一种活塞组件和具有其的内燃机的制作方法

本发明涉及内燃机制造技术领域,具体涉及一种活塞组件和具有该活塞组件的内燃机。

背景技术：

活塞漏气量通常指发动机在工作过程中,从气缸内逃逸出的气体的流量，当活塞漏气量过大时会导致发动机动力性、经济性和排放指标的恶化。

活塞漏气量最主要的来源为活塞-活塞环背隙侧隙漏气以及活塞环开口漏气。

现有的技术主要致力于解决开口漏气。例如专利号为cn89210639.5的组合式无间隙活塞环和专利号为cn89214243.x的重叠活塞环密封结构只解决了或致力于解决开口漏气，对于侧隙背隙无解决方案；专利号为cn89213640.5的复合式多功能密封装置采用挡片机构密封，但挡片两端仍是漏气源；专利号cn2098596u的活塞环开口间隙密封装置本质是在活塞环开口增加密封装置，但由此带来了新的问题：首先，侧隙背隙漏气无本质解决方案；其次，定位机构极大的破坏了活塞结构降低强度；再次，该机构外圆面与缸孔贴合，需要极高的加工精度导致工艺性差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种活塞组件。

本发明还提供一种具有该活塞组件的内燃机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的活塞组件，包括：

活塞，所述活塞沿周向设有开口槽，所述开口槽包括沿着所述活塞轴线方向延伸的底壁和沿着所述活塞径向延伸的侧壁；

第一活塞环，所述第一活塞环形成为环形且套设于所述开口槽中，所述第一活塞环上设有第一开口；

第二活塞环，所述第二活塞环形成为环形且在所述活塞的轴线方向上紧邻所述第一活塞环套设于所述开口槽中，所述第二活塞环上设有第二开口，所述第一开口与所述第二开口不连通；

弹片机构，其形成为环形且套设于所述开口槽中，所述弹片机构设于所述第二活塞环与所述开口槽的侧壁之间，所述弹片机构上设有第三开口。

进一步地，所述第一开口与所述第二开口在所述活塞的周向上间隔180°。

进一步地，所述开口槽的槽底壁设为斜面。

进一步地，所述第一活塞环的内壁设为斜面且紧贴所述开口槽的底壁。

进一步地，所述第二活塞环的内壁设为斜面且紧贴所述开口槽的底壁。

进一步地，所述弹片机构的内壁设为斜面且紧贴所述开口槽的底壁。

进一步地，所述弹片机构包括：

第一支撑板，所述第一支撑板与所述第二活塞环的下端面连接；

第二支撑板，所述第二支撑板与所述开口槽侧壁连接；

弹性层，所述弹性层设于所述第一支撑板和第二支撑板之间。

进一步地，所述弹性层形成为横截面为沙漏形。

进一步地，所述第一活塞环上设有定位唇，所述定位唇配合在所述第二开口和所述第三开口内。

根据本发明第二方面实施例的内燃机包括根据上述实施例所述的活塞组件。

本发明上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的活塞组件，通过采用第一活塞环、第二活塞环和弹片机构相结合的结构，使背隙和相通开口不存在，以达到解决活塞漏气问题的目的，根据本发明实施例的活塞组件具有如下优点：1)在合适的弹性机构的弹力作用下，不考虑机加精度前提下，理论上采用该活塞组件的内燃机不存在活塞漏气，使优化甚至取消曲轴箱通风系统、迷宫结构成为了可能，并对排放性、发动机小型化、轻量化提供极大的好处；2)由于活塞组件具有好的密封性，发动机的动力性和经济性得到略微改善，机油使用寿命得到极大提升；3)结构简单，加工方便成本低、工艺性好；4)将传统的两道气环合并在一处，使得活塞取消了二环岸，从而降低活塞高度、减少活塞重量以达到减少往复质量的目的，有利于提升经济性。

