CN103244305B - 发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供长时间运转后也能够稳定降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量的发动机。为解决该问题，一种发动机，在活塞周壁上从活塞头部侧开始依次设置有第一环槽脊、第一环槽、第二环槽脊、第二环槽、第三环槽脊、第三环槽及活塞裙部，在第一环槽内嵌入有第一气环，在第二环槽内嵌入有第二气环，在第三环槽内嵌入有油环，在第二环槽脊上设置有凹部（13），第二环槽脊的外周面和第二环槽的第二环槽脊侧端面之间的边界被倒角成朝第二环槽（6）缩径的锥面，利用锥面形成所述第二环槽脊（5）的凹部（13）。

Description

发动机

技术领域

本发明涉及发动机，详细地讲，涉及在长时间运转后也能够稳定地降低油消耗量及窜漏气体（blow by gas）的漏泄量的发动机。

背景技术

以往，有如下的发动机，在该发动机中，在活塞周壁上从活塞头部侧开始依次设置有第一环槽脊（land）、第一环槽、第二环槽脊、第二环槽、第三环槽脊、第三环槽、活塞裙部（piston skirt），在第一环槽内嵌入第一气环，在第二环槽内嵌入第二气环，在第三环槽内嵌入油环，并且，在第二环槽脊上设置有凹部（例如，参照专利文献1）。

若采用这种发动机，则具有如下优点，即，第二环槽脊对向空间的容积增加了与第二环槽脊的凹部相应的大小，由此能够抑制活塞升降时的第二环槽脊对向空间内的气压的变动。

但是，在该以往技术中，在第二环槽脊的外周面的中间部设置沟槽，由该沟槽形成第二环槽脊的凹部，因而存在问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-54297号公报（参照图2、图4）

《问题》

在长时间运转后，油消耗量及窜漏气体的漏泄量变多。

在第二环槽脊的外周面的中间部设置沟槽，并由该沟槽形成第二环槽脊的凹部，因而第二环槽脊的刚性大幅下降，活塞发生振动，第一环槽和第二环槽容易变形并且容易产生异常磨耗。

因此，尽管通过设置在第二环槽脊上的凹部能够抑制活塞升降时的第二环槽脊对向空间的气压的变动，但因活塞的振动、环槽的变形、异常磨耗会使第一油环和第二油环的动作变得不稳定，由此它们的密封性能下降，从而在长时间运转后油消耗量及窜漏气体的漏泄量变多。

发明内容

本发明的课题是，提供一种在长时间运转后也能够稳定地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量的发动机。

如在图1B中例示那样，在第一技术方案的发明中，一种发动机，在活塞周壁1上从活塞头部2侧开始依次设置有第一环槽脊3、第一环槽4、第二环槽脊5、第二环槽6、第三环槽脊7、第三环槽8及活塞裙部9，在第一环槽4内嵌入有第一气环10，在第二环槽6内嵌入有第二气环11，在第三环槽8内嵌入有油环12，在第二环槽脊5上设置有凹部13，该发动机的特征在于，

如在图1B中例示那样，第二环槽脊5的外周面5a和第二环槽6的第二环槽脊侧端面6a之间的边界被倒角成朝向第二环槽6缩径的锥面14，利用该锥面14形成了所述第二环槽脊5的凹部13。

第一技术方案的发明发挥如下的效果。

《效果》

在长时间运转后也能够稳定地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

如在图1B中例示那样，利用锥面14形成了第二环槽脊5的凹部13，因而第二环槽脊对向空间17的容积增加了与设置在第二环槽脊5上的凹部13相应的大小，能够抑制活塞升降时的第二环槽脊对向空间17的气压的变动。

而且，第二环槽脊5的外周面5a和第二环槽6的第二环槽脊侧端面6a之间的边界被倒角成朝向第二环槽6缩径的锥面14，利用该锥面14形成了所述第二环槽脊5的凹部13，因而不会大幅降低第二环槽脊5的刚性，还能够抑制活塞18的振动、环槽的变形、异常磨耗。

因此，抑制了第一气环10和第二气环11的振动，并且能够较高地保持它们的密封性能，从而在长时间运转后也能够稳定地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

第二技术方案在第一技术方案的基础上，其特征在于，锥面14相对于第二环槽6的第二环槽脊侧端面6a的气缸侧假想延长线6b的角度Θ为30°～60°，锥面14的活塞径向的深度尺寸C除以第二环槽6的活塞径向的深度尺寸D而得到的值（C/D）的百分比为20％～30％。

