CN101611249A - 用于内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的活塞，该活塞包括活塞顶(2)和圆柱形侧壁(4)，圆柱形侧壁(4)上形成有容纳环形弹簧(14)的环形活塞环槽(8)。环形弹簧(14)包括环形径向延伸部分(16)、第一突起(20)和第二突起(22)。径向延伸部分(16)将所述环形活塞环槽沿所述活塞的轴向分为两个腔室。离所述活塞顶最近的上腔室容纳环形压缩环(10)，离所述活塞顶最远的下腔室容纳环形刮油环(12)。第一突起(20)设置为与离所述活塞顶最近的环形活塞环槽(8)的上表面接触。第二突起(22)设置为与刮油环(12)的内表面接触以向外压迫所述刮油环。所述上腔室沿所述轴向的高度大于压缩环(10)的高度，从而在使用时作用在所述活塞顶上的压力还会作用在压缩环(10)的内表面上并沿向外的方向压迫所述压缩环。

Description

用于内燃机的活塞

技术领域

本发明涉及一种用于往复式活塞型内燃机、特别是四冲程发动机的活塞，尤其涉及这种活塞的活塞环。

背景技术

内燃机内的活塞的主要用途显然是传递在汽缸内限定在活塞与汽缸盖之间的燃烧室(combustion space)内燃烧的燃料的能量，在汽缸内，活塞可滑动地适用于将活塞的线性往复运动转变为旋转运动的发动机曲轴。但是，活塞还具有很多附加功能，其中之一是使燃烧室与位于活塞下方的曲轴箱完全密封，从而防止燃烧室内循环变化的压力作用在曲轴箱内，其中，曲轴可旋转地容纳在曲轴箱内。另一个附加功能是使基本上所有的润滑油保持在曲轴箱内并防止该润滑油流过活塞周围而进入必然会使其燃烧的燃烧室。通常，这些附加功能通过容纳在各个环槽内的一个或多个活塞环实现，所述环槽形成在活塞的圆柱形侧表面上。

通常，活塞设置有两个或多个活塞环，其中下部的活塞环(也就是离活塞顶最远的活塞环)构成刮油器或刮油环，并通过活塞环自身的弹力和/或与其接合的弹簧而被向外压迫为与汽缸壁滑动接触。当活塞向下朝向曲轴移动时，所述刮油环从汽缸壁上刮油，并迫使油朝向曲轴箱向下流，从而防止油流过活塞进入燃烧室。上部的一个或多个活塞环构成压缩环(compressionring)，该压缩环与汽缸壁基本上形成气密密封。这一压缩环或每个压缩环沿活塞的轴向的高度通常稍小于相应的槽的高度，从而允许活塞环在槽内进行一定程度的倾斜移动。该间隙允许存在于燃烧室内的高压传到压缩环的后表面或内表面，该高压向外压迫压缩环并因而使压缩环与汽缸壁密封接触。虽然已知在某些发动机中，仅在活塞的侧表面上设置唯一的环槽来容纳唯一的活塞环，该唯一的活塞环兼具压缩环和刮油环的作用，但这对汽车或较大的四冲程发动机并不实用。

在活塞的壁上设置两个、三个或更多个环槽和相应的活塞环相当复杂，而且构成了活塞的总体成本的主要部分。另外，设置两个或多个活塞环将导致活塞的高度比所需的大，并因而导致整个发动机的高度比实际所需的大。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种活塞，尤其是用于四冲程发动机的活塞，该活塞能够令人满意地发挥其所有功能，但比传统的活塞制造成本更低且更容易制造。本发明的另一个目的在于提供这样一种活塞，固有地，该活塞比现有的活塞更短小且因而质量更轻，并且该活塞产生的滑动摩擦比现有的活塞更小，且冷却该活塞的潜在能力比现有的活塞更好。

根据本发明，用于所述类型的内燃机的活塞包括活塞顶和圆柱形侧壁，在所述侧壁上形成有容纳环形圈(ring)的环形活塞环槽，其特征在于，所述环形圈包括环形径向延伸部分、第一突起和第二突起，所述径向延伸部分将所述环槽沿所述活塞的轴向分为两个腔室，离所述活塞顶最近的上腔室容纳环形压缩环，离所述活塞顶最远的下腔室容纳环形刮油环，所述第一突起设置为与离所述活塞顶最近的所述环槽的上表面接触，所述第二突起设置为与所述刮油环的内表面接触以向外压迫所述刮油环，所述上腔室沿所述轴向的高度大于所述压缩环的高度，从而在使用时，作用在所述活塞顶上的压力还会作用在所述压缩环的内表面上并沿向外的方向压迫所述压缩环。

