一種具有兩進(jìn)一出逆向循環(huán)冷卻油腔的活塞及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)活塞技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有兩進(jìn)一出逆向循環(huán)冷卻油腔的活塞及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和排放水平的不斷升級(jí)，中重型發(fā)動(dòng)機(jī)一直在向高功率密度、高爆發(fā)壓力的方向發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度不斷提高?；钊鳛榘l(fā)動(dòng)機(jī)中的核心部件，承受的熱負(fù)荷越來越高。而熱負(fù)荷是導(dǎo)致活塞失效的最主要因素之一。降低活塞工作熱負(fù)荷已成為近年來內(nèi)燃機(jī)行業(yè)研發(fā)人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。原有常規(guī)鋁合金活塞的普通冷卻油腔震蕩循環(huán)結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)垂直向上的冷卻噴油嘴相配合，由于噴油反射嚴(yán)重導(dǎo)致冷卻油進(jìn)油效率低下，內(nèi)冷油腔油量填充不足，致使活塞難以承受更高的熱負(fù)荷，不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、高強(qiáng)化及低排放的要求。也有采用開式進(jìn)油孔單向循環(huán)內(nèi)冷油腔整體鋁活塞與發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜冷卻噴油嘴相配合的結(jié)構(gòu)，這種活塞工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但開式冷卻油腔與傾斜冷卻噴油嘴匹配時(shí)，為保證足夠長(zhǎng)的進(jìn)油時(shí)間和足夠多的進(jìn)油量，就需要將開式進(jìn)油孔的開口設(shè)計(jì)的很長(zhǎng)，進(jìn)油孔開口過長(zhǎng)時(shí)，由于噴入孔內(nèi)的冷卻油發(fā)生折射，也會(huì)影響進(jìn)油效率，開口長(zhǎng)度與噴油折射率兩者相互制約，很難保證冷卻油腔內(nèi)油量的填充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有兩進(jìn)一出逆向循環(huán)冷卻油腔的活塞及其制備方法，這種活塞與傾斜布置的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻噴油嘴相匹配，可大大減少冷卻油的反射和折射，進(jìn)油效率顯著提高，內(nèi)冷油腔油量填充充足，且冷卻油逆向振蕩循環(huán)更有利于活塞頭部熱量的交換與帶走，對(duì)降低活塞熱負(fù)荷作用明顯。整體活塞采用鋁合金鑄造成形，冷卻油腔及進(jìn)出油孔通過特殊形狀的異形鹽芯與活塞模具配合鑄造成形，工藝簡(jiǎn)單，活塞冷卻效果更好，有利于降低活塞的工作溫度，提高活塞使用的可靠性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種具有兩進(jìn)一出逆向循環(huán)冷卻油腔的活塞，包括位于活塞頭部?jī)?nèi)的環(huán)狀冷卻油腔、位于活塞同一側(cè)的第一進(jìn)油孔和第二進(jìn)油孔以及位于第一進(jìn)油孔和第二進(jìn)油孔對(duì)面的出油孔；所述環(huán)狀冷卻油腔位于第一進(jìn)油孔和第二進(jìn)油孔之間的位置上設(shè)置有用于改變冷卻油流向的阻擋物，第一進(jìn)油孔、第二進(jìn)油孔和出油孔均與所述環(huán)狀冷卻油腔相通。
[0006]優(yōu)選的，所述阻擋物為擋油凸臺(tái)。
[0007]優(yōu)選的，所述第一進(jìn)油孔和第二進(jìn)油孔傾斜設(shè)置，均與傾斜設(shè)置的噴油嘴相配合。
[0008]優(yōu)選的，所述噴油嘴的傾斜角度保持不變。
[0009]優(yōu)選的，所述噴油嘴相對(duì)于豎直方向的傾斜角度為5-15°。
[0010]優(yōu)選的，所述活塞一體成型。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述活塞由鋁合金鑄造成型。
[0012]優(yōu)選的，冷卻油自噴油嘴傾斜噴入第一進(jìn)油孔，冷卻油在所述擋油凸臺(tái)的作用下順時(shí)針方向進(jìn)入冷卻油腔，沿順時(shí)針方向在冷卻油腔內(nèi)循環(huán)振蕩；活塞繼續(xù)運(yùn)行，冷卻油噴入第二進(jìn)油孔，并在擋油凸臺(tái)的阻擋下，沿逆時(shí)針方向進(jìn)入冷卻油腔，并按逆時(shí)針方向在冷卻油腔內(nèi)循環(huán)振蕩；順時(shí)針循環(huán)的冷卻油與逆時(shí)針循環(huán)的冷卻油匯合，從出油孔流出，帶走活塞頭部的熱量。
