CN115306578A - 一种椭圆环槽活塞及发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车零配件领域，尤其是涉及一种椭圆环槽活塞及发动机，活塞包括活塞头及裙部，活塞头内部设置有用于活塞冷却的内冷油道，内冷油道设置有用于冷却介质进入的进油孔和用于热交换后的冷却介质流出的出油孔；活塞头外侧设置环岸及环槽，活塞靠近活塞顶侧开设有一环槽，在一环槽截面上，一环槽底径的轮廓为椭圆形，并且椭圆形的长轴方向与内冷油道出油孔中心线和活塞轴线的连线大致的重合。本方案至少可以改善积碳问题、并且可以改善卡滞、窜气量和机油耗问题。

Description

一种椭圆环槽活塞及发动机
技术领域
本发明涉及汽车零配件领域，尤其是涉及一种椭圆环槽活塞及发动机。
背景技术
现有的发动机活塞周向方向上设置有三个环槽，沿远离顶环的方向分别命名为一环槽、二环槽和三环槽，一环槽两侧的壁体分别为一环岸和二环岸，二环槽两侧的壁体分别为二环岸和三环岸，三环槽两侧的壁体分别为三环岸和四环岸。
现有的设计由于一环槽底径在周向方向的温度分布不均与，机油在一环槽底径周向方向上的分布是不均匀的，容易产生不均匀的积碳累积和分布，产生活塞环顶环卡滞的风险，产生严重的窜气量和机油耗问题。
活塞二环岸的设计一般带有椭圆设计，经过二环岸的气流在活塞周向上是不均匀的，整圆设计的二环槽底径会导致二环岸以及二环槽的气体压力在周向方向上的压力分布不均匀，导致顶环和二环岸在一周圈上的受力和运动不均匀，顶环和二环岸产生不稳定的运动情况，影响窜气量和机油耗。
三环槽由于周向方向上的整圆设计，会导致回油孔在销孔方向上的布局比较有限，影响机油的运动和累积，影响机油耗。
发明内容
本发明提供了一种椭圆环槽活塞及发动机，以缓解现有技术中存在的下列问题：
1、一环槽的积碳导致的卡滞、窜气量和机油耗问题；
2、顶环和二环岸在一周圈上的受力和运动不均匀，影响窜气量和机油耗；
3、三环槽对应的回油孔在销孔方向上的布局比较有限，影响机油的运动和累积，影响机油耗。
为了缓解上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：
一种椭圆环槽活塞，所述活塞包括活塞头及裙部，活塞头内部设置用于活塞冷却的内冷油道，所述内冷油道设置有用于冷却介质进入的进油孔和用于热交换后的冷却介质流出的出油孔；活塞头外侧设置环岸及环槽，所述活塞靠近活塞顶侧开设有一环槽，在一环槽截面上，所述一环槽底径的轮廓为椭圆形，并且椭圆形的长轴方向与内冷油道出油孔中心线和活塞轴线的连线大致的重合。
更进一步地，二环岸设置为截面椭圆形结构，以穿过所述一环槽底径的横截面为第一横截面，所述二环岸在所述第一横截面上的投影的长轴和短轴与所述一环槽底径的长轴和短轴不重叠。
更进一步地，所述二环岸椭圆形截面长轴方向与所述活塞销轴方向垂直。
更进一步地，所述活塞沿周向方向开设有二环槽，所述二环槽紧邻所述二环槽的壁体为二环岸和三环岸；
所述二环槽的底部为二环槽底径，所述二环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，所述二环槽底径长轴沿主副推力方向。
更进一步地，所述二环岸沿轴向方向的投影覆盖所述二环槽底径。
更进一步地，以穿过二环槽底径的横截面为第二横截面，
所述二环岸在第二横截面上的投影的长轴与短轴与二环槽底径的长轴和短轴分别重叠。
更进一步地，所述活塞沿周向方向开设有三环槽，所述三环槽两侧的壁体分别为三环岸和四环岸，所述三环槽的底部为三环槽底径，所述三环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，所述三环槽底径长轴沿主副推力方向。
更进一步地，所述四环岸在横截面上的轮廓为圆形，所述四环岸沿轴向方向的投影覆盖所述三环槽底径。
更进一步地，在所述三环槽底径在销轴方向设置回油孔。
一种发动机，包括上述的椭圆环槽活塞。
技术效果分析：
