CN103334847A

CN103334847A - 一种小间隙、低摩擦活塞组件

Info

Publication number: CN103334847A
Application number: CN2013103018568A
Authority: CN
Inventors: 周继斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明公开一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞、缸套、活塞环及活塞销；活塞由头部和裙部组成；活塞头部横截面为椭圆。本发明活塞气密性较好，提高燃烧效率，进而提高压缩压力，节省燃油，尾气排放随着降低。

Description

一种小间隙、低摩擦活塞组件

技术领域

本发明涉及一种小间隙、低摩擦活塞组件，其应用于引擎、压缩机等柱塞式机械中。

背景技术

活塞组件一般包括活塞、缸套、活塞环及活塞销，活塞环一般包括气环和油环，对应地，活塞上形成环槽，通常情况下，活塞上面第一、第二环槽安装气环，起到传热及密封作用，而最下面的环槽安装油环，起到布油及刮油的作用。活塞组件在缸套中往复运动，通过进气阀吸入气体，并以10倍左右的压缩比产生高温度，此时喷射燃油，形成爆炸，产生动力。活塞组件为引擎、压缩机等柱塞式机械主要核心运动件，承载着高速运动、高压及高温。

现有技术中，活塞设计为横截面为正圆，且活塞的尺寸与气缸相配合，活塞在气缸中上下运动。气缸的上部由缸盖、进排气阀与整个机体组成，气缸的内孔下部开口，以便连杆。活塞通过活塞销与连杆连接，而连杆与曲轴连接，把往复式的动力转换成旋转扭力，通过曲轴后端输出给变速箱，形成驱动。

活塞组件在高速及高温下会产生热膨胀，活塞材料一般是铝合金制造，而缸套一般是铸铁；众所周知，铝的热膨胀是铁的2.5倍，所以需要在活塞与缸套之间留有间隙，一般在0.07mm到0.17mm（毫米）。然而，所述间隙会造成气密性泄漏及产生横向振动，机械效率降低；而且，该间隙如果设计或磨损过大，直接影响该总成的品质，且决定该总成是否需要维修，甚或报废，因此，活塞与缸套之间配合间隙起着主导作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气密性较好的小间隙、低摩擦活塞组件。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞、缸套、活塞环及活塞销；活塞由头部和裙部组成；活塞头部横截面为椭圆。

进一步，做功后活塞往复运动高温、高压、膨胀状态下，活塞头部由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞头部与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm。

进一步，椭圆长轴与短轴直径之差为0.05mm至0.10mm。

进一步，活塞裙部横截面为椭圆，裙部长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm。

进一步，裙部长轴处与气缸壁的之间的间隙为0.02 mm。

进一步，椭圆短轴与缸壁之间的间隙与长轴与缸壁之间的间隙之差为0.40mm至0.60mm。

进一步，活塞头部短轴两端垂直对应活塞裙部长轴两端，而活塞销设置在活塞头部中，与活塞头部短轴平行。

采用上述方案后，本发明活塞头部横截面为椭圆，活塞往复运动状态下，活塞头部承载燃料爆炸产生的压力，该压力传输给活塞销两端，而活塞销中部连接连杆，此时，连杆给活塞销一个反向推力，并传导给活塞头部，活塞头部在压力及反向推力的作用下，由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞头部与缸壁（缸套内壁）的之间的间隙较现有技术小，间隙为0.02mm-0.05mm。因此，本发明与现有技术相比，其活塞气密性较好，提高燃烧效率，进而提高压缩压力，节省燃油，尾气排放随着降低。

附图说明

图1是本发明主视图（一半为剖视图）；

图2是本发明安装在汽缸中的剖面图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明应用于压缩机结构示意图；

图4-A本发明应用于压缩机后与缸壁匹配形面图；

图5是本发明应用于引擎结构示意图；

图5-A是本发明应用于引擎后与缸壁匹配形面图。

标号说明

活塞1 环槽（11、12、13）

头部14 裙部15

活塞环2 气环21

油环22 活塞销3

缸套4。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1至图3所示，本发明揭示的一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞1、活塞环2、活塞销3及缸套4。

其中，活塞环2包括气环21和油环22，本实施例中设置两个气环21及一个油环22，对应地，活塞1上形成三个环槽（11、12、13），位于上面的两个环槽（11、12）安装气环21，起到传热及密封作用，而位于最下面的环槽13安装油环22，起到布油及刮油的作用。

