CN220909837U - 发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆。发动机活塞组件包括：活塞和组合油环，组合油环套设于活塞；组合油环包括刮片环和衬环；刮片环环绕设置于衬环；衬环包括在衬环的径向上分布的第一环部和第二环部，第二环部与第一环部连接，且环绕于第一环部的外圈，第一环部在衬环的厚度方向上凸出于第二环部，刮片环环绕设置于第二环部；第一环部的外圈包括斜面，斜面与刮片环的内圈接触，且在从衬环的外圈向内圈的方向上、向远离刮片环的方向倾斜延伸，斜面与衬环的厚度方向的角度的范围为8度‑12度。本申请组合油环的刮油效果好，能减少颗粒物产生。

Description

发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆

技术领域

本申请涉及甲醇发动机领域，尤其涉及一种发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆。

背景技术

目前，传统甲醇发动机一般采用汽油引燃起动的方法，即在发动机上安装汽油供给和喷射系统。由于发动机活塞组件刮油效果不理想，这将导致甲醇发动机因机油进入燃烧室燃烧产生的颗粒物排放较多，从而不能满足发动机国六排放的标准，需要车辆增设汽油机颗粒捕集器(GPF)以达到国家排放标准。

实用新型内容

本申请提供一种发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆，以减少因机油燃烧产生的颗粒物。

本申请提供一种发动机活塞组件包括：活塞和组合油环，所述组合油环套设于所述活塞；

所述组合油环包括刮片环和衬环；所述刮片环环绕设置于所述衬环；

所述衬环包括在所述衬环的径向上分布的第一环部和第二环部，所述第二环部与所述第一环部连接，且环绕于所述第一环部的外圈，所述第一环部在所述衬环的厚度方向上凸出于所述第二环部；

所述第一环部的外圈包括斜面，所述斜面与所述刮片环的内圈接触，且在从所述衬环的外圈向内圈的方向上、向远离所述刮片环的方向倾斜延伸，所述斜面与所述衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度。

可选的，所述刮片环包括沿所述衬环的厚度方向排布的第一刮片环和第二刮片环，所述衬环设置于所述第一刮片环和所述第二刮片环之间；

所述斜面包括第一斜面和第二斜面；所述第一环部包括在所述衬环的厚度方向上相对的第一侧和第二侧，所述第一侧和所述第二侧均凸出于所述第二环部；所述第一刮片环环绕于所述第一侧的外圈，所述第一侧的外圈设有与所述第一刮片环接触的所述第一斜面；所述第二刮片环环绕于所述第二侧的外圈，所述第二侧的外圈设有与所述第二刮片环接触的所述第二斜面；所述第一斜面与所述衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度；所述第二斜面与所述衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度。

可选的，所述发动机活塞组件包括第一气环和第二气环，所述第一气环和所述第二气环套设于所述活塞，所述第二气环位于所述第一气环和所述组合油环之间，所述第一气环为具有间隙的未封闭的环形，所述间隙的尺寸范围为0.02mm-0.08mm。

可选的，所述发动机活塞组件包括第一气环和第二气环，所述第一气环和所述第二气环套设于所述活塞，所述第二气环位于所述第一气环和所述组合油环之间，且包括相对的内圈侧壁和外圈侧壁，以及鼻形凹槽，所述鼻形凹槽从所述外圈侧壁向所述内圈侧壁的方向、及在所述第二气环的厚度方向上从所述第二气环的一侧向另一侧凹陷,所述鼻形凹槽在所述第二气环的厚度方向上的深度，靠近所述外圈侧壁的比靠近内圈侧壁的深。

可选的，所述内圈侧壁设有倒角，所述倒角与所述鼻形凹槽设于所述第二气环的同一侧，在所述第二气环的厚度方向上，所述倒角靠近所述内圈侧壁的深度比靠近所述外圈侧壁的深度深。