附图说明

图1为现有技术的活塞组件的背隙侧隙漏气示意图；

图2为图1中a区域的放大图；

图3为现有技术的的活塞组件的开口漏气示意图；

图4为现有技术的的活塞组件的侧隙和背隙示意图；

图5为本发明实施例的活塞组件的结构示意图；

图6为本发明实施例的第一活塞环、第二活塞环和弹片机构的结构示意图；

图7为本发明实施例的弹性机构自然状态示意图；

图8为本发明实施例的弹性机构压缩状态示意图。

附图标记：

活塞组件100；

活塞10；开口槽11；底壁12；侧壁13；

第一活塞环20；第一开口21；定位唇22；

第二活塞环30；第二开口31；

弹片机构40；第三开口41；第一支撑板42；第二支撑板43；弹性层44。

气缸壁50；

活塞环60；第四开口61。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明是本申请的发明人基于以下事实和发现所作出的发明创造。

活塞漏气量通常指发动机在工作过程中,从汽缸内逃逸出的气体的流量，当活塞漏气量过大会导致发动机动力性、经济性和排放指标的恶化。

活塞漏气量最主要的来源有两个：背隙侧隙漏气(如图1和图2所示)以及开口漏气(如图3所示)。

其中图2通过箭头标明了背隙侧隙漏气过程中的气缸内气体方向，图3通过箭头标明了开口漏气过程中的气缸内气体方向，从一第四开口61流向另一与其相通的第四开口61。

如图4中的c区域所示，活塞环60的侧隙是指装入活塞后，活塞环60的端面与活塞环槽之间的间隙(轴向)，如图4中的b区域所示，背隙是指活塞与活塞环60装入气缸后，在活塞环60背部与活塞环槽底之间的间隙(切向)。

基于此，本申请的发明人经过长期研究和发现，得出如下发明创造。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的活塞组件100。

如图5和图6所示，根据本发明实施例的活塞组件100包括活塞10、第一活塞环20、第二活塞环30和弹片机构40。

具体而言，活塞10沿周向设有开口槽11，开口槽11包括沿着活塞10轴线方向延伸的底壁12和沿着活塞10径向延伸的侧壁13，第一活塞环20形成为环形且套设于开口槽11中，第一活塞环20上设有第一开口21，第二活塞环30形成为环形且在活塞10的轴线方向上紧邻第一活塞环20套设于开口槽11中，第二活塞环30上设有第二开口31，第一开口21与第二开口31不连通，弹片机构40形成为环形且套设于开口槽11中，弹片机构40设于第二活塞环30与开口槽11的侧壁13之间，弹片机构40上设有第三开口41。

换言之，根据本发明实施例的活塞组件100，主要由活塞10、第一活塞环20、第二活塞环30和弹片机构40组成，活塞10沿周向设有开口槽11，开口槽11形成为活塞环槽，在开口槽11内自下而上依次设有弹片机构40、第二活塞环30和第一活塞环20，且弹片机构40、第二活塞环30和第一活塞环20位于开口槽11的两个沿着活塞10径向延伸的侧壁13之间。其中，弹片机构40、第二活塞环30和第一活塞环20均为环形，在弹片机构40上设有第三开口41，在第一活塞环20上设有第一开口21，在第二活塞环30上设有第二开口31，其中第一开口21与第二开口31不连通，能够缓解活塞漏气的问题。并且，通过弹片机构40能够通过提供弹力使第一活塞环20和第二活塞环30一直轴向紧贴，不存在相通的开口区域。

由此，根据本发明实施例的活塞组件100，通过采用活塞10与第一活塞环20、第二活塞环30和弹片机构40相组合的装置，通过使第一开口21与第二开口31不连通，并且通过弹片机构40使第一活塞环20和第二活塞环30一直轴向紧贴，将传统的两道气环合并在一处，使得活塞10取消了二环岸，从而降低活塞10的高度、减少活塞10的重量以达到减少往复质量的目的，不仅有利于提升经济性，而且能够有效缓解活塞漏气的问题、具有优良的密封性，而且使发动机的动力性和经济性得到略微改善，机油的使用寿命也能得到极大提升。

根据本发明的一个实施例，第一开口21与第二开口31在活塞10的周向上间隔180°，通过确保活塞10在往复过程中第一开口21与第二开口31不连通，进而有效缓解漏气问题。

