一种内燃机活塞结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种内燃机活塞结构，包括活塞，活塞由头部及裙部组成；在活塞头部至少设置两个油槽，该两个油槽与活塞环及缸套匹配形成两油库，工作状态下，润滑油在两油库之间相互循环。本发明可以使活塞组件润滑与冷却充分，同时缩小装配间隙，增强燃烧室的密封，提升燃烧效率。
【专利说明】一种内燃机活塞结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机【技术领域】，尤其是指一种内燃机活塞结构。
【背景技术】
[0002]活塞组件包括活塞、活塞环、活塞销及缸套，是内燃机的核心运动件，是能源消耗、污染排放产生源头，对动力性能及可靠性起主导作用。
[0003]随着环境保护及能源危机问题的尖锐，对活塞组件的品质要求不断提高，通过高爆发力、高热负荷来实现高排放标准。活塞组件的工作环境相当苛刻，高压、高速、高温、高变频率。大型商用内燃机达16-21Mpa ;每秒线速达8-16m/s ;平均温度300°C、瞬间达1000C ；因压缩爆炸，承载动力转换，使活塞组件承受周期性的机械应力与热负荷变化。
[0004]所述苛刻工作环境，对活塞组件的充分润滑、冷却尤为重要，直接影响内燃机的性能与可靠性。活塞主要为铝合金制造，当达300°C，机械强度会急剧下降50%。
[0005]现有技术中，冷却、润滑活塞组件，可以借助水循环，间接带走部分热量；也可以直接冷却、润滑，借助激溅润滑油及活塞内设冷油道冷却。然而，活塞头部，特别是外圆沿周，是最大热负荷摩擦区域，在循环行程中，特别是压缩与爆发行程工况下，达不到充分的润滑、冷却，导致活塞与缸壁形成半干摩擦，增加摩擦阻力，也因达不到充分的润滑、冷却，缸壁预留较大的间隙，造成燃烧的死区，排污增加。以下以具体实例予以说明:
例YC-6K系列商用柴油机，活塞组件的匹配间隙如下:活塞头部第一环岸(火力岸)与缸壁间隙达2.20_，第二环岸与缸壁间隙为0.60_，裙部与缸壁间隙达0.015_。其活塞头部第一环岸有12_高X 2.20_的间隙，此间隙会造成缺氧燃烧，形成燃烧死区；第二环岸13_高X0.60_的间隙，造成可燃气体下窜，破坏润滑油膜，活塞下行时，机油上窜，造成机油消耗增加。活塞环闭口间隙平均第一道环达0.50mm，第二道环达0.90mm，第三道环达0.375mm,该预留较大的缝隙造成可燃气体的泄露，影响燃烧效率。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种内燃机活塞结构，以使活塞组件润滑与冷却充分，同时缩小装配间隙，增强燃烧室的密封，提升燃烧效率。
[0007]为达成上述目的，本发明的解决方案为:
一种内燃机活塞结构，包括活塞，活塞由头部及裙部组成；在活塞头部至少设置两个油槽，该两个油槽与活塞环及缸套匹配形成两油库，工作状态下，润滑油在两油库之间相互循环。
[0008]进一步，在活塞头部形成第一环岸、第二环岸及第三环岸，在第一环岸上设置第一道环，在第二环岸上设置第二道环，在第三环岸上设置第三道环；在第二环岸下沿设置第一油槽，而在第三环岸中部设置第二油槽。
[0009]进一步,所述第一油槽深度为1.50-3.77mm,高度为1.50-3.50 mm。
[0010]进一步，所述第一油槽设置为L型，与设置在第二环岸上的第二道环匹配形成U型油库。
[0011]进一步，所述第二油槽深度为1.50-4.50mm，高度为L 00-2.50 mm。
[0012]进一步，所述第二油槽设置为单堤矩形，上沿设置为上密封唇，下沿设置为下密封唇。
[0013]进一步，上密封唇与缸壁间隙为0.25-0.70mm，高为1.2 - 2.2mm。下密封唇与缸壁间隙为 0.80-1.60mm，高为 1.0-2.5mm。
[0014]进一步，第一环岸与缸壁间隙为0.60 - 1.2mm ;第二环岸与缸壁间隙为0.20 -
0.55mm0
[0015]进一步，活塞裙部与缸壁间隙为0.05 - 0.10mm。
[0016]进一步，第一道环的闭口间隙为0.17mm-0.33mm;第二道环的闭口间隙为
0.37mm-0.53謹；第三道环的闭口间隙为0.12mm-0.28謹。
[0017]进一步，在第三环岸下方活塞上设置环形集油槽。
[0018]进一步，活塞裙部型面设置为C型。
[0019]采用上述方案后，本发明在活塞头部至少设置两个油槽，该两个油槽相互连通，随着活塞上下行程，所述两个油槽起到边工作、边储油、布油、循环润滑油作用，从而达到充分的润滑与冷却，使得活塞头部冷却充分，降低活塞机械强度的弱化。
