，将现有技术中的内冷却腔和外冷却腔合成一个大的振荡冷却腔，增大了冷却面积，实现了一腔式冷却，活塞冷却效果好。

Description

振荡冷却活塞

技术领域

本发明涉及柴油机技术领域，具体的说，涉及一种振荡冷却活塞。

背景技术

随着柴油机平均有效压力和功率的不断提升，活塞热负荷大幅增加，活塞的冷却成为了设计的难点；活塞冷却不足，将出现拉缸、热应力过大导致活塞顶开裂、机油老化等重大恶性故障，因此，活塞必须得到良好的冷却。

如图1所示，为现有常见的振荡冷却活塞结构，该活塞具有冷却内腔8和冷却外腔9，冷却内腔8和冷却外腔9之间间隔有环形支撑座10。由于环形支撑座10的存在，减少了冷却腔的冷却面积，导致活塞冷却效果差。

发明内容

针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种振荡冷却效率高的振荡冷却活塞，提高活塞的冷却效果。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种振荡冷却活塞，包括：活塞顶、活塞裙和活塞销，所述活塞顶和所述活塞裙固定连接后形成振荡冷却腔，

所述振荡冷却腔设有一个；

所述振荡冷却腔的中心设有设有凸台和中心支撑座，所述振荡冷却腔环绕所述凸台和所述中心支撑座，所述凸台设于所述活塞裙上且凸出于所述振荡冷却腔的底面，所述中心支撑座设于所述活塞顶上，所述中心支撑座支撑于所述凸台上；

所述振荡冷却腔连通有进油孔和回油孔，所述回油孔设于所述凸台上，所述回油孔的高度高于所述进油孔。

优选地，所述活塞顶的内表面设有多个周向分布的加强冷却孔，所述加强冷却孔与所述振荡冷却腔连通。

优选地，所述加强冷却孔倾斜设置且朝向所述活塞顶的上端环形边缘处。

优选地，所述加强冷却孔的数目为n，30≥n≥18。

优选地，所述加强冷却孔的孔径为φa，24mmm≥φa≥16mm。

优选地，所述振荡冷却腔的高度为H1，所述凸台凸出所述振荡冷却腔底面的高度为H2，1/4H1≤H2≤2/5H1。

优选地，所有所述进油孔的通流截面的面积和为φ1，所有所述回油孔的通流截面的面积和为φ2，5φ1≥φ2≥3.5φ1。

优选地，所述活塞顶顶壁的厚度为T1，15mm≥T1≥12mm。

优选地，所述活塞顶对应加强冷却孔处的侧壁壁厚为T2，12mm≥T2≥8mm。

优选地，所述活塞顶设有内翻边，所述内翻边支撑于所述活塞裙上；

所述进油孔包括相连通的活塞裙进油孔和活塞顶进油孔，所述活塞顶进油孔设于所述内翻边上，所述活塞顶进油孔与所述振荡冷却腔连通。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

振荡冷却活塞包括：活塞顶、活塞裙和活塞销，活塞顶和活塞裙固定连接后形成振荡冷却腔，振荡冷却腔设有一个；振荡冷却腔的中心设有凸台和中心支撑座，振荡冷却腔环绕凸台和中心支撑座，凸台设于活塞裙上且凸出于振荡冷却腔的底面，中心支撑座设于活塞顶上，中心支撑座支撑于凸台上；振荡冷却腔连通有进油孔和回油孔，回油孔设于凸台上，回油孔的高度高于进油孔。本申请去掉现有技术中的环形支撑座，将现有技术中的内冷却腔和外冷却腔合成一个大的振荡冷却腔，增大了冷却面积，实现了一腔式冷却，活塞冷却效果好。