活塞1由头部14和裙部15组成，活塞1头部14横截面为椭圆，如图3所示，椭圆长轴与短轴直径之差为0.05mm至0.10mm。活塞1在缸套4中往复运动，在高温、高压、膨胀状态下，活塞1头部14温度一般达到200℃至300℃（活塞1裙部15的温度一般达到100℃至150℃），活塞1头部14承载燃料爆炸产生的压力（一般相当于1000kg物重产生的压力），该压力通过销座16传输给活塞销3两端（销座16设置在活塞1头部14中间位置），而活塞销3中部连接连杆（图中未示出），此时，连杆给活塞销3一个反向推力，并传导给活塞1头部14，活塞1头部14在压力及反向推力的作用下，由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞1头部14与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm，间隙变为极小。活塞1头部14与活塞环2及缸套4一起承载压力，且起到密封作用，其气密性较好，提高燃烧效率，进而提高压缩压力。

活塞1头部14的下面是裙部15，承载着活塞1往复、换向时产生的侧压力，为了使活塞1上下运动平稳，避免活塞1摇摆运动，使整机运转平顺，活塞1裙部15横截面也为椭圆，椭圆短轴与缸壁之间的间隙与长轴与缸壁之间的间隙之差为0.40mm至0.60mm，裙部15长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm，优选为，裙部长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm，即润滑油膜的厚度。

本实施例中，活塞1头部14短轴两端垂直对应活塞1裙部15长轴两端，而活塞销3设置在活塞1头部14中，与活塞1头部14的短轴平行，即活塞销3与活塞1裙部15长轴上下交叉设置，使得活塞1在汽缸4中往复运动状态下，活塞1头部14由横截面为椭圆形变为渐正圆，且活塞1运行更为平稳。

图4为本发明应用于压缩机结构示意图，而图4-A为应用于压缩机后与缸壁匹配图；图5为本发明应用于引擎结构示意图，而图5-A为应用于引擎后与缸壁匹配图。由此可见，活塞1与缸壁上下的间隙差别，因结构、温度、压力分布在不同部位，如同样的引擎，分装在巴士、卡车也会是不同接触形面，本发明活塞1为弹性体，与缸壁之间的间隙小，使活塞1运转的摩擦力较小，热稳定较好，引擎、压缩机在低负荷运转时，活塞1与缸套4之间间隙约为油膜厚度，即极小的缝隙。当热负荷加大时，随着温度与压力变化，活塞1结构也跟着变化，形面由椭圆渐变渐正圆，适应并保持与缸壁配合，增加密封、压缩压力提高而燃烧效率改善，节省燃油，尾气排放随之降低。

以下为本发明的实验结果：

用奔驰 OM 447 的引擎标准与本发明做对比，原机活塞与缸套间隙 0.19 至0.21mm，本发明活塞与缸套间隙0.03至0.05mm；燃油供油量 140cc减到128cc，即8%的节省；缸压从20bar,提提升到23bar；动力、扭矩从原机的加速时间20秒0-60 km/h.，提升到18 秒；黑烟HSU40，减为HSU17-20；跟踪15万公里后复测，均保持良好指标，而且缸压增加至26bar;黑烟平均 HSU4.6。

工业压缩机应用本发明，对比效果更明显，见下表：

工业压缩机采用本发明前后对比

表一，环境温度33℃（1HP）

表二，环境温度33℃（7.5HP）

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims

1.一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞、缸套、活塞环及活塞销；活塞由头部和裙部组成；活塞头部横截面为椭圆。

2.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于：做功后活塞往复运动高温、高压、膨胀状态下，活塞头部由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞头部与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm。

3.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于：椭圆长轴与短轴直径之差为0.05mm至0.10mm。

4.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于：活塞裙部横截面为椭圆，裙部长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm。

5.如权利要求4所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于：裙部长轴处与气缸壁的之间的间隙为0.02 mm。

6.如权利要求4所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于：椭圆短轴与缸壁之间的间隙与长轴与缸壁之间的间隙之差为0.40mm至0.60mm。

7.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于：活塞头部短轴两端垂直对应活塞裙部长轴两端，而活塞销设置在活塞头部中，与活塞头部短轴平行。