CN214660529U - 活塞与活塞环组合 - Google Patents
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Abstract
一种活塞与活塞环组合，包括活塞及与活塞配套的活塞环组件，活塞包括活塞裙部、活塞顶部及活塞头部，活塞顶部包括位于中央的第一部及位于第一部外围的环形第二部，活塞内设有第一冷却腔及第二冷却腔，第一部与第二部过盈配合，一环形凹槽形成于第一部的上表面和外侧壁与第二部的上表面和内侧壁之间的接合处，通过往环形凹槽内浇注熔融金属，熔融金属冷却后形成金属连接环将第一部与第二部连接固定。本实用新型通过过盈配合和熔融金属连接实现第一部与第二部的连接固定，并将第一冷却腔和第二冷却腔密封，第一部与第二部连接处不易因活塞疲劳开裂，第一冷却腔和第二冷却腔密封效果较好。
Description
技术领域
本实用新型涉及发动机技术领域，具体为一种活塞与活塞环组合。
背景技术
近年来，随着发动机技术的不断进步和排放水平的不断升级，发动机一直朝着高功率、高爆发压力的方向发展，发动机的工作温度不断提高。活塞环和活塞作为发动机的核心零部件，通过将二者装配形成组合体来完成燃油和气体的密封，发动机做功时气缸内燃油燃烧时产生大量热量，与活塞环相比活塞具有较大的热接触面积，为了承受较高的热负荷，在活塞内部开设冷却腔，并往冷却腔内注入冷却介质来增大热交换面积，再通过焊接的方式将冷却腔密封，但焊接处容易出现裂纹，冷却腔密封效果差。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种活塞与活塞环组合。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种活塞与活塞环组合，包括活塞及与活塞配套的活塞环组件，活塞包括活塞裙部、活塞顶部及活塞头部，活塞环组件包括第一气环、第二气环及油环；活塞头部位于活塞裙部上方，活塞头部的外侧壁上设有第一环槽、第二环槽及第三环槽，第一气环与第一环槽配合，第二气环与第二环槽配合，油环与第三环槽配合；
活塞顶部位于活塞头部顶端，活塞顶部为分体式结构，包括位于中央的第一部及位于第一部外围的环形第二部，第二部与活塞裙部和活塞头部为一体式结构，第一部单独加工，第一部设有活塞燃烧室；
活塞内设有密封冷却腔，该密封冷却腔包括第一冷却腔及第二冷却腔，第一冷却腔、第二冷却腔均从活塞顶部靠近活塞燃烧室处从上向下延伸到活塞裙部底端，第二冷却腔位于第一冷却腔外围，第一冷却腔靠近活塞内壁设置，第二冷却腔靠近活塞外壁设置，第一冷却腔及第二冷却腔内填充有冷却介质，第一冷却腔和第二冷却腔的上端开口位于第一部与第二部的接合面，
第一部的外侧壁与第二部的内侧壁过盈配合，第一部的上表面与第二部的上表面共面，第一部底面设有第一凹槽及第二凹槽，第一凹槽位于第一部底部中央，第二凹槽呈环形且位于第一凹槽外围，第一凹槽对应封闭第一冷却腔的上端开口，第二凹槽对应封闭第二冷却腔的上端开口；第一部与第二部过盈配合后，一环形凹槽形成于第一部的上表面和外侧壁与第二部的上表面和内侧壁之间的接合处，通过往环形凹槽内浇注熔融金属，熔融金属冷却后形成金属连接环将第一部与第二部连接固定。
进一步地，所述活塞采用锻钢材料制造，熔融金属为与活塞同材质的熔融金属。
进一步地，所述活塞裙部上设有具有锥度的销孔，销孔水平贯穿在活塞裙部上。
进一步地，所述活塞燃烧室中央向上凸出形成一凸起部。
进一步地，所述第一冷却腔、第二冷却腔均关于活塞的中心轴对称。
进一步地，所述密封冷却腔内填充的冷却介质的体积为密封冷却腔容积的40-60％。
进一步地，所述第一冷却腔呈倒U型，从靠近活塞燃烧室正中心处从上向下延伸到活塞裙部底端，第二冷却腔从靠近活塞燃烧室外围处从上向下延伸到活塞裙部底端，第一冷却腔、第二冷却腔均包括位于活塞顶部和活塞头部处的第一冷却段及位于活塞裙部处的第二冷却段，第一冷却段的横截面积大于第二冷却段的横截面积，第一冷却腔的第一冷却段的横截面积从上到下逐渐减小；第二冷却腔的第一冷却段的横截面积沿着从活塞中心到外围的方向逐渐减小。
进一步地，所述冷却介质是钠钾合金、耐高温冷却油或钠。
本实用新型通过过盈配合和熔融金属连接实现第一部与第二部的连接固定，并将第一冷却腔和第二冷却腔密封，这种连接方式坚固不易损坏，活塞整体结构坚固，第一部与第二部连接处不易因活塞疲劳开裂，第一冷却腔和第二冷却腔密封效果较好。另外，由于环形凹槽形成于活塞顶部上表面，在浇注熔融金属的时候，不需要将活塞来回翻转或倒置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型优选实施例提供的活塞与活塞环组合的示意图；
