CN107956594A - 一种发动机结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机结构，包括汽缸体和活塞，活塞在与汽缸体接触的外壁表面上设有至少一排上端沟槽组和至少一排下端沟槽组，每排上端沟槽组具有在周向上间隔排列的多个第一螺旋沟槽，每排所述下端沟槽组具有在周向上间隔排列的多个第二螺旋沟槽，所述多个第一螺旋沟槽和所述多个第二螺旋沟槽的螺旋方向相反，所述多个第一螺旋沟槽的入口靠近所述活塞的外壁顶端，所述多个第一螺旋沟槽的出口朝向所述活塞的外壁底端，所述多个第二螺旋沟槽的入口靠近所述活塞的外壁底端，所述多个第二螺旋沟槽的出口朝向所述活塞的外壁顶端，所述多个第一螺旋沟槽和所述多个第二螺旋沟槽由入口到出口深度由深至浅，宽度由大到小。

Description

一种发动机结构

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机的结构。

背景技术

众所周知，提高发动机效率的需求一直很高，发动机借助燃烧室表面绝热材料或绝热涂层，减少了传给燃烧室壁面的热量，也减少了散热损失和冷却液带走的热量，进而获得高效率。

随着发动机的节油技术越来越先进，冷却系统带走的热量损失占整机燃料能量的20％以上，发动机通过减少发动机燃烧室传递给冷却系统的热量，进而减少冷却系统的带走的热量损失是重要技术举措之一。

现有发动机汽缸体、活塞、汽缸盖用高级陶瓷合成材料或绝热涂层，结构不做大的调整。绝热发动机节油效果明显，但存在如下问题：活塞环摩擦损失大，需要润滑油，润滑油消耗带来的排放无法缓解；随着缸内温度的升高，活塞处的润滑油容易高温变质；活塞环容易因为高温积碳卡死。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种发动机结构，包括汽缸体和活塞，活塞外壁设有上端沟槽组和下端沟槽组，使空气进入上端沟槽组和下端沟槽组后形成具有刚性的气膜，达到密封效果，取代活塞环。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

本发明提供一种发动机结构，包括：

汽缸体和活塞，所述活塞在与所述汽缸体接触的外壁表面上设有至少一排上端沟槽组和至少一排下端沟槽组，每排所述上端沟槽组具有在周向上间隔排列的多个第一螺旋沟槽，每排所述下端沟槽组具有在周向上间隔排列的多个第二螺旋沟槽，所述多个第一螺旋沟槽和所述多个第二螺旋沟槽的螺旋方向相反，所述多个第一螺旋沟槽的入口靠近所述活塞的外壁顶端，所述多个第一螺旋沟槽的出口朝向所述活塞的外壁底端，所述多个第二螺旋沟槽的入口靠近所述活塞的外壁底端，所述多个第二螺旋沟槽的出口朝向所述活塞的外壁顶端，所述多个第一螺旋沟槽和所述多个第二螺旋沟槽由入口到出口深度由深至浅，宽度由大到小。

