[发明专利]一种低速二冲程发动机活塞

说明书

本发明涉及一种低速二冲程发动机活塞，包括活塞杆、活塞裙、活塞头、端法兰、法兰盖、中央冷却喷管、螺栓、外部冷却喷管、回油管、环形进油通道、十字型进油孔、活塞裙油腔、外部冷却油腔、中央冷却油腔、贯通孔、腰型通孔、十字型回油孔、法兰盖油腔和回油通道。本发明引入喷射冷却，改进冷却油和活塞头冷却腔的作用形式，将冷却油高速喷射至活塞冷却油腔表面，利用多重传热机制强化活塞传热，实现喷射冷却和振荡冷却的耦合作用，弥补了振荡冷却在下止点附近区间的换热不足。本发明提供的活塞冷却方式可适用更高热负荷，如此能够避免低速二冲程发动机活塞热负荷过高而引起的强度破坏及早燃现象，满足发动机热力循环过程持续优化和功率密度不断提高的要求。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种低速二冲程发动机活塞。

背景技术

活塞在工作过程中与高温燃气直接接触，既要承受燃气瞬时变换的高温热负荷，又要承受燃气压力及往复过程中施加的机械负荷。随着发动机热力循环过程的持续优化和功率密度的不断提高，最大循环温度也随之增大，使得活塞所承受的温度不断提高。一旦冷却不足而超过设计温度，将可能导致：材料机械性能急剧下降，产生裂纹或严重变形，威胁活塞可靠性；活塞环机油结焦导致活塞环卡死、拉缸；机油在顶面形成积碳引起局部温度升高，对于双燃料柴油机，预混合天然气可能在高温点提前着火而诱发早燃，进而导致发动机功率不足、有害物排放增加等一系列问题。

对于低速二冲程发动机，仅仅通过振荡冷却无法满足活塞日益增加的热负荷要求。活塞冷却腔内的冷却油伴随活塞组件的上下往复运动不断振荡可以带走活塞热量，但是当活塞运行至下止点附近的区间(约140-220°曲轴转角)，冷却油受到向下的惯性力而聚集在油腔底部使得顶部和火力岸高温区域与冷却油脱离，进入无法及时换热的“阻隔期”。中高速柴油机由于转速高，往复频率快，且活塞冷却油腔结构尺寸小，“阻隔期”持续时间极短，采用振荡冷却能够实现良好冷却，而低速二冲程发动机转速不足300r/min，且冷却油腔结构尺寸大，当活塞热负荷升高后，仅仅依赖冷却油的振荡难以获得充分冷却。因此需要改进冷却油和活塞冷却油腔的作用形式以提高换热效果。采用喷射冷却能够极大地提高冷却油和活塞的换热，冷却油经由喷管高速喷射至冷却油腔的表面，受到惯性力与高温壁面加热形成自然对流的耦合作用，产生多重传热机制从而强化传热效果。由于活塞顶面和环槽位置工况恶劣，最易诱发上述问题，因此降低活塞温度需要集中加强这些区域的冷却。对活塞冷却结构进行改进，增加喷射冷却，在冷却腔内布置合理数量、位置的喷管，提高冷却油换热效果以保证活塞的温度满足设计要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低速二冲程发动机活塞，通过引入喷射冷却，改进冷却油和活塞头冷却腔的作用形式，利用多重传热机制强化活塞传热，实现喷射冷却和振荡冷却的耦合作用，能够适用更高热负荷，从而满足发动机热力循环过程持续优化和功率密度不断提高的要求。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种低速二冲程发动机活塞，包括活塞杆、活塞裙和活塞头；所述活塞头固定连接在活塞裙上部，所述活塞杆穿过活塞裙后与活塞头连接；所述活塞头内中部设置有中央冷却油腔；所述活塞杆内部设置有回油管，所述回油管内部设置有回油通道，所述回油管外部设置有环形进油通道，其特征在于：所述回油管顶部设置有端法兰，所述端法兰位于中央冷却油腔内底部，所述端法兰内圈纵向设置有四个均布的腰型通孔，所述腰型通孔均与环形进油通道连通；且所述端法兰垂直于腰型通孔的位置加工有十字型回油孔，所述十字型回油孔均与回油通道连通；所述端法兰上部固定连接有法兰盖，所述法兰盖底部设置有法兰盖油腔，所述法兰盖油腔与腰型通孔连通；所述法兰盖顶部加工有内外两圈倾斜螺纹孔，内圈螺纹孔和外圈螺纹孔处安装对应数量的中央冷却喷管；