图2是图1中活塞的结构示意图；
图3是图1中活塞的分解图；
图4是图1中A部分的放大图；
图中：11、活塞裙部；111、销孔；12、活塞顶部；121、第一部；122、第二部；123、活塞燃烧室；124、凸起部；125、环形凹槽；126、金属连接环；127、第一凹槽；128、第二凹槽；13、活塞头部；131、第一环槽；132、第二环槽；133、第三环槽；141、第一冷却腔；142、第二冷却腔；143、第一冷却段；144、第二冷却段；145、冷却介质；146、开口；15、活塞内壁；16、活塞外壁；21、第一气环；22、第二气环；23、油环。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1至图4所示，本实用新型一优选实施例提供的一种活塞与活塞环组合，包括活塞及与活塞配套的活塞环组件。活塞采用锻钢材料制造，包括活塞裙部11、活塞顶部12及活塞头部13。活塞环组件包括第一气环21、第二气环22及油环23。
活塞裙部11的外壁呈弧形，活塞裙部11上设有具有锥度的销孔111，销孔111水平贯穿在活塞裙部11上。活塞头部13位于活塞裙部11上方，活塞头部13的外侧壁上设有第一环槽131、第二环槽132及第三环槽133，第一气环21与第一环槽131配合，第二气环22与第二环槽132配合，油环23与第三环槽133配合。
活塞顶部12位于活塞头部13顶端。活塞顶部12为分体式结构，包括位于中央的第一部121及位于第一部121外围的环形第二部122。第二部122与活塞裙部11和活塞头部13为一体式结构，第一部121单独加工，第一部121设有活塞燃烧室123，活塞燃烧室123中央向上凸出形成一凸起部124。
活塞内设有密封冷却腔，密封冷却腔通过钎焊、摩擦焊、激光焊接、等离子焊接或铸造成型。该密封冷却腔包括第一冷却腔141及第二冷却腔142。第一冷却腔141、第二冷却腔142均关于活塞的中心轴对称。第一冷却腔141、第二冷却腔142均从活塞顶部12靠近活塞燃烧室123处从上向下延伸到活塞裙部11底端。第二冷却腔142位于第一冷却腔141外围，第一冷却腔141靠近活塞内壁15设置，第二冷却腔142靠近活塞外壁16设置。具体地，第一冷却腔141呈倒U型，从靠近活塞燃烧室123正中心处从上向下延伸到活塞裙部11底端；第二冷却腔142从靠近活塞燃烧室123外围处从上向下延伸到活塞裙部11底端。第一冷却腔141、第二冷却腔142均包括位于活塞顶部12和活塞头部13处的第一冷却段143及位于活塞裙部11处的第二冷却段144。第一冷却段143的横截面积大于第二冷却段144的横截面积。第一冷却腔141的第一冷却段143的横截面积从上到下逐渐减小；第二冷却腔142的第一冷却段143的横截面积沿着从活塞中心到外围的方向逐渐减小。通过在活塞内部设置从上到下贯穿的第一冷却腔141及第二冷却腔142，具有较大的冷却及散热面积，冷却及散热效果较好。
第一冷却腔141及第二冷却腔142内填充有可以是液体或固体的冷却介质145。冷却介质145在室温下是油或液体冷却剂，例如，钠钾合金、耐高温冷却油。冷却介质145也可以是低温易熔金属，或者在室温下是固体但是在60℃到200℃液化的金属，例如，钠。冷却介质145通常沿着活塞最热部分的内表面泼溅，并且把热量向下传递到活塞温度较低的部分。所吸收和释放的热量与赋予到冷却介质145的动能成正比。进一步的，密封冷却腔内填充的冷却介质145的体积为密封冷却腔容积的40-60％，保证充分震荡。
活塞顶部12为分体式结构，第一冷却腔141和第二冷却腔142的上端开口146位于第一部121与第二部122的接合面，只需要完成第一部121与第二部122装配就可以将第一冷却腔141和第二冷却腔142的开口密封。将第一部121与第二部122装配前，从第一冷却腔141和第二冷却腔142的上端开口146注入冷却介质145；在装配第一部121与第二部122时，第一部121的外侧壁与第二部122的内侧壁过盈配合，第一部121与第二部122过盈配合后，第一部121的上表面与第二部122的上表面共面。进一步地，为了实现过盈配合，可以在加工时对第二部122加热，并对第一部121冷却，让第二部122膨胀，第一部121收缩。
进一步地，第一部121底面设有第一凹槽127及第二凹槽128，第一凹槽127位于第一部121底部中央，第二凹槽128呈环形且位于第一凹槽127外围。将第一部121和第二部122装配时，第一凹槽127对应封闭第一冷却腔141的上端开口146，第二凹槽128对应封闭第二冷却腔142的上端开口146。
