CN219733520U - 活塞组结构、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种活塞组结构、发动机及车辆，涉及交通工具技术领域，所述活塞组结构包括活塞本体和油环组件，油环组件安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述油环组件相适配的油环槽；其中，所述油环组件包括油环刮片，所述油环刮片的截面为偏桶面结构，所述油环刮片的外周面为偏心弧形面，且偏心方向朝向所述活塞本体的裙部。本申请能够通过偏桶面结构的油环刮片在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

Description

活塞组结构、发动机及车辆

技术领域

本申请涉及交通工具技术领域，尤其涉及一种活塞组结构、发动机及车辆。

背景技术

在相关的技术领域中，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。活塞发动机是热机的一种，靠汽油、柴油等燃料提供动力。随着油耗法规的逐步加严及能源变革的深度进行，提高乘用车内燃机系统的效率，成为实现整车节能亟待解决的问题。

当前提高热效率的方式主要有以下两方面：一方面是提升发动机压缩比，该方式会导致活塞线速度大幅提升，会导致活塞环刮下的机油无法顺利回流，伴随活塞的往复运动，产生“泵油”现象，机油消耗量明显增加。另一方面是减少摩擦损失，即降低摩擦功。活塞组作为发动机运动件的重要组成部分，在降低摩擦功方面有着重要影响，当前主流的摩擦功降低方式为降低活塞环的径向弹力，但是，活塞环主要依靠径向弹力来完成初始密封，径向弹力降低后，会造成活塞环初始密封不严，进而导致发动机机油消耗恶化、燃烧不良等一系列问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种活塞组结构、发动机及车辆，其能够通过偏桶面结构的油环刮片在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

第一方面，本申请实施例提供了一种活塞组结构，所述活塞组结构包括活塞本体和油环组件，油环组件安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述油环组件相适配的油环槽；其中，所述油环组件包括油环刮片，所述油环刮片的截面为偏桶面结构，所述油环刮片的外周面为偏心弧形面，且偏心方向朝向所述活塞本体的裙部。

在一些实施例中，所述油环刮片的厚度为a，所述油环刮片的外周面具有桶面最高点，所述桶面最高点位于所述油环刮片厚度方向的b高度位置，b＜0.5a，且0.08mm≤b≤0.45mm。

在一些实施例中，所述油环槽内侧开设有至少两个回油孔，所述回油孔为贯穿孔或盲孔。

在一些实施例中，所述活塞本体包括一体设置地顶部、塞头和所述裙部，所述油环槽开设在所述塞头的外周面上，所述裙部上开设有活塞销孔，以垂直于所述活塞销孔轴线方向的平面为基准平面；

所述油环槽内侧开设有八个所述回油孔，八个所述回油孔圆心所在的轴线与所述基准平面的夹角分别为15°、50°、130°、165°、195°、230°、310°、345°；

八个所述回油孔均为贯穿孔；或者，八个所述回油孔部分为贯穿孔，部分为盲孔。

在一些实施例中，还包括第一气环和第一气环，第一气环安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述第一气环相适配的第一气环槽；第二气环安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述第二气环相适配的第二气环槽，所述第二气环槽与所述第一气环槽间隔设置。

在一些实施例中，所述第一气环为桶面环，所述第二气环为鼻型环。

在一些实施例中，以所述活塞本体的顶部朝向裙部的方向为下方，所述第一气环槽处于所述第二气环槽上方，所述第二气环槽处于所述油环槽上方；

其中，所述油环槽的下方设置有回油槽，所述回油槽为台阶状结构。

在一些实施例中，所述第一气环相对于气缸内壁的弹力为f1，且，4N≤f1≤6.6N；

所述第二气环相对于气缸内壁的弹力为f2，且，2N≤f2≤4N；

所述油环组件相对于气缸内壁的弹力为f3，且，8.6N≤f3≤14.6N；

以使所述活塞组结构相对于气缸内壁的总弹力f4满足14.6N≤f4≤25.2N。

第二方面，本申请实施例提供了一种发动机，包括气缸本体、上述的活塞组结构、连杆和曲轴，气缸本体具有气缸；上述的活塞组结构滑动连接于所述气缸；连杆与所述活塞组结构活动连接；曲轴与所述连杆转动连接，并处于所述连杆背离所述活塞组结构的一端。

