CN102261290B

CN102261290B - 活塞组件

Info

Publication number: CN102261290B
Application number: CN201110140307.8A
Authority: CN
Inventors: T.A.托马斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: CN102261290A; US8746701B2; DE102011102287A1; US20110290106A1; DE102011102287B4

Abstract

本发明涉及活塞组件，其包括限定槽的环形主体，在槽内设置有环。活塞组件包括对中装置，其被设置在槽内并在环的内面与槽的根部之间。在安装到发动机缸体的孔中之前，对中装置在环处于未压缩状态时使环在槽内同心地对中，以防止在环处于未压缩状态时环的内面沿径向向外移动超过槽的外边缘。

Description

活塞组件

技术领域

本发明总体上涉及活塞组件和组装包括该活塞组件的发动机的方法。

背景技术

往复内燃发动机包括限定多个孔的发动机缸体。活塞组件被可移动地设置在每个孔内并由每个孔支撑。活塞组件包括具有外表面的主体，外表面限定至少一个槽。限定环间隙的开口环设置在每个槽内。环可沿径向膨胀到槽外而与孔邻接接合。

环在安装到孔中之前被设置在未压缩状态，并且包括大于孔直径的未压缩直径。为了将活塞组件安装到孔中，环被压缩至压缩状态以限定小于孔直径的直径。一旦安装完毕，则环沿径向膨胀而与孔接触。恰在环压缩之前，在面向所述间隙的角部处的环内面可变得沿径向设置在槽的外边缘之外，这被定义为环“弹出（pop out）”。

发明内容

提供一种用于车辆发动机的活塞组件。所述活塞组件包括：环形主体，其具有外侧表面。所述外侧表面限定沿周向围绕所述环形主体而设置的槽。所述槽包括限定槽外直径的外边缘和限定槽内直径的根部。活塞组件进一步包括：环，其设置在所述槽内。环具有限定环内直径的内面和限定环外直径的外面。活塞组件进一步包括：对中装置，其设置在所述槽内并在所述环的内面与所述槽的根部之间。所述对中装置被构造为：在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开，以防止所述环的内面沿径向向外移动超过所述槽的外边缘。

在另一方面中，提供一种用于车辆发动机的活塞组件。所述活塞组件包括：环形主体，其具有外侧表面。所述外侧表面限定沿周向围绕所述环形主体而设置的槽。所述槽包括限定槽外直径的外边缘和限定槽内直径的根部。活塞组件进一步包括：环，其设置在所述槽内。环具有限定环内直径的内面和限定环外直径的外面。活塞组件进一步包括：对中装置，其设置在所述槽内并在所述环的内面与所述槽的根部之间。对中装置被构造为：在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开，以防止所述环的内面沿径向向外移动超过所述槽的外边缘。在所述环朝向所述根部沿径向向内压缩至压缩状态的过程中，所述对中装置能够朝向所述槽的根部沿径向向内移动。

在另一方面中，提供一种组装发动机的方法，所述发动机包括活塞组件，所述活塞组件具有限定槽的环形主体和环。所述方法包括：将对中装置定位在所述槽内。所述方法进一步包括：将所述环定位在所述槽内，使得所述对中装置被设置在所述环的内面与所述槽的根部之间，其中，在所述环处于未压缩状态时，所述对中装置使所述环与所述槽的根部沿径向隔开。

因此，在活塞组件安装到发动机缸体的孔中之前，当环处于未压缩状态时，对中装置使环在槽内对中。使处于未压缩状态下的环在槽内对中，防止了环的间隙角部沿径向设置在槽之外，由此防止在活塞组件安装到发动机缸体的孔中之前环“弹出”。

本发明还涉及以下技术方案。

方案1．一种用于车辆发动机的活塞组件，所述活塞组件包括：

环形主体，其具有外侧表面，所述外侧表面限定沿周向围绕所述环形主体而设置的槽，所述槽包括限定槽外直径的外边缘和限定槽内直径的根部；

环，其设置在所述槽内，并具有限定环内直径的内面和限定环外直径的外面；和

对中装置，其设置在所述槽内并在所述环的内面与所述槽的根部之间，其中，所述对中装置被构造为：在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开，以防止所述环的内面沿径向向外移动超过所述槽的外边缘。

方案2．如方案1所述的活塞组件，其中，所述对中装置限定大于所述槽内直径的装置内直径和小于在所述环处于未压缩状态时的所述环内直径的装置外直径。

方案3. 如方案2所述的活塞组件，其中，在所述环朝向所述根部沿径向向内压缩至压缩状态的过程中，所述对中装置能够朝向所述槽的根部沿径向向内移动。

方案4. 如方案3所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括多个部段，所述多个部段在所述槽内同心地间隔开并沿所述槽相对于彼此在角度上间隔开。

