阅读说明：本技术 一种汽油机钢活塞及其制造方法 (Steel piston of gasoline engine and manufacturing method thereof ) 是由 林风华 石小明 刘世英 吴义民 马学军 曹国帅 郭伟 田维亮 李猛猛 张俊青 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了汽油机钢活塞,包括钢活塞本体,钢活塞本体的上部内嵌有头部冷却腔、在靠近活塞销孔部位设有销孔冷却腔,头部冷却腔与销孔冷却腔连通,通过头部冷却腔来冷却活塞头部,通过销孔冷却腔来冷却销孔部位；钢活塞本体在发动机机体喷油嘴安装位置相对应处设有进油孔、在进油孔相对侧、活塞中心线位置处设有出油孔,进油孔与出油孔均与头部冷却腔连通,机油泵的喷油嘴通过管道连通,机油泵与发动机动力输出端连接,机油通过进油孔进入冷却油腔和销孔冷却腔,在头部冷却腔和销孔冷却腔吸收热量后的高温油从出油孔流出。本发明能够满足汽油机高爆压、高功率密度、高可靠性和耐久性的使用要求,解决了铸造铝硅合金高温疲劳强度不足的问题。(The invention discloses a steel piston of a gasoline engine, which comprises a steel piston body, wherein a head cooling cavity is embedded in the upper part of the steel piston body, a pin hole cooling cavity is arranged at the position close to a pin hole of the piston, the head cooling cavity is communicated with the pin hole cooling cavity, the head of the piston is cooled through the head cooling cavity, and the pin hole position is cooled through the pin hole cooling cavity; the engine oil pump is connected with the power output end of the engine, the engine oil enters the cooling oil cavity and the pin hole cooling cavity through the oil inlet hole, and high-temperature oil after absorbing heat in the head cooling cavity and the pin hole cooling cavity flows out of the oil outlet hole. The invention can meet the use requirements of high detonation pressure, high power density, high reliability and durability of the gasoline engine, and solves the problem of insufficient high-temperature fatigue strength of cast aluminum-silicon alloy.)

一种汽油机钢活塞及其制造方法

技术领域

本发明涉及内燃机活塞制造技术领域，具体涉及一种汽油机钢活塞及其制造方法。

背景技术

现有技术中使用铸造成型的铝硅合金活塞，活塞本体材料为铝硅合金，本体材料强度受到一定限制，尤其是在温度达到300℃后，其材料本身疲劳强度快速下降，且活塞内部冷却能力不足，导致活塞头部及销孔部位温度偏高，发动机负荷过高后会导致头部开裂和销孔咬合、开裂。同时传统的汽油机活塞为铸造成型，伴随着排放升级和发动机转型升级，汽油机最高爆发压力和功率密度持续提高，活塞负荷持续增加，发动机负荷提高后，活塞温度会相应增加，而材料疲劳性能下降后，传统的铝硅合金活塞已无法满足发动机的可靠性和耐久性要求。

另外，现有技术中为了增加发动机的可靠性和耐久性，现有技术中采取增加外部措施对活塞进行强制冷却的方法，以降低活塞表面温度。现有的活塞冷却方式有两种，一种是内部铸造出冷却油腔，一种是直接对活塞进行喷油冷却，但由于受到冷却油腔的大小、形状和位置以及成型方式的限制，传统的冷却方式只能冷却活塞头部，对于销孔部位的冷却没有进行考虑，随着发动机负荷的增加，冷却能力无法满足要求，同时伴随着机械负荷和热负荷的增加，活塞销孔部位经常出现贫油或者无油的状态，导致销孔拉毛，卡死，以上这些都导致活塞难以满足发动机的可靠性和耐久性要求。迫切需要设计一种新的活塞结构，以满足汽油机上述要求。

发明内容

本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺点，提供了一种新的汽油机钢活塞及其制造方法，本发明能够满足汽油机高爆压、高功率密度、高可靠性和耐久性的使用要求，解决了铸造铝硅合金高温疲劳强度不足的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种汽油机钢活塞，包括钢活塞本体，所述钢活塞本体的上部内嵌有头部冷却腔、在靠近活塞销孔部位设有销孔冷却腔，头部冷却腔与销孔冷却腔连通，通过头部冷却腔来冷却活塞头部，通过销孔冷却腔来冷却销孔部位；所述钢活塞本体在发动机机体喷油嘴安装位置相对应处设有进油孔、在进油孔相对侧、活塞中心线位置处设有出油孔，进油孔与出油孔均与头部冷却腔连通，机油泵的喷油嘴通过管道连通，机油泵与发动机动力输出端连接，机油通过进油孔进入冷却油腔和销孔冷却腔，在头部冷却腔和销孔冷却腔吸收热量后的高温油从出油孔流出。