因此，根据本发明的活塞在其外壁上仅形成一个活塞环槽，替代了现有活塞上的两个活塞环槽，这意味着相当大地节省了制造成本。但是，虽然活塞环槽通常只容纳一个活塞环，但本发明的活塞上的活塞环槽容纳两个单独的活塞环，上部的活塞环构成传统活塞中的压缩环，下部的活塞环构成传统活塞中的刮油环。所述两个活塞环分别容纳在通过弹簧限定在所述活塞环槽内的分隔开的腔室内，所述弹簧像所述活塞环本身一样显然必定是大致呈环形。所述弹簧包括径向延伸部分、第一突起和第二突起，所述径向延伸部分将所述活塞环槽分为两个腔室，所述第一突起和第二突起分别与所述活塞环槽的上表面和所述刮油环的后表面接合。所述第一突起与所述活塞环槽的上表面的接合将使所述弹簧基本保持在其轴向位置，并因而限制了所述刮油环的轴向移动。所述第二突起与所述刮油环的后表面的接合允许所述弹簧施加径向向外的力，以沿向外的方向压迫所述刮油环，并因而在使用时使所述刮油环与容纳有所述活塞的汽缸的邻接壁紧密接触。所述刮油环在其腔室内沿所述轴向只设置有很小的间隙，也就是说所述刮油环的高度基本上与容纳所述刮油环的腔室的高度相同，而所述压缩环设置有明显的间隙，从而当所述活塞从朝上移动改变为朝下移动和相反操作时能够限制所述压缩环的倾斜移动。所述上腔室内的间隙允许在使用时存在于所述活塞顶上方的燃烧室内的高压气体接近所述压缩环的内边缘或后边缘，并因而对所述压缩环施加向外的力，使所述压缩环与所述汽缸壁紧密而基本上密封、滑动地接触。

因此，根据本发明的活塞具有容纳在一个活塞环槽内的压缩活塞环和弹簧驱动的刮油活塞环，如上所述，这致使节约了制造成本并降低了制造复杂度。与具有两个或多个轴向间隔的活塞环槽的活塞相比，本发明的活塞还能够减小所述活塞的整体高度，这继而能够减小发动机的整体高度和重量。减少活塞环槽的数量还允许更有效地冷却所述活塞。因此，一些汽油发动机的活塞和大多数高速柴油发动机的活塞具有内腔室，该内腔室称为通道(gallery)，油流经该通道以冷却所述活塞。能够用于所述通道的空间通常非常有限，根据本发明减少活塞环槽的数量能够允许设置体积更大的通道，显然，更多体积的冷却油可以流经该通道。

优选地，所述活塞只具有一个活塞环槽，该环槽显然容纳了所述压缩环和刮油环。在这种情况下，所述活塞一共具有两个活塞环并足以用于多个目的，当然，可以设置额外的活塞环槽来容纳另外的压缩环。在这种情况下，压缩环槽的数量将从三个减少为两个且能够达到上述提到的所有优点。

在优选的实施方式中，在所述弹簧的径向延伸部分的内边缘上形成有多个大致沿径向延伸且沿周向间隔的狭缝或切口，从而将所述内边缘分为多个舌片，一些所述舌片弯曲成朝向所述活塞顶向上延伸并形成为所述第一突起，一些所述舌片弯曲成远离所述活塞顶向下延伸并形成为所述第二突起。方便且优选地，所述舌片沿周向交替地向上和向下弯曲，从而所述弹簧同时支撑与其内边缘形成一体的向上和向下延伸的齿形结构。

优选地，在所述径向延伸部分的外边缘上也形成有多个大致沿径向延伸且沿周向间隔的狭缝，这些狭缝与形成在所述内边缘上的狭缝相互错开，并优选位于形成在所述内边缘上的相邻的狭缝组对之间的中间位置。所述外边缘上的狭缝对根据本发明的弹簧的功能没有贡献，设置该狭缝主要是出于制造方面的原因。

