专利名称：一种活塞及使用该活塞的内燃机、压缩机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及活塞技术，具体涉及一种用于曲柄圆滑块机构的单作用 活塞。本实用新型同时涉及使用上述活塞组的内燃机、压缩机。
背景技术：
传统发动才几的运动才几构为曲柄连4干才几构。在这种运动才几构下，活塞的往 复运动需要通过与其连接的连杆传递给曲轴，在运动过程中，连杆随着活塞 的运动作来回的摆动，使活塞受到以高阶函数变化的周期性侧向力。
由于连杆的存在，曲柄连杆机构内燃机存在体积庞大、笨重、平衡性能
差等缺点，为了解决这些问题，中国专利文献CN85100358B公开了一种"曲 柄圓滑块往复活塞式内燃机"，这种内燃机的特点是取消了连杆，采用开有偏 心圆孔的圆滑块与特殊设计的活塞总成相配合，实现活塞的直线往复运动到 旋转运动的转化。中国专利文献CN1067741C进一步提供了一种曲柄双圆滑 块往复活塞式内燃机，该内燃机的特点是具有一个活塞和一个动平衡滑块， 在该专利文献的说明书第6页第三自然段中指出，要求活塞总成和动平衡滑 块总成的质量相同，重心在各自的中心线上。实际上，上述动平衡滑块总成 可以制成活塞的形式，在该专利文献的第二实施例中提供的动平衡滑块就采 用了一端为工作部，另一端为导向部的单作用活塞的形式，此时，所述动平 衡滑块实际上作为活塞使用，其工作部同样在汽缸中运行，该动平衡滑块同 样起到将油气混合物点燃后的燃烧气体压力转化为往复运动力，因此，在这 种情况下可以不区分活塞和动平衡滑块，也就是说，可以认为是两个活塞相 互之间进行动平衡。由于该实施例中的活塞和动平tf滑块并没有本质区别， 因此，以下将该动平衡滑块也称为活塞。对于该实施例，所称活塞为的两头 均有工作部，即该文献所述双面活塞，在本专利中称为双作用活塞；该实施 例中所称动平衡滑块为单面活塞结构，在本专利中称为单作用活塞。
该第二实施例需要平稳运行，同样也需要满足上述要求，即活塞总成与 动平衡滑块总成质量相同并且重心在各自的中心线上。但是由于前者使用双 作用活塞，后者使用单作用活塞，两者如果采用相同的活塞座和工作部，其 重量明显会存在差异。在该专利文献中，没有公开克服上述问题的技术细节。
3实际上，在曲柄圓滑块机构中，如果存在几个活塞，各个活塞之间的质量比
都会有一定的要求，例如，在上述中国专利文献CN1067741C中，需要两个 活塞总成的质量相同，并且重心落在活塞的中心线上。在中国专利文献 CN1144880A中，公开一种曲柄多圆滑块往复式内燃机，在其第二实施例中， 则具有两个轨道平行布置的单作用活塞(原文称为单面活塞)，和一个轨道与 上述两个活塞垂直的单作用活塞作为动平衡滑块。为了使该结构活的理想的 动平衡效果，需要作为动平衡滑块的活塞的重量等于另外两个活塞重量之和。
总之，在上述曲柄双园滑块或者曲柄多圆滑块的体系中，为了实现合理 的汽缸布置，使内燃机或者压缩机的性能达到最佳，不同活塞之间需要保持 合适的质量比，并且活塞的重心位置也需要设置在合适的位置上，否则，发 动机或压缩机将难以获得最佳的特性，甚至无法正常运转。
在曲柄圆滑块机构中，有时需要将单作用活塞和双作用活塞配合使用。 所谓单作用活塞，就是活塞的一头有冠部，所谓双作用活塞，是活塞的两头 都有冠部的活塞。此时，由于冠部数目不同，使两个活塞之间的质量不同， 其质量比无法满足设计要求，影响了内燃机设计的灵活性。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种用于曲柄圆 滑块机构的单作用活塞，该活塞的重量能够灵活调节， -使其可以与双作用活 塞配合，构成曲柄圆滑块发动机或压缩机。
本实用新型提供一种活塞，具体是用于曲柄圓滑块机构的单作用活塞， 该活塞的活塞座上设置有配重体。
优选的，所述活塞的配重体使该活塞的重量与和该活塞配合使用的活塞 相匹酉己。