本方案提供了一种活塞沿周向方向开设有一环槽，一环槽的底部为一环槽底径，紧邻一环槽的壁体为一环岸和二环岸；一环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，椭圆形的一环槽底径具有长轴，一环槽底径长轴的端部指向内冷油道出油孔位置处，并穿过活塞的中心。
一环槽底径长轴的端部指向内冷油道出油孔位置处，并穿过活塞的中心可以取得如下优势：
1、内冷油道出油孔对应的一环槽位置处温度高，而椭圆长轴处，由于活塞环在一环槽底径处的体积比较小，不容易出现机油积累，因而不容易产生积碳。
2、当活塞环闭口运行到一环槽温度比较高的长轴处时，由于此时长轴的存在，气流流速相对比较大，机油不容易长时间停留在长轴处，这时候积碳就不容易在高温处产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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本发明实施例提供的活塞环轴向切面示意图；
图2为本发明实施例提供的活塞环轴向切面示意图(展示A-A)；
图3为本发明实施例提供的活塞环的一环槽底径A-A截面示意图；
图4为本发明实施例提供的活塞环轴向切面示意图(展示B-B以及C-C)；
图5为本发明实施例提供的活塞环的二环岸B-B截面示意图；
图6为本发明实施例提供的活塞环的二环槽底径C-C截面示意图；
图7为本发明实施例提供的活塞环轴向切面示意图(展示D-D)；
图8为本发明实施例提供的活塞环的三环槽底径D-D截面示意图；
图9为现有技术中一环槽底径的积碳图片；
图10为本发明实施例提供的一环槽底径的积碳图片；
图11为现有技术中二环岸椭圆长轴对应位置时的二环槽的气体压力情况；
图12为现有技术中二环岸椭圆短轴对应位置时的二环槽的气体压力情况；
图13为本方案二环岸椭圆长轴对应位置时的二环槽椭圆长轴处的气体压力情况；
图14为本方案二环岸椭圆短轴对应位置时的二环槽椭圆短轴处的气体压力情况；
图15为现有技术中的回油孔布置示意图；
图16为本方案三环槽底径椭圆设计对应的回油孔布置示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供了一种椭圆环槽活塞，请一并参见图1至图16，公知的是，如图1所示的活塞侧面结构中，从燃烧室侧到裙部侧依次为一环岸，一环槽，二环岸，二环槽，三环岸，三环槽(或称油环槽)，四环岸及裙部(图中未示出)。
活塞沿周向方向开设有一环槽，一环槽的底部为一环槽底径，紧邻一环槽的壁体为一环岸和二环岸；
在一环槽截面上，所述一环槽底径的轮廓为椭圆形，并且椭圆形的长轴方向与内冷油道出油孔中心线和活塞轴线的连线大致的重合。
本方案采用上述布置方式的原因在于：
一环槽的温度在轴向方向上不是均匀分布的，在内冷油道出油孔位置附近，一环槽底径的温度是相对其他位置高，导致一环槽周向上的积碳分布是不均匀。请参见图9，对应一环槽底径处，产生了较多的积碳。
采用本方案的设计，也即，在一环槽截面上，一环槽底径的轮廓为椭圆形，并且椭圆形的长轴方向与内冷油道出油孔中心线和活塞轴线的连线大致的重合的技术方案，可以取得如下优势：
1、内冷油道出油孔对应的一环槽位置处温度高，而椭圆长轴处，由于活塞环在一环槽底径处的体积比较小，不容易出现机油积累，因而不容易产生积碳，具体请参见,10，对应一环槽底径处，积炭较少。
2、当活塞环闭口运行到一环槽温度比较高的长轴处时，由于此时长轴的存在，气流流速相对比较大，机油不容易长时间停留在长轴处，这时候积碳就不容易在高温处产生。
更为具体地，二环岸设置为椭圆形结构，二环岸沿轴向方向的投影覆盖一环槽底径，也即，椭圆形的一环槽底径一环槽底径完全位于一环槽内。以穿过一环槽底径的横截面为第一横截面，二环岸在第一横截面上的投影的长轴与短轴与一环槽底径的长轴和短轴不重叠。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，进一步地，活塞沿周向方向开设有二环槽，二环槽紧邻二环槽的壁体为二环岸和三环岸；
