一种节能延寿的发动机活塞制造技术

本发明专利技术涉及一种发动机活塞，特别是涉及一种基于增润、耐磨、延寿功效的节能延寿的发动机活塞，所述活塞裙部分为主应力承载区和次应力承载区，在活塞裙部外表面等间距均匀布置有相互平行的竖状内凹条纹，所述竖状内凹条纹包括第一竖状内凹条纹和第二竖状内凹条纹，第一竖状内凹条纹位于次应力承载区，其为等宽等深凹槽形结构，第二竖状内凹条纹位于主应力承载区，其为等宽非等深凹槽形结构，第二竖状内凹条纹的深度从活塞裙部上部到下部呈线性递减变化，竖状内凹条纹可以存储润滑油和磨屑，使活塞在缸套内往复运动过程中润滑油可以供给充分，分布均匀，分散摩擦热，提高润滑效果，减小摩擦阻力，防止拉缸和敲缸，延长了活塞和气缸的使用寿命。

Engine piston for energy saving and life prolonging

The invention relates to a piston engine, especially relates to an engine piston, abrasion resistance, energy saving and prolonging moistening effect based on the extension, the piston skirt part main stress bearing area and stress bearing areas are vertical mutually parallel concave stripes on the outer surface of the piston skirt spaced evenly the layout, the vertical concave stripes includes a first vertical concave concave stripes and second vertical stripes, first vertical concave stripes in the secondary stress bearing area, the width of deep groove structure, second vertical concave stripes in the main stress bearing area, the width of non etc. deep groove structure, second vertical concave stripe depth from the upper part to the lower part of the piston skirt decreased linearly, vertical concave stripes can store lubricating oil and debris, the piston in the cylinder lubricating oil during the process of reciprocating motion can be supplied with Uniform distribution, dispersion, friction heat, improve the lubrication effect, reduce friction, prevent scuffing and knocking, prolong the service life of the piston and the cylinder.