所述钢活塞本体在靠近销孔内侧位置还设有润滑油补给孔，润滑油补给孔与出油孔位置配合，从出油孔流出的部分高温油经过润滑油补给孔流出。

所述润滑油补给孔包括润滑油补给孔I、润滑油补给孔II、润滑油补给孔III，润滑油补给孔I、润滑油补给孔III分别位于润滑油补给孔II的轴向两侧，润滑油补给孔I、润滑油补给孔II、润滑油补给孔III设于一侧销孔I与另一侧的销孔II轴向中间的位置，其中润滑油补给孔I与销孔I配合，润滑油补给孔III与销孔II配合，润滑油补给孔II与连杆小头孔配合，润滑油由润滑油补给孔流入销孔，由润滑油补给孔流入另一端销孔，由润滑油补给孔流入连杆小头孔，经过润滑油补给孔流出的润滑油流入连杆小头孔和销孔，分别对销孔和连杆小头孔进行润滑油补偿。

所述活塞销孔部位布置有若干销孔润滑孔，所述销孔润滑孔分别与头部冷却腔或者销孔冷却腔连通，机油从头部冷却腔或者销孔冷却腔经销孔润滑孔进入销孔，对销孔润滑油进行补给。

所述销孔润滑孔包括销孔润滑孔I、销孔润滑孔II、销孔润滑孔III、销孔润滑孔IV、销孔润滑孔V、销孔润滑孔VI，其中销孔润滑孔I、销孔润滑孔II、销孔润滑孔III分别与销孔润滑孔VI、销孔润滑孔V、销孔润滑孔IV以销孔的轴向垂直平面为对称面对称布置。

所述钢活塞本体包括活塞芯部、活塞环部，活塞环部上端面设有轴向凸起，轴向凸起的外圆柱面与活塞芯部的轴向内孔密封配合形成垂直配合面，活塞芯部的下端面与活塞环部上端面密封配合形成水平配合面，在活塞芯部设有头部冷却腔的一部分，在活塞环部上设有头部冷却腔的另一部分和销孔冷却腔，活塞芯部与活塞环部通过垂直配合面a、水平配合面b密封连接成型。

所述配合面、配合面通过激光焊接、电子束焊接连接。

一种汽油机钢活塞的制造方法，包括以下步骤：

a)首先锻造出活塞芯部毛坯和活塞环部毛坯；

b)根据成型形状分别加工出活塞芯部冷却腔和活塞环部冷却腔；

c)利用钻床加工出活塞销孔冷却腔；

d)随后加工出销孔半成品和润滑油补给孔；

e)加工出润滑油补给孔；

f)将垂直配合面和水平配合面通过焊接方式将活塞芯部和活塞环部连接成为一个整体，活塞芯部冷却腔与活塞环部冷却腔合成头部冷却腔；

g)利用镗床加工出活塞销孔，随后根据活塞结构尺寸先后加工出燃烧室、环槽、进油孔、出油孔，最后组成完整的活塞。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用锻造成型方式，选用高强度结构钢代替铝硅合金，活塞本体强度比传统活塞提高4倍以上，解决铸造铝硅合金高温疲劳强度不足的问题。

2.本发明结构在活塞内部以及销孔两侧布置有冷却空腔，冷却空腔的体积是传统铸造成型方式冷却油腔的5倍以上；借助进出油孔，让低温冷却油从进油孔进入，然后吸收热量的高温油及时从出油孔流出，布置的冷却油腔既能冷却活塞头部，又能冷却活塞销孔。解决了活塞冷却能力不足的问题。

3.本发明结构布置有两处销孔润滑油补给孔，其中一处在冷却油腔与活塞内腔之间，该处布置有三组润滑油补给孔，机油从润滑油补给孔流出后，通过飞溅润滑流入活塞连杆小头孔及活塞销孔内侧中，对连杆小头孔和销孔进行润滑，解决销孔咬合问题。另外一处在冷却油腔和销孔之间，每一端销孔均布置有六个润滑油补给孔，机油从冷却油腔经由润滑油补给孔流入销孔上侧，对销孔润滑进行补给，解决销孔贫油问题，从而解决销孔润滑能力不足的问题。

4.本发明工作时，活塞本体强度得到提高，加强了活塞内部的冷却，活塞头部以及销孔部位的温度得到有效控制，销孔部位的润滑油能够得到及时补偿，可满足高负荷汽油机活塞高可靠性的要求。