[0020]同时，所述两个油槽设置结构，使得活塞环第一道环、第二道环及第三道环的闭口间隙缩小，以及活塞的配缸间隙同步缩小，使得燃烧室密封效果更好，提升燃烧效率，从而使得内燃机综合效率提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的侧视图(局部剖视);
图1A是图1的局部放大图；
图2是本发明活塞与缸套配合示意图；
图3是本发明活塞裙部型面与缸壁配合示意图。
[0022]标号说明
活塞I头部11
第一环岸111第二环岸112
第三环岸113裙部12
上裙部121下裙部122
第一油槽13第二油槽14
上密封唇141下密封唇142
环形集油槽15第一道环21
第二道环22第三道环23
缸壁3。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
[0024]参阅图1至图3所示，本发明揭示的一种内燃机活塞结构，包括活塞1，活塞I由头部11及裙部12组成；在活塞I头部11至少设置两个油槽，该两个油槽与活塞环及缸套匹配形成两油库，工作状态下，润滑油在两油库之间相互循环。
[0025]如图1及图2所示，在活塞I头部11形成第一环岸111、第二环岸112及第三环岸113，如图2所示，在第一环岸上111设置第一道环21，在第二环岸112上设置第二道环22，在第三环岸113上设置第三道环23 ;在第二环岸112下沿设置第一油槽13，而在第三环岸113中部设置第二油槽14。
[0026]所述第一油槽13深度为1.50-3.77mm,高度为1.50-3.50 mm。所述第一油槽13设置为L型，与设置在第二环岸112上的第二道环22匹配形成U型油库，如图2所示。
[0027]第一油槽13与第二道环22共同形成了储油功能的U型油库，随着活塞I往复行程，起到布油并循环润滑油的作用，进而充分地润滑、冷却活塞第一环岸111、第二环岸112以及活塞环第一道环21、第二道环22。
[0028]所述第二油槽14深度为2.50-4.50mm,高度为1.00-2.50 mm。所述第二油槽14设置为单堤矩形，使得刮油、布油效果较好，上沿设置为上密封唇141，下沿设置为下密封唇142。上密封唇141与缸壁3间隙为0.25-0.70mm,高为1.2 - 2.2mm,使得第二油槽14的润滑油适量、均匀上升至第一油槽13中，起到润滑、冷却活塞I头部2及活塞环。下密封唇142与缸壁3间隙为0.80-1.60mm,高为1.0 - 2.5mm,使得活塞I下行时，润滑油能充分储存在第二油槽14。如此活塞I在上下不同的行程中起到储油、布油、循环，有效地润滑、冷却活塞环及整个活塞I头部11与缸壁3的摩擦面。
[0029]第一环岸11 a与缸壁3间隙为0.60-1.2mm;第二环岸112与缸壁3间隙为0.20 - 0.55_。活塞I裙部12与缸壁3间隙为0.05 - 0.10_。
[0030]第一道环21的闭口间隙为0.17mm-0.33mm ;第二道环22的闭口间隙为
0.37mm-0.53mm ;第三道环 23 的闭口 间隙为 0.12mm-0.28mm。
[0031]在第三道环23下方活塞I上设置环形集油槽15，环形集油槽15结合缸壁3与裙部12在上行程时推挤润滑油至活塞I头部11。
[0032]如图3所示，活塞I裙部12型面设置为C型，由上裙部121及下裙部122组成，随着活塞I的往复运动、工况转换、曲柄旋转，飞溅上来的润滑油通过活塞I裙部12的推挤至环形集油槽15，以供应上面第一油槽13及第二油槽14，同时润滑裙部12本身，从而使活塞组件的整体，至上而下得到充分润滑、冷却。
[0033]本实施例中，第二油槽14上、下沿分别设立上密封唇141及下密封唇142，与缸壁3—起起到储油、布油、循环功能。具体到本实施例中，第二油槽14上密封唇141高为
1.6mm,与缸壁3的间隙为0.65mm,使得第二油槽14的润滑油适量、均匀上升至第一油槽13中，起到润滑、冷却活塞I头部2及活塞环。下密封唇142高为1.5mm,与缸壁3的间隙为
1.2mm，使得活塞I下行时，润滑油能充分储存在第二油槽14。如此活塞I在上下不同的行程中起到储油、布油、循环，有效地润滑、冷却活塞环及整个活塞I头部11与缸壁3的摩擦面。
[0034]活塞组件的充分润滑与冷却后，进一步把活塞I的配缸间隙减小，具体为，活塞I第一环岸111与缸壁3间隙为1.2mm ;活塞I第二环岸112与缸壁3间隙为0.30mm ;而裙部12与缸壁3间隙缩小至0.07-0.09mm。
