CN115614151A - 具有低摩擦的缸体总成 - Google Patents

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CN115614151A CN202211368821.1A CN202211368821A CN115614151A CN 115614151 A CN115614151 A CN 115614151A CN 202211368821 A CN202211368821 A CN 202211368821A CN 115614151 A CN115614151 A CN 115614151A
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杨松
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Abstract

本发明公开了一种具有低摩擦的缸体总成，包括：开设有缸孔的缸体；活塞连杆组件，包括活塞、连杆、活塞环和活塞销，连杆通过活塞销驱动活塞在缸孔内往复移动，活塞环设置在活塞的环槽内；活塞环上涂覆有用于降低活塞环与缸孔壁摩擦力的第一减摩涂层，缸孔网纹参数为；Rz:2um‑5um；Rk：≤0.8um；Rpk：≤0.4um；Rvk：0.8um‑1.6um；Mr1(％)：≤10；Mr2(％)：60‑85。优化缸孔变形及网纹参数，控制缸孔圆度、圆柱度和活塞环的第一减摩涂层，提升活塞环与缸体的贴合度，减少活塞漏气量及机油消耗的情况下，减少了活塞环的总张力和活塞环的厚度，减少活塞环的摩擦损失，降低活塞的压缩高度，减轻活塞和活塞环的重量，显著减小活塞摩擦能,有效降低发动机燃油消耗。

Description

具有低摩擦的缸体总成
技术领域
本发明涉及发动机的技术领域，尤其是涉及一种具有低摩擦的缸体总成。
背景技术
曲柄连杆机构是往复式内燃机中的动力传递系统。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，缸体、活塞连杆组件和曲轴组件。发动机运行时，活塞连杆组件承受缸体中燃气压力并将燃气作用力通过活塞连杆组件的活塞销和连杆传递给曲轴组件，推动曲轴组件的曲轴旋转。
曲柄连杆机构作为能量转换的主要运动零件，活塞连杆组件的摩擦力和曲轴组件的动态能耗等直接影响了发动机整体的油耗，因此，急需一种低摩擦的曲柄连杆结构降低发动机的油耗。
发明内容
为了降低曲柄连杆机构的摩擦力，本发明提供一种具有低摩擦的缸体总成。
本发明提供的一种具有低摩擦的缸体总成采用如下的技术方案：
一种具有低摩擦的缸体总成，包括：
缸体，所述缸体上开设有缸孔；
活塞连杆组件，包括活塞、连杆、活塞环和活塞销，所述连杆通过活塞销驱动活塞在缸孔内往复移动，所述活塞环设置在活塞的环槽内用于保持活塞与缸孔壁之间的密封；
所述活塞环上涂覆有用于降低活塞环与缸孔壁摩擦力的第一减摩涂层，所述缸孔网纹参数为；Rz:2um-5um；Rk：≤0.8um；Rpk：≤0.4um；Rvk：0.8um-1.6um；Mr1(％)：≤10；Mr2(％)：60-85。
可选的，所述缸孔圆度范围在0.007mm-0.009mm，圆柱度范围在0.009-0.015mm。
可选的，所述活塞包括活塞顶、活塞头和活塞裙，所述活塞顶固定设置在活塞头的顶部，所述活塞裙固定设置在活塞头的底部，所述活塞裙与活塞的高度比值范围在0.6-0.67。
可选的，所述活塞销采用短活塞销，所述活塞裙上设置有活塞销座，所述短活塞销转动配合设置在活塞销座内，所述活塞销座上开设有减重槽，所述减重槽减少重量与活塞重量比范围在0.055-0.065。
可选的，所述活塞裙喷涂有第二减磨涂层，所述活塞头喷涂有隔热层。
可选的，所述活塞裙的宽度与活塞头的宽度比值在0.70-0.75。