二环槽的底部为二环槽底径，二环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，二环槽底径长轴沿主副推力方向，二环槽底径指向销孔方向。
更进一步地，二环岸设置为椭圆形结构，二环岸沿轴向方向的投影覆盖二环槽底径。
更进一步地，以穿过二环槽底径的横截面为第二横截面，二环岸在第二横截面上的投影的长轴与短轴与二环槽底径的长轴和短轴分别重叠。
本实施例采用上述技术方案的原因在于：
活塞二环岸的设计一般都是有椭圆设计，二环岸的椭圆设计在销孔方向上为短轴，主副推力方向为长轴。在这种设计特征下，从二环岸往下窜气的压力就会在二环槽周向上分布不均匀。
因此，本实施例采用二环槽底径和二环岸椭圆一致的方向来适应二环岸椭圆带来的影响，即二环槽底径在主副推力方向上长轴，销孔方向为短轴的布置方式。
本实施例提供的技术方案可以取得如下技术效果：
1、由于采用了和二环岸椭圆方向一致的布局，从二环岸窜下来的气压，可以得到均匀的释放，即气体压力在二环槽和二环岸在一周圈的压力是均匀分布，从而使得顶环下侧面/二环上侧面一周圈的压力分布比较均匀，环在一周圈的运动稳定性得到保障。减小了窜气量不稳定性和机油耗高的风险。
2、活塞在运行过程中有沿着主副推力方向横向运动和沿着销孔方向为中轴线进行旋转摆动的运动，在二环槽底径布置主副推力方向上为长轴设计，可以减小机油在二环槽底径长轴上的累积，并促使机油向二环槽底径销孔方向运动。由于销孔方向上是短轴设计，累积在短轴底径的机油可以一部分存储在二环槽底径内，一部分可以从二环槽的底径经过三环岸的间隙流经三环槽，并得到释放，减小机油耗。
具体实验数据请参见图11、图12、图13和图14：
图11为现有技术中二环岸椭圆长轴对应位置时的二环槽的气体压力情况，现有技术方案中的二环岸的长轴对应的气压峰值在5bar左右；图12为现有技术中二环岸椭圆短轴对应位置时的二环槽的气体压力情况；现有技术方案中的二环岸短轴对应的气压峰值在6bar左右；图13为本方案二环岸椭圆长轴对应位置时的二环槽椭圆长轴处的气体压力情况；本方案中的二环岸长轴对应的气压峰值在6bar左右；图14为本方案二环岸椭圆短轴对应位置时的二环槽椭圆短轴处的气体压力情况。本方案中的二环岸短轴对应的气压峰值在6bar左右。
通过上述数值可知，可以看出，二环槽不带椭圆特征时候的气体压力，在二环槽一周圈的压力时不均匀分布的(长轴和短轴数值差异较大)。
二环槽带有椭圆设计特征之后，由于椭圆设计特征和二环岸的椭圆设计特征保持同步，因此，二环槽一周圈的气体压力分布可以保持均匀分布。
实施例三
本实施例是在实施例二的基础上，进一步地，活塞沿周向方向开设有三环槽，三环槽两侧的壁体分别为三环岸和四环岸，三环槽的底部为三环槽底径，三环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，三环槽底径长轴沿主副推力方向，三环槽底径指向销孔方向。
更进一步地，四环岸在横截面上的轮廓为圆形，四环岸沿轴向方向的投影覆盖三环槽底径。
本实施例采用上述技术方案的原因在于：
在三环槽以下是四环岸的设计，四环岸以下在销孔方向上是镂空设计，机油在这个方向上可以很好的释放到曲轴箱内，而四环岸以下在主副推力方向上为活塞的裙部设计，裙部设计参与活塞的主要运动支撑，但是也在一定程度上阻碍机油在这个方向上的释放。因此三环槽在销孔方向上布局短轴设计，可以增加机油在销孔方向上的释放，减小机油耗。
本实施例的技术方案可以取得如下技术效果：
1、三环槽在销孔方向上短轴设计，可以在这个方向上累积机油，并很快的经过四环岸释放机油到曲轴箱内，减小机油耗。
2、由于三环槽底径在销孔方向上是短轴设计，可以在三环槽下侧面销孔方向上布局比较多的径向或者轴向回油空设计，使得累积在三环槽底径内(销孔方向上)的机油很快的释放到曲轴箱内。
