CN109519299A - 活塞、内燃机及动力机械装置 - Google Patents

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张辉
钱汉生
李�昊
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明提供了一种活塞、内燃机及动力机械装置，属于发动机领域。上述活塞包括顶端面和第二端面，顶端面上设置有凹部。活塞的轴向剖面与凹部的表面相交形成凹部的轮廓线；轮廓线包括连接段和两个倾斜段，倾斜段通过连接段连接，倾斜段延伸至顶端面并与顶端面夹角设置。在使用时，活塞与缸盖之间产生持续的涡流，在活塞凹部的作用下，涡流在可使杂质颗粒在涡流离心力作用下始终聚集在活塞燃烧室边缘而不下落至气缸套与活塞外壁之间。当发动机进入排气冲程时，这些杂质会被排出气缸。上述动力机械装置采用了上述内燃机；上述活塞可大大降低杂质颗粒对气缸套及活塞的磨料磨损程度，提高内燃机及动力机械装置的整体使用寿命。

Description

活塞、内燃机及动力机械装置
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体而言，涉及一种活塞、内燃机及动力机械装置。
背景技术
通常情况下，发动机吸进的空气是通过空滤过滤后，经由进气管、缸盖进气道、进气门进入气缸。整个进气过程，空气杂质并不能完全被过滤掉，并且在发动机实际使用过程中，由于用户长期未保养或未按要求保养，也会使大量的空气杂质、细小尘埃进入气缸。
除了上述进气导致的杂质外，发动机气缸内也会产生大量杂质颗粒，主要有以下来源：柴油在气缸里燃烧产生的颗粒和未充分燃烧产生的积碳；活塞、活塞环、气缸套表面磨损产生的金属磨屑。上述杂质在进入到活塞与缸体的配合面之间后会加剧配合面的磨损，降低整台发动机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种活塞，其能够减缓与缸体的磨损。
本发明的另一目的在于提供一种发动机，其采用了上述活塞，能够有效提高整台发动机的使用寿命。
本发明的目的还在于提供一种动力机械装置，其采用了上述发动机。
本发明是这样实现的：
一种活塞，所述活塞包括顶端面，所述顶端面上设置有凹部；
所述活塞的轴向剖面与所述凹部的表面相交形成所述凹部的轮廓线；所述轮廓线由位于中部的连接段和对称分别连接在连接端两端的两个倾斜段组成，所述倾斜段向外侧延伸的方向与所述活塞的外周壁相交所成的夹角为锐角。
进一步，所述连接段包括中间段和圆弧段，所述中间段平行于所述顶端面，所述中间段通过所述圆弧段与所述倾斜段连接。
进一步，所述倾斜段向外侧延伸的方向与所述顶端面的夹角的角度范围为20°-80°。
进一步，所述倾斜段向外侧延伸的方向与所述顶端面的夹角的角度范围为35°-45°。
进一步，所述倾斜段向外侧延伸的方向与所述顶端面的夹角的角度为35°
一种内燃机，包括缸体和所述的活塞；
所述缸体包括气缸套和缸盖，所述活塞与所述气缸套滑动配合；所述缸盖与所述气缸套连接，所述顶端面与所述缸盖相对设置。
进一步，所述缸盖的内表面设置有容置凹槽，所述容置凹槽用于与所述活塞的顶端面配合。
进一步，所述活塞的圆周表面上设置有活塞环，所述活塞环与所述气缸套的内壁滑动配合。
进一步，所述缸体、所述缸盖及所述活塞均为铸造件。
一种动力机械装置，所述动力机械包括油箱和所述的内燃机，所述油箱与所述内燃机连接，用于给所述内燃机供油。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明通过上述设计得到的活塞及内燃机，在使用时，活塞与缸盖之间产生持续的涡流，在活塞凹部的作用下，上述涡流在可使杂质颗粒在涡流离心力作用下始终聚集在活塞燃烧室边缘而不下落至气缸套与活塞外壁之间。当发动机进入排气冲程时，这些杂质会被排出气缸。即使这些杂质颗粒仍有一部分下落至气缸套与活塞外壁之间，但由于燃烧室边缘温度一般在300℃～350℃之间，这些硬质杂质在高温作用下会被软化，其对气缸的磨损程度也会被削弱。综上所述，上述活塞可大大降低杂质颗粒对气缸套及活塞的磨料磨损程度，提高内燃机的整体使用寿命。
本发明提供的动力机械装置，由于采用了上述内燃机，其整体使用寿命能够得到提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实施例提供的内燃机中活塞与气缸套、缸盖的装配结构示意图。
图2是本发明实施方式提供的图1的局部结构放大图；
图3为俯视活塞时，气缸涡流内杂质颗粒的运动示意图。
图标：200-内燃机；100-活塞；110-顶端面；112-凹部；114-轮廓线；116-倾斜段；117-连接段；1171-中间段；1172-圆弧段；130-活塞环；300-缸体；310-缸盖；312-容置凹槽；320-气缸套。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
本实施例提供了一种内燃机200；请参考图1，图1为本实施例提供的内燃机200中活塞100与气缸套320、缸盖310的装配结构示意图。上述内燃机200包括气缸套320、缸盖310和活塞100，活塞100与气缸套320的内壁滑动配合。活塞100与缸盖310相对的端面上设置有凹部112，该凹部112能够减少落入到活塞100与气缸套320之间的杂质颗粒，从而缓解磨损。
具体地，请参考图1和图2，活塞100整体为圆柱状的回转结构，包括顶端面110，顶端面110即用于与缸盖310相对的端面。顶端面110上设置有凹部112，上述凹部112的相当于是由凹部112的轮廓线114绕活塞100的轴线旋转90°形成的；因此，凹部112的形状决定于凹部112轮廓线114的形状。
