一种小间隙、低摩擦活塞组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞、缸套、活塞环及活塞销；活塞由头部和裙部组成；活塞头部横截面为椭圆。本实用新型活塞气密性较好，提高燃烧效率，进而提高压缩压力，节省燃油，尾气排放随着降低。
【专利说明】一种小间隙、低摩擦活塞组件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种小间隙、低摩擦活塞组件，其应用于引擎、压缩机等柱塞式机械中。
【背景技术】
[0002]活塞组件一般包括活塞、缸套、活塞环及活塞销，活塞环一般包括气环和油环，对应地，活塞上形成环槽，通常情况下，活塞上面第一、第二环槽安装气环，起到传热及密封作用，而最下面的环槽安装油环，起到布油及刮油的作用。活塞组件在缸套中往复运动，通过进气阀吸入气体，并以10倍左右的压缩比产生高温度，此时喷射燃油，形成爆炸，产生动力。活塞组件为引擎、压缩机等柱塞式机械主要核心运动件，承载着高速运动、高压及高温。
[0003]现有技术中，活塞设计为横截面为正圆，且活塞的尺寸与气缸相配合,活塞在气缸中上下运动。气缸的上部由缸盖、进排气阀与整个机体组成，气缸的内孔下部开口，以便连杆。活塞通过活塞销与连杆连接，而连杆与曲轴连接，把往复式的动力转换成旋转扭力，通过曲轴后端输出给变速箱，形成驱动。
[0004]活塞组件在高速及高温下会产生热膨胀，活塞材料一般是铝合金制造，而缸套一般是铸铁；众所周知，铝的热膨胀是铁的2.5倍，所以需要在活塞与缸套之间留有间隙，一般在0.07mm到0.17mm (毫米)。然而，所述间隙会造成气密性泄漏及产生横向振动，机械效率降低；而且，该间隙如果设计或磨损过大，直接影响该总成的品质，且决定该总成是否需要维修，甚或报废，因此，活塞与缸套之间配合间隙起着主导作用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种气密性较好的小间隙、低摩擦活塞组件。
[0006]为达成上述目的，本实用新型的解决方案为:
[0007]一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞、缸套、活塞环及活塞销；活塞由头部和裙部组成；活塞头部横截面为椭圆。
[0008]进一步，做功后活塞往复运动高温、高压、膨胀状态下，活塞头部由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞头部与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm。
[0009]进一步,椭圆长轴与短轴直径之差为0.05mm至0.10mm。
[0010]进一步，活塞裙部横截面为椭圆，裙部长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm至
0.05mmo
[0011]进一步，裙部长轴处与气缸壁的之间的间隙为0.02 _。
[0012]进一步，椭圆短轴与缸壁之间的间隙与长轴与缸壁之间的间隙之差为0.40_至
0.60mmo
[0013]进一步，活塞头部短轴两端垂直对应活塞裙部长轴两端，而活塞销设置在活塞头部中，与活塞头部短轴平行。
[0014]采用上述方案后，本实用新型活塞头部横截面为椭圆，活塞往复运动状态下，活塞头部承载燃料爆炸产生的压力，该压力传输给活塞销两端，而活塞销中部连接连杆，此时，连杆给活塞销一个反向推力，并传导给活塞头部，活塞头部在压力及反向推力的作用下，由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞头部与缸壁(缸套内壁)的之间的间隙较现有技术小，间隙为0.02mm-0.05mm。因此，本实用新型与现有技术相比，其活塞气密性较好，提高燃烧效率，进而提高压缩压力，节省燃油，尾气排放随着降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型主视图(一半为剖视图)；
[0016]图2是本实用新型安装在汽缸中的剖面图；
[0017]图3是本实用新型的俯视图；
[0018]图4是本实用新型应用于压缩机结构示意图；
[0019]图4-A本实用新型应用于压缩机后与缸壁匹配形面图；
[0020]图5是本实用新型应用于引擎结构示意图；
[0021]图5-A是本实用新型应用于引擎后与缸壁匹配形面图。
[0022]标号说明
[0023]活塞I环槽(11、12、13)
[0024]头部14裙部15
[0025]活塞环2气环2`1
[0026]油环22活塞销3
[0027]缸套4。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0029]参阅图1至图3所示，本实用新型揭示的一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞
1、活塞环2、活塞销3及缸套4。
[0030]其中，活塞环2包括气环21和油环22，本实施例中设置两个气环21及一个油环22,对应地，活塞I上形成三个环槽(11、12、13 )，位于上面的两个环槽(11、12 )安装气环21，起到传热及密封作用，而位于最下面的环槽13安装油环22，起到布油及刮油的作用。
