專利名稱：增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞，特別是一種用于工作汽缸直徑為110mm，汽缸數(shù)為4缸，排量4. 75L的風(fēng)神4H增壓節(jié)油型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。
背景技術(shù)：
活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)中最關(guān)鍵的零件之一，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”，它將燃油在高壓空氣中燃燒產(chǎn)生的高爆發(fā)壓力轉(zhuǎn)化成動(dòng)力，傳遞給曲軸做功。一般活塞都是近似圓柱形體，根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件和要求，活塞本身的構(gòu)造有各種各樣的，但是，總體來說活塞分為頭部、裙部和活塞銷座三個(gè)部分。頭部是指活塞頂端和環(huán)槽部分?；钊敹送耆Q于燃燒室的要求，頂端采用平頂或接近平頂設(shè)計(jì)有利于減少活塞與高溫氣體的接觸面積，使應(yīng)力分布均勻。多數(shù)汽油機(jī)采用平頂活塞，有些發(fā)動(dòng)機(jī)為了混合氣形成的需要，提高燃燒效率，將爆燃減少到最小程度，需要活塞頂端具有較復(fù)雜的形狀，設(shè)有一定深度的凹坑作為燃燒室的一部分?；钊陌疾鄯Q為環(huán)槽，用于安裝活塞環(huán)。活塞環(huán)的作用是密封，防止漏氣和防止機(jī)油進(jìn)入燃燒室?；钊共渴侵富钊南虏糠?，它的作用是盡量保持活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中垂直的姿態(tài)，也就是活塞的導(dǎo)向部分。活塞裙部的形狀極有講究，尤其是象轎車一類的輕型乘用車， 設(shè)計(jì)者從發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能出發(fā)，常在活塞裙部上動(dòng)腦筋，以盡量使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊運(yùn)行平穩(wěn)。活塞銷座是活塞通過活塞銷與連桿連接的支承部分，位于活塞裙部的內(nèi)腔。某些發(fā)動(dòng)機(jī)，主要是高速汽油機(jī)，活塞銷中心軸線與活塞裙軸線不相交，而是向承受膨脹側(cè)壓力的一面(稱為主推力面，相對的一面稱為次推力面)偏移0. 5 1. 5mm。這是因?yàn)椋绻钊N的中心軸線與活塞軸線相交，則在活塞越過上止點(diǎn)，側(cè)推力方向改變時(shí)，活塞從次推力面貼氣缸套的一面突然整個(gè)地橫向變到主推力面貼緊氣缸壁的另一面，與氣缸發(fā)生“拍擊”， 產(chǎn)生噪音，有損活塞耐久性。因?yàn)闆_擊時(shí)刻正好作用著最高燃燒壓力，這就加重了危害性。 如果把活塞銷偏心布置，則能使瞬時(shí)的過渡變成分步的過渡，并使過渡時(shí)刻先于達(dá)到最高燃燒壓力的時(shí)刻，因此改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作平順性，這對小型道路用發(fā)動(dòng)機(jī)尤其重要。但是對于柴油機(jī)活塞，考慮到改善磨損，活塞銷的中心軸線通常偏向次推力面一側(cè)，以減小對主推力面的側(cè)壓力?；钊墓ぷ鳁l件相當(dāng)惡劣，一是承受高溫，頭部工作溫度高達(dá)350°C 380°C;二是承受高壓，4H增壓型柴油機(jī)燃?xì)庾畲蟊l(fā)壓力高達(dá)16 Mpa ；三是高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞運(yùn)動(dòng)速度達(dá)12 16m/s，因此活塞需要具有良好的耐磨性能和潤滑條件，以及高的機(jī)械、物理和化學(xué)性能。