一种硼酸铝晶须内冷结构活塞的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种活塞，特别公开了一种硼酸铝晶须内冷结构活塞。它包括冷却油道和由陶瓷复合材料制成的镶环，所述镶环上设有第一环槽，所述镶环内侧上端向内延伸出若干个呈放射状均布的镶环爪，所述冷却油道镶嵌在镶环上并位于镶环爪下方，所述冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角大于90°。本实用新型中的晶须增强复合材料替代了原来的奥氏体铸铁镶环，活塞在使用过程中燃烧室边缘温度降低了15?20℃，第一环槽降低了20?25℃，复合材料与铝基体结合强度高达200MPa以上，活塞的寿命提高了2倍以上；同时由于将冷却油道嵌在镶环上，也使活塞燃烧室边缘冷却到铝合金允许使用范围内，延长了活塞的使用寿命。
【专利说明】
一种硼酸铝晶须内冷结构活塞
[0001](— )
技术领域
[0002]本实用新型涉及一种活塞，特别涉及一种硼酸铝晶须内冷结构活塞。
[0003](二)
【背景技术】
[0004]近年来，国内、外对内燃机尾气排放、发动机寿命的要求越来越严格，为了达到尾气的排放、发动机长寿命的要求，现代内燃机采用了如EGR、高压共轨、提高缸内的爆发压力、提高燃料的喷射压力等多种技术手段，这样就必然造成发动机气缸内活塞的温度、活塞的机械负荷不断升高。内燃发动机的活塞主要是以使用铝合金材料制造，由于活塞直接接触高温燃气，工作环境非常苛刻，在这样的工作环境下，发动机中的做功零件，铝合活塞需要承受更高的温度变化、交变的机械载荷。
[0005]铝活塞的第一环槽，既要承担对高温、高压燃气的密封作用，又要承受承担活塞环的摩擦力和压力；为了保证活塞的正常工作，通常铝活塞采用在第一环槽镶嵌奥氏体铸铁材料，在铸造过程中把铸铁镶嵌铸入活塞中，加工后最终形成活塞的第一环槽，以提高环槽的强度和耐磨性。但是由于奥氏体铸铁材料与铝合金是两种材料，膨胀系数不一致，并且导热系数比铝低低，铝铁结合面强度进20PMa-40MPa，并且由于铸造过程的保证能力有限，通常存在局部粘结不完整和氧化物缺陷问题。虽然在批量生产过程中通过超声波检验去除了缺陷超过标准的活塞，但是由于铝铁结合面的强度太低，在高功率发动机的活塞经常出现镶环从铝铁结合处断裂问题，同时由于铸铁镶环热传导率较低，造成活塞环槽积碳最终导致活塞环卡死活塞拉缸。
[0006]活塞的燃烧室边缘是活塞温度最高，承受交变载荷最大的部位，活塞工作时温度高达360 0C-380 0C，在如此高的温度下，达到了铝合金安全使用的最高温度，活塞失效率非常高，目前燃烧室边缘裂纹问题已经成为发动机活塞的主要失效模式。为了降低活塞头部温度，目前的铝活塞设计多采用在活塞头部设置冷却油道的设计，但是由受到燃烧室直径的限制;铸铁镶环尺寸的影响，造成内冷油道与燃烧室喉口、铸铁镶环距离过远，活塞冷却效率低问题(如图1所示)，无法使活塞燃烧室边缘冷却到铝合金允许使用范围内，影响了活塞的使用寿命。
[0007](三)
【发明内容】
[0008]本实用新型为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种使用寿命长的硼酸铝晶须内冷结构活塞。
[0009]本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0010]—种硼酸铝晶须内冷结构活塞，包括冷却油道，其特征是，还包括由陶瓷复合材料制成的镶环，所述镶环上设有第一环槽，所述镶环内侧上端向内延伸出若干个呈放射状均布的镶环爪，所述冷却油道镶嵌在镶环上并位于镶环爪下方，所述冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角大于90°。
[0011]所述冷却油道上端与镶环上端之间的距离与镶环的厚度之比大于0.3。
[0012]所述镶环的厚度与第一环槽的宽度之比为2?2.5。
[0013]共有四个所述镶环爪，每个镶环爪都为扇形，扇形的夹角在10?20°之间。
[0014]所述镶环和镶环爪之间圆滑过渡，其过渡处的倒角在5?1mm之间。
[0015]本实用新型的有益效果是:
