CN220204014U - 用于发动机的活塞和发动机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于发动机的活塞和发动机，活塞包括在轴向上拼接而成的两个部分，所述活塞的内部形成有内冷流道，所述内冷流道由所述两个部分拼接后形成，所述活塞的制作材料包括钢，所述内冷流道表面的至少部分区域为硬化区域，所述硬化区域经过喷丸处理。根据本申请的活塞内部的内冷流道的疲劳强度高且不容易积碳，活塞的可靠性高，换热性能好。根据本申请的发动机耐久性好。
Description
技术领域
本申请涉及汽车零部件领域，更具体地涉及一种用于发动机的活塞和发动机。
背景技术
对高爆发压力和高功率的追求，给发动机的耐久性提出了更苛刻的要求。而发动机活塞作为发动机核心零部件之一，面临着更高的耐久可靠性需求挑战。
传统的钢活塞内冷流道设计是一体成型的设计，内冷流道很难进行表面硬化。这带来了以下的不足：
第一，内冷流道的强度主要取决于设计壁厚，设计冗余度比较大。
第二，内冷流道机加工成形之后，没有表面处理，内冷流道内表面的强度有限。
第三，内冷流道表面粗糙度比较高，比较容易产生积碳。
实用新型内容
本申请的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、制作方便且耐久性高的用于发动机的活塞和发动机。
根据本申请的第一方面，提供一种用于发动机的活塞，所述活塞包括在轴向上拼接而成的两个部分，所述活塞的内部形成有内冷流道，所述内冷流道由所述两个部分拼接后形成，即所述两个部分的拼接的分界限位于所述内冷流道，其中，
所述活塞的制作材料包括钢，所述内冷流道表面的至少部分区域为硬化区域，所述硬化区域经过喷丸处理。
在至少一个实施方式中，所述硬化区域形成有直径为0.005mm至2.00mm的凹坑。
在至少一个实施方式中，所述硬化区域形成有深度不大于50μm的凹坑。
在至少一个实施方式中，所述硬化区域的表面粗糙度Ra小于6.0μm。作为可选的方案，可将表面粗糙度Ra设置为大于2.3μm。
在至少一个实施方式中，所述硬化区域的凹坑覆盖率大于50％。
在至少一个实施方式中，所述硬化区域为所述内冷流道的疲劳强度因子小于1.5的区域，优选的，可将硬化区域设置在疲劳强度因子小于1.0的区域。
在至少一个实施方式中，由于靠近燃烧室侧的温度更高，对活塞的刚度、强度影响更大，因此内冷油道靠近燃烧室侧的曲面刚度和强度更需要提高。所述硬化区域为内冷油道中靠近燃烧室侧的曲面。
在至少一个实施方式中，所述内冷流道的最小壁厚为2.0mm。
在至少一个实施方式中，所述两个部分在拼接的分界限处采用激光焊接或者摩擦焊焊接。
根据本申请的第二方面，提供一种发动机，包括根据本申请的第一方面提供的活塞。
根据本申请的活塞内部的内冷流道的疲劳强度高且不容易积碳，活塞的可靠性高，换热性能好。根据本申请的发动机耐久性好。
附图说明
图1是根据本申请的一个实施方式的活塞的部分结构的剖视图。
图2是根据本申请的一个实施方式的活塞的内冷流道的截面轮廓。
图3是根据本申请的另一个实施方式的活塞的内冷流道的截面轮廓。
附图标记说明：
P活塞
P1第一部分
P2第二部分
W焊缝
10内冷流道
11硬化区域
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
参照图1至图3，介绍根据本申请的一个实施方式的用于发动机的活塞。
根据本申请的活塞P为钢制的活塞，或者，活塞P的制作材料包括钢。
活塞P包括至少两个部分，第一部分P1和第二部分P2。第一部分P1和第二部分P2拼接在一起，两个部分在拼接面处，或者说拼接的分界限处焊接，从而使两个部分形成一个整体。图中显示了焊缝W。焊接方法例如为激光焊或者摩擦焊。
活塞的两个部分上设置了内冷流道的槽，焊接拼接后，形成了内冷流道10，内冷流道10例如可以供冷却油通过。焊缝W位于内冷流道10处，或者说，内冷流道10部分地位于第一部分P1，部分地位于第二部分P2。这种设置方式使得在第一部分P1和第二部分P2在拼接之前，由于两个部分的内冷流道10的内表面容易为敞开结构，从而容易对内冷流道10的内表面进行加工。
本申请提出，对内冷流道10的表面进行喷丸处理，处理的区域称为硬化区域11。硬化区域11可以是内冷流道10的部分内表面，特别是，靠近燃烧室侧的内冷流道部分，这是由于靠近燃烧室侧的温度更高，对活塞的刚度、强度影响更大，因此内冷油道靠近燃烧室侧的曲面刚度和强度更需要提高。进一步的，硬化区域11也可以是内冷流道10的全部的内表面。