进一步地，所述上端沟槽组与所述下端沟槽组沿所述活塞的水平中心线呈上下对称布置。

在一个示例中，所述上端沟槽组和所述下端沟槽组分别为三排。

在一个示例中，所述每相邻两排第一螺旋沟槽从所述活塞的顶端至底端方向逐渐减小，所述每相邻两排第二螺旋沟槽从所述活塞的底端至顶端方向逐渐减小。

进一步地，所述汽缸体的内壁表面为光滑面，所述活塞的外壁表面除所述多个第一螺旋沟槽和所述多个第二螺旋沟槽之外为光滑面。

进一步地，所述活塞的顶端设有用于作为安装工艺凸台使用的避阀坑。

进一步地，所述发动机结构还包括喷油器，所述喷油器具有旋转方向与所述上端沟槽组的螺旋方向相同的旋转装置。

进一步地，所述发动机结构还包括活塞导向装置，所述活塞导向装置包括：

导向孔，所述导向孔设置于所述汽缸体下方；

导向面，所述导向面与所述导向孔滑动连接；

导向杆，所述导向杆的两端分别与所述活塞与所述导向面连接。

进一步地，所述活塞底端设有内螺纹，所述导向杆顶端设有外螺纹，所述活塞通过所述内螺纹和所述外螺纹的配合与所述导向杆连接。

进一步地，所述活塞导向装置还包括润滑油通道，所述润滑油通道用于给所述导向面和所述导向孔提供润滑油。

本发明的有益效果在于：取消了活塞环，由空气在进入活塞外壁的上端沟槽组和下端沟槽组后形成的气膜起密封作用，减少活塞环带来的摩擦损失和活塞环所需要的润滑油，降低了润滑油乳化和变质的可能，解决活塞环因为高温容易积碳卡死的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中发动机结构的结构示意图。

图2是图1中发动机结构的剖视示意图。

图3是图2中活塞的顶端上的避阀坑的俯视图。

图4是图2中活塞导向装置的结构示意图。

图5是本发明第一实施例中活塞的侧视图。

图6是本发明第一实施例中活塞的剖视图的局部放大图。

图7是本发明第二实施例中活塞的侧视图的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但并不是把本发明的实施范围局限于此。

[第一实施例]

如图2所示，本发明第一实施例提供了一种发动机结构，包括：汽缸体10和活塞20，发动机结构还包括设于活塞20外壁的至少一排上端沟槽组211和至少一排下端沟槽组212，每排上端沟槽组211具有在周向上间隔排列的多个第一螺旋沟槽201，每排下端沟槽组212具有在周向上间隔排列的多个第二螺旋沟槽202，多个第一螺旋沟槽201和多个第二螺旋沟槽202的螺旋方向相反，多个第一螺旋沟槽201的入口靠近活塞20的外壁顶端，多个第一螺旋沟槽201的出口朝向活塞20的外壁底端，多个第二螺旋沟槽202的入口靠近活塞20的外壁底端，多个第二螺旋沟槽202的出口朝向活塞20的外壁顶端，多个第一螺旋沟槽201和多个第二螺旋沟槽202由入口到出口深度由深至浅，宽度由大到小。

进一步地，上端沟槽组211与下端沟槽组212沿活塞20的水平中心线呈上下对称布置。

进一步地，上端沟槽组211的数量为三排，每个第一螺旋沟槽201大小相同，螺旋角度相同，相邻两排多个第一螺旋沟槽201的间距相等。

进一步地，下端沟槽组212的数量为三排，每个第二螺旋沟槽202大小相同，螺旋角度相同，相邻两排多个第二螺旋沟槽202的间距相等。

优选地，相邻两排多个第一螺旋沟槽201的出口和入口在同一条直线上，相邻两排多个第二螺旋沟槽202的出口和入口在同一条直线上，提高气膜形成的效率。

在本实施例中，气流从多个第一螺旋沟槽201和多个第二螺旋沟槽202 的入口进入后，逐渐变窄的多个第一螺旋沟槽201和多个第二螺旋沟槽202 对进入的气流进行挤压，使气流具备刚性，形成具有密封效果的气膜，从而取代活塞环，预设倾斜角度不同的上端沟槽组211适用不同的发动机，提高气膜密封的效率。

进一步地，汽缸体10的内壁表面涂有绝热减摩涂层8，活塞20的外壁表面涂有绝热减摩涂层8，汽缸体10的内壁表面为光滑面，活塞20的外壁表面除多个第一螺旋沟槽201和多个第二螺旋沟槽202之外为光滑面。在本实施例中，因汽缸体10的内壁表面采用了绝热减摩涂层8，减少了通过缸套传递给冷却水的热量，同时增加了排气热量，节油能力达到5％以上；气缸 10的内壁取消了缸孔网纹，不再设有润滑油，由此大幅度减少了润滑油消耗和排放，以及防止润滑油窜入燃烧室。

