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一种低散热组合结构 活塞

阅读：907发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种低散热组合结构活塞专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种低散热组合结构活塞，包括活塞钢顶，隔热垫，独立环座，定位环，铝体，衬套，螺栓，垫片组和锁紧螺母；所述活塞钢顶、隔热垫和铝体通过螺栓依次连接；活塞的第一环座采用独立环座结构，安装至铝体的顶端，通过活塞钢顶和隔热垫压紧；所述活塞钢顶中部的凹型结构与铝体之间形成空气密封隔热腔，所述活塞钢顶凹型结构外延处的外侧设有止口，止口位置处的隔热垫与铝体之间设置所述定位环。本发明有效隔离活塞顶向铝体传热，通过空气隔热、低散热金属垫物理隔热和组合结构接触热阻三种形式进行隔热，使得铝体温度控制在合理范围内，其力学性能不发生大幅退化。，下面是一种低散热组合结构活塞专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低散热组合结构活塞，其特征在于：包括活塞钢顶(1)，隔热垫(2)，独立环座(3)，定位环(4)，铝体(5)，衬套(6)，螺栓(7)，垫片组(8)和锁紧螺母(9)；
所述活塞钢顶(1)、隔热垫(2)和铝体(5)通过螺栓(7)依次连接，所述活塞钢顶(1)与螺栓(7)头部过盈连接后形成一个整体，螺栓(7)头部切削加工至与活塞钢顶(1)燃烧室形状一致；
活塞的第一环座采用独立环座(3)结构，安装至铝体(5)的顶端，通过活塞钢顶(1)和隔热垫(2)压紧；
所述活塞钢顶(1)中部的凹型结构与铝体(5)之间形成空气密封隔热腔，所述活塞钢顶(1)凹型结构外延处的外侧设有止口，止口位置处的隔热垫(2)与铝体(5)之间设置所述定位环(4)，所述止口、定位环(4)、隔热垫(2)与铝体(5)共同组成活塞中心空气密封隔热腔的密封结构；
活塞钢顶(1)靠近外侧的凹槽结构与隔热垫(2)之间共同组成外侧周向空气密封隔热腔；
螺栓(7)的底端位于活塞销座底侧，通过锁紧螺母(9)固定，所述锁紧螺母(9)与铝体(5)之间安装密封垫片组(8)；所述铝体(5)的销孔内安装有衬套(6)，衬套(6)与铝体(5)近活塞底部位置设置有进油孔。
2.根据权利要求1所述的一种低散热组合结构活塞，其特征在于：隔热垫(2)与独立环座(3)配合面外侧设置有平切口。
3.根据权利要求1所述的一种低散热组合结构活塞，其特征在于：活塞钢顶(1)中部止口与定位环(4)和铝体(5)均设置有小间隙。
4.根据权利要求1所述的一种低散热组合结构活塞，其特征在于：所述隔热垫(2)采用低热导率的钛合金制成，表面喷涂0.02-0.05mm的防护层。
5.根据权利要求1所述的一种低散热组合结构活塞，其特征在于：所述螺栓(7)采用变径弹性螺栓。
6.根据权利要求1所述的一种低散热组合结构活塞，其特征在于：所述球密封垫片组(8)分为上垫片(11)和下垫片(12)，上垫片(11)和下垫片(12)之间安装有密封圈(10)，下垫片(12)与锁紧螺母(9)之间的接触面为弧形接触面。

说明书全文

一种低散热组合结构 活塞

技术领域

[0001] 本发明属于发动机活塞技术领域，尤其是涉及一种低散热组合结构活塞。

背景技术

[0002] 目前四冲程柴油机多采用铸铝活塞以实现减小活塞质量，降低活塞往复惯性力的目的，但铸铝活塞所能承受的极限温度较低，约为420度，随着发动机燃烧压力不断升高，活
塞承受的温度不断升高，铸铝活塞已难以承受如此高的温度，极易导致活塞烧蚀。

[0003] 为解决上述问题，一般有三种途径：

[0004] 一是采用钢顶铝裙的组合活塞，活塞顶与铝体之间设置冷却油道，工作过程中通过机油冷却降低活塞顶及铝体的温度，此类结构需要更充足的机油流量来控制第一环槽底
温度在合适范围；