方案5. 如方案4所述的活塞组件，其中，所述环包括切除部，所述切除部限定沿径向延伸穿过所述环的间隙，其中，每个所述部段包括相对于所述槽的周向长度，所述周向长度大于在所述环处于未压缩状态时的所述间隙。

方案6. 如方案1所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括在所述装置内直径与所述装置外直径之间的径向厚度，所述径向厚度小于所述槽内直径与所述环处于未压缩状态时的所述环内直径之差的一半。

方案7. 如方案6所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括多个垫圈，所述多个垫圈相对于彼此沿径向堆叠在所述槽内。

方案8. 如方案1所述的活塞组件，其中，所述对中装置在高于至少150华氏度的温度时能够溶解于发动机润滑剂中。

方案9. 如方案1所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括蜡材料。

方案10. 一种用于车辆发动机的活塞组件，所述活塞组件包括：

环，其设置在所述槽内，并具有限定环内直径的内面和限定环外直径的外面；

对中装置，其设置在所述槽内并在所述环的内面与所述槽的根部之间，且被构造为：在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开，以防止所述环的内面沿径向向外移动超过所述槽的外边缘，其中，在所述环朝向所述根部沿径向向内压缩至压缩状态的过程中，所述对中装置能够朝向所述槽的根部沿径向向内移动。

方案11. 如方案10所述的活塞组件，其中，所述对中装置限定装置内直径和装置外直径，其中，所述装置内直径大于所述槽内直径，所述装置外直径小于所述环内直径。

方案12. 如方案10所述的活塞组件，其中，所述对中装置在高于至少150华氏度的温度时能够溶解于发动机润滑剂中。

方案13. 如方案10所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括蜡材料。

方案14. 如方案13所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括多个垫圈，所述多个垫圈相对于彼此沿径向堆叠在所述槽内。

方案15. 如方案13所述的活塞组件，其中，所述环包括切除部，所述切除部限定沿径向延伸穿过所述环的间隙，其中，所述对中装置包括多个部段，所述多个部段在所述槽内同心地间隔开并沿所述槽相对于彼此在角度上间隔开，每个所述部段包括相对于所述槽的周向长度，所述周向长度比在所述环处于未压缩状态时的所述间隙大至少4毫米。

方案16. 一种组装发动机的方法，所述发动机包括活塞组件，所述活塞组件具有限定槽的环形主体和环，所述方法包括：

将对中装置定位在所述槽内；和

将所述环定位在所述槽内，使得所述对中装置被设置在所述环的内面与所述槽的根部之间，其中，所述对中装置在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开。

方案17. 如方案16所述的方法，其中，所述发动机包括限定孔的发动机缸体，所述方法进一步包括：将所述活塞组件安装在所述孔内。

方案18. 如方案17所述的方法，其中，安装所述活塞组件进一步包括：将所述环和所述对中装置沿径向压缩到所述槽中，从而允许将所述活塞组件安装到所述发动机缸体的孔中。

方案19. 如方案18所述的方法，其中，所述方法进一步包括：在存在发动机润滑剂的情况下加热所述对中装置，以将所述对中装置溶解于所述发动机润滑剂中。

方案20. 如方案18所述的方法，其中，加热所述对中装置进一步被限定为：加热所述对中装置至大于150华氏度的温度。

通过以下结合附图对实施本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将变得显见。

附图说明

图1是发动机的局部剖切示意性立体图。

图2是用于发动机的活塞组件的示意性侧视截面图，其中显示出环处于未压缩状态。

图3是图2中所示活塞组件沿切割线3－3的示意性俯视截面图，其中显示出环处于未压缩状态。

图4是发动机的示意性局部截面图，其中显示出活塞组件设置在发动机的孔内且环处于压缩状态。

图5是活塞组件的可替代实施例的示意性俯视截面图，其中显示出环处于未压缩状态。

具体实施方式

现在参见附图，其中相同附图标记在各图中表示对应部分，发动机整体上以20显示。参见图1，发动机20包括：限定至少一个孔24的缸体22，和被可动地设置在每个孔24内的活塞组件26。发动机20可包括但不限于具有4、6、8或10个孔24的内燃发动机20，每个孔24在其中支撑活塞组件26。活塞组件26在发动机20的点火/排放程序中在孔24内往复移动，如已知的那样。孔24可包括适于发动机20的特定尺寸和/或拟定用途的任何孔24直径。

