CN112943475A - 一种活塞结构及发动机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种活塞结构及发动机，该活塞结构包括活塞头部；活塞头部设有质心调整结构；质心调整结构用于在活塞结构运动中调整活塞结构的质心；质心调整结构包括设于活塞头部的导向空腔和设于导向空腔内的流体；导向空腔包括容纳部和运动部，运动部与容纳部连通且运动部设于容纳部上方；容纳部用于容纳流体；运动部包括流体在容纳部之外的运动区域。根据本申请提供的技术方案，当活塞在气缸内进行下行运动时，活塞会受到一定的侧压力，在侧压力的作用下，活塞会有倾角，此时在惯性力作用下，容纳部内的流体能够相对活塞侧压力相反的方向移动，使得质心偏移，使得活塞侧压力得以减小。

Description

一种活塞结构及发动机

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，特别涉及一种活塞结构及发动机。

背景技术

活塞组件包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸中做往复运动的零件，是发动机中工作条件最严酷的组件。活塞组件与气缸一起保证发动机的的正常运行。活塞组件的共同特点是工作温度高、机械负荷高、热负荷高、以及润滑不良。这种情况决定了活塞组件容易受到强烈的磨损。

活塞在工作中受到周期性变化的气压力直接作用，一般在膨胀冲程的上止点附近达到最大值；活塞在气缸中做高速往复运动，产生极大的往复惯性力，引起发动机振动，并使连杆组件、曲轴组件等零件负荷加重，导致发动机耐久性下降；由于连杆的摆动，作用在活塞上的力传递给连杆时，活塞还受到一个交变的侧压力，使活塞不断的撞击缸套。

现有技术中的活塞在气压力的作用下在气缸内高速滑动，而缸壁一般靠飞溅润滑，润滑条件较差，因此摩擦力大，磨损严重，易使活塞和活塞环磨损失效。且现有技术中降低活塞工作中的交变侧压力的技术方案一般是降低活塞重量等方案，但对活塞侧压力的降低效果不明显。

发明内容

本申请要解决是现有技术中活塞侧压力较大的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种活塞结构，包括活塞头部；所述活塞头部设有质心调整结构；所述质心调整结构用于在活塞结构运动中调整所述活塞结构的质心；

所述质心调整结构包括设于所述活塞头部的导向空腔和设于所述导向空腔内的流体；

所述导向空腔包括容纳部和运动部，所述运动部与所述容纳部连通且所述运动部设于所述容纳部上方；

所述容纳部用于容纳所述流体；

所述运动部包括所述流体在所述容纳部之外的运动区域。

进一步地，所述容纳部包括第一容纳槽和第二容纳槽，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽呈预设夹角连接设置；

所述运动部包括运动腔体；

所述运动腔体分别与所述第一容纳槽和所述第二容纳槽连通。

进一步地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽为相同结构；

所述第一容纳槽内流体的体积和所述第二容纳槽内流体的体积相等。

进一步地，所述第一容纳槽为第一锥形槽，所述第二容纳槽为第二锥形槽；

所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面处于同一平面，且所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面外切设置；

所述运动腔体的底部分别设有与所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面匹配的通孔。

进一步地，所述第一容纳槽为第一多面体槽，所述第二容纳槽为第二多面体槽；

所述第一多面体槽的其中一个侧面与所述第二多面体槽的其中一个侧面呈设定夹角连接；

所述运动腔体底部分别设有与所述第一多面体槽的顶面和所述第二多面体槽的顶面匹配的通孔。

进一步地，所述第一容纳槽和所述第二容纳槽的底部至顶部的横截面的面积均逐渐增大。

进一步地，所述流体包括油性液体、油性液体和金属粉末的混合物或液态金属。

进一步地，所述导向空腔的顶部设有加强结构。

进一步地，所述加强结构包括至少一条加强筋。

本申请第二方面提供一种发动机，包括所述活塞结构。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的活塞结构中设有导向空腔，导向空腔的容纳部内容纳有流体；在活塞在气缸内进行下行运动时，活塞会受到一定的侧压力，在侧压力的作用下，活塞会有倾角，此时在惯性力作用下，容纳部内的流体相对活塞侧压力相反的方向移动，使得质心偏移，使得活塞侧压力得以减小；进一步使得活塞与缸壁之间的摩擦压紧力减小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例一种活塞结构的示意图。

图2为本申请实施例一种活塞结构的导向空腔的示意图。

以下对附图作补充说明：

1-运动部；2-第一容纳槽；3-第二容纳槽。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

请参见图1，图1为本申请实施例一种活塞结构的示意图，图1中所示的活塞结构包括活塞头部；所述活塞头部设有质心调整结构；所述质心调整结构用于在活塞结构运动中调整所述活塞结构的质心；