优选的，所述活塞的配重体使该活塞的重心落在其中心线上。 优选的，所述活塞的配重体相对所述冠部设置在活塞的另一头。 优选的，所述单作用活塞的配重体，具体是与活塞座一体的配重条或者 配重块。
优选的，该活塞为组合式活塞。
优选的，在所述单作用活塞的配重体上，通过连接件固定有镶块。 优选的，所述镶块包裹在所述活塞座的外侧，通过选^^奪制成该镶块的材 料，可通过该镶块起到改变活塞和机体滑道之间的摩擦配副的作用。本实用新型同时提供一种内燃机，该内燃机的活塞或者动平衡滑块使用 上述技术方案中任一项所述的活塞。
本实用新型同时提供一种压缩机，该压缩机的活塞或者动平衡滑块使用 上述^t术方案中任意一项所述的活塞。
与现有技术相比，本实用新型提供的用于曲柄圆滑块机构的单作用活塞 设置了配重体，通过该配重体重量的选择，可以调节该活塞的质量，使其与
组配的活塞具有合适的质量比；另外，还可以通过配重体在活塞座上的位置
的选择，使活塞的重心位于所需的位置。
本实用新型的优选实施方式中，将配重体设置在活塞座上与设置冠部的 一端相对的另一端，该配重体能够平衡活塞另一端的冠部的质量，使重心落 在活塞的中心位置，满足一般需求。
在本实用新型的进一步的优选实施方式中，在所述配重体上通过连接结
构连接有镶块，通过该镶块可以精确调节活塞的质量，另外，还可以通过设 置在活塞座外围的镶块调整活塞和机体之间的摩擦配副，获得最佳的运动特 性。
图1是中国专利文献CN1067741C说明书附图IO提供的一种整体式双作 用活塞的正视图2是中国专利文献CN1067741C说明书附图11提供的一种整体式双作 用活塞的俯一见图3是本实用新型实施例才是供的组合式双作用活塞；
图4-1是本实用新型实施例提供的组合式双作用活塞的冠部的零件左视
图4-2是本实用新型实施例提供的组合式双作用活塞的冠部的零件仰一见
图5-1是本实用新型实施例提供的组合式双作用活塞的活塞座的零件正 视图5-2是本实用新型实施例才是供的组合式双作用活塞的活塞座的俯^L图6是本实用新型实施例提供的带配重单作用活塞的示意图7是本实用新型实施例提供的带配重单作用活塞的活塞座的结构示意图8是本实用新型实施例提供的镶块的示意图。
具体实施方式
本实用新型第一实施例提供一种单作用活塞，该活塞可以与双作用活塞 配合形成活塞组，用于曲柄双圓滑块往复活塞式内燃机中。所述双作用活塞
可以采用现有^t术下提供的形式。例如，中国专利文献CN1067741C的图10、 图11提供的双作用活塞形式。图1、图2即分别为才艮据上述专利文献才是供的 双作用活塞的图10、图11。以下对该双作用活塞进行简要的说明。
从图1、图2可以看出，该双作用活塞的两端为形状和尺寸均相同的工作 部，在本实用新型中，将该工作部称为冠部l;该冠部l呈圆柱形，其顶面为 活塞顶1-1,该活塞顶1-1为内燃机燃烧室的下底，其外柱面上设置有安装活 塞环的活塞环槽l-2，该部分称为活塞环带。该活塞的中段为呈扁形体的导向 部2,其导向面2-1和汽缸相配合，在导向部中心，垂直于扁形体的平面制有 安装圆滑块的圆滑块容置孔2-2。除了上述主要结构以外，上述图1、图2还 示出了油槽、油孔等润滑结构。对于这些结构，在本实施例中不再详细it明。
上述双作用活塞的特点是，该活塞的冠部1和导向部2为一个整体，一 体制成。但是由于活塞不同部位的工况相差很大，如果全部采用同样的材料 制成，则不能灵活针对各个部分的不同工况选才奪相适应的材料。为此，对于 上述双作用活塞，可以根据其不同的部位的外形特征，分为几个部分，分别 单独加工，然后再连接为一体，形成一个完整的双作用活塞。这样，就可以 根据不同部分的工况选择不同的材料。请参看图3，该图示出一种组合式双作 用活塞，该活塞包括分别单独制成活塞座3以及该活塞座3两头的冠部4，两 者通过连接螺钉5连接为一体。
请参看图4，该图示出该双作用活塞的冠部4的结构，其中，图4-l是冠 部4的左视图，图4-2是冠部4的仰视图。
所述冠部4上部与普通活塞基本相同，包括活塞顶4-1以及活塞环带4-2， 该活塞未设置活塞裙部，而是伸出两个导向侧板4-3，在每个导向侧板4-3上 设置了沉孔4-3-1。该导向侧板4-3的外径比所述活塞环带4-2的外径稍大， 使其在活塞与汽缸的内径面摩擦配合中起主要的作用。
