CN112443394B - 用于机动车辆内燃机的活塞组件 - Google Patents

Abstract

用于发动机的内燃机的活塞组件，包括具有外径表面并与纵向轴线间隔开第一距离的活塞头以及与纵向轴线间隔开第二距离的环形表面，且第二距离小于第一距离。上壁和下壁在环形表面和外径表面之间延伸，以此在外径表面上限定环形槽。活塞环容纳在环形凹槽内，并且包括面对活塞头的环形表面的内径表面。活塞环的内径表面和活塞头的环形表面彼此配合以限定多个凹穴，所述多个凹穴绕纵向轴线彼此成角度地间隔开并且设置成容纳油。

Description

用于机动车辆内燃机的活塞组件

技术领域

本公开涉及一种用于内燃机的活塞组件，并且更具体地，涉及一种能降低用于机动车辆内燃机(IC发动机)的随机早燃(Stochastic Pre-Ignition，SPI)的活塞组件。

背景技术

汽车制造商正在缩小发动机尺寸以提高燃油效率并降低IC发动机的排放，并且汽车制造商正在应用涡轮增压器技术来恢复在尺寸缩小过程中损失的动力。在低速和高负荷驱动条件下运行的某些涡轮增压直喷车辆中，低速早燃(Low-Speed Pre-Ignition，LSPI)，也称为SPI，是在空气-燃料混合物过早点火时发生的早燃现象。更具体地，LSPI是由在压缩冲程期间与燃料混合并在燃烧舱内点燃的油滴引起的。LSPI会导致汽缸内出现压力峰值，轻度情况下会产生敲打或撞击声，并且在较高的压力峰值下会导致发动机部件磨损或损坏。

因此，在当前的活塞组件实现其预期目的的同时，需要一种能解决这些问题的新型且改进的活塞组件。

发明内容

根据本公开的几个方面，一种用于机动车辆内燃机的活塞组件得以提供。该组件包括适于在汽缸内沿纵向轴线往复运动的活塞头。活塞头包括与纵向轴线间隔开第一距离的外径表面和与纵向轴线间隔开第二距离的环形表面，且该第二距离小于第一距离。活塞头还包括上壁和下壁，每个上壁和下壁在环形表面和外径表面之间延伸，使得在外径表面中限定环形凹槽。组件还包括容纳在环形凹槽内的活塞环。该活塞环包括外周表面，其与纵向轴线间隔第三距离，且第三距离比第一距离长，使得外围表面适于响应于活塞头沿纵向轴线往复运动而抵靠汽缸壁滑动。活塞环还包括面向活塞头的环形表面的内径表面。活塞环还包括分别在外围表面和内径表面之间延伸的顶侧面和底侧面。塞环的内径表面和活塞头的环形表面彼此配合以限定多个凹穴，凹穴绕纵向轴线彼此成角度地间隔开并且设置成容纳油。