参见图2至4，活塞组件26包括环形主体28，环形主体28具有沿纵轴线30设置的中心。环形主体28包括外侧表面32，外侧表面32限定至少一个槽34，槽34沿周向围绕环形主体28设置并与纵轴线30同心。槽34包括限定槽外直径38的槽外边缘36和限定槽内直径42的根部40。通常，如图所示，环形主体28包括沿纵轴线30沿轴向相互间隔开的三个槽34。不过，应认识到，槽34的数量可不同于在此所示和所述的。

活塞组件26进一步包括至少一个环44，每个槽34内设置一个环44。因此，应认识到，活塞组件26包括对应数量的环44和槽34。环44包括切除部46，切除部46限定沿径向延伸穿过环44的间隙48。因此，环44包括垂直于纵轴线30的非连续的大致圆形形状。环44中的切除部46允许环44从未压缩状态沿径向压缩至压缩状态。环44包括限定环内直径52的内面50和限定环外直径56的外面54。环44通常被偏置于未压缩状态。当处于未压缩状态时，环44在尺寸上使得环外直径56大于孔24的孔24直径。当被压缩至压缩状态时，环44包括的环外直径56大致等于孔24的直径，并且向外偏置抵靠孔24以密封孔24。因此，应认识到，处于压缩状态下的环44的环外直径56小于处于未压缩状态下的环44的环外直径56。类似地，应认识到的是，环内直径52也会在压缩状态与未压缩状态之间改变，其中，当环44处于未压缩状态时的环内直径52大于当环44处于压缩状态时的环内直径52。

槽34的深度（即，槽外边缘36与根部40之间的径向距离）大于环44的宽度（即，环44的内面50与环44的外面54之间的径向距离）。此外，处于未压缩状态下的环44的环外直径56大于槽外直径38。

活塞组件26进一步包括对中装置58。对中装置58设置在槽34内，处于环44的内面50与槽34的根部40之间。对中装置58所限定的装置内直径60大于槽内直径42。此外，对中装置58所限定的装置外直径62小于处于未压缩状态下的环44的环内直径52。对中装置58被构造以使环44与槽34的根部沿径向分开，以防止在环44处于未压缩状态时环44的内面50沿径向向外移动超过槽34的外边缘。因此，对中装置58使环44与环形主体28的纵轴线30同心地且相对于槽34而大致对中。通过在环44处于未压缩状态时使环44在槽34内对中，对中装置58防止在间隙48处的环44的内面50的角部卡在槽外边缘36上，并由此防止在将活塞组件26组装到孔24中时可能导致问题的环“弹出”。

对中装置58包括在装置内直径60与装置外直径62之间的径向厚度64，径向厚度64小于槽内直径42与处于未压缩状态下的环44的环内直径52之差的一半（1/2）。例如，对中装置58所包括的在装置内直径60与装置外直径62之间的径向厚度64可比槽内直径42与处于未压缩状态下的环44的环内直径52之差的一半（1/2）小约1毫米（1 mm）。因此，环44可在槽34内围绕对中装置58轻度移动，以确保环44适当地安装在槽34内，而又被充分限制移动以确保在间隙48处的环44的内面50的角部不沿径向设置在槽外边缘36之外，从而防止环44从槽34移位。

在环44朝向根部40沿径向向内压缩至压缩状态的过程中，对中装置58能够朝向槽34的根部40沿径向向内移动，即，能够压缩。换言之，在将活塞组件26安装在孔24的过程中，随着环44从未压缩状态被压缩至压缩状态，环44压缩对中装置58，由此允许环44在槽34内适当沿径向压缩。此外，对中装置58在至少150华氏度（150°F）的温度之上能够溶解于发动机润滑剂中。发动机润滑剂可包括但不限于：马达用油。由于对中装置58仅可在处于或高于至少150华氏度（150°F）的温度时溶解于发动机润滑剂中，因而在活塞组件26的组装过程中、在活塞组件26和/或发动机20的初始运输中、甚至在高温地区，对中装置58保持稳定，并之后在发动机20启动且发动机20的内部温度和发动机润滑剂的温度升高至150华氏度（150°F）以上时快速溶解于发动机润滑剂中。而且，对中装置58可包括一定粘度而足以使对中装置58粘附到槽34的侧面65（即，侧部），直到环44在安装到孔24的过程中被压缩至压缩状态，并包括足够的硬度或刚度以确保在活塞组件26安装到孔24中之前对中装置58不会在活塞组件26的运输过程中过早地被压缩。

