CN205689314U - 一种硼酸铝晶须内冷结构活塞 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种活塞，特别公开了一种硼酸铝晶须内冷结构活塞。它包括冷却油道和由陶瓷复合材料制成的镶环，所述镶环上设有第一环槽，所述镶环内侧上端向内延伸出若干个呈放射状均布的镶环爪，所述冷却油道镶嵌在镶环上并位于镶环爪下方，所述冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角大于90°。本实用新型中的晶须增强复合材料替代了原来的奥氏体铸铁镶环，活塞在使用过程中燃烧室边缘温度降低了15‑20℃，第一环槽降低了20‑25℃，复合材料与铝基体结合强度高达200MPa以上，活塞的寿命提高了2倍以上；同时由于将冷却油道嵌在镶环上，也使活塞燃烧室边缘冷却到铝合金允许使用范围内，延长了活塞的使用寿命。
Description
（一）技术领域
本实用新型涉及一种活塞，特别涉及一种硼酸铝晶须内冷结构活塞。
（二）背景技术
近年来，国内、外对内燃机尾气排放、发动机寿命的要求越来越严格,为了达到尾气的排放、发动机长寿命的要求，现代内燃机采用了如EGR、高压共轨、提高缸内的爆发压力、提高燃料的喷射压力等多种技术手段，这样就必然造成发动机气缸内活塞的温度、活塞的机械负荷不断升高。内燃发动机的活塞主要是以使用铝合金材料制造，由于活塞直接接触高温燃气，工作环境非常苛刻，在这样的工作环境下，发动机中的做功零件，铝合活塞需要承受更高的温度变化、交变的机械载荷。
铝活塞的第一环槽，既要承担对高温、高压燃气的密封作用，又要承受承担活塞环的摩擦力和压力；为了保证活塞的正常工作，通常铝活塞采用在第一环槽镶嵌奥氏体铸铁材料，在铸造过程中把铸铁镶嵌铸入活塞中，加工后最终形成活塞的第一环槽，以提高环槽的强度和耐磨性。但是由于奥氏体铸铁材料与铝合金是两种材料，膨胀系数不一致，并且导热系数比铝低低，铝铁结合面强度进20PMa-40MPa，并且由于铸造过程的保证能力有限，通常存在局部粘结不完整和氧化物缺陷问题。虽然在批量生产过程中通过超声波检验去除了缺陷超过标准的活塞，但是由于铝铁结合面的强度太低，在高功率发动机的活塞经常出现镶环从铝铁结合处断裂问题，同时由于铸铁镶环热传导率较低，造成活塞环槽积碳最终导致活塞环卡死活塞拉缸。
活塞的燃烧室边缘是活塞温度最高，承受交变载荷最大的部位，活塞工作时温度高达360℃-380℃，在如此高的温度下，达到了铝合金安全使用的最高温度，活塞失效率非常高，目前燃烧室边缘裂纹问题已经成为发动机活塞的主要失效模式。为了降低活塞头部温度，目前的铝活塞设计多采用在活塞头部设置冷却油道的设计，但是由受到燃烧室直径的限制；铸铁镶环尺寸的影响，造成内冷油道与燃烧室喉口、铸铁镶环距离过远，活塞冷却效率低问题（如图1所示），无法使活塞燃烧室边缘冷却到铝合金允许使用范围内，影响了活塞的使用寿命。
（三）发明内容
本实用新型为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种使用寿命长的硼酸铝晶须内冷结构活塞。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种硼酸铝晶须内冷结构活塞，包括冷却油道，其特征是，还包括由陶瓷复合材料制成的镶环，所述镶环上设有第一环槽，所述镶环内侧上端向内延伸出若干个呈放射状均布的镶环爪，所述冷却油道镶嵌在镶环上并位于镶环爪下方，所述冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角大于90°。
所述冷却油道上端与镶环上端之间的距离与镶环的厚度之比大于0.3。
所述镶环的厚度与第一环槽的宽度之比为2～2.5。
共有四个所述镶环爪，每个镶环爪都为扇形，扇形的夹角在10～20°之间。
所述镶环和镶环爪之间圆滑过渡，其过渡处的倒角在5～10mm之间。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型中的晶须增强复合材料替代了原来的奥氏体铸铁镶环，活塞在使用过程中燃烧室边缘温度降低了15-20℃，第一环槽的温度也降低了20-25℃，复合材料与铝基体结合强度高达200MPa以上，活塞的寿命提高了2倍以上；同时由于将冷却油道嵌在镶环上，也使活塞燃烧室边缘冷却到铝合金允许使用范围内，延长了活塞的使用寿命。
（四）附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1为原活塞的剖视结构示意图；
图2为本实用新型的剖视结构示意图；
图3为本实用新型镶环与冷却油道之间位置关系的剖视结构示意图；
图4为图3的俯视结构示意图。
图中，1镶环，2第一环槽，3冷却油道，4镶环爪，a1镶环爪的夹角，H1冷却油道的上端与镶环的上端之间的距离，H2镶环的厚度，H3第一环槽的宽度，∮1冷却油道的最大外径，∮2镶环的内径, a2冷却油道外侧与镶环下表面之间的夹角，R镶环爪与镶环内圈之间过渡处的倒角。
（五）具体实施方式