另外，風(fēng)神4H發(fā)動(dòng)機(jī)還需要達(dá)到歐III排放和機(jī)油耗0. 24g/kw-h的極低要求的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠滿足高爆發(fā)壓力、低油耗、節(jié)約能源、減少污染、提高功率的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，包括主要由活塞銷座、裙部和由活塞頂端和環(huán)槽構(gòu)成的與汽缸配合的頭部構(gòu)成的內(nèi)部帶有中空的腔體的活塞，
所述活塞的總高與汽缸的內(nèi)徑之比為1. OM 1.028，活塞的火力岸的高度與汽缸的內(nèi)徑之比為12. 6% 12. 8%，活塞頭部與汽缸的內(nèi)徑之間的最大間隙為2. 2mm;
所述活塞的頭部頂面設(shè)置ω凹坑狀的頂端燃燒室，所述頂端燃燒室下方的活塞頭部內(nèi)設(shè)置有由冷卻油道、位于冷卻油道兩端的連通到腔體的進(jìn)油孔和出油孔組成的冷卻油腔，所述冷卻油道的路徑與頂端燃燒室的外邊緣相對應(yīng)。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述冷卻油道的截面為類卵形，冷卻油腔的進(jìn)油孔和出油孔的直徑比為7:6。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述活塞的總高為112. 6 113mm，所述活塞的火力岸的高度為13. 9 14. 1mm。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述活塞頭部的頂面外邊緣設(shè)置半徑為R0. 5士0. 2mm 圓倒角；所述頂端燃燒室側(cè)壁采用多道曲面與活塞頂面交接過渡，頂端燃燒室側(cè)壁與活塞頂面交接處設(shè)置半徑為R0. 75士0. 2mm的圓倒角，距離活塞頂面垂直向下2士0. 05mm以上位置為Rl士0. 2mm的內(nèi)圓弧，距離活塞頂面垂直向下2士0. 05mm以下位置有一 R2±0. 2mm的外凸圓弧，所述半徑為Rl士0. 2mm的內(nèi)圓弧到半徑為R2±0. 2mm的外凸圓弧之間為與水平線呈15° 士30'的夾角的向下傾斜的切面；所述活塞的頂面及頂端燃燒室進(jìn)行硬膜陽極氧化處理，形成一層Al2O3薄膜。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述活塞頭部從頂端向下依次設(shè)置第一環(huán)槽、第二環(huán)槽、第三環(huán)槽三道活塞環(huán)槽，第一環(huán)槽的下沿與第二環(huán)槽的上沿之間的第二環(huán)岸的高度為 10士0. 1mm，第二環(huán)槽的下沿與第三環(huán)槽的上沿之間的第三環(huán)岸的高度為5. 5士0. 1mm。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述第一環(huán)槽為鑲嵌奧氏體鑄鐵鑲?cè)Φ沫h(huán)槽。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述活塞的裙部為中部向外凸出的、橢圓度和直徑均變化的變橢圓型面，所述變橢圓型面的直徑從裙部下端Omm位置的109. 84士0. 01 mm變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的109. 59士0. 01mm，所述變橢圓型面的橢圓度從裙部下端Omm位置的0. 50 士 0. 2變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的0. ；35 士 0. 2，距離裙部下端Omm位置向上18mm處為變橢圓型面的徑向最大點(diǎn)處，此處直徑為109. 90士0.01mm; 所述裙部變橢圓型面的表面分布深度為0. 008 0. 016mm的刀紋，變橢圓型面的表面還噴涂有0. 01 0. 02謹(jǐn)厚的石墨層。