CN1085784C - 发动机的活塞 - Google Patents

Abstract

一种通过在活塞主体上升时确保油环下面的密封功能、防止润滑油返流、并降低润滑油消耗量的发动机的活塞。有多个凹槽的活塞主体的下面设有连杆收容凹部，下凹槽内的油环的外周面与油缸的内周面接触。活塞主体上设有将下凹槽内部与连杆收容凹部连通的第一回油孔，第一回油孔的入口形成于下凹槽的里面。活塞主体上设有将下凹槽下方的活塞主体外周面与连杆收容凹部连通的第二回油孔。

Description

发动机的活塞

本发明涉及一种发动机的活塞，其外周面上设有收容油环的凹槽。更详细地说，涉及一种具有回油孔的发动机的活塞，该回油孔将由该油环刮落的油缸内周面的多余的润滑油返回油盘。

以往，作为这种活塞，众所周知有如下的结构：如图7及图8所示，在与外周面上形成3个环状凹槽2a，2b，2c的活塞主体2的顶面相反侧的下面，形成连杆收容凹部2e，而在这些凹槽2a，2b，2c中、离活塞主体2的顶面最远的位置上形成的下凹槽2c中收容有油环3，并且该油环3的外周面与油缸6的内周面接触。在该活塞1中，活塞主体2上设有将该活塞主体2的外周面与连杆收容凹部2e连通的回油孔4。该回油孔4的入口4a较大，在下凹槽2c里面、下凹槽2c的下面直至下凹槽2c下侧的活塞主体2外周面上形成。另外，回油孔4是从活塞主体2外周面朝向连杆收容凹部2e，离开活塞主体2的顶面而倾斜形成。油环3具有在该油环3的弹力及螺旋弹簧3a的弹力作用下贴靠油缸6内周面的结构。图7的符号3c是长孔。

如此构成的发动机的活塞，在图7(a-1)及(a-2)所示的膨胀行程中，活塞主体2相对油缸6下降，随着此下降，油环3刮去附着在油缸6内周面上的多余的润滑油并在油缸6的内周面上形成必要的最小限度厚度的润滑油膜。由油环3刮去的多余的润滑油如虚线箭头及点划线箭头所示，通过回油孔4落入油盘(图中未示出)中。

接着，在排气行程中，活塞主体2上升后，由于在图7(b-1)及(b-2)所示的吸气行程中活塞主体2相对油缸6下降，所以油环3进行与上述膨胀行程同样的动作。

在发动机的膨胀行程及吸气行程中，首先，如图7(a-1)及(b-1)所示，活塞主体2从上死点下降到规定的位置时，活塞主体2上作用着下降的加速度，即，活塞主体2的下降速度逐渐增大。接着如图7(a-2)及(b-2)所示，活塞主体2从规定的位置下降到下死点时，活塞主体2上作用着向上的加速度，即，活塞主体2的下降速度逐渐减小。此时，由于收容在活塞主体2的下凹槽2c内的油环3在其惯性力作用下，在与下凹槽2c下面接触的同时下降，存留在油环3下面的多余的润滑油如图7(a-2)及(b-2)中双点箭头划线所示，有时会通过回油孔4的入口4a，从油环3上面与下凹槽2c上面之间的间隙返流到上侧。结果，该返流的润滑油在非常高温的燃烧气体中，被燃烧掉，存在增大润滑油消耗量的问题。

本发明的目的是提供一种在活塞主体相对油缸上升时通过确保油环下面的密封功能、能够防止返流、并能够降低润滑油消耗量的发动机的活塞。

本发明的另一个目的是提供一种能够将存留在油环下面的多余的润滑油顺畅地返回到油盘中的发动机的活塞。

本发明第1方面的改进是，如图1及图2所示，使发动机具有外周面上形成多个环状凹槽12a，12b，12c而顶面的相反侧的下面形成连杆收容凹部12e的活塞主体12，收容于所述多个凹槽12a，12b，12c中、离所述活塞主体12的顶面最远位置上形成的下凹槽12c内、且外周面与油缸16内周面接触的油环13。