所述质心调整结构可以包括设于所述活塞头部的导向空腔和设于所述导向空腔内的流体；所述导向空腔可以包括容纳部和运动部1，所述运动部1与所述容纳部连通且所述运动部1设于所述容纳部上方；

所述容纳部用于容纳所述流体；所述运动部1可以包括所述流体在所述容纳部之外的运动区域。

本申请提供的活塞结构中设有导向空腔，导向空腔的容纳部内容纳有流体；在活塞在气缸内进行下行运动时，活塞会受到一定的侧压力，在侧压力的作用下，活塞会出现倾斜，此时在惯性力作用下，容纳部内的流体相对活塞侧压力相反的方向移动，使得质心偏移，使得活塞侧压力得以减小；活塞侧压力减少使得活塞与缸壁之间的摩擦压紧力减小。

本申请实施例中，活塞在气缸中做高速往复运动，会产生极大的往复惯性力，引起发动机振动；而本申请实施例中在导向空腔的容纳部内设置有流体；流体在活塞运动过程中能够因惯性力作用进行上下运动(例如，活塞上行时，在惯性作用下流体紧紧附着在所述第一容纳槽2和第二容纳槽3的最低点位置；活塞上行到上止点要下行时的场景中，在惯性作用下流体会向活塞内导向空腔的最高位置运动)，可以有效的抵消活塞运动的往复惯性力，从而有效降低发动机的的振动，有效改善发动机的NVH(噪声、振动与声振粗糙度；Noise、Vibration、Harshness)性能。

本申请实施例中，容纳部和运动部1的设置方案有多种，下面举例介绍：一种可实施的方案中，所述容纳部可以包括第一容纳槽2和第二容纳槽3，所述第一容纳槽2和所述第二容纳槽3呈预设夹角连接设置；

所述运动部1可以包括运动腔体；所述运动腔体分别与所述第一容纳槽2和所述第二容纳槽3连通。本申请实施例中，活塞在气缸内进行下行运动时，活塞会受到一定的侧压力，在侧压力的作用下，活塞会有倾角，此时在惯性力作用下，第一容纳槽2和第二容纳槽3中其中一个容纳槽内的部分流体能够相对于活塞侧压力相反的方向移动，使得质心偏移，使得活塞侧压力得以减小；活塞侧压力减少进一步使得活塞与缸壁之间的摩擦压紧力减小。

本申请实施例中，所述第一容纳槽2和所述第二容纳槽3可以为相同结构；所述第一容纳槽2内流体的体积和所述第二容纳槽3内流体的体积可以相等；所述第一容纳槽2和所述第二容纳槽3设置为相同结构，且第一容纳槽2和所述第二容纳槽3内流体体积相等能够保证在活塞在静止时的平衡性以及在运动过程中的运动稳定性。例如在活塞上行时，在惯性作用下流体紧紧附着在所述第一容纳槽2和第二容纳槽3的最低点位置，在活塞直线运动时，保证质心在中心线上。

本申请实施例中，如图2所示，所述第一容纳槽2可以为第一锥形槽，所述第二容纳槽3可以为第二锥形槽；所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面处于同一平面，且所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面外切设置；所述运动腔体的底部分别设有与所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面匹配的通孔。可实施的，运动腔体可以如图2所示，由第一锥形槽和第二锥形槽的部分外侧面向上延伸并连接围成。该设置能够使得流体在向上运动后能够快速回到容纳腔内，同时减少在运动腔体内部的流体残留。

本申请实施例中，所述第一容纳槽2也可以为第一多面体槽，所述第二容纳槽3也可以为第二多面体槽；所述第一多面体槽的其中一个侧面与所述第二多面体槽的其中一个侧面呈设定夹角连接；所述运动腔体底部分别设有与所述第一多面体槽的顶面和所述第二多面体槽的顶面匹配的通孔。其中，第一多面体槽和第二多面体槽均可以为三面体、四面体及六面体槽等多面体槽；可实施的，所述第一容纳槽2和第二多面体槽可以均为直角梯形槽；两个直角梯形槽的面积较大的底面作为顶面，两个直角梯形槽的斜面呈设定夹角连接；可实施的，该设定夹角可以为钝角；设定夹角设定为钝角有助于在活塞运动过程中，其中一个直角梯形槽内的流体更容易向另一个直角梯形槽内流动。