[0005] 二是采用钢顶铝裙隔热结构，该结构在活塞顶与铝体之间增加金属隔热垫，活塞顶采用耐热钢，通过金属隔热垫减小活塞顶向铝体的部分传热，从而降低铝体温度，同时省
去了冷却油道结构，此类结构活塞顶虽可承受较高的温度，但金属隔热垫隔热能力有限且
整体质量较大；

[0006] 三是在整体铝活塞的基础上，在其顶面喷涂隔热涂层，以减小燃烧室到活塞的热传递，降低活塞表面温度，然而隔热涂层在活塞热变形的影响下极易发生开裂、脱落等问
题，其可靠性问题仍难以解决。

发明内容

[0007] 有鉴于此，本发明旨在提出一种低散热组合结构活塞，有效隔离活塞顶向铝体传热。

[0008] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0009] 一种低散热组合结构活塞，包括活塞钢顶，隔热垫，独立环座，定位环，铝体，衬套，螺栓，垫片组和锁紧螺母；

[0010] 所述活塞钢顶、隔热垫和铝体通过螺栓依次连接，所述活塞钢顶与螺栓头部过盈连接后形成一个整体，螺栓头部切削加工至与活塞钢顶燃烧室形状一致；

[0011] 活塞的第一环座采用独立环座结构，安装至铝体的顶端，通过活塞钢顶和隔热垫压紧；

[0012] 所述活塞钢顶中部的凹型结构与铝体之间形成空气密封隔热腔，所述活塞钢顶凹型结构外延处的外侧设有止口，止口位置处的隔热垫与铝体之间设置所述定位环，所述止
口、定位环、隔热垫与铝体共同组成活塞中心空气密封隔热腔的密封结构；

[0013] 活塞钢顶靠近外侧的凹槽结构与隔热垫之间共同组成外侧周向空气密封隔热腔；

[0014] 螺栓的底端位于活塞销座底侧，通过锁紧螺母固定，所述锁紧螺母与铝体之间安装密封垫片组；所述铝体的销孔内安装有衬套，衬套与铝体近活塞底部位置设置有进油孔。

[0015] 进一步的，隔热垫与独立环座配合面外侧设置有平切口。

[0016] 进一步的，活塞钢顶中部止口与定位环和铝体均设置有小间隙。

[0017] 进一步的，所述隔热垫采用低热导率的耐热钢基材，表面喷涂0.3-0.4mm隔热涂层。

[0018] 进一步的，所述螺栓采用变径弹性螺栓。

[0019] 进一步的，所述球密封垫片组分为上垫片和下垫片，上垫片和下垫片之间安装有密封圈，下垫片与锁紧螺母之间的接触面为弧形接触面。

[0020] 相对于现有技术，本发明具有以下优势：

[0021] (1)本发明有效隔离活塞顶向铝体传热，通过空气隔热、低散热金属垫物理隔热和组合结构接触热阻三种形式进行隔热，将铝体温度控制在合理范围内，其力学性能不发生
大幅退化。

[0022] (2)本发明的活塞顶面可承受的温度显著提高，提高热效率，活塞钢顶采用钛合金，表面喷涂0.02-0.05mm防护层，可承受较高的温度，有效避免由于功率提升热负荷增大
导致的活塞顶烧蚀问题，同时减小缸内热损失，还可提高发动机热效率。

[0023] (3)本发明加工简单、质量较轻，该复合隔热活塞不使用冷却油道等复杂结构，降低了设计和加工成本。此外，由于增加了空气隔热腔，直接减轻了活塞顶质量。
附图说明

[0024] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0025] 图1为本发明实施例所述的低散热组合活塞剖视图；

[0026] 图2为图1中I区域的局部放大图；

[0027] 图3为图1中II区域的局部放大图。

[0028] 附图标记说明：

[0029] 活塞钢顶1，隔热垫2，独立环座3，定位环4，铝体5，衬套6，螺栓7，垫片组8，锁紧螺母9，密封圈10，上垫片11，下垫片12。

具体实施方式

[0030] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0031] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0032] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0033] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0034] 本发明的一种低散热组合结构活塞，如图1至3所示，包括活塞钢顶1，隔热垫2，独立环座3，定位环4，铝体5，衬套6，螺栓7，垫片组8和锁紧螺母9；

[0035] 所述活塞钢顶1、隔热垫2和铝体5通过螺栓7依次连接，所述活塞钢顶1与螺栓7头部过盈连接后形成一个整体，螺栓7头部切削加工至与活塞钢顶1燃烧室形状一致；

