CN112901364B - 用于发动机的活塞 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于发动机的活塞。该用于发动机的活塞的头部具有顶面并且设置有多个环岸，在相邻的环岸之间形成活塞环槽，多个环岸中的至少一个环岸的外周部设有至少一个环形的泄压槽，至少一个环形的泄压槽将其所在的环岸的外圆周面分割为靠近顶面的第一外圆周面和其余的一个或多个第二外圆周面，在活塞的轴向截面中，泄压槽为倒钩形，使得泄压槽在朝向活塞的径向上的内侧延伸的同时朝向顶面延伸。倒钩形泄压槽具有阻油、刮油、储油、甩油功能，使得机油耗得以降低。此外，储存在倒钩形泄压槽内的机油可以形成紊流运动，从而减少了积碳的形成，使得泄压槽不会因被积碳堵死而在耐久寿命周期内失去功能作用。

Description

用于发动机的活塞

技术领域

本发明涉及活塞领域，更具体地涉及一种用于发动机的活塞。

背景技术

为使发动机具有高爆发力和高功率，发动机需要具有更小的串气量和机油耗，因此需要对活塞结构进行优化。现有技术方案中，为使环岸间的活塞环具有更好的气密性，通常在环岸上开设泄压槽来增大活塞环两侧气压差，将活塞环压紧在环槽下壁，以此来克服活塞环在环槽中的窜动，从而减小串气量。

现有的泄压槽结构虽然可以降低串气量，提高发动机的热效率，但不足以降低机油耗。此外，由于通常只在环岸上开设单个较大的泄压槽，需要在环岸上某一位置去除掉较多的材料，使得环岸强度降低，甚至会引起环岸变形，影响串气量的稳定性。由于有积碳的形成，现有的泄压槽容易被积碳堵死，使得泄压槽失去作用。

发明内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。本发明的目的在于提供一种用于发动机的活塞。

提供一种用于发动机的活塞，所述活塞的头部具有顶面并且设置有多个环岸，在相邻的环岸之间形成活塞环槽，

其中，

所述多个环岸中的至少一个环岸的外周部设有至少一个环形的泄压槽，所述至少一个环形的泄压槽将其所在的环岸的外圆周面分割为靠近所述顶面的第一外圆周面和其余的一个或多个第二外圆周面，

在所述活塞的轴向截面中，所述泄压槽为倒钩形，使得所述泄压槽在朝向所述活塞的径向上的内侧延伸的同时朝向所述顶面延伸。

优选地，所述多个环岸中的至少一个环岸的外周部设有多个所述泄压槽。

优选地，所述多个环岸中的至少一个环岸为或者包括二环岸。

优选地，在从所述活塞的头部指向所述活塞的活塞裙的方向上，多个所述泄压槽的体积逐渐增大。

优选地，在从所述活塞的头部指向所述活塞的活塞裙的方向上，多个所述泄压槽对应的第二外圆周面的半径依次减小。

优选地，所述第二外圆周面的直径小于所述第一外圆周面的直径。

优选地，多个所述泄压槽的总体积为单缸排量的0.5‰至10‰，或者

多个所述泄压槽的轴向截面的总面积为所述活塞的所有环岸和所述活塞环槽在所述活塞的轴向上的长度之和与所述活塞对应的发动机缸径(即，活塞(最大)直径)的乘积的0.6‰至12‰。