[0031]活塞I由头部14和裙部15组成，活塞I头部14横截面为椭圆，如图3所示，椭圆长轴与短轴直径之差为0.05mm至0.10mm。活塞I在缸套4中往复运动，在高温、高压、膨胀状态下，活塞I头部14温度一般达到200°C至300°C (活塞I裙部15的温度一般达到100°C至150°C)，活塞I头部14承载燃料爆炸产生的压力(一般相当于1000kg物重产生的压力)，该压力通过销座16传输给活塞销3两端(销座16设置在活塞I头部14中间位置)，而活塞销3中部连接连杆(图中未示出)，此时，连杆给活塞销3 —个反向推力，并传导给活塞I头部14，活塞I头部14在压力及反向推力的作用下，由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞I头部14与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm,间隙变为极小。活塞I头部14与活塞环2及缸套4 一起承载压力，且起到密封作用，其气密性较好，提高燃烧效率，进而提闻压缩压力。
[0032]活塞I头部14的下面是裙部15，承载着活塞I往复、换向时产生的侧压力，为了使活塞I上下运动平稳，避免活塞I摇摆运动，使整机运转平顺，活塞I裙部15横截面也为椭圆，椭圆短轴与缸壁之间的间隙与长轴与缸壁之间的间隙之差为0.40_至0.60_，裙部15长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm，优选为，裙部长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm，即润滑油膜的厚度。
[0033]本实施例中，活塞I头部14短轴两端垂直对应活塞I裙部15长轴两端，而活塞销3设置在活塞I头部14中，与活塞I头部14的短轴平行，即活塞销3与活塞I裙部15长轴上下交叉设置，使得活塞I在汽缸4中往复运动状态下，活塞I头部14由横截面为椭圆形变为渐正圆，且活塞I运行更为平稳。
[0034]图4为本实用新型应用于压缩机结构示意图，而图4-A为应用于压缩机后与缸壁匹配图；图5为本实用新型应用于引擎结构示意图，而图5-A为应用于引擎后与缸壁匹配图。由此可见，活塞I与缸壁上下的间隙差别，因结构、温度、压力分布在不同部位，如同样的引擎，分装在巴士、卡车也会是不同接触形面，本实用新型活塞I为弹性体，与缸壁之间的间隙小，使活塞I运转的摩擦力较小，热稳定较好，引擎、压缩机在低负荷运转时，活塞I与缸套4之间间隙约为油膜厚度，即极小的缝隙。当热负荷加大时，随着温度与压力变化，活塞I结构也跟着变化，形面由椭圆渐变渐正圆，适应并保持与缸壁配合，增加密封、压缩压力提高而燃烧效率改善，节省燃油，尾气排放随之降低。
[0035]以下为本实用新型的实验结果:
[0036]用奔驰OM 447的引擎标准与本实用新型做对比，原机活塞与缸套间隙0.19至
0.21mm，本实用新型活塞与缸套间隙0.03至0.05mm ;燃油供油量140cc减到128cc，即8%的节省；缸压 从20bar，提提升到23bar ;动力、扭矩从原机的加速时间20秒0_60 km/h.，提升到18秒；黑烟HSU40，减为HSU17-20 ;跟踪15万公里后复测，均保持良好指标，而且缸压增加至26bar;黑烟平均HSU4.6。
[0037]工业压缩机应用本实用新型，对比效果更明显，见下表:
[0038]工业压缩机采用本实用新型前后对比
[0039]表一，环境温度33°C (IHP)
[0040]
【权利要求】
1.一种小间隙、低摩擦活塞组件，包括活塞、缸套、活塞环及活塞销；活塞由头部和裙部组成；活塞头部横截面为椭圆；做功后活塞往复运动高温、高压、膨胀状态下，活塞头部由横截面为椭圆形变为渐正圆，使得活塞头部与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05mm。
2.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于:椭圆长轴与短轴直径之差为0.05mm至0.10_。
3.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于:活塞裙部横截面为椭圆，裙部长轴处与缸壁的之间的间隙为0.02mm至0.05_。
4.如权利要求3所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于:裙部长轴处与气缸壁的之间的间隙为0.02 mm。
5.如权利要求3所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于:椭圆短轴与缸壁之间的间隙与长轴与缸壁之间的间隙之差为0.40mm至0.60mm。
6.如权利要求1所述的一种小间隙、低摩擦活塞组件，其特征在于:活塞头部短轴两端垂直对应活塞裙部长轴两端，而活塞销设置在活塞头部中，与活塞头部短轴平行。
【文档编号】F02F3/00GK203532083SQ201320427579
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】周继斌 申请人:周继斌