曲柄圆滑块机构的活塞及其内燃机 【技术领域】
本发明涉及活塞，具体涉及一种曲柄圆滑块机构的活塞。本发明同时还涉及一种曲柄圆滑块机构的内燃机。
背景技术
在传统的内燃机中，通过曲柄连杆结构将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，进而由该曲轴驱动相应的运动部件，对外输出动力。然而，在所述的曲柄连杆机构中，由于连杆的存在，曲柄连杆机构的内燃机具有体积庞大、笨重、平衡性能差等缺陷。
为解决上述问题，审定公告日为1988年1月13日、公告号为CN85200358B的中国专利公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”；授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067741C的中国专利公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”；授权公告日为2001年6月27日、授权公告号为CN1067742C的中国专利公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。
上述中国专利公开的内燃机共同特点是其中的往复运动与旋转运动的转换机构中，用圆滑块取代了连杆，用曲柄圆滑块机构取代了曲柄连杆机构。这使得往复运动与旋转运动之间的转换机构得以简化，采用该转换机构的内燃机相对于传统的内燃机体积下降，重量减轻，且平衡性能好。
具体的，曲柄圆滑块机构的运动转换机构中，在活塞的活塞座上设置有圆滑块容置孔，圆滑块上设置有偏心圆孔。装配时，将圆滑块置于所述的圆滑块容置孔中，圆滑块可在所述圆滑块容置孔中转动；曲轴的曲柄销装配于所述的偏心圆孔中，曲柄销也可以在所述偏心圆孔中转动。通过活塞带动设置于其中的圆滑块做往复运动，而圆滑块在所述活塞中同时做旋转运动，所述往复运动与旋转运动的合成使得圆滑块上的偏心圆孔的中心轴线绕曲轴的中心轴线做旋转运动；而所述偏心圆孔的中心轴线与曲轴的曲柄销的轴线重合，从而可实现活塞的往复运动到曲轴的旋转运动的转换。
上述的中国专利公开的曲柄圆滑块机构的活塞与传统的曲柄连杆机构的活塞有着较大的不同，因而，其冷却以及润滑系统也与所述的传统的活塞不同，需要研制新的结构以适应该曲柄圆滑块机构的活塞冷却和润滑的要求。
【发明内容】
本发明提供一种曲柄圆滑块机构的活塞，本发明的活塞具有供油通路，可以实现在压力润滑油下工作以及对活塞顶部的冷却。
本发明另外提供一种内燃机，本发明的内燃机的具有较高的工作稳定性。
本发明提供的一种曲柄圆滑块机构的活塞，至少包括：顶部、裙部以及活塞座；所述裙部包括安装座以及沿所述安装座侧面延伸的延伸部；所述活塞座上设置有圆滑块容置孔；所述顶部固定装配于所述安装座上与所述延伸部的延伸方向相对的端面；所述活塞座的一端固定装配于所述安装座上与安装所述顶部的端面相对的端面；
在所述安装座上还设置有定位通孔，在所述顶部以及活塞座与所述安装座固定装配地端面的与所述定位通孔相应位置还设置有定位盲孔；
所述活塞座上的定位盲孔与该活塞座的供油通道连通；所述顶部上的定位盲孔与该顶部的供油通道连通；
装配时，定位销穿过所述定位通孔并分别插入所述顶部以及活塞座的连接部的定位盲孔中；其中，
所述定位销为中空销，通过所述定位销将所述活塞顶部的供油通道与活塞座的供油通道连通。