第二技术方案的发明除了第一技术方案的发明的效果之外还发挥如下的效果。

《效果》

在长时间运转后也能够稳定地充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

如在图1B中例示那样，锥面14相对于第二环槽6的第二环槽脊侧端面6a的气缸侧假想延长线6b的角度Θ为30°～60°，锥面14的活塞径向的深度尺寸C除以第二环槽6的活塞径向的深度尺寸D而得到的值（C/D）的百分比设定为20％～30％，因而在长时间运转后也能够稳定地充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

在脱离该最佳范围而使锥面14的角度Θ过小的情况以及与锥面14的深度尺寸C相关的值（C/D）的百分比过小的情况下，第二环槽脊5的凹部13的容积变小，第二环槽脊对向空间17的容积不能充分地增加，由此不能有效地抑制活塞升降时的第二环槽脊对向空间17的气压的变动，从而第一气环10和第二气环11容易振动。

另外，在脱离所述最佳范围而使锥面14的角度Θ过大的情况下，利用锥面14在宽度尺寸W2比较大的范围内去掉了第二环槽脊5的厚度，由此第二环槽脊5的刚性下降，活塞18振动，第一环槽4和第二环槽6容易变形以及产生磨耗，从而第一气环10和第二气环11也容易振动。

另外，在脱离所述最佳范围而与锥面14的深度尺寸C相关的值（C/D）的百分比过大的情况下，第二环槽6的支撑第二气环11的支撑面积变小，从而第二气环11容易振动。

这样，在锥面14的角度Θ及与锥面14的深度尺寸C相关的值（C/D）的百分比脱离所述最佳范围的情况下，第一气环10和第二气环11中的至少一个气环变得容易振动，其密封性能下降，因而存在不能充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量的情况。

第三技术方案在第二技术方案的基础上，其特征在于，第二环槽脊5的宽度尺寸W2除以气缸内径B而得到的值（W2/B）的百分比为6％～11％。

第三技术方案的发明除了第二技术方案的发明的效果之外还发挥如下的效果。

《效果》

在长时间运转后也能够稳定地充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

如在图1B中例示那样，第二环槽脊5的宽度尺寸W2除以气缸内径B而得到的值（W2/B）的百分比设定为6％～15％，因而在长时间运转后也能够稳定地充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

在脱离该最佳范围而与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比过小的情况下，第二环槽脊对向空间17的容积变小，由此不能有效地抑制活塞升降时的第二环槽脊对向空间17的气压的变动，从而第一气环10和第二气环11容易振动，它们的密封性能下降，因而存在不能充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量的情况。

另外，在脱离所述适用范围而与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比过大的情况下，存在活塞18的全长比最佳值变得过长的情况。

第四技术方案在第一至第三技术方案的基础上，其特征在于，在第三环槽脊7的外周面7a和第三环槽8的第三环槽脊侧端面8a之间的边界，设置有第三环槽脊7的凹部15。

第四技术方案的发明除了第一技术方案至第三技术方案中任一项发明的效果之外发挥如下的效果。

《效果》

能够充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量

如在图1B中例示那样，在第三环槽脊7的外周面7a和第三环槽8的第三环槽脊侧端面8a之间的边界设置有第三环槽脊7的凹部15，因而第三环槽脊对向空间20的容积增加了与第三环槽脊7的凹部15相应的大小，从而抑制了活塞升降时的第三环槽脊对向空间20的气压的变动，并抑制了第二气环11和油环12的振动，它们的密封性能提高，因而能够充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量。

第五技术方案在第一至第四技术方案的基础上，其特征在于，在活塞裙部9的外周面9a和第三环槽8的活塞裙部侧端面8b之间的边界，设置有活塞裙部9的凹部16。

第五技术方案的发明除了第一技术方案至第四技术方案中任一项发明的效果之外发挥如下的效果。

《效果》

能够充分地降低油消耗量。

如图1B所示，在活塞裙部9的外周面9a和第三环槽8的活塞裙部侧端面8b之间的边界设置有活塞裙部9的凹部16，因而能够充分地降低油消耗量。

其理由如下，即，由油环12的下部侧刮下来的油的一部分通过活塞裙部9的凹部16并经由油导入孔35、第三环槽8及油导出孔36而导出到活塞18的内部，由此容易返回发动机下部的油盘（图外），从而能够迅速地排出油。

