整體式內燃機用鋼活塞、內燃機、交通工具及制造方法與流程

本發明涉及內燃機制造相關技術領域，具體的說，是涉及一種整體式內燃機用鋼活塞、內燃機、交通工具及制造方法。

背景技術：

近年來，發動機正在向著高強化和輕量化的方向不斷發展，發動機體積越來越小，但缸內壓力和溫度卻在不斷升高；這就要求活塞壓縮高要足夠短，同時結構強度要足夠高，能承受更高的機械載荷和熱負荷。這時活塞總體結構的緊湊性布置以及冷卻功能和結構強度的重要性也越發明顯。

目前，柴油機活塞壓縮高與缸徑比已低于50％,但缸內最大爆發壓力卻已經超過了25MPa，鋁合金活塞的整體結構及強度已遠不能滿足如此緊湊的布置和如此高的承載要求，為此制造商開始研制鍛鋼結構活塞來代替鋁活塞。

中國專利ZL200520087667.6公開了一種摩擦焊接式鍛鋼整體活塞，其由鍛造成的活塞環體與活塞本體經加工后通過焊接固定成為活塞本體；在環槽與燃燒室之間的活塞本體形成封閉冷卻油腔，冷卻油腔通過進、出油孔與外部相通；在環槽下方，活塞本體上方加工有環形槽。由于其焊縫位置布置在活塞銷孔上方，所以需要足夠長的活塞壓縮高來進行布置，因此對于活塞總體高度受到一定限制，而且摩擦焊接后容易形成焊縫飛邊，特別是在內冷油腔內形成焊縫飛邊后，勢必影響冷卻油在冷卻油腔內的流動，影響冷卻效果。

中國專利ZL200820021937.7公開了一種帶封閉內冷油腔的激光焊接制鍛鋼整體活塞，它包括活塞本體和活塞環體，通過激光焊接使其成為一體，焊接后兩者間形成內冷卻油腔，冷卻油腔通過至少兩個進出油孔與活塞內腔連通；該專利很好的解決了焊縫飛邊的問題，但是活塞裙部的焊縫的布置使得活塞裙部必須預留有布置焊縫的凹槽，這部分高度勢必增加活塞的整體高度，活塞體積不能進一步降低。

中國專利ZL201020144349.X公開了一種新型激光焊接鍛鋼結構活塞，其包括鍛造成的活塞環體與活塞本體，活塞環體與活塞本體首先通過焊接區和配合區組合在一起，然后使用激光焊于焊接區焊接成型；在環槽與燃燒室之間的活塞本體形成封閉冷卻油腔，冷卻油腔通過進、出油孔與外部相通；該專利也可以很好的解決焊縫飛邊的問題，但也存在預留配合區域，增加活塞總體高度的問題。

中國專利ZL201020144349.X公開了一種整體鍛鋼活塞，主要包括活塞頭部和活塞裙部，活塞頭部和活塞裙部之間形成封閉的冷卻油腔，冷卻油腔通過進、出油孔與外部相通，活塞的環槽全部設在活塞裙部上，所述環槽包括位置在上的兩個氣環槽和位置在下的一個油環槽，銷座設在活塞裙部上，所述銷座上端與活塞頭部的下端通過過盈配合連接在一起；活塞頭部上端外圓部分或全部與活塞裙部火力岸上端內腔形成過盈配合，在活塞頂面有單面焊縫。該活塞的油耗較低，可以減少發動機的有害排放。但是其靠下方的配合區近乎為Z型結構，具有三個配個面，但是在工程應用中，同時實現三個面的過盈配合基本是難以實現的，因此其往往會出現一個或兩個面的非過盈配合，從而達不到設計要求強度，存在嚴重的質量隱患。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供整體式內燃機用鋼活塞。本發明所提供的活塞能夠實現在壓縮高很短、銷孔直徑很大、保證活塞各部位結構強度和焊縫質量的情況下，即保留了完整、剛度良好的活塞裙部，又形成了輕量化的帶有冷卻功能良好的封閉式大容積內冷油腔結構。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種整體式內燃機用鋼活塞，包括第一活塞本體和第二活塞本體，所述第二活塞本體的上部具有活塞環槽及回油孔，下部為活塞裙部，且第二活塞本體具有活塞銷孔，