第三方面，本申请实施例提供了一种车辆，包括上的发动机、发动机及车辆主体，车辆主体具有动力腔室，所述发动机安装在所述动力腔室内。

基于本申请上述的实施例，活塞本体可以在发动机的气缸内滑动，在活塞本体的滑动过程中油环组件可以将附着在气缸内壁的机油润滑油刮下来，最后将机油润滑油回收到发动机的曲轴箱内。具体通过油环组件中的油环刮片进行润滑油的刮取回收，将油环刮片设置为偏桶面结构后，可以使油环刮片的两侧刮取能力强弱形成差异，在偏心弧形面的偏心方向朝向所述活塞本体的裙部时，偏心弧形面的偏心方向就是朝向回收机油润滑油的曲轴箱方向，也就是说，此时的油环刮片朝向曲轴箱方向的刮油能力更强，背离曲轴箱方向的刮油能力较弱，这样可以使机油润滑油更多地向曲轴箱内回收，使进入燃烧室被燃烧的机油润滑油更少，进而实现机油消耗降低的效果。这样结构的油环刮片可以在保证刮油能力的情况下，对活塞环进行低弹力设计，以根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。本申请的实施例能够通过偏桶面结构的油环刮片在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请一实施例中的活塞组结构的结构示意图；

图2为本申请一实施例中图1中A处的局部放大示意图；

图3为本申请一实施例中的油环刮片的剖面结构示意图；

图4为本申请一实施例中的油环槽和回油孔相对位置的剖面结构示意图；

附图标记：

100、活塞本体；110、顶部；120、塞头；121、第一气环槽；122、第二气环槽；123、油环槽；1231、回油孔；124、回油槽；130、裙部；200、油环组件；210、油环刮片；220、偏心弧形面；230、桶面最高点。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在相关技术的活塞组结构中，随着油耗法规的逐步加严及能源变革的深度进行，提高乘用车内燃机系统的效率，成为我国实现整车节能亟待解决的问题。当前提高热效率的方式主要有以下两方面：一方面是提升发动机压缩比，该方式会导致活塞线速度大幅提升，会导致活塞环刮下的机油无法顺利回流，伴随活塞的往复运动，产生“泵油”现象，机油消耗量明显增加。另一方面是减少摩擦损失，即降低摩擦功。活塞组作为发动机运动件的重要组成部分，在降低摩擦功方面有着重要影响，当前主流的摩擦功降低方式为降低活塞环的径向弹力，但是，活塞环主要依靠径向弹力来完成初始密封，径向弹力降低后，会造成活塞环初始密封不严，进而导致发动机机油消耗恶化、燃烧不良等一系列问题。如何在高压缩比、低摩擦功的要求下，做到低机油消耗，成为本领域技术人员急需结局的问题。

在本申请中，活塞组结构的总弹力为19.9±5.3N，这样可以使活塞组结构中的各环结构有助于降低摩擦功，偏桶面油环组件(主要通过偏桶面结构的油环刮片实现)能够保证活塞环在低弹力设计下具有足够的刮油能力，同时至少两个回油槽，如8个油环槽回油孔，8个油环槽回油孔结合油环岸下方回油槽能够使活塞环刮下的机油快速回流。经验证，该方案相比于常规桶面活塞环+常规活塞的方案，可减少50％的机油消耗。

为了解决上述技术问题，请参照图1至图4所示，本申请的第一方面提出了一种活塞组结构，能够通过偏桶面结构的油环刮片210在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

参照图1至图4所示，本申请实施例提供了一种活塞组结构，活塞组结构包括活塞本体100和油环组件200，油环组件200安装在活塞本体100上，活塞本体100的外周面上开设有与油环组件200相适配的油环槽123；其中，油环组件200包括油环刮片210，油环刮片210的截面为偏桶面结构，油环刮片210的外周面为偏心弧形面220，且偏心方向朝向活塞本体100的裙部130。

基于本申请上述的实施例，活塞本体100可以在发动机的气缸内滑动，在活塞本体100的滑动过程中油环组件200可以将附着在气缸内壁的机油润滑油刮下来，最后将机油润滑油回收到发动机的曲轴箱内。具体通过油环组件200中的油环刮片210进行润滑油的刮取回收，将油环刮片210设置为偏桶面结构后，可以使油环刮片210的两侧刮取能力强弱形成差异，在偏心弧形面220的偏心方向朝向活塞本体100的裙部130时，偏心弧形面220的偏心方向就是朝向回收机油润滑油的曲轴箱方向，也就是说，此时的油环刮片210朝向曲轴箱方向的刮油能力更强，背离曲轴箱方向的刮油能力较弱，这样可以使机油润滑油更多地向曲轴箱内回收，使进入燃烧室被燃烧的机油润滑油更少，进而实现机油消耗降低的效果。这样结构的油环刮片210可以在保证刮油能力的情况下，对活塞环进行低弹力设计，以根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。本申请的实施例能够通过偏桶面结构的油环刮片210在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