优选地，所述泄压槽的轴向截面包括依次连接的第一线段、第二线段、第三线段和第四线段，所述第三线段构成所述泄压槽的槽底部，

所述第一线段为直线，其与所述活塞的径向的夹角为-10°至10°，

所述第二线段为直线，其向所述活塞的径向上的内侧和所述顶面延伸且与所述径向的夹角为10°至45°，

所述第三线段为直线或弧线，其两端分别与所述第二线段和所述第四线段相连，

所述第四线段为直线或向所述顶面的反方向凸出的弧线。

优选地，所述第四线段为直线且与所述第二线段相平行。

优选地，所述第一外圆周面为圆桶面或者圆锥面，在从所述活塞的头部指向所述活塞的活塞裙的方向上，所述圆锥面的直径逐渐增大，所述第二外圆周面为圆桶面。

采用上述技术方案，当活塞向燃烧室运动时，随活塞一同上窜的机油将进入到延伸方向与上窜方向一致的倒钩形泄压槽中，使得泄压槽可以阻碍机油向燃烧室运动并将机油储存在泄压槽中。在活塞运动过程中，倒钩形泄压槽可以刮去多余的机油并储存在泄压槽中。当活塞向曲轴箱侧运动结束时，储存在倒钩形泄压槽内的机油还可以在惯性力的作用下被甩向曲轴箱方向。这样，凭借倒钩形泄压槽所具有的阻油、刮油、储油、甩油功能，机油耗得以降低。此外，储存在倒钩形泄压槽内的机油可以形成紊流运动，从而减少了积碳的形成，使得泄压槽不会因被积碳堵死而在耐久寿命周期内失去功能作用。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施方式的用于发动机的活塞的局部剖视示意图。

图2示出了图1中的用于发动机的活塞的泄压槽的剖视示意图。

附图标记说明

1活塞；

11、12、13、14环岸；15顶面；16、17、18活塞环槽；

121泄压槽；122第一外圆周面；123第二外圆周面；

1211第一线段；1212第二线段；1213第三线段；1214第四线段；

A轴向；R径向。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

在本发明中，如无特殊说明，“轴向”是指活塞的轴向，“径向”是指活塞的径向。“夹角”不应狭义地理解为数学意义上的夹角，而应根据实际情况广义地理解为所描述对象之间所呈角度，其可以是钝角，当需要表示多种方向时亦可以为负角度。“线段”不应狭义地理解为数学意义上的线段，而是指形状的某一部分。“直线”不应狭义地理解为数学意义上的直线，而应理解为包括数学意义上的线段。“弧线”不局限于数学意义上的圆弧线，而应广义地理解为具有有限长度的曲线，特别是包括单个圆弧线段，或者多个相连的圆弧线段。

如图1和图2所示，本发明的一实施方式提供一种用于发动机的活塞，其包括多个环岸11、12、13、14、顶面15以及活塞环槽16、17、18。

活塞1的头部具有顶面15，其面向燃烧室。活塞1的外周部上沿远离顶面15的方向依次设有一环岸11、二环岸12、三环岸13和四环岸14，各环岸11、12、13、14间具有用于容纳活塞环的环槽16、17、18。

在二环岸12的外周部设有三个环形泄压槽121，泄压槽121的轴向A截面形状为倒钩形，使得泄压槽121在朝向活塞1的径向R上的内侧延伸的同时朝向顶面15延伸。当活塞1向燃烧室侧运动时，随活塞1一同上窜的机油将进入到延伸方向与上窜方向一致的倒钩形泄压槽121中，使得泄压槽121可以阻碍机油向燃烧室运动并将机油储存在泄压槽121中。在活塞1向曲轴箱侧运动过程中，倒钩形泄压槽121可以刮去多余的机油并储存在泄压槽121中。当活塞1向曲轴箱侧运动结束时，储存在倒钩形泄压槽121内的机油还可以在惯性力的作用下被甩向曲轴箱的方向。这样，凭借倒钩形泄压槽121所具有的阻油、刮油、储油、甩油功能，机油耗得以降低。此外，储存在倒钩形泄压槽121内的机油可以形成紊流运动，从而减少积碳的形成，使得泄压槽121不会因被积碳堵死而在耐久寿命周期内失去功能作用。

在泄压槽121总体积一定的情况下，与开设单个较大的泄压槽相比，开设多个小泄压槽121在每个泄压槽121处去掉的材料较少，从而避免了环岸强度降低和环岸变形，保证了串气量的稳定性。此外，多个泄压槽121可以实现气体压力小梯度降低，增强活塞环的稳定性。