[0035]同时，把活塞环的闭口间隙同步缩小，以下为环闭口间隙的平均数:第一道环21缩小0.25mm，第二道环22缩小0.45mm，第三道环23缩小0.20mm。以上所述活塞1、活塞环主要的密封运动件与缸壁3间隙与常规标准缩小30-60%，促使燃烧室的真空吸力增加，即压缩压力提高，燃烧效率提升。因小间隙，机油上窜几率大大下降，活塞组件的往复、换向造成的侧压力及振动减少。
[0036]同时，第一油槽13及第二油槽14的设立，在零件之间有效、可靠均匀地建立了油膜，减少了零件的摩擦损失，可靠性得到了有效地提升。以下为本发明的实验数据与效果对比:
YC 6G 7.8 升内燃机、机型:YC-6G-240-30、内燃机编号:G60QA600388
11ISmm1.活塞与1缸_10.126 - d m0.03 - M5
WWDB0.20-0.65010-820
rpm 一左丨后丨右I车厢—-左I后丨右车厢 ~5% 74 m74:3..5751 dB78 4 tlB722 ?Β^^7.3..2..574 2dB 75JdB
曝音____—____:ΙΟβΟ S3 I dB S3c* 83 5 ? 16? I SttJdB S0/4B 30.94B 717?
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注:机油较结，即变质，提升92.34%，证明机油消耗率会明显的降低。
[0037]排气烟度检测结果
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【权利要求】
1.一种内燃机活塞结构，其特征在于:包括活塞，活塞由头部及裙部组成；在活塞头部至少设置两个油槽，该两个油槽与活塞环及缸套匹配形成两油库，工作状态下，润滑油在两油库之间相互循环。
2.如权利要求1所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:在活塞头部形成第一环岸、第二环岸及第三环岸，在第一环岸上设置第一道环，在第二环岸上设置第二道环，在第三环岸上设置第三道环；在第二环岸下沿设置第一油槽，而在第三环岸中部设置第二油槽。
3.如权利要求1所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:活塞裙部型面设置为C型。
4.如权利要求2所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:所述第一油槽深度为1.50-3.77mm,高度为 1.50-3.50 mm。
5.如权利要求2或4所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:所述第一油槽设置为L型，与设置在第二环岸上的第二道环匹配形成U型油库。
6.如权利要求2所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:所述第二油槽深度为2.50-4.50mm,高度为1.00-2.50 mm ;所述第二油槽设置为单堤矩形，上沿设置为上密封唇，下沿设置为下密封唇。
7.如权利要求6所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:上密封唇与缸壁间隙为0.25-0.70mm,高为 1.2-2.2mm ;下密封唇与缸壁间隙为 0.80-1.60mm,高为 1.0-2.5mm。
8.如权利要求2所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:第一环岸与缸壁间隙为0.60 - 1.2mm ;第二环岸与缸壁间隙为0.20 - 0.55mm ;活塞裙部与缸壁间隙为0.05 -0.10mnin
9.如权利要求2所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:第一道环的闭口间隙为0.17mm-0.33mm ;第二道环的闭口间隙为0.37mm-0.53mm ;第三道环的闭口间隙为0.12mm-Q.28mm。
10.如权利要求2所述的一种内燃机活塞结构，其特征在于:在第三环岸下方活塞上设置环形集油槽。
【文档编号】F02F3/00GK104153908SQ201410410851
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】周继斌 申请人:周继斌