[發(fā)明專利]一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)冷卻鋼活塞

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410428926.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN104153909A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王黎明;陳松;李國志;李劍衡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): F02F3/00
• 分類號(hào): F02F3/00;F02F3/26;F02F3/22
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務(wù)所 41118
• 代理人: 智宏亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)冷卻鋼活塞。

背景技術(shù)

活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的運(yùn)動(dòng)部件之一，它在高溫、高壓燃?xì)庾饔孟虏粩嘧龈咚偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，從而承受著高溫高壓的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，工作條件十分惡劣，這就要求活塞上要有合適的自冷卻系統(tǒng)，以有效降低活塞表面溫度。氣體發(fā)動(dòng)機(jī)通常以天然氣為主要燃料，空燃比較小，燃料燃燒不充分，氣缸內(nèi)熱負(fù)荷比汽油機(jī)和柴油機(jī)更大，活塞表面溫度更高，在一些功率密度較大的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)上，全負(fù)荷時(shí)的活塞頂部溫度已經(jīng)達(dá)到400℃，接近鋁活塞承載的極限。因此，對(duì)大功率密度的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)來說，必須有一套強(qiáng)冷卻系統(tǒng)以適應(yīng)高熱負(fù)荷工況，保證活塞得到充分冷卻。

目前的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用整體鑄造鋁活塞，內(nèi)置冷卻油腔是目前最有效的冷卻方法，其結(jié)構(gòu)主要有兩種：一是活塞內(nèi)部鑄出一層冷卻腔，如專利《一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)活塞》（CN2816386Y）和專利《一種氣體機(jī)活塞的一槽結(jié)構(gòu)》（CN202417731U），上述活塞冷卻腔設(shè)計(jì)較小，只能對(duì)活塞頭部外圓和燃燒室的周邊區(qū)域進(jìn)行冷卻，無法冷卻到熱負(fù)荷較大的第一道活塞環(huán)槽區(qū)域及燃燒室底部區(qū)域；另一種結(jié)構(gòu)的活塞甚至沒有布置內(nèi)冷油腔，如專利《氣體發(fā)動(dòng)機(jī)活塞》（CN202381191U），該活塞無冷卻腔，冷卻效果很差。上述幾種結(jié)構(gòu)的鋁活塞存在冷卻腔小、冷卻范圍小的缺陷，當(dāng)大功率密度氣體發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)，氣缸內(nèi)熱負(fù)荷甚至已經(jīng)達(dá)到了常規(guī)鋁活塞承載的極限，冷卻效果不理想，很難滿足可靠性要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決大功率密度氣體發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷時(shí)氣缸內(nèi)熱負(fù)荷較大的問題，本發(fā)明提出一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)冷卻鋼活塞，以提高氣體發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱性能。

本發(fā)明采用下述技術(shù)方案完成其發(fā)明任務(wù)：

一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)冷卻鋼活塞，包括活塞頭部和活塞裙部，所述的活塞頭部與活塞裙部摩擦焊接成一體，所述活塞頭部、活塞裙部材料均采用耐熱、高強(qiáng)度的42CrMo鍛鋼；所述的活塞頭部包括燃燒室、活塞環(huán)槽、外冷卻槽Ⅰ、內(nèi)冷卻槽Ⅰ；所述的燃燒室為淺盆形，布置在活塞頭部上端面的中部；所述的活塞環(huán)槽有三道，布置在活塞頭部外圓面上；開口向下的環(huán)形外冷卻槽Ⅰ環(huán)繞活塞頭部所述的燃燒室、活塞環(huán)槽和內(nèi)冷卻槽Ⅰ設(shè)置；開口向下的所述內(nèi)冷卻槽Ⅰ位于活塞頭部下端面的中部，并對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述燃燒室的下方；所述的活塞裙部包括有外冷卻槽Ⅱ、內(nèi)冷卻槽Ⅱ、進(jìn)油道、回油道和回油孔；所述的外冷卻槽Ⅱ位于活塞裙部頂端外側(cè)，與活塞頭部的外冷卻槽Ⅰ組成密閉的外冷卻腔，所述的內(nèi)冷卻槽Ⅱ位于活塞裙部頂端中部位置，與活塞頭部的內(nèi)冷卻槽Ⅰ組成密閉的內(nèi)冷卻腔，設(shè)置有若干導(dǎo)油孔，所述的導(dǎo)油孔將所述外冷卻槽Ⅰ與內(nèi)冷卻槽Ⅰ之間連通，從而使所述的外冷卻腔與所述的內(nèi)冷卻腔連通；所述的進(jìn)油道、回油道分別與活塞裙部的所述外冷卻槽Ⅱ連通，使外冷卻腔與進(jìn)油道、回油道連通；使壓力冷卻油通過進(jìn)油道進(jìn)入外冷卻腔并通過外冷卻腔進(jìn)入內(nèi)冷卻腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞頭部外圓、活塞頂部及燃燒室側(cè)壁的充分冷卻，并實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒室底部的冷卻；所述的內(nèi)冷卻槽Ⅱ的底部具有若干回油孔，所述的回油孔與連桿小端油孔正對(duì)，連桿小頭油孔位于連桿小頭頂部，與連桿小頭軸承相通，回油孔中噴出的油潤滑連桿小端軸承。

所述活塞裙部的導(dǎo)向面加工出圓弧型面，與氣缸套實(shí)現(xiàn)合理的間隙配合，引導(dǎo)活塞沿缸套軸向運(yùn)動(dòng)；所述活塞的非導(dǎo)向面加工成錐度，避免鋼活塞質(zhì)量增加。

本發(fā)明所述的一種氣體發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)冷卻鋼活塞，采用耐熱、高強(qiáng)度的42CrMo鍛鋼，取代現(xiàn)有技術(shù)中的整體鑄造鋁活塞，提高了活塞的承載極限，進(jìn)而提高了氣體發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性。燃燒室設(shè)計(jì)成淺盆形，可獲得規(guī)定的燃?xì)鈮嚎s比，更加適應(yīng)氣體發(fā)動(dòng)機(jī)工作要求。在結(jié)構(gòu)上利用活塞頭部和裙部圍成的區(qū)域設(shè)計(jì)外、內(nèi)兩層冷卻腔，外冷卻腔對(duì)活塞頭部外圓、燃燒室側(cè)壁進(jìn)行冷卻，內(nèi)冷卻腔對(duì)燃燒室底部進(jìn)行冷卻，該設(shè)計(jì)方案解決了因熱負(fù)荷較大而單一活塞冷卻腔很難滿足使用要求的問題，大幅降低了活塞因承受較高的熱負(fù)荷而產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱應(yīng)變，提高了活塞的疲勞壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖中：1、活塞頭部；2、燃燒室；3、外冷卻槽Ⅰ；4、活塞環(huán)槽；5、導(dǎo)油孔；6、活塞裙部；7、內(nèi)冷卻槽Ⅰ；8、活塞銷孔；9、進(jìn)油道；10、回油道；11、非導(dǎo)向面；12、回油孔；13、內(nèi)冷卻槽Ⅱ；14、外冷卻槽Ⅱ；15、導(dǎo)向面；16、連桿小頭軸承；17、連桿小頭油孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：