一种发动机及活塞的制作方法

本实用新型涉及发动机领域，特别涉及一种活塞。本实用新型还涉及一种具有该活塞的发动机。

背景技术：

近些年，由于天然气发动机在节能减排以及大气污染防治方面的优势，我国天然气发动机得到了快速发展和广泛应用。

随着国家排放法规的由国五升级到国六，为满足gb17691-2018规定的国ⅵ排放标准，结合egr(废气再循环)技术，天然气发动机由原来的稀薄燃烧技术路线改为当量燃烧技术路线，基本上只要把原来柴油机的燃油系统更换成天然气系统，然后把活塞加工变为普通的压缩比，经过这两个大的方向的改进，一台柴油发动机就可变成天然气发动机，发动机的成本相对较低。相对于稀薄燃烧技术，当量燃烧技术需要非常精确的空燃比控制策略，且机体成本较高，但其拥有马力高、排放控制简单等优势。

但gb17691-2018规定的国六排放标准中对pn(颗粒污染物粒子数量)有很严格的要求，而pn的主要来源是燃烧室内机油的燃烧产生的，天然气发动机烧机油现象一直以来没有得到很好的解决。现有的解决方案是采用活塞环组的改进，即油环采用钢带组合油环来控制机油在发动机运行期间，减少由于泵吸而进入燃烧室的机油量来实现。但仍不能有效的解决发动机在怠速期间大量机油窜入燃烧室参与燃烧的问题。

如何解决天然气发动机烧机油问题成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种活塞，该活塞能够降低了发动机的机油油耗和pn排放量。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述活塞的发动机。

为实现上述目的，本实用新型提供一种活塞，包括活塞顶部、活塞头部和活塞裙部，所述活塞头部开设气环槽；所述活塞裙部开设相对其外圆柱面内凹的活塞面窗，所述油环槽远离所述气环槽下方开设储油槽，所述储油槽与所述活塞面窗连通；所述活塞面窗延伸至与所述活塞裙部末端平齐，且二者的末端设置与所述活塞面窗一体连通的卸油口。

可选地，所述储油槽和所述活塞面窗之间设有连通二者的矩形槽。

可选地，所述活塞裙部开设活塞销孔，所述活塞面窗对称设于所述活塞销孔的两侧。

可选地，所述活塞面窗靠近所述活塞销孔的一侧为与所述活塞销孔共圆心设置的圆弧段，所述活塞面窗远离所述活塞销孔的一侧为相对所述活塞的轴线倾斜设置的直线段；所述矩形槽和所述卸油口设于所述圆弧段和所述直线段之间，所述矩形槽的槽宽大于所述卸油口的宽度。

可选地，所述直线段与所述活塞的轴线的夹角为7°～15°。

可选地，所述活塞面窗的槽底与所述矩形槽的槽底之间的间距为5～15mm。

可选地，所述活塞面窗沿靠近所述活塞头部方向槽深增加，所述活塞面窗的槽底轮廓与所述活塞的中轴线的夹角为4°～7°。

可选地，所述活塞面窗靠近所述活塞头部处的槽深大于所述矩形槽的槽深，所述活塞面窗和所述矩形槽的槽底处以圆角过渡。

本实用新型还提供一种发动机，包括上述任一项所述的活塞。

众所周知，活塞包括活塞顶部、活塞头部和活塞裙部，为了提高活塞的气密封，活塞头部开设气环槽和油环槽。本实用新型所提供的活塞其活塞裙部开设活塞面窗，油环槽的下方则开设储油槽，活塞面窗的上部和开设在油环槽下方的储油槽连通，活塞面窗的下部延伸至活塞或活塞裙部末端，在活塞裙部的末端设置连通活塞面窗的卸油口。该活塞面窗及卸油口的设置增加了活塞下行过程中从气缸壁由油环刮下来的机油的卸油速度，使油环从气缸壁刮下来的机油以尽可能快的方式通过此活塞面窗结构释放到油底壳，当发动机在怠速期间，产生泵吸机油的时候，油环以下及活塞面窗内仅有极少的储油量，不会出现大量机油通过泵吸进入燃烧室参与燃烧，从而降低机油油耗和pn排放量，使得发动机满足gb17691-2018的排放规定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的活塞的结构图；

图2为图1的a-a截面图；

图3为图2的b-b截面图。

1-活塞顶部、2-活塞头部、21-气环槽、22-油环槽、3-活塞裙部、4-活塞面窗、41-圆弧段、42-直线段、5-储油槽、6-矩形槽、7-卸油口、8-活塞销孔、9-油环支撑面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

发动机烧机油的主要原因在于活塞在下行时，油环刮下来的机油主要存在油环下方及活塞面窗4内，由于活塞面窗4结构设计的问题导致此处积聚大量机油，只有到活塞运行到最底部时才会得到部分释放，而在整个下行过程已经有大量的机油通过泵吸和积聚机油自身的压力窜入燃烧室参与燃烧，发生烧机油现象，并且燃烧后产生的大量颗粒污染物,造成pn(颗粒污染物粒子数量)不合格，无法满足gb17691-2018的规定。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本实用新型实施例所提供的活塞的结构图，图2为图1的a-a截面图，图3为图2的b-b截面图。