其结构为，活塞主体12上设有将下凹槽12c与连杆收容凹部12e连通并从下凹槽12c内朝向连杆收容凹部12e离开活塞主体12顶面的而倾斜的第一回油孔31，此第一回油孔31的入口31a只形成在下凹槽12c的里面或者形成在从下凹槽12c的里面直到下凹槽12c的下面而不到达下凹槽12c下外缘的位置上。

本发明的发动机的活塞，如发动机的膨胀行程或吸气行程，在活塞主体12相对油缸16下降时，首先，从上死点直到规定位置，由于活塞主体12上作用着下降的加速度，所以油环13在其惯性力作用下，下降到与下凹槽12c的上面接触的状态。结果，存留在油环13下面的多余的润滑油由油环13刮去，并通过下凹槽12c下面与油环13下面之间的间隙及第一回油孔31，落入油盘。

接着，当活塞主体12经过上述规定的位置时，由于作用在活塞主体12上的加速度变为向上，所以，油环13在其惯性力作用下在与下凹槽12c的下面接触的状态下下降。结果，油环13下方的多余的润滑油虽然存留在油环13的下面，但是，由于油环13的下面与下凹槽12c下面密接，没有油环13的下面的润滑油流入下凹槽12c内的孔或间隙，所以润滑油不会通过下凹槽12c返流到上方。

本发明第二方面是在第一方面发明的基础上，还如图1及图2所示，在活塞主体12上设有第二回油孔32，该第二回油孔32将下凹槽12c下方的活塞主体12外周面与连杆收容凹部12e连通，该第二回油孔32从下凹槽12c下方的活塞主体12外周面朝向连杆收容凹部12e离开活塞主体12顶面而形成倾斜。

本发明第二方面所述的发动机的活塞，在活塞主体12下降、作用于活塞主体12上的加速度向下时，由油环13刮去并存留在油环13下面的多余的润滑油通过第一回油孔31及第二回油孔32顺畅地返回油盘。另外，在活塞主体12下降、活塞主体12上作用着的加速度向上时，由油环13刮去并存留在油环13下面的多余的润滑油通过第二回油孔32顺畅地返回油盘。

本发明第三方面是在第一方面发明的基础上，还如图4所示，活塞主体12的外周面上设有排油凹部77，它是从活塞主体12外周面上的下凹槽12c下缘直到活塞主体12下端沿着活塞主体12的移动方向延伸、且比下凹槽12c的深度要浅或者与下凹槽12c的深度相同。

本发明第三方面所记述的发动机的活塞，在活塞主体12下降、活塞主体12上作用着的加速度向下时，由油环刮去并存留在油环下面的多余的润滑油通过第一回油孔31及排油凹部77顺畅地返回油盘。另外，在活塞主体12下降、作用在活塞主体12上的加速度向上时，由油环刮去并存留在油环下面的多余的润滑油通过排油凹部顺畅地返回油盘。

图1是示出本发明第一实施例的4循环发动机的膨胀行程及吸气行程的、图2中A部分的放大剖面图，

图2是包含其活塞的发动机的主要部分的纵剖面图，

图3是示出本发明第二实施例的、对应于图1(a-2)及(b-2)的剖面图，

图4是示出本发明第三实施例的、图5的B向视图，

图5是沿图4中C-C线的剖面图，

图6是图5的D向视图，

图7是示出以往例的、对应于图1的剖面图，

图8是包含其活塞的发动机主要部分的纵剖面图。

下面，根据附图说明本发明的实施例。

如图1及图2所示，柴油发动机的活塞11具有外周面上形成多个环状凹槽12a，12b，12c的活塞主体12和收容于下凹槽12c内的油环(活塞环)13，下凹槽12c是上述凹槽12a、12b、12c中形成于离活塞主体12的顶面最远处的凹槽。活塞主体12的顶面上设有燃烧室12d，下面形成有连杆收容凹部12e(图2)。图中未示出的连杆的上端插入连杆收容凹部12e内，此连杆的上端经图中未示出的活塞销枢轴连接到活塞主体12上。

本实施例中，多个凹槽12a，12b，12c为3个，除了上述的下凹槽12c外，离活塞主体12的顶面最近处形成一个上凹槽12a，而在此上凹槽12a与下凹槽12c之间形成中间凹槽12b(图1及图2)。第一及第二受压环21，22分别收容于上凹槽12a和中间凹槽12b内，在发动机的膨胀行程(图1(a-1)及(a-2))或压缩行程(图中未示出)中，这些受压环21，22具有对燃烧室12d内的气体保持气密性的功能。

