CN115859870B - 活塞微织构布置方法、装置、活塞及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种活塞微织构布置方法、装置、活塞及发动机。活塞微织构布置方法包括如下步骤：确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；获得波纹槽深度、波高和波宽。由于波纹微织构在加工布置时仅是针对活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧有接触面压的位置，因此能够降低波纹微织构的加工成本。本方法依据主推侧和副推侧接触面压范围得到不一样的渐变波纹微织构设计，避免主副推侧油膜过厚，导致机油耗高。

Description

活塞微织构布置方法、装置、活塞及发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种活塞微织构布置方法、装置、活塞及发动机。

背景技术

活塞在运动过程中，活塞裙部与缸套接触，其摩擦性能的好坏，直接影响整机热效率，因此合理的活塞裙部结构和裙部型线能够降低发动机摩擦损失，提高产品经济性。

活塞和缸套在运行过程中受到机械载荷和热载荷的双重作用，活塞与缸套的变形直接影响到活塞与缸套的接触状态，直接影响发动机的摩擦损失，接触状态差，直接造成发动机摩擦损失大，因此针对缸孔变形和活塞变形设计裙部是十分有必要的。

表面微织构是指通过一定的加工技术(如激光刻蚀、电化学刻蚀等) 在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸起等的几何形貌。现有技术中多是在裙部整体设置微织构，而目前裙部表面的微织构以小凹槽为主，微织构形状有圆锥形、圆孔形、矩形和棱锥形等，但是上述微织构仅能从提高裙部的储油性能的角度出发，来降低摩擦损失，并没有考虑到更厚的油膜厚度会导致机油耗增大的问题，同时在活塞裙部全部进行微织构处理，增加了加工成本。

因此，亟需一种活塞微织构布置方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种活塞微织构布置方法，能够在提高裙部储油性能的前提下，降低油耗以及设置微织构的加工成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

活塞微织构布置方法，包括如下步骤：

分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；

将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；

建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，所述波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度；

分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿所述活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高，其中单位预设面积率是指单位面积内存在的波纹微织构所占单位面积的面积率，活塞裙部具有接触面压的区域内的横截面具有弧形边，其中波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长。

作为上述活塞微织构布置方法的一种优选技术方案，所述波纹参数还包括波纹槽宽度，根据波纹槽深度和波纹槽宽度获得波纹槽体积，以获得活塞裙部主推侧面压区域内的机油量以及活塞裙部副推侧面压区域内的机油量，根据主推侧面压区域内的相同机油量获得活塞主推侧接触面压所在区域的波纹槽密度，以及根据副推侧面压区域内相同机油量获得活塞副推侧接触面压所在区域的波纹槽密度。

作为上述活塞微织构布置方法的一种优选技术方案，所述波纹槽深度大于等于10微米且小于等于20微米。

作为上述活塞微织构布置方法的一种优选技术方案，所述波纹槽深度为

；其中，X为波纹微织构基础深度，X为定值，/>

为常数，g为波纹槽深度，ψ为裙部主推侧面压区域对应的角度或裙部副推侧面压区域对应的角度，d为裙部厚度，y为指裙部竖直方向波纹微织构从下到上的高度，/>

为裙部主推侧各个角度轴向的最大接触面压曲线或副推测各个角度轴向的最大接触面压曲线。

作为上述活塞微织构布置方法的一种优选技术方案，分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压包括：

建立活塞-缸套热-结构耦合仿真模型，施加温度载荷、爆压以及缸盖螺栓的预紧力，得到活塞热态下变形量和缸套热-机械耦合载荷下的变形量；

建立活塞-缸套系统的多体动力学仿真模型，施加缸孔变形量，施加活塞裙部热态型线，获取发动机一个循环过程中，活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧不同位置的接触面压。

本发明还提供了一种活塞裙部微织构布置装置，包括：

面压获取模块，用于分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；

曲线拟合模块，用于将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；

波纹槽深度模块，用于建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，所述波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度；