可选的，所述连杆下方设置有曲轴，所述曲轴包括从左至右依次设置的前端轴、第一主轴颈、第一曲柄、第一连杆轴颈、第二曲柄、第二主轴颈、第三曲柄、第二连杆轴颈、第四曲柄、第三主轴颈、第五曲柄、第三连杆轴颈、第六曲柄、第四主轴颈、第七曲柄、第四连杆轴颈、第八曲柄、第五主轴颈和后端轴，所述第一曲柄、第四曲柄、第五曲柄和第八曲柄重量均大于第二曲柄、第三曲柄、第六曲柄和第七曲柄，所述第一曲柄、第四曲柄、第五曲柄和第八曲柄重量分别占第二曲柄、第三曲柄、第六曲柄和第七曲柄的重量比在0.2-0.3。
可选的，所述曲轴采用钢曲轴，所述第一主轴颈、第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈的直径范围为46mm-48mm，所述第一连杆轴颈、第二连杆轴颈、第三连杆轴颈、第四连杆轴颈的直径范围为42mm-45mm。
可选的，所述活塞顶上开设有燃烧槽，所述活塞顶的顶部沿的轴向且位于燃烧槽的两侧分别设置有两个凸台，所述燃烧槽减少重量与活塞重量比范围在0.035-0.040，所述凸台重量与活塞重量比范围在0.021-0.026。
可选的，所述凸台向靠近燃烧槽的方向弯曲，所述燃烧槽的两侧设置有倾斜部，所述倾斜部的倾斜角度范围在15°-20°。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.优化缸孔变形及网纹参数，控制缸孔圆度、圆柱度和活塞环的第一减摩涂层，提升活塞环与缸体的贴合度，减少活塞漏气量及机油消耗的情况下，减少了活塞环的总张力和活塞环的厚度，减少活塞环的摩擦损失，降低活塞的压缩高度，减轻活塞和活塞环的重量，显著减小活塞摩擦能,有效降低发动机燃油消耗。
2.本发明的曲轴结构，在满足动平衡和减少布置空间的情况下，减轻曲轴重量，减少曲轴的转动惯量，可以降低曲轴的动态能耗，达到降低油耗的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的缸体总成的局部剖视图。
图2是本发明实施例的活塞的整体结构示意图。
图3是本发明实施例的活塞的仰视图。
图4是本发明实施例的俯视图。
图5是本发明实施例的活塞的局部剖视图。
图6是本发明实施例的曲轴的整体结构示意图。
附图标记说明：1、缸体；101、缸孔；2、活塞连杆组件；201、活塞；2011、活塞顶；2012、活塞头；2013、活塞裙；2014、活塞销座；2015、燃烧槽；2016、减重槽；202、连杆；203、活塞环；204、活塞销；3、第一减摩涂层；4、第二减磨涂层；5、隔热层；6、曲轴；601、前端轴；602、第一主轴颈；603、第一曲柄；604、第一连杆轴颈；605、第二曲柄；606、第二主轴颈；607、第三曲柄；608、第二连杆轴颈；609、第四曲柄；610、第三主轴颈；611、第五曲柄；612、第三连杆轴颈；613、第六曲柄；614、第四主轴颈；615、第七曲柄；616、第四连杆轴颈；617、第八曲柄；618、第五主轴颈；619、后端轴；7、凸台；701、倾斜部。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开一种具有低摩擦的缸体总成。
参照图1，一种具有低摩擦的缸体1总成，包括缸体1、活塞连杆组件2和曲轴6，缸体1上开设有缸孔101，活塞连杆组件2在缸孔101内往复移动，曲轴6安装在活塞连杆组件2的底部。活塞连杆组件2和曲轴6用于将燃烧室压力转化为动能，
参照图1、图2，活塞连杆组件2包括活塞201、连杆202、活塞环203和活塞销204，活塞201构成燃烧室的下部区域，用于承受气体压力。活塞201包括活塞顶2011、活塞头2012和活塞裙2013，活塞顶2011一体成型在活塞头2012的顶部，活塞裙2013一体成型在活塞头2012的底部，活塞裙2013上设置有活塞销座2014，活塞销座2014开设有座孔，活塞销204能在活塞销座2014的座孔内自由转动。工作人员将连杆202的顶部安装在活塞销座2014底部，然后将活塞销204穿过活塞销座2014的座孔和连杆202，使连杆202与活塞201相互连接。