可选的，所述顶部的供油通道包括设置于所述顶部朝向所述安装座的端面的、中心位于该端面中央的环槽以及将所述环槽与所述顶部的定位盲孔连通的直槽。
可选的，在所述裙部的安装座上与所述直槽延伸方向相反方向且与环槽相通的位置设置有回流孔。
可选的，所述活塞座上的与该活塞座的定位盲孔连通的供油通道与圆滑块容置孔连通。
可选的，在所述裙部的安装座上设置有通孔，在所述顶部朝向所述安装座的端面、且与所述通孔相应的位置设置有盲孔；装配时，连接件穿过所述通孔插入到所述盲孔中，将所述顶部固定装配于所述裙部的安装座上。
可选的，在所述活塞座的与所述裙部固定装配的一端设置有连接部；在所述连接部上与所述安装座通孔相应位置设置有连接通孔，所述连接件也穿过所述连接通孔，将所述活塞座固定装配于所述安装座上。
可选的，所述盲孔为螺纹孔，所述通孔和连接通孔为普通圆孔，所述连接件为螺栓。
可选的，在所述裙部的安装座上设置有通孔，在所述顶部与所述裙部的通孔相应的位置也设置有通孔；在所述活塞座的与所述裙部固定装配的一端设置有连接部；在所述连接部上与所述安装座通孔相应位置设置有连接通孔，装配时，所述连接件同时穿过所述连接通孔、安装座上的通孔以及顶部的通孔，将所述活塞座和顶部固定装配于所述安装座上；其中，所述连接件为铆钉或螺栓和螺母。
可选的，在所述安装座用于装配所述顶部的端面的边缘设置有外止口，在所述活塞顶部朝向所述安装座的端面的边缘设置有与所述外止口相配的内止口。
可选的，在所述活塞顶部与朝向所述安装座的端面相对的端面设置有燃烧室。
可选的，所述燃烧室包括由靠近顶部边缘的任一区域向相对于边缘延伸、深度逐渐变浅、宽度逐渐变窄的主凹槽，以及所述主凹槽在延伸至顶部中心位置处向两侧分叉而形成的、相对于所述主凹槽对称的支凹槽。
可选的，所述活塞顶部的材质为碳钢、合金钢、不锈钢或钛合金，所述活塞裙部的材质为铝合金，所述活塞座的材质为铝合金。
可选的，在所述活塞座的两侧、沿所述圆滑块容置孔的端面边缘且经过所述活塞座腰部的区域设置有加强肋。
可选的，所述加强肋为沿所述圆滑块容置孔整个周沿的环形挡片或沿所述圆滑块容置孔部分周沿的弧形挡片。
可选的，在所述活塞座的另一端装配有与该端相同的裙部以及活塞顶部。
可选的，在所述活塞座的另一端装配有配重镶块。
本发明还提供一种曲柄圆滑块机构的内燃机，包括上述任一技术方案所述的活塞。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下优点：
在本发明的活塞中，活塞座的定位盲孔与该活塞座的供油通道连通；所述顶部的定位盲孔与该顶部的供油通道连通；通过中空的定位销将所述活塞座的供油通道与所述顶部的供油通道连通，并通过回流孔形成回路通路；可实现本发明活塞在压力油润滑下工作和对活塞顶部的冷却，对活塞顶部的冷却可降低活塞的热负荷，改善活塞以及活塞环的工作条件，增加可靠性，可满足高速、高强度的内燃机的活塞的要求。
此外，本发明的活塞中，活塞至少包括顶部、裙部以及活塞座三部分，且上述三部分固定装配在一起，可以根据需要选择活塞各部分的材质，以满足不同的需要，从而可提高通用性。
此外，本发明的活塞的各部分可以分别进行制造，然后将各部分组装在一起，相对于头部(或冠部)与活塞座一体成形的活塞，制造工艺简化，且组合也很方便，适应批量生产。
【附图说明】
图1为本发明的实施例提供的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图。