对中装置58可包括蜡材料。不过应认识到，对中装置58不限于蜡材料，而可包括任意这样的材料：其可易于压缩，但仍足够硬以在运输条件下承受与环44的接触并保持环44适当对准，在处于或高于150华氏度（150°F）的温度时可溶解于发动机润滑剂中，而且可包括足够粘度以粘附到槽34的侧面65，直到环44被压缩至压缩状态。

对中装置58可包括例如多个部段66，多个部段66在槽34内同心地间隔开并沿槽34相对于彼此在角度上间隔开。每个部段66可包括相对于槽34的周向长度68，周向长度68大于处于未压缩状态的环44的间隙48。例如，每个部段66包括的相对于槽34的周向长度68可比处于未压缩状态的环44的间隙48的距离70大至少4毫米（4 mm）。这确保对中装置58的部段66足够长以跨越在环44处于未压缩状态时环44的间隙48。此外，对中装置58可包括多个垫圈（bead）72，多个垫圈72相对于彼此沿径向堆叠在槽34内。例如，对中装置58可包括四个沿径向堆叠在槽34内的垫圈72，每个垫圈72具有0.5mm的径向厚度。虽然对中装置58在此被描述和显示为包括多个部段66，多个部段66在槽34内同心地间隔开并沿槽34相对于彼此在角度上间隔开，其中每个部段66包括多个垫圈72，多个垫圈72相对于彼此沿径向堆叠在槽34内，不过，应认识到，对中装置58可按照在此尚未显示和描述的某些其它方式构造，使得能够在活塞组件26安装到缸体22中之前使环44与槽34的根部40分开，而且不会妨碍发动机20的操作。

参见图5，对中装置的可替代实施例整体以74显示。对中装置74包括多个部段66，多个部段66围绕纵轴线30在槽34内同心地间隔开并沿所述槽相对于彼此在角度上间隔开。每个部段可包括相对于槽34的周向长度68，周向长度68大于处于未压缩状态的环44的间隙48。每个部段66通过对中装置74的固有粘性粘附到槽34的侧面65（即，侧部）。因此，在环44的压缩过程中，每个部段66被沿径向向内移动，即，推动，而不会朝向槽34的根部压缩。

在本发明另一方面中，提供一种组装发动机20的方法。组装发动机20的方法包括：将对中装置58定位在环形主体28的槽34内。对中装置58可按照任何适合方式手动地或通过机器自动地定位在槽34内。如果对中装置58包括如前所述的蜡，则对中装置58可通过分配机器以前述构造沉积到槽34中。

所述方法进一步包括：将环44定位在槽34内，使得对中装置58被设置在环44的内面50与槽34的根部40之间。环44处于未压缩状态时进行初始定位，其中对中装置58使环44与槽34的根部40沿径向隔开，即，对中装置58使环44相对于槽34和纵轴线30同心地大致对准。因此，对中装置58保持环44在槽34内的相对位置，以确保在传送过程中或在安装到缸体22中之前环44不会沿侧向移到槽34之外而变得移位。

所述方法进一步包括：将环44和对中装置58沿径向压缩到槽34中，从而允许将活塞组件26安装到发动机缸体22的孔24中。环44可按照任何适合方式从未压缩状态被压缩至压缩状态，例如但不限于：使用环形夹手动压缩环44，或使用自动化填料机器（例如在大规模组装线过程中常用的机器）自动压缩环44。

所述方法进一步包括：在环44已经从未压缩状态被压缩至压缩状态之后将活塞组件26安装到孔24内。一旦环44被压缩至压缩状态，则环外直径56小于孔24的直径，由此允许活塞组件26滑动到缸体22的孔24中。活塞组件26可通过任何适合方法（手动地或通过机器）安装到孔24中。

所述方法进一步包括：在安装到发动机缸体22的孔24中之后，在存在发动机润滑剂的情况下加热对中装置58，以将对中装置58溶解于发动机润滑剂中。所述加热可例如通过使已被组装和安装在车辆中的发动机20运行而实现。随发动机20的运行，发动机20产生热量，由此加热缸体22和发动机润滑剂，一旦发动机润滑剂首次达到或升高至高于150华氏度（150°F），则对中装置58溶解于发动机润滑剂中并从槽34冲出。应认识到，可替代地，对中装置58的加热可通过在此并未描述的某些其它方式实现。

虽然已经详细描述了实施本发明的最佳模式，不过，本领域技术人员将认识到在所附权利要求书的范围内实施本发明的各种可替代设计和实施例。

Claims

1.一种用于车辆发动机的活塞组件，所述活塞组件包括：

对中装置，其设置在所述槽内并在所述环的内面与所述槽的根部之间，其中，所述对中装置被构造为：在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开，以防止所述环的内面沿径向向外移动超过所述槽的外边缘；