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述腔體為拱形結(jié)構(gòu)，腔體頂壁的圓球半徑為 SR130士 1mm，腔體頂壁與側(cè)壁相接處的圓弧半徑為R30士0. 5mm。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述活塞銷孔向次推力面偏置0. 8士0. 1mm。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述活塞銷座為下端敞口的斜面銷座，活塞銷座的斜面與垂直線呈11° 士2°夾角；所述活塞銷孔設(shè)置為向腔體敞口的包括一段直孔和兩段錐孔的內(nèi)錐孔結(jié)構(gòu)，其中直孔設(shè)置在活塞銷孔的外端，然后分別是單側(cè)錐度為2' 士 1'和單側(cè)錐度為6' 士1'的兩段錐孔。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是本發(fā)明提供了一種節(jié)能型、重量輕的4H增壓型柴油機(jī)活塞。該活塞的總高為112. 6 113mm，與缸徑之比為1. 024 1. 028?；钊目偢叨冉档停欣诨钊亓康慕档?，減小往復(fù)慣性力。活塞的火力岸的高度13. 9 14. Imm,與汽缸的內(nèi)徑之比為12. 6% 12. 8%。高負(fù)荷鋁活塞火力岸的高度一般為活塞直徑的14% 20%，本設(shè)計(jì)低于一般標(biāo)準(zhǔn)的下限?；鹆Π?即第一環(huán)岸)的高度的減小不僅改善燃燒、降低有害物的排放和煙度，還能改善活塞頂端的散熱狀況，降低活塞頂端溫度。但是火力岸的高度越小，第一道氣環(huán)槽熱負(fù)荷越高，所以該活塞頭部內(nèi)設(shè)置冷卻油腔，使頭部溫度有所降低，以彌補(bǔ)火力岸減小帶來的不足。該活塞單位面積功率為0.387 kw/cm2，且火力岸的高度小，采用機(jī)油振蕩冷卻方式。使冷卻油腔內(nèi)有一定充滿度的機(jī)油，在活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，冷卻油腔內(nèi)的機(jī)油產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩，機(jī)油與冷卻油腔壁面相對速度較大，容易形成紊流，有效地冷卻了活塞頂端。本發(fā)明的冷卻油腔采用類卵形截面，提高了對活塞的冷卻效果。合理設(shè)置進(jìn)油孔和出油孔的結(jié)構(gòu)，使機(jī)油流量與冷卻油道的進(jìn)油孔、出油孔達(dá)到良好的配合，冷卻油道有一定充滿度的機(jī)油(僅部分充油)，確保有更好的振蕩效應(yīng)，增強(qiáng)冷卻效果。另外，使噴油嘴應(yīng)保證準(zhǔn)確對正進(jìn)油孔，以便通過進(jìn)油孔向冷卻油道提供所需的機(jī)油量?；钊^部與汽缸內(nèi)壁配合采用大間隙設(shè)計(jì)，頭部頂端的最小直徑107. 8mm，與汽缸內(nèi)壁的最大間隙為2. 2mm。使得有較大的氣體壓力作用在第一道活塞環(huán)(氣環(huán))上，使該環(huán)迅速落位并沿著環(huán)周有一個(gè)較有利的壓力分布，提高密封性，減少了機(jī)油耗損。該活塞采用三道活塞環(huán)槽，第一環(huán)槽的下沿與第二環(huán)槽的上沿之間的第二環(huán)岸的高度為10 士 0. 1mm，第二環(huán)槽的下沿與第三環(huán)槽的上沿之間的第三環(huán)岸的高度為 5. 5士0.1mm。由于全部燃?xì)鈮毫ψ饔迷诘谝坏罋猸h(huán)上。第二環(huán)岸盡量小的同時(shí)還具有足夠的高度，可以承受住環(huán)槽底部由燃?xì)鈮毫λa(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。第三環(huán)岸的高度減小的設(shè)計(jì)， 減輕了活塞的重量，增加了功效。