CN102797584A - 用于气体发动机的节能型活塞 - Google Patents

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Abstract

用于气体发动机的节能型活塞，解决现有技术中活塞重量较大的技术难题，采用的技术方案是，包括活塞顶面、活塞燃烧室、活塞头部、活塞环槽、活塞裙部、在活塞内腔中设置的楔形销座、带有卡环槽的活塞销孔，以及活塞销，关键是：所述的活塞的高度与外径的比例为（1~1.035）：1，所述的活塞销包括活塞销外圆、活塞销内孔、活塞销内孔中设置的锥面，活塞销的长度与活塞销外圆的直径比例为（1.96~2.05）：1本发明的活塞与活塞销，特别用于工作汽缸直径为114mm，汽缸数为6缸，排量为8L、9L的T6114ZLQ型气体发动机，其重量轻、结构合理、无效摩擦功损失小，实现了提高动力，降低燃油、机油消耗、节约能源、减少污染与排放的目的。

Description

用于气体发动机的节能型活塞
技术领域
    本发明属于机械设计技术领域，涉及一种高速中重型气体发动机配装零件，具体的说是一种用于T6114ZLQ型气体发动机的节能型活塞，特别适用于工作汽缸直径为114mm，汽缸数为6缸，排量为8L、9L的T6114ZLQ型气体发动机。
背景技术
气体发动机具有主要用于汽车、船舶、工程机械、运输机械、发电机组等机械设备，活塞和活塞销均是发动机中最为关键的零部件之一，是发动机中的“心脏”，它将燃气燃烧产生的爆发压力通过曲柄连杆传递给曲轴而做功，形成动力。
气体发动机尤其CNG发动机优越的排放性、经济性和较为适当的动力，引导其应用越来越广泛，尤其在城市公交上。然而目前气体发动机厂家的活塞的设计往往在柴油机活塞的基础上进行燃烧室等加工尺寸的改动，结构上变动不大；活塞销基本上是借鉴的柴油机设计。而气体发动机与柴油机的工况条件相比，爆发压力、负载等指标差距较大，从价值工程角度看，这些运动件的结构设计存在着功能性过于富余，而这些多余的重量往往造成气体发动机无效功率的比例过大，从而造成动力性、燃气、机油消耗指标存在着较大的优化设计空间，以达到气体发动机具有良好的动力性、经济性和排放性。
活塞的结构比较复杂，活塞从结构上由头部、顶面、燃烧室、裙部组成，活塞头部有活塞环槽，活塞裙部有连接和支撑活塞销用的活塞销座和销孔。
现有技术中公开的T6114ZLQ型气体发动机活塞的结构参数总高为120mm，活塞收缩窗的基本形状为Φ112mm的圆弧，在销孔中心线的位置，活塞内腔楔形销座的间距一般为43.5-45.5 mm。这种结构的活塞高度较高，销孔壁厚，重量自然就会较大，导致工作运动往复惯性力很大，摩擦损失功较多，有效功率降低，燃气消耗和机油消耗高，动力性、经济性和节能环保性能都存在差距与不足。而由于活塞的结构较小，要想既减轻活塞的重量，还要保证机械强度，所有的结构尺寸还要非常匹配，这对于本领域技术人员来说是非常难克服的，哪怕只有1mm的变动，都要考虑到所有结构的改变。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中活塞重量较大的技术难题，设计了一种新式的活塞，从各个结构中采取轻量化设计，同时还要保证各个尺寸的匹配，最终达到减轻重量的目的。
本发明采用的技术方案是，用于气体发动机的节能型活塞，包括活塞顶面、活塞燃烧室、活塞头部、活塞环槽、活塞裙部、在活塞内腔中设置的楔形销座、带有卡环槽的活塞销孔，以及活塞销，关键是：所述的活塞的高度与外径的比例为（1~1.035）：1，所述的活塞销包括活塞销外圆、活塞销内孔、活塞销内孔中设置的锥面，活塞销的长度与活塞销外圆的直径比例为（1.96~2.05）：1。
所述的楔形销座在活塞内腔内对称设置，在活塞销孔中心线位置楔形销座的间距为43-49mm。
所述的卡环槽在活塞销孔中对称设置，间距为88-91mm。
所述的在活塞环槽的外表面上还设置有一层保护膜，保护膜的厚度为0.01-0.04mm。
所述的保护膜是经镶铸工艺加工而成的耐磨镶圈，或是经等离子氧化技术沉积的陶瓷膜层。
所述的活塞还设置有收缩窗，收缩窗的形状为向内凹陷的轮毂状。
在活塞顶面、活塞燃烧室和活塞头部的表面均设置有一层陶瓷保护层。
所述的活塞的高度为114-118mm，活塞的直径为113.87±0.007mm。
所述的活塞销长度为88-91mm，活塞销外圆的直径为43-45mm，活塞销内孔的直径为22-28mm，活塞销两端的端面处的壁厚为3-5mm。 
所述的锥面的倾斜角度为13-50°。