附图说明

图1是现有技术中活塞的剖视图；

图2是本发明振荡冷却活塞实施例的剖视结构示意图；

图3是本发明振荡冷却活塞实施例另一个方向的剖视结构示意图；

图4是图3中B-B向的剖视结构示意图；

图5是本发明振荡冷却活塞实施例中另一个方向的剖视结构示意图；

图6是图1中A-A向的剖视结构示意图；

图7是图6中C-C向的剖视图结构示意图；

图中：1、活塞顶；11、中心支撑座；12、加强冷却孔；13、环槽；14、内翻边；15、活塞顶进油孔；16、燃烧室；2、活塞裙；21、凸台；22、活塞裙进油孔；23、活塞销座进油槽；3、活塞销；31、活塞销进油道；4、振荡冷却腔；5、螺栓；6、回油孔；7、螺栓；8、冷却内腔；9、冷却外腔；10、环形支撑座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，且不用于限定本发明。

如图1-图4共同所示，一种振荡冷却活塞，包括：活塞顶1、活塞裙2和活塞销3，活塞顶1和活塞裙2固定连接后形成振荡冷却腔4；

振荡冷却腔4设有一个；

振荡冷却腔4的中心设有凸台21和中心支撑座11，振荡冷却腔4的中心轴、凸台21的中心轴和中心支撑座11的中心轴分别与活塞的中心轴同轴，振荡冷却腔4环绕凸台21和中心支撑座11，凸台21设于活塞裙2上且凸出于振荡冷却腔4的底面，中心支撑座11设于活塞顶1上，中心支撑座11支撑于凸台21上；

振荡冷却腔4连通有进油孔和回油孔6，回油孔6设于凸台21上，回油孔6的高度高于进油孔。本申请去掉现有技术中的环形支撑座，将现有技术中的内冷却腔8和外冷却腔9合成一个大的振荡冷却腔4，振荡冷却腔4由活塞的中心向外延伸至活塞的边缘处，增大了冷却面积，实现了一腔式冷却，活塞冷却效果好。活塞顶1设有燃烧室16，振荡冷却腔4与燃烧室16的位置对应，能够冷却燃烧室16处的顶壁，对热负载最严重的地方针对性冷却，进一步提高冷却效果。

活塞顶1的内表面设有多个周向分布的加强冷却孔12，加强冷却孔12与振荡冷却腔4连通，加强冷却孔12用于进一步增大冷却面积，增强冷却效果。加强冷却孔12倾斜设置且朝向活塞顶1的上端环形边缘处的角部，这样设置，可以减小角部处的壁厚，增强角部处的冷却，而且倾斜设置，能够进一步的增大冷却面积。在满足活塞强度允许的条件下，加强冷却孔12的数量应尽可能的多，直径尽可能大，以获得大的冷却面积，本实施例中，加强冷却孔的数目为n，30≥n≥18，加强冷却孔的孔径为φa，24mmm≥φa≥16mm。

振荡冷却腔4的高度为H1，凸台21凸出振荡冷却腔4底面的高度为H2，H2即为回油孔6高于振荡冷却腔4底面的距离，振荡冷却腔4中高度低于H2的机油即为振荡冷却腔4的最低储油量，为得到良好的冷却效果，H1不宜过矮，H2不易过高，需满足1/4H1≤H2≤2/5H1，本实施例中，H2为H1的1/3左右，出油孔6周向均布在凸台21上，凸台21的径向尺寸在满足结构强度和满足出油孔6的分布的情况下应尽可能的小，以确保振荡冷却腔4的机油充满度和低负荷时的最低储油量。

所有进油孔的通流截面的面积和为φ1，所有回油孔6的通流截面的面积和为φ2，5φ1≥φ2≥3.5φ1，以确保振荡冷却腔4的机油充满度在40％到60％之间。

为防止活塞顶1的顶壁温度过高，温度过高导致机油过热老化，在满足活塞顶1热疲劳强度允许的情况下，顶壁厚度应取大值，可防止机油过热老化，同时减轻热传导消耗，提升柴油机热效率，降低油耗，本申请中，活塞顶1顶壁的厚度为T1，顶壁厚度T1包括振荡冷却腔4处的顶壁厚度T11和加强冷却孔12处的顶壁厚度T12，15mm≥T11≥12mm，15mm≥T12≥12mm。