該活塞第一環(huán)槽采用鑲嵌奧氏體鑄鐵鑲?cè)Φ沫h(huán)槽，對于高轉(zhuǎn)速和渦輪增壓、中冷發(fā)動(dòng)機(jī)來說，由于熱負(fù)荷高，第一道環(huán)槽和環(huán)端面存在易磨損問題，危及活塞和活塞環(huán)的使用壽命，本發(fā)明的設(shè)計(jì)與不鑲?cè)Φ幕钊容^，可以提高環(huán)槽壽命10倍以上。裙部形狀是活塞設(shè)計(jì)的最重要方面之一，本發(fā)明的裙部為中部向外凸出的、橢圓度和直徑均變化的變橢圓型面。所設(shè)計(jì)的尺寸使得裙部良好的裙部型面，可以減小磨損，防止拉缸，延長活塞壽命。活塞熱變形大，可以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)最大爆發(fā)壓力16 Mpa的要求。裙部表面設(shè)計(jì)成有規(guī)則的一定深度的刀紋，噴涂一定厚度的石墨層。由于石墨具有良好的潤滑特性，可以減小摩擦和磨損，防止拉缸，有效改善裙部的磨合性能并提高工作能力。另外，由于石墨是一種熱導(dǎo)體，它有助于熱量在活塞裙部的分布和向汽缸缸壁傳熱， 因此，活塞的平均溫度較不噴涂石墨的活塞要低得多。在直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室喉口部位是活塞頂面的危險(xiǎn)部位。本發(fā)明的頂端燃燒室側(cè)壁采用多道曲面與活塞頂面交接過渡方式，可降低燃燒室?guī)淼娜細(xì)饬魉?，使相鄰部位的高溫梯度降低。對活塞頂面進(jìn)行硬膜陽極氧化處理，使頂面形成一層堅(jiān)硬的Al2O3薄膜，其耐熱性好(1500°C以上)，導(dǎo)熱率低和高硬度等特性，對于抑制頂端熱裂具有非常好的效果?；钊麅?nèi)部的腔體的結(jié)構(gòu)是由頂壁的大圓球頂、與側(cè)壁相接處的圓弧組成，其頂壁距離頂面的厚度為33. 2 33. 5mm,內(nèi)頂呈拱形結(jié)構(gòu)。這樣既保證頂端有均勻而足夠大的導(dǎo)熱截面，使活塞頂各處的熱流相等，不致在某一局部產(chǎn)生較大溫差，也加強(qiáng)了活塞環(huán)的散熱效果。銷座負(fù)責(zé)傳遞活塞頂端到活塞銷的負(fù)荷。該活塞采用斜面銷座設(shè)計(jì)，斜面銷座要比直形銷座的活塞可多承受15% 20%的負(fù)荷，再加上將銷孔內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)為一端直孔、兩段內(nèi)錐的結(jié)構(gòu)，可減少應(yīng)力集中30%左右。另外，活塞銷孔向次推力面偏置0.8士0. Imm0在燃燒沖程前，主推力面頭部與汽缸壁之間的間隙縮小，而在燃燒開始時(shí)則比較大，使主推力面負(fù)荷減輕，頭部積碳減少，活塞敲缸的能量也減弱。綜上，本發(fā)明能夠降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力；減少摩擦接觸面積，降低無效的摩擦功損失；通過優(yōu)化活塞結(jié)構(gòu)，減小配缸間隙，達(dá)到了提高有效功率、降低燃油消耗、降低潤滑機(jī)油消耗、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染的目的。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的活塞的頭部及第一環(huán)槽結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的冷卻油腔的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的裙部表面的變橢圓型面曲線坐標(biāo)圖； 圖5是本發(fā)明的活塞的頂端燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明的活塞內(nèi)部的腔體的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明的銷座的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、火力岸(第一環(huán)岸)，2、第二環(huán)岸，3、第三環(huán)岸，4、冷卻油道，5、裙部，6、第一環(huán)槽，7、第二環(huán)槽，8、第三環(huán)槽，9、腔體，10、活塞銷座，11、頂端燃燒室，41、進(jìn)油孔，42、出油孔，61、鑲?cè)Α?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明 實(shí)施例1
