[发明专利]用于气体发动机的节能型活塞

说明书

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。