需要说明的是，上述的活塞环是指下文中第一气环、第二气环和油环组件200的组合体。偏桶面结构的油环刮片210相对于传统正桶面结构，可以提高30％的面压，保证刮油能力不受弹力降低的影响。

参照图1至图4所示，在本申请的一些实施例中，油环刮片210的厚度为a，油环刮片210的外周面具有桶面最高点230，桶面最高点230位于油环刮片210厚度方向的b高度位置，b＜0.5a，且0.08mm≤b≤0.45mm。

基于本申请上述的实施例，上述的桶面最高点230是指偏心弧形面220相对于另一侧的最高点。由于偏心弧形面220的偏心方向朝向活塞本体100的裙部130，在b＜0.5a后，可以实现桶面最高点230是朝向裙部130方向的，这样可以使油环刮片210的两侧刮取能力强弱形成差异，此时的油环刮片210朝向曲轴箱方向的刮油能力更强，背离曲轴箱方向的刮油能力较弱，这样可以使机油润滑油更多地向曲轴箱内回收，使进入燃烧室被燃烧的机油润滑油更少，进而实现机油消耗降低的效果。

需要说明的是，油环刮片210的厚度a可以为2mm，也可以根据需要设置为1.8mm、1.9mm、1.95mm、2.1mm等。b的大小还可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm等。a、b的大小根据实际需要选用，不限于上述的示例性尺寸。

在本申请的一些实施例中，油环槽123内侧开设有至少两个回油孔1231，回油孔1231为贯穿孔或盲孔。

基于本申请上述的实施例，回油孔1231的设置可以提高回油效率，可以使因为刮油过程中进入油环槽123内的机油润滑油，能够更快地进入到曲轴箱内回收，提高回油效率。其中，回油孔1231为贯穿孔时，可以使机油润滑油更快地进入到曲轴箱内回收，回油孔1231为盲孔时，可以对进入油环槽123内的机油润滑油进行一定地存储过渡，使润滑油有部分可以对油环组件200进行润滑，保证刮油的稳定性。

在本申请的一些实施例中，活塞本体100包括一体设置地顶部110、塞头120和裙部130，油环槽123开设在塞头120的外周面上，裙部130上开设有活塞销孔，以垂直于活塞销孔轴线方向的平面为基准平面；

油环槽123内侧开设有八个回油孔1231，八个回油孔1231圆心所在的轴线与基准平面的夹角分别为15°、50°、130°、165°、195°、230°、310°、345°；

八个回油孔1231均为贯穿孔；或者，八个回油孔1231部分为贯穿孔，部分为盲孔。

基于本申请上述的实施例，上述八个回油孔1231的分布方式可以更好地提高回油效率，减少机油润滑油的消耗，使参与到燃烧的机油润滑油更少。也可以根据需要将八个回油孔1231均匀分布。

需要说明的是，本申请中回油孔1231的圆心可以设置地与油环槽123的下侧面重合，这样可以提高回油的稳定性。油环槽123内八个回油孔1231是否为贯穿孔，应根据活塞回油能力需求值的计算结果，以及发动机缸压与曲轴箱的极小压差共同决定，回油孔1231形式仅存在两种，即贯穿孔或者盲孔。也就是说，八个回油孔1231可以均为贯穿孔，也可以均为盲孔；或者，八个回油孔1231部分为贯穿孔，部分为盲孔。

参照图1至图4所示，在本申请的一些实施例中，还包括第一气环和第一气环，第一气环安装在活塞本体100上，活塞本体100的外周面上开设有与第一气环相适配的第一气环槽121；第二气环安装在活塞本体100上，活塞本体100的外周面上开设有与第二气环相适配的第二气环槽122，第二气环槽122与第一气环槽121间隔设置。