活塞销204用于连接活塞201和连杆202，并将活塞201承受的力传给连杆202。连杆202用于连接活塞201和曲轴6，曲轴6安装在连杆202的底部，将燃烧压力传递到曲轴6上，曲轴6和连杆202主要改变力的方向，将活塞201的往复运动转化为曲轴6的旋转运动，然后对外做功。活塞销204喷涂有DLC减摩涂层，减少活塞销204转动时的摩擦力，降低油耗。
活塞环203设置在活塞201的环槽内，用于保持活塞201与缸孔101壁之间的密封，活塞环203上涂覆有用于降低活塞环203与缸孔101壁摩擦力的第一减摩涂层3，第一减摩涂层3采用DLC减摩涂层,活塞头2012的外表面上开设有三个用于活塞环203的环槽，活塞环203安装有三个，分别为两个气环和一个油环，油环位于两个气环的下方，在本实施例中，第一减摩涂层3涂抹在气环的外表面，可以减少活塞环203处的摩擦损失，从而降低油耗。
缸孔101网纹参数为；Rz:2um-5um；Rk：≤0.8um；Rpk：≤0.4um；Rvk：0.8um-1.6um；Mr1(％)：≤10；Mr2(％)：60-85。缸孔101圆度范围在0.007mm-0.009mm，圆柱度范围在0.009-0.015mm在本实施例中，缸孔101圆度为0.008，圆柱度为0.01。当缸孔101网纹参数均位于上述范围内并符合圆度和圆柱度的范围时，不仅活塞环203与缸体1的贴合度较好，而且活塞环203总张力减少，气环厚度也减少，气环厚度越薄越有利于降低活塞201的压缩高度,有利于减轻活塞201重量，同时降低了活塞环203本身的重量，减少活塞201漏气量及机油消耗；如果缸孔101网纹参数、圆度和圆柱度均满足相应条件下在活塞环203上涂抹第一减摩涂层3的效果更佳。
首先是由于活塞201与气缸是发动机中最重要的摩擦副之一，而且活塞201与气缸的摩擦表面保持一定的间隙，为了考虑活塞裙2013部的热变形、弹性变形及气缸壁与活塞裙2013部接触之间的载荷和速度等的影响，以保证活塞裙2013部有足够的润滑油膜，发动机活塞201与气缸必须有一定的配缸间隙，配缸间隙越大，摩擦力越小，油耗越小，但是，配缸间隙过大会导致敲缸异响等问题。
为了解决上述问题，在本实施例中，采用的活塞裙2013相较于现有技术的活塞裙2013更短，短活塞裙2013与活塞201的高度比值范围在0.6-0.67，在本实施例中，比值为0.65。缩短了缸体1和发动机整体的高度，提高了缸体1和发动机的刚性，减小了缸体1和发动机体积、重量、金属消耗量和成本，而且减小了活塞201往复运动质量、惯性力和主轴承负荷。
此外，本发明采用的活塞裙2013的宽度也减少，活塞裙2013沿活塞销座2014的座孔轴向方向的宽度与活塞头2012的宽度比值在0.70-0.75。
参照图1、图2、图3，活塞裙2013的高度和宽度的减少，使得活塞裙2013的整体重量降低，降低了油耗，并且可以减少活塞销座2014的体积。
活塞销204采用短活塞销204，活塞裙2013上设置有活塞销座2014，短活塞销204转动配合设置在活塞销座2014内，在本实施例中，活塞销座2014上开设有减重槽2016，减重槽2016减少重量与活塞201重量比范围在0.055-0.065，使活塞201的整体重量进一步下降，在没有敲缸异响、密封不良和动力不足等前提下，增加了配缸间隙(原有0.03-0.05，本发明的配缸间隙为0.07-0.09)，摩擦力降低，油耗降低。为了进一步降低油耗，活塞裙2013上喷涂有第二减磨涂层4，在本实施例中，活塞裙2013部喷涂树脂减磨涂层。
为了防止压缩高引起活塞201温度高，导致活塞201强度不足活塞环203卡滞的问题，活塞头2012喷涂有隔热层5，在本实施例中，隔热层5采用陶瓷隔热层5。
采用上述结构的活塞裙2013，实现了轻量化设计，减小活塞裙2013部的摩擦损失，保证受力均匀，以减小活塞201主推力，减小减少动态能耗，降低油耗。