本实用新型所提供的活塞，包括活塞顶部1、活塞头部2和活塞裙部3，活塞头部2开设气环槽21和油环槽22，油环槽22设置在气环槽21远离活塞头部2的下侧，油环槽22的下侧设置储油槽5，活塞裙部3则开设相对其外圆柱面内凹的活塞面窗4。为提高活塞的卸油能力，特别将活塞面窗4的上部与储油槽5连通，将活塞面窗4的底部延伸至活塞裙部3的末端并设置卸油口7。在活塞下行油环刮除与气缸壁之间的机油时，机油进入储油槽5，并经过储油槽5进入活塞面窗4，从活塞面窗4下部的卸油口7将机油排出，避免了大量机油进入发动机燃烧室燃烧，从而降低了发动机机油油耗和pn排量。

在本实用新型所提供的具体实施例中，气环槽21开设为两道，气环槽21用来装设和气缸壁配合提升气密封的气环；从活塞顶部1向下数第二道气环槽21的下方开设油环槽22，油环槽22内用来装配和气缸壁配合的、将机油从气缸壁刮除以减少向燃烧室泄漏机油的油环。油环槽22的下方为活塞裙部3，油环槽22与活塞裙部3之间设有储油槽5，储油槽5用来储存油环刮除的机油。为避免发动机怠速运行时，通过泵吸将储油槽5及活塞面窗4内储存的机油吸入燃烧室造成烧机油现象，本实用新型将储油槽5通过矩形槽6与活塞面窗4连通，同时将活塞面窗4延伸至活塞裙部3的底端并设置卸油口7，实现将储油槽5和活塞面窗4内的机油及时排出，降低进入燃烧室的机油量。

应当指出的是，上述矩形槽6并非是规则的平面矩形，而是开设在活塞裙部3圆柱面上的“矩形圆弧面凹槽”，该矩形槽6的正投影为矩形。具体来说，本申请对气环槽21和油环槽22的数量以及储油槽5和矩形槽6的结构并不做具体限定，只要储油槽5能够满足储油要求、矩形槽6起到连通储油槽5和活塞面窗4进行卸油即可。活塞面窗4和矩形槽6均为相对于活塞裙部3外圆柱面内凹的凹槽，在活塞与发动机气缸壁装配到位后，活塞面窗4和矩形槽6与气缸壁配合形成储油腔体和卸油通道。

在上述实施例中，活塞面窗4具体设置为四个，四个活塞面窗4两两为一组，一组活塞面窗4对称设置在活塞销孔8的两侧。综合考虑活塞的减重要求、活塞销孔8外侧的刚度以及活塞面窗4的储油卸油能力，特别将活塞面窗4设置为如下的非规则形状。

具体来说，活塞面窗4靠近活塞销孔8的一侧设置为圆弧段41，该圆弧段41优选为与活塞销孔8共圆心的圆弧段41，图1中r1表示活塞销孔8的半径，r2则表示圆弧段41的半径，活塞面窗4远离活塞销孔8的一侧的轮廓设置为相对活塞轴线倾斜的直线段42(由于圆弧段41和直线段42均跨越活塞裙部3的外圆柱面，这里所说的圆弧段41或直线段42均指其正投影为圆弧或直线)。矩形槽6设置在圆弧段41和直线段42的顶部之间，卸油口7对应设置在圆弧段41和直线段42的底部之间，且矩形槽6的宽度大于卸油口7的宽度。

从活塞面窗4的深度来讲，活塞面窗4也非等深的平底槽，具体结构可参考图2，活塞面窗4的槽深呈自下至上逐渐增大，也即活塞面窗4的深度从卸油口7朝向矩形槽6的方向深度增加。如此以来，在保障活塞销孔8两侧刚度的前提下增大了活塞面窗4的储油量和卸油速度，保证油环刮除的机油能够顺利进入活塞面窗4并从卸油口7排出。

经过重复性试验对活塞面窗4的结构进行改良，在保证活塞刚度和卸油速度的前提下，本申请所提供活塞其活塞面窗4相对于活塞裙部3外圆柱面的深度h设置为5～15mm；活塞面窗4槽底的轮廓线与活塞的轴线或活塞裙部3外圆柱面母线的夹角β在4°～7°范围内；直线段42的正投影与活塞轴线的夹角设置为7°～15°。活塞面窗4的槽深大于矩形槽6的槽深，且活塞面窗4的槽底与矩形槽6的槽底处采用圆弧/圆角过渡，圆弧/圆角半径为r3，r3的取值可根据h的取值灵活调整。

请参考图3，活塞用来支撑油环的油环支撑面9与油环装配后，二者的接触面积应当大于油环支撑面9的2/3，通常在加工时大于等于80％。矩形槽6为设置在油环下方储油槽5处、与活塞面窗4连通的通道。当活塞下行带动油环沿气缸壁刮油时，机油最先进入储油槽5，刮下来的机油迅速填满储油槽5并通过矩形槽6进入活塞面窗4，随着机油的积聚，从活塞面窗4下方的卸油口7流出，达到及时卸油的目的。当发动机在怠速期间泵吸机油时，油环以下和活塞面窗4内进油极少的储油量，不会出现大量机油通过泵吸进入燃烧室参与燃烧，从机油进入燃烧室的源头避免烧机油现象，降低机油油耗，燃烧后的尾气满足gb17691-2018的排放要求。

本实用新型还公开一种发动机，包括上述具体实施例所描述的活塞，发动机的其他部分及活塞与发动机气缸壁的装配可以参照现有技术，本文不再展开。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的发动机及活塞进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。