基于本申请上述的实施例，第一气环和第一气环可以用来密封活塞与气缸壁的间隙，防止气缸内的气体窜入油底壳，进而可以保证燃烧室内的待燃气体不容易进入到活塞和气缸之间的缝隙中，进而实现阻止高温、高压燃汽窜入曲轴箱的效果，保证燃烧的有效稳定。第一气环和第一气环还可以将将活塞头120部的热量传给气缸壁再由冷却水或空气带走。第一气环和第一气环的配合设置有使上述效果更好。第一气环槽121用于安装第一气环，第二气环槽122用于安装第二气环。

在本申请的一些实施例中，第一气环为桶面环，第二气环为鼻型环。

基于本申请上述的实施例，桶面环可以具有更高的耐磨性，将第一气环设置为桶面环后，可以降低第一气环失效的可能，提高第一气环的使用寿命，保证第一气环位置的密封效果。鼻型环是截面近似鼻型的环状结构，可以具有更高更快的回弹效果，保证第二气环的密封效果，使密封不容易失效。

参照图1至图4所示，在本申请的一些实施例中，以活塞本体100的顶部110朝向裙部130的方向为下方，第一气环槽121处于第二气环槽122上方，第二气环槽122处于油环槽123上方；

其中，油环槽123的下方设置有回油槽124，回油槽124为台阶状结构。

基于本申请上述的实施例，回油槽124可以进一步提高润滑油的回油效果。

需要说明的是，上述台阶状的回油槽124可以提高活塞组结构的回油能力。台阶状回油槽124的台阶高度和台阶宽度的尺寸范围值均可以为1.6mm-2.2mm，其中，台阶宽度的具体值也可以根据对活塞回油能力的需求，在0.1mm-0.8mm范围内选择。

需要说明的是，回油槽124结构与油环组件200、缸孔及活塞本体100，共同组成一个回油腔，该回油腔能够将油环下刮片从缸孔上刮下的机油，快速回流至曲轴箱内，传统无此结构的活塞，下刮片刮下的机油无法及时回流会重新回流至油环槽123内，伴随活塞“泵油”现象，进而参与燃烧，造成机油耗增加。与现有技术相比，本活塞组方案，可以降低50％的机油消耗。相应的优点显而易见，其一，使得活塞环弹力降低后，自身刮油能力保持不变；其二，活塞的回油能力得到提升，避免了“泵油”现象的产生。最终体现在机油消耗量的减少及摩擦功的降低。即本发明能够解决高压缩比、低摩擦功背景下，机油消耗量增加的问题。

在本申请的一些实施例中，第一气环相对于气缸内壁的弹力为f1，且，4N≤f1≤6.6N；对应地，f1＝5.3N±1.3N；也就是说第一气环的弹力可以在5.3N左右，公差在1.3N，f1的具体数值还可以为4.2N、4.5N、5N、6N、6.4N等，具体根据实际需要设置。

第二气环相对于气缸内壁的弹力为f2，且，2N≤f2≤4N；对应地，f2＝3N±1N；也就是说第二气环的弹力可以在3N左右，公差在1N，f2的具体数值还可以为2.2N、2.5N、3N、3.5N、3.6N等，具体根据实际需要设置。

油环组件200相对于气缸内壁的弹力为f3，且，8.6N≤f3≤14.6N；对应地，f3＝11.6N±3N；也就是说油环组件200的弹力可以在11.6N左右，公差在3N，f3的具体数值还可以为9.2N、9.5N、10N、12.6N、13.4N等，具体根据实际需要设置。

根据上述设置，以使活塞组结构相对于气缸内壁的总弹力f4满足14.6N≤f4≤25.2N。对应地，f4＝f1+f2+f3＝19.9N±5.3N。也就是说活塞组结构的总弹力可以在19.9N左右，公差在5.3N，f4的具体数值还可以为14.9N、15.5N、15.9N、16N、16.4N、20N、22N、23N等，具体根据实际需要设置。

基于本申请上述的实施例，上述结构可以使活塞组结构中的各环结构有助于降低摩擦功，偏桶面油环组件200能够保证活塞环在低弹力设计下具有足够的刮油能力，油环槽123内的回油孔1231结合油环岸下方回油槽124能够使活塞环刮下的机油快速回流。

第二方面，本申请实施例提供了一种发动机，包括气缸本体、上述的活塞组结构、连杆和曲轴，气缸本体具有气缸；上述的活塞组结构滑动连接于气缸；连杆与活塞组结构活动连接；曲轴与连杆转动连接，并处于连杆背离活塞组结构的一端。