[0013]優(yōu)選的，當(dāng)冷卻油既不能噴入第一進(jìn)油孔，也不能噴入第二進(jìn)油孔時(shí)，冷卻油噴在第一進(jìn)油孔和第二進(jìn)油孔之間的活塞內(nèi)腔頂，帶走活塞內(nèi)腔頂熱量的同時(shí)，對(duì)活塞銷與連桿小頭起到潤(rùn)滑的作用。
[0014]所述具有兩進(jìn)一出逆向循環(huán)冷卻油腔的活塞的制造方法，包括如下步驟:
[0015]1、壓出帶有凹槽的異形鹽芯，并加工成設(shè)定的形狀；
[0016]2、制造活塞模具，在模具的內(nèi)模上加工出用于鑄造第一進(jìn)油孔、第二進(jìn)油孔和出油孔的凸起；
[0017]3、整體活塞毛坯澆鑄；
[0018]4、對(duì)活塞毛坯進(jìn)行銑冒口、沖鹽芯以及熱處理；
[0019]5、對(duì)活塞進(jìn)行粗加工，對(duì)第一進(jìn)油孔、第二進(jìn)油孔和出油孔進(jìn)行擴(kuò)孔；
[0020]6、對(duì)活塞進(jìn)行精加工，得到成品。
[0021]本發(fā)明工作的原理:本發(fā)明的活塞為整體鑄造的鋁合金活塞，頭部?jī)?nèi)帶有一個(gè)整周的環(huán)形異形冷卻油腔，冷卻油腔帶有第一進(jìn)油孔、第二進(jìn)油孔和出油孔，兩個(gè)進(jìn)油孔中間有一個(gè)半通開的擋油凸臺(tái)。此活塞結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體底部安裝的一個(gè)向上傾斜一定角度的冷卻油噴油嘴相匹配，冷卻油噴油嘴噴出的冷卻油與缸孔軸線呈一固定夾角。隨著曲軸轉(zhuǎn)角的變化，活塞在氣缸套內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞運(yùn)行在缸套上半行程一定曲軸轉(zhuǎn)角范圍的時(shí)間段內(nèi)時(shí)，冷卻油傾斜噴入第一進(jìn)油孔，并在中間的擋油凸臺(tái)作用下沿順時(shí)針方向進(jìn)入冷卻油腔，同時(shí)按順時(shí)針方向在油腔內(nèi)循環(huán)振蕩；當(dāng)活塞運(yùn)行在缸套下半行程一定曲軸轉(zhuǎn)角范圍的時(shí)間段內(nèi)時(shí)，冷卻油仍按不變的夾角傾斜噴入第二進(jìn)油孔，并在擋油凸臺(tái)的阻擋下產(chǎn)生折反，沿逆時(shí)針方向進(jìn)入冷卻油腔，并按逆時(shí)針方向在油腔內(nèi)循環(huán)振蕩；上半程噴入的順時(shí)針循環(huán)的冷卻油與下半程進(jìn)入的逆時(shí)針循環(huán)的冷卻油在冷卻油腔內(nèi)匯合，從出油孔流出，帶走活塞頭部的熱量。當(dāng)活塞運(yùn)行至中間位置一定曲軸轉(zhuǎn)角范圍時(shí)間段內(nèi)時(shí)，冷卻油在較短時(shí)間內(nèi)既不能進(jìn)入第一進(jìn)油孔也不能進(jìn)入第二進(jìn)油孔，此時(shí)冷卻油的落點(diǎn)位于兩個(gè)進(jìn)油孔中間的活塞內(nèi)腔頂，此較短時(shí)間段內(nèi)冷卻油可以沖刷活塞內(nèi)腔頂，既可以帶走活塞頂部中間部位的熱量又可以起到潤(rùn)滑活塞銷孔與連桿小頭的作用，提高活塞的可靠性。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]1、本發(fā)明帶有兩個(gè)進(jìn)油孔、一個(gè)出油孔和逆向循環(huán)冷卻油腔的整體鑄造鋁活塞與發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜布置的冷卻噴油嘴相匹配，可以有效增加油腔內(nèi)冷卻油的填充量，明顯降低活塞頭部的工作溫度，防止活塞因熱負(fù)荷過高出現(xiàn)的拉缸、開裂等故障，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性；
[0024]2、本發(fā)明的活塞由于可以顯著降低活塞頭部溫度，從而可以減少燃燒積碳的生成，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能；
[0025]3、本發(fā)明的活塞結(jié)構(gòu)，冷卻油可沖刷內(nèi)腔頂部，對(duì)連桿小頭以及活塞銷孔的潤(rùn)滑有好處，保證連桿和活塞銷的使用可靠性。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為沿圖1的A-A方向的剖視圖；
[0028]圖3為沿圖1的B-B方向的剖視圖，沿活塞進(jìn)油孔的中間位置剖開；
[0029]圖4為噴油嘴結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為冷卻油傾斜噴入第一進(jìn)油孔并沿順時(shí)針方向循環(huán)的工作示意圖；
[0031]圖6為冷卻油傾斜噴入第二進(jìn)油孔并沿逆時(shí)針方向循環(huán)的