CN102493890A - 倾斜活塞环式活塞结构 - Google Patents

倾斜活塞环式活塞结构 Download PDF

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CN102493890A CN2011104267605A CN201110426760A CN102493890A CN 102493890 A CN102493890 A CN 102493890A CN 2011104267605 A CN2011104267605 A CN 2011104267605A CN 201110426760 A CN201110426760 A CN 201110426760A CN 102493890 A CN102493890 A CN 102493890A
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
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Abstract

本发明公开了一种倾斜活塞环式活塞结构，包括活塞和第一活塞环，活塞外壁上从上向下具有第一活塞环槽，第二活塞环槽和第三活塞环槽。活塞的第一活塞环槽中心平面绕轴线
Figure 2011104267605100004DEST_PATH_IMAGE001
从副推力面向主推力面方向旋转α=4～8度形成倾斜环槽，倾斜方向角
Figure 81097DEST_PATH_IMAGE002
保持在±5度内，活塞环采用类梯形截面。本发明使主推力面第一活塞环槽中心与活塞顶部距离
Figure 935920DEST_PATH_IMAGE003
大于副推力面第一活塞环槽中心与活塞顶部距离
Figure 2011104267605100004DEST_PATH_IMAGE004
，由此产生的附加力矩可在燃气爆发后延缓活塞向主推力面方向的回转趋势，有效降低活塞拍击，提高发动机NVH性能。该倾斜活塞环式活塞结构仅改变第一活塞环槽及第一活塞环的形状，未改变活塞、缸体等的主体结构，对内燃机的燃烧、动力、冷却等性能不会造成大的影响。