例如，图2和图3示出了两种不用的硬化区域11的设置位置。硬化区域11的选取例如可以通过对内冷流道10进行有限元分析，计算其不同区域的寿命，选取疲劳强度因子小于1.5的区域作为硬化区域11，进一步的可以选择疲劳强度因子小于1.0的区域作为硬化区域11。
可选地，硬化区域11为曲面。可选地，硬化区域11覆盖内冷流道10中的曲率最大的区域。
根据不同的设计需要，在内冷流道10的周向上，硬化区域11可以形成完整的环形，也可以仅在周向上覆盖部分区域。
可选地，喷丸处理工序中使用的球形弹丸的直径为0.005mm至2.00mm，使得喷丸处理后在硬化区域11所形成的凹坑直径为0.005mm至2.00mm。
可选地，控制球形弹丸的硬度和喷丸过程中的冲击力，使得硬化区域11所形成的凹坑的深度不大于50μm。
喷丸处理后，硬化区域的凹坑覆盖率大于50％；硬化区域11的表面粗糙度Ra小于6.0μm。而作为可选的方案，可将表面粗糙度Ra设置为大于2.3μm。
由于在喷丸处理后，内冷流道10的表面硬度得到提高，内冷流道10获得了预压应力，疲劳强度得到提高；因此，同种设计尺寸的情况下，采用喷丸处理的内冷流道的疲劳寿命预估增加至2倍以上。另一方面，对于确定设计疲劳寿命的活塞，其内冷流道10可以具有更小的壁厚，例如，内冷流道的最小壁厚为2.0mm。
应当理解，本申请还提供一种包括上述活塞的发动机。
应当理解，上述实施方式及其部分方面或特征可以适当地组合。
本申请至少具有以下优点中的一个优点：
(i)喷丸处理提高了内冷流道的表面硬度，给内冷流道提供了预压应力，使得内冷流道的疲劳强度得到提高。
(ii)由于喷丸处理后内冷流道疲劳强度增大，因此冷油道设计的壁厚设计可以设计的更薄，内冷流道的表面积会相应变大，冷却效果更好。
(iii)喷丸后的内冷流道表面形成光滑的凹凸坑，内冷流道表面换热表面积增大，有助于活塞的冷却。
(iv)在内冷流道壁厚可以被设计得更薄的情况下，活塞的重量会降低。
(v)喷丸处理后，内冷流道的表面粗糙度会降低，粗糙度的降低可以降低积碳的形成。
当然，本申请不限于上述实施方式，本领域技术人员在本申请的教导下可以对本申请的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本申请的范围。
Claims (10)
1.一种用于发动机的活塞，所述活塞包括在轴向上拼接而成的两个部分，所述活塞的内部形成有内冷流道，所述内冷流道由所述两个部分拼接后形成，其特征在于，
所述活塞的制作材料包括钢，所述内冷流道表面的至少部分区域为硬化区域，所述硬化区域经过喷丸处理。
2.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述硬化区域形成有直径为0.005mm至2.00mm的凹坑。
3.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述硬化区域形成有深度不大于50μm的凹坑。
4.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述硬化区域的表面粗糙度Ra小于6.0μm。
5.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述硬化区域的凹坑覆盖率大于50％。
6.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述硬化区域为所述内冷流道的疲劳强度因子小于1.5的区域。
7.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述硬化区域为内冷油道中靠近燃烧室侧的曲面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述内冷流道的最小壁厚为2.0mm。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的用于发动机的活塞，其特征在于，所述两个部分采用激光焊接或摩擦焊接。
10.一种发动机，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的活塞。
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2023
- 2023-08-07 CN CN202322111151.1U patent/CN220204014U/zh active Active
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