轻量化活塞及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种轻量化活塞及发动机。


背景技术：

2.活塞是发动机的重要组成部分，活塞的重量极大地影响着发动机的性能，活塞重量越大，活塞和连杆在高速运转时，活塞产生的往复惯性力以及摩擦力越大，发动机的动力流失越多。现有的发动机活塞，在活塞销孔附近位置采用实心结构，不利于降低活塞质量，因此无法有效降低动力流失，进而不能有效降低发动机油耗。
3.因此，亟需一种轻量化活塞及发动机，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种轻量化活塞及发动机，减轻轻量化活塞的重量，并且避免轻量化活塞温度过高。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.轻量化活塞，包括：
7.活塞头部；
8.活塞裙部，其顶部连接于所述活塞头部的底部，所述活塞裙部上设置有减重孔，所述减重孔连通所述轻量化活塞的内腔与所述轻量化活塞的外部，所述减重孔内设置有导热单元，所述导热单元连接所述减重孔靠近所述活塞头部的孔壁与远离所述活塞头部的孔壁。
9.作为优选，所述减重孔设置有多个，多个所述减重孔沿所述轻量化活塞的周向间隔设置。
10.作为优选，所述活塞裙部设置有活塞销孔，所述活塞销孔的两侧均设置有所述减重孔，所述减重孔延伸方向与所述活塞销孔的轴向平行。
11.作为优选，所述减重孔的孔壁包括第一壁面、第二壁面和第三壁面，所述第一壁面、第二壁面和第三壁面均为平面，所述第一壁面与第二壁面之间、所述第二壁面与所述第三壁面之间以及所述第一壁面与所述第三壁面之间均通过圆弧面连接，所述第一壁面与所述第二壁面垂直设置，所述第三壁面设置于所述第一壁面以及所述第二壁面靠近所述减重孔的一侧。
12.作为优选，所述导热单元包括：
13.连接部；
14.上连接杆，所述第一壁面与所述连接部之间连接有所述上连接杆；
15.下连接杆，所述第二壁面与所述连接部之间以及所述第三壁面与所述连接部之间均连接有所述下连接杆。
16.作为优选，所述上连接杆设置有多个，所述第二壁面与所述连接部之间以及所述第三壁面与所述连接部之间均连接有多个所述下连接杆，相邻两个所述上连接杆之间呈夹
角设置，相邻两个所述下连接杆之间呈夹角设置。
17.作为优选，所述活塞头部设置有沿所述轻量化活塞的周向环绕所述轻量化活塞的环槽。
18.作为优选，多个所述环槽沿所述轻量化活塞的轴向间隔设置。
19.作为优选，所述减重孔内均设置有多个所述导热单元。
20.发动机，包括上述任一项所述的轻量化活塞。
21.本实用新型的有益效果：
22.本实用新型的轻量化活塞包括活塞头部和活塞裙部，活塞裙部顶部连接于活塞头部的底部，活塞裙部上设置有减重孔，减重孔连通轻量化活塞的内腔与轻量化活塞的外部，这里的轻量化活塞的内腔由活塞头部和活塞裙部围设而成，减重孔内设置有导热单元，导热单元连接减重孔靠近活塞头部的孔壁与远离活塞头部的孔壁。通过在活塞裙部上设置减重孔从而减轻轻量化活塞的重量有效降低动力流失，进而有效降低发动机油耗。并且在减重孔内设置有连接减重孔靠近活塞头部的孔壁与远离活塞头部的孔壁的导热单元，从而在轻量化活塞使用过程中，减重孔上方的热量能够有效传导至减重孔下方，避免活塞头部的热量在减重孔的上方积聚而导致活塞头部温度过高。此外，减重孔连通轻量化活塞的内腔与轻量化活塞的外部，能够便于润滑剂在轻量化活塞内腔与外表面之间流动，提高轻量化活塞的润滑效果。
附图说明
23.图1是本实用新型实施例提供的轻量化活塞的结构示意图一；
24.图2是图1中a处的放大图；
25.图3是本实用新型实施例提供的轻量化活塞的结构示意图二；
26.图4是图3中b处的放大图；
27.图5是本实用新型实施例提供的轻量化活塞的俯视图；
28.图6是本实用新型实施例提供的轻量化活塞的导热单元的结构示意图；
29.图7是本实用新型实施例提供的未设置导热单元的轻量化活塞的热力学仿真示意图；
30.图8是本实用新型实施例提供的设置有导热单元的轻量化活塞的热力学仿真示意图。
31.图中：
32.1、活塞头部；11、环槽；
33.2、活塞裙部；
34.21、减重孔；
35.211、第一壁面；212、第二壁面；213、第三壁面；
36.22、活塞销孔；
37.3、导热单元；