在本发明的一些具体实施方式中，开口槽11的槽底壁12设为斜面。

进一步地，第一活塞环20的内壁设为斜面且紧贴开口槽11的底壁12。

进一步地，第二活塞环30的内壁设为斜面且紧贴开口槽11的底壁12。

需要说明的是，第一活塞环20、第二活塞环30分别与槽底壁12切向贴合，避免产生背隙，减少侧隙背隙漏气情况。

根据本发明的一个实施例，弹片机构40的内壁设为斜面且紧贴开口槽11的底壁12，避免由于背隙造成的漏气情况。

如图7和图8所示，在本发明的一些具体实施方式中，弹片机构40包括第一支撑板42、第二支撑板43和弹性层44。

具体而言，第一支撑板42与第二活塞环30的下端面连接，第二支撑板43与开口槽11侧壁13连接，弹性层44设于第一支撑板42和第二支撑板43之间。

可选地，弹性层44形成为横截面为沙漏形。

需要说明的是，在活塞10上行过程(压缩、排气)中，第一活塞环20、第二活塞环30在弹片机构40的轴向弹力作用下，与活塞10一同上行，由弹片机构40的轴向弹力保障第一活塞环20、第二活塞环3与槽底壁12斜面的贴合。在活塞下行过程(做功、吸气)中，第一活塞环20和第二活塞环30受槽底壁12斜面的作用力，该作用力可分解为切向分力和轴向分力，其中切向分力使第一活塞环20、第二活塞环30密封性更好，轴向分力推动第一活塞环20和第二活塞环30和活塞10共同下行。活塞10在静止时刻(上、下止点)，由弹片机构40的弹力保障第一活塞环20和第二活塞环30与槽底壁12斜面的贴合。

当活塞组件100在受热变形时，由于第一活塞环20和第二活塞环30往往采用铸铁或钢制材料等，活塞10通常可采用铝制材料，因此热变形情况相差大，在受热变形过程中，第一活塞环20和第二活塞环30相对活塞10膨胀变大，由于气缸壁和活塞10的槽底壁12的共同挤压作用，活塞10、第一活塞环20和第二活塞环30整体下移并压缩弹片机构40，当活塞10相对于第一活塞环20和第二活塞环30膨胀变大时，弹片机构40提供的轴向弹力使得第一活塞环20和第二活塞环30整体上移。

在活塞10上行、下行、静止以及受热变形过程中，第一活塞环20和第二活塞环30与槽底壁12一直贴合，不存在背隙，减少侧隙背隙漏气，同时由于第一活塞环20和第二活塞环30一直轴向紧贴，不存在相通的开口区域，减少开口漏气。

根据本发明的一个实施例，第一活塞环20上设有定位唇22，定位唇22配合在第二开口31和第三开口41内，定位唇22可用以防止在活塞组件100在运转和使用过程中第一开口21、第二开口31和第三开口41发生相对转动。

总而言之，根据本发明实施例中的活塞组件，能够在合适的弹片机构的弹力下，不考虑机加精度前提下，理论上采用活塞组件的内燃机不存在活塞漏气，使优化甚至取消曲轴箱通风系统、迷宫结构成为了可能，并对排放性、发动机小型化和轻量化提供极大的好处，由于活塞组件具有很好的密封性，发动机的动力性和经济性得到略微改善，机油的使用寿命得到极大提升，不仅具有结构简单，加工方便成本低、工艺性好等优点，还能将传统的两道气环合并在一处，使得活塞取消了二环岸，从而降低活塞的高度、减少活塞的重量以达到减少往复质量的目的。

根据本发明第二方面实施例的内燃机包括根据上述实施例的活塞组件，由于根据本发明实施例的活塞组件具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的内燃机也具有相应的技术效果，即能够有效地解决活塞漏气的问题，进而提升经济性。

根据本发明实施例的内燃机的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。

根据本发明实施例的活塞组件100在使用时，根据本发明实施例的活塞组件在使用时，在活塞上行过程中，第一活塞环和第二活塞环在弹片机构的轴向弹力作用下，与底壁斜面保持贴合。在活塞下行过程中，第一活塞环和第二活塞环在底壁斜面的作用力下，与底壁斜面保持贴合，保证密封性。在活塞静止时刻，通过弹片机构使第一活塞环和第二活塞环与底壁斜面保持贴合。在受热变形过程，在气缸壁和底壁斜面以及弹片机构的相互作用下，使第一活塞环和第二活塞环与底壁斜面保持贴合，在以上全部过程中第一活塞环和第二活塞环与活塞环槽切向一直贴合，不存在背隙，同时由于第一活塞环和第二活塞环一直轴向紧贴，因此不存在相通的开口区域。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。