CN103256140A - 活塞式发动机曲柄连杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞式发动机曲柄连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，所述活塞顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑，所述活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡；使气缸盖的燃烧室加工面与活塞顶面加工面相匹配，保证量产品质的稳定性，同时平顶结构的活塞顶面可与缸盖配合形成压缩余隙，有利于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀，保证曲柄连杆机构整体结构的运动稳定性；并且，平顶结构的活塞顶面作为燃烧室的一部分，可产生挤流效果，使缸内燃气混合均匀，有助于缸内燃烧。

Description

活塞式发动机曲柄连杆机构

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种活塞式发动机曲柄连杆机构。

背景技术

活塞式发动机也叫往复式发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机。曲柄连杆机构是活塞式发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力。曲柄连杆机构主要包括气缸、活塞、连杆和曲轴等几部分，其中活塞顶面与发动机汽缸盖和气缸体共同构成燃烧室，所以活塞顶面结构对燃烧室内混合燃气的充分燃烧有着很大的影响。

现有技术中，在活塞顶面设计中，往往将重点集中在活塞顶面燃烧坑的设计上，而忽略活塞顶面与活塞圆周侧面连接处的结构设计。现有的活塞顶面与活塞圆周侧面多通过平滑的倒角过渡，这往往会造成活塞顶面的加工面与发动机气缸盖下端燃烧室面的加工面不相匹配，两者的圆周边缘会保持间隙，从而影响燃烧室内燃气的混合和燃烧，进而影响到发动机的输出功率；并且倒角结构的设计还会使增加活塞顶面与燃烧室的接触面积，使活塞顶面应力分布不匀，从而影响到曲柄连杆机构整体结构的运动稳定性。

因此，需要对活塞式发动机的活塞顶面进行改进，气缸盖的燃烧室加工面与活塞顶面加工面相匹配，保证量产品质的稳定性，同时减少活塞顶面与燃烧室的接触面积，使活塞顶面应力分布均匀，保证曲柄连杆机构整体结构的运动稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种活塞式发动机曲柄连杆机构，气缸盖的燃烧室加工面与活塞顶面加工面相匹配，保证量产品质的稳定性，同时减少活塞顶面与燃烧室的接触面积，使活塞顶面应力分布均匀，保证曲柄连杆机构整体结构的运动稳定性。

本发明的活塞式发动机曲柄连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，所述活塞顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑，所述活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡。

进一步，所述活塞的销孔为异形销孔。

进一步，所述曲轴包括主轴颈、连杆颈、曲柄和平衡块，所述平衡块的外侧端面为与主轴颈同轴线的圆弧结构，所述圆弧结构半径R范围与汽油发动机排量V之间为以下对应关系，其中圆弧结构半径R尺寸单位为毫米，发动机排量V单位为升：

1.0≤V＜1.1,45≤R＜50;1.1≤V＜1.2,50≤R＜55;1.2≤V＜1.3,55≤R＜60;1.3≤V＜1.4,60≤R＜64;1.4≤V＜1.5,64≤R＜69;1.5≤V＜1.6,69≤R＜73；1.6≤V＜1.7，73≤R＜78；1.7≤V＜1.8，78≤R＜83；1.8≤V＜1.9，83≤R＜87；1.9≤V＜2.0，87≤R＜92；V=2.0，92≤R＜97。

进一步，所述曲轴为四缸发动机曲轴，所述曲柄数量设置为八个，包括曲柄Ⅰ—曲柄Ⅷ，所述平衡块设置为四个，所述四个平衡块一一对应并一体设置于曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ。

进一步，所述曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ均为椭圆形结构，且所述曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ的最大宽度与所述主轴颈的直径比例值范围为1.05-1.2。

进一步，所述曲轴的角度过渡处均为圆角滚压工艺形成的圆角结构。

进一步，所述连杆包括连杆小头、连杆大头和连杆体，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处设置至少一个径向甩油通孔。

进一步，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处两侧均设置有所述径向甩油通孔。

进一步，所述活塞压缩高度为25-28mm。

进一步，所述活塞为三环槽结构，所述活塞的火力岸高度为4.9-5.2mm。

本发明的有益效果：本发明的活塞式发动机曲柄连杆机构，活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡，不加工倒角，可避免因倒角结构造成的对可燃气体或高温高压燃气产生向活塞与活塞缸之间的间隙的导向，可降低活塞与活塞缸之间的间隙内的可燃气体和高温高压燃气的浓度，减小气环的径向载荷，降低高温高压燃气对气环的腐蚀，延长气环的使用寿命，降低内燃机的维护成本，使气缸盖的燃烧室加工面与活塞顶面加工面相匹配，保证量产品质的稳定性，同时平顶结构的活塞顶面可与缸盖配合形成压缩余隙，有利于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀，保证曲柄连杆机构整体结构的运动稳定性；并且，平顶结构的活塞顶面作为燃烧室的一部分，可产生挤流效果，使缸内燃气混合均匀，有助于缸内燃烧。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为活塞结构示意图；

图3曲轴结构示意图；

图4为连杆结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为活塞结构示意图，图3曲轴结构示意图，图4为连杆结构示意图，如图所示：本实施例的活塞式发动机曲柄连杆机构，包括气缸1、活塞2、连杆3和曲轴4，所述活塞2顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑5，所述活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡；所指平顶结构过渡是指活塞顶面从燃烧坑圆周上边缘沿口至活塞圆周侧面的圆周径向面为无倒角的锐边结构，并且活塞顶面与活塞侧面的连接处也为垂直平顶设置。