图2为本发明的实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的顶部的俯视图；
图3为本发明的实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的顶部的底视图；
图4为图2和图3沿YY ’方向的剖面示意图；
图5为本发明的实施例的活塞裙部的俯视图；
图6为本发明的实施例的活塞裙部的底视图
图7为图5中沿XX’方向的剖面示意图；
图8为图5中沿YY’方向的剖面示意图；
图9为本发明的实施例的活塞座的示意图；
图10为本发明的实施例的活塞座的其中一个端部的连接部的示意图；
图11为本发明的曲柄圆滑块机构的双作用活塞的示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体的实施例以及附图对本发明的单缸机的曲柄圆滑块机构的活塞进行详细的说明。
图1为本发明的实施例提供的曲柄圆滑块机构的活塞的主视图。其中，图1示出的是单作用活塞，即仅在活塞的活塞座的其中一个端部装配有活塞裙部和顶部，应当理解，本发明的活塞也可以是双作用活塞，即在活塞座的另外一端部也同时安装有裙部和顶部。本实施例仅以活塞座的一端安装有活塞裙部和顶部作为例子来说明本发明的曲柄圆滑块机构的活塞，活塞座的另一端部也可以与本发明的实施例相同或相似的方式安装另外的裙部和顶部，形成双作用活塞。
请参考图1，本发明的实施例的曲柄圆滑块机构的活塞包括活塞座1、裙部2以及顶部3。其中，所述活塞座1上设置有圆滑块容置孔(本图未示出)。所述裙部2包括安装座2-1以及沿所述安装座2-1侧面延伸的延伸部2-2。所述顶部3固定装配于所述安装座2-1上与所述延伸部2-2的延伸方向相对的端面。所述活塞座1的一端固定装配于所述安装座2-1上与安装所述顶部3的端面相对的端面。本实施例中，通过连接件4将所述顶部3以及活塞座1同时固定装配于所述裙部2的安装座2-1上。
在所述安装座2-1上设置有定位孔通孔(未标示)，在所述顶部3以及导活塞座1的相应位置设置有定位盲孔(未标示)，定位销5穿过所述通孔、插入相应的定位盲孔中，用于在将所述顶部3、安装座2以及活塞座1装配在一起时，进行定位。其中，所述定位销5为中空销，可将所述活塞座1中的供油通道以及顶部3中的供油通道连接起来(具体的描述请参考下面对各个部件的分别说明)
下面分别对组件顶部3、裙部2以及活塞座1分别进行描述。
首先结合图2、图3以及图4对组件活塞顶部2进行描述。
图2为本发明的实施例的曲柄圆滑块机构的活塞的顶部3的俯视图，图3为顶部3的底视图，图4为图2和图3沿YY’方向的剖面示意图。
请参考图2、图3和图4，本实施例的活塞顶部3的侧面可以设置有气环环槽3-1。在所述活塞顶部3朝向图1所示的安装座2-1的端面设置有盲孔3-2，用于将所述顶部3装配于所述安装座时，固定所述顶部3。
所述盲孔3-2是螺纹孔。本实施例中所述盲孔3-2为2个，对称分布于所述顶部3端面轴线的两侧，其分布如图3的底视图所示。
此外，本领域技术人员可以根据装配的需要设置盲孔3-2的数量为3个或多个，这里不再赘述。
在所述活塞顶部3朝向图1所示的安装座2-1端面的中央还设置有定位盲孔3-4，所述定位盲孔3-4可以为普通圆孔，其与安装座2-1上的定位通孔(请参考下面对安装座的描述)相对应，用于将活塞顶部3装配于安装座时，配合定位销起定位和导向作用。当然，所述定位盲孔3-4也可以分布于所述端面的其它位置，也可以用多个定位盲孔定位，这里不再描述。