波纹布置模块，用于分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿所述活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高，其中单位预设面积率是指单位面积内存在的波纹微织构所占单位面积的面积率，活塞裙部具有接触面压的区域内的横截面具有弧形边，其中波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长。

本发明还提供了一种活塞，采用上述任一方案所述的活塞微织构布置方法进行波纹微织构的布置；

沿所述活塞的轴向，所述活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域内设置有所述波纹微织构，所述波纹微织构包括多个间隔设置的波纹槽，所述波纹槽的延伸方向与所述活塞高度方向同向。

作为上述活塞的一种优选技术方案，所述波纹槽等间距设置，且多个所述波纹槽的槽深不完全相同。

作为上述活塞的一种优选技术方案，所述波纹槽非等间距设置，多个所述波纹槽的槽深相同，所述波纹槽的间距与接触面压大小呈正相关。

本发明还提供了一种发动机，该发动机包括上述任一项所述的活塞。

本发明有益效果：

本发明提供的活塞微织构布置方法，先确定活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，然后再拟合获得最大接触面压曲线，根据最大接触面压曲线建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹槽深度与每个平均角度区域曲线的方程关系以获得波纹槽深度，然后再确定波纹的高度并进行波纹的布置。波纹型微织构具有储油和引油的双重作用，既能够具有储油性能，又增加了机油流动性能，产生较大流体动压力，减少摩擦损失，同时避免活塞裙部机油过多积累，达到降低机油耗的目的。由于波纹微织构在加工布置时仅是针对活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧有接触面压的位置，因此能够降低波纹微织构的加工成本。本方法依据主推侧和副推侧接触面压范围得到不一样的渐变波纹微织构设计，避免主副推侧油膜过厚，导致机油耗高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的活塞微织构布置方法的主要步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的活塞副推侧面压区域和主推侧面压区域的示意图；

图3为本发明实施例提供的波纹微织构的示意图；

图4为本发明实施例提供的波纹微织构的横截面示意图；

图5为本发明实施例提供的活塞微织构布置方法的详细步骤流程图（等间距）；

图6为本发明实施例提供的波纹微织构的分布示意图（等间距）；

图7为本发明实施例提供的活塞微织构布置方法的详细步骤流程图（变间距）；

图8为本发明实施例提供的波纹微织构的分布示意图（变间距）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

现有技术中活塞裙部多是整体设置微织构，尽管能够提高裙部的储油性能，但是会造成较厚的油膜厚度而导致机油损耗增大，同时也增加了加工成本。

为此，本发明提供了一种活塞微织构布置方法，以降低机油损耗以及加工成本。

图1为本发明实施例提供的活塞微织构布置方法的主要步骤流程图；如图1所示，该活塞微织构布置方法包括如下步骤：

S101、分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域。

活塞裙部主推侧与缸套之间的接触面压，及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压均通过仿真获得，示例性的，接触面压可通过有限元分析获得。如何通过有限元分析获取接触面压为本领域的现有技术，在此不再具体介绍。

图2为本发明实施例提供的活塞副推侧面压区域和主推侧面压区域的示意图。如图2所示，以活塞销孔轴线方向为Y向，与Y向垂直的活塞径向为X向，X轴穿过主推侧和副推侧，Y轴与X轴的交点为原点，其中主推侧的边缘位于X轴左右两侧，主推侧的两个边缘与原点的连线围成的区域范围即为主推侧的面压区域，同理，副推侧的两个边缘与原点的连线围成的区域范围即为副推侧的面压区域。参照附图2，主推侧的面压区域和副推侧的面压区域均为扇形。

S102、将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线。

将主推侧接触面压所在的面压区域对应的角度范围和副推侧接触面压所在的面压区域对应的角度范围平均等分成多个平均角度，这样每个平均角度对应有一平均角度区域，角度等分的数量根据实际需要设定，在本实施例中不做详细赘述。

