CN101644327A

CN101644327A - 曲柄圆滑块机构的活塞及其内燃机

Info

Publication number: CN101644327A
Application number: CN200910087182A
Authority: CN
Inventors: 黎明; 黎正中
Original assignee: Beijing Sinocep Engine Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Sinocep Engine Technology Co Ltd
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: CN101644327B

Abstract

本发明公开了一种曲柄圆滑块机构的活塞，包括活塞座以及设置于所述活塞座的其中一个端部的冠部；所述活塞座上设置有圆滑块容置孔和导向侧板；所述冠部包括环带部；所述导向侧板沿所述活塞座的侧面布置；其中，在所述导向侧板与所述环带部之间设置有阻热间隙。本发明可防止或减小内燃机工作时冠部的热量传到活塞座的导向侧板，减小活塞座导向侧板的受热膨胀、变形。本发明另外提供一种包含上述曲柄圆滑块机构的活塞的内燃机。

Description

曲柄圆滑块机构的活塞及其内燃机

技术领域

本发明涉及活塞，具体涉及一种曲柄圆滑块机构的活塞。本发明同时还涉及一种内燃机。

背景技术

在传统的内燃机中，通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，进而由该曲轴驱动相应的运动部件，对外输出动力。然而，在所述的曲柄连杆机构中，由于连杆的存在，曲柄连杆机构的内燃机和压缩机具有体积庞大、笨重、平衡性能差等缺陷。

为解决上述问题，审定公告日为1988年1月13日、公告号为CN85200358B的中国专利公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”；授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067741C的中国专利公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”；授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067742C的中国专利公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。

上述中国专利公开的内燃机共同特点是其中的往复运动与旋转运动的转换机构中，用圆滑块取代了连杆，用曲柄圆滑块机构取代了曲柄连杆机构。这使得往复运动与旋转运动之间的转换机构得以简化，采用该转换机构的内燃机相对于传统的内燃机体积下降，重量减轻，且平衡性能较好。

具体的，曲柄圆滑块机构的运动转换机构中，在活塞的安装座上设置有圆滑块容置孔，圆滑块上设置有偏心圆孔。装配时，将圆滑块置于所述的圆滑块容置孔中，圆滑块可在所述圆滑块容置孔中转动；曲轴的曲柄销装配于所述的偏心圆孔中，曲柄销也可以在所述偏心圆孔中转动。通过活塞带动设置于其中的圆滑块做往复运动，而圆滑块在所述活塞中同时做旋转运动，所述往复运动与旋转运动的合成使得圆滑块上的偏心圆孔的中心轴线绕曲轴的中心轴线做旋转运动；而所述偏心圆孔的中心轴线与曲轴的曲柄销的轴线重合，从而可实现活塞的往复运动到曲轴的旋转运动的转换。

在内燃机中，活塞是往复运动与旋转运动的转换中的重要零部件，其对内燃机的性能有着直接的影响。而由于曲柄圆滑块机构的运动转换机构中的活塞安装座上要设置圆滑块容置孔，其受力以及承受热负荷能力均与传统发动机不同，为此，有必要对上述中国专利公开的曲柄圆滑块机构的活塞进行改进。

发明内容

本发明提供一种曲柄圆滑块机构的活塞，本发明可防止或减小内燃机工作时冠部的热量传到活塞座的导向侧板，减小活塞座导向侧板的受热膨胀、变形。本发明另外提供一种包含上述曲柄圆滑块机构的活塞的内燃机。

本发明提供的一种曲柄圆滑块机构的活塞，包括活塞座以及设置于所述活塞座的其中一个端部的冠部；所述活塞座上设置有圆滑块容置孔和导向侧板；所述冠部包括环带部；所述导向侧板沿所述活塞座的侧面布置；其中，在所述导向侧板与所述环带部之间设置有阻热间隙。

优选的，在所述冠部底部沿底面设置有加强肋。

优选的，所述加强肋为由所述冠部的底部中心向周边辐射的条状肋。

优选的，所述加强肋为十字形横梁。

可选的，在所述活塞座上还设置连接部，所述活塞座通过所述连接部与所述冠部的底部连接。

可选的，所述连接部为连接圆滑块容置孔的边缘与所述冠部底部的竖板；沿所述圆滑块容置孔的边缘至所述冠部底部的方向所述竖板的横向尺寸越来越小，且所述横向尺寸的变化率的绝对值逐渐变大。