38.31、上连接杆；32、下连接杆。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
40.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
43.如图1-6所示，本实施例提供一种轻量化活塞，包括活塞头部1和活塞裙部2。
44.如图1-5所示，活塞裙部2顶部连接于活塞头部1的底部，活塞裙部2上设置有减重孔21，减重孔21连通轻量化活塞的内腔与轻量化活塞的外部，这里的轻量化活塞的内腔由活塞头部1和活塞裙部2围设而成，减重孔21内设置有导热单元3，导热单元3连接减重孔21靠近活塞头部1的孔壁与远离活塞头部1的孔壁。
45.本实施例提供的轻量化活塞，通过在活塞裙部2上设置减重孔21从而减轻轻量化活塞的重量，有效降低动力流失，进而有效降低发动机油耗。并且在减重孔21内设置有连接减重孔21靠近活塞头部1的孔壁与远离活塞头部1的孔壁的导热单元3，从而在轻量化活塞使用过程中，减重孔21上方的热量能够有效传导至减重孔21下方，避免活塞头部1的热量在减重孔21的上方积聚而导致活塞头部1温度过高。此外，减重孔21连通轻量化活塞的内腔与轻量化活塞的外部，能够便于润滑剂在轻量化活塞内腔与外表面之间流动，提高轻量化活塞的润滑效果。
46.可选地，如图4所示，减重孔21内均设置有多个导热单元3，进一步提高对减重孔21处的导热效果。
47.可选地，如图1和图3所示，减重孔21设置有多个，多个减重孔21沿轻量化活塞的周向间隔设置，从而提高对轻量化活塞的减重效果。
48.可选地，如图1和图3所示，活塞裙部2设置有活塞销孔22，活塞销孔22的两侧均设置有减重孔21，减重孔21延伸方向与活塞销孔22的轴向平行。需要说明的是，减重孔21的设置需要避开轻量化活塞内部的散热油道，本实施例中的轻量化活塞活塞销孔22附近无散热油道设置，因此在本实施例中，将减重孔21设置于活塞销孔22的两侧。在其他实施例中，也
可以根据散热油道的具体布置对减重孔21的数量、位置和尺寸进行调整。
49.可选地，如图1-4所示，减重孔21的孔壁包括第一壁面211、第二壁面212和第三壁面213，第一壁面211、第二壁面212和第三壁面213均为平面，第一壁面211与第二壁面212之间、第二壁面212与第三壁面213之间以及第一壁面211与第三壁面213之间均通过圆弧面连接，圆弧面的半径的取值范围为0.5-1.5mm，第一壁面211与第二壁面212垂直设置，第三壁面213设置于第一壁面211以及第二壁面212靠近减重孔21的一侧。具体的，在本实施例中，第一壁面211垂直于轻量化活塞的轴线设置，第二壁面212平行于轻量化活塞的轴向设置。从而在不影响散热油道布置的情况下，尽可能增大减重孔21的尺寸，以减小轻量化活塞的重量。
50.可选地，如图1-4和图6所示，导热单元3包括连接部、上连接杆31和下连接杆32。第一壁面211与连接部之间连接有上连接杆31。第二壁面212与连接部之间以及第三壁面213与连接部之间均连接有下连接杆32。轻量化活塞的减重孔21上方的热量能够经上连接杆31传导至连接部，再经下连接杆32分别传导至减重孔21两侧的第二壁面212和第三壁面213。
51.可选地，如图1-4和图6所示，上连接杆31设置有多个，第二壁面212与连接部之间以及第三壁面213与连接部之间均连接有多个下连接杆32，相邻两个上连接杆31之间呈夹角设置，相邻两个下连接杆32之间呈夹角设置，以提高导热单元3的导热效果。
52.具体地，如图4所示，在本实施例中，导热单元3设置有四个上连接杆31和四个下连接杆32，四个上连接杆31均连接第一壁面211与连接部，四个下连接杆32中的两个连接第二壁面212与连接部，另外两个连接第三壁面213与连接部，从而使导热单元3均匀的向第二壁面212与第三壁面213导热。
53.导热单元3的长、宽和高根据需要设置，以10-30mm为宜。连接部、上连接杆31与下连接杆32的具体形状同样可以根据需要具体设置。
54.具体地，在本实施例中，连接部为球形，上连接杆31与下连接杆32均为圆柱形。连接部的直径取值范围为1-5mm，上连接杆31和下连接杆32的截面半径取值范围为1-3mm。
55.可选地，如图1和图3所示，活塞头部1设置有沿轻量化活塞的周向环绕轻量化活塞的环槽11，环槽11用于安装活塞环。多个环槽11沿轻量化活塞的轴向间隔设置。