所述定位盲孔3-4与该顶部3上的供油通道相连通。本实施例中，所述供油通道包括设置于所述顶部3朝向所述安装座的端面的、中心位于该端面中央的环槽3-3以及将所述环槽3-3与所述顶部3的定位盲孔连通的直槽3-8，如图3和图4所示。此外，也可以设置其它形式的供油通道，这里不再一一描述。
其中，在所述环槽3-3以及直槽还具有减重作用。也可以在顶部3的其它位置设置其他形状的减重槽，这里不再详细描述。
在所述活塞顶部3朝向图1所示的安装座2-1的端面的边缘还可以设置外止口3-5(如图3和图4所示)，该外止口3-5与设置于安装座2-1上的内止口(可参考下面对活塞裙部的结构的描述)相配合。其中，所述外止口3-5可以沿所述端面边缘的整个周沿，也可以仅仅设置于所述端面的部分周沿。本实施例中仅以在整个周沿设置有外止口3-5的情形进行说明。
此外，在所述活塞顶部3与朝向图1所示的安装座2-1的端面相对的端面还可以设置有燃烧室。本实施例的燃烧室的形状如图2和图4所示，包括由靠近顶部边缘的任意一区域向相对于边缘延伸、深度逐渐变浅、宽度逐渐变窄的主凹槽3-6，以及所述主凹槽3-6在延伸至顶部中心位置处向两侧分叉而形成的、相对于所述主凹槽3-6对称的支凹槽3-7。将包含所述燃烧室的活塞应用于柴油内燃机时，可提高燃烧效率，减少燃烧消耗。当然，在所述活塞顶部3的端面也可以设置其它形状的燃烧室，这里不再赘述。
下面结合图5、图6、图7和图8对本发明的实施例的活塞裙部2进行说明。
图5为本发明的实施例的活塞裙部2的俯视图；图6为裙部2的底视图，图7为图5中沿XX’方向的剖面示意图，图8为图5中沿YY’方向的剖面示意图。
请参考图7和图8，本实施例中的活塞裙部2包括安装座2-1以及与所述安装座2-1一体形成的延伸部2-2。其中，所述安装座2-1可作为在所述裙部2与顶部3以及活塞座1装配时的基座。所述延伸部2-2沿所述安装座2-1的侧面延伸而出，延伸的长度可根据活塞的实际需要而确定。例如，在用于二冲程柴油机时，该裙部2的延伸部2-2可以用做遮挡排气口的遮挡部件；此外，该延伸部2-2也具有导向作用。本领域技术人员可以根据本说明书的教导结合实际需要设计活塞座2-2的长度以及形状，这里不再展开论述。
请参考图5、图6、图7和图8，在所述活塞裙部2的安装座2-1上与图3所示的顶部3的盲孔3-2相应的位置设置有通孔2-3。所述通孔2-3用于将所述顶部3装配于所述安装座时，与图3所示的盲孔3-2、以及图1所示的连接件4配合固定所述顶部3。
所述通孔2-3可以是螺纹孔，也可以是普通圆孔，本实施例中，所述通孔为普通圆孔。所述通孔2-3的分布以及数目可以与所述盲孔3-2相同。
在所述安装座2-1上与图4所示的定位盲孔3-4相应位置还设置有定位通孔2-4。本实施例中，所述定位通孔2-4位于所述安装座2-1中心位置。所述定位通孔2-4与图1所示的定位销5以及图4所示的定位盲孔3-4配合，在装配时用于定位和导向。当然，本实施例中的定位销5为中空销，还作为冷却或润滑的供油通道。
在所述安装座2-1上与图3或图4所示的环槽3-3的任一位置相应的位置还设置有回流孔2-7，本实施例中所述回流孔2-7设置于与所述直槽3-8延伸方向相反方向且与环槽相通的位置，如图5或图6或图7所示。所述回流孔2-7可以是任意形状的通孔，本实施例中为圆形孔。所述回流孔2-7与顶部3以及下面所述的活塞座1中的供油通道配合，形成回流通路，主要用于将经过活塞顶部3的供油通道的冷却油或润滑油回流至汽缸中。
