CN207261118U - 一种用于甲醇发动机的活塞结构及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于甲醇发动机的活塞结构及发动机，涉及车辆零部件领域，用于在发动机气缸的引导下做直线往复运动，所述活塞结构包括：顶部，具有一凸台结构，用于减少所述顶部与所述气缸底部之间形成的燃烧室容积；头部，具有多条环槽，用于将活塞环安装于所述多条环槽处，以密封所述气缸内的气体；以及裙部，与所述头部固定连接，用于导向所述活塞结构在所述气缸内做往复运动并承受气缸壁对所述裙部的侧压力。本实用新型解决了减小现有技术中活塞与发动机气缸之间的燃烧室容积以提高甲醇发动机压缩比的问题。

Description

一种用于甲醇发动机的活塞结构及发动机

技术领域

本实用新型涉及车辆零部件领域，特别是涉及一种甲醇发动机的活塞结构及发动机。

背景技术

活塞是发动机的“心脏”，其可以承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部可以为燃烧室的组成部分，可以承受气体的压力，其形状、位置、大小都和燃烧室容积大小紧密有关。

火花点火式甲醇发动机均在汽油发动机的基础上改进而来，其保留汽油发动机的压缩比及活塞的结构形状。但是，由于甲醇发动机的抗爆震性能远远优于汽油发动机，因此，若仍然采用汽油发动机的活塞，则在一定程度上限制了甲醇燃料优势的发挥。因此，如何提高现有的火花式甲醇发动机的压缩比显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种用于甲醇发动机的活塞结构，以解决减小现有技术中活塞与发动机气缸之间的燃烧室容积以提高甲醇发动机压缩比的问题。

本实用新型一个进一步的目的是要降低活塞质量以改善活塞的热应力状态。

本实用新型另一个进一步的目的是要避免活塞在气缸内运动时其顶部与干涉发动机的排气门和进气门的正常工作。

特别地，本实用新型提供了一种用于甲醇发动机的活塞结构，用于在发动机气缸的引导下做直线往复运动，所述活塞结构包括：

顶部，具有一凸台结构，用于减少所述顶部与所述气缸底部之间形成的燃烧室容积；

头部，具有多条环槽，用于将活塞环安装于所述多条环槽处，以密封所述气缸内的气体；以及

裙部，与所述头部固定连接，用于导向所述活塞结构在所述气缸内做往复运动并承受气缸壁对所述裙部的侧压力。

进一步地，所述凸台结构具有一顶部和底部，所述底部为所述活塞结构的顶部，或者所述底部与所述活塞结构的顶部的纵向距离为大于0mm且小于8mm。

进一步地，所述活塞结构具有活塞型腔，其构造成从所述裙部的底部延伸至所述头部，且与所述头部相连的最高部位与所述凸台结构顶部的纵向距离为1～10mm。

进一步地，所述活塞结构的顶部设有多个凹坑，分别靠近或接触所述凸台结构设置，用于所述活塞结构在所述气缸内运动时避免所述活塞结构的顶部干涉所述发动机的进气门或排气门工作。

进一步地，所述凸台结构构造成沿着靠近或接触所述活塞结构顶部的一端延伸至所述活塞结构顶部的另一端，所述凸台结构与所述活塞结构的顶部形成阶梯状，所述凸台结构的顶部为高于所述活塞结构顶部的阶面；

其中，所述一端与所述另一端相对应。

进一步地，所述活塞结构的顶部设有四个凹坑，且所述四个凹坑中的每两个凹坑构成一组，每组所述凹坑分别设置在靠近或接触所述凸台结构处。

进一步地，每一凹坑的深度为大于0mm且小于10mm。

进一步地，每组中的两个凹坑相同，两组的凹坑的大小不同。

进一步地，所述气缸具有曲轴箱，其中，

所述活塞结构的裙部具有一通孔，设于所述裙部的中间位置处，用于安置活塞销，所述活塞销与所述曲轴箱的曲轴相连，以将活塞结构在所述气缸内的往复运动转化为曲轴的圆周运动。

本实用新型还提出了一种发动机，包括活塞，所述活塞具有所述的活塞结构，所述活塞能够减少其顶部与所述气缸底部之间形成的燃烧室容积，以提高所述发动机的压缩比。

本实用新型的有益效果可以为：

首先，所述活塞结构由顶部、头部以及裙部构成，由于在现有技术的活塞结构的基础上，在其顶部设置一凸台结构，如此，当活塞结构在发动机气缸内做往复直线运动时，活塞结构的顶部与气缸底部之间构成的燃烧室容积由于凸台结构的设立而可以极大得到了降低。而对于一般的汽油发动机的活塞，若在活塞顶部设置成凸顶结构，会导致发动机的抗爆震性能下降，反而不利于发动机经济性、动力性、可靠性以及排放性。但在甲醇发动机中，由于甲醇发动机的抗爆震性能远远优于汽油发动机，因此，将甲醇发动机的活塞结构增加一凸台结构，可以保证在具有一定抗爆震性能的情况下提高发动机的压缩比。

