[发明专利]一种基于空腔隔热的钛合金活塞及其设计方法

摘要

本发明涉及一种用钛合金作为活塞材料，利用特殊的空腔结构隔热的活塞及其设计方法，适用于高速高强化柴油机，属于热能与动力工程技术领域。本发明的活塞具体包括活塞上部、活塞下部、活塞内腔、销孔、隔热空腔和冷却油腔。所述隔热空腔位于活塞上部中轴线上，处于燃烧室底面与活塞内腔以及冷却油腔中间，与销座相匹配，以形成传递爆发压力的最优承力结构，隔热空腔通过改变热量的传递路线，阻碍热量的传递，起到隔热的作用，从而大大降低活塞内腔顶面的温度，以解决温度过高导致冷却油结焦、甚至燃烧而无法采用喷油冷却的难题。基于本结构的钛合金活塞不需要冷却喷油，仅采用飞溅冷却即可。

主权项

一种基于空腔隔热的钛合金活塞，其特征在于：包括活塞上部、活塞下部、活塞内腔、销孔、隔热空腔和冷却油腔；所述活塞上部和活塞下部通过摩擦焊接连接，焊缝位置根据活塞内腔拱形曲率大小调整，且避开应力集中区域；所述活塞上部外表面加工三道平行环槽，从上而下分别为第一环槽、第二环槽和第三环槽；其中第三环槽位于活塞上部与活塞下部交界处、对应摩擦焊接面的位置；活塞上部顶面镀一层耐高温材料；所述第三环槽下的环岸部分加工环形槽；环形槽以下的部位形成活塞裙部，环形槽以上部位形成活塞头部；所述冷却油腔位于燃烧室与活塞头部的三个环槽之间，其顶部高于第一环槽上边缘；所述隔热空腔位于活塞头部中轴线上，处于燃烧室底面与活塞内腔以及冷却油腔中间，与销座相匹配，以形成传递爆发压力的最优承力结构，隔热空腔通过改变热量的传递路线，阻碍热量的传递，起到隔热的作用，从而大大降低活塞内腔顶面的温度，以解决温度过高导致冷却油结焦、甚至燃烧而无法采用喷油冷却的难题；隔热空腔下部开凿一小孔，以释放气体受热膨胀产生的压力；所述隔热空腔的容积在满足保证活塞具有良好传力路径的条件下，加工制作为最大；所述活塞内腔位于隔热空腔以下，采用乌龟壳仿生结构，成拱形；所述活塞销孔中心位于活塞裙部中点以下，设计成单异型。