所述第二活塞本體上部內側與第一活塞本體固定連接；

第二活塞本體上部內側與第一活塞本體之間的空腔為冷卻油腔，第一活塞本體內部為活塞燃燒室；

其中，所述第二活塞本體和第一活塞本體包括位于上部的第一配合區及位于下部的第二配合區；

所述第一配合區包括由所述第一活塞本體頂部向下延伸的焊接柱面及與所述焊接柱面相對應的位于所述第二活塞本體頂部向下延伸的焊接柱面；

兩焊接柱面均延伸到冷卻油腔。

優選的，所述活塞燃燒室的下部具有碗型結構。

優選的，所述第二配合區為傾斜設置。

優選的，所述第二配合區包括所述第一活塞本體下部向下延伸的圓錐配合面及與所述圓錐配合面相對應的位于所述第二活塞本體上部向下延伸的圓錐配合面，兩圓錐配合面均延伸到冷卻油腔。

優選的，所述第一活塞本體和第二活塞本體均為合金鋼材質。

優選的，兩焊接柱面為過盈配合。

優選的，兩圓錐配合面為過盈配合。

在提供上述活塞方案的同時，本發明還提供了一種內燃機，該內燃機具有活塞，其中，所述活塞為上述的整體式內燃機用鋼活塞。

作為另一種方案，本發明還提供了一種交通工具，該交通工具具有內燃機，所述內燃機為上述的內燃機。

與之同時，本發明還提供了一種上述活塞的制造方法，主要包括如下步驟：

A、將第一活塞本體和第二活塞本體過盈配合，并將第一配合區和第二配合區焊接；

B、加工回油孔；活塞環槽、活塞燃燒室和活塞銷孔；

C、進行表面處理，完成活塞加工。

本發明的有益效果是：

(1)可在壓縮高極短、活塞銷孔直徑很大的情況下，在保證活塞各部位結構強度和焊縫質量的情況下，即保留了完整的，剛度良好的活塞裙部，又形成了輕量化的帶有冷卻功能良好的封閉式大容積內冷油腔結構活塞。

(2)依靠下部傾斜結構的單一受力面進行過盈配合并進行焊接，能夠保證裝配達到設計要求且易于制造。

附圖說明

圖1為本發明的外部結構示意圖；

圖2為本發明中第一活塞本體和第二活塞本體的爆炸視圖；

圖3為本發明的半剖視圖；

圖4為本發明的另一個方向的半剖視圖

圖5為本發明中第一活塞本體配合區域的局部放大圖；

圖6為本發明中第二活塞本體配合區域的局部放大圖；

圖中：1.第一活塞本體，2.第二活塞本體，3.回油孔，4.第一配合區，5.第二配合區，6.活塞裙部，7.活塞環槽，8.內冷油腔，9.第一活塞本體碗部中心，10.活塞銷孔，11.活塞燃燒室，12.活塞燃燒室碗部；

1-1.配合面，1-2.配合面，2-1.配合面，2-2.配合面；

PD.銷孔直徑，CH.壓縮高。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。

實施例1：一種整體式內燃機用鋼活塞，其結構如圖1-2所示，包括第一活塞本體1和與第一活塞本體1配合形成內冷油腔8的第二活塞本體2，第二活塞本體2下部為活塞裙部6。第一活塞本體1與第二活塞本體2之間共有兩個配合區域，第一配合區4域位于第一活塞本體1和第二活塞本體2的頂部。

如圖3和圖4所示，另外一個配合區域位于活塞燃燒室碗部12的兩側，該位置稱為第二配合區5。其中第一配合區4包括設置在第一活塞本體1頂部的配合面1-1和設置在第二活塞本體2頂部的配合面2-1所形成的豎向的焊接圓柱面，且該配合圓柱面由活塞頂部向下延伸至活塞內冷油腔8。