[0036] 活塞的第一环座采用独立环座3结构，安装至铝体5的顶端，通过活塞钢顶1和隔热垫2压紧，如图2所述，隔热垫2与独立环座3配合面外侧设置有平切口；

[0037] 所述活塞钢顶1中部的凹型结构与铝体5之间形成空气密封隔热腔，所述活塞钢顶1凹型结构外延处的外侧设有止口，止口位置处的隔热垫2与铝体5之间设置所述定位环4，
所述止口、定位环4、隔热垫2与铝体5共同组成活塞中心空气密封隔热腔的密封结构；

[0038] 其中活塞钢顶1中部止口与定位环4和铝体5均设置有小间隙；

[0039] 活塞钢顶1靠近外侧的凹槽结构与隔热垫2之间共同组成外侧周向空气密封隔热腔；

[0040] 所述隔热垫2采用低热导率(热扩散)的耐热钢基材，表面喷涂0.3-0.4mm隔热涂层制成；

[0041] 所述螺栓7采用变径弹性螺栓，螺栓7头部与活塞钢顶1过盈连接，另一端位于活塞销座底侧，通过锁紧螺母9固定，所述锁紧螺母9与铝体5之间安装密封垫片组8；

[0042] 如图3所示，所述球密封垫片组8分为上垫片11和下垫片12，上垫片11和下垫片12之间安装有密封圈10，下垫片12与锁紧螺母9之间的接触面为弧形接触面。

[0043] 所述铝体5的销孔内安装有衬套6，衬套6与铝体5近活塞底部位置设置有进油孔。

[0044] 本发明所述活塞结构匹配及隔热原理如下：

[0045] 活塞钢顶1、隔热垫2，独立环座3，铝体5通过螺栓7连接，采用空气隔热、低散热金属垫物理隔热和组合结构接触热阻三种形式进行隔热，在保证隔热的同时针对组合结构活
塞特点完成高应力位置的结构匹配设计，具体设计原理及目的如下：

[0046] 活塞钢顶1与螺栓7头部过盈连接后形成一个整体，螺栓7头部切削加工至与活塞钢顶1燃烧室形状一致，使得螺栓7头部不影响燃烧室形状，保证缸内燃烧性能；

[0047] 活塞环的第一环座采用独立环座3结构，安装至铝体5顶端，通过活塞钢顶1和隔热垫2压紧，采用独立环座3，可最大程度减小铝体5的高度，隔热垫2与独立环座3配合面外侧
设置有平切口，用于减小由于活塞热变形导致的隔热垫2外侧与独立环座3的接触应力；

[0048] 活塞钢顶1中部止口、定位环4、隔热垫2与铝体5共同组成活塞中心空气密封隔热腔，其中活塞钢顶1中部止口与定位环4和铝体5均设置有小间隙；活塞钢顶1外侧与隔热垫2
共同组成外侧周向空气密封隔热腔。上述设计的目的在于一方面减轻组合活塞的重量，另
一方面形成空气隔热腔，减小从活塞头部向铝体5的传热速率；

[0049] 隔热垫2采用低热导率(热扩散)的耐热钢基材，表面喷涂0.3-0.4mm隔热涂层制成，借助此类金属材料的低散热性能进行物理隔热，此外通过单独设置隔热垫2，在与活塞
钢顶1和铝体5接触面上产生接触热阻，依靠接触热阻实现进一步隔热的目的；

[0050] 连接螺栓7采用变径弹性螺栓，通过变刚度螺栓适应活塞整体热变形保证螺栓7不会发生松弛，进而保证缸内高压燃气不会泄露至活塞内部；

[0051] 螺栓7头部与活塞钢顶1过盈连接，另一端位于活塞销座底侧，通过锁紧螺母9固定，所述螺栓7末端为正方形设计，而所述锁紧螺母9与螺栓7末端正方形配合面为薄壁圆筒
形结构，二者装配完成后通过工装将所述锁紧螺母9薄壁结构压紧至螺栓7末端正方形头
上，实现锁紧；

[0052] 所述锁紧螺母9与铝体5之间安装有密封垫片组8，所述垫片组8的下垫片12与锁紧螺母9的接触面为球形面，通过释放此处自由度约束，可缓解螺栓7受活塞热变形所导致的
弯矩作用。

[0053] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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