S103、建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度。

其中，当波纹槽密度在活塞裙部各处的密度相同时，波纹槽深度不完全相同，波纹槽深度与接触面压呈正相关。当波纹槽密度在活塞裙部各处不完全相同时，波纹槽深度相同，波纹槽密度相同。

需要说明的是，本实施例中所指的波纹槽密度相同是指相邻波纹槽之间的间距相同，本实施例中所指的波纹槽不完全相同是指将波纹槽间距接触面压较大的区域小，接触面压较小的区域大，相邻波纹槽的间距非等距设置。

S104、分别根据活塞裙部主推侧的面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高。

其中单位预设面积率是指单位面积内存在的波纹微织构所占单位面积的面积率，活塞裙部具有接触面压的区域内的横截面具有弧形边，其中波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长。

本发明提供的活塞微织构布置方法，先确定活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，然后再拟合获得最大接触面压曲线，根据接触面压建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹槽深度与各个的最大接触面压曲线的方程关系以获得波纹槽深度，然后再确定波纹槽的波宽和波高。波纹型微织构具有储油和引油的双重作用，既能够具有储油性能，又增加了机油流动性能，产生较大流体动压力，减少摩擦损失，同时避免机油过多积累，降低机油耗。由于波纹微织构在加工布置时仅是针对活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧有接触面压的位置，因此能够降低波纹微织构的加工成本。本方法依据主推侧和副推侧接触面压得到主推侧对应的波纹微织构和副推侧对应的波纹微织构，这样可避免主副推侧波纹微织构相同造成副推侧油膜过厚，导致机油能耗高。

需要说明的是，主推侧和副推侧处的面压区域是有限的，而为了能够使机油流出裙部，故需要将波纹微织构延伸至活塞裙部下沿，波纹槽的波宽与活塞裙部有接触面压的长度呈正相关，波高则与面压区域呈正相关。另外，波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长。

波纹参数还包括波纹槽宽度，根据波纹槽深度和波纹槽宽度获得波纹槽体积，以获得活塞裙部主推侧面压区域内的机油量以及活塞裙部副推侧面压区域内的机油量，根据主推侧面压区域内的相同机油量获得活塞主推侧接触面压所在区域的波纹槽密度，以及根据副推侧面压区域内相同机油量获得活塞副推侧接触面压所在区域的波纹槽密度。

示例性的，图3为本发明实施例提供的波纹微织构的示意图。如图3所示，波纹微织构形状采用一般正态分布方程：

，其中a为正数，轴向波宽分布依据

获得，其中L为活塞裙部具有接触面压的轴向高度，波高依据/>

获得，其中ψ为裙部主推侧面压区域对应的角度或裙部副推侧面压区域对应的角度。ψ即为扇形面压区域对应的角度。设定活塞裙部面积为D，活塞裙部部分设置有波纹微织构，而波纹微织构的整体面积为活塞裙部面积D的40%，当然，在其他一些实施例中可大于40%。波纹微织构的整体面积为波纹微织构的槽宽度、槽长度以及波纹密度的乘积。

图4为本发明实施例提供的波纹微织构的横截面示意图，如图4所示，波纹微织构的横截面为三角形，在储油的同时还能够实现使油液流出的目的。

对于相同机油的存储可通过不同的波纹槽深度和波纹槽密度实现，如上所述的波纹槽密度相同是指相邻波纹槽之间的间距相同，本实施例中所指的波纹槽不完全相同是指将波纹槽分成至少两个区域，单个区域内各个波纹槽的间距相同，相邻两个区域内的波纹槽之间的间距不相同，非相邻两个区域内的波纹槽之间的间距可能相同，也可能不相同。因此，相邻波纹槽之间的间距相同，间距不会随着接触面压的改变而改变。