活塞顶1对应加强冷却孔12处的侧壁壁厚为T2，12mm≥T2≥8mm，在机械强度允许的情况下，T2取小值，可充分改善一环的冷却，优选地，本实施例中，12mm≥T2≥8mm。一环为最上端的活塞环，活塞顶1设有安装一环的环槽13。

活塞顶1设有内翻边14，内翻边14支撑于活塞裙2上；进油孔包括相连通的活塞裙进油孔22和活塞顶进油孔15，活塞顶进油孔15设于内翻边14上，活塞顶进油孔15与振荡冷却腔4连通，活塞裙进油孔22与活塞销座进油槽23连通，活塞销座进油槽23设于活塞裙2的活塞销座上，活塞销座进油槽23绕活塞销3设置，活塞销3设有四个活塞销进油道31，活塞销座进油槽23同时与三个活塞销进油道31相连通，活塞销座的主承压角θ处不设置油槽，确保面压较小，同时有利于油膜连续，取得良好的承压效果，θ≥60°。

活塞顶1和活塞裙2螺栓固定连接，凸台21和中心支撑座11之间通过螺栓5固定连接，内翻边14和活塞裙2之间通过多个周向均布的螺栓7固定连接。由于凸台21和中心支撑座11位于振荡冷却腔4中，凸台21和中心支撑座11得到良好的冷却，因而螺栓5受到的热负荷小，内翻边14直接浸泡在振荡冷却腔4中，螺栓7受到的热负荷小，有效避免螺栓5和螺栓7热变形，螺栓连接牢固可靠，不会因螺栓失效松动，导致活塞脱顶，造成重大故障，还降低了对螺栓的要求，降低螺栓的设计和选型难度，使用普通螺栓即可，降低成本。

活塞应用于柴油机上时，活塞顶1周边受到的压力通过内翻边14作用于活塞裙2的周边上，活塞顶1中心受到的压力通过凸台21作用于中心支撑座11上，也就是作用于活塞裙2的中心上，因此，活塞顶1和活塞裙2受力均匀，能够将力均匀作用于活塞销3上。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.振荡冷却活塞，包括：活塞顶、活塞裙和活塞销，所述活塞顶和所述活塞裙固定连接后形成振荡冷却腔，其特征在于：

所述振荡冷却腔设有一个；

所述振荡冷却腔的中心设有凸台和中心支撑座，所述振荡冷却腔环绕所述凸台和所述中心支撑座，所述凸台设于所述活塞裙上且凸出于所述振荡冷却腔的底面，所述中心支撑座设于所述活塞顶上，所述中心支撑座支撑于所述凸台上；

所述振荡冷却腔连通有进油孔和回油孔，所述回油孔设于所述凸台上，所述回油孔的高度高于所述进油孔。

2.如权利要求1所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述活塞顶的内表面设有多个周向分布的加强冷却孔，所述加强冷却孔与所述振荡冷却腔连通。

3.如权利要求2所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述加强冷却孔倾斜设置且朝向所述活塞顶的上端环形边缘处。

4.如权利要求2所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述加强冷却孔的数目为n，30≥n≥18。

5.如权利要求3所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述加强冷却孔的孔径为φa，24mmm≥φa≥16mm。

6.如权利要求1所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述振荡冷却腔的高度为H1，所述凸台凸出所述振荡冷却腔底面的高度为H2，1/4H1≤H2≤2/5H1。

7.如权利要求1所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所有所述进油孔的通流截面的面积和为φ1，所有所述回油孔的通流截面的面积和为φ2，5φ1≥φ2≥3.5φ1。

8.如权利要求1所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述活塞顶顶壁的厚度为T1，15mm≥T1≥12mm。

9.如权利要求3所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述活塞顶对应加强冷却孔处的侧壁壁厚为T2，12mm≥T2≥8mm。

10.如权利要求1所述的振荡冷却活塞，其特征在于，所述活塞顶设有内翻边，所述内翻边支撑于所述活塞裙上；

所述进油孔包括相连通的活塞裙进油孔和活塞顶进油孔，所述活塞顶进油孔设于所述内翻边上，所述活塞顶进油孔与所述振荡冷却腔连通。

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