可选的，所述鼻形凹槽位于所述第二气环朝向所述组合油环的一侧。

可选的，所述第二气环的材料为合金工具钢。

可选的，所述衬环经过氮化处理。

可选的，所述衬环为弹性件。

可选的，所述衬环在周向方向上具有高低起伏的梯度。

本申请提供一种甲醇发动机，包括：曲柄连杆装置和与所述曲柄连杆装置连接的配气机装置，所述曲柄连杆装置包括如上所述的发动机活塞组件。

本申请提供一种车辆，包括：车轮和如上所述的甲醇发动机，所述甲醇发动机与所述车轮连接。

在一些实施例中，发动机活塞组件的组合油环的衬环的第一环部的外圈包括斜面，斜面与刮片环的内圈接触，斜面与衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度，提高组合油环对汽缸壁的分力，从而可以提高刮油效果，良好的刮油效果可以避免或减少机油进入燃烧室，从而减少因机油进入燃烧室燃烧产生的可溶有机物颗粒，可以使得车辆在不安装颗粒捕集器的情况下符合国家排放标准。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1所示为本申请的发动机活塞组件的一个实施例的剖面图。

图2所示为图1所示的发动机活塞组件的组合油环的剖面图。

图3所示为图1所示的发动机活塞组件的第一气环的示意图。

图4所示为图1所示的发动机活塞组件的第二气环的剖面图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请实施例的发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆，发动机活塞组件包括：活塞和组合油环，组合油环套设于活塞；组合油环包括刮片环和衬环；刮片环环绕设置于衬环；衬环包括在衬环的径向上分布的第一环部和第二环部，第二环部与第一环部连接，且环绕于第一环部的外圈，第一环部在衬环的厚度方向上凸出于第二环部，刮片环环绕设置于第二环部；第一环部的外圈包括斜面，斜面与刮片环的内圈接触，且在从衬环的外圈向内圈的方向上、向远离刮片环的方向倾斜延伸，斜面与衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度。本申请通过对增加衬环与刮油环的接触面积，提高组合油环的刮油能力，减少因机油燃烧产生的可溶有机物颗粒，使得车辆在不安装颗粒捕集器的情况下符合国家排放标准。

本申请提供一种发动机活塞组件、甲醇发动机和车辆。下面结合附图，对本申请的发动机活塞组件、发动机和车辆进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

如图1所示，本申请提供一种发动机活塞组件，包括：活塞4和组合油环1，第一气环2和第二气环3。可参考图2所示，组合油环1套设于活塞4，组合油环1包括刮片环11和衬环12。衬环12一般具有弹性，刮片环11外径比汽缸(未图示)直径略大一些，当组合油环1及活塞安装到汽缸后，衬环12在径向方向上受到压缩，在衬环12弹力的作用下，可使刮片环11紧紧压向汽缸壁，提高了刮油效果，同时刮片环11也紧紧得抵靠在活塞上，这样使得组合油环的接触压力高，对汽缸壁面适应性好，重量小，刮油效果明显。

衬环12包括在衬环12的径向上分布的第一环部12a和第二环部12b，第二环部12b与第一环部12a连接，且环绕于第一环部12a的外圈，第一环部12a在衬环的厚度方向上凸出于第二环部12b。凸出设置的第一环部12a的设计有利于在径向方向上使衬环12推动刮片环11外圈紧贴汽缸壁，以便活塞下行时刮去汽缸壁上多余的油，使其回流至油底壳中循环使用。

第一环部12a的外圈包括斜面123，斜面123与刮片环11的内圈接触，且在从衬环12的外圈向内圈的方向上、向远离刮片环11的方向倾斜延伸，斜面123与衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度，因此斜面123与刮片环11内圈接触面较大，提高了衬环12对于刮片环11在环径向方向上的分力，进而提高了刮片环11对缸壁的分力，提高刮油能力。若过多的机油进入燃烧室可能会影响燃烧过程，导致污染物排放增加。良好的刮油效果可以避免或减少机油进入燃烧室，确保燃烧过程的正常进行，提高起动燃烧效率和发动机的性能，减少颗粒物的排放，可以使得车辆在不安装颗粒捕集器的情况下符合国家排放标准。当组合油环1的刮油效果好时，还能够有效地刮除多余的油，减少润滑油的消耗，从而降低了发动机运行成本。

在一些实施例中，如图2所示，刮片环11包括沿衬环12的厚度方向排布的第一刮片环111和第二刮片环112，衬环12设置于第一刮片环111和第二刮片环112之间。衬环12设置在第一刮片环111和第二刮片环112之间可以减少刮片环之间的磨损和摩擦，延长设备的使用寿命，为活塞组件提供额外的缓冲和保护，减少摩擦产生的热量和磨损。在具有两个刮片环的组合油环1中，衬环12在周向方向上具有高低起伏的梯度，以此保证一片衬环12可以和在衬环12的厚度方向上设置的刮片环111、112都接触，起到更好的刮油效果。