油环13的内周面上装有螺旋弹簧13a，外周面上设有与油缸16内周面接触的2个凸缘部13b，13b(图1)。这两个凸缘部13b之间形成沿油环13长度方向延伸的多个长孔13c。在油环13的弹性力及上述螺旋弹簧13a的弹性力作用下，油环13具有以规定的张力贴靠于油缸16内周面的结构。此油环13防止了附着在油缸16内周面的润滑油进入燃烧室燃烧，而且具有在油缸16的内周面上形成必要的最小限度油膜的功能。

活塞主体12上设有将下凹槽12c内部与连杆收容凹部12e连通的第一回油孔31和将下凹槽12c下方的活塞主12的外周面与连杆收容凹部12e连通的第二回油孔32(图1及图2)。第一回油孔31形成为从下凹槽12c内起朝向连杆收容凹部12e而离开活塞主体12顶面的倾斜状态，此第一回油孔31的入口31a只形成于下凹槽12c的里面。第二回油孔32从下凹槽12c的下方、即第一回油孔31下方的活塞主体12的外周面起朝向连杆收容凹部12e而离开活塞主体12顶面形成倾斜状态，此第二回油孔32的入口32a形成于活塞主体12的外周面内下凹槽12c的正下方。在本实施例中，第一及第二回油孔31，32在活塞主体12各设有4个。另外在下凹槽12c正下方的活塞主体12的外周面上还形成比下凹槽12c更浅的环状凹部，用于将存留在油环13下面的润滑油顺畅地导入第二回油孔32中。

下面说明上述构成的发动机活塞的动作。

图1(a-1)所示的膨胀行程中，由于在燃烧室12d内燃料燃烧、燃烧室12内的压力急剧增大，所以此气力下推活塞主体12。活塞主体12上作用着从其上死点到规定位置的向下的加速度，活塞主体12的下降速度逐渐增大。此时，在上述气压作用下，第一及第二受压环21，22分别保持着与上凹槽12a及中间凹槽12b的下表面接触的状态，由于上述气压不作用在油环13上，油环13在其惯性力作用下，保持与下凹槽12c的上表面接触的状态。

由于活塞主体12的下降，油环13刮去附着在油缸16内周面上的多余的润滑油，并在油缸16的内周面形成必要的最小限度的润滑油膜。由油环13刮去的、存留在油环13下面的多余的润滑油如虚线箭头所示，通过油环13下面和下凹槽12c下面之间的间隙及第一回油孔31，或者是如双点划线箭头所示，通过第二回油孔32，落入油盘(图中未示出)。而侵入油环13的2个凸缘部13b，13b之间的润滑油如单点划线箭头所示通过长孔13c及第一回油孔31落入油盘。

接着，一旦活塞主体12经过上述规定的位置，作用于活塞主体12上的加速度就变为向上，活塞主体12的下降速度就逐渐降低。此时第一及第二受压环21，22分别保持在与上凹槽12a及中间凹槽12b的下表面接触的状态，在油环13在其惯性力作用下，与下凹槽12c的下表面接触(图1(a-2))。油环13一边刮去附着在油缸16内周面的多余润滑油一边下降，并在油缸16的内周面上形成必要的最小限度厚度的润滑油膜。

由油环13刮去的、存留在油环13下面的多余的润滑油如双点划线箭头所示通过第二回油孔32，落入油盘，而在油环13上方漏出的多余的润滑油在其惯性力作用下，如虚线所示，通过第一回油孔31，落入油盘，另外侵入油环13的2个凸缘部13b，13b之间的润滑油如单点划线所示，通过长孔13c及第一回油孔31，也落入油盘。结果，由于多余的润滑油不会到达第二受压环22或第一受压环21而不会因燃烧气体而燃烧，从而能够降低润滑油消耗量。

接着，一旦进入排气行程(图中未示出)，活塞主体12就相对油缸16上升，此时，因油缸16的内周面上只形成必要的最小限度厚度的润滑油膜，从而由油环13刮去的多余的润滑油很少。