本发明的关键是对活塞中各个结构的尺寸改进，将活塞的整体高度设计为114-118mm，同时将在活塞销孔中心线位置楔形销座的间距为43-49mm，这样既可以保证降低高度，同时考虑到活塞整体的刚性与承载能力，而且还增加了向内凹陷的轮毂状收缩窗，减去了对活塞功能和性能不起作用的多余壁厚的重量。保持了机械强度和工作的可靠性，又有效地降低了本体重量。柴油机的往复运动惯性力降低15-40%，大大降低了主机工作时的惯性力的冲击和有效功率的损失，提高了有效功率。
本发明的活塞与活塞销，特别用于工作汽缸直径为114mm，汽缸数为6缸，排量为8L、9L的T6114ZLQ型气体发动机，其重量轻、结构合理、无效摩擦功损失小，实现了提高动力，降低燃油、机油消耗、节约能源、减少污染与排放的目的。该活塞活塞销组件的综合性能表现为：发动机的有效功率提高了7-15kW，燃气消耗降低了12～18%，机油消耗降低了10～13%；降低了污染物质的排放和工作噪声，达到了节约石油能源、保护大气环境的目的。
使用本发明的气体发动机，具有功率大、燃油消耗和机油消耗低，功率损失、摩擦功损失低、节能环保，噪音低、工作安全可靠等特点。
附图说明
图1是本发明的活塞局部剖面图。
图2是保护层的另一个实施例。
图3是图1的左向视图。
图4是本发明的活塞销结构示意图。
附图中，1代表活塞顶面，2代表活塞燃烧室，3代表活塞头部，4代表活塞环槽，4-1代表耐磨镶圈，4-2代表陶瓷膜层，5代表活塞裙部，6代表收缩窗，7代表活塞内腔，8代表楔形销座，9代表活塞销孔，10代表卡环槽，11代表活塞销外圆，12代表活塞销内孔，13代表活塞销内孔中的锥面，14代表活塞销的端面。
具体实施方式
用于气体发动机的节能型活塞，包括活塞顶面1、活塞燃烧室2、活塞头部3、活塞环槽4、活塞裙部5、在活塞内腔7中设置的楔形销座8、带有卡环槽10的活塞销孔9，以及活塞销，关键是：所述的活塞的高度与外径的比例为（1~1.035）：1，所述的活塞销包括活塞销外圆11、活塞销内孔12、活塞销内孔12中设置的锥面13，活塞销的长度与活塞销外圆11的直径比例为（1.96~2.05）：1。
所述的楔形销座8在活塞内腔7内对称设置，在活塞销孔9中心线位置楔形销座8的间距为43-49mm。
所述的卡环槽10在活塞销孔9中对称设置，间距为88-91mm。
所述的在活塞环槽4的外表面上还设置有一层保护膜，保护膜的厚度为0.01-0.04mm。
所述的保护膜是经镶铸工艺加工而成的耐磨镶圈4-1，或是经等离子氧化技术沉积的陶瓷膜层4-2。
所述的活塞还设置有收缩窗6，收缩窗6的形状为向内凹陷的轮毂状。
在活塞顶面1、活塞燃烧室2和活塞头部3的表面均设置有一层陶瓷保护层。
所述的活塞的高度为114-118mm，活塞的直径为113.87±0.007mm。
所述的活塞销长度为88-91mm，活塞销外圆11的直径为43-45mm，活塞销内孔12的直径为22-28mm，活塞销两端的端面14处的壁厚为3-5mm。 
所述的锥面13的倾斜角度为13-50°。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
用于T6114ZLQ型气体发动机的节能型活塞，如图1～3所示，包括活塞顶面1、活塞燃烧室2、活塞头部3、第一道活塞环槽4、活塞裙部5、收缩窗6、活塞内部设置中空的腔体7、楔形销座8、活塞销孔9、卡环槽10。所述活塞总高为 116mm，在活塞销孔9中心线的位置活塞内腔楔形销座间距48.6mm。
实施例1：所述活塞由上到下依次设置三道活塞环槽，所述活塞的最上端的活塞环槽4为镶铸的耐磨镶圈4-1加工而成。所述活塞的收缩窗6，该收缩窗为向内凹陷的轮毂状，其形状如图1、图3。所述活塞的卡环槽10内间距为91 mm，与活塞销总长对应设置。
实施例2：本实施例与实施例1的区别在于：所述活塞的最上端的活塞环槽4基体材质与活塞整体一致，均为铸造铝合金，在活塞环槽4加工完成后，局部增加一层经微等离子氧化的陶瓷膜层4-2。该陶瓷膜层4-2厚度为0.010-0.040mm。如图2示意。
实施例3：本实施例与实施例2的区别在于：所述活塞环槽部位的陶瓷膜层4-2扩展到活塞顶面1、活塞燃烧室2、活塞头部3的表面。
实施例4：用于T6114ZLQ型气体发动机的节能型活塞销，如图4所示，包括活塞销外圆11、活塞销内孔12、活塞销内孔12两端的锥面13、活塞销两端的端面14。所述活塞销外圆直径为45mm。所述活塞销总长为91mm，活塞销内孔12中段直径为27mm，长度为60mm。所述活塞销端面14处活塞销壁厚为5mm，即活塞销内孔锥面最大直径为35mm。