附图说明

图1A、图1B是说明本发明的第一实施方式的发动机的图，图1A是气缸和活塞的示意剖视图，图1B是主要部分放大剖视图。

图2A、图2B是说明本发明的第二实施方式的发动机的图，图2A是气缸和活塞的示意剖视图，图2B是主要部分放大剖视图。

其中，附图标记的说明如下：

1活塞周壁

2活塞头部

3第一环槽脊

4第一环槽

5第二环槽脊

5a外周面

6第二环槽

6a第二环槽脊侧端面

6b气缸侧假想延长线

7第三环槽脊

7a外周面

8第三环槽

8a第三环槽脊侧端面

8b活塞裙部侧端面

9活塞裙部

10第一气环

11第二气环

12油环

13第二环槽脊的凹部

14锥面

15第三环槽脊的凹部

16活塞裙部的凹部

Θ锥面的角度

C锥面的深度尺寸

D第二环槽的深度尺寸

C/D与锥面的深度尺寸相关的值

B气缸内径

W2第二环槽脊的宽度尺寸

W2/B与第二环槽脊的宽度尺寸相关的值

具体实施方式

图1A、图1B是说明本发明的第一实施方式的发动机的图，图2A、图2B是说明本发明的第二实施方式的发动机的图，在各实施方式中，说明直接喷射式柴油发动机。

（第一实施方式）

首先，说明第一实施方式的发动机。

如图1A所示，在该发动机21中，在气缸22内以使活塞18自由升降的方式内嵌该活塞18，活塞18经由连杆23与曲轴24连动并连接。在气缸22的上部组装有气缸盖25。在气缸盖25上设置有吸气口26、排气口27、燃料喷射喷嘴28。图中的附图标记1a是活塞中心轴线。

如图1B所示，在活塞周壁1上从活塞头部2侧开始依次设置有第一环槽脊3、第一环槽4、第二环槽脊5、第二环槽6、第三环槽脊7、第三环槽8、活塞裙部9，在第一环槽4内嵌入有第一气环10，在第二环槽6内嵌入有第二气环11，在第三环槽8内嵌入有油环12，在第二环槽脊5上设置有凹部13。

如图1B所示，第二环槽脊5的外周面5a和第二环槽6的第二环槽脊侧端面6a之间的边界被倒角成朝向第二环槽6缩径的锥面14，利用该锥面14来形成所述第二环槽脊5的凹部13。

如图1B所示，将锥面14相对于第二环槽6的第二环槽脊侧端面6a的气缸侧假想延长线6b的角度Θ设定为30°～60°（更优选为40°～50°），将锥面14的活塞径向的深度尺寸C除以第二环槽6的活塞径向的深度尺寸D而得到的值（C/D）的百分比设定为20％～30％，这是锥面14的角度Θ及与锥面14的深度尺寸相关的值（C/D）的百分比的最佳范围。

如图1B所示，将第二环槽脊5的宽度尺寸W2除以气缸内径B而得到的值（W2/B）的百分比设定为6％～15％，这是与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比的最佳范围。

以气缸内径B为基准来计算第二环槽脊5的宽度尺寸W2的比例是因为，气缸内径B成为发动机的物理特性及燃烧室压力的指标。发动机的物理特性及燃烧室压力对发动机的油消耗量及窜漏气体的漏泄量造成大的影响。

如图1B所示，在第三环槽脊7的外周面7a和第三环槽8的第三环槽脊侧端面8a之间的边界设置第三环槽脊7的凹部15。

另外，在活塞裙部9的外周面9a和第三环槽8的活塞裙部侧端面8b之间的边界设置活塞裙部9的凹部16。

第三环槽脊7的凹部15由在沿着活塞中心轴线1a的剖视图上呈直角“L”字形的沟槽29形成，凹部15的里侧端面30与活塞中心轴线1a平行，凹部15的活塞头部2侧的面31与活塞中心轴线1a垂直。

活塞裙部9的凹部16由在沿着活塞中心轴线1a的剖视图上呈钝角“L”字形的沟槽32形成，凹部16的里侧端面33与活塞中心轴线1a平行，凹部16的与活塞头部2相反一侧的面34形成为朝向里侧端面33缩径的锥状。

如图1B所示，在油环12内设置沿着活塞径向贯通油环12的油导入孔35，在第三环槽8的里侧端设置沿着活塞径向贯通活塞周壁1的油导出孔36。用油环12从气缸22上刮下来的油经由油导入孔35、第三环槽8及油导出孔36导出到活塞18的内部，从而返回发动机下部的油盘（图外）上。