参照图2、图4、图5，活塞顶2011上开设有燃烧槽2015，活塞顶2011的顶部沿的轴向且位于燃烧槽2015的两侧分别设置有两个凸台7，燃烧槽2015减少重量与活塞201重量比范围在0.035-0.040，凸台7重量与活塞201重量比范围在0.021-0.026。在活塞201往复移动过程中，把气体挤在燃烧槽2015内进行燃烧，减少燃烧距离，防止爆震和早燃。凸台7向靠近燃烧槽2015的方向弯曲，燃烧槽2015的两侧设置有倾斜部701，倾斜部701的倾斜角度范围在15°-20°。在本实施例中，倾斜角度为17°。在进排气时，气体可以快速从倾斜部701进入到燃烧槽2015内，燃烧后的气体从倾斜部701排出，方便进排气，进排气更加顺畅。
此外，从燃烧槽2015减少重量和凸台7增加重量相比，发现燃烧槽2015减少的重量大于凸台7增加的重量，使得在防止爆震和早燃外，还减少活塞201的整体重量，进一步减少了油耗。
参照图1、图6，曲轴6将活塞201的往复运动转化为曲轴6的旋转运动，并对外输出机械能。曲轴6包括从左至右依次设置的前端轴601、第一主轴颈602、第一曲柄603、第一连杆轴颈604、第二曲柄605、第二主轴颈606、第三曲柄607、第二连杆轴颈608、第四曲柄609、第三主轴颈610、第五曲柄611、第三连杆轴颈612、第六曲柄613、第四主轴颈614、第七曲柄615、第四连杆轴颈616、第八曲柄617、第五主轴颈618和后端轴619。前端轴601与正时齿轮连接。后端轴619与飞轮连接。
曲轴6采用钢曲轴6，相较于采用其他材质制成的曲轴6，减小了所有主轴颈和所有连杆轴颈的直径，从而降低主轴颈和连杆轴颈的接触面积达到降低摩擦损失的目的。
第一主轴颈602、第二主轴颈606、第三主轴颈610、第四主轴颈614和第五主轴颈618的直径范围为46mm-48mm，在本实施例中，第一主轴颈602、第二主轴颈606、第三主轴颈610、第四主轴颈614和第五主轴颈618直径均为47mm；第一连杆轴颈604、第二连杆轴颈608、第三连杆轴颈612、第四连杆轴颈616的直径范围为42mm-45mm，在本实施例中，第一连杆轴颈604、第二连杆轴颈608、第三连杆轴颈612、第四连杆轴颈616均为43mm。
第一曲柄603、第四曲柄609、第五曲柄611和第八曲柄617重量均大于第二曲柄605、第三曲柄607、第六曲柄613和第七曲柄615，第一曲柄603、第四曲柄609、第五曲柄611和第八曲柄617重量分别占第二曲柄605、第三曲柄607、第六曲柄613和第七曲柄615的重量比在0.2-0.3，在本实施例中，两者重量比为0.25。
第一主轴颈602、第一曲柄603、第一连杆轴颈604、第二曲柄605、第二主轴颈606、第三曲柄607、第二连杆轴颈608、第四曲柄609、第三主轴颈610、第五曲柄611、第三连杆轴颈612、第六曲柄613、第四主轴颈614、第七曲柄615、第四连杆轴颈616、第八曲柄617、第五主轴颈618组成了四大四小的曲柄结构，减少了缸体1所需的布置空间，减轻了曲轴6的整体重量，减少曲轴6的转动惯量，降低曲轴6的动态能耗，达到降低油耗的目的。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：包括：
缸体(1)，所述缸体(1)上开设有缸孔(101)；
活塞连杆组件(2)，包括活塞(201)、连杆(202)、活塞环(203)和活塞销(204)，所述连杆(202)通过活塞销(204)驱动活塞(201)在缸孔(101)内往复移动，所述活塞环(203)设置在活塞(201)的环槽内用于保持活塞(201)与缸孔(101)壁之间的密封；
所述活塞环(203)上涂覆有用于降低活塞环(203)与缸孔(101)壁摩擦力的第一减摩涂层(3)，所述缸孔(101)网纹参数为；Rz:2um-5um；Rk：≤0.8um；Rpk：≤0.4um；Rvk：0.8um-1.6um；Mr1(％)：≤10；Mr2(％)：60-85。
2.根据权利要求1所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述缸孔(101)圆度范围在0.007mm-0.009mm，圆柱度范围在0.009-0.015mm。