再进入吸气行程时，活塞主体12相对油缸16下降。在图1(b-1)所示的膨胀行程中，由于在活塞主体12的上表面无气压，除了第一及第二受压环21，22保持在分别与上凹槽12a及中间凹槽12b的上表面接触外，此吸气行程(图1(b-1)及(b-2))中的动作与上述膨胀行程(图1(a-1)及(a-2))同样，在此，省略对其重复说明。

在本实施例中，活塞主体的外周面上是形成3个凹槽，但也可以是2个或4个。

另外，在本实施例中，活塞主体上各设有4个第一及第二回油孔，但在活塞主体上这些回油孔可以各设有2个、3个或5个以上。

再有，在本实施例中，除了第一回油孔外，还在该回油孔的下方设有第二回油孔，但只在活塞主体上形成第一回油孔也是可行的。此时，活塞主体下降时，一旦作用于活塞主体上的加速度变为向上，存留于油环下面的润滑油虽然由于其惯性力而有上推油环的力，然而，由于油环上作用着使其与油缸内表面密接的张力，因而油环不会由上述上推力被推向上方。

图3示出本发明的第二实施例。图3中与图1相同的符号表示同一部件。

在本实施例中，除了第一及第二回油孔51，52分别比第一实施例中的第一及第二回油孔平行下移规定的距离外，其它的与上述第一实施例的结构相同。借助于油环13与下凹槽12e下表面接触所形成的密封面，第一回油孔51的入口51a形成在存留在油环13下面的润滑油不流入的位置上，即，形成在从下凹槽12e的里面到下凹槽12c的下面且不到达下凹槽12c口下缘角的位置上。第二回油孔52的入口52a形成于位于下凹槽12c的正下方一规定距离的位置上。另外，与第一实施例一样，在下凹槽12c正下方的活塞主体12的外周面上形成比下凹槽12c浅的环状凹部，用以将存留在油环13下面的润滑油顺畅地导入第二回油孔52中。

这样构成的发动机的活塞动作与上述第一实施例大致相同，在此省略对其说明。

图4～图6示出本发明的第三实施例。图4～图6中与图1及图2相同的符号表示同一部件。

在该实施例中，代替第一实施例中的第二回油孔，在活塞主体12的外周面上设有2个排油凹部77，77，该排油凹部77在活塞主体12的外周面上，从下凹槽12c的下缘直到活塞主体12的下端沿着活塞主体12的移动方向延伸，而且比下凹槽12c的深度浅。另外，本实施例中所形成的排油凹部77的宽度比销插通孔12f要宽，而且分别以销插通孔12f的孔心为中心形成在活塞主体12的外周面上。这是由于活塞主体12是铝合金等的铸件，从而上述排油凹部77可由压铸形成。

在如此构成的发动机的活塞中，活塞主体12在膨胀行程或吸气行程下降时，除了存留在油环(图中未示出)下面的多余的润滑油通过第一回油孔31及排油凹部77，或者仅通过排油凹部77落到油盘(图中未示出)外，其它动作与上述第一实施例的大致相同，在此省略了对其的重复说明。另外，在本实施例中，由于设有第二实施例的第二回油孔，从而简化了其机加工。

在本实施例中，排油凹部的深度制成比下凹槽的深度浅，但也可以使这两者的深度相同。

在本实施例中，排油凹槽为2个，但也可以为3个。

另外，在本实施例中，排油凹部是以销插通孔的孔芯为中心分别形成在活塞主体的外周面上的，但不限以上述位置。

下面，详细说明本发明的实施例和比较例。

<实施例>

如图1及图2所示，在具有排气量为7961cc(约8升)的6缸涡轮增压器的柴油发动机的油盘中储存11000cc的润滑油，各活塞主体12上分别设有4个第一及第二回油孔31，32。第一及第二回油孔31，32的孔径分别为3mm，4mm。

<比较例>

如图7及图8所示，将除在各活塞主体12上设有4个孔径4mm的回油孔4外，其余与上述实施例结构相同的发动机作为比较例。

<比较试验及评价>

实施例及比较例的发动机均在其负荷保持为100％的全负荷一定，并在使其发动机旋转速度保持2700rpm一定的状态下，运行8小时。测量此时的实施例及比较例的各油盘中残留的润滑油量。