其次，活塞结构的型腔从裙部的底部延伸至头部处，且与所述头部相连的最高部位与凸台结构顶部的纵向距离为1～10mm，优选3～9mm，与现有技术的发动机活塞的型腔相比，本申请的活塞型腔的高度得到了提高，从而减少活塞结构的头部厚度，以降低活塞结构质量，从而改善活塞结构热应力的状态。

最后，所述活塞结构的顶部设有四个凹坑，每两个凹坑构成一组设置在靠近或接触所述凸台结构处，如此，当活塞结构在发动机气缸内做直线运动时，可以避免活塞结构的顶部妨碍发动机的进气门和排气门的正常工作。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的一种用于甲醇发动机的活塞结构的示意性结构图；

图2是图1所示的按照AA1方向的示意性剖视图；

图3是图1所示的按照BB1方向的示意性剖视图。

具体实施方式

活塞发动机也叫往复式发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机，属于热机的一种，主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。往复式发动机是利用汽油或者柴油燃料产生压力，通常不止一个活塞，每个活塞都在气缸内，燃料和空气的混合物被注入其内，然后被点燃，热气膨胀，从而推动活塞向后运动，活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动。发动机的气缸是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件，工质(实现热能和机械能相互转化的媒介物质)在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能，气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。

其中，活塞作为发动机的“心脏”，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，即为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，活塞顶部的形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。其中，平顶活塞的顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。凸顶活塞的顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，行程汽油机通常采用凸顶活塞。凹顶活塞的顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。

图1是根据本实用新型一个实施例的一种用于甲醇发动机的活塞结构的示意性结构图，以解决减小现有技术中活塞与发动机气缸之间的燃烧室容积以提高甲醇发动机压缩比的问题。同时结合图1至图3进行说明，所述活塞结构100一般由顶部101、头部102和裙部103构成。其中，活塞结构100的顶部101可以设有一凸台结构1和四个凹坑2，凸台结构1构造成沿着靠近或接触活塞结构100顶部101的一端延伸至活塞结构100顶部101的另一端，凸台结构1与活塞结构100的顶部101可以形成阶梯状，则凸台结构1的顶部101可以为阶面，四个凹坑2中的每两个凹坑2构成一组，每组所述凹坑2分别设置在靠近或接触凸台结构1处。结合图2和图3进行说明，所述头部102可以包含用于安装活塞环的多条环槽3处，以密封气缸内的气体。与头部102固定连接的裙部103可以导向所述活塞结构100在气缸内做往复运动并承受气缸壁对裙部103的侧压力。

当活塞结构100在发动机气缸内做往复直线运动时，活塞结构100的顶部101与气缸底部之间构成的燃烧室容积由于凸台结构1的设立而可以极大地得到降低。而对于一般的汽油发动机的活塞，若在活塞顶部设置成凸顶结构1，则会导致发动机的抗爆震性能下降，反而不利于发动机经济性、动力性、可靠性以及排放性。但在甲醇发动机中，由于甲醇发动机的抗爆震性可以远远优于汽油发动机，因此，将甲醇发动机的活塞结构100增加一凸台结构1，可以保证在具有一定抗爆震性能的情况下降低燃烧室的容积。

根据压缩比公式，压缩比M指气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积Z与燃烧室容积Y之比，如式1-1所示。

其中，气缸总容积Z指活塞在气缸内下止点时，活塞结构顶部101上方整个空间的容积。燃烧室容积Y指活塞结构在气缸内上止点时，活赛结构顶部101上方整个空间的容积。而气缸总容积Z等于气缸工作容积X与燃烧室容积Y之和。因此，压缩比M可以由式1-2表示。

因此，在气缸工作容积X不变的情况下，通过增加一凸台结构1降低了燃烧室容积Y，从而提高发动机的压缩比M。

由于所述活塞结构100的顶部101可以设有四个凹坑2，每两个凹坑2构成一组设置在靠近或接触所述凸台结构1处，如此，当活塞结构100在发动机气缸内做直线运动时，四个凹坑2可以避免活塞结构100的顶部101妨碍发动机的进气门和排气门的正常工作。

其中，为了有效地降低活塞结构100的顶部101与气缸底部之间构成的燃烧室容积，所述凸台结构1可以具有一顶部和底部，该底部与活塞结构100顶部101的纵向距离a可以为0～8mm，如图2所示。优选地，所述纵向距离a可以为5mm。