Claims (10)

1.用于气体发动机的节能型活塞，包括活塞顶面（1）、活塞燃烧室（2）、活塞头部（3）、活塞环槽（4）、活塞裙部（5）、在活塞内腔（7）中设置的楔形销座（8）、带有卡环槽（10）的活塞销孔（9），以及活塞销，其特征在于：所述的活塞的高度与外径的比例为（1~1.035）：1，所述的活塞销包括活塞销外圆（11）、活塞销内孔（12）、活塞销内孔（12）中设置的锥面（13），活塞销的长度与活塞销外圆（11）的直径比例为（1.96~2.05）：1。
2.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的楔形销座（8）在活塞内腔（7）内对称设置，在活塞销孔（9）中心线位置楔形销座（8）的间距为43-49mm。
3.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的卡环槽（10）在活塞销孔（9）中对称设置，间距为88-91mm。
4.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的在活塞环槽（4）的外表面上还设置有一层保护膜，保护膜的厚度为0.01-0.04mm。
5.根据权利要求4所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的保护膜是经镶铸工艺加工而成的耐磨镶圈（4-1），或是经等离子氧化技术沉积的陶瓷膜层（4-2）。
6.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的活塞还设置有收缩窗（6），收缩窗（6）的形状为向内凹陷的轮毂状。
7.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：在活塞顶面（1）、活塞燃烧室（2）和活塞头部（3）的表面均设置有一层陶瓷保护层。
8.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的活塞的高度为114-118mm，活塞的直径为113.87±0.007mm。
9.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的活塞销长度为88-91mm，活塞销外圆（11）的直径为43-45mm，活塞销内孔（12）的直径为22-28mm，活塞销两端的端面（14）处的壁厚为3-5mm。
10.根据权利要求1所述的用于气体发动机的节能型活塞，其特征在于：所述的锥面（13）的倾斜角度为13-50°。
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