增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，如圖1所示，包括頭部、裙部5和活塞銷座10。所述頭部由活塞頂端和環(huán)槽構(gòu)成，即頭部包括圖1中從頂端向下直至第三環(huán)槽8。所述裙部是指第三環(huán)槽 8向下的部分?；钊N座10上用于安裝連桿。所述活塞的內(nèi)部設(shè)置有中空的腔體9。所述活塞的總高為113mm，活塞的總高與汽缸的內(nèi)徑之比為1. 028。如圖2所示， 活塞頭部的頂端的最小直徑107. 8mm，安裝后頭部與汽缸的內(nèi)徑之間的最大間隙為2. 2mm。如圖3所示，所述活塞的頭部頂面設(shè)置凹坑狀的頂端燃燒室11，所述的凹坑的截面呈類似ω的形狀。頂端燃燒室下方設(shè)置冷卻油腔。冷卻油腔由冷卻油道4、進(jìn)油孔41和出油孔42組成。所述冷卻油道4的路徑與頂端燃燒室11的外邊緣相對應(yīng)，為環(huán)繞頂端燃燒室11的外邊緣的環(huán)形。冷卻油道的截面為類卵形，即該形狀可以為鵝卵石的截面形狀， 或者為雞蛋的截面形狀等類似卵形。所述進(jìn)油孔41和出油孔42設(shè)置在冷卻油道兩端并連通到腔體9。所述進(jìn)油孔41與噴油嘴的位置相互對應(yīng)，進(jìn)油孔的上部設(shè)置成直徑為7mm的直孔，下部設(shè)置成下端敞口的錐形，所述錐形的錐度為20°。出油孔42整體設(shè)置成錐度為
72°的下端敞口的錐形，出油孔與冷卻油道相連處的直徑為6mm。如圖5所示，所述頂端燃燒室11側(cè)壁采用多道曲面與活塞頂面交接過渡，頂端燃燒室11側(cè)壁與活塞頂面交接處設(shè)置半徑為R0. 75mm的圓倒角，距離活塞頂面垂直向下2mm 以上位置為Rlmm的內(nèi)圓弧，距離活塞頂面垂直向下2mm以下位置為一 R2mm的外凸圓弧，所述半徑為Rlmm的內(nèi)圓弧到半徑為R2mm的外凸圓弧之間用與水平線呈15°的夾角的向下傾斜的切線連接，是一向下向內(nèi)傾斜的切面。對所述活塞頂面及頂端燃燒室11進(jìn)行硬膜陽極氧化處理，使頂面形成一層堅(jiān)硬的Al2O3薄膜。該活塞采用三道活塞環(huán)槽，活塞頭部從頂端向下依次為第一環(huán)槽6、第二環(huán)槽7、 第三環(huán)槽8?；钊幕鹆Π? (即從活塞頂面到第一環(huán)槽上沿之間的第一環(huán)岸)的高度為 14. 1mm，活塞的火力岸1的高度與汽缸的內(nèi)徑之比為12. 8%。第一環(huán)槽下沿與第二環(huán)槽上沿之間為第二環(huán)岸2，第二環(huán)岸的高度為10mm，第二環(huán)槽下沿與第三環(huán)槽上沿之間的第三環(huán)岸3的高度為5. 5mm。所述第一環(huán)槽為鑲嵌奧氏體鑄鐵鑲?cè)?1的環(huán)槽，鑲?cè)?1與該第一環(huán)槽緊密結(jié)合鑄為一體，提高環(huán)槽的耐磨性和活塞環(huán)的使用壽命。如圖4所示，該活塞的裙部5為變橢圓型面，此變橢圓型面的中部向外凸出的、橢圓度和直徑均連續(xù)變化。此變化是指裙部的直徑從裙部下端Omm位置的109.84 mm變化到距離裙部下端Omm位置向上48mm處的109. 016mm，然后逐漸變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的109. 59mm,同時(shí)裙部的橢圓度從Omm位置的0. 50變化到距離裙部下端Omm 位置向上73mm處的0. 35。裙部的徑向最大點(diǎn)的直徑為109. 90mm，此直徑選在距裙下端Omm 位置向上18mm處。