附图为本实用新型的具体实施例。如图2至图4所示，该种硼酸铝晶须内冷结构活塞，包括冷却油道3和由陶瓷复合材料制成的镶环1，镶环1外侧开有第一环槽2，镶环的厚度H2与第一环槽的宽度H3之比为2～2.5；镶环1内侧上端向内延伸出四个呈放射状均布的镶环爪4，每个镶环爪4都为扇形，其扇形的夹角a1在10～20°之间，镶环1和镶环爪4之间圆滑过渡，其过渡处的倒角R在5～10mm之间；冷却油道3镶嵌在镶环1上并位于镶环爪4下方，冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角a2大于90°，冷却油道上端与镶环上端之间的距离H1与镶环的厚度H2之比大于0.3并且小于1。镶环1的内环的直径也就是镶环的内径∮2根据冷却油道的最大外径∮1进行调整；在20～40℃时镶环的内径∮2与冷却油道的最大外径∮1之比为0.9，在使用温度480～520℃时镶环的内径∮2与冷却油道的最大外径∮1之比为0.95之间。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。
Claims (5)
1.一种硼酸铝晶须内冷结构活塞，包括冷却油道（3），其特征是，还包括由陶瓷复合材料制成的镶环（1），所述镶环（1）上设有第一环槽（2），所述镶环（1）内侧上端向内延伸出若干个呈放射状均布的镶环爪（4），所述冷却油道（3）镶嵌在镶环（1）上并位于镶环爪（4）下方，所述冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角（a2）大于90°。
2.根据权利要求1所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，所述冷却油道上端与镶环上端之间的距离（H1）与镶环的厚度（H2）之比大于0.3。
3.根据权利要求1所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，所述镶环的厚度（H2）与第一环槽的宽度（H3）之比为2～2.5。
4.根据权利要求1所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，共有四个所述镶环爪（4），每个镶环爪（4）都为扇形，扇形的夹角（a1）在10～20°之间。
5.根据权利要求4所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，所述镶环（1）和镶环爪（4）之间圆滑过渡，其过渡处的倒角（R）在5～10mm之间。
Priority Applications (1)
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| CN201620581625.6U CN205689314U (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 一种硼酸铝晶须内冷结构活塞 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620581625.6U CN205689314U (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 一种硼酸铝晶须内冷结构活塞 |
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| CN205689314U true CN205689314U (zh) | 2016-11-16 |
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ID=57427673
Family Applications (1)
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| CN201620581625.6U Active CN205689314U (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 一种硼酸铝晶须内冷结构活塞 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN205689314U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112648104A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-13 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 晶须增强铝合金活塞及制备方法 |
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2016
- 2016-06-16 CN CN201620581625.6U patent/CN205689314U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112648104A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-13 | 中国兵器科学研究院宁波分院 | 晶须增强铝合金活塞及制备方法 |
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