当然，在其他实施例中还可以是波纹槽深度相同，相邻波纹槽的间距可能相同可能不同，具体根据接触面压的大小做出适应性的改变。但是相邻波纹槽的间距改变是根据获得波纹槽深度改变的，机油量定量的前提下，根据波纹槽深度确定波纹槽在活塞裙部的分布密度，波纹槽在主推侧或者副推侧各处波纹槽深度相同时，波纹槽的密度不同；波纹微织构各处的波纹槽深度不完全相同时，波纹槽的密度相同。如此可根据实际需要设定不完全相同密度的波纹槽或者相同密度的波纹槽，波纹槽的深度适应性的改变。

具体地，不同角度下的机油量

。g为波纹槽深度，ψ为裙部主推侧面压区域对应的角度或裙部副推侧面压区域对应的角度，d为裙部厚度，y为指裙部竖直方向波纹微织构从下到上的高度。

在本实施例中，获得主推侧和副推侧接触面压需要建立活塞-缸套热-结构耦合仿真模型，施加温度载荷、爆压以及缸盖螺栓的预紧力，得到活塞热态下变形量

和缸套热-机械耦合载荷下的变形量/>

。可以推出热态下的活塞裙部型线方程为：

，其中 />

为冷态下活塞裙部型线。

然后，建立活塞-缸套系统的多体动力学仿真模型，施加缸孔变形量

，施加活塞裙部热态型线/>

，获取发动机一个循环过程中，活塞裙部主推侧、副推侧不同位置的最大面压结果。

得到缸套热-机械耦合载荷下的变形量

，才能够得到活塞运行时的活塞与裙部的接触面压。

在本实施例中，波纹槽深度大于等于10微米且小于等于20微米。波纹槽宽度为100微米-200微米。详细地，波纹槽深度大于等于5微米且小于等于10微米。如此设置可根据不同接触面压且不同槽深设置波纹微织构，当然还可以设置不同接触面压且不同密度且相同槽深的设置波纹微织构。

具体地，在本实施例中，波纹槽深度为

，其中X为波纹微织构基础深度，X为定值，/>

为面压曲线系数，具体为常数。g为波纹槽深度，ψ为裙部主推侧面压区域对应的角度或裙部副推侧面压区域对应的角度，d为裙部厚度，y为指裙部竖直方向波纹微织构从下到上的高度，为裙部主推侧各个角度轴向的最大接触面压曲线或副推测各个角度轴向的最大接触面压曲线。

如图5所示，当主推侧和副推侧各处波纹密度相同时，该方法具体包括如下步骤：

S201、建立活塞-缸套热-结构耦合仿真模型，施加温度载荷、爆压以及缸盖螺栓的预紧力，得到活塞热态下变形量和缸套热-机械耦合载荷下的变形量；

S202、建立活塞-缸套系统的多体动力学仿真模型，施加缸孔变形量，施加活塞裙部热态型线，获取发动机一个循环过程中，活塞裙部主推侧、副推侧不同位置的接触面压；

S203、分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；

S204、将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；

S205、建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度；

S206、分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高；

S207、获得相邻波纹槽等间距且波纹槽深度不同的波纹微织构的分布。

如图6所示，位于主（副）推侧的中心位置的波纹槽深度相较于其他位置的波纹槽深度较深，这样储油能力也相应的提升。

如图7所示，当主推侧和副推侧波纹密度不同，且波纹槽深度相同时，该方法具体包括如下步骤：

S301、建立活塞-缸套热-结构耦合仿真模型，施加温度载荷、爆压以及缸盖螺栓的预紧力，得到活塞热态下变形量和缸套热-机械耦合载荷下的变形量；

S302、建立活塞-缸套系统的多体动力学仿真模型，施加缸孔变形量，施加活塞裙部热态型线，获取发动机一个循环过程中，活塞裙部主推侧、副推侧不同位置的最大接触面压；

S303、分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；

S304、将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；

S305、建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度；

S306、分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高；

S307、获得相邻波纹槽等间距且波纹槽深度不同的波纹微织构的分布；

S308、计算相邻波纹槽等间距且波纹槽深度不同的波纹微织构存储机油量，根据机油量获得等波纹槽深度且波纹槽密度不完全相同的波纹微织构的分布。

如图8所示，位于主（副）推侧的中心位置的波纹密度相较于其他位置的波纹密度较大，这样相同机油量下，波纹微织构的储油能力也相应的提升。

由于本发明的实施例中根据发动机一个循环范围内活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧最大接触面压进行波纹微织构的深度和分布密度的设计，因此本方法是针对性改善活塞裙部的润滑状态。