【技术实现步骤摘要】
一种节能延寿的发动机活塞
本专利技术涉及一种发动机活塞，特别是涉及一种基于增润、耐磨、延寿功效的节能延寿的发动机活塞，可应用于各种发动机中如汽油机、柴油机。
技术介绍
汽车已经是人们日常生活中必不可少的代步、交通、运输工具。在如今全球节能减排、治霾抗污的大背景下，新能源汽车的研制推广成为首要任务，但其配套设施的不完善以及高昂的价格使其完成普及仍需要一段时间。发动机是汽车的动力源，也是汽车有害废气排放的主源。经多项研究证明发动机燃烧能量中有10％～20％消耗在机械损失，而机械损失中有45％～65％能量消耗在活塞、活塞环与气缸的摩擦副中，故发动机研究重点多在降低活塞摩擦力、提高活塞外表面耐磨性能以及提高活塞抗疲劳功能上，如公开号为“CN100516490C”的中国专利文献，公开了一种内燃机的节油活塞；公开号为“CN104763550A”的中国专利文献，公开了一种节能环保的内燃机活塞；公开号为“CN103410626B”的中国专利文献，公开了一种带有表面织构形态的内燃机活塞。经过对捷达XL-2V汽车发动机活塞的工况解读和有限元分析，发现应力较集中的部位为活塞顶部第三环槽，此处由于回油孔的设计加之其距离高温活塞顶部较近，必然导致应力集中于此，回油孔处的集中应力也较大。其次应力较大的部位为活塞顶部，高温、燃气高压都将导致活塞顶部应力变大，活塞顶部应力分布由中心向四周逐渐减小。活塞裙部应力从上至下逐渐增加，由中间向两边先减小再增加，这是由于裙部上端距离环槽较近应力被分散转移到环槽上，裙部下端虽然温度最低但此处壁厚较薄且无加强筋设计，裙部周向方向应力较大部位距离全活塞应力最大的销孔最近所以承担了更大的负载，现有技术中提及的三种活塞设计虽能在一定程度上解决上述技术问题，但在保证延长活塞疲劳寿命方面和节油方面尚有欠缺，考虑到巨大的发动机使用量，即使将活塞-缸套系统的摩擦损耗降低很小幅度，也可以对减少能源消耗和改善环境产生较大影响。同时将易加工、低成本的节能延寿型发动机活塞作为新能源汽车普及前的过渡产品，前景巨大。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于减小发动机在活塞与缸套做功过程中因摩擦产生的机械能损失，同时延长活塞疲劳寿命，提供一种基于增润、耐磨、延寿功效的节能延寿的发动机活塞。为达到上述技术目的，本专利技术提出了一种节能延寿的发动机活塞，包括活塞顶部和活塞裙部，其特征是：所述活塞裙部分为主应力承载区和次应力承载区，在活塞裙部外表面等间距均匀布置有相互平行的竖状内凹条纹，所述竖状内凹条纹包括第一竖状内凹条纹和第二竖状内凹条纹，其中第一竖状内凹条纹位于次应力承载区，所述第一竖状内凹条纹为等宽等深凹槽形结构，凹槽截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形；其中第二竖状内凹条纹位于主应力承载区，所述第二竖状内凹条纹为等宽凹槽形结构，凹槽截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形，第二竖状内凹条纹的深度从活塞裙部上部到下部呈线性递减变化，线性关系为Y＝-X(H1-H0)/L3，X和Y分别为平面内点的横坐标和纵坐标，H1为活塞顶端端面槽深，H1为活塞裙部厚度的35％～40％，H0为活塞底端端面槽深，活塞底端端面槽深为活塞顶端端面槽深的70％～80％，L3为第二竖状内凹条纹的长度。进一步，相邻两列竖状内凹条纹间距为活塞裙部周长的2％～4％。进一步，所述第一竖状内凹条纹的宽度为活塞裙部周长的0.3％～0.4％；所述第二竖状内凹条纹的宽度为第一竖状内凹条纹宽度的80％。优选的，在任意相邻两列竖状内凹条纹间的活塞裙部上开设有通孔，所述通孔一列纵向排列在两列竖状内凹条纹之间，每列通孔中的相邻通孔的间距为活塞裙部裙长的13％～15％，且排布在次应力承载区内的通孔直径为第一竖状内凹条纹宽度的70％～80％，排布在主应力承载区的通孔直径为第二竖状内凹条纹宽度的70％～80％。优选的，在任意相邻两列竖状内凹条纹间设置有第三竖状内凹条纹，第三竖状内凹条纹与竖状内凹条纹相互平行布置，排布在次应力承载区内的第三竖状内凹条纹宽度为第一竖状内凹条纹宽度的60％～70％，深度为其两侧第一竖状内凹条纹深度的60％～70％；排布在主应力承载区的第三竖状内凹条纹宽度为第二竖状内凹条纹宽度的60％～70％，深度为其两侧第二竖状内凹条纹深度为60％～70％。更进一步，所述第三竖状内凹条纹截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术在活塞裙部外表面等间距均匀布置有相互平行的竖状内凹条纹，竖状内凹条纹为变宽度和变深度设计，活塞裙部上应力较小的部位设计有等宽等深的第一竖状内凹条纹，活塞裙部上应力较大的部位设计有上深下浅的变深度等宽第二竖状内凹条纹。本专利技术通过试验和有限元分析发现加工于高速运动活塞上的竖状内凹条纹内存有低速流动的润滑油，越接近竖状内凹条纹内底端润滑油流速越慢，从而在富油情况下竖状内凹条纹内存储了润滑油，在乏油情况下竖状内凹条纹内存储的润滑油补充供给给摩擦界面，改善了润滑条件。有效的防止了拉缸、爆缸现象的发生，延长了活塞和气缸的使用寿命。本专利技术通过改变活塞裙表面形态的方式，改善活塞裙部与缸套间润滑条件，减小摩擦阻力，卸载活塞裙部集中应力，以达到提高活塞润滑效果，延长活塞和气缸使用寿命的目的。竖状内凹条纹在活塞裙部的设计，使整个活塞实现了轻量化，降低了油耗，起到节能作用。综上所述，本专利技术考虑到活塞裙部在工作状态下受力是不均匀的，在活塞裙部外表面等间距均匀布置有相互平行的竖状内凹条纹，竖状内凹条纹为变宽度和变深度设计，活塞裙部上应力较小的部位设计有等宽等深的第一竖状内凹条纹，活塞裙部上应力较大的部位设计有上深下浅的变深度等宽第二竖状内凹条纹，从而使活塞在运动过程中应力分布更均匀，同时竖状内凹条纹将集中于活塞第三道环槽回油孔处的应力进行卸载，延长了活塞的疲劳寿命。竖状内凹条纹可以存储润滑油和磨屑，使活塞在缸套内往复运动过程中润滑油可以供给充分，分布均匀，分散摩擦热，提高润滑效果，减小摩擦阻力，防止拉缸和敲缸，延长了活塞和气缸的使用寿命。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：图1是本专利技术一种节能延寿的发动机活塞的第一实施例侧视图。图2是图1的俯视方向活塞裙部的剖面图。图3是本专利技术的第二实施例侧视图，竖状内凹条纹间具有通孔。图4是本专利技术的第三实施例侧视图，竖状内凹条纹间具有第三竖状内凹条纹。图5是第一竖状内凹条纹示意图。图6是第二竖状内凹条纹示意图。图7是第一实施例中的裙长和竖状内凹条纹间距示意图。图8是第一实施例的剖视图，显示竖状内凹条纹的深度、宽度及活塞裙部裙厚。图9是第二实施例的剖视图，显示通孔的直径。图10是第三实施例的剖视图，显示第三竖状内凹条纹的深度和宽度。图11是截面呈圆角矩形状态的示意图。图12是截面呈圆角三角形状态的示意图。图13是截面呈圆弧形状态的示意图。图中：1-活塞裙部、2-第一竖状内凹条纹、3-第二竖状内凹条纹、4-通孔、5-第三竖状内凹条纹、L-裙长；S-竖状内凹条纹间距；T-裙厚；H2-第一竖状内凹条纹的深度、W2-第一竖状内凹条纹的宽度、H3-第二竖状内凹条纹的深度、W3-第二竖状内凹条纹的宽度、D-通孔直径、H5-第三竖状内凹条纹的深度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节能延寿的发动机活塞，包括活塞顶部和活塞裙部(1)，其特征是：所述活塞裙部(1)分为主应力承载区和次应力承载区，在活塞裙部(1)外表面等间距均匀布置有相互平行的竖状内凹条纹，所述竖状内凹条纹包括第一竖状内凹条纹(2)和第二竖状内凹条纹(3)，其中第一竖状内凹条纹(2)位于次应力承载区，所述第一竖状内凹条纹(2)为等宽等深凹槽形结构，凹槽截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形；其中第二竖状内凹条纹(3)位于主应力承载区，所述第二竖状内凹条纹(3)为等宽凹槽形结构，凹槽截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形，第二竖状内凹条纹(3)的深度从活塞裙部(1)上部到下部呈线性递减变化，线性关系为Y＝‑X(H1‑H0)/L3，X和Y分别为平面内点的横坐标和纵坐标，H1为活塞顶端端面槽深，H1为活塞裙部(1)厚度的35％～40％，H0为活塞底端端面槽深，活塞底端端面槽深为活塞顶端端面槽深的70％～80％，L3为第二竖状内凹条纹(3)的长度。