3、活塞在运行过程中有沿着主副推力方向横向运动和沿着销孔方向为中轴线进行旋转摆动的运动，在三环槽底径布置主副推力方向上为长轴设计，可以减小机油在三环槽底径长轴上的累积，并促使机油向二环槽底径销孔方向运动。由于销孔方向上是短轴设计，累积在短轴底径的机油可以一部分存储在三环槽底径内，一部分可以从三环槽的底径经过三环岸的间隙流经三环槽，并得到释放，减小机油耗。
本实施例提供的技术方案还可以有效改进回油孔布置方式，同时可以增大回油面积，同时改善机油耗的控制。
对于径向分布的回油孔对比，见图15和图16。图15是现有技术中的回油孔布置示意图。图16是本方案三环槽底径椭圆设计对应的回油孔布置示意图。
本方案中，回油孔的回油面积(虚线面积)比不带有椭圆设计的回油面积大很多，回油面积至少大50％以上(取决于椭圆设计的大小)，回油面积大，回油效果就比较好，机油耗的控制就比较好。
另外，本方案提供的技术方案，可以在三环槽底径和四环岸之间布设有至少四个回油孔。布置回油孔的方式更为灵活且可以布置较多数量的回油孔。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种椭圆环槽活塞，所述活塞包括活塞头及裙部，活塞头内部设置有用于活塞冷却的内冷油道，所述内冷油道设置有用于冷却介质进入的进油孔和用于热交换后的冷却介质流出的出油孔；活塞头外侧设置环岸及环槽，所述活塞靠近活塞顶侧开设有一环槽，其特征在于，
在一环槽截面上，所述一环槽底径的轮廓为椭圆形，并且椭圆形的长轴方向与内冷油道出油孔中心线和活塞轴线的连线大致的重合。
2.根据权利要求1所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
二环岸设置为截面椭圆形结构，以穿过所述一环槽底径的横截面为第一横截面，所述二环岸在所述第一横截面上的投影的长轴和短轴与所述一环槽底径的长轴和短轴不重叠。
3.根据权利要求2所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
所述二环岸椭圆形截面长轴方向与所述活塞销轴方向垂直。
4.根据权利要求1所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
所述活塞沿周向方向开设有二环槽，所述二环槽紧邻所述二环槽的壁体为二环岸和三环岸；
所述二环槽的底部为二环槽底径，所述二环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，所述二环槽底径长轴沿主副推力方向。
5.根据权利要求3所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
所述二环岸沿轴向方向的投影覆盖所述二环槽底径。
6.根据权利要求5所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
以穿过二环槽底径的横截面为第二横截面，
所述二环岸在第二横截面上的投影的长轴与短轴与二环槽底径的长轴和短轴分别重叠。
7.根据权利要求1所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
所述活塞沿周向方向开设有三环槽，所述三环槽两侧的壁体分别为三环岸和四环岸，所述三环槽的底部为三环槽底径，所述三环槽底径的横截面轮廓为椭圆形，所述三环槽底径长轴沿主副推力方向。
8.根据权利要求7所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
所述四环岸在横截面上的轮廓为圆形，所述四环岸沿轴向方向的投影覆盖所述三环槽底径。
9.根据权利要求8所述的椭圆环槽活塞，其特征在于，
在所述三环槽底径在销轴方向设置回油孔。
10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的椭圆环槽活塞。
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