CN202325884U - 碳素材料与金属材料组合式活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳素材料与金属材料组合式活塞。包括碳素材料制成的活塞头部和金属材料制成的活塞裙部，活塞头部下端的内圆面和活塞裙部上端的外圆面上相互配合设置有细牙螺纹，螺纹精度为6H级。本实用新型能够增强活塞头部和活塞裙部连接的牢固程度、提高耐热强度、降低摩擦系数、延长使用寿命、提高发动机的系统稳定性。

Description

碳素材料与金属材料组合式活塞

技术领域

本实用新型涉及一种活塞，特别是一种活塞式内燃机中所使用的组合式活塞。

背景技术

活塞是内燃机中最为关键的零件之一，俗称内燃机的“心脏”，它将燃油在高压空气中燃烧产生的高爆发力转化成动力，传递给曲轴而做功。

目前市场上的活塞多为整体式结构。活塞一般分为头部和裙部，头部通常设计有燃料燃烧的燃烧室，安装活塞环的环槽；裙部通常设计有活塞销孔、挡圈槽、泄油孔、与连杆配副的内腔、与汽缸孔配合的外圆面等基本结构。还有一种由中国专利200580022478.3公开的组合式活塞，由头部和裙部构成，它们之间通过一个内六角螺钉相互连接，通过螺钉上两部分螺纹之间的升角，来获得相对较大的螺纹连接强度。

活塞的工作条件相当恶劣，一是承受高温，头部工作温度达350℃～380℃，正常工作时活塞会发生较大的体积膨胀；二是承受高压，汽油机、气体机燃气最大爆发压力高达4～7Mpa，柴油机燃气最大爆发压力高达14～18 Mpa，三是高速往复运动，活塞运动速度达12～16m/s，需要活塞具有良好耐磨性能和润滑条件，所以对活塞的机械、物理和化学性能都要有严格的要求。

活塞的头部和裙部之间通过螺纹连接时，螺纹的精度对连接牢固程度有重要的影响。现有的采用两种材料的组合式活塞连接部位不够牢固，缺少精确定位的机构，环槽的数量和宽度设置不合理，不利于增强活塞环的耐磨性和降低热传导。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种由两种材料组成的组合式活塞，能够增强活塞头部和活塞裙部连接的牢固程度、提高耐热强度、降低摩擦系数、延长使用寿命、提高发动机的系统稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

碳素材料与金属材料组合式活塞，包括碳素材料制成的活塞头部和金属材料制成的活塞裙部，活塞头部下端的内圆面和活塞裙部上端的外圆面上相互配合设置有细牙螺纹，螺纹精度为6H级。

本实用新型的改进在于：活塞头部外圆面上设置有活塞环槽。

本实用新型的进一步改进在于：所述活塞头部自上端向下依次设置有三道活塞环槽，第一活塞环槽宽度为2~4mm，精度为7级，第二活塞环槽宽度为2~3mm，精度为7级，第三活塞环槽宽度为3~5mm，精度为7级。

本实用新型的进一步改进在于：第三活塞环槽内设置有连通至活塞裙部的径向销孔，销孔内配合设置有定位销。

本实用新型的进一步改进在于：所述定位销的直径为3mm，定位销与销孔过渡配合，配合间隙为-0.016~+0.008mm。

本实用新型的进一步改进在于：活塞头部的顶面上设置有燃烧室。

由于采用了上述技术方案，本实用新型所取得的技术进步在于：

本实用新型的活塞，由头部的碳素材料与裙部金属材料组合而成，由于碳素材料的耐高温性能好，提高了活塞头部的耐热强度，同时，碳素材料的热膨胀系数低，因此活塞和缸套之间的间隙可以做的更小，在全热工作过程中尤其是内燃机工作的初始阶段，可以大大减少活塞和缸套之间的漏气量，降低油耗、节约能源、减少污染，并提高压缩比及有效功率的输出，进而提高发动机的稳定性，减少咬缸机率。提高发动机寿命和系统稳定性，降低工作噪声。活塞裙部采用铝硅合金或镁铝合金等轻质材料，大大减轻活塞的重量，使发动机工作时，往复运动的惯性力大大减小，从而节约能源，减轻往复运动对发动机的整机的破坏力。