在所述安装座2-1用于装配所述顶部3的端面的边缘还设置有内止口2-5，所述内止口2-5的位置与图4所示的外止口3-5相对应，且尺寸与所述外止口3-5相配合。
其中，所述内止口2-5可以沿所述安装座2-1端面边缘的整个周沿，也可以仅仅设置于所述端面的部分周沿。本实施例中与图4所示的外止口向适应，在整个周沿设置有内止口2-5。
通过设置于所述顶部3上的外止口3-5以及设置于所述安装部上的内止口2-5，在将顶部3安装于安装座2-1上时，一方面具有导向作用；一方面还具有定位作用。当然，还可以设置其它结构和部件或者与其它结构或部件配合，以达到所述的定位和导向作用。例如，本实施例中，还同时用定位销和定位孔(包括通孔和盲孔)来进行定位和导向。
此外，也可以在安装座2-1的端面的部分周沿设置内止口，在所述顶部3的端面部分周沿设置与该内止口相应的外止口。
此外，在所述安装座2-1上还可以设置减重槽2-6，如图7和图8，以减轻活塞裙部2的重量，从而减轻整个活塞的重量。此外，所述减重槽2-6可以与顶部3中的环槽3-3配合，形成供油通路。当然也可以不设置减重槽2-6。
下面结合图9和图10对本发明的实施例的活塞座1进行描述。
图9为本发明的实施例的活塞座的示意图，图10为本发明的实施例的活塞座的其中一个端部的连接部的示意图。
请参考图9，本发明的实施例的活塞座1具有两个相对的导向侧面1-2，所述导向侧面1-2的表面为弧形面，以便将所述活塞装配于汽缸中时，可以与汽缸的内壁相配合。
在所述活塞座2上还设置有用于容纳曲柄圆滑块机构的圆滑块的圆滑块容置孔1-1。其中，所述圆滑块容置孔1-1的直径大于装配于其中的圆滑块，以便于在圆滑块安装于其中时，可以相对所述活塞座2转动，以此带动安装于圆滑块的偏心圆孔中的曲柄销转动。
此外，为提高耐磨能力，可以对所述圆滑块容置孔1-1的内壁表面进行特殊的处理，形成耐磨表面；或者在所述内壁表面安装滑动轴承，例如轴瓦。为减小摩擦，也可以在所述圆滑块容置孔1-1的内壁安装滚动轴承，例如，滚针轴承，以减小圆滑块转动时的摩擦，减小运动转换时的能力损失。当然，也可以采取其它措施提高圆滑块容置孔的耐磨性能并减小摩擦，这里不再一一列举。
此外，在所述活塞座1的两侧、沿所述圆滑块容置孔1-1的端面边缘且经过所述活塞座1腰部的区域还可以设置加强肋(未图示)，以加强该活塞座腰部的强度。例如，所述加强肋可以是沿所述圆滑块容置孔1-1整个周沿的环形挡片或沿所述圆滑块容置孔1-1部分周沿的弧形挡片。所述加强肋可以以铆接、焊接或者螺钉连接等方式固定装配于所述活塞座1上，这里不再展开论述。
在所述活塞座1的其中一个端部还设置有连接部1-3。请参考图10，所述连接部1-3由所述活塞座1的端部向外延伸形成。在所述连接部1-3上与图8所示的通孔2-3相应的位置设置有连接通孔1-4，所述连接通孔1-4与所述通孔2-3以及图1所示的连接件4配合，用于将所述活塞座1与裙部2固定装配在一起。其中，所述连接通孔1-4可以是螺纹孔，也可以是普通圆孔，本实施例中为普通圆孔。
在所述活塞座1的设置连接部1-3的端面上与图7和图8所示的定位通孔2-4相应的位置还设置有定位盲孔1-5，所述定位盲孔1-5用于将该活塞座1与裙部2固定装配时与图1所示的定位销5配合起定位作用。当然，还可以设置其它定位部件或结构，以在二者安装时起定位作用。