进一步地，结构还包括喷油器40，喷油器40具有旋转装置41，喷出旋转的燃料，使燃烧室内气体形成旋转的稀薄气流，有利于降低零部件热负荷、提高零部件可靠性、减少传热损失；旋转装置41旋转的方向与第一螺旋沟槽 201的螺旋方向相同，使得喷油器40喷出的燃料的旋转方向和燃烧室空气的旋转方向与第一螺旋沟槽201的螺旋方向相同，防止气流被扰乱，便于气流进入第一螺旋沟槽201，作为示例地，旋转装置41为偏心圆孔。

进一步地，结构还包括活塞导向装置50，活塞导向装置50使得活塞20 保持在一条直线上运动，使得活塞20不再对汽缸体10换向拍击；

进一步地，活塞导向装置50还包括：

导向孔51，所述导向孔51设置于汽缸体10下方，作为示例地，导向孔 51为空心圆孔；

导向面52，所述导向面52与导向孔51滑动连接，导向面52在导向孔 51上下滑动。作为示例地，导向孔51为空心圆孔，导向面52为圆弧面，导向面52与导向孔51进行配合。

导向杆53，所述导向杆53的两端分别与活塞20与导向面52和连接，导向杆53对活塞20的运动进行导向，防止活塞20在运动时发生偏转。

进一步地，结构还包括曲柄连杆61，导向杆53设有连接装置532，用于连接曲柄连杆61，曲柄连杆61将作用于活塞20上的力转变为曲轴60对外输出的转矩，导向杆53只起导向和连接作用。作为示例地，连接装置532为销和销座孔，导向杆53和曲柄连杆61通过销和销座孔配合连接。

进一步地，活塞20底端设有内螺纹22，导向杆53顶端设有外螺纹531，活塞20通过内螺纹22和外螺纹531的配合与导向杆53连接。

进一步地，导向装置设有润滑油通道54，润滑油通道54将润滑油输送至导向面52与导向孔51之间，保持润滑；作为示例地，润滑油通道54为在导向孔51的内壁设置的若干小孔，可均匀地输送润滑油，以减少润滑油消耗，减少润滑油排放。

进一步地，活塞20顶部设有避阀坑23，避阀坑23可作为安装工艺凸台，安装过程中，活塞20可在连杆曲轴60、导向杆53和油底壳等装配完毕之后，在缸盖装配之前，先装配活塞20，可根据实测导向杆53距离汽缸体10顶面高度再选装活塞20，以便更精确的控制压缩比。作为示例地，可以先将合适的活塞20置入汽缸体10，将活塞20内螺纹22对准导向杆53的外螺纹531，再使用内六角扳手从避阀坑23转动活塞20，将活塞20与导向杆53连接，完成装配。

在本实施例中，汽缸体10的光滑内壁是周向均匀壁厚，而且多缸机气缸体各孔壁面可不连通，更有利于气缸体10的内壁的圆度，可大幅度降低缸孔变形。

本实施例的有益效果在于：由空气进入上端沟槽组211和下端沟槽组212 后形成的气膜取代了活塞环，减少活塞环带来的摩擦损失，解决活塞环因为高温容易积碳卡死的问题；活塞20处不再设有润滑油，减少润滑油消耗和排放，解决润滑油与活塞20接触易因高温乳化变质的问题；取消气缸孔珩磨网纹的设计，活塞20与缸孔都使用摩擦系数小、导热系数小的绝热减摩涂层8，减少活塞环和网纹带来的摩擦损失；由导向装置50实现导向作用，解决活塞 20换向拍击使绝热减摩涂层8脱落的问题；活塞导向杆53的外螺纹531与活塞20的内螺纹22配合，可在合缸盖前一工序选择合适活塞20借助避阀坑 23进行旋转安装，以精确地调整压缩比。

[第二实施例]