本发明的实施例还提供了一种活塞裙部微织构布置装置，其中活塞裙部微织构布置装置包括面压获取模块、曲线拟合模块、波纹槽深度模块和波纹布置模块。其中，面压获取模块用于分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域。曲线拟合模块用于将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线。波纹槽深度模块用于建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度。

波纹布置模块用于分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高，其中单位预设面积率是指单位面积内存在的波纹微织构所占单位面积的面积率，活塞裙部具有接触面压的区域内的横截面具有弧形边，其中波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长。

活塞裙部微织构布置装置获得波纹微织构加工布置时仅是针对活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧有接触面压的位置，因此能够降低波纹微织构的加工成本。本装置依据主推侧和副推侧接触面压范围得到不一样的渐变波纹微织构设计，避免副推侧油膜过厚，导致机油耗高。

进一步地，活塞裙部微织构布置装置还包括密度确定模块，密度确定模块用于根据波纹槽深度和波纹槽宽度获得波纹槽体积，以获得活塞裙部主推侧面压区域内的机油量以及活塞裙部副推侧面压区域内的机油量，根据主推侧面压区域内的相同机油量获得活塞主推侧接触面压所在区域的波纹槽密度，以及根据副推侧面压区域内相同机油量获得活塞副推侧接触面压所在区域的波纹槽密度。

进一步地，活塞裙部微织构布置装置还包括接触面压获得模块，用于建立活塞-缸套热-结构耦合仿真模型，施加温度载荷、爆压以及缸盖螺栓的预紧力，得到活塞热态下的变形量和缸套热-机械耦合载荷下的变形量；以及用于建立活塞-缸套系统的多体动力学仿真模型，施加缸孔变形量，施加活塞裙部热态型线，获取发动机一个循环过程中，活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧不同位置的接触面压。

波纹型微织构具有储油和引油的双重作用，既能够具有储油性能，又增加了机油流动性能，产生较大流体动压力，减少摩擦损失，同时避免机油过多积累，降低机油耗。

本发明还提供了一种活塞，采用如本发明提供的活塞微织构布置方法进行波纹微织构的布置。沿活塞的轴向，活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域内设置有波纹微织构，波纹微织构包括多个间隔设置的波纹槽，波纹槽的延伸方向与活塞高度方向同向。该活塞在局部设置有波纹微织构，相较于现有技术中活塞裙部全部设置微织构而言，加工成本降低，且对于机油的损耗也相应降低。由于波纹微织构延伸至活塞裙部的下方，这样能够便于机油流出波纹微织构，避免机油过多积累，降低油耗。

需要说明的是，在一些实施例中波纹槽等间距设置，且多个波纹槽的槽深不完全相同，这样可保证活塞的储油量。

而在另一些实施例中，波纹槽非等间距设置，多个波纹槽的槽深相同，波纹槽的间距与接触面压大小呈正相关。也即波纹槽的间距不完全相同，该种设置方式也是为了保证活塞的储油量。

本发明的实施例中还提供了一种发动机，发动机包括本实施例中所述的活塞。

由于包括上述的活塞，故本发明实施例的发动机有上述实施例的所有优点和有益效果，此处不再赘述。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.活塞微织构布置方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；

将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；

建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，所述波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度；

分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿所述活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，所述波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高，其中单位预设面积率是指单位面积内存在的波纹微织构所占单位面积的面积率，活塞裙部具有接触面压的区域内的横截面具有弧形边，其中波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长；