附图说明

从下文对参照附图举例说明的用于四冲程汽油发动机的活塞的一个具体实施方式的描述，本发明的其它特征和细节更显而易见，附图中：

图1是位于汽缸内的根据本发明的活塞的局部轴向横截面视图；以及

图2是图1中的活塞中使用的环形弹簧的局部透视图。

具体实施方式

图1显示的活塞包括顶或上表面2和圆柱形侧表面4。使用时，所述活塞往复地容纳在四冲程汽油发动机的汽缸内，图中只显示了汽缸的一个壁6。圆柱形侧表面4上形成有活塞环槽8，该活塞环槽8沿所述活塞的轴向的高度通常为3mm至4mm，例如3.5mm，也就是稍大于传统的汽油汽车活塞环槽的高度但接近传统的柴油汽车活塞环槽的高度。该槽8内容纳有环形压缩环10、环形刮油环12和环形弹簧14。该三个部件中的每个都形成不连续的环形(也就是开口环(split ring))，并由弹簧钢制成以允许足够的变形，从而允许将其导入槽8内。然后，所述开口环在其自身的弹力影响下回复到其自然状态下的基本呈圆环的形状。压缩环10具有传统形状，使用时压缩环10的外边缘与汽缸的表面滑动地接触，压缩环10的外边缘的横截面为筒形或弧形。刮油环12也是传统的形状，与汽缸的表面滑动地接触的刮油环12的外边缘为具有顶点的楔形，刮油环12的外边缘通过所述顶点与汽缸壁接触。

所述环形弹簧的结构最好参见图2。所述环形弹簧包括基本呈平面的环形部分16，在该环形部分16的内边缘上形成有径向向内延伸的狭缝或切口18，从而将所述弹簧的内边缘分为多个大致呈矩形的舌片(tab)。每个间隔的舌片20向上弯曲，而其余的舌片22向下弯曲。平面部分16沿径向方向的宽度与槽8沿径向方向的深度基本相同，从而当所述弹簧位于所述槽内时，所述弹簧会将所述槽基本上分为两个腔室，即上腔室和下腔室。突起(projection)20与槽8的上表面接合，并因而限制所述弹簧沿向上的方向即朝向活塞顶2的方向移动。所述下腔室容纳刮油环12，所述弹簧的平面部分16支撑在刮油环12的上表面上，从而在所述下腔室内沿轴向仅存在很小的间隙或自由空间。但是，所述上腔室的高度大于压缩环10的厚度，因此沿轴向存在具有传统尺寸的间隙。向下的突起22与刮油环12的后边缘或内边缘接合，弹簧14的弹力致使突起22向外偏压刮油环12，并因而使刮油环12与汽缸壁滑动接触。另一方面，压缩环10在使用时被存在于位于活塞顶2上方的燃烧室内并作用在压缩环10的后表面或内表面上的高压向外偏压，所述高压通过活塞的圆柱形壁4的上部与汽缸的壁6之间的间隙和压缩环10与槽8的上表面之间的间隙传递到压缩环10的后表面或内表面上。所述刮油环还会被汽缸气压向外偏压，但作用在所述刮油环上的向外的力主要由所述弹簧提供。

使用时，因为所述刮油环通过所述弹簧的平面部分16并通过突起20与槽8的上表面的接合而保持位置，所以所述刮油环具有很少或几乎没有轴向移动的自由。另一方面，容纳有压缩环10的腔室的高度大于压缩环10的高度，使得压缩环10能够进行一定的轴向移动。但严格限制了该移动的范围。因此，所述两个活塞环的结构、移动以及安装与传统的活塞中的活塞环基本上相同，主要的区别显然是所述两个活塞环都容纳在一个活塞环槽内并通过弹簧的一部分分隔开。

Claims (4)

1、一种用于内燃机的活塞，该活塞包括活塞顶和圆柱形侧壁，所述圆柱形侧壁上形成有容纳环形弹簧的环形活塞环槽，其特征在于，所述环形弹簧包括环形的径向延伸部分、第一突起、和第二突起，所述径向延伸部分将所述环形活塞环槽沿所述活塞的轴向分为两个腔室，离所述活塞顶最近的上腔室容纳环形的压缩环，离所述活塞顶最远的下腔室容纳环形的刮油环，所述第一突起设置为与离所述活塞顶最近的所述环形活塞环槽的上表面接触，所述第二突起设置为与所述刮油环的内表面接触以向外压迫所述刮油环，所述上腔室沿所述轴向的高度大于所述压缩环的高度，从而在使用时，作用在所述活塞顶上的压力还会作用在所述压缩环的内表面上并沿向外的方向压迫所述压缩环。

2、根据权利要求1所述的活塞，其中，所述环形弹簧的径向延伸部分的内边缘上形成有多个大致沿径向延伸且沿周向间隔的狭缝，从而将所述内边缘分为多个舌片，一些所述舌片弯曲成朝向所述活塞顶向上延伸并形成为所述第一突起，一些所述舌片弯曲成远离所述活塞顶向下延伸并形成为所述第二突起。

3、根据权利要求2所述的活塞，其中，所述舌片沿周向交替地向上和向下弯曲。

4、根据权利要求2或3所述的活塞，其中，所述环形弹簧的径向延伸部分的外边缘上形成有多个大致沿径向延伸且沿周向间隔的狭缝，这些狭缝与形成在所述内边缘上的狭缝相互错开。

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