斜面123包括第一斜面1231和第二斜面1232。第一环部12a包括在衬环12的厚度方向上相对的第一侧121a和第二侧122a，第一侧121a和第二侧122a均凸出于第二环部12b。第一刮片环111环绕于第一侧121a的外圈，第一侧121a的外圈设有与第一刮片环111接触的第一斜面1231；第二刮片环112环绕于第二侧的外圈，第二侧121b的外圈设有与第二刮片环112接触的第二斜面1232。第一斜面1231与衬环12的厚度方向的角度的范围为8度-12度。第二斜面1232与衬环12的厚度方向的角度的范围为8度-12度。设置第一刮片环和第二刮片环的刮油效果较好，可以更好地刮油，能够更加有效地刮除多余的油，减少润滑油的消耗，从而更大程度地降低了发动机运行成本。安装到衬环12外的刮片环11比汽缸直径略大一些，两刮片环之间的距离也比活塞上安装组合油环的槽的高度高一些，当组合油环及活塞安装到汽缸后，衬环在厚度方向和径向都受到压缩，在具有弹力的衬环的作用下，可使刮片环紧紧压向汽缸壁，提高了刮油效果，同时也使得两刮片环也紧紧得抵靠在环槽上，组合油环1一般没有间隙，以减少活塞环的泵油作用。这种组合油环1的接触压力高，对汽缸壁面适应性好，刮油效果明显。

在一些实施例中，衬环12为弹性件，首先，弹性材料可以提供更好的密封效果，当衬环12与刮片环11接触时，弹性材料可以通过适度的压力使其与表面紧密贴合，形成一个密封间隙。这可以有效地防止液体或气体的泄漏，并确保正常工作条件下的密封性能。其次，弹性材料还可以弥补运动过程中的偏差和震动。在活塞运动的过程中，由于各种因素的影响，可能会出现轻微的振动、偏差或变形。弹性衬环可以通过其自身的弹性特性，适应这些变化，保持紧密的连接和密封性能，避免因为偏差而导致的泄漏问题。

在一些实施例中，衬环12经过氮化处理，其主要作用是提高衬环12的硬度和耐磨性，增强其使用寿命和抗磨损能力。通过将衬环12表面浸入氮化剂中进行热处理，可以在表面形成一层硬度较高的氮化物膜，从而提高了衬环12的硬度。硬度的提高不仅可以减少衬环受到摩擦、磨损时的损伤，还可以提高其耐磨性和使用寿命。由于衬环12经过氮化处理后表面硬度的提高，它在与汽缸壁接触时具有更好的抗磨损能力。这可以延长衬环12的使用寿命，降低维修成本，并提高发动机的可靠性和运行效率。而且处理前的衬环12表面可能存在一些缺陷或者微小的裂纹等影响使用寿命和密封性的问题，通过氮化处理，这些表面缺陷可以得到消除，从而使衬环12表面更加光滑、坚硬。

在一些实施例中，发动机活塞组件包括第一气环2和第二气环3，第一气环2和第二气环3套设于活塞，第二气环3位于第一气环2和组合油环1之间。如图3所示，第一气环2为具有间隙21的未封闭的环形，间隙21的尺寸范围为0.02mm-0.08mm。间隙21的尺寸为沿第一气环2的环周上的尺寸。第一气环2设置间隙可以适应活塞和汽缸壁的热胀冷缩，由于活塞运动时会受到高温热胀和冷却收缩的影响，同时汽缸壁也会发生类似的变化。通过在第一气环2和汽缸壁之间设置一定的间隙，可以允许活塞和汽缸壁在不同温度下的尺寸变化，以避免因热胀冷缩而导致过紧或过松的情况。而将间隙21限定在范围0.02mm-0.08mm，可以尽可能的减少漏气量，漏气会影响燃烧过程导致排放污染物增加，通过减少气环的漏气量，可以有效地改善燃烧过程，减少颗粒物的产生，降低对环境的污染。