所述波纹参数还包括波纹槽宽度，根据波纹槽深度和波纹槽宽度获得波纹槽体积，以获得活塞裙部主推侧面压区域内的机油量以及活塞裙部副推侧面压区域内的机油量，根据主推侧面压区域内的相同机油量获得活塞主推侧接触面压所在区域的波纹槽密度，以及根据副推侧面压区域内相同机油量获得活塞副推侧接触面压所在区域的波纹槽密度；

所述波纹槽深度为

；其中，X为波纹微织构基础深度，X为定值，

为常数，g为波纹槽深度，ψ为裙部主推侧面压区域对应的角度或裙部副推侧面压区域对应的角度，d为裙部厚度，y为指裙部竖直方向波纹微织构从下到上的高度，/>

为裙部主推侧各个角度轴向的最大接触面压曲线或副推测各个角度轴向的最大接触面压曲线。

2.根据权利要求1所述的活塞微织构布置方法，其特征在于，所述波纹槽深度大于等于10微米且小于等于20微米。

3.根据权利要求1所述的活塞微织构布置方法，其特征在于，分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压包括：

建立活塞-缸套热-结构耦合仿真模型，施加温度载荷、爆压以及缸盖螺栓的预紧力，得到活塞热态下变形量和缸套热-机械耦合载荷下的变形量；

建立活塞-缸套系统的多体动力学仿真模型，施加缸孔变形量，施加活塞裙部热态型线，获取发动机一个循环过程中，活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧不同位置的接触面压。

4.活塞裙部微织构布置装置，其特征在于，包括：

面压获取模块，用于分别获得活塞裙部主推侧及活塞裙部副推侧与缸套之间的接触面压，并确定活塞裙部主推侧具有接触面压的面压区域及活塞裙部副推侧具有接触面压的面压区域；

曲线拟合模块，用于将每个面压区域平均等分成多个平均角度区域，每个平均角度区域下，分别拟合获得活塞裙部主推侧和活塞裙部副推测的各平均角度区域对应地的活塞轴向的最大接触面压曲线；

波纹槽深度模块，用于建立活塞裙部主推侧和活塞裙部副推侧的波纹参数与每个平均角度区域的最大接触面压曲线的方程关系，所述波纹参数包括波纹槽深度和/或波纹槽密度，所述波纹槽深度为

；其中，X为波纹微织构基础深度，X为定值，

为常数，g为波纹槽深度，ψ为裙部主推侧面压区域对应的角度或裙部副推侧面压区域对应的角度，d为裙部厚度，y为指裙部竖直方向波纹微织构从下到上的高度，/>

为裙部主推侧各个角度轴向的最大接触面压曲线或副推测各个角度轴向的最大接触面压曲线；

波纹布置模块，用于分别根据确定的活塞裙部主推侧面压区域和活塞裙部副推侧的面压区域，沿所述活塞轴向，从活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域布置波纹微织构，波纹微织构包括多个波纹槽，根据单位预设面积率确定波纹槽的波宽和波高，其中单位预设面积率是指单位面积内存在的波纹微织构所占单位面积的面积率，活塞裙部具有接触面压的区域内的横截面具有弧形边，其中波纹槽的波宽和波高满足以下条件：波宽/波高=波纹微织构整体高度/弧形边长。

5.活塞，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的活塞微织构布置方法进行波纹微织构的布置；

沿所述活塞的轴向，所述活塞裙部下边缘到活塞裙部有接触面压的高度区域内设置有所述波纹微织构，所述波纹微织构包括多个间隔设置的波纹槽，所述波纹槽的延伸方向与所述活塞高度方向同向。

6.如权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述波纹槽等间距设置，且多个所述波纹槽的槽深不完全相同。

7.如权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述波纹槽非等间距设置，多个所述波纹槽的槽深相同，所述波纹槽的间距与接触面压大小呈正相关。

8.发动机，其特征在于，包括权利要求5-7任一项所述的活塞。

Images