在一方面，活塞环的顶侧面和底侧面限定纵向壁厚度。

在另一方面，活塞环的外周表面和内径表面在其间限定径向壁厚度。

在另一方面，活塞头的环形表面包括形成至少一部分凹穴的多个凹口。

在另一方面，每个凹口由从环形表面垂直延伸的一对平面侧壁和在平面侧壁之间延伸的平面端壁限定。

在另一方面，平面端壁相对于平面侧壁垂直地定位。

在另一方面，每个凹口由活塞头的凹形表面限定，该凹形表面径向地朝向纵向轴线延伸。

在另一方面，活塞环相对于活塞头旋转固定在一个角度位置。

在另一方面，活塞环的内径表面包括形成至少一部分凹穴的多个凹口。

在另一方面，每个凹口由从内径表面垂直延伸的一对平面侧壁和在平面侧壁之间延伸的一个平面端壁限定。

在另一方面，平面端壁相对于平面侧壁垂直地定位。

在另一方面，每个凹口由活塞头的凹形表面限定，该凹形表面径向地朝向纵向轴线延伸。

在另一方面，内径表面与纵向轴线间隔第四距离，并且第四距离比第二距离长，使得活塞环可相对于活塞头成角度地移动。

根据本公开的几个方面，一种用于机动车辆内燃机汽缸的活塞组件得以提供。该组件包括适于在汽缸内沿纵向轴线往复运动的活塞头。活塞头包括与纵向轴线间隔开第一距离的外径表面和与纵向轴线间隔开第二距离的环形表面，且该第二距离小于第一距离。活塞头还包括上壁和下壁，每个上壁和下壁在环形表面和外径表面之间延伸，使得在外径表面中限定环形凹槽。组件还包括容纳在环形凹槽内的活塞环。该活塞环包括外周表面，其与所述纵向轴线间隔第三距离，且第三距离比第一距离长，使得外周表面适于响应于活塞头沿纵向轴线往复运动以抵靠汽缸壁滑动。活塞环还包括面向活塞头的环形表面的内径表面。活塞环还包括分别在外围表面和内径表面之间延伸的顶侧面和底侧面。活塞环的内径表面和活塞头的环形表面彼此配合以限定多个凹穴，多个凹穴绕纵向轴线彼此成角度地间隔开并且设置成容纳油。活塞头的环形表面是围绕纵轴延伸的连续凹形表面。

在一方面，活塞环的内径表面包括形成至少一部分凹穴的多个凹口。

在另一方面，每个凹口由从内径表面垂直延伸的一对平面侧壁和在平面侧壁之间延伸的平面端壁限定。

根据本公开的几个方面，一种用于机动车辆内燃机汽缸的活塞组件得以提供。该组件包括适于在汽缸内沿纵向轴线往复运动的活塞头。活塞头包括与纵向轴线间隔开第一距离的外径表面和与纵向轴线间隔开第二距离的环形表面，且第二距离小于第一距离。活塞头还包括上壁和下壁，每个上壁和下壁在环形表面和外径表面之间延伸，使得在外径表面中限定环形凹槽。组件还包括容纳在环形凹槽内的活塞环。该活塞环包括外周表面，其与所述纵向轴线间隔第三距离，且第三距离比第一距离长，使得外周表面适于响应于活塞头沿纵向轴线往复运动以抵靠汽缸壁滑动。活塞环还包括面向活塞头的环形表面的内径表面。活塞环还包括分别在外围表面和内径表面之间延伸的顶侧面和底侧面。活塞环的内径表面和活塞头的环形表面彼此配合以限定多个凹穴，多个凹穴绕纵向轴线彼此成角度地间隔开并且设置成容纳油。活塞环还包括位于上侧表面和内径表面之间的上斜切角和位于底侧表面和内径表面之间的下斜切角。

在一方面，活塞环的内径表面包括形成至少一部分凹穴的多个凹口。

另一方面，每个凹口由从内径表面垂直延伸的一对平面侧壁和在平面侧壁之间延伸的平面端壁限定。

在另一方面，平面端壁相对于平面侧壁垂直地定位。

根据本文提供的描述，进一步的适用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

图1是用于机动车辆的内燃机的剖视图，其示出了具有活塞组件的一个实施例的发动机。

图2是沿线2-2截取的图1的活塞组件的剖视图，其示出了具有活塞环和活塞头的活塞组件，活塞环和活塞头每个都限定了多个彼此成角度地间隔开的多边形凹穴。

图3是沿线3-3截取的图2的活塞组件的部分剖视图。

图4是活塞组件的另一个实施例的剖视图，其示出了具有限定多个多边形凹穴的活塞环的活塞组件。

图5是沿线4-4截取的图4的活塞组件的部分剖视图，其示出了具有环形凹形表面的活塞头，该环形凹形表面限定了与凹穴流体联通的储液器。

图6是活塞组件的另一个实施例的剖视图，其示出了具有活塞环和活塞头的活塞组件，活塞环和活塞头限定了多个彼此成角度地对准的凹形凹穴。

图7是活塞组件的另一实施例的剖视图，其示出了具有限定多个凹形凹穴的活塞环的活塞组件。

图8是活塞组件的另一示例的放大剖视图，其示出了具有活塞头和相对于活塞头成角度地可移动的活塞环的活塞组件。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。