【技术特征摘要】
1.一种节能延寿的发动机活塞，包括活塞顶部和活塞裙部(1)，其特征是：所述活塞裙部(1)分为主应力承载区和次应力承载区，在活塞裙部(1)外表面等间距均匀布置有相互平行的竖状内凹条纹，所述竖状内凹条纹包括第一竖状内凹条纹(2)和第二竖状内凹条纹(3)，其中第一竖状内凹条纹(2)位于次应力承载区，所述第一竖状内凹条纹(2)为等宽等深凹槽形结构，凹槽截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形；其中第二竖状内凹条纹(3)位于主应力承载区，所述第二竖状内凹条纹(3)为等宽凹槽形结构，凹槽截面呈圆角矩形、圆角三角形或圆弧形，第二竖状内凹条纹(3)的深度从活塞裙部(1)上部到下部呈线性递减变化，线性关系为Y＝-X(H1-H0)/L3，X和Y分别为平面内点的横坐标和纵坐标，H1为活塞顶端端面槽深，H1为活塞裙部(1)厚度的35％～40％，H0为活塞底端端面槽深，活塞底端端面槽深为活塞顶端端面槽深的70％～80％，L3为第二竖状内凹条纹(3)的长度。2.根据权利要求1所述的一种节能延寿的发动机活塞，其特征是：相邻两列竖状内凹条纹间距为活塞裙部(1)周长的2％～4％。3.根据权利要求1所述的一种节能延寿的发动机活塞，其特征是：所述第一竖状内凹条纹(2)的宽度为活塞裙部(1)周长的0.3％～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，杨利，王大宇，王洪臣，金绍江，王征，刘旦，伊延吉，
申请(专利权)人：长春工程学院，吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22