3.根据权利要求1所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述活塞(201)包括活塞顶(2011)、活塞头(2012)和活塞裙(2013)，所述活塞顶(2011)固定设置在活塞头(2012)的顶部，所述活塞裙(2013)固定设置在活塞头(2012)的底部，所述活塞裙(2013)与活塞(201)的高度比值范围在0.6-0.67。
4.根据权利要求3所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述活塞销(204)采用短活塞销(204)，所述活塞裙(2013)上设置有活塞销座(2014)，所述短活塞销(204)转动配合设置在活塞销座(2014)内，所述活塞销座(2014)上开设有减重槽(2016)，所述减重槽(2016)减少重量与活塞(201)重量比范围在0.055-0.065。
5.根据权利要求3或4所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述活塞裙(2013)喷涂有第二减磨涂层(4)，所述活塞头(2012)喷涂有隔热层(5)。
6.根据权利要求3所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述活塞裙(2013)的宽度与活塞头(2012)的宽度比值在0.70-0.75。
7.根据权利要求1所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述连杆(202)下方设置有曲轴(6)，所述曲轴(6)包括从左至右依次设置的前端轴(601)、第一主轴颈(602)、第一曲柄(603)、第一连杆轴颈(604)、第二曲柄(605)、第二主轴颈(606)、第三曲柄(607)、第二连杆轴颈(608)、第四曲柄(609)、第三主轴颈(610)、第五曲柄(611)、第三连杆轴颈(611)、第六曲柄(613)、第四主轴颈(614)、第七曲柄(615)、第四连杆轴颈(616)、第八曲柄(617)、第五主轴颈(618)和后端轴(619)，所述第一曲柄(603)、第四曲柄(609)、第五曲柄(611)和第八曲柄(617)重量均大于第二曲柄(605)、第三曲柄(607)、第六曲柄(613)和第七曲柄(615)，所述第一曲柄(603)、第四曲柄(609)、第五曲柄(611)和第八曲柄(617)重量分别占第二曲柄(605)、第三曲柄(607)、第六曲柄(613)和第七曲柄(615)的重量比在0.2-0.3。
8.根据权利要求7所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述曲轴(6)采用钢曲轴(6)，所述第一主轴颈(602)、第二主轴颈(606)、第三主轴颈(610)、第四主轴颈(614)和第五主轴颈(618)的直径范围为46mm-48mm，所述第一连杆轴颈(604)、第二连杆轴颈(608)、第三连杆轴颈(611)、第四连杆轴颈(616)的直径范围为42mm-45mm。
9.根据权利要求3所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述活塞顶(2011)上开设有燃烧槽(2015)，所述活塞顶(2011)的顶部沿的轴向且位于燃烧槽(2015)的两侧分别设置有两个凸台(7)，所述燃烧槽(2015)减少重量与活塞(201)重量比范围在0.035-0.040，所述凸台(7)重量与活塞(201)重量比范围在0.021-0.026。
10.根据权利要求9所述的具有低摩擦的缸体(1)总成，其特征在于：所述凸台(7)向靠近燃烧槽(2015)的方向弯曲，所述燃烧槽(2015)的两侧设置有倾斜部(701)，所述倾斜部(701)的倾斜角度范围在15°-20°。
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