本申请实施例中，所述第一容纳槽2和所述第二容纳槽3的底部至顶部的横截面的面积均逐渐增大。即第一容纳槽2和所述第二容纳槽3的形状第可以为顶面朝上的圆锥、三棱锥、四棱锥等形状，也可以为顶面大于底面的三棱柱、四棱柱、圆台等形状；将第一容纳槽2和所述第二容纳槽3设置为底部至顶部的横截面的面积均逐渐增大有助于流体从其中一个容纳槽内向另一个容纳槽内运动；同时，活塞到上止点要下行时的场景中，在惯性作用下流体会向活塞内导向空腔的最高位置运动，将第一容纳槽2和所述第二容纳槽3设置为底部至顶部的横截面的面积均逐渐增大，流体会呈向上逐渐分散性运动，增大运动空间，同时也使得流体能够均匀分散附着于导向空腔的最高位置处。本申请实施例中，容纳部也可以只包括一个容纳槽，容纳槽内的流体在侧压力或惯性力的作用下进行运动。

本申请实施例中，所述流体包括油性液体、油性液体和金属粉末的混合物或液态金属；油性液体、油性液体和金属粉末的混合物或液态金属均具有一定粘度和较大的比热容；本申请实施例中，流体的粘度和比热容都可以根据实际需求设定；本申请实施例中，流体选用具有一定粘度的材质有助于流体在活塞运动中附着于容纳部底部或导向空腔顶部位置；选用比热容较大的材质，在工作温度低时，流体附着于导向空腔的最高位置处时可以吸收活塞顶部的热量，使得活塞温度趋于稳定；而流体均匀分散附着于导向空腔的最高位置处能够加快吸收活塞顶部的热量，可以尽快使得活塞温度趋于稳定，保证密封和摩擦性能；同时活塞温度快速稳定可以有效防止直喷发动机的燃油积液现象的发生，并能够降低颗粒物排放。在发动机大负荷工作时，流体可以帮助冷却活塞顶部，防止形成高温热点，抑制NO_X等气体的产生。

本申请实施例中，所述导向空腔的顶部设有加强结构。加强结构的设计能够防止活塞顶部凹陷。可实施的，所述加强结构可以包括至少一条加强筋；可实施的，加强筋的数量可以为多条，多条加强筋并列设置或交叉设置。

本申请第二方面提供一种发动机，包括上述活塞结构。活塞结构在发动机的气缸中进行运动。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活塞结构，其特征在于，包括活塞头部；所述活塞头部设有质心调整结构；所述质心调整结构用于在活塞结构运动中调整所述活塞结构的质心；

所述质心调整结构包括设于所述活塞头部的导向空腔和设于所述导向空腔内的流体；

所述导向空腔包括容纳部和运动部(1)，所述运动部(1)与所述容纳部连通且所述运动部(1)设于所述容纳部上方；

所述容纳部用于容纳所述流体；

所述运动部(1)包括所述流体在所述容纳部之外的运动区域。

2.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述容纳部包括第一容纳槽(2)和第二容纳槽(3)，所述第一容纳槽(2)和所述第二容纳槽(3)呈预设夹角连接设置；

所述运动部(1)包括运动腔体；

所述运动腔体分别与所述第一容纳槽(2)和所述第二容纳槽(3)连通。

3.根据权利要求2所述的活塞结构，其特征在于，所述第一容纳槽(2)和所述第二容纳槽(3)为相同结构；

所述第一容纳槽(2)内流体的体积和所述第二容纳槽(3)内流体的体积相等。

4.根据权利要求3所述的活塞结构，其特征在于，所述第一容纳槽(2)为第一锥形槽，所述第二容纳槽(3)为第二锥形槽；

所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面处于同一平面，且所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面外切设置；

所述运动腔体的底部分别设有与所述第一锥形槽的顶面和所述第二锥形槽的顶面匹配的通孔。

5.根据权利要求3所述的活塞结构，其特征在于，所述第一容纳槽(2)为第一多面体槽，所述第二容纳槽(3)为第二多面体槽；

所述第一多面体槽的其中一个侧面与所述第二多面体槽的其中一个侧面呈设定夹角连接；

所述运动腔体底部分别设有与所述第一多面体槽的顶面和所述第二多面体槽的顶面匹配的通孔。

6.根据权利要求3所述的活塞结构，其特征在于，所述第一容纳槽(2)和所述第二容纳槽(3)的底部至顶部的横截面的面积均逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述流体包括油性液体、油性液体和金属粉末的混合物或液态金属。

8.根据权利要求1所述的活塞结构，其特征在于，所述导向空腔的顶部设有加强结构。

9.根据权利要求8所述的活塞结构，其特征在于，所述加强结构包括至少一条加强筋。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述活塞结构。

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