参考图1，其总体上示出了用于机动车辆的内燃机14的汽缸12的活塞组件10。活塞组件10包括适于在汽缸12内沿着纵向轴线18往复运动的活塞头16。

参考图2和图3，活塞头16包括外径表面20，该外径表面20与纵向轴线18间隔开第一距离22。活塞头16还包括与纵向轴线18间隔开第二距离26的环形表面24，且第二距离26短于第一距离22。活塞头16还包括上壁28和下壁30(图3)，各自在环形表面24和外径表面20之间延伸，使得在外径表面20中限定环形凹槽32。

活塞组件10还包括容纳在环形凹槽32内的活塞环34。活塞环34包括与纵向轴线18间隔开第三距离38的外围表面36，且第三距离38比第一距离22长，使得外周表面36适于响应活塞头16在汽缸12内的往复运动而抵靠汽缸12的壁滑动。活塞环34还包括面向活塞头16的环形表面24的内径表面40。活塞环34的外周表面36和内径表面40限定了它们之间的径向壁厚度42。活塞环34还包括分别在外围表面36和内径表面40之间延伸的顶侧面44和底侧面46。活塞环34的顶侧面44和底侧面46限定了纵向壁厚度48(图3)。尽管当前示例针对的是压缩环，该压缩环容纳在活塞头的最高区域和第二高区域之间的顶部凹槽内，可以预期，其它凹槽和相关的活塞环的任何组合可以具有类似的结构。

最好的例子在图2，活塞环34的内径表面40和活塞头16的环形表面24彼此协作以限定多个凹穴50，该凹穴50绕纵向轴线18彼此成角度地间隔开并且设置成接纳油。凹穴可由平面，凹面或具有任何其它合适形状的表面形成。

参考图3，环形表面24是围绕纵向轴线18的圆柱形表面52，而活塞环34包括位于上侧面44和内径表面40之间的上斜切角54以及位于底部侧面46和内径表面40之间的下斜切角56。环形表面24和斜切角54和斜切角56彼此配合引导油至相邻的凹穴50。

看回图2，活塞头16的环形表面24包括提供至少一部分凹穴50的多个凹口58。每个凹口58由从环形表面24垂直延伸的一对平面侧壁60和平面侧壁62和在平面侧壁60和平面侧壁62之间延伸的平面端壁64限定。端壁64相对于平面侧壁60和平面侧62垂直地定位。然而，可以想到的是，活塞头的其它实施例可以限定具有外部合适形状的凹穴。

还在该示例中，活塞环34的内径表面40包括提供凹穴50的另一部分的多个凹口66。每个凹口66由从内径表面40垂直延伸的一对平面侧壁68和平面侧壁70和在平面侧壁之间延伸的平面端壁72限定。端壁72相对于平面侧壁60和平面侧62垂直地定位。然而，可以想到的是，活塞头的其它实施例可以限定具有外部合适形状的凹穴。

参考图4和5，活塞组件110的另一实施例大体上类似于图2的活塞组件10，并且具有由相同数字增加100后标识的相同组件。然而，虽然图2的活塞组件10包括在活塞头16的环形表面24中形成的凹口58和在活塞环34的内径表面40中形成的凹口66，但活塞组件110具有仅在活塞环134中形成的凹槽166。活塞头116的环形表面124不包括在其中形成的任何凹口。

参考图5，环形表面124是绕纵向轴线118延伸的连续凹面125。在这方面，活塞环134的内径表面140和活塞头116的环形凹面125设置有环形储液器151，该环形储液器151设置成与每个凹穴150流体连通，使得油可通过一个或多个凹穴150流入，然后汇集在环形储液器151中。