其中，每组的两个凹坑2可以相同，两组的凹坑2的大小可以不同。凹坑2的深度c可以为0～10mm，如图3所示。优选地，所述凹坑的深度c可以为8mm。

活塞结构100可以具有活塞型腔，活塞型腔可以构造成从裙部103的底部延伸至头部处，且与所述头部102相连的最高部位和凸台结构1顶部的纵向距离b可以为1～10mm或3～9mm，如图2所示。与现有技术的发动机活塞的型腔相比，本申请的活塞型腔的高度得到了提高，从而减少活塞结构的头部102厚度，以降低活塞结构质量，从而改善活塞结构热应力的状态。

一般，气缸的底部可以用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。活塞结构100的裙部103具有一通孔4，设于裙部103的中间位置处，用于配合安置活塞销，该活塞销与曲轴箱的曲轴相连，以将活塞结构在所述气缸内的往复运动转化为曲轴的圆周运动。

在上述实施例中，本申请的活塞结构1是在汽油发动机的活塞的基础上改进而来，因此，活塞结构1头部103处的多条环槽3一般可以有三条，其中，有两条可以为气环槽，余下的一条为油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。其中的第一道环槽一般工作条件最恶劣，可以离活塞结构1的顶部101较远些。活塞结构1顶部101吸收的热量主要也是经过防漏部通过所述多条环槽3传给气缸壁，再通过冷却水将热量散发出去。因此，活塞结构1头部102除了通过多条环槽3安装活塞环外，还有密封作用和传热的作用，其与活塞环一起密封气缸，从而可以防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将(70～80)％的热量通过活塞环传给气缸壁。

在上述实施例中，活塞结构1的裙部103对活塞结构1在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，活塞结构1裙部103的长短取决于侧压力的大小和活塞结构1的直径。其中，侧压力指在压缩行程或做功行程中作用在活塞结构1顶部101的气体压力的水平分力，使得活塞结构1压向气缸壁。压缩行程和做功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，因此，做功行程中的侧压力也会大大高于压缩行程中的侧压力。活塞结构1的裙部103承受侧压力的两个侧面也叫推力面，它们处于与所述活塞销的轴线相垂直的方向上。

本实用新型还提供了一种发动机，其包括活塞，该活塞具有上述实施例所述的活塞结构，所述活塞结构可以减少其顶部101与所述气缸底部之间形成的燃烧室容积，以提高所述发动机的压缩比。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于甲醇发动机的活塞结构，用于在发动机气缸的引导下做直线往复运动，所述活塞结构包括：

顶部，具有一凸台结构，用于减少所述顶部与所述气缸底部之间形成的燃烧室容积；

头部，具有多条环槽，用于将活塞环安装于所述多条环槽处，以密封所述气缸内的气体；以及

裙部，与所述头部固定连接，用于导向所述活塞结构在所述气缸内做往复运动并承受气缸壁对所述裙部的侧压力。

2.根据权利要求1所述的活塞结构，其中，

所述凸台结构具有一顶部和底部，所述底部为所述活塞结构的顶部，或者所述底部与所述活塞结构的顶部的纵向距离为大于0mm且小于8mm。

3.根据权利要求2所述的活塞结构，其中，

所述活塞结构具有活塞型腔，其构造成从所述裙部的底部延伸至所述头部，且与所述头部相连的最高部位与所述凸台结构顶部的纵向距离为1～10mm。

4.根据权利要求3所述的活塞结构，其中，

所述活塞结构的顶部设有多个凹坑，分别靠近或接触所述凸台结构设置，用于所述活塞结构在所述气缸内运动时避免所述活塞结构的顶部干涉所述发动机的进气门或排气门工作。

5.根据权利要求1-4任一项所述的活塞结构，其特征在于，

所述凸台结构构造成沿着靠近或接触所述活塞结构顶部的一端延伸至所述活塞结构顶部的另一端，所述凸台结构与所述活塞结构的顶部形成阶梯状，所述凸台结构的顶部为高于所述活塞结构顶部的阶面；

其中，所述一端与所述另一端相对应。

6.根据权利要求5所述的活塞结构，其特征在于，所述活塞结构的顶部设有四个凹坑，且所述四个凹坑中的每两个凹坑构成一组，每组所述凹坑分别设置在靠近或接触所述凸台结构处。

7.根据权利要求6所述的活塞结构，其特征在于，

每一凹坑的深度为大于0mm且小于10mm。

8.根据权利要求7所述的活塞结构，其特征在于，每组中的两个凹坑相同，两组的凹坑的大小不同。

9.根据权利要求8所述的活塞结构，其特征在于，所述气缸具有曲轴箱，其中，

所述活塞结构的裙部具有一通孔，设于所述裙部的中间位置处，用于安置活塞销，所述活塞销与所述曲轴箱的曲轴相连，以将活塞结构在所述气缸内的往复运动转化为曲轴的圆周运动。

10.一种发动机，包括活塞，其特征在于，所述活塞具有权利要求1-9任一项所述的活塞结构，所述活塞能够减少其顶部与所述气缸底部之间形成的燃烧室容积，以提高所述发动机的压缩比。