附图说明

图1是本发明活塞结构示意图；

图2是图1的F-F剖视图，示意出了头部冷却腔和销孔冷却腔的结构和连接关系；

图3是图1的N-N剖视图，示意出了销孔润滑孔的结构和连接关系；

图4是图3的P-P剖视图，示意出了活塞销孔、进油孔、出油孔、润滑油补给孔的结构和位置关系；

图5为图1的K-K剖视图，示意出了头部冷却腔、润滑油补给孔、连杆小头孔的位置关系；

图6为活塞芯部、活塞环部的分体结构示意图，示意出了活塞芯部、活塞环部的位置和配合关系。

图中所示：1活塞芯部、2活塞环部、3头部冷却腔、4活塞销孔、5销孔冷却腔、6进油孔、7出油孔、8润滑油补给孔、9连杆小头孔、10销孔润滑孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-6所示，一种汽油机钢活塞，包括钢活塞本体，所述钢活塞本体材质为高强度结构钢，所述钢活塞本体的上部内嵌有头部冷却腔3、在靠近活塞销孔4部位设有销孔冷却腔5，头部冷却腔3与销孔冷却腔5连通，通过头部冷却腔3来冷却活塞头部，通过销孔冷却腔5来冷却销孔部位。

所述钢活塞本体在发动机机体喷油嘴安装位置相对应处设有进油孔6、在进油孔6相对侧、活塞中心线位置处设有出油孔7，见图5，进油孔6与出油孔7均与头部冷却腔3连通，机油泵的喷油嘴通过管道连通，机油泵与发动机动力输出端连接，机油通过进油孔6进入冷却油腔3和销孔冷却腔5，在头部冷却腔3和销孔冷却腔5进行振荡冷却后将吸收热量的高温油从出油孔7和润滑油补给孔8流出。

所述钢活塞本体在靠近销孔内侧位置还设有润滑油补给孔8，润滑油补给孔8与出油孔7位置配合，在头部冷却腔3和销孔冷却腔5进行振荡冷却后将吸收热量的高温油从出油孔7流出后有一部分经过润滑油补给孔8流出。润滑油补给孔8设有多个。见图4，图5，本实施例中，润滑油补给孔包括润滑油补给孔I8-1、润滑油补给孔II8-2、润滑油补给孔III8-3共三个，润滑油补给孔I8-1、润滑油补给孔III 8-3分别位于润滑油补给孔II8-2的轴向两侧，润滑油补给孔I8-1、润滑油补给孔II8-2、润滑油补给孔III8-3设于一侧销孔I4-1与另一侧的销孔II4-2轴向中间的位置，其中润滑油补给孔I8-1与销孔I4-2配合，润滑油补给孔III8-3与销孔II4-1配合，润滑油补给孔II8-2与连杆小头孔9配合。润滑油由润滑油补给孔8-1流入销孔4-2，由润滑油补给孔8-3流入另一端销孔4-1，由润滑油补给孔8-2流入连杆小头孔9，经过润滑油补给孔8流出的润滑油可以流入连杆小头孔和销孔，分别对销孔和连杆小头孔进行润滑油补偿，可防止销孔和连杆小头孔咬合。所述活塞销孔部位布置有若干销孔润滑孔10，见图3，所述销孔润滑孔10分别与头部冷却腔3或者销孔冷却腔5连通。机油从头部冷却腔3或者销孔冷却腔5经销孔润滑孔10进入销孔，对销孔润滑油进行补给。本实施例中，每个销孔润滑孔10设有六处，分别为销孔润滑孔I10-1、销孔润滑孔II10-2、销孔润滑孔III10-3、销孔润滑孔IV10-4、销孔润滑孔V10-5、销孔润滑孔VI10-6，其中销孔润滑孔I10-1、销孔润滑孔II10-2、销孔润滑孔III10-3分别与销孔润滑孔VI10-6、销孔润滑孔V10-5、销孔润滑孔IV10-4以销孔的轴向垂直平面为对称面对称布置。

所述钢活塞本体包括活塞芯部1、活塞环部2，见图5，图6，活塞环部2上端面21设有轴向凸起22，轴向凸起22的外圆柱面与活塞芯部1的轴向内孔11密封配合形成垂直配合面a，活塞芯部1的下端面12与活塞环部2上端面21密封配合形成水平配合面b，在活塞芯部1设有头部冷却腔3的一部分，在活塞环部2上设有头部冷却腔3的另一部分和销孔冷却腔5，活塞芯部1与活塞环部2通过垂直配合面a、水平配合面b密封连接成型。

所述配合面a、配合面b通过激光焊接、电子束焊接等方式连接。

一种汽油机钢活塞的制造方法，包括以下步骤：

a)首先锻造出活塞芯部毛坯和活塞环部毛坯；

b)根据成型形状分别加工出活塞芯部冷却腔和活塞环部冷却腔；

c)利用钻床加工出活塞销孔冷却腔5；

d)随后加工出销孔半成品和润滑油补给孔10；

e)加工出润滑油补给孔8；

f)将垂直配合面a和水平配合面b通过焊接方式将活塞芯部和活塞环部连接成为一个整体，活塞芯部冷却腔与活塞环部冷却腔合成头部冷却腔3；

g)利用镗床粗、精加工出活塞销孔4，随后根据活塞结构尺寸先后加工出燃烧室、环槽、进油孔、出油孔，最后组成完整的活塞。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。