从图4-2可以看出，在该冠部4的活塞顶4-l下部，设置有十字形的加强肋4-4,其中第一加强肋4-4-1连接两个导向侧才反4-3和活塞顶4-1底面，第 二加强肋4-4-2垂直于所述第一加强肋4-4-1设置，并连接活塞环带4-2两侧 的内壁和活塞顶4-1的底面，在所述第一加强肋4-4-1和第二加强肋4-4-2相 交的位置设置有连接到活塞顶4-1底面的承力圓柱4-5。该冠部4的下部开口 具有内止口 ，该内止口的止口平面4-6与所述上述第一加强肋4-4-1和第二加 强肋4-4-2以及承力圆柱4-5的底面共同形成一个承力面。该承力面为一个平 整的底面，称为冠部浑义力面4-7。
请参看图5,该图示出本实用新型实施例所提供的组合式双作用活塞的活 塞座3。其中，图5-1为该活塞座3的正视图，图5-2是该活塞座3的俯视图。
该活塞座3包括圆滑块容置体3-l以及该圆原滑块容置体3-l上下端的对 称设置的连接架3-3。
所述圆滑块容置体3-l设置在活塞座3中部，该圆滑块容置体3-l的整体 为圆环状的扁平体，其中心圆环就是圆滑块容置孔3-2，该圆滑块容置孔3-2 用于容置圆滑块，其圆环内壁需要安置滑动轴承或者滚动轴承。
所述连接架3-3对称设置在所述圓滑块容置体3-l的上下端，这是与该活 塞上下对称设置有两个冠部相适应的。所述连接架3-3包括活塞座承力架3-3-1 以及支撑该活塞座承力架3-3-1的两个侧边3-3-2和一个中心支撑柱3-3-3。
所述两个侧边3-3-2从所述圆滑块容置体3-1两侧的对称位置以垂直于圆 滑块容置孔3-2的轴线方向伸出，侧边3-3-2为内外径均为圆弧状的条状物， 其上开有螺紋孔或者通孔，为了便于使用连接件连接，该开有螺紋孔或者通 孔的位置上设有相应的凸台3-3-6，以增加该螺紋孔或者通孔的深度。所述中 心支撑柱3-3-3则在左右侧边3-3-2的中间位置垂直于圆滑块容置孔3-2的轴 线伸出，该中心支撑柱3-3-3为圆柱状。所述活塞座承力架3-3-1包括圆环3-3-4 和在该圆环中心的十字支撑架3-3-5，该十字支撑架3-3-5的一个支撑边连接 所述两个侧边3-3-2,所述圆环3-3-4、十字支撑架3-3-5和中心支撑柱3-3-3 上表面形成完整的活塞座承力面3-3-7,该平面和所述冠部寿义力面4-7相配， 两者互为配合面。该活塞座承力面3-3-7所在平面垂直于所述圆滑块容置孔 3-2端面所在平面，该活塞座承力架3-3-1的厚度则与所述冠部4下部的内止 口高度基本相同。上述侧边3-3-2和中心支撑柱3-3-3共同支撑所述活塞座承 力架3-3-1,起到传力作用。
7组装时，将所述冠部4的冠部承力面4-7和所述活塞座3的活塞座承力面
3- 3-7相互贴合，其中，所述冠部承力面4-7的止口平面4-6与所述圆环3-3-4 的上表面相对。具体而言，所述第一加强肋4-4-1和第二加强肋4-4-2以及岸义 力圆柱4-5的底面与所述十字支撑架3-3-5和中心支撑柱3-3-3的上表面相对， 所述止口平面4-6和圆环3-3-4相对。由于活塞座承力架3-3-l的厚度与所述 冠部4下部的内止口高度基本相同，使该活塞座承力架3-3-l的下底面和所述 冠部4圆柱的下底面基本平齐。此时，所述导向侧板4-3从连接架3-3的两个 侧边3-3-2外侧与其贴合，并且其沉孔4-3-1与侧边3-3-2上的螺紋孔或者通 孔相对，这样，可以使用螺钉或者铆钉将两部分连接在一起。图3示出两者 使用螺钉5连接在一起。该活塞座3两端都可以安装上冠部4，这样就组成了 一个具有两个冠部4的完整的活塞，可以与其它活塞一起应用在多缸才几上。 为了使所述冠部4和活塞座3的固定更加可靠，可以在两者的接触面上设置 螺钉或者铆钉等连接结构，将两者更为牢固的连接在一起。另外，为了减轻 活塞的整体质量，在冠部4的强度符合要求的情况下，可以在其第一加强肋
4- 4-1和第二加强肋4-4-2的中间位置开去重孔。