泄压槽121的轴向截面形状由第一线段1211、第二线段1212、第三线段1213和第四线段1214依次连接而成，第一线段1211可以为与径向R相平行的直线，第二线段1212为向活塞1的径向R上的内侧和顶面15延伸且与径向R的夹角为10°至45°的直线，第三线段1213可以为用于连接第二线段1212和第四线段1214的直线，其构成泄压槽121的槽底部，第四线段1214为与第二线段1212相平行的直线。第一线段1211的存在避免了尖角的产生，因而泄压槽121不易产生毛刺和发生材料剥落。第二线段1212与第四线段1214相互平行的设计使得泄压槽121易于加工，降低了工艺难度和加工成本。应当理解，各线段间的连接部分可以采用常用的机加工处理手段，如倒角、圆角的方式使各线段平缓或平滑地过渡。

三个泄压槽121将二环岸12的外圆周面分割为四部分，其中靠近顶面15的外圆周面为第一外圆周面122，其余三个外圆周面为第二外圆周面123。第一外圆周面122和第二外圆周面123可以为桶面，其中第一外圆周面122主要起到密封气体作用，从而限制气体下流。四个外圆周面的直径可以沿远离顶面15的方向减小，从而形成迷宫压腔，有助于减小压力波动。可以理解，外圆周面的直径可以沿远离顶面15的方向减小包括相邻的两个或多个外圆周面直径相等的情况，例如：第一外圆周面122的直径大于第二外圆周面123的直径，而第二外圆周面123中的三个外圆周面的直径相等。

特别地，在从活塞1的头部指向活塞1的活塞裙的方向上，多个泄压槽121对应的第二外圆周面123的半径依次减小。这里，泄压槽121对应的第二外圆周面123是指泄压槽121的靠近活塞裙侧的外圆周面123。

三个泄压槽121的总体积可以为单缸排量的0.5‰至10‰，或者三个泄压槽121的轴向截面的总面积可以为活塞1的所有环岸11、12、13、14和活塞环槽16、17、18在活塞1的轴向A上的长度之和与活塞1对应的发动机缸径的乘积的0.6‰至12‰。应当理解，对于开有泄压槽121的环岸11、12、13、14，其在活塞1的轴向A上的长度为包含泄压槽121槽口的长度。这里的“所有环岸11、12、13、14和活塞环槽16、17、18在活塞1的轴向A上的长度之和”亦可以表述为活塞顶面到四环岸的靠近曲轴箱侧的端部之间的距离。此外，各泄压槽121的体积可以沿远离顶面15的方向增大。可以理解，各泄压槽121的体积不限于沿远离顶面15的方向增大，其可以是相等的或是逐渐减小的。此外，当各泄压槽121的体积沿远离顶面15的方向增大或减小时，其包括相邻的两个或多个泄压槽121的体积相等的情况。可以理解，由于活塞缸与活塞1之间存在配合关系，发动机缸径可以被活塞(最大)直径所替代。

本发明至少具有以下优点中的一个优点：

(i)当活塞1向燃烧室侧运动时，随活塞1一同上窜的机油将进入到延伸方向与上窜方向一致的倒钩形泄压槽121中，使得泄压槽121可以阻碍机油向燃烧室运动并将机油储存在泄压槽121中，从而降低了机油耗。

(ii)在活塞1向曲轴箱侧运动过程中，倒钩形泄压槽121可以刮去多余的机油并储存在泄压槽121中，从而降低了机油耗。

(iii)当活塞1向曲轴箱侧运动结束时，储存在倒钩形泄压槽121内的机油可以在惯性力的作用下被甩向曲轴箱的方向，从而降低了机油耗。

(iv)储存在倒钩形泄压槽121内的机油可以形成紊流运动，从而减少积碳的形成，使得泄压槽121不会因被积碳堵死而在耐久寿命周期内失去功能作用。

(v)在泄压槽121总体积一定的情况下，与开设单个较大的泄压槽相比，开设多个小泄压槽121在每个泄压槽121处去掉的材料较少，从而避免了环岸强度降低和环岸变形，保证了串气量的稳定性。