第一实施方式的所述最佳范围内的实施例发动机，与在所述最佳范围之外的比较例发动机相比，关于油消耗量及窜漏气体的漏泄量，得到了如下的有效的实验结果。

第一实验在如下条件下进行，即，在20℃的环境下，利用气缸内径B为87mm、活塞头部2的最大直径P为86.5mm、最小直径为86.46mm、活塞的轴长尺寸L为80mm、活塞的冲程为102.4mm的立式水冷直列四缸直接喷射式柴油发动机，以发动机转速2700rpm、负荷率80％使发动机运转了200小时。此外，就负荷率而言，将得到最大输出的额定转速下的额定负荷设定为负荷率100％来进行计算。

作为实施例发动机，制造了使用了所述最佳范围的各最小值的最小值实施例发动机、使用了各最大值的最大值实施例发动机、使用了各中间值的中间值实施例发动机。

作为比较例发动机，制造了没有上述各实施例发动机的锥面14的发动机。

对它们进行比较的结果，确认了各实施例发动机与各比较例发动机相比，油消耗量减少了30％左右，窜漏气体的漏泄量减少了35％左右。另外，对于各实施例发动机，未发现运转200小时之后性能大幅下降。

在最小值实施例发动机中，锥面14的角度Θ为30°，与活塞径向的深度尺寸D相关的值（C/D）的百分比为20％，与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比为6％。

在最大值实施例发动机中，锥面14的角度Θ为60°，与活塞径向的深度尺寸D相关的值（C/D）的百分比为30％，与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比为11％。

在中间值实施例发动机中，锥面14的角度Θ为45°，与活塞径向的深度尺寸D相关的值（C/D）的百分比为25％，与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比为8.5％。

此外，将各发动机的第一环槽脊3的宽度尺寸W1除以气缸内径B而得到的值（W1/B）的百分比设定为13％。另外，将第三环槽脊7的宽度尺寸W3除以气缸内径B而得到的值（W3/B）的百分比设定为4％。

制造了仅将所述各实施例发动机的锥角度Θ变更为小于所述最佳范围的下限值30°的25°的比较例发动机。

对所述各实施例发动机和所述各比较例发动机进行比较的结果，确认了各实施例发动机与各比较例发动机相比，油消耗量减少了15％左右，窜漏气体的漏泄量减少了17％左右。

制造了仅将所述各实施例发动机的锥角度Θ变更为超过所述最佳范围的上限值60°的65°的比较例发动机。

对所述各实施例发动机和所述各比较例发动机进行比较的结果，确认了各实施例发动机与各比较例发动机相比，油消耗量减少了15％左右，窜漏气体的漏泄量减少了17％左右。

制造了仅将所述各实施例发动机的与锥面14的深度尺寸C相关的值（C/D）的百分比变更为小于所述最佳范围的下限值20％的10％的比较例发动机。

对所述各实施例发动机和所述各比较例发动机进行比较的结果，确认了各实施例发动机与各比较例发动机相比，油消耗量减少了20％左右，窜漏气体的漏泄量减少了23％左右。

制造了仅将所述实施例发动机的与锥面14的深度尺寸C相关的值（C/D）的百分比变更为超过所述最佳范围的上限值30％的40％的比较例发动机。

对所述各实施例发动机和所述各比较例发动机进行比较的结果，确认了各实施例发动机与各比较例发动机相比，油消耗量减少了20％左右，窜漏气体的漏泄量减少了23％左右。

制造了仅将所述实施例发动机的与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比变更为小于所述最佳范围的下限值6％的5％的比较例发动机。

对所述各实施例发动机和所述各比较例发动机进行比较的结果，确认了各实施例发动机与各比较例发动机相比，油消耗量减少了15％左右，窜漏气体的漏泄量减少了17％左右。

另外，仅将所述各实施例发动机的与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比变更为超过所述最佳范围的上限值11％的12％的结果，确认了活塞18的全长比最佳值变得过长。

优选将第一环槽脊3的宽度尺寸W1除以气缸内径B而得到的值（W1/B）的百分比设定为8％以上，将第三环槽脊7的宽度尺寸W3除以气缸内径B而得到的值（W3/B）的百分比设定为2％以上。在小于该百分比时，第一环槽脊对向空间19及第三环槽脊对向空间20的容积变小，油及窜漏气体变得容易通过第一环槽脊对向空间19及第三环槽脊对向空间20，从而存在不能有效地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量的情况。

