一种分体复合式隔热活塞的制作方法

1.本发明主要涉及内燃机钢活塞的成型技术，尤其涉及一种分体复合式隔热活塞。


背景技术：

2.内燃机运行时，活塞在上、下止点作往复运动，是动力转化和输出机构，承担着将热能转化为机械功的主要功能，活塞在运动过程中瞬时速度变化很大，据测算活塞的最大往复惯性力达到活塞本身质量的数百倍到数千倍，惯性力是引起内燃机振动，增加活塞销、曲轴、连杆机械负荷和磨损的主要原因，降低活塞质量十分重要；同时、活塞安装在缸套内，减小活塞裙部与缸套间配合间隙能降低机油耗，减少噪声。
3.随着内燃机强化程度不断提高，结构紧凑、更高爆压、更大功率成为内燃机性能持续提升的方向，为满足更高强机械负荷和热负荷的要求，大功率内燃机活塞更多的采用钢顶铝裙并通过螺栓连接的组合式结构，如公开号为cn110469421a公开了一种组合式结构，为组合活塞的应用提供了新的思路。
4.现有的分体复合式活塞存在以下缺陷和不足：1、现有技术的钢顶铝裙结构活塞的裙部采用铝合金制造，而铝合金热膨胀系数的较大，活塞的配缸间隙大。2、活塞燃烧室产生的部分热量通过钢顶与铝裙相接的支承面传递了裙部，裙部温度的升高机械强度降低，为满足裙部的机械负荷要求，活塞的裙部重量增加，提高了活塞连杆组的运动负荷。3、铝合金热膨胀系数比螺栓材料高很多，内燃机工作时活塞的钢顶、铝裙、螺栓的温度升高，铝合金的轴向热膨胀量较合金钢大，降低螺栓连接的残余预紧力，增加了螺栓连接的失效风险。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构可靠、能降低活塞裙部温度、可减少配缸间隙、能降低活塞重量的分体复合式隔热活塞。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种分体复合式隔热活塞，包括分体式的活塞头部和活塞裙部，所述活塞头部上设有环形油腔和中心油腔，所述环形油腔和中心油腔之间具有支撑肋，所述支撑肋上设有用于减少活塞头部和活塞裙部之间热传递的隔热腔道，所述活塞头部和活塞裙部通过螺栓连接。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述活塞裙部的顶部设有定位凸起，所述活塞头部的底部与所述定位凸起配合定位。
10.所述活塞裙部的顶部设有用于连通环形油腔和中心油腔的过油槽。
11.所述环形油腔与隔热腔道之间以及隔热腔道与中心油腔之间设有过油通道。
12.在活塞头部在径向方向上所述隔热腔道设有多个。
13.所述隔热腔道连通环形油腔和中心油腔。
14.所述支撑肋上还设有用于连通环形油腔和中心油腔的通孔。
15.所述隔热腔道设置为开口槽，隔热腔道的开口朝向活塞裙部，隔热腔道的开口设有腔道补偿板。
16.所述活塞头部包括分体式的上头部和下头部，所述隔热腔道设置在下头部上，所述隔热腔道设置为开口槽，隔热腔道的开口朝向上头部，所述上头部和下头部形成直面焊接，隔热腔道的开口与上头部的直面配合形成闭合的隔热腔道，所述螺栓连接下头部和活塞裙部。
17.所述活塞头部底部设有隔热垫，所述隔热垫由环形油腔延伸至支撑肋，所述隔热腔道包括上半腔和下半腔，所述下半腔设置在隔热垫上并连通环形油腔，所述上半腔设置在支撑肋上，所述支撑肋上设置有连通上半腔、下半腔和中心油腔的过油孔。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：