参照图6，活塞组件210的另一示例大体上类似于图2的活塞组件110，并且具有由相同数字增加200后识标识的相同组件。然而，尽管图2中的活塞组件包括绕纵向轴线成角度地彼此间隔开的多边形凹口58和凹口66，但活塞组件210包括相对于纵向轴线成角度地彼此对准的凹口。更具体地，每个凹口258由相对于纵向轴线218径向内延伸的凹面225形成，而每个凹口266由相对于纵向轴线218径外延伸的凹面241形成。此外，当图2中的凹口58和凹口66彼此成角度地间隔开时，在活塞头216的环形表面224中形成的凹口258与在活塞环234的内径表面240中形成的相关凹口266之一成角度地对准。

此外，当图2的活塞环34绕活塞头16成角度地移动时，图6的活塞环234可相对于活塞头216旋转地固定在一个角度位置。更具体地，图2中的活塞组件可以包括活塞环34以顶部压缩环的形式容纳在靠近发动机的燃烧舱的凹槽32内，并且组件可以进一步包括第二压缩环35(图3)，该第二压缩环与环34相同，并且容纳在凹槽34下方的相关凹槽35中。如图2所示，环34和环35均是一个带有一对相对端80和82的开口环或分裂环，开口环或分裂环限定了一个间隙84。活塞组件10可以安装在汽缸12内，使得由相关联的顶部压缩环和第二压缩环限定的间隙84纵向轴线彼此成角度地间隔开。在发动机运转期间，环34和35可在活塞头16上旋转，直到环的间隙84彼此成角度地对准(未示出)。燃烧气压可将环移动到相关的环34和35的间隙彼此成角度地对准的位置，以提供最小的阻力给从燃烧室流向曲轴箱的燃烧气体。另外，与在汽缸内往复运动的活塞组件相关的摩擦力还可导致环旋转，直到间隙彼此对准。然而，图6的活塞环234包括一个或多个保持面286，当在发动机中安装活塞组件210时，设置保持面286保持在相关的凹口225中，使得相对于活塞头216保持活塞环234在一个角度位置。与自由旋转的活塞环相比，多个环234和235的间隙284彼此成角度地间隔开，以减少油和燃烧气体的流动。在其它示例中，保持面可以形成在活塞头中以接合活塞环中的凹口或其它互补特征。

参照图7，活塞组件310的另一示例大体上类似于图6的活塞组件210，并且具有由相同数字增加100后标识的相同组件。然而，尽管图6中的活塞组件包括在活塞头216的环形表面225中形成的凹口258和在活塞环234的内径表面240中形成的凹口266，但活塞组件310仅包括在活塞环334的内径表面340中形成的凹口366。活塞组件310不包括在活塞头316的环形表面324中形成的凹口。

可以想到，凹口可以由仅在活塞头，仅在活塞环或在活塞头和活塞环两者中形成的凹穴限定。在图2所示的活塞组件10的示例中，凹穴50的第一部分由凹口58限定，凹口58形成在活塞头16中以面向活塞环34，而凹口50的第二部分由凹口66限定，凹口66形成在活塞环34中以面向活塞头16。类似地，图6的活塞组件210包括凹穴250的第一部分，凹穴250由凹口258限定，凹口258形成在活塞头216中以面向活塞环234，而凹穴250的第二部分由凹口266限定，凹口266形成在活塞环234中以面向活塞头216。此外，在图4所示的活塞组件110的示例中，凹穴150仅由凹口166限定，凹口166仅形成在活塞环134中以面向活塞头116。类似的，图7的活塞组件310包括仅由凹口358限定的凹穴350，凹口358仅在活塞环334中形成以面向活塞头316。在活塞组件的其它优选示例中，凹穴仅由凹口限定，该凹口仅在活塞头中形成以面向活塞环，且在活塞环中没有形成凹口。