[0016]本实用新型中的晶须增强复合材料替代了原来的奥氏体铸铁镶环，活塞在使用过程中燃烧室边缘温度降低了 15-20°C，第一环槽的温度也降低了 20-25°C，复合材料与铝基体结合强度高达200MPa以上，活塞的寿命提高了2倍以上；同时由于将冷却油道嵌在镶环上，也使活塞燃烧室边缘冷却到铝合金允许使用范围内，延长了活塞的使用寿命。
[0017](四)
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0019]图1为原活塞的剖视结构示意图；
[0020]图2为本实用新型的剖视结构示意图；
[0021]图3为本实用新型镶环与冷却油道之间位置关系的剖视结构示意图；
[0022]图4为图3的俯视结构示意图。
[0023]图中，I镶环，2第一环槽，3冷却油道，4镶环爪，al镶环爪的夹角，Hl冷却油道的上端与镶环的上端之间的距离，H2镶环的厚度，H3第一环槽的宽度，纟I冷却油道的最大外径，多2镶环的内径，a2冷却油道外侧与镶环下表面之间的夹角，R镶环爪与镶环内圈之间过渡处的倒角。
[0024](五)
【具体实施方式】
[0025]附图为本实用新型的具体实施例。如图2至图4所示，该种硼酸铝晶须内冷结构活塞，包括冷却油道3和由陶瓷复合材料制成的镶环I，镶环I外侧开有第一环槽2，镶环的厚度H2与第一环槽的宽度H3之比为2?2.5;镶环I内侧上端向内延伸出四个呈放射状均布的镶环爪4，每个镶环爪4都为扇形，其扇形的夹角al在10?20°之间，镶环I和镶环爪4之间圆滑过渡，其过渡处的倒角R在5?1mm之间；冷却油道3镶嵌在镶环I上并位于镶环爪4下方，冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角a2大于90°，冷却油道上端与镶环上端之间的距离Hl与镶环的厚度H2之比大于0.3并且小于I。镶环I的内环的直径也就是镶环的内径#2根据冷却油道的最大外径打进行调整;在20?40°C时镶环的内径纟2与冷却油道的最大外径打之比为0.9，在使用温度480?520 °C时镶环的内径纟2与冷却油道的最大外径纟I之比为0.95之间。
[0026]除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。
【主权项】
1.一种硼酸铝晶须内冷结构活塞，包括冷却油道(3)，其特征是，还包括由陶瓷复合材料制成的镶环(I)，所述镶环(I)上设有第一环槽(2)，所述镶环(I)内侧上端向内延伸出若干个呈放射状均布的镶环爪(4)，所述冷却油道(3)镶嵌在镶环(I)上并位于镶环爪(4)下方，所述冷却油道的外侧与镶环下表面之间的夹角(a2)大于90°。2.根据权利要求1所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，所述冷却油道上端与镶环上端之间的距离(Hl)与镶环的厚度(H2)之比大于0.3。3.根据权利要求1所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，所述镶环的厚度(H2)与第一环槽的宽度(H3)之比为2?2.5。4.根据权利要求1所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，共有四个所述镶环爪(4)，每个镶环爪(4)都为扇形，扇形的夹角(al)在10?20°之间。5.根据权利要求4所述的硼酸铝晶须内冷结构活塞，其特征是，所述镶环(I)和镶环爪(4 )之间圆滑过渡，其过渡处的倒角(R)在5?I Omm之间。
【文档编号】F02F3/00GK205689314SQ201620581625
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月16日 公开号201620581625.6, CN 201620581625, CN 205689314 U, CN 205689314U, CN-U-205689314, CN201620581625, CN201620581625.6, CN205689314 U, CN205689314U
【发明人】高希柱, 高晓波, 孟现长, 冯增建, 魏作山, 卞金涛
【申请人】山东滨州华创金属有限公司