[发明专利]高润滑低摩擦活塞

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种机械制造领域的活塞，特别涉及一种应用于往复活塞式内燃机和空气压缩机的高润滑低摩擦活塞。

二、背景技术：

活塞是发动机的心脏，内燃机的活塞与汽缸壁间的润滑性能的好坏直接决定着发动机的工作效能和使用寿命。主要由活塞头部、活塞裙部和活塞环槽组成，现有的内燃机活塞与汽缸壁之间的润滑是靠油环向汽缸壁布油和飞溅润滑的方式来实现润滑的，油环的环槽有油孔通向活塞内部，润滑油可以由此流向油环，其缺陷是润滑油在摩擦表面的分布不够充分和均匀；发动机工作时活塞的外壁侧表面与汽缸壁之间的良好贴合并保持适当的油隙是活塞在汽缸内往复运动顺利进行的关键，由于高速的往复运动所产生的高负荷及高温的影响，现有活塞与汽缸壁的接触是面与面之间的相对运动和摩擦，摩擦阻力大，容易出现润滑不良而磨损，特别是活塞裙部甚至可以出现一定的变形使活塞裙部与汽缸壁之间间隙过小而出现咬缸、拉缸现象，活塞裙部与汽缸壁之间间隙过大而出现敲缸、缸套穴蚀、噪音过大等现象；位于活塞头部的头部外圆、环岸外圆工作环境更为恶劣，润滑不良会更容易出现磨损，出现拉缸、密封不良等情况。这些都可以降低发动机的效率、增加油耗、缩短使用寿命。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种高润滑低摩擦活塞，解决现有技术中润滑油在活塞的摩擦表面的分布充分和均匀的缺陷。

其技术方案是：主要由活塞头部、活塞裙部和活塞环槽组成，在活塞的外壁侧表面开设沿活塞外壁侧表面弧度走行的多道凹槽，相邻的凹槽之间保留的部分活塞外壁侧表面的间隔形成凸脊，凸脊的最突出处和活塞的外壁侧表面平齐。

所述的凹槽的深度不超过活塞壁厚的三分之一，每道凹槽可以是连续的也可以是有间断的；相邻的凹槽相互平行，相邻的凸脊相互平行，使活塞的外壁侧表面呈现出凸脊和相邻的凹槽平行并且交替反复出现的表面形态，凸脊和凹槽均与活塞环槽走行平行或基本平行。其中，凹槽的具体尺寸根据活塞的大小和相应部位活塞壁厚的不同而变化，一般在100～200毫米直径的活塞上所开设凹槽为宽1～3毫米0、深1～3毫米、相邻的凹槽之间的间隔为1～3毫米，对于数百毫米直径的船用大型活塞所开设凹槽为宽10～20毫米、深5～15毫米、相邻的凹槽之间的间隔为10～20毫米，凹槽的横截面可以是半圆形、矩形、三角形、梯形等多种形态。

所述的凹槽和凸脊至少开设在活塞裙部的表面或者活塞头部的头部外圆的表面或者活塞头部的环岸外圆的表面；或是以上三者均包括。对于大型活塞而言活塞头部的头部外圆和环岸外圆处均匀较大的外壁侧表面完全可以开设凹槽和形成凸脊并使其外壁侧表面呈现出凸脊和相邻的凹槽平行并且交替反复出现的表面形态。

其中，在活塞外壁侧表面呈现完整的圆周表面的部分区域开设凹槽时，所开设的凹槽和与其相邻凸脊是沿活塞外壁侧圆周表面弧度环绕或盘旋的环形或螺旋形等类似环形的形状；在活塞外壁侧表面呈现不完整的圆周表面的活塞裙部的部分区域开设凹槽时，所开设的凹槽和与其相邻凸脊是沿活塞外壁侧圆周表面弧度走行的不完整的环形或不连续的螺旋形等类似环形的形状。

本发明的活塞在完成活塞表面的凹槽和凸脊的加工后可以进行表面处理，表面处理可以增强其表面的硬度、耐腐蚀、耐磨损等性能，使活塞使用寿命延长，有多种表面处理方法，包括表面阳极化处理、表面磷化处理、表面石墨化处理、激光表面处理等等

本发明的活塞，所述的凹槽内填入填充物，填入并固化填充物的最突出处不超出凸脊的顶面，与凸脊的顶面平齐。所述的填充物的组成成分中至少含有一种一定比例的固体润滑剂的粉末颗粒，粉末颗粒越细越好，例如1～200微米，因此本发明的活塞具有一定的自润滑功能。目前固体润滑剂品种繁多，其中常用的以具有六方晶体的层状结构的石墨、二硫化钼最具有代表性，还有聚四氟乙烯(PTFE)等等，多具有良好的化学稳定性和热稳定性并且具有优秀的润滑性能，即使与溶剂、油脂、树脂类粘合剂以及一些金属混合时也不失掉其特性。

本发明的活塞，所述的填充物的内部具有多孔隙或多裂隙，为了达到这一目的填充物填入凹槽的方式为常压疏松装填后在一定温度下固化；或填充物的组成成分中至少含有一种造孔剂，将此种填充物填入凹槽后在一定温度下固化，造孔剂融化析出或蒸发或浸入溶剂中溶解后形成孔隙。

本发明的活塞，所述的填充物填入凹槽的方式为常压疏松装填后在一定温度下固化；或填充物的组成成分中至少含有一种造孔剂，将此种填充物填入凹槽后在一定温度下固化。