为了便于描述，本实施例通过对凹部112轮廓线114的形状来描述凹部112的形状。沿活塞100的轴线能够确定一个轴向剖面，该轴向剖面与凹部112的表面相交形成的曲线即为凹部112的轮廓线114。所述轮廓线114由位于中部的连接段117以及对称分别连接在连接段117两端的两个倾斜段116组成。；倾斜段116向外侧延伸的方向与活塞110的外周壁相交所成的夹角为锐角，即倾斜段116形成一个斜坡面。
请参考图3，图3为俯视活塞100时，气缸涡流内杂质颗粒的运动示意图。气缸内的杂质颗粒在涡流作用下，其速度主要分切向速度Vτ和法向速度Vn。这两个速度确保这些杂质颗粒在气缸内绕气缸轴线旋转运动，其运动半径在法向速度Vn作用下不断向外扩展。
请继续参考图1和图2，在活塞100顶部铸造出一斜坡，斜坡与所述活塞(110)的外周壁相交所成的夹角用θ表示，气缸内涡流离心速度用Vn表示，杂质颗粒在Vn的作用下，吹向斜坡后，Vn分解为沿斜坡方向速度Vn1和垂直斜坡方向速度Vn2，Vn2经斜坡面反弹后速度反向为Vn2′，一部分杂质颗粒在Vn2′作用下悬浮在活塞100燃烧室边缘，并随排气冲程排出气缸。另一部分杂质颗粒在斜坡方向速度Vn1作用下吹向活塞100边缘，碰撞气缸套320内壁后分解为垂直气缸套320内壁的速度Vn11和沿气缸套320内壁向上的速度Vn12，其中Vn11经碰撞反弹后速度反向为Vn11′。即使这些杂质颗粒仍有一部分下落至气缸套320与活塞100外壁之间，但由于燃烧室边缘温度一般在300℃～350℃之间，这些硬质杂质在高温作用下会被软化，其对气缸的磨损程度也会被削弱。综上所述，上述活塞100可大大降低杂质颗粒对气缸套320及活塞100的磨料磨损程度，提高内燃机200的整体使用寿命。
由于顶端面110上设置了凹部112，使得顶端面110的边缘形成了环形凸部，为了避免活塞100压缩时碰到缸盖310，缸盖310的内表面设置了容置凹槽312，用于容纳活塞100的环形凸部。
本实施例中θ的数值为35°，在其它实施例中，可以是20°-80°之间的任一角度；例如，20°、35°、40°或80°；优选角度为35°-45°之间。
采用35°-45°的角度，既能保证足够的燃烧室空间和缸盖310的布置空间，又能最大限度地避免杂质微粒落入气缸套320与活塞100之间的间隙内。
进一步，凹部112轮廓线114的连接段117包括中间段1171和圆弧段1172，中间段1171平行于顶端面110，中间段1171通过圆弧段1172与倾斜段116连接。采用上述结构使得涡流内夹带的杂质颗粒更容易聚集在活塞100中部的上方，在排气时容易被排出缸体300。
本实施例提供的活塞100顶部的斜坡采用铸造，成本低、易于实施。在其它实施例中，还可以采用机加工的方式来加工斜坡。
实施例2：
本实施提供了一种动力机械装置，其包括油箱和实施例1中提供的内燃机200；油箱与内燃机200连接用于气缸供油。本实施例中，动力机械装置为机动车，在其它实施例中，还可以是其它设备。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活塞，其特征在于，所述活塞(100)包括顶端面(110)，所述顶端面(110)上设置有凹部(112)；
所述活塞(100)的轴向剖面与所述凹部(112)的表面相交形成所述凹部(112)的轮廓线(114)；所述轮廓线(114)由位于中部的连接段(117)和对称分别连接在连接段(117)两端的两个倾斜段(116)组成，所述倾斜段(116)向外侧延伸的方向与所述活塞(110)的外周壁相交所成的夹角为锐角。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于：所述连接段(117)包括中间段(1171)和圆弧段(1172)，所述中间段(1171)平行于所述顶端面(110)，所述中间段(1171)通过所述圆弧段(1172)与所述倾斜段(116)连接。
3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于：所述倾斜段(116)向外侧延伸的方向与所述活塞(110)的外周壁相交所成的夹角的角度范围为20°-80°。
4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于：所述倾斜段(116)向外侧延伸的方向与所述活塞(110)的外周壁相交所成的夹角的角度范围为35°-65°。
5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于：所述倾斜段(116)向外侧延伸的方向与所述活塞(110)的外周壁相交所成的夹角的角度为35°。
6.一种内燃机，其特征在于，包括缸体(300)和权利要求1至5任一项所述的活塞；
所述缸体(300)包括气缸套(320)和缸盖(310)，所述活塞(100)与所述气缸套(320)滑动配合；所述缸盖(310)与所述气缸套(320)连接，所述顶端面(110)与所述缸盖(310)相对设置。
7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于：所述缸盖(310)的内表面设置有与顶端面(110)形状相配合的容置凹槽(312)。
8.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于：所述活塞(100)的圆周表面上设置有活塞环(130)，所述活塞环(130)与所述气缸套(320)的内壁滑动配合。
9.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于：所述缸体(300)、所述缸盖(310)及所述活塞(100)均为铸造件。
10.一种动力机械装置，其特征在于：所述动力机械包括油箱和权利要求6至9任一项所述的内燃机(200)，所述油箱与所述内燃机(200)连接，用于给所述内燃机(200)供油。
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