[發明專利]一種發動機活塞

在審

• 申請號: 201410620892.5
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN105332813A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 強道前
• 申請（專利權）人: 強道前
• 主分類號: F02F3/00
• 分類號: F02F3/00;F02F3/22
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 薛晨光

技術領域

本發明涉及發動機部件結構設計技術領域，具體涉及一種發動機活塞。

背景技術

活塞的功用是承受燃燒氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅使曲軸旋轉，活塞頂部還是燃燒室500的組成部分。

輕質鋁合金因自身重量輕、比強度高等特點，作為制造活塞的首選材料得到了廣泛應用，由傳統鋁合金制成的活塞如圖1所示。近年來,由于柴油機及天然氣發動機強化程度的不斷提高和排放要求的日益嚴格(國Ⅳ、國Ⅴ),活塞作為發動機的核心部件承受了更高的熱負荷和機械負荷，因此對活塞的結構及材料的要求更加嚴格。傳統鋁合金活塞越來越難以滿足愈來愈大的氣缸壓力、噴射壓力和高溫等苛刻環境的使用要求,特別當內燃機爆發壓力超過20MPa時,鋼鐵材料由于其具有高的熱力學性能和優良抗磨損性能以及好的熱加工和機械加工工藝性，成為進一步提高活塞性能的首選材料。傳統活塞連桿裝配結構，連桿與活塞之間連接時活塞采用的銷座數通常為兩個或四個；采用活塞銷連接后的連桿與活塞實現活塞在缸套導向下往復運動，將氣缸內產生的爆發壓力轉變為曲軸的往復運動，從而持續輸出能量。

現有技術中的鋼活塞的主要結構有：整體式、組合式和鉸接式；現有技術中的鋼活塞在結構設計上，普遍采用兩個或四個銷座的連接結構。鋼活塞與傳統鋁活塞相比在耐熱性能方面得到進一步的改善，三種技術方案的共同優點是：采用鋼質金屬制造一體式或分體式鍛鋼和鑄鐵活塞，活塞強度和耐熱性的提高，滿足了內燃機高功率、高爆壓、高熱負荷等技術要求。但同樣存在的主要問題是，鋼材料的塑性變形以及鑄造性能相對較差，由于鋼活塞結構相對復雜，這種技術方案使得活塞在滿足發動機的性能參數要求時，毛坯成型相對難度大，特別是活塞內冷卻油道600的加工工藝性差，制造難度大，生產成本高；不合理的結構使傳統結構的鋼活塞重量較鋁合金增加較大，增加了發動機曲軸、連桿的機械負荷。

整體式鋼活塞毛坯鍛造成型或鑄造成型，通過機械加工來實現，整體式鋼活塞主要的改進是用耐熱材料替代鋁合金，提高活塞強度和頭部耐熱能力，整體式鋼活塞通常在活塞內腔設計有兩個對稱的銷座，具體結構如圖2所示；整體式活塞由于冷卻油道制作的加工需要，在裙部必需開設讓位槽900，讓位槽900的開設在減少裙部承力面積的同時必需加長裙部的長度，增加了活塞重量；讓位槽900的開設，還應保證銷座的強度不致因開槽而削弱，這也增大了活塞壓縮高，增加了活塞重量；同時，還存在整體式鋼活塞，毛坯成型工藝性差，活塞頭部加工難度大，加工工藝性差，制造成本高的缺點。

組合式鋼活塞：組合式鋼活塞在活塞裙部位置有兩個對稱的銷座，頭部鍛鋼或鑄鐵成型加工，裙部鑄鐵或鍛鋁成型加工后根據使用要求采用不同的材料組合，頭部與裙部用高強度螺栓聯結，具體結構如圖3所示；組合式鋼活塞頭部與裙部分開設計制造，頭部用鋼材料提高了活塞燃燒室500的耐熱能力，裙部用鋁合金替代，改善工藝性和降低活塞自重；由于頭部與裙部之間的載荷僅依靠高強度螺栓聯結來承擔，對裙部的強度和壁厚也提出相應的更高的要求；增加了活塞重量的同時也增大了活塞長度；同時，還存在制造工藝復雜，制造成本高的缺點。

鉸接式鋼活塞頭部采用鍛鋼成型，裙部采用鑄鋁、鑄鐵成型。將制造難度大的頭部與裙部分開設計制造，活塞頭部有兩個對稱的承受爆發壓力的銷座，在活塞裙部位置有兩個對稱的承受側向力銷座，通過活塞銷將頭部與裙部連成一體，在缸套內上下往復運動，活塞頭部與裙部不接觸，具體結構見圖4所示。鉸接式鋼活塞裙部起導向和承受側向力的作用，裙部銷座及銷孔不承受氣缸爆發壓力，只承受側向力；頭部加工環槽、燃燒室500、銷孔、內冷油道等，頭部銷座及銷孔起到支撐和連接作用，承受氣缸爆發壓力；由于鉸接式鋼活塞頭部與裙部間存在間隙，且鋼活塞頭部與裙部間采用活動鉸接；同時，鉸接式鋼活塞鋼頂鋁(鐵)裙活塞重量較傳統鋁活塞重量有一定的增加，但活塞頭部成型難，加工工藝性差，而且比傳統強化鋁合金活塞成本增加很多。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供一種發動機活塞，解決現有技術中的鋼活塞，活塞重量大，加工難度大，活塞壓縮高偏大的技術問題。

(二)技術方案