裙部表面設(shè)計(jì)成有規(guī)則的深度為0. 008mm的刀紋和噴涂0. 02mm厚度的石墨層。如圖6所示，所述腔體9的頂壁為半徑為SR130 mm的圓球型，腔體9的頂壁與側(cè)壁相接處的圓弧半徑為R30mm，腔體頂壁距離活塞頂面的距離為33. 5mm。如圖1所示，所述活塞銷孔向次推力面(承受膨脹側(cè)壓力的一面稱為主推力面，相對的一面稱為次推力面)偏置0. 8mm。如圖7所示，本實(shí)施例中活塞的右側(cè)作為次推力面。 所述活塞銷座為下端敞口的斜面銷座，活塞銷座的斜面與垂線呈11°夾角。所述銷孔設(shè)置為內(nèi)錐孔結(jié)構(gòu)，此錐孔是向腔體敞口錐孔，此錐孔包括一段直孔和兩段錐孔，其中直孔設(shè)置在活塞銷孔的外端，然后分別是單側(cè)錐度為2'和單側(cè)錐度為6'的兩段錐孔。實(shí)施例2:
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，不同之處在于尺寸的稍許變化?；钊目偢邽?12. 6mm，火力岸的高度為13. 9mm，第二環(huán)岸的高度為9. 9mm，第三環(huán)岸的高度為5. 4mm。所述頂端燃燒室11的側(cè)壁與活塞頂面交接處的圓倒角為R0. 95mm，距離活塞頂面垂直向下2. 05mm以上位置為Rl. 2mm的內(nèi)圓弧，距離活塞頂面垂直向下2. 05mm以下位置為一 R2. 2mm的外凸圓弧。所述半徑為Rl. 2mm的內(nèi)圓弧到半徑為R2. 2mm的外凸圓弧之間用與水平線呈15° 30'的夾角的向下傾斜的切線連接。所述裙部的直徑從裙部下端Omm位置的109. 85 mm變化到距離裙部下端Omm位置向上48mm處的109. 017mm，然后逐漸變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的 109. 60mm。所述裙部的橢圓度從裙部下端Omm位置的0. 51變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的0.36。所述距離裙部下端Omm位置向上18mm處為裙部的徑向最大點(diǎn)處，此處直徑為109.91mm。所述裙部表面刀紋的深度為0. 016mm，裙部表面噴涂的石墨層厚度為 0. Olmm0腔體頂壁的圓球半徑為SR131mm，腔體頂壁與裙部內(nèi)壁相接處的圓弧半徑為 R30. 5mm。所述活塞銷孔向次推力面偏置0. 9mm。所述銷座的斜面與垂直線呈13°夾角；所述銷孔包括單側(cè)錐度為2' 30"和單側(cè)錐度為6' 50"的兩段錐孔。實(shí)施例3
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，不同之處在于尺寸的稍許變化?；钊目偢邽?12. 8mm，火力岸的高度為14. 0mm，第二環(huán)岸的高度為10. 1mm，第三環(huán)岸的高度為5. 6mm。所述頂端燃燒室11側(cè)壁與活塞頂面交接處的圓倒角為R0. 55mm,距離活塞頂面垂直向下1. 95mm以上位置為R0. 8mm的內(nèi)圓弧，距離活塞頂面垂直向下1. 95mm以下位置為一 Rl. 8mm的外凸圓弧。所述半徑為R0. 8mm的內(nèi)圓弧到半徑為Rl. 8mm的外凸圓弧之間用與水平線呈14° 30'的夾角的向下傾斜的切線連接。所述裙部的直徑從Omm位置的109. 83 mm變化到距離裙部下端Omm位置向上48mm 處的109. 015mm，然后逐漸變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的109. 58mm。所述裙部的橢圓度從Omm位置的0.49變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的0.34。所述距離裙部下端Omm位置向上18mm處為裙部的徑向最大點(diǎn)處，此處直徑為109. 89mm。所述裙部表面刀紋的深度為0. 009mm，裙部表面噴涂的石墨層厚度為0. 015mm。腔體頂壁的圓球半徑為SRU9mm，腔體頂壁與裙部內(nèi)壁相接處的圓弧半徑為 R29. 5mmο所述活塞銷孔向次推力面偏置0. 75mm。所述銷座的斜面與垂直線呈12°夾角；所述銷孔包括單側(cè)錐度為1'和單側(cè)錐度為7'的兩段錐孔。實(shí)施例4