如图4所示，在一些实施例中，第二气环3位于第一气环2和组合油环1之间，且包括相对的内圈侧壁34和外圈侧壁33，以及鼻形凹槽31，鼻形凹槽31从外圈侧壁33向内圈侧壁34的方向、及在第二气环3的厚度方向上从第二气环3的一侧向另一侧凹陷，鼻形凹槽31在第二气环3的厚度方向上的深度，靠近外圈侧壁33的比靠近内圈侧壁34的深。鼻形凹槽31可以在第二气环3和汽缸壁之间形成油膜，充当润滑油的储存和传递通道。润滑油可以填充鼻形凹槽31中的空间，并在活塞上下运动时自动释放，润滑第二气环3与汽缸壁之间的接触面，减少摩擦和磨损。鼻形凹槽31的设计可以减少燃烧室中的油污和积碳等沉积物在第二气环3上的堆积。通过形成鼻形凹槽31，沉积物将被引导到活塞的环槽内，从而避免了直接堆积在第二气环3上，减少了对第二气环3密封性和润滑性的不利影响。鼻形凹槽31还可以减少颗粒、灰尘和其他杂质对第二气环3的损坏。这些杂质可能通过活塞的环槽进入第二气环3与汽缸壁之间的密封区域，导致第二气环3的磨损和泄漏。鼻形凹槽31的存在可以减少杂质进入密封区域的可能性，保护第二气环3的完整性和工作效果。

在一些实施例中，内圈侧壁设有倒角32，倒角32与鼻形凹槽31设于第二气环3的同一侧，在第二气环3的厚度方向上，倒角32靠近内圈侧壁34的深度比靠近外圈侧壁33的深度深。第二气环3上的鼻形凹槽31是为了改善气环的密封性能和润滑性能而设计的，鼻形凹槽31的设计可能会导致第二气环3外圈侧壁33对于汽缸壁接触面积不均匀从而导致受力不均，受力不均会增加第二气环3和汽缸壁的摩擦力和损耗，将倒角32和鼻形凹槽31设置在同一侧有利于抵消第二气环3外圆鼻形凹槽31带来的扭曲，提高第二气环3运行过程中的稳定性。同时，倒角32的设计还可以减少第二气环3边缘的灰尘、颗粒和其他杂质的积聚。尖锐的边缘容易吸附和固定杂质，增加第二气环3的磨损和泄漏的风险，而倒角32的设置可以破坏杂质的粘附条件，减少对气环的损害。

在一些实施例中，如图4所示，鼻形凹槽31位于第二气环3朝向组合油环的一侧。鼻形凹槽31位于气环的一侧，与汽缸壁之间形成密封区域。当活塞向下运动时，鼻形凹槽31可以承受第二气环3的压力，并将其与活塞第二气环槽之间的压力区隔开，以增强第二气环3的密封性能。

在一些实施例中，第二气环3的材料为合金工具钢，合金工具钢具有较高的硬度，能够有效地抵抗汽缸壁对第二气环3的磨损和划伤。高硬度可以延长气环的使用寿命，提高发动机的可靠性和性能。合金工具钢通常富含一定量的合金元素，如钼、钴、铬等，这些合金元素的添加可以提高气环的耐磨性能。在高温高压条件下，气环与汽缸壁之间的摩擦非常严重，合金工具钢的耐磨性能可以减少摩擦引起的磨损，延长气环的使用寿命。合金工具钢具有良好的热稳定性和抗热膨胀性能。在发动机运行时，气环会受到高温的影响，温度变化会导致气环的尺寸变化，采用合金工具钢制造的气环可以更好地适应温度变化，保持其密封性能，降低了汽缸壁与活塞之间的泄漏风险这有助于减少燃烧室内的燃气泄漏，减少不完全燃烧产生的颗粒物。而且合金工具钢通常具有优异的耐腐蚀性能，可以抵抗发动机工作过程中产生的酸性和腐蚀性介质对气环的侵蚀，这有助于延长气环的使用寿命，并减少因腐蚀引起的泄漏和性能下降。

本实施例提供一种甲醇发动机，包括：曲柄连杆装置和与曲柄连杆装置连接的配气机装置，曲柄连杆装置包括上述的发动机活塞组件。甲醇燃料为绿色清洁能源，颗粒物排放很少，但由于甲醇燃料特性导致甲醇发动机存在冷起动困难或无法起动问题，目前市场上传统甲醇机一般采用汽油引燃起动的方法，即在发动机上安装汽油供给和喷射系统，这将导致甲醇发动机因机油进入燃烧室燃烧产生的颗粒物排放较多。因此，本实施例的甲醇发动机通过设置上述图1至图4实施例所示的油塞组件可以有效地减少发动机内气体泄漏，提高压缩比，增强燃烧室内混合气体的压力和温度，从而提高燃烧效率。在燃烧室内，如果活塞密封性差，燃气和机油会进入曲柄连杆装置，导致油耗增加。同时，若活塞密封性不佳，可能导致燃烧不完全和污染物排放增加。如此设置，甲醇发动机可以保持良好的活塞密封性，减少油耗和有害颗粒物的排放，降低环境污染。