第二配合區5包括設置在第一活塞本體碗部中心9的配合面1-2和第二活塞本體碗部中心的配合面2-2所形成的圓錐面配合部，該圓錐配合面由燃燒室碗部內壁面沿著一定角度傾斜延伸至內冷油腔內壁面，其結構可再次參考圖3和圖4所示。

上述所公開的活塞中，第一活塞本體1與第二活塞本體2于第一配合區4與第二配合區5相互配合；

尤其是第二配合區5包括設置在第一活塞本體碗部中心9的配合部和1-2第二活塞本體碗部中心的配合面2-2所形成的圓錐面配合面，該圓錐配合面由燃燒室碗部內壁面沿著一定角度傾斜延伸至內冷油腔8的內壁面。相比于現有技術，在活塞壓縮高CH極短、活塞銷孔直徑PD很大的情況下，既保證了活塞各部位擁有足夠的結構強度，又完整的保留了剛度良好的活塞裙部，形成了輕量化的帶有冷卻功能良好的封閉式大容積內冷油腔結構活塞。

需要說明的是，在本發明實施例中，第一配合區4中第一活塞本體1頂部配合面1-1和第二活塞本體2頂部配合面2-1之間為過盈配合，其過盈值不大于0.1mm；第二配合區5中第一活塞本體碗部中心圓錐配合面1-2和第二活塞本體碗部中心圓錐配合面2-2之間為過盈配合，其過盈量不大于0.1mm。

如圖5和圖6中所示，第一配合區4中第一活塞本體1頂部配合面1-1的高度h1和第二活塞本體2頂部配合面2-1的高度h2相同，且焊合后活塞頂部與內冷油腔內壁所對應的平面盡量平整光滑，其高度h1、h2優選在3-10mm之間。

第二配合區5中第一活塞本體碗部中心圓錐配合面1-2在活塞徑向上的寬度w1和第二活塞本體碗部中心圓錐配合面2-2在活塞徑向上的寬度w2應相同，且焊合后的活塞燃燒室內壁與內冷油腔內壁所對應的平面應盡量光滑平整，其寬度w1、w2優選在3-10mm以下。

依據上述標準進行活塞制造的過程主要包括：

將第一活塞本體1與第二活塞本體2的組裝后，利用焊接技術將第一配合區4中第一活塞本體頂部配合面1-1和第二活塞本體頂部配合面2-1焊合，焊合后配合面1-1和配合面2-1結合致密，無縫隙。

利用焊接技術將第二配合區5中第一活塞本體碗部中心圓錐配合面1-2和第二活塞本體碗部中心圓錐配合面2-2焊合，焊合后配合面2-1和配合面2-2結合致密，無縫隙。

焊合后，第一活塞本體1與第二活塞本體2形成完整的封閉式大容積內冷油腔8，然后在焊合后的活塞上陸續加工出回油孔3、活塞環槽7、活塞燃燒室11和活塞銷孔10。

本發明中所公開的活塞，第一活塞本體1的材料與第二活塞本體2的材料為合金鋼。作為更佳的選擇，所述第一活塞本體1的材料還可選用優于第二活塞本體2的更高強度的合金結構鋼。

由以上實施例中可以看出，本發明中所公開的活塞，在活塞壓縮高極短、活塞銷孔直徑很大的情況下，若燃燒室形狀已定，則該方案可以在活塞頭部空間很小的情況下，在不犧牲活塞各部位結構強度的前提下，即能完整保留了完整的，剛度良好的活塞裙部又形成了輕量化的帶有冷卻功能良好的封閉式大容積內冷油腔結構活塞。

實施例2：一種內燃機，該內燃機具有活塞；其中，所述的活塞為實施例1中所述的活塞。

實施例3：一種交通工具，該交通工具具有內燃機；其中，所述的內燃機為實施例2中所述的內燃機。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現，未予以詳細說明和局部放大呈現的部分，為現有技術，在此不進行贅述。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的范圍。