其中，所述对中装置包括在装置内直径与装置外直径之间的径向厚度，所述径向厚度小于所述槽内直径与所述环处于未压缩状态时的所述环内直径之差的一半，以使所述环能够在所述槽内围绕所述对中装置轻度移动；以及

其中，所述对中装置包括多个垫圈，所述多个垫圈相对于彼此沿径向堆叠在所述槽内。

2.如权利要求1所述的活塞组件，其中，所述对中装置限定大于所述槽内直径的装置内直径和小于在所述环处于未压缩状态时的所述环内直径的装置外直径。

3.如权利要求2所述的活塞组件，其中，在所述环朝向所述根部沿径向向内压缩至压缩状态的过程中，所述对中装置能够朝向所述槽的根部沿径向向内移动。

4.如权利要求3所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括多个部段，所述多个部段在所述槽内同心地间隔开并沿所述槽相对于彼此在角度上间隔开。

5.如权利要求4所述的活塞组件，其中，所述环包括切除部，所述切除部限定沿径向延伸穿过所述环的间隙，其中，每个所述部段包括相对于所述槽的周向长度，所述周向长度大于在所述环处于未压缩状态时的所述间隙。

6.如权利要求1所述的活塞组件，其中，所述对中装置在高于至少150华氏度的温度时能够溶解于发动机润滑剂中。

7.如权利要求1所述的活塞组件，其中，所述对中装置包括蜡材料。

8.一种用于车辆发动机的活塞组件，所述活塞组件包括：

环，其设置在所述槽内，并具有限定环内直径的内面和限定环外直径的外面；以及

对中装置，其设置在所述槽内并在所述环的内面与所述槽的根部之间，且被构造为：在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开，以防止所述环的内面沿径向向外移动超过所述槽的外边缘，其中，在所述环朝向所述根部沿径向向内压缩至压缩状态的过程中，所述对中装置能够朝向所述槽的根部沿径向向内移动；

其中，所述对中装置包括在装置内直径与装置外直径之间的径向厚度，所述径向厚度小于所述槽内直径与所述环处于未压缩状态时的所述环内直径之差的一半，以使所述环能够在所述槽内围绕所述对中装置轻度移动；

其中，所述对中装置包括蜡材料，并且所述对中装置包括多个垫圈，所述多个垫圈相对于彼此沿径向堆叠在所述槽内。

9.如权利要求8所述的活塞组件，其中，所述对中装置限定装置内直径和装置外直径，其中，所述装置内直径大于所述槽内直径，所述装置外直径小于所述环内直径。

10.如权利要求8所述的活塞组件，其中，所述对中装置在高于至少150华氏度的温度时能够溶解于发动机润滑剂中。

11.如权利要求8所述的活塞组件，其中，所述环包括切除部，所述切除部限定沿径向延伸穿过所述环的间隙，其中，所述对中装置包括多个部段，所述多个部段在所述槽内同心地间隔开并沿所述槽相对于彼此在角度上间隔开，每个所述部段包括相对于所述槽的周向长度，所述周向长度比在所述环处于未压缩状态时的所述间隙大至少4毫米。

12.一种组装发动机的方法，所述发动机包括活塞组件，所述活塞组件具有限定槽的环形主体和环，所述方法包括：

将对中装置定位在所述槽内，其中所述对中装置包括多个垫圈，所述多个垫圈相对于彼此沿径向堆叠在所述槽内；和

将所述环定位在所述槽内，使得所述对中装置被设置在所述环的内面与所述槽的根部之间，其中，所述对中装置在所述环处于未压缩状态时使所述环与所述槽的根部沿径向隔开；

其中，所述槽包括限定槽外直径的外边缘和限定槽内直径的根部，所述环具有限定环内直径的内面和限定环外直径的外面，所述对中装置包括在装置内直径与装置外直径之间的径向厚度，所述径向厚度小于所述槽内直径与所述环处于未压缩状态时的所述环内直径之差的一半，以使所述环能够在所述槽内围绕所述对中装置轻度移动。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述发动机包括限定孔的发动机缸体，所述方法进一步包括：将所述活塞组件安装在所述孔内。

14.如权利要求13所述的方法，其中，安装所述活塞组件进一步包括：将所述环和所述对中装置沿径向压缩到所述槽中，从而允许将所述活塞组件安装到所述发动机缸体的孔中。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述方法进一步包括：在存在发动机润滑剂的情况下加热所述对中装置，以将所述对中装置溶解于所述发动机润滑剂中。

16.如权利要求14所述的方法，其中，加热所述对中装置进一步被限定为：加热所述对中装置至大于150华氏度的温度。