优选的，在所述活塞座上、连接部侧面还设置有弧形加强肋。

可选的，在所述活塞座的另外端部还设置有另外的冠部，所述另外的冠部的环带部与所述导向侧板之间设置有阻热间隙。

本发明还提供一种曲柄圆滑块机构的活塞，包括活塞座以及设置于所述活塞座的其中一个端部的冠部；所述活塞座上设置有圆滑块容置孔和导向侧板；所述冠部包括环带部；所述导向侧板沿所述活塞座的侧面布置，并与所述环带部连接；其中，所述导向侧板与所述环带部的连接处设置有阻热槽。

可选的，所述阻热槽的开口方向与所述连接处上方的环带部的活塞环槽的开口方向相同。

可选的，在所述活塞座上还设置连接部；所述活塞座通过所述连接部与所述冠部的底部连接。

可选的，在所述活塞座的另外端部还设置有另外的冠部，所述另外的冠部的环带部与导向侧板的连接处设置有阻热槽。

本发明还提供一种曲柄圆滑块机构的内燃机，包括上述任一技术方案中所述的活塞。

与现有技术相比，在本发明的曲柄圆滑块机构的活塞的其中一个方案中，在活塞的导向侧板与冠部的环带部之间还设置有阻热间隙，也就是说，所述导向侧板与所述环带部之间未连接，具有一定距离的间隔，以在包含该活塞的内燃机工作时，可阻断来自活塞冠部的顶部传下来的热流通路，迫使热流方向发生折转；防止热量传到导向侧板，从而减小导向侧板受热膨胀、变形，防止卡住、拉缸等问题发生。

在本发明的优选实施方案中，在活塞的竖板的侧面还设置有弧形加强肋；将所述加强肋设置成弧形形状，有助于减小应力，并减轻圆滑块容置孔边缘的部分直接承受来自于竖板的压力，有利于提高活塞座的承力能力，并提高活塞的使用寿命。

在本发明的另外的优选实施方案中，在活塞的冠部的底部沿其表面设置加强肋，可提高活塞冠部强度和刚度，提高承受爆发压力的能力，减小冠部的变形，有利于活塞冠部将爆发压力瞬时完全传递至活塞座；也提高活塞的使用寿命；此外，通过设置加强肋的方法加强活塞冠部的强度和刚度，也有利于控制活塞的重量和体积。

在本发明的另外的优选实施方案中，活塞的导向侧板与冠部的环带部连接，在连接处设置有阻热槽；通过设置所述的阻热槽，可在活塞冠部至导向侧板的热流传导通路上设置障碍，可减少冠部的热流传递至导向侧板，并使热流方向一定程度的发生折转；从而可减小导向侧板受热膨胀、变形，防止卡住、拉缸等问题发生；此外，由于导向侧板与所述冠部之间还有连接，而非完全断开，因而在内燃机工作时，也可减小冠部的变形，有利于将冠部承受的爆发压力瞬时快速传递至活塞座，可提高活塞整体的刚度和强度。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图；

图2为本发明的第一实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的左视图；

图3为本发明的第二实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图；

图4为本发明的第二实施例的曲柄圆滑块机构的活塞冠部的底视图；

图5为本发明的第三实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图；

图6为本发明的第三实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的左视图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例以及附图对本发明的单缸机的曲柄圆滑块机构的活塞进行详细的说明。

实施例一

图1为本发明的第一实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图，图2为本发明的第一实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的左视图。其中，图1和图2中示出的是单作用活塞，即仅在活塞的安装座的其中一个端部设置有活塞冠部。应当理解，本发明的活塞也可以是双作用活塞，即在安装座的另外一端部也同时设置有活塞冠部。本实施例仅以安装座的一端设置有活塞冠部作为例子来说明本发明的曲柄圆滑块机构的活塞，活塞安装座的另一端部也可以与本发明的第一实施例相同或相似的方式设置另外的冠部，形成双作用活塞。

请参考图1和图2，本发明第一实施例的曲柄圆滑块机构的活塞包括安装座2以及设置于所述安装座2的其中一个端部的冠部1。其中，所述冠部1可以与所述安装座2一体成形，也可以以铆接或螺钉连接等方式固定装配在一起。本实施例中以二者一体成形为例进行说明。

