一种具有两进一出逆向循环冷却油腔的活塞及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机活塞技术领域，尤其涉及一种具有两进一出逆向循环冷却油腔的活塞及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着内燃机技术的进步和排放水平的不断升级，中重型发动机一直在向高功率密度、高爆发压力的方向发展，发动机工作温度不断提高。活塞作为发动机中的核心部件，承受的热负荷越来越高。而热负荷是导致活塞失效的最主要因素之一。降低活塞工作热负荷已成为近年来内燃机行业研发人员重点关注的问题。原有常规铝合金活塞的普通冷却油腔震荡循环结构与发动机垂直向上的冷却喷油嘴相配合，由于喷油反射严重导致冷却油进油效率低下，内冷油腔油量填充不足，致使活塞难以承受更高的热负荷，不能满足发动机高功率、高强化及低排放的要求。也有采用开式进油孔单向循环内冷油腔整体铝活塞与发动机倾斜冷却喷油嘴相配合的结构，这种活塞工艺相对简单，但开式冷却油腔与倾斜冷却喷油嘴匹配时，为保证足够长的进油时间和足够多的进油量，就需要将开式进油孔的开口设计的很长，进油孔开口过长时，由于喷入孔内的冷却油发生折射，也会影响进油效率，开口长度与喷油折射率两者相互制约，很难保证冷却油腔内油量的填充。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提供一种具有两进一出逆向循环冷却油腔的活塞及其制备方法，这种活塞与倾斜布置的发动机冷却喷油嘴相匹配，可大大减少冷却油的反射和折射，进油效率显著提高，内冷油腔油量填充充足，且冷却油逆向振荡循环更有利于活塞头部热量的交换与带走，对降低活塞热负荷作用明显。整体活塞采用铝合金铸造成形，冷却油腔及进出油孔通过特殊形状的异形盐芯与活塞模具配合铸造成形，工艺简单，活塞冷却效果更好，有利于降低活塞的工作温度，提高活塞使用的可靠性。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种具有两进一出逆向循环冷却油腔的活塞，包括位于活塞头部内的环状冷却油腔、位于活塞同一侧的第一进油孔和第二进油孔以及位于第一进油孔和第二进油孔对面的出油孔；所述环状冷却油腔位于第一进油孔和第二进油孔之间的位置上设置有用于改变冷却油流向的阻挡物，第一进油孔、第二进油孔和出油孔均与所述环状冷却油腔相通。
[0006]优选的，所述阻挡物为挡油凸台。
[0007]优选的，所述第一进油孔和第二进油孔倾斜设置，均与倾斜设置的喷油嘴相配合。
[0008]优选的，所述喷油嘴的倾斜角度保持不变。
[0009]优选的，所述喷油嘴相对于竖直方向的倾斜角度为5-15°。
[0010]优选的，所述活塞一体成型。
[0011 ] 优选的，所述活塞由铝合金铸造成型。
[0012]优选的，冷却油自喷油嘴倾斜喷入第一进油孔，冷却油在所述挡油凸台的作用下顺时针方向进入冷却油腔，沿顺时针方向在冷却油腔内循环振荡；活塞继续运行，冷却油喷入第二进油孔，并在挡油凸台的阻挡下，沿逆时针方向进入冷却油腔，并按逆时针方向在冷却油腔内循环振荡；顺时针循环的冷却油与逆时针循环的冷却油汇合，从出油孔流出，带走活塞头部的热量。
[0013]优选的，当冷却油既不能喷入第一进油孔，也不能喷入第二进油孔时，冷却油喷在第一进油孔和第二进油孔之间的活塞内腔顶，带走活塞内腔顶热量的同时，对活塞销与连杆小头起到润滑的作用。
[0014]所述具有两进一出逆向循环冷却油腔的活塞的制造方法，包括如下步骤:
[0015]1、压出带有凹槽的异形盐芯，并加工成设定的形状；
[0016]2、制造活塞模具，在模具的内模上加工出用于铸造第一进油孔、第二进油孔和出油孔的凸起；
[0017]3、整体活塞毛坯浇铸；
[0018]4、对活塞毛坯进行铣冒口、冲盐芯以及热处理；
[0019]5、对活塞进行粗加工，对第一进油孔、第二进油孔和出油孔进行扩孔；
[0020]6、对活塞进行精加工，得到成品。
[0021]本发明工作的原理:本发明的活塞为整体铸造的铝合金活塞，头部内带有一个整周的环形异形冷却油腔，冷却油腔带有第一进油孔、第二进油孔和出油孔，两个进油孔中间有一个半通开的挡油凸台。此活塞结构与发动机缸体底部安装的一个向上倾斜一定角度的冷却油喷油嘴相匹配，冷却油喷油嘴喷出的冷却油与缸孔轴线呈一固定夹角。随着曲轴转角的变化，活塞在气缸套内上下往复运动，活塞运行在缸套上半行程一定曲轴转角范围的时间段内时，冷却油倾斜喷入第一进油孔，并在中间的挡油凸台作用下沿顺时针方向进入冷却油腔，同时按顺时针方向在油腔内循环振荡；当活塞运行在缸套下半行程一定曲轴转角范围的时间段内时，冷却油仍按不变的夹角倾斜喷入第二进油孔，并在挡油凸台的阻挡下产生折反，沿逆时针方向进入冷却油腔，并按逆时针方向在油腔内循环振荡；上半程喷入的顺时针循环的冷却油与下半程进入的逆时针循环的冷却油在冷却油腔内汇合，从出油孔流出，带走活塞头部的热量。当活塞运行至中间位置一定曲轴转角范围时间段内时，冷却油在较短时间内既不能进入第一进油孔也不能进入第二进油孔，此时冷却油的落点位于两个进油孔中间的活塞内腔顶，此较短时间段内冷却油可以冲刷活塞内腔顶，既可以带走活塞顶部中间部位的热量又可以起到润滑活塞销孔与连杆小头的作用，提高活塞的可靠性。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]1、本发明带有两个进油孔、一个出油孔和逆向循环冷却油腔的整体铸造铝活塞与发动机倾斜布置的冷却喷油嘴相匹配，可以有效增加油腔内冷却油的填充量，明显降低活塞头部的工作温度，防止活塞因热负荷过高出现的拉缸、开裂等故障，保证发动机工作的可靠性；
[0024]2、本发明的活塞由于可以显著降低活塞头部温度，从而可以减少燃烧积碳的生成，优化发动机的排放性能；
[0025]3、本发明的活塞结构，冷却油可冲刷内腔顶部，对连杆小头以及活塞销孔的润滑有好处，保证连杆和活塞销的使用可靠性。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的结构示意图；
[0027]图2为沿图1的A-A方向的剖视图；
[0028]图3为沿图1的B-B方向的剖视图，沿活塞进油孔的中间位置剖开；
[0029]图4为喷油嘴结构示意图；
[0030]图5为冷却油倾斜喷入第一进油孔并沿顺时针方向循环的工作示意图；
[0031]图6为冷却油倾斜喷入第二进油孔并沿逆时针方向循环的