将上述活塞与另外一个单作用活塞一起可以形成三缸机，但是，如果直 接使用现有技术提供的单作用活塞，则该活塞与双作用活塞的质量存在明显 差异，而在仅有两个活塞的情况下， 一般要求两个活塞需要质量相同，因此， 直接使用现有技术提供的单作用活塞无法满足质量比要求。为此，需要对单 作用活塞进行专门设计。
请参看图6，该图示出一种单作用活塞，该活塞能够与上述整体式或者组 合式的双作用活塞相配合，形成用于三缸机的活塞组。
从图6可以看出，该活塞包括活塞座6、冠部7、镶块8三个部分，三者 通过螺钉9固定在一起。所述的冠部7与上述双作用活塞的冠部相同，在此 不再赘述，以下详细说明活塞座6的结构。
请参看图7,该图为本实用新型提供的带配重单作用活塞的活塞座6的结 构示意图。该活塞座6包括圓滑块容置体6-l以及该圆原滑块容置体6-l上部 设置的连接架6-3，以及在该连接架6-3对称位置设置的配重架6-4。其中， 所述圓滑块容置体6-1和连接架6-3与上述双作用活塞的相应部位的结构相 同。所述圆滑块容置体6-1上同样设置有圆滑块容置孔6-2,所述连接架6-3 8则包括活塞座承力架6-3-1以及支撑该活塞座承力架6-3-1的两个侧边6-3-2、 一个中心支撑柱6-3-3。其中，在两个侧边6-3-2上同样设置了沉孔，以便与 冠部7配合。与上述双作用活塞不同，与连接架6-3对称位置并没有设置另一 个连接架，而是设置了一个结构有所区别的配重架6-4。该配重架6-4包括两 个配重架侧边6-4-1、配重架中心支撑柱6-4-2以及配重条6-4-3。所述配重架侧边6-4-1与所述连接架6-3的侧边6-3-2对称设置，并且其 上设置有侧边沉孔6-4-5。配重架中心支撑柱6-4-2与所述连接架6-3的中心 支撑柱6-3-3对称设置，它们的端部以配重条6-4-3连接。所述配重条6-4-3 为一个厚重的条块，其作用在于提供一定的质量以平衡装配在该活塞另一头 的冠部的重量。该配重条6-4-3如果较宽，成为块状，则可以称为配重块。该 配重条6-4-3的上表面的中部设置有中心沉孔6-4-4,该中心沉孔6-4-4和设置 在配重架侧边6-4-1上的沉孔相配合，用于固定镶块8。请参看图8，该图示出所述镶块8的结构。所述镶块8为长条的U型，其底板设置有底面沉孔8-1,其两侧面设置有 侧面沉孔8-2。该镶块8可以通过上述沉孔等结构，固定在所述配重条6-4-3 上。该镶块8采用铝合金等材料制成，通过该镶块8和机体轨道配合，可以 获得摩擦系数较小的摩擦配副。组合上述活塞时，需要将所述冠部7、镶块8套在所述活塞座6上。其中， 冠部7的导向侧板上的沉孔和所述活塞座6的侧边6-3-2上的沉孔相对；所述 镶块8的底面沉孔8-1和配重条6-4-3的中心沉孔6-4-4相对，镶块8的侧面 沉孔8-2与所述配重架侧边6-4-1上的侧边沉孔6-4-5相对，然后通过螺4丁 9 将三者固定在一起。上述镶块8实际上包裹在活塞座6的外侧，因此，活塞 座6和机体轨道的接触面是通过上述镶块8实现，通过选择适当的材料，例 如铝合金，制作镶块8，可以使活塞获得与机体轨道的良好的摩擦配副。上述单作用活塞的冠部7和活塞座6的固定可以根据需要进一步加强， 例如，在两者相互配合的承力面上设置固定螺钉等。另外，上述单作用活塞采用配重条和镶块相结合的方式实现对冠部重量 的平衡，实际上，可以仅仅使用配重条或者配重块实现平衡，也不排除在所 述配重架上仅仅使用镶块进行配重，此时，只要在配重架侧边上设置用于安 装活塞镶块的连接结构即可。本实施例中即采用配重条或者配重块，又采用镶块，所述配重条或者配重块可以提供平衡冠部的重量，所述镶块的主要作 用是为活塞和机体轨道之间提供摩擦力较小的摩擦配副，同时也起到精确调 整配重。在一些情况下，不排除镶块并不包裹在活塞座外侧，此时，镶块仅 仅起到调节配重的重量的作用。使用上述单作用活塞，可以将其与一个前述的整体式或者组合式的双作 用活塞一起，形成活塞组，用于内燃机或者压缩机。