本实施例提供一种车辆，包括：车轮和上述的甲醇发动机，甲醇发动机与车轮连接。目前，具有甲醇发动机的汽车起动阶段一般采用汽油引燃起动的方法，在燃烧过程中会产生一些颗粒物，如细微的碳黑、硫酸盐和有机化合物等。这些颗粒物对人体健康有害，特别是对呼吸系统和心血管系统，国家对于颗粒物的排放有明确的法律规定，很多车辆通过设置汽油机颗粒捕集器(GPF)以捕捉颗粒物的排放，从而达到国家的排放标准减少颗粒物污染的危害。因为上述甲醇发动机具有较少的颗粒物排放，本实施例的车辆可以将颗粒物排放降低到国六排放法规限值内，从而可以不必设置GPF。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种发动机活塞组件，其特征在于，包括：活塞和组合油环，所述组合油环套设于所述活塞；

所述组合油环包括刮片环和衬环；所述刮片环环绕设置于所述衬环；

所述衬环包括在所述衬环的径向上分布的第一环部和第二环部，所述第二环部与所述第一环部连接，且环绕于所述第一环部的外圈，所述第一环部在所述衬环的厚度方向上凸出于所述第二环部；

所述第一环部的外圈包括斜面，所述斜面与所述刮片环的内圈接触，且在从所述衬环的外圈向内圈的方向上、向远离所述刮片环的方向倾斜延伸，所述斜面与所述衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度。

2.如权利要求1所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述刮片环包括沿所述衬环的厚度方向排布的第一刮片环和第二刮片环，所述衬环设置于所述第一刮片环和所述第二刮片环之间；

所述斜面包括第一斜面和第二斜面；所述第一环部包括在所述衬环的厚度方向上相对的第一侧和第二侧，所述第一侧和所述第二侧均凸出于所述第二环部；所述第一刮片环环绕于所述第一侧的外圈，所述第一侧的外圈设有与所述第一刮片环接触的所述第一斜面；所述第二刮片环环绕于所述第二侧的外圈，所述第二侧的外圈设有与所述第二刮片环接触的所述第二斜面；所述第一斜面与所述衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度；所述第二斜面与所述衬环的厚度方向的角度的范围为8度-12度。

3.如权利要求1所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述发动机活塞组件包括第一气环和第二气环，所述第一气环和所述第二气环套设于所述活塞，所述第二气环位于所述第一气环和所述组合油环之间，所述第一气环为具有间隙的未封闭的环形，所述间隙的尺寸范围为0.02mm-0.08mm。

4.如权利要求1所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述发动机活塞组件包括第一气环和第二气环，所述第一气环和所述第二气环套设于所述活塞，所述第二气环位于所述第一气环和所述组合油环之间，且包括相对的内圈侧壁和外圈侧壁，以及鼻形凹槽，所述鼻形凹槽从所述外圈侧壁向所述内圈侧壁的方向、及在所述第二气环的厚度方向上从所述第二气环的一侧向另一侧凹陷，所述鼻形凹槽在所述第二气环的厚度方向上的深度，靠近所述外圈侧壁的比靠近内圈侧壁的深。

5.如权利要求4所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述内圈侧壁设有倒角，所述倒角与所述鼻形凹槽设于所述第二气环的同一侧，在所述第二气环的厚度方向上，所述倒角靠近所述内圈侧壁的深度比靠近所述外圈侧壁的深度深。

6.如权利要求4所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述鼻形凹槽位于所述第二气环朝向所述组合油环的一侧。

7.如权利要求3所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述第二气环的材料为合金工具钢。

8.如权利要求1所述的发动机活塞组件，其特征在于，所述衬环经过氮化处理；和/或

所述衬环为弹性件；和/或

所述衬环在周向方向上具有高低起伏的梯度。

9.一种甲醇发动机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的发动机活塞组件。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的甲醇发动机。