56.如图7所示为未设置导热单元3的轻量化活塞的运行过程热力学仿真效果图，图8为设置导热单元3的轻量化活塞的运行过程热力学仿真效果图；
57.从图7和图8可以看出，未设置导热单元3的轻量化活塞运行过程中的最高温度为415.6℃，而设置有导热单元3的轻量化活塞运行过程中的最高温度为345.3℃，热力学仿真结果表明导热单元3的设置对降低轻量化活塞的最高温度具有显著效果。
58.本实施例还提供一种发动机，包括上述的轻量化活塞。
59.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.轻量化活塞，其特征在于，包括：活塞头部(1)；活塞裙部(2)，其顶部连接于所述活塞头部(1)的底部，所述活塞裙部(2)上设置有减重孔(21)，所述减重孔(21)连通所述轻量化活塞的内腔与所述轻量化活塞的外部，所述减重孔(21)内设置有导热单元(3)，所述导热单元(3)连接所述减重孔(21)靠近所述活塞头部(1)的孔壁与远离所述活塞头部(1)的孔壁。2.根据权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述减重孔(21)设置有多个，多个所述减重孔(21)沿所述轻量化活塞的周向间隔设置。3.根据权利要求2所述的轻量化活塞，其特征在于，所述活塞裙部(2)设置有活塞销孔(22)，所述活塞销孔(22)的两侧均设置有所述减重孔(21)，所述减重孔(21)延伸方向与所述活塞销孔(22)的轴向平行。4.根据权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述减重孔(21)的孔壁包括第一壁面(211)、第二壁面(212)和第三壁面(213)，所述第一壁面(211)、第二壁面(212)和第三壁面(213)均为平面，所述第一壁面(211)与第二壁面(212)之间、所述第二壁面(212)与所述第三壁面(213)之间以及所述第一壁面(211)与所述第三壁面(213)之间均通过圆弧面连接，所述第一壁面(211)与所述第二壁面(212)垂直设置，所述第三壁面(213)设置于所述第一壁面(211)以及所述第二壁面(212)靠近所述减重孔(21)的一侧。5.根据权利要求4所述的轻量化活塞，其特征在于，所述导热单元(3)包括：连接部；上连接杆(31)，所述第一壁面(211)与所述连接部之间连接有所述上连接杆(31)；下连接杆(32)，所述第二壁面(212)与所述连接部之间以及所述第三壁面(213)与所述连接部之间均连接有所述下连接杆(32)。6.根据权利要求5所述的轻量化活塞，其特征在于，所述上连接杆(31)设置有多个，所述第二壁面(212)与所述连接部之间以及所述第三壁面(213)与所述连接部之间均连接有多个所述下连接杆(32)，相邻两个所述上连接杆(31)之间呈夹角设置，相邻两个所述下连接杆(32)之间呈夹角设置。7.根据权利要求1所述的轻量化活塞，其特征在于，所述活塞头部(1)设置有沿所述轻量化活塞的周向环绕所述轻量化活塞的环槽(11)。8.根据权利要求7所述的轻量化活塞，其特征在于，多个所述环槽(11)沿所述轻量化活塞的轴向间隔设置。9.根据权利要求1-8任一项所述的轻量化活塞，其特征在于，所述减重孔(21)内均设置有多个所述导热单元(3)。10.发动机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的轻量化活塞。

技术总结
本实用新型属于发动机技术领域，公开了一种轻量化活塞及发动机。轻量化活塞包括活塞头部和活塞裙部，活塞裙部顶部连接于活塞头部的底部，活塞裙部上设置有减重孔，减重孔连通轻量化活塞的内腔与轻量化活塞的外部，这里的轻量化活塞的内腔由活塞头部和活塞裙部围设而成，减重孔内设置有导热单元，导热单元连接减重孔靠近活塞头部的孔壁与远离活塞头部的孔壁。本实用新型的轻量化活塞减重孔内设置有连接减重孔靠近活塞头部的孔壁与远离活塞头部的孔壁的导热单元，从而在轻量化活塞使用过程中，减重孔上方的热量能够有效传导至减重孔下方，避免活塞头部的热量在减重孔的上方积聚而导致活塞头部温度过高。导致活塞头部温度过高。导致活塞头部温度过高。


技术研发人员：陈实现 王丁 高田田 朱桂香
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/5/24