一种高温工况燃气机用铝活塞制造技术

一种高温工况燃气机用铝活塞，包括活塞本体，活塞本体的顶部设置有燃烧室，活塞本体的上部外壁上依次设有为三道环槽，其特征在于：所述活塞本体内、环槽与燃油室之间设有冷却油腔，活塞本体顶部和燃烧室内表面设有热防护涂层，活塞本体的裙部销座处设有铜衬套以及与冷却油腔连通的进油孔和出油孔。本实用新型专利技术结构设计合理，具有冷却效率高、成本低、使用寿命长的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高温工况燃气机用铝活塞


[0001]本技术属于内燃机
，涉及一种高温工况燃气机用铝活塞。

技术介绍

[0002]由于燃气机的热负荷较高，其活塞普遍采用钢顶铝裙、钢顶铁裙或钢制活塞，成本较铝活塞更高，且由于其质量较重，造成活塞组的运动惯量更大，对发动机的机械负荷更高，造成发动机可靠性下降，燃料消耗也更多。
[0003]燃气机工作时的高温环境，使其活塞面临着严峻的耐热冲击和冷却问题。在高温工况下燃气机活塞的燃烧室喉口瞬时温度超过420℃，超过了活塞铝合金的极限使用温度，常规的铝合金活塞顶部会在高温气体的冲击下发生局部熔化，引起活塞变形甚至断裂，造成发动机拉缸或爆缸等严重事故。
[0004]经查，现有专利号为CN201620236235.5的中国专利《一种燃气机活塞》，包括内冷油道和三道环槽，三道环槽从活塞顶部往下依次分布为第一、二、三道环槽，内冷油道设在活塞内，第一道环槽设在与活塞的燃烧室底部平齐的位置，内冷油道为波浪形的圆环结构。该活塞提高了散热效率，减少活塞热应力，但是结构设计还不够理想，在冷却效率方面还需要进一步改进。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结构合理、冷却效率高、使用寿命长的高温工况燃气机用铝活塞。
[0006]本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高温工况燃气机用铝活塞，包括活塞本体，活塞本体的顶部设置有燃烧室，活塞本体的上部外壁上依次设有为三道环槽，其特征在于：所述活塞本体内、环槽与燃油室之间设有冷却油腔，活塞本体顶部和燃烧室内表面设有热防护涂层，活塞本体的裙部销座处设有铜衬套以及与冷却油腔连通的进油孔和出油孔。
[0007]作为改进，所述冷却油腔位于环槽和燃烧室之间的中间位置，冷却油腔的上端不低于环槽中的第一环槽高度，冷却油腔的下端在第二环槽和第三环槽之间，第一环槽的高度高于燃烧室的底部位置，第二环槽的高度与燃烧室底部高度相接近。
[0008]进一步，所述热防护涂层为采用微弧氧化工艺形成的陶瓷氧化膜，或者是采用超音速火焰喷涂工艺形成的Al
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Cu
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Fe准晶层，燃烧室的喉口设有铝基复合材料。
[0009]再进一步，所述铝基复合材料采用氧化铝短纤维增强复合材料、硼酸铝晶须增强复合材料或碳化硼颗粒增强复合材料，在活塞本体的第一环槽处设有氧化铝短纤维增强铝基复合材料。
[0010]进一步，所述活塞本体的下端销座上径向开设有销孔，铜衬套通过镶嵌工艺装配于销孔部位。
[0011]进一步，所述进油孔和出油孔与活塞本体的销孔局部相交，与冷却油腔和铜衬套
相连通。
[0012]最后，所述活塞本体是由铝硅合金材料采用挤压铸造工艺制成。
[0013]与现有技术相比，本技术的优点在于：在活塞顶部和燃烧室部位设置热防护涂层，缓解燃烧产生的高温气体对活塞顶部的热冲击效应，采用铝基复合材料对活塞工作温度最高的燃烧室喉口部位和第一环槽部位进行增强，提高了上述部位的抗高温烧蚀能力，使铝活塞在高温工况下的可靠性得到了提升；在活塞内第一环槽和燃烧室之间设置了冷却油腔，保证冷却油腔有效冷却活塞顶面、燃烧室喉口及第一环槽，同时进油孔和出油孔与冷却油腔和铜衬套连通，机油在冷却循环过程中可带走铜衬套的热量，降低铜衬套周围的温度，进而减少活塞销孔的热负荷，提高活塞寿命。本技术结构设计合理，具有冷却效率高、成本低、使用寿命长的优点。