(vi)多个泄压槽121可以实现气体压力小梯度降低，增强活塞环的稳定性。

(vii)第一线段1211的存在避免了尖角的产生，因而泄压槽121不易产生毛刺和发生材料剥落。

(viii)第二线段1212与第四线段1214相互平行的设计使得泄压槽121易于加工，降低了工艺难度和加工成本。

(ix)四个外圆周面的直径可以沿远离顶面15的方向减小，从而形成迷宫压腔，有助于减小压力波动。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

(i)一个或多个泄压槽不限于形成于二环岸，而是可以形成于二环岸之外的其它一个或多个环岸。本申请中的环岸的数量也不限于四个。

(ii)至少一个环岸的泄压槽的数量优选为多个，特别是2个或3个。

(iii)在本申请中，在活塞的轴向截面中，将在朝向活塞1的径向R上的内侧延伸的同时朝向顶面15延伸的线段与径向R(穿过该线段的图2中的下端或者左端的直线)形成夹角限定为正夹角，第一线段不限于沿着径向R延伸，其与活塞的径向R的夹角可以为-10°至10°。

在活塞的轴向截面中，第三线段1213、第四线段1214还可以为弧线，例如，第四线段1214还可以为向顶面15的反方向(向下)凸出的弧线。

Claims (8)

1.一种用于发动机的活塞，所述活塞(1)的头部具有顶面(15)并且设置有多个环岸(11、12、13、14)，在相邻的环岸之间形成活塞环槽(16、17、18)，其特征在于，

在靠近燃烧室的第一道环槽下方的环岸的外周部设有多个环形的泄压槽(121)，所述多个环形的泄压槽(121)将其所在的环岸的外圆周面分割为靠近所述顶面(15)的第一外圆周面(122)和其余的多个第二外圆周面(123)，

在所述活塞(1)的轴向截面中，所述泄压槽(121)为倒钩形，使得所述泄压槽(121)在朝向所述活塞(1)的径向(R)上的内侧延伸的同时朝向所述顶面(15)延伸。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

在从所述活塞(1)的头部指向所述活塞(1)的活塞裙的方向上，多个所述泄压槽(121)的体积逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

在从所述活塞(1)的头部指向所述活塞(1)的活塞裙的方向上，多个所述泄压槽(121)对应的第二外圆周面(123)的半径依次减小。

4.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

所述第二外圆周面(123)的直径小于所述第一外圆周面(122)的直径。

5.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

多个所述泄压槽(121)的总体积为单缸排量的0.5‰至10‰，或者

多个所述泄压槽(121)的轴向截面的总面积为所述活塞(1)的所有环岸(11、12、13、14)和所述活塞环槽(16、17、18)在所述活塞(1)的轴向(A)上的长度之和与所述活塞(1)对应的发动机缸径的乘积的0.6‰至12‰。

6.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

所述泄压槽(121)的轴向截面包括依次连接的第一线段(1211)、第二线段(1212)、第三线段(1213)和第四线段(1214)，所述第三线段(1213)构成所述泄压槽(121)的槽底部，

所述第一线段(1211)为直线，其与所述活塞的径向(R)的夹角为-10°至10°，

所述第二线段(1212)为直线，其向所述活塞的径向(R)上的内侧和所述顶面(15)延伸且与所述径向(R)的夹角为10°至45°，

所述第三线段(1213)为直线或弧线，其两端分别与所述第二线段(1212)和所述第四线段(1214)相连，

所述第四线段(1214)为直线或向所述顶面(15)的反方向凸出的弧线。

7.根据权利要求6所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

所述第四线段(1214)为直线且与所述第二线段(1212)相平行。

8.根据权利要求1所述的用于发动机的活塞，其特征在于，

所述第一外圆周面(122)为圆桶面或者圆锥面，在从所述活塞(1)的头部指向所述活塞(1)的活塞裙的方向上，所述圆锥面的直径逐渐增大，所述第二外圆周面(123)为圆桶面。

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