本实施例中，所述活塞的销孔6为异形销孔；可使活塞销与活塞销孔的接触更加合理，有效降低活塞销座变形时产生的应力，降低了销座开裂的风险，提高了活塞的性能及使用寿命。

本实施例中，所述曲轴4包括主轴颈7、连杆颈8、曲柄和平衡块9，所述平衡块设置为四个，所述平衡块9的外侧端面为与主轴颈7同轴线的圆弧结构，所述圆弧结构半径R范围与汽油发动机排量V之间为以下对应关系，其中圆弧结构半径R尺寸单位为毫米，发动机排量V单位为升，表格中，每一发动机排量对应不同范围的曲轴平衡块圆弧结构半径R，其中每一范围为三个实施例：

本实施例中，所述曲轴4为四缸发动机曲轴，所述曲柄数量设置为八个，包括曲柄Ⅰ10、曲柄Ⅱ11、曲柄Ⅲ12、曲柄Ⅳ13、曲柄Ⅴ14、曲柄Ⅵ15、曲柄Ⅶ16和曲柄Ⅷ17，所述四个平衡块呈镜像对称并一一对应一体设置于曲柄Ⅰ10、曲柄Ⅳ13、曲柄Ⅴ14和曲柄Ⅷ17；本实施例中，主轴颈设置为五个，连杆颈对应发动机气缸数设置为四个；平衡块与曲柄的连接方式有多种，既可以通过螺栓等现有机械连接方式连接，也可以一体成型设置，本实施例中，四个平衡块与相对应的曲柄一体成型设置；当然，本实施例的汽油发动机四平衡块曲轴还包括正时链轮轴颈18和飞轮法兰盘19。

本实施例中，所述曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ均为椭圆形结构，且所述曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ的最大宽度与所述主轴颈的直径比例值范围为1.05-1.2；曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ宽度较小，占用空间少，既能满足动平衡的要求，又可降低重量，保证曲轴整体具有良好的弯曲和扭转刚度，曲轴平衡率好，改善发动机振动，减小轴承最大负荷。

本实施例中，所述曲轴4的角度过渡处均为圆角滚压工艺形成的圆角结构；圆角结构过渡可以减小应力集中，提高曲轴承受弯矩或者外力的能力，延长其使用寿命；采用滚轮滚压工艺处理，保证最小的应力集中，滚压压力过程按照先逐渐增加到一定负荷，持续一段时间后再慢慢减小至零的工艺。

本实施例中，所述连杆3包括连杆小头20、连杆大头21和连杆体22，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处设置至少一个径向甩油通孔23；本实施例中，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处两侧均设置有所述径向甩油通孔；在连杆大头与所述连杆体的连接过渡处于曲轴转动方向相反和相同一侧均设置径向甩油通孔，安装时具有通用性，可以增加润滑油供给，实现活塞环和缸体之间均匀润滑，避免偏摩，延长缸体及活塞环的使用寿命，提高润滑效果。

本实施例中，所述活塞2压缩高度h为25-28mm。

本实施例中，所述活塞2为三环槽结构，所述活塞的火力岸高度d为4.9-5.2mm。

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 (10)

1.一种活塞式发动机曲柄连杆机构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴，其特征在于：所述活塞顶面向内凹陷设置有碗型燃烧坑，所述活塞的顶面与活塞圆周侧面为平顶结构过渡。

2.根据权利要求1所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述活塞的销孔为异形销孔。

3.根据权利要求2所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述曲轴包括主轴颈、连杆颈、曲柄和平衡块，所述平衡块的外侧端面为与主轴颈同轴线的圆弧结构，所述圆弧结构半径R范围与汽油发动机排量V之间为以下对应关系，其中圆弧结构半径R尺寸单位为毫米，发动机排量V单位为升：

1.0≤V＜1.1,45≤R＜50;1.1≤V＜1.2,50≤R＜55;1.2≤V＜1.3,55≤R＜60;1.3≤V＜1.4,60≤R＜64;1.4≤V＜1.5,64≤R＜69;1.5≤V＜1.6,69≤R＜73；1.6≤V＜1.7，73≤R＜78；1.7≤V＜1.8，78≤R＜83；1.8≤V＜1.9，83≤R＜87；1.9≤V＜2.0，87≤R＜92；V=2.0，92≤R＜97。

4.根据权利要求3所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述曲轴为四缸发动机曲轴，所述曲柄数量设置为八个，包括曲柄Ⅰ—曲柄Ⅷ，所述平衡块设置为四个，所述四个平衡块一一对应并一体设置于曲柄Ⅰ、曲柄Ⅳ、曲柄Ⅴ和曲柄Ⅷ。

5.根据权利要求4所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ均为椭圆形结构，且所述曲柄Ⅱ、曲柄Ⅲ、曲柄Ⅵ和曲柄Ⅶ的最大宽度与所述主轴颈的直径比例值范围为1.05-1.2。

6.根据权利要求5所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述曲轴的角度过渡处均为圆角滚压工艺形成的圆角结构。

7.根据权利要求6所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述连杆包括连杆小头、连杆大头和连杆体，在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处设置至少一个径向甩油通孔。

8.根据权利要求7所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：在所述连杆大头与所述连杆体的连接过渡处两侧均设置有所述径向甩油通孔。

9.根据权利要求8所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述活塞压缩高度为25-28mm。

10.根据权利要求9所述的活塞式发动机曲柄连杆机构，其特征在于：所述活塞为三环槽结构，所述活塞的火力岸高度为4.9-5.2mm。

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