Description

倾斜活塞环式活塞结构
技术领域
本发明涉及一种往复活塞式机械的曲柄连杆机构，属于机械动力工程领域，尤其涉及一种倾斜活塞环式活塞结构。
背景技术
在内燃机噪声中，低转速状况下燃烧噪声占主导地位，高转速状况下内燃机各零部件之间的冲击振动加剧而使机械噪声上升到支配位置。活塞拍击噪声是内燃机最大的机械噪声源，减小活塞与缸套之间的拍击一直以来是内燃机振动噪声控制的难点。燃气爆发后，活塞在燃气压力以及惯性力的综合作用下产生横向推力，使活塞向主推力面方面平移，另外，在作用于活塞销上的摩擦力矩等的作用下，活塞绕活塞销轴线向主推力面方向回转，由此而形成的二次运动造成的活塞与缸套的剧烈碰撞现象（活塞拍击）。因此，控制活塞在燃气爆发后向主推力面方向的平移以及回转是降低活塞拍击的关键。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种有效降低活塞拍击，提高发动机NVH性能的倾斜活塞环式活塞结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：倾斜活塞环式活塞结构，包括活塞和第一活塞环，所述活塞外壁上从上向下具有第一活塞环槽，第二活塞环槽和第三活塞环槽，所述第一活塞环套在第一活塞环槽内，所述活塞的第一活塞环槽中心平面绕轴线                                                
Figure 2011104267605100002DEST_PATH_IMAGE001
从副推力面向主推力面方向旋转α=4～8度形成倾斜环槽。
    作为本发明的一种优选方案，所述第一活塞环槽的倾斜方向角
Figure 999859DEST_PATH_IMAGE002
为±5度以内。
作为本发明的另一种优选方案，所述第一活塞环槽的截面为梯形截面，所述第一活塞环的横截面为与该第一活塞环槽的截面相匹配的梯形截面，所述第一活塞环的内倾角
Figure 854683DEST_PATH_IMAGE003
为10度。
与现有技术相比，本发明的倾斜活塞环式活塞结构具有如下优点：
    1、活塞的第一活塞环槽中心平面（法线
Figure 2011104267605100002DEST_PATH_IMAGE004
）绕轴线
Figure 447469DEST_PATH_IMAGE001
从副推力面向主推力面方向旋转α=4～8度形成倾斜环槽，倾斜方向角
Figure 842678DEST_PATH_IMAGE002
为±5度以内，使主推力面第一活塞环槽中心与活塞顶部距离大于副推力面第一活塞环槽中心与活塞顶部距离
Figure 2011104267605100002DEST_PATH_IMAGE006
；第一活塞环的内倾角
Figure 292562DEST_PATH_IMAGE003
为10度，且倾斜设置，缸内燃气压力在活塞主推力面与副推力面之间产生压力差，该压力差产生的附加力矩，可延缓缸内燃气爆发后活塞向主推力面的回转趋势，改变活塞与缸套的初始接触时间以及接触位置，减小活塞与缸套之间的冲击而产生的活塞拍击峰值，降低由此而产生的振动噪声。
2、第一活塞环倾斜设置、且横截面为梯形形状，使第一活塞环与倾斜后的第一活塞环槽更能紧密配合，减小应力集中，增强活塞及活塞环强度，提高其工作寿命；同时，能充分利用缸内燃气压力的压迫作用，迫使第一活塞环更加紧密的贴合第一活塞环槽及缸套而形成自密封状态，有效改善由于倾斜活塞环带来的密封性能下降等问题。
3、该倾斜活塞环式活塞结构仅改变第一活塞环槽及第一活塞环的形状，未改变活塞、缸体等的主体结构，对内燃机的燃烧、动力、冷却等性能不会造成大的影响。但倾斜设置的第一活塞环产生附加力矩可有效降低活塞拍击，提高发动机NVH性能。
附图说明
图1为活塞的结构示意图；
图2为倾斜活塞环式活塞结构的结构示意图；
图3为第一活塞环槽倾斜方向角的结构示意图；
图4为第一活塞环的结构示意图；
图5为第一活塞环的横截面图。
具体实施方式
    下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。  
如图1、2所示，倾斜活塞环式活塞结构，包括活塞1和第一活塞环2，活塞1的外壁上从上向下具有第一活塞环槽，第二活塞环槽和第三活塞环槽，第一活塞环2套在第一活塞环槽内。活塞1的第一活塞环槽中心平面（法线
Figure 559596DEST_PATH_IMAGE004
）绕轴线
Figure 696179DEST_PATH_IMAGE001
从副推力面向主推力面方向旋转α=4～8度形成倾斜环槽。第一活塞环槽的倾斜方向角
Figure 240424DEST_PATH_IMAGE002
为±5度以内。第一活塞环槽的截面为梯形截面，第一活塞环2的横截面为与该第一活塞环槽的截面相匹配的梯形截面，第一活塞环槽的内倾角
Figure 233788DEST_PATH_IMAGE003
为10度。
由于活塞环的密封作用，作用在活塞1上的第二活塞环、第三活塞环上的缸内压力差较小，倾斜第二活塞环、第三活塞环，使其产生附加力矩的意义不大，因此，本发明保持活塞1的第二活塞环槽、第三活塞环槽的中心平面与活塞顶部平面平行，倾斜第一活塞环。为了降低倾斜后的活塞环与活塞环槽应力集中，并保证活塞环的密封性能，第一活塞环的横截面采用梯形截面，第二活塞环、第三活塞环的横截面采用矩形截面。
活塞1与第一活塞环2和缸套3的配合关系如图2所示。考虑到不降低活塞的冷却性能，倾斜活塞环的高度必须控制在冷却水套高度以内。因此，活塞1的第一活塞环槽中心平面（法线
Figure 925800DEST_PATH_IMAGE004
）绕轴线
Figure 600495DEST_PATH_IMAGE001
从副推力面向主推力面旋转α=4～8度形成倾斜环槽（法线
Figure 61563DEST_PATH_IMAGE007
）。为了使倾斜的活塞环结构不产生过大的垂直于平面（法线
Figure 429091DEST_PATH_IMAGE001
）的力矩，从而确保活塞在平面（法线
Figure 602540DEST_PATH_IMAGE001
）内做二次运动，倾斜环槽的倾斜方向角
Figure 815347DEST_PATH_IMAGE002
（如图3所示）保持在±5度以内（主推力面方向轴
Figure 2011104267605100002DEST_PATH_IMAGE008
逆时针旋转形成的方向角假设为正），使主推力面第一活塞环槽中心与活塞顶部距离
Figure 669350DEST_PATH_IMAGE005
大于副推力面第一活塞环槽中心与活塞顶部距离
Figure 335955DEST_PATH_IMAGE006
。由于该距离差的存在，缸内燃气压力在活塞1主推力面与副推力面之间产生压力差。该压力差产生的附加力矩，可延缓缸内燃气爆发后活塞1向主推力面的回转趋势，改变活塞1与缸套3的初始接触时间及接触位置，从而减小活塞与缸套之间的冲击而产生的活塞拍击峰值，降低由此而产生的振动噪声。
第一活塞环采用如图4、5所示，第一活塞环的内倾角
Figure 352453DEST_PATH_IMAGE003
为10度。第一活塞环如同第一活塞环槽一样旋转4～8度形成倾斜环，然后用活塞1的廓线形成的几何体与倾斜的第一活塞环做布尔运算得到倾斜且能与第一活塞环槽、缸套紧密配合的最终第一活塞环形状。第一活塞环2的横截面采用梯形形状，使第一活塞环与倾斜后的第一活塞环槽更能紧密配合，减小应力集中，增强活塞及第一活塞环的强度，提高其工作寿命。同时，能充分利用缸内燃气压力的压迫作用，迫使第一活塞环更加紧密的贴合第一活塞环槽及缸套而形成自密封状态，有效改善由于倾斜后第一活塞环带来的密封性能下降等问题。
该活塞仅改变第一活塞环槽及第一活塞环的形状，未改变活塞、缸体等的主体结构，对内燃机的燃烧、动力、冷却等性能不会造成大的影响。但倾斜的第一活塞环产生附加力矩可有效降低活塞拍击，提高发动机NVH性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种倾斜活塞环式活塞结构，包括活塞（1）和第一活塞环（2），所述活塞（1）外壁上从上向下具有第一活塞环槽，第二活塞环槽和第三活塞环槽，所述第一活塞环（2）套在第一活塞环槽内，其特征在于：所述活塞（1）的第一活塞环槽中心平面绕轴线                                                
Figure 2011104267605100001DEST_PATH_IMAGE001
从副推力面向主推力面方向旋转α=4～8度形成倾斜环槽。
2.根据权利要求1所述的倾斜活塞环式活塞结构，其特征在于：所述第一活塞环槽的倾斜方向角
Figure 2011104267605100001DEST_PATH_IMAGE002
为±5度以内。
3.根据权利要求1所述的倾斜活塞环式活塞结构，其特征在于：所述第一活塞环槽的截面为梯形截面，所述第一活塞环（2）的截面为与该第一活塞环槽的截面相匹配的梯形截面，所述第一活塞环的内倾角
Figure 2011104267605100001DEST_PATH_IMAGE003
为10度。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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