优选将与第一环槽脊3的宽度尺寸W1相关的值（W1/B）的百分比、与第二环槽脊5的宽度尺寸W2相关的值（W2/B）的百分比、与第三环槽脊7的宽度尺寸W3相关的值（W3/B）的百分比这三者的总计在28％以下。在总计超过该百分比时，存在活塞18的全长变得比最佳值过长的情况。

第二实验在如下条件下进行，即，在20℃的环境下，利用了气缸内径B为78mm、活塞头部2的最大直径P为77．5mm、最小直径为77．46mm、活塞的轴长尺寸L为70mm、活塞的行程为78．4mm的立式水冷直列四缸间接喷射式柴油发动机，以发动机转速3000rpm、负荷率80％使发动机运转了200小时。

该第二实验也利用以与第一实验相同的尺寸比率调节的实施例发动机和比较例发动机进行，结果确认了与第一实验同等的实验结果。

（第二实施方式）

接着，说明第二实施方式的发动机。

如图2B所示，在第二实施方式的发动机中，对第三环槽脊7的外周面7a和第三环槽8的第三环槽脊侧端面8a之间的边界实施倒角，以形成朝向第三环槽8缩径的锥面37，利用该锥面37来形成所述第三环槽脊7的凹部15。

如图2B所示，将锥面37相对于第三环槽8的第三环槽脊侧端面8a的气缸侧假想延长线8b的角度α设定为30°～60°（更优选为40°～50°），将锥面37的活塞径向的深度尺寸E除以第三环槽8的活塞径向的深度尺寸F而得到的值（E/F）的百分比设定为20％～30％，这是锥面37的角度α及与锥面37的深度尺寸相关的值（E/F）的百分比的最佳范围。

与第二环槽脊5的锥面14的情况同样地，该第三环槽脊7的锥面37只要在该最佳范围内，也能够长时间运转后稳定地并充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量，在该最佳范围之外的情况下，第二气环11及油环12容易振动，其密封性能下降，从而存在不能充分地降低油消耗量及窜漏气体的漏泄量的情况。

另外，该第二实施方式的发动机与第一实施方式同样地，在活塞裙部9的外周面9a和第三环槽8的活塞裙部侧端面8b之间的边界设置了活塞裙部9的凹部16，但该活塞裙部9的凹部16的形状与第一实施方式不同，由在沿着活塞中心轴线1a的剖视图上呈直角“L”字形的沟槽38形成，凹部16的里侧端的面33与活塞中心轴线1a平行，凹部16的与活塞头部2相反的一侧的面34与活塞中心轴线1a垂直。

除此之外，采用与第一实施方式相同的结构，在图2中，对与第一实施方式相同的要素标注相同的附图标记。

对该第二实施方式的发动机，也与第一实施方式的发动机同样地进行了实验，其结果得到了与第一实施方式同等的结果。

Claims (4)

1.一种发动机，在活塞周壁(1)上从活塞头部(2)侧开始依次设置有第一环槽脊(3)、第一环槽(4)、第二环槽脊(5)、第二环槽(6)、第三环槽脊(7)、第三环槽(8)及活塞裙部(9)，在第一环槽(4)内嵌入有第一气环(10)，在第二环槽(6)内嵌入有第二气环(11)，在第三环槽(8)内嵌入有油环(12)，在第二环槽脊(5)上设置有凹部(13)，其特征在于，

第二环槽脊(5)的外周面(5a)和第二环槽(6)的第二环槽脊侧端面(6a)之间的边界被倒角成朝向第二环槽(6)缩径的锥面(14)，利用该锥面(14)形成了所述第二环槽脊(5)的凹部(13)，

锥面(14)相对于第二环槽(6)的第二环槽脊侧端面(6a)的气缸侧假想延长线(6b)的角度(Θ)为30°～60°，锥面(14)的活塞径向的深度尺寸(C)除以第二环槽6的活塞径向的深度尺寸(D)而得到的值(C/D)的百分比为20％～30％。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，

第二环槽脊(5)的宽度尺寸(W2)除以气缸内径(B)而得到的值(W2/B)的百分比为6％～11％。

3.如权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，

在第三环槽脊(7)的外周面(7a)和第三环槽(8)的第三环槽脊侧端面(8a)之间的边界，设置有第三环槽脊(7)的凹部(15)。

4.如权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，

在活塞裙部(9)的外周面(9a)和第三环槽(8)的活塞裙部侧端面(8b)之间的边界，设置有活塞裙部(9)的凹部(16)。