本实施例中，所述冠部1具有顶部1-3、火力岸1-2和环带部1-1。其中，在所述顶部1-3上还可以设置有各种形状的燃烧室(未图示)。所述火力岸1-2和环带部1-1位于所述冠部1的侧面，且所述火力岸1-2位于所述环带部1-1上方位置。

在所述环带部1-1设置有气环环槽和油环环槽(未标示)，用于容置气环和油环。

所述活塞座2上设置有圆滑块容置孔2-1和导向侧板2-2。

其中，所述圆滑块容置孔2-1的直径大于装配于其中的圆滑块的直径，以便于在圆滑块安装于其中时，还可以相对于该安装座2转动，以此带动安装于圆滑块的偏心圆孔中的曲柄销转动。

此外，为提高耐磨能力，可以对所述圆滑块容置孔2-1的内壁表面进行特殊的处理，形成耐磨表面；或者在所述内壁表面安装滑动轴承，例如轴瓦。为减小摩擦，也可以在所述圆滑块容置孔2-1的内壁安装滚动轴承，例如，滚针轴承，以减小圆滑块转动时的摩擦。当然，也可以采取其它措施提高圆滑块容置孔的耐磨性能并减小摩擦，这里不再一一列举。

所述导向侧板2-2沿所述活塞座2的侧面布置，如图1所示。所述导向侧板2-2的外表面为弧形面，以便将所述活塞装配于汽缸中时，可以与汽缸内壁滑动配合，在汽缸中做往复运动。

在所述导向侧板2-2与所述冠部1的环带部1-1之间还设置有阻热间隙3。也就是说，所述导向侧板2-2与所述环带部1-1之间未连接，具有一定距离的间隔。以在包含该活塞的内燃机工作时，可阻断来自活塞冠部1的顶部传下来的热流通路，迫使热流方向发生折转。防止热量传到导向侧板2-2，从而减小导向侧板2-2受热膨胀、变形，防止卡住、拉缸等问题发生。

其中，所述阻热间隙3的尺寸可根据活塞的整体尺寸以及导向侧板2-2的长度而确定。

此外，在所述活塞座上还设置有连接部2-3。通过所述的连接部2-3将活塞座2与所述冠部1连接。

本实施例中，所述连接部2-3为连接圆滑块容置孔2-1的边缘与所述冠部1底部的竖板，沿所述圆滑块容置孔2-1的边缘至所述冠部1底部的方向所述竖板的横向尺寸逐渐变小，且其横向尺寸的变化率的绝对值逐渐变大。所述竖板的其中一个端部与所述冠部1连接，用于承受来自于活塞顶部的爆发压力。

此外，为提高活塞强度和刚度，在所述的竖板的侧面还设置有弧形加强肋2-4。其中，将所述加强肋2-4设置成弧形形状，有助于减小应力，并减轻圆滑块容置孔边缘的部分直接承受来自于竖板的压力，有利于提高活塞座的强度和刚度，并提高活塞的使用寿命。

上述的实施例中，在活塞座2的导向侧板与所述环带部之间设置阻热间隙3，可阻断来自活塞冠部1的顶部传下来的热流通路，从而可防止热量传到导向侧板2-2，从而减小导向侧板2-2受热膨胀、变形。然而，在活塞的环带部和导向侧板之间设置阻热间隙不免会影响整个活塞的受力强度，特别是对于大功率的内燃机，活塞顶部承受的燃烧室的爆发压力较大。因而有必要对活塞冠部的承力强度进行提高。

实施例二

本实施例中，通过在活塞冠部底部设置加强肋的方法加强活塞冠部的强度。其中，所述加强肋可以是由所述冠部的底部中心向周边辐射的条状肋。本实施例中以十字横梁作为例子进行说明。应当理解，该加强肋也可以是其它的条状肋，例如米字型。当然，所述加强肋也可以为其他形状，例如板状。这里不再一一进行说明，本领域技术人员可以根据本发明的说明书的教导结合实际的需要设置不同形状的加强肋。

图3为本发明的第二实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图。

如图3所示，本实施例的活塞包括活塞座2以及设置与所述活塞座2上的冠部1。所述冠部1具有环带部1-1。在所述活塞座2上设置有圆滑块容置孔2-1和导向侧板2-2。在所述导向侧板2-2与所述环带部1-1之间还设置有阻热间隙3。