结果，实施例及比较例中的润滑油量分别为10689cc及10476cc，判定出实施例的润滑油消耗量比比较例的消耗量降低41％。

正如上述，采用本发明，由于在活塞主体上设有将下凹槽与连杆收容凹部连通且从下凹槽内朝向连杆收容凹部而离开活塞主体顶面倾斜的第一回油孔，并且将此第一回油孔的入口仅形成在下凹槽的里面或者形成在从下凹槽的里面朝向下凹槽的下面但不到达下凹槽下缘角部的位置，在活塞主体下降、作用在活塞主体上的加速度向下时，存留在油环下面的多余的润滑油通过第一回油孔返回油盘。

另外，在活塞主体下降、作用于活塞主体上的加速度向上时，存留在油环下面的润滑油虽然在其惯性力作用下，有自油环向上移动的趋势，但是，由于油环下面与下凹槽的下面贴靠着，油环下面的润滑油没有孔或间隙流入下凹槽内，从而润滑油不会通过下凹槽向上方返流。结果，由于确保了油环下面的密封功能，因而没有返流到油环上方而由燃烧气燃烧的多余的润滑油，从而能够降低润滑油的消耗量。

另外，如在活塞主体上设有在下凹槽下方、连通活塞主体外周面和连杆收容凹部的第二回油孔，并且使此第二回油孔从下凹槽下方的活塞主体外周面朝向连杆收容凹部离开活塞主体顶面而倾斜设置，则在活塞主体下降、作用于活塞主体上的加速度向下时，存留在油环下面的多余的润滑油通过第一回油孔及第二回油孔返回油盘，而在活塞主体下降、作用于活塞主体上的加速度向上时，存留在油环下面的多余的润滑油通过第二回油孔返回油盘。结果，与只有第一回油孔的情况相比，存留在油环下面的润滑油能够顺畅地返回到油盘中。

再有，如在活塞主体的外周面设有从下凹槽的下缘到活塞主体的下端并沿着活塞主体的移动方向延伸、并且比下凹槽的深度要浅或与下凹槽深度相同的排油凹部的话，则在活塞主体下降、作用于活塞主体上的加速度向下时，存留在油环下面的多余的润滑油通过第一回油孔及排油凹部，返回油盘中，而在活塞主体下降、作用于活塞主体上的加速度向上时，存留在油环下面的多余的润滑油通过排油凹部返回油盘。结果，与只有第一回油孔的情况相比，存留在油环下面的润滑油能够顺畅地返回油盘。

Claims (3)

1.一种发动机的活塞，所述发动机具有：活塞主体(12)，其外周面上形成多个环状凹槽(12a，12b，12c)，而顶面的相反侧的下面形成连杆收容凹部(12e)；油环(13)，其收容在所述多个凹槽(12a，12b，12c)中离所述活塞主体(12)的顶面最远位置上形成的下凹槽(12c)，并且外周面与油缸(16)内周面接触，其特征在于，

所述活塞主体(12)上设有第一回油孔(31，51)，所述第一回油孔(31，51)将所述下凹槽(12c)与所述连杆收容凹部(12e)连通并从所述下凹槽(12c)内朝向连杆收容凹部(12e)，离开所述活塞主体(12)顶面而倾斜；

所述第一回油孔(31，51)的入口(31a，51a)只形成在所述下凹槽(12c)的里面或者形成在从所述下凹槽(12c)的里面直到所述下凹槽(12c)的下面而不到达所述下凹槽(12c)下外缘的位置上。

2.按照权利要求1所述的发动机的活塞，其特征在于，在活塞主体(12)上设有将下凹槽(12c)下方的所述活塞主体(12)外周面与所述连杆收容凹部(12e)连通的第二回油孔(32，52)，所述第二回油孔(32，52)从所述下凹槽(12c)下方的活塞主体(12)外周面朝向所述连杆收容凹部(12e)离开活塞主体(12)顶面而倾斜地形成。

3.按照权利要求1所述的发动机的活塞，其特征在于，所述活塞主体(12)的外周面上设有从活塞主体(12)外周面上的下凹槽(12c)下缘直到所述活塞主体(12)下端沿着所述活塞主体(12)的移动方向延伸、且比所述下凹槽(12c)的深度要浅或者与所述下凹槽(12c)的深度相同的排油凹部(77)。

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