这样构成的内燃机或者 压缩机有三个工作的冠部，相当于普通内燃机或者压缩^/L的三缸机。由于其 中的单作用活塞的两端重量平衡，因此该活塞组不会对整机的动平衡产生不 利影响，有效解决了现有技术下使用双作用活塞和单作用活塞组成三缸机存 在的问题。上述实施例中，单作用活塞采用组合式活塞，实际上，还可以采用现有 技术中的整体式活塞，此时，在单作用活塞未设置冠部的一端设置合适重量 的配重条或者配重块，就可以将该单作用活塞与双作用活塞配合形成一个用 于三缸才几的活塞组。尽管上述实施例以三缸机为例，实际上，该活塞组还可以用于组成其他 多缸机，尤其是具有单缸数的多缸机，例如，以两个双作用活塞和一个带配 重活塞一起，形成五缸机，该带配重活塞的重量可以等于两个双作用活塞之 和并且其轨道与两个双作用活塞的轨道垂直。此时需要对其配重的位置进行 适当布置，使活塞重心落在重心位置。除了上述实施方案以外，也可以基于实际设计中各种复杂因素的考虑， 使用两个带配重单作用活塞和一个双作用活塞配合形成四缸机。总之，采用 上述带配重单作用活塞之后，可以有效增进曲柄圆滑块机构形式的内燃机或 者压缩积/没计上的灵活性。上述实施例中提供的单作用活塞，实际上也可以作为活塞形式的动平衡 滑块使用。这些单作用活塞增加配重以后的重量应当根据与其它活塞配合的 需求确定。将上述活塞用于内燃机或者压缩机的活塞或者活塞形式的动平衡滑块， 可获得使用上述活塞的内燃机或者压缩机的实施例。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若千 改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。10
权利要求1、一种活塞，具体是用于曲柄圆滑块机构的单作用活塞，其特征在于，该活塞的活塞座上设置有配重体。
2、 根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞的配重体使该活 塞的重量与和该活塞配合使用的活塞相匹配。
3、 根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述活塞的配重体使该活 塞的重心落在其中心线上。
4、 根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述活塞的配重体相对所 述冠部设置在活塞的另一头。
5、 根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述单作用活塞的配重体， 具体是与活塞座一体的配重条或者配重块。
6、 据权利要求5所述的活塞，其特征在于，该活塞为组合式活塞。
7、 根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，在所述单作用活塞的配重 体上，通过连接件固定有镶块。
8、 根据权利要求7所述的活塞，其特征在于，所述镶块包裹在所述活塞 座的外侧，通过选择制成该镶块的材料，可通过该镶块起到改变活塞和机体 滑道之间的摩擦配副的作用。
9、 一种内燃机，其特征在于，该内燃机的活塞或者动平4軒滑块^f吏用至少 一个权利要求l-8任一项所述的活塞。
10、 一种压缩机，其特征在于，该压缩机的活塞或者动平衡滑块使用至 少一个权利要求l-8任意一项所述的活塞。
专利摘要本实用新型公开一种活塞，该活塞为应用于曲柄圆滑块机构的单作用活塞，该活塞的活塞座上设置有配重体。通过该配重体重量的选择，可以调节该活塞的质量，使其与组配的活塞具有合适的质量比；另外，还可以通过配重体在活塞座上的位置的选择，使活塞的重心位于所需的位置；通过上述作用，可以有效的增加曲柄圆滑块机构设计的灵活性。
文档编号F02F5/00GK201416632SQ20092010923
公开日2010年3月3日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者明 黎, 黎正中 申请人:北京中清能发动机技术有限公司