与第一实施例不同的是，本实施例中，在活塞冠部1的底部沿其底面还设置有加强肋1-4。

图4为本发明第二实施例的曲柄圆滑块机构的活塞冠部的底视图。请参考图4，在活塞冠部1的底部，设置有相互垂直的两根横梁1-4a和1-4b。所述横梁1-4a和1-4b在活塞冠部1底部呈十字形设置，相交处位于所述活塞冠部1的底部的中心区域。同时，该相交处也对应于活塞座的安装部的中心区域。

此外，所述横梁1-4a和1-4b中的其中一根(本实施例中横梁1-4a)在所述活塞冠部1的底部的走向与活塞座上的圆滑块容置孔的端面相垂直。通过设置所述的横梁1-4a和1-4b，可提高活塞冠部1强度和刚度，提高承受爆发压力的能力，减小冠部1的变形。有利于活塞冠部将爆发压力瞬时完全传递至活塞座。也提高活塞的使用寿命。

此外，通过设置加强肋1-4a和1-4b的方法加强活塞冠部1的强度和刚度，也有利于控制活塞的重量和体积。

本实施例中的加强肋1-4a和1-4b还可以不延伸至冠部1的边缘，而是靠近边缘的区域，以减小加强肋1-4a和1-4b引起的边缘效应，例如应力聚集等。这里不再详细进行描述。

本实施例的其它方面可以与实施例一相同，例如活塞可以是双作用活塞，冠部与活塞座可以一体成形，也可以装配在一起……，这里不再赘述。本领域技术人员可以根据本发明的实施例的教导进行相应的变更。

实施例三

图5为本发明的第三实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图。图6为本发明的第三实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的左视图。

请参考图5和图6，本发明实施例中，曲柄圆滑块机构的活塞包括安装座2和冠部1。冠部1设置于所述安装座2的其中一个端部。安装座2的另外的端部可以悬空，亦可以设置配重镶块，还可以以与本说明书的任一方式相同的方式或其它的方式安装另外的冠部，形成双作用活塞。

其中，冠部1与安装座2可以一体成形，也可以通过铆接或螺钉连接等方式固定装配在一起。在本实施例中以冠部1与安装座2一体成形为例进行说明。

本实施例中，冠部1包括顶部1-3、火力岸1-2和环带部1-1。其中，在所述顶部1-3上还可以设置有各种形状的燃烧室(未图示)。所述火力岸1-2和环带部1-1位于所述冠部1的侧面，且所述火力岸1-2位于所述环带部1-1上方位置。在所述环带部1-1设置有气环环槽和油环环槽(未标示)，用于容置活塞的气环和油环。

所述活塞座2上设置有圆滑块容置孔2-1和导向侧板2-2。其中，所述圆滑块容置孔2-1的直径大于装配于其中的圆滑块的直径，以便于在圆滑块安装于其中时，还可以相对于该安装座2转动，以此带动安装于圆滑块的偏心圆孔中的曲柄销转动。

此外，为提高耐磨能力，可以对所述圆滑块容置孔2-1的内壁表面进行特殊的处理，形成耐磨表面；或者在所述内壁表面安装滑动轴承和滚动轴承，这里不再赘述。

所述导向侧板2-2沿所述活塞座2的侧面布置，其该导向侧板2-2与活塞冠部1的环带部1-1连接，如图5所示。所述导向侧板2-2的外表面为弧形面，以便将所述活塞装配于汽缸中时，可以与汽缸内壁滑动配合，在汽缸中做往复运动。

在所述导向侧板2-2与所述冠部1的环带部1-1的连接处还设置有阻热槽4。所述阻热槽4可以是环形槽，环绕所述导向侧板2-2；也可以仅仅在弧形面上设置环形槽，即所述阻热槽的开口方向与所述连接处上方的环带部1-1的活塞环槽的开口方向相同。本实施例中以后者为例进行说明。

通过设置所述的阻热槽4，从而在活塞冠部1至导向侧板2-2的热流传导通路上设置障碍，可减少冠部1的热流传递至导向侧板，并使热流方向一定程度的发生折转。从而可减小导向侧板2-2受热膨胀、变形，防止卡住、拉缸等问题发生。