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，不同之處在于尺寸的稍許變化?；钊目偢邽?12. 9mm，火力岸的高度為14. 1mm，第二環(huán)岸的高度為10. 1mm，第三環(huán)岸的高度為5. 5mm。所述頂端燃燒室11側(cè)壁與活塞頂面交接處的圓倒角為R0. 65mm，距離活塞頂面垂直向下2. 03mm以上位置為R0. 9mm的內(nèi)圓弧，距離活塞頂面垂直向下2. 03mm以下位置為一 R2. Imm的外凸圓弧。所述半徑為R0. 9mm的內(nèi)圓弧到半徑為R2. Imm的外凸圓弧之間用與水平線呈14° 50'的夾角的向下傾斜的切線連接。所述裙部的直徑從Omm位置的109. 85 mm變化到距離裙部下端Omm位置向上48mm 處的109. 016mm，然后逐漸變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的109. 58mm。所述裙部的橢圓度從Omm位置的0.48變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的0.35。所述距離裙部下端Omm位置向上18mm處為裙部的徑向最大點(diǎn)處，此處直徑為109. 90mm。所述裙部表面刀紋的深度為0. 010mm，裙部表面噴涂的石墨層厚度為0. 018mm。腔體頂壁的圓球半徑為SR130. 5mm，腔體頂壁與裙部內(nèi)壁相接處的圓弧半徑為 R30. 3mm。所述活塞銷孔向次推力面偏置0. 7mm。所述銷座的斜面與垂直線呈10°夾角；所述銷孔包括單側(cè)錐度為2' 1"和單側(cè)錐度為5' 55"的兩段錐孔。
權(quán)利要求
1.增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，包括主要由活塞銷座(10)、裙部(5)和由活塞頂端和環(huán)槽構(gòu)成的與汽缸配合的頭部構(gòu)成的內(nèi)部帶有中空的腔體(9)的活塞，其特征在于所述活塞的總高與汽缸的內(nèi)徑之比為1.0 1.028，活塞的火力岸(3)的高度與汽缸的內(nèi)徑之比為12. 6% 12. 8%，活塞頭部與汽缸的內(nèi)徑之間的最大間隙為2. 2mm;所述活塞的頭部頂面設(shè)置ω凹坑狀的頂端燃燒室(11)，所述頂端燃燒室下方的活塞頭部內(nèi)設(shè)置有由冷卻油道(4)、位于冷卻油道兩端的連通到腔體(9)的進(jìn)油孔(41)和出油孔(42)組成的冷卻油腔，所述冷卻油道(4)的路徑與頂端燃燒室(11)的外邊緣相對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述冷卻油道(4)的截面為類卵形，冷卻油腔的進(jìn)油孔(41)和出油孔(42)的直徑比為7:6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述活塞的總高為 112. 6 113mm，所述活塞的火力岸(1)的高度為13. 9 14. 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述活塞頭部的頂面外邊緣設(shè)置半徑為R0. 5 士0. 2mm圓倒角；所述頂端燃燒室(11)側(cè)壁采用多道曲面與活塞頂面交接過渡，頂端燃燒室(11)側(cè)壁與活塞頂面交接處設(shè)置半徑為R0. 75士0. 2mm的圓倒角， 距離活塞頂面垂直向下2士0. 05mm以上位置為Rl 士0. 2mm的內(nèi)圓弧，距離活塞頂面垂直向下2士0. 05mm以下位置有一 R2±0. 2mm的外凸圓弧，所述半徑為Rl 士0. 