19.本发明的分体复合式隔热活塞，包括分体式的活塞头部和活塞裙部，活塞头部上设有环形油腔和中心油腔，环形油腔和中心油腔之间具有支撑肋，支撑肋上设有用于减少活塞头部和活塞裙部之间热传递的隔热腔道，活塞头部和活塞裙部通过螺栓连接。该结构中，在支撑肋上设置有隔热腔道，隔热腔道能承受头部气体压力，阻隔活塞头部的热量向活塞裙部的传递；隔热腔道中可以通过润滑油，能增加热交换面积、带走更多热量，降低燃烧室温度；隔热腔道和环形油腔以及中心油腔形成了多腔结构，结构简单，通过增加与润滑油的热交换面积，减少活塞头部传热通路，阻断活塞头部的热量向活塞裙部的传递，降低活塞裙部温度、减小配缸间隙，同时也降低塞头部的热负荷；内燃机运行时，活塞裙部温度相比现有的降低明显，减少了活塞裙部强度的降低，从而可承担更高的机械负荷，利于活塞裙部及活塞的减重，能降低活塞连杆组的运动惯性；较低的活塞裙部温度，有利于螺栓连接采用低膨胀合金的弹性套的使用，提高螺栓连接的残余预紧力。
附图说明
20.图1是本发明实施例1的主视结构示意图。
21.图2是本发明实施例1中活塞头部的主视结构示意图。
22.图3是本发明实施例2的主视结构示意图。
23.图4是本发明实施例2中活塞头部的主视结构示意图。
24.图5是本发明实施例2的俯视结构示意图。
25.图6是本发明实施例3的主视结构示意图。
26.图7是本发明实施例3中活塞头部的主视结构示意图。
27.图8是本发明实施例3的俯视结构示意图。
28.图9是本发明实施例4的主视结构示意图。
29.图10是本发明实施例4中上头部的主视结构示意图。
30.图11是本发明实施例4中下头部的主视结构示意图。
31.图12是本发明实施例5的主视结构示意图。
32.图13是本发明实施例5中活塞头部的主视结构示意图。
33.图14是本发明实施例6的主视结构示意图。
34.图15是本发明实施例6中隔热垫的主视结构示意图。
35.图中各标号表示：
36.1、活塞头部；11、环形油腔；12、中心油腔；13、支撑肋；131、过油孔；14、隔热腔道；141、上半腔；142、下半腔；15、通孔；16、腔道补偿板；17、上头部；18、下头部；19、隔热垫；2、活塞裙部；21、定位凸起；22、过油槽；3、螺栓；31、弹性套；4、过油通道。
具体实施方式
37.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
38.实施例1：
39.图1和图2示出了本发明分体复合式隔热活塞的第一种实施例，包括分体式的活塞头部1和活塞裙部2，活塞头部1上设有环形油腔11和中心油腔12，环形油腔11和中心油腔12之间具有支撑肋13，支撑肋13上设有用于减少活塞头部1和活塞裙部2之间热传递的隔热腔道14，活塞头部1和活塞裙部2通过螺栓3连接。该结构中，在支撑肋13上设置有隔热腔道14，隔热腔道14能承受头部气体压力，阻隔活塞头部1的热量向活塞裙部2的传递；隔热腔道14中可以通过润滑油，能增加热交换面积、带走更多热量，降低燃烧室温度；隔热腔道14和环形油腔11以及中心油腔12形成了多腔结构，结构简单，通过增加与润滑油的热交换面积，减少活塞头部1传热通路，阻断活塞头部1的热量向活塞裙部2的传递，降低活塞裙部2温度、减小配缸间隙，同时也降低塞头部1的热负荷；内燃机运行时，活塞裙部2温度相比现有的降低明显，减少了活塞裙部2强度的降低，从而可承担更高的机械负荷，利于活塞裙部2及活塞的减重，能降低活塞连杆组的运动惯性；较低的活塞裙部2温度，有利于螺栓3连接采用低膨胀合金的弹性套31的使用，提高螺栓3连接的残余预紧力。
40.本实施例中，活塞裙部2的顶部设有定位凸起21，活塞头部1的底部与定位凸起21配合定位。该结构中，活塞头部1与定位凸起21配合定位，利于活塞头部1与活塞裙部2工作过程中的安装位置的稳定。
41.本实施例中，活塞裙部2的顶部设有用于连通环形油腔11和中心油腔12的过油槽22。该结构中，隔热腔道14相当于空气腔，能承受活塞头部1气体压力，阻隔活塞头部1的热量向活塞裙部2的传递，而环形油腔11和中心油腔12通过过油槽22形成过油往复流动。
42.本实施例中，隔热腔道14设置为开口槽，隔热腔道14的开口朝向活塞裙部2，隔热腔道14的开口设有腔道补偿板16。设置为开口槽使得成型更为简单方便，而腔道补偿板16使得隔热腔道14形成封闭式环道，提高了隔热性能。