如图2所示，本发明第二实施例提供的发动机结构与第一实施例中的发动机结构基本相同，不同之处在于，如图7所示，在本实施例中，同一排的每个第一螺旋沟槽201大小相等，同一排的每个第二螺旋沟槽202大小相等，相邻两排的每排第一螺旋沟槽201从活塞20的顶端至底端方向逐渐减小，相邻两排的每排第二螺旋沟槽202从活塞20的底端至顶端方向逐渐减小。相较上述第一实施例，本实施例可以使气流在从第一螺旋沟槽201出口进入下一排多个第一螺旋沟槽201入口后得到进一步挤压，气流在从第二螺旋沟槽202 出口进入下一排多个第二螺旋沟槽202入口后得到进一步挤压，提高气膜的刚性，进而提高密封效率。

本实施例的其余结构以及工作原理均与第一实施例相同，这里不再赘述。

上述实施方式只是发明的实施例，不是用来限制发明的实施与权利范围，凡依据本发明专利所申请的保护范围中所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明专利范围内。

Claims (10)

1.一种发动机结构，包括汽缸体(10)和活塞(20)，其特征在于，所述活塞(20)在与所述汽缸体(10)接触的外壁表面上设有至少一排上端沟槽组(211)和至少一排下端沟槽组(212)，每排所述上端沟槽组(211)具有在周向上间隔排列的多个第一螺旋沟槽(201)，每排所述下端沟槽组(212)具有在周向上间隔排列的多个第二螺旋沟槽(202)，所述多个第一螺旋沟槽(201)和所述多个第二螺旋沟槽(202)的螺旋方向相反，所述多个第一螺旋沟槽(201)的入口靠近所述活塞(20)的外壁顶端，所述多个第一螺旋沟槽(201)的出口朝向所述活塞(20)的外壁底端，所述多个第二螺旋沟槽(202)的入口靠近所述活塞(20)的外壁底端，所述多个第二螺旋沟槽(202)的出口朝向所述活塞(20)的外壁顶端，所述多个第一螺旋沟槽(201)和所述多个第二螺旋沟槽(202)由入口到出口深度由深至浅，宽度由大到小。

2.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述上端沟槽组(211)与所述下端沟槽组(212)沿所述活塞(20)的水平中心线呈上下对称布置。

3.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述上端沟槽组(211)和所述下端沟槽组(212)分别为三排。

4.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述每相邻两排第一螺旋沟槽(201)从所述活塞(20)的顶端至底端方向逐渐减小，所述每相邻两排第二螺旋沟槽(202)从所述活塞(20)的底端至顶端方向逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述汽缸体(10)的内壁表面为光滑面，所述活塞(20)的外壁表面除所述多个第一螺旋沟槽(201)和所述多个第二螺旋沟槽(202)之外为光滑面。

6.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述活塞(20)的顶端设有用于作为安装工艺凸台使用的避阀坑(23)。

7.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述发动机结构还包括喷油器(40)，所述喷油器(40)具有旋转方向与所述上端沟槽组(211)的螺旋方向相同的旋转装置(41)。

8.根据权利要求1所述的发动机结构，其特征在于，所述发动机结构还包括活塞导向装置(50)，所述活塞导向装置(50)包括：

导向孔(51)，所述导向孔(51)设置于所述汽缸体(10)下方；

导向面(52)，所述导向面(52)与所述导向孔(51)滑动连接；

导向杆(53)，所述导向杆(53)的两端分别与所述活塞(20)与所述导向面(52)连接。

9.根据权利要求8所述的发动机结构，其特征在于，所述活塞(20)底端设有内螺纹(22)，所述导向杆(53)顶端设有外螺纹(531)，所述活塞(20)通过所述内螺纹(22)和所述外螺纹(531)的配合与所述导向杆(53)连接。

10.根据权利要求9所述的发动机结构，其特征在于，所述活塞导向装置(50)还包括润滑油通道(54)，所述润滑油通道(54)用于给所述导向面(52)和所述导向孔(51)提供润滑油。