活塞头部与活塞裙部采用螺纹连接的方式，连接稳定且容易加工，6H级的细牙螺纹，能够增强活塞头部和活塞裙部连接的牢固程度、实现良好的密封、自锁性能，保障了活塞的运动过程中的稳定性，降低摩擦系数、延长使用寿命、提高发动机的系统稳定性。

活塞环槽自活塞头部上端向下依次设置有三个，第一活塞环槽宽度为2~4mm，精度为7级，第二活塞环槽宽度为2~3mm，精度为7级，第三活塞环槽宽度为3~5mm，精度为7级。上述尺寸的活塞环槽与活塞环配合良好，具有优良的密封性，并能够增强活塞环的耐磨性和降低热量由活塞头部向活塞裙部的传导。

定位销的设置可以保证活塞头部与活塞裙部的组合方向位置准确，并能够进一步增强螺纹连接的牢固程度，配合间隙为-0.016~+0.008mm的过渡配合方式兼顾弹性和摩擦力，延长了定位销的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。

其中：1、活塞头部，2、活塞裙部，3、定位销，4、活塞环槽，5、燃烧室，6、细牙螺纹。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1

如图1所示。本实施例的组合式活塞由活塞头部1及活塞裙部2构成，活塞头部1采用由石墨-铝互渗体制成的碳素材料，活塞头部1的顶部设计有燃烧室5，其外圆面上设计有三道活塞环槽4，活塞裙部2采用铝硅合金制成，裙部设置有活塞销孔、挡圈槽、泄油孔、与连杆配副的内腔，活塞头部下端的内圆面和活塞裙部2的上端的外圆面上配合设置有精度为6H的细牙螺纹6，活塞环槽4自上而下第一活塞环槽宽度为2~4mm，精度为7级，第二活塞环槽宽度为2~3mm，精度为7级，第三活塞环槽宽度为3~5mm，精度为7级。第三活塞环槽内设置有连通至活塞裙部的径向销孔，销孔内配合设置有定位销3，活塞头部1与活塞裙部2通过细牙螺纹6进行紧密连接后，用定位销3进行准确定位并紧固。本实用新型适用于所有高速活塞式内燃机，包括汽油机、柴油机、气体机等。

本实用新型的活塞头部1的材料还可以选用碳纤维材料，或者选用石墨和其它轻金属的互渗体，甚至选用石墨和铜的互渗体，或者石墨与多种轻金属的多元互渗体；活塞裙部2的材料还可以选用镁铝合金等其它轻合金金属材料。

Claims (6)

1.碳素材料与金属材料组合式活塞，包括碳素材料制成的活塞头部（1）和金属材料制成的活塞裙部（2），其特征在于：活塞头部下端的内圆面和活塞裙部上端的外圆面上相互配合设置有细牙螺纹（6），螺纹精度为6H级。

2.根据权利要求1所述的碳素材料与金属材料组合式活塞，其特征在于：活塞头部外圆面上设置有活塞环槽（4）。

3.根据权利要求2所述的碳素材料与金属材料组合式活塞，其特征在于：所述活塞头部自上端向下依次设置有三道活塞环槽（4），第一活塞环槽宽度为2~4mm，精度为7级，第二活塞环槽宽度为2~3mm，精度为7级，第三活塞环槽宽度为3~5mm，精度为7级。

4.根据权利要求3所述的碳素材料与金属材料组合式活塞，其特征在于：第三活塞环槽内设置有连通至活塞裙部的径向销孔，销孔内配合设置有定位销（3）。

5.根据权利要求4所述的碳素材料与金属材料组合式活塞，其特征在于：所述定位销的直径为3mm，定位销与销孔过渡配合，配合间隙为-0.016~+0.008mm。

6.根据权利要求1~5中任意一项所述的碳素材料与金属材料组合式活塞，其特征在于：活塞头部的顶面上设置有燃烧室（5）。