而且，由于导向侧板2-2与所述冠部1之间还有连接，而非完全断开，因而在内燃机工作时，可减小冠部1的变形，有利于将冠部承受的爆发压力瞬时快速传递至活塞座，可提高活塞整体的刚度和强度。

其中，所述阻热槽4的宽度以及深度可根据活塞整体的承受热负荷以及整体的刚度和强度进行设置，这里不再详细讨论。

此外，在所述活塞座上还设置有连接部2-3并设置加强肋2-4，该连接部2-3和加强肋2-4可以与实施例一相同，这里不再赘述。

此外，也可与实施例二相同，在本实施例三的活塞冠部1的底部设置加强肋，设置的加强肋可以与实施例相同，也可以是其它形状的设计。其中本实施例中的加强肋还可以仅仅在通过活塞冠部1底部的中心且与垂直圆滑块容置孔2-1的端面的方向布置，这里不再详细描述。本领域技术人员根据本发明的说明书的教导可以做出相应的变更。

此外，对于设置有活塞裙部，且该裙部作为导向部的情形，阻热槽也可以设置于活塞裙部与活塞顶部的连接处，以防止或阻断活塞顶部的热量传递至活塞裙部，引起作为导向部的裙部膨胀而发生变形。应当理解，本发明中，无论是阻热间隙还是阻热槽，主要用于阻断在内燃机工作时活塞顶部的热流向活塞的导向部传递，无论该导向部设置于活塞座、还是设置于活塞的冠部，还是同时设置于两者之上。因而，上述实施例对技术细节的描述不应该作为对本发明的权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的实施例的教导，将认识到许多其它的变形、替代或修改。

此外，上述实施例中所述的活塞可以应用于曲柄圆滑块机构的内燃机中。应用本发明的活塞，可设计功率更高的内燃机，其中的部件具有较高的刚度和强度，并具有较高的使用寿命。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1、一种曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：包括活塞座以及设置于所述活塞座的其中一个端部的冠部；所述活塞座上设置有圆滑块容置孔和导向侧板；所述冠部包括环带部；所述导向侧板沿所述活塞座的侧面布置；其中，在所述导向侧板与所述环带部之间设置有阻热间隙。

2、如权利要求1所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述冠部底部沿底面设置有加强肋。

3、如权利要求2所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述加强肋为由所述冠部的底部中心向周边辐射的条状肋。

4、如权利要求3任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述加强肋为十字形横梁。

5、如权利要求1所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座上还设置连接部，所述活塞座通过所述连接部与所述冠部的底部连接。

6、如权利要求5所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述连接部为连接圆滑块容置孔的边缘与所述冠部底部的竖板；沿所述圆滑块容置孔的边缘至所述冠部底部的方向所述竖板的横向尺寸越来越小，且所述横向尺寸的变化率的绝对值逐渐变大。

7、如权利要求6所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座上、连接部侧面还设置有弧形加强肋。

8、如权利要求1至7任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座的另外端部还设置有另外的冠部，所述另外的冠部的环带部与所述导向侧板之间设置有阻热间隙。

9、一种曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：包括活塞座以及设置于所述活塞座的其中一个端部的冠部；所述活塞座上设置有圆滑块容置孔和导向侧板；所述冠部包括环带部；所述导向侧板沿所述活塞座的侧面布置，并与所述环带部连接；其中，所述导向侧板与所述环带部的连接处设置有阻热槽。

10、如权利要求9所述的曲柄圆滑块机构活塞，其特征在于：所述阻热槽的开口方向与所述连接处上方的环带部的活塞环槽的开口方向相同。

11、如权利要求9所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座上还设置连接部；所述活塞座通过所述连接部与所述冠部的底部连接。

12、如权利要求11所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：所述连接部为连接圆滑块容置孔的边缘与所述冠部底部的竖板；沿所述圆滑块容置孔的边缘至所述冠部底部的方向所述竖板的横向尺寸越来越小，且所述横向尺寸的变化率的绝对值逐渐变大。

13、如权利要求12所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座上、连接部侧面还设置有弧形加强肋。

14、如权利要求9至13任一权利要求所述的曲柄圆滑块机构的活塞，其特征在于：在所述活塞座的另外端部还设置有另外的冠部，所述另外的冠部的环带部与导向侧板的连接处设置有阻热槽。

15、一种曲柄圆滑块机构的内燃机，其特征在于：包括权利要求1至14任一权利要求所述的活塞。