参照图8，活塞组件410的另一示例类似于图6的活塞组件210，并且活塞组件410包括由相同数字增加200后标识的相同组件。然而，尽管图6的活塞组件210包括容纳在相关的凹口225中的一对保持面，以相对于活塞头216保持活塞环234在一个固定的角度位置，图8的活塞环434不包括任何保持面，并且相对于活塞头416设置活塞环434为可成角度地移动。更具体地说，活塞环434的内径表面440与纵向轴线418间隔开距离427，该距离427等于或大于活塞头416的环形表面424与纵向轴线418间隔开的距离426。活塞头416的任何部分都不与活塞环434接合以防止活塞环434在活塞头416上旋转。尽管该示例的凹口和突起是弓形的，可以预期的是，凹口和突起可以包括线性边缘，平面表面或其它构造以提供任何合适的轮廓。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变化旨在落入本公开的范围内。这些变化不应视为背离了本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆内燃机汽缸的活塞组件，所述活塞组件包括：

活塞头，适于在所述汽缸内沿纵轴往复运动，其中所述活塞头包括：

外径表面，其与纵向轴线隔开第一距离；

环形表面，其与所述纵向轴线隔开第二距离，且所述第二距离小于所述第一距离；以及

上壁和下壁，各自在所述环形表面和所述外径表面之间延伸，以此在所述外径表面上限定环形槽，以及

活塞环，容纳在所述环形槽内，其中所述活塞环包括：

外周表面，与所述纵向轴线间隔第三距离，且所述第三距离大于所述第一距离，使得所述外周表面适于，响应于所述活塞头沿所述纵向轴线的往复运动，抵靠所述汽缸壁滑动；

内径表面，面对所述活塞头的所述环形表面；以及

顶侧面和底侧面，各自在所述外周表面和所述内径表面之间延伸；

其中，所述活塞环的内径表面和所述活塞头的环形表面彼此配合以限定多个凹穴，所述多个凹穴绕所述纵向轴线彼此成角度地间隔开并且设置成容纳油；

所述活塞头的环形表面中形成的凹口由相对于所述纵向轴线径向内延伸的凹面形成，所述活塞环的内径表面中形成的凹口由相对于纵向轴线径外延伸的凹面形成；在活塞头的环形表面中形成的凹口与在活塞环的内径表面中形成的相关凹口之一成角度地对准；所述活塞环包括一个或多个保持面，所述保持面保持在相关凹口中，使得所述活塞环相对于所述活塞头旋转固定在一个角度位置。

2.根据权利要求1所述的活塞组件，其中，所述活塞环的顶侧面和底侧面限定纵向壁厚度。

3.根据权利要求2所述的活塞组件，其中，所述活塞环的外周表面和内径表面在其间限定径向壁厚度。

4.根据权利要求3所述的活塞组件，其中，所述活塞头的环形表面包括形成至少一部分所述凹穴的多个凹口。

5.根据权利要求4所述的活塞组件，其中，每个所述凹口包括从所述环形表面垂直地延伸的一对平面侧壁和在所述平面侧壁之间延伸的平面端壁。

6.根据权利要求5所述的活塞组件，其中，所述平面端壁相对于所述平面侧壁垂直地定位。

7.根据权利要求4所述的活塞组件，其中，每个所述凹口包括所述活塞头的凹面，所述凹面朝向所述纵向轴线径向地延伸。

8.根据权利要求3所述的活塞组件，其中，所述活塞环的所述内径表面包括形成至少一部分所述凹穴的多个凹口。

9.根据权利要求8所述的活塞组件，其中，每个所述凹口包括从所述内径表面垂直地延伸的一对平面侧壁和在所述平面侧壁之间延伸的平面端壁。

10.根据权利要求9所述的活塞组件，其中，所述平面端壁相对于所述平面侧壁垂直地定位。

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