附图说明
[0014]图1为本技术实施例的结构示意图；
[0015]图2为图1的的结构俯视图。
具体实施方式
[0016]以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。
[0017]如图1、2所示，一种高温工况燃气机用铝活塞，包括活塞本体1，活塞本体1的顶部设置有燃烧室11，活塞本体1的下端设有销座，在活塞本体1的上部外壁上依次设有为三道环槽13、14和15，活塞本体1内、环槽13、14和15与燃油室11之间设有冷却油腔12，活塞本体1顶部和燃烧室11内表面设有热防护涂层3，活塞本体1的销座处设有铜衬套2以及与冷却油腔12连通的进油孔16和出油孔17。
[0018]具体结构为：活塞本体1是由铝硅合金材料采用挤压铸造工艺制成，冷却油腔12位于环槽13、14和15和燃烧室11之间的中间位置，冷却油腔12的上端不低于第一环槽13高度，冷却油腔12的下端在第二环槽14和第三环槽15之间，第一环槽13的高度高于燃烧室11的底部位置，第二环槽14的高度与燃烧室11底部高度相接近。热防护涂层3为采用微弧氧化工艺形成的陶瓷氧化膜，或者是采用超音速火焰喷涂工艺形成的Al
‑
Cu
‑
Fe准晶层，燃烧室11的喉口设有铝基复合材料4。铝基复合材料4采用氧化铝短纤维增强复合材料、硼酸铝晶须增强复合材料或碳化硼颗粒增强复合材料，在活塞本体1的第一环槽13处设有氧化铝短纤维增强铝基复合材料，这样采用铝基复合材料4对活塞工作温度最高的燃烧室喉口部位和第一环槽13部位进行增强，提高了上述部位的抗高温烧蚀能力，使铝活塞在高温工况下的可靠性得到了提升。活塞本体1的下端销座上径向开设有销孔，铜衬套2通过镶嵌工艺装配于销孔部位。进油孔16和出油孔17与活塞本体1的销孔局部相交，与冷却油腔12和铜衬套2相连通，这样机油在冷却循环过程中可带走铜衬套2的热量，降低铜衬套2周围的温度，进而减少活塞销孔的热负荷，提高活塞寿命。
[0019]本实施例采用铝基复合材料4对活塞工作温度最高的燃烧室11喉口部位和第一环槽13部位进行增强，提高了上述部位的抗高温烧蚀能力，同时，通过在活塞顶部和燃烧室11部位生成热防护涂层3，缓解燃烧产生的高温气体对活塞顶部的热冲击效应，使铝活塞在高温工况下的可靠性得到了提升；在活塞顶部第一环槽13和燃烧室11之间设置了冷却油腔
12，保证冷却油腔12有效冷却活塞顶面、燃烧室11喉口及第一环槽13，同时进油孔16和出油孔17与冷却油腔12和铜衬套2连通，机油在冷却循环过程中可带走铜衬套2的热量，降低铜衬套2周围的温度，进而减少活塞销孔的热负荷，提高活塞寿命。
[0020]以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温工况燃气机用铝活塞，包括活塞本体，活塞本体的顶部设置有燃烧室，活塞本体的上部外壁上依次设有为三道环槽，其特征在于：所述活塞本体内、环槽与燃油室之间设有冷却油腔，活塞本体顶部和燃烧室内表面设有热防护涂层，活塞本体的裙部销座处设有铜衬套以及与冷却油腔连通的进油孔和出油孔。2.根据权利要求1所述的高温工况燃气机用铝活塞，其特征在于：所述冷却油腔径向位于环槽和燃烧室之间的中间位置，冷却油腔的上端不低于环槽中的第一环槽高度，冷却油腔的下端在第二环槽和第三环槽之间，第一环槽的高度高于燃烧室的底部位置，第二环槽的高度与燃烧室底部高度接近。3.根据权利要求1所述的高温工况燃气机用铝活塞，其特征在于：所述热防护涂层为采用微弧氧化工艺形成的陶瓷氧化膜或采用超音速火焰喷涂工艺形成的Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱鸿磊，洪晓露，徐英，彭银江，刘永强，张将，周沛瑜，刘瑞英，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：新型
国别省市：