第一部121与第二部122过盈配合后，一环形凹槽125形成于第一部121的上表面和外侧壁与第二部122的上表面和内侧壁之间的接合处，通过往环形凹槽125内浇注熔融金属，熔融金属冷却后形成金属连接环126将第一部121与第二部122连接固定。
优选地，熔融金属为与活塞同材质的熔融金属，用与活塞同材质的金属做为熔融金属，第一冷却腔141和第二冷却腔142密封性能更好，不易开裂。
本实用新型通过过盈配合和熔融金属连接实现第一部121与第二部122的连接固定，并将第一冷却腔141和第二冷却腔142密封，这种连接方式坚固不易损坏，活塞整体结构坚固，第一部121与第二部122连接处不易因活塞疲劳开裂，第一冷却腔141和第二冷却腔142密封效果较好。另外，由于环形凹槽125形成于活塞顶部12上表面，在浇注熔融金属的时候，不需要将活塞来回翻转或倒置；反之，如果环形凹槽125形成于活塞的外周侧壁，在浇注熔融金属的时候，熔融金属容易外溢流出。
以上本实用新型的具体实施方式中凡未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (8)
1.一种活塞与活塞环组合，其特征在于：包括活塞及与活塞配套的活塞环组件，活塞包括活塞裙部、活塞顶部及活塞头部，活塞环组件包括第一气环、第二气环及油环；活塞头部位于活塞裙部上方，活塞头部的外侧壁上设有第一环槽、第二环槽及第三环槽，第一气环与第一环槽配合，第二气环与第二环槽配合，油环与第三环槽配合；
活塞顶部位于活塞头部顶端，活塞顶部为分体式结构，包括位于中央的第一部及位于第一部外围的环形第二部，第二部与活塞裙部和活塞头部为一体式结构，第一部单独加工，第一部设有活塞燃烧室；
活塞内设有密封冷却腔，该密封冷却腔包括第一冷却腔及第二冷却腔，第一冷却腔、第二冷却腔均从活塞顶部靠近活塞燃烧室处从上向下延伸到活塞裙部底端，第二冷却腔位于第一冷却腔外围，第一冷却腔靠近活塞内壁设置，第二冷却腔靠近活塞外壁设置，第一冷却腔及第二冷却腔内填充有冷却介质，第一冷却腔和第二冷却腔的上端开口位于第一部与第二部的接合面；
第一部的外侧壁与第二部的内侧壁过盈配合，第一部的上表面与第二部的上表面共面，第一部底面设有第一凹槽及第二凹槽，第一凹槽位于第一部底部中央，第二凹槽呈环形且位于第一凹槽外围，第一凹槽对应封闭第一冷却腔的上端开口，第二凹槽对应封闭第二冷却腔的上端开口；第一部与第二部过盈配合后，一环形凹槽形成于第一部的上表面和外侧壁与第二部的上表面和内侧壁之间的接合处，通过往环形凹槽内浇注熔融金属，熔融金属冷却后形成金属连接环将第一部与第二部连接固定。
2.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述活塞采用锻钢材料制造，熔融金属为与活塞同材质的熔融金属。
3.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述活塞裙部上设有具有锥度的销孔，销孔水平贯穿在活塞裙部上。
4.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述活塞燃烧室中央向上凸出形成一凸起部。
5.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述第一冷却腔、第二冷却腔均关于活塞的中心轴对称。
6.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述密封冷却腔内填充的冷却介质的体积为密封冷却腔容积的40-60％。
7.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述第一冷却腔呈倒U型，从靠近活塞燃烧室正中心处从上向下延伸到活塞裙部底端，第二冷却腔从靠近活塞燃烧室外围处从上向下延伸到活塞裙部底端，第一冷却腔、第二冷却腔均包括位于活塞顶部和活塞头部处的第一冷却段及位于活塞裙部处的第二冷却段，第一冷却段的横截面积大于第二冷却段的横截面积，第一冷却腔的第一冷却段的横截面积从上到下逐渐减小；第二冷却腔的第一冷却段的横截面积沿着从活塞中心到外围的方向逐渐减小。
8.根据权利要求1所述的活塞与活塞环组合，其特征在于：所述冷却介质是钠钾合金、耐高温冷却油或钠。
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