基于本申请上述的实施例，具有本申请上述活塞组结构的发动机，能够通过偏桶面结构的油环刮片210在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。具体地，通过油环组件200中的油环刮片210进行润滑油的刮取回收，将油环刮片210设置为偏桶面结构后，可以使油环刮片210的两侧刮取能力强弱形成差异，在偏心弧形面220的偏心方向朝向活塞本体100的裙部130时，偏心弧形面220的偏心方向就是朝向回收机油润滑油的曲轴箱方向，也就是说，此时的油环刮片210朝向曲轴箱方向的刮油能力更强，背离曲轴箱方向的刮油能力较弱，这样可以使机油润滑油更多地向曲轴箱内回收，使进入燃烧室被燃烧的机油润滑油更少，进而实现机油消耗降低的效果。这样结构的油环刮片210可以在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

第三方面，本申请实施例提供了一种车辆，包括上的发动机、发动机及车辆主体，车辆主体具有动力腔室，发动机安装在动力腔室内。

基于本申请上述的实施例，具有本申请上述发动机的车辆，机油油耗更低，具体能够通过偏桶面结构的油环刮片210在保证刮油能力的情况下，根据需要降低活塞组结构的总弹力，降低机油消耗。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活塞组结构，其特征在于，所述活塞组结构包括：

活塞本体；

油环组件，安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述油环组件相适配的油环槽；

其中，所述油环组件包括油环刮片，所述油环刮片的截面为偏桶面结构，所述油环刮片的外周面为偏心弧形面，且偏心方向朝向所述活塞本体的裙部。

2.如权利要求1所述的活塞组结构，其特征在于，所述油环刮片的厚度为a，所述油环刮片的外周面具有桶面最高点，所述桶面最高点位于所述油环刮片厚度方向的b高度位置，b＜0.5a，且0.08mm≤b≤0.45mm。

3.如权利要求1所述的活塞组结构，其特征在于，所述油环槽内侧开设有至少两个回油孔，所述回油孔为贯穿孔或盲孔。

4.如权利要求3所述的活塞组结构，其特征在于，所述活塞本体包括一体设置地顶部、塞头和所述裙部，所述油环槽开设在所述塞头的外周面上，所述裙部上开设有活塞销孔，以垂直于所述活塞销孔轴线方向的平面为基准平面；

所述油环槽内侧开设有八个所述回油孔，八个所述回油孔圆心所在的轴线与所述基准平面的夹角分别为15°、50°、130°、165°、195°、230°、310°、345°；

八个所述回油孔均为贯穿孔；或者，八个所述回油孔部分为贯穿孔，部分为盲孔。

5.如权利要求1所述的活塞组结构，其特征在于，还包括：

第一气环，安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述第一气环相适配的第一气环槽；

第二气环，安装在所述活塞本体上，所述活塞本体的外周面上开设有与所述第二气环相适配的第二气环槽，所述第二气环槽与所述第一气环槽间隔设置。

6.如权利要求5所述的活塞组结构，其特征在于，所述第一气环为桶面环，所述第二气环为鼻型环。

7.如权利要求5所述的活塞组结构，其特征在于，以所述活塞本体的顶部朝向裙部的方向为下方，所述第一气环槽处于所述第二气环槽上方，所述第二气环槽处于所述油环槽上方；

其中，所述油环槽的下方设置有回油槽，所述回油槽为台阶状结构。

8.如权利要求5所述的活塞组结构，其特征在于，所述第一气环相对于气缸内壁的弹力为f1，且，4N≤f1≤6.6N；

所述第二气环相对于气缸内壁的弹力为f2，且，2N≤f2≤4N；

所述油环组件相对于气缸内壁的弹力为f3，且，8.6N≤f3≤14.6N；

以使所述活塞组结构相对于气缸内壁的总弹力f4满足14.6N≤f4≤25.2N。

9.一种发动机，其特征在于，包括：

气缸本体，具有气缸；

如权利要求1至8中任一项所述的活塞组结构，滑动连接于所述气缸；

连杆，与所述活塞组结构活动连接；及，

曲轴，与所述连杆转动连接，并处于所述连杆背离所述活塞组结构的一端。

10.一种车辆，其特征在于，包括：

如权利要求9所述的发动机；及，

车辆主体，具有动力腔室，所述发动机安装在所述动力腔室内。