2mm的內(nèi)圓弧到半徑為R2±0.2mm的外凸圓弧之間為與水平線呈15° 士 30'的夾角的向下傾斜的切面；所述活塞的頂面及頂端燃燒室(11)進(jìn)行硬膜陽極氧化處理，形成一層Al2O3薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述活塞頭部從頂端向下依次設(shè)置第一環(huán)槽(6)、第二環(huán)槽(7)、第三環(huán)槽(8)三道活塞環(huán)槽，第一環(huán)槽的下沿與第二環(huán)槽的上沿之間的第二環(huán)岸(2)的高度為10士0. 1mm，第二環(huán)槽的下沿與第三環(huán)槽的上沿之間的第三環(huán)岸(3)的高度為5. 5士0. 1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述第一環(huán)槽(6)為鑲嵌奧氏體鑄鐵鑲?cè)?61)的環(huán)槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述活塞的裙部 (5)為中部向外凸出的、橢圓度和直徑均變化的變橢圓型面，所述變橢圓型面的直徑從裙部下端Omm位置的109.84 士 0.01 mm變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的 109. 59士0. 01mm，所述變橢圓型面的橢圓度從裙部下端Omm位置的0. 50士0. 2變化到距離裙部下端Omm位置向上73mm處的0. 35士0. 2，距離裙部下端Omm位置向上18mm處為變橢圓型面的徑向最大點(diǎn)處，此處直徑為109. 90士0. Olmm ；所述裙部(5)變橢圓型面的表面分布深度為0. 008 0. 016mm的刀紋，變橢圓型面的表面還噴涂有0. 01 0. 02mm厚的石墨層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述腔體(9)為拱形結(jié)構(gòu)，腔體(9)頂壁的圓球半徑為SR130士 1mm，腔體(9)頂壁與側(cè)壁相接處的圓弧半徑為 R30士0. 5mmο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述活塞銷孔向次推力面偏置0. 8 士 0. 1mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，其特征在于所述活塞銷座(10)為下端敞口的斜面銷座，活塞銷座的斜面與垂直線呈11° 士2°夾角；所述活塞銷孔設(shè)置為向腔體敞口的包括一段直孔和兩段錐孔的內(nèi)錐孔結(jié)構(gòu)，其中直孔設(shè)置在活塞銷孔的外端，然后分別是單側(cè)錐度為2' 士 1'和單側(cè)錐度為6' 士 1'的兩段錐孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增壓節(jié)油型柴油機(jī)活塞，包括活塞銷座、裙部和由活塞頂端和環(huán)槽組成的頭部，所述活塞的總高與缸徑之比為1.024～1.028，活塞的火力岸的高度與缸徑之比為12.6%～12.8%，活塞頭部與汽缸的內(nèi)徑之間的最大點(diǎn)間隙為2.2mm;所述活塞的頭部設(shè)置ω凹坑狀的頂端燃燒室，所述頂端燃燒室下方的活塞頭部內(nèi)設(shè)置有由冷卻油道、位于冷卻油道兩端連通到活塞內(nèi)部的腔體的進(jìn)油孔和出油孔組成的冷卻油腔。所述裙部為中部向外凸出的、橢圓度和直徑均變化的變橢圓型面。本發(fā)明能夠降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力；減少摩擦接觸面積，降低無效的摩擦功損失；通過優(yōu)化活塞結(jié)構(gòu)，減小配缸間隙，達(dá)到提高有效功率、降低燃油消耗、降低潤滑機(jī)油消耗、減少環(huán)境污染的目的。
文檔編號F02F3/00GK102444496SQ20111040811
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者劉獻(xiàn)豐, 李樹林, 王季明, 魏情 申請人:石家莊金剛內(nèi)燃機(jī)零部件集團(tuán)有限公司