43.实施例2：
44.图3至图5示出了本发明分体复合式隔热活塞的第二种实施例，该隔热活塞与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，环形油腔11与隔热腔道14之间以及隔热腔道14与中心油腔12之间设有过油通道4。该结构中，隔热腔道14在充当空气腔的同时还可通过过油通道4实现热交换，即能承受活塞头部1气体压力，阻隔活塞头部1的热量向活塞裙部2的传递的同时，还能增加热交换面积、带走更多热量，降低燃烧室温度。
45.实施例3：
46.图6至图8示出了本发明分体复合式隔热活塞的第三种实施例，该隔热活塞与实施例2基本相同，区别仅在于：本实施例中，在活塞头部1在径向方向上隔热腔道14设有多个。隔热腔道14设有多个，进一步形成多腔结构，一方面提高了隔热效果，另一方面多腔结构也有利于螺栓3连接布置在各个腔内，为提高螺栓3连接的合理性创造条件。
47.实施例4：
48.图9至图11示出了本发明分体复合式隔热活塞的第四种实施例，该隔热活塞与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，活塞头部1包括分体式的上头部17和下头部18，隔热腔道14设置在下头部18上，隔热腔道14设置为开口槽，隔热腔道14的开口朝向上头部17，上头部17和下头部18形成直面焊接，隔热腔道14的开口与上头部17的直面配合形成闭合的隔热腔道14，螺栓3连接下头部18和活塞裙部2。该结构中，活塞头部1由分体式的上头部17和下头部18组成，上头部17和下头部18形成直面焊接，使得隔热腔道14的开口与上头部17的直面配合形成闭合的隔热腔道14提高了隔热性能，并且，螺栓3连接下头部18和活塞裙部2，即整个下头部18为螺栓3提供了连接基础，提高了整体连接强度。
49.本实施例中，隔热腔道14连通环形油腔11和中心油腔12。该结构中，隔热腔道14直接连通环形油腔11和中心油腔12，在承受活塞头部1气体压力，阻隔活塞头部1的热量向活塞裙部2的传递的同时，还能形成过油往复流动，增加了与润滑油的热交换面积。
50.实施例5：
51.图12和图13示出了本发明分体复合式隔热活塞的第五种实施例，该隔热活塞与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，支撑肋13上还设有用于连通环形油腔11和中心油腔12的通孔15。该实施例通过隔热腔道14和通孔15形成多腔多孔结构，隔热腔道14承受活塞头部1气体压力，阻隔活塞头部1的热量向活塞裙部2的传递，通孔15形成过油往复流动，增加了与润滑油的热交换面积。
52.实施例6：
53.图14和图15示出了本发明分体复合式隔热活塞的第六种实施例，该隔热活塞与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，活塞头部1底部设有隔热垫19，隔热垫19由环形油腔11延伸至支撑肋13，隔热腔道14包括上半腔141和下半腔142，下半腔142设置在隔热垫19上并连通环形油腔11，上半腔141设置在支撑肋13上，支撑肋13上设置有连通上半腔141、下半腔142和中心油腔12的过油孔131。该结构中，活塞头部1和隔热垫19过盈配合，低膨胀合金隔热垫19的膨胀系数低于合金钢，有利于隔热垫19在活塞头部1凹槽内的位置稳定；隔热垫19通过隔热腔道14和过油孔131不但保证活塞头部1的环形油腔11与中心油腔12的过油，同时、低膨胀合金隔热垫19的导热系数低，进一步减少活塞头部1向活塞裙部2的热量传递，利于配缸间隙的减少。
54.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。