新型活塞結構的制作方法

本實用新型屬于內燃機技術領域，具體地說，特別涉及一種新型活塞結構。

背景技術：

活塞是發動機的關鍵部件之一，它的主要作用是承受氣缸中的氣體壓力，并將此壓力通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸旋轉。活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室，因此活塞形狀設計與燃燒室形狀和壓縮比有著直接的關系，其直接影響燃燒室內渦流、滾流和燃燒的形成和強度。

現有的小排量汽油機，大都采用平頂活塞，制造工藝簡單，但存在吸熱面積小、壓縮比偏小、缸內無法形成較強流場運動等缺點，延長了燃燒時間、降低了燃燒的定容度，使得發動機的熱效率偏低。良好的燃燒室設計能充分利用壓縮比及改變混合氣滾流比提高發動機燃燒效率，從而改善發動機的性能。

活塞預所承受的氣壓力通過活塞銷和活塞銷座傳給連桿，但活塞銷總的承壓面積有限，所以，活塞銷與銷座之間的表面壓強很高，加之活塞銷與銷座之間的相對速度很低，液體潤滑油膜不易形成，容易造成銷孔的拉傷，活塞與活塞銷工作時彎曲變形互不協調，可能造成銷孔變形甚至銷座開裂，活塞潤滑工藝需要不斷地探索與改進。

內燃機用活塞使用壽命通常是發動機使用壽命的瓶頸，如何設計一款高效率并且持久耐用的內燃機用活塞，進而提高內燃機效率與性能是發動機領域的一大課題。

技術實現要素：

有鑒于現有技術的上述不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種新型活塞結構。

本實用新型技術方案如下：一種新型活塞結構，包括活塞頂部、活塞裙部、活塞銷座和活塞銷孔，其特征在于：所述活塞頂部具有“U”形凸臺，該“U”形凸臺所圍成的區域形成凹坑，凹坑的底面為斜面，凹坑的內側壁為斜錐面，且凹坑的底面與內側壁之間通過圓角過渡，在所述“U”形凸臺開口端的前方設有兩個左右對稱的進氣門避讓坑，“U”形凸臺封閉端的后側設有兩個左右對稱的排氣門避讓坑，在所述“U”形凸臺的外圍設置環形槽，該環形槽與進氣門避讓坑及排氣門避讓坑連通，所述活塞頂部位于環形槽外圍的區域由進氣門避讓坑和排氣門避讓坑分隔成四個平面，分別為第一平面、第二平面、第三平面和第四平面。

采用以上技術方案，活塞頂部設置凹坑，凹坑的底面為斜面，凹坑的內側壁為斜錐面，且凹坑的底面與內側壁之間通過圓角過渡，該設計有利于混合氣在缸內形成強烈擠壓流動，進而加速缸內可燃混合氣的燃燒速度，提高發動機熱效率。“U”形凸臺有效地增加了活塞頂部面積，其吸熱面積也相應增加，能加速活塞的熱量排放，有利于減小活塞單位面積熱負荷，減低了高壓縮比帶來爆震現象。活塞頭部為避讓氣門，避免活塞與氣門相撞，在進排氣側設置有四個氣門避讓坑，四個氣門避讓坑均采用開放式設計，即其直接連通活塞頭部的外沿。由于進氣門直徑較大，所以進氣門避讓坑的直徑也應相應設置大些，從而導致進氣側避讓坑與火力岸外壁之間的厚度變小，在發動機運行過程中，由于壁薄，工作溫度高，工況惡劣，此處會產生活塞材料燒蝕，故氣門避讓坑開放式設計，取消此處活塞材料，避免出現活塞材料燒蝕。

作為優選，所述凹坑底面的傾角為8°-10°，凹坑的深度為2.5mm-7.0mm。

作為優選，所述“U”形凸臺高出氣缸體上表面0.5mm-2.0mm。

活塞上下工作時，由于受到非常大的應力，活塞與活塞銷工作時彎曲變形互不協調，會在活塞銷座孔內上側引起嚴重的邊緣負荷，可能造成銷孔永久變形甚至使銷座裂開，為此，活塞銷孔外側上表面為喇叭口工藝設計，可有效降低銷孔內上側邊緣負荷，避免銷孔變形和銷座出現裂紋。

為了在一定程度上減輕活塞重量，所述活塞銷座的內側為斜切曲面，整個活塞銷座為上大下小的梯形，該設計可充分利用活塞銷座的有效承壓面積，同時降低活塞質量，減小慣性造成的沖力。

活塞位于下止點時，活塞銷座底部與曲軸平衡塊距離最短，因為活塞銷孔底部是由鑄造產生，尺寸公差比較大，而曲軸平衡塊同樣為鑄造生成，尺寸公差也較大，兩個鑄造公差累積，公差會更大，在發動機運行過程中，存在活塞銷座與曲軸平衡塊發生干涉風險。為了對活塞銷座底部采用機器細加工，在活塞銷座底部設置機加工區域，從而有效保證活塞銷座底部尺寸，避免活塞銷座與曲軸平衡塊干涉失效模式的出現。

發動機剛啟動時，潤滑系統還沒有正常工作，活塞與缸孔之間還不能形成有效的潤滑油膜，活塞與缸壁之間很容易出現拉缸問題，為避免該狀況的出現，在所述活塞裙部的外壁上設有石墨涂層。

有益效果：本實用新型通過該結構在有效地避免爆震出現的同時，能達到理想的壓縮比；在不改變進氣系統的情況下提高了滾流比；改變了活塞燃燒室與火花塞間距離，把更多的混合氣引至火花塞附近，實現了火花塞位置最佳混合氣；凹坑增加了氣門與活塞間隙，為改變氣門升程預留空間，使VVT運行范圍更廣；本實用新型能有效提高熱效率和發動機經濟性，避免活塞銷孔的變形和拉傷。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的新型活塞結構頂部的結構圖；

圖2是圖1的豎直方向剖面圖；

圖3是圖1的另一豎直方向剖面圖；

圖4是本實用新型提供的新型活塞結構的仰視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，新型活塞結構包括活塞頂部、活塞裙部12、活塞銷座9和活塞銷孔11，在活塞裙部12的外壁上設有石墨涂層。活塞頂部具有“U”形凸臺5，該“U”形凸臺5高出氣缸體上表面0.5mm-2.0mm。“U”形凸臺5所圍成的區域形成凹坑3，凹坑3的底面為斜面，凹坑3底面的傾角為8°-10°。凹坑3的深度從前往后逐漸增大，數值為2.5mm-7.0mm。凹坑3的內側壁為斜錐面，且凹坑3的底面與內側壁之間通過圓角過渡。

如圖1、圖3所示，在“U”形凸臺5開口端的前方設有兩個左右對稱的進氣門避讓坑6，“U”形凸臺5封閉端的后側設有兩個左右對稱的排氣門避讓坑6’，進氣門避讓坑6大于排氣門避讓坑6’。在“U”形凸臺5的外圍設置環形槽13，該環形槽13與進氣門避讓坑6及排氣門避讓坑6’連通，活塞頂部位于環形槽13外圍的區域由進氣門避讓坑6和排氣門避讓坑6’分隔成四個平面，分別為第一平面1、第二平面2、第三平面4和第四平面7，這四個平面在同一高度上，并且這四個平面與環形槽13之間通過圓弧過渡。

如圖2、圖4所示，活塞銷孔11外側上表面為喇叭口8。活塞銷座的內側為斜切曲面，整個活塞銷座為上大下小的梯形，在活塞銷座的底部設置有機加工區域10。

以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。