所述定位盲孔1-5与该活塞座1上的供油通道1-6连通，如图1和图10所示。本实施例中，供油通道1-6还与圆滑块容置孔1-1连通。从而该供油通道1-6可以与设置于该圆滑块容置孔1-1中的圆滑块以及穿过所述圆滑块的偏心圆滑孔的曲柄销上的供油通道连通。
装配时，使图1所示的定位销5穿过所述裙部2的安装座2-1中的定位通孔2-4，并由所述通孔2-4的两端伸出，可参考图1，将所述活塞顶部3置于所述活塞裙部2的安装座2-1的与其延伸部2-2的延伸方向相反的端面，并使所述顶部3的端面与所述安装座2-1的端面紧贴在一起。此外，使所述定位销5的一端插入所述顶部3中的定位盲孔3-4中；使所述顶部3上的盲孔3-2与所述安装座2-1上的通孔2-3相对准；所述顶部3上的外止口3-5与所述安装座2-1上的内止口2-5相配合。
将所述活塞座1的连接部1-3置于所述活塞裙部2的安装座2-1上与安装所述顶部3的端面相对的端面，如图1所示，使定位销5的另一端插入所述活塞座1上的定位盲孔1-5之中，并使所述连接部1-3上的连接通孔1-4与所述安装座2-1上的通孔2-3相对准，并同时与所述活塞顶部3上的盲孔3-2相对准。然后，将连接件4依次穿过所述连接部上的连接通孔1-4、安装部上的通孔2-3，插入所述顶部3的盲孔3-2中。本实施例中，所述连接件4为螺钉或螺栓。
当然，在所述顶部3的盲孔3-2的位置也可以是普通圆形通孔，此时，可用铆钉作为连接件将所述的顶部3、裙部2的安装座2-1以及活塞座1的连接部1-3固定装配在一起。此外，所述连接件也可以是螺栓和螺母。
所述活塞顶部3的材质可以是为碳钢、合金钢、不锈钢或钛合金，以提高活塞的强度。所述活塞的裙部2以及活塞座1的材质为可以铝合金，以减轻活塞整体的质量。
在本发明的实施例的活塞中，所述活塞座1的定位盲孔1-5与该活塞座1的供油通道连通；所述顶部3的定位盲孔3-4与该顶部的供油通道连通；通过所述定位销5将所述活塞座1的供油通道与所述顶部3的供油通道连通，并通过回流孔2-7形成回路通路。可实现本发明的实施例的活塞在压力油润滑下工作和对活塞顶部3的冷却，对活塞顶部3的冷却可降低活塞的热负荷，改善活塞以及活塞环的工作条件，增加可靠性，可满足高速、高强度的内燃机的活塞的要求。
此外，活塞至少包括顶部3、裙部2以及活塞座1三部分，且上述三部分固定装配在一起。可以根据需要选择活塞各部分的材质，以满足不同的需要，从而提高通用性，例如，在需要降低成本时，上述的各部分均可以用钢或铸铁制造；而在需要降低整体质量而又不希望牺牲强度时，可以采用顶部用合金钢或碳钢，其余部分用铝合金的刚顶铝裙结构。
此外，本发明的实施例的活塞各部分可以分别进行制造，然后将各部分组装在一起，相对于头部(或冠部)与活塞座一体成形的活塞，制造工艺简化，且组合也很方便，适应批量生产。
本发明的实施例中，通过连接件4以及顶部3上的盲孔3-2、裙部2的安装座2-1上的通孔2-3以及活塞座1的连接部1-3上的连接通孔1-4，同时将所述顶部3、裙部2以及活塞座1固定装配在一起。此外，所裙部2可以分别与所述顶部3以及活塞座1固定装配，这里不再详细描述，本领域技术人员可以根据本说明书的教导做出相应的变更。
在上述的实施例中，仅以单作用活塞为例进行了说明，在此情况下，该活塞座的另一端可以悬空，也可以安装用于配重的镶块。应当理解，在另一端也可以以与上述的实施例相同或相近似的方式装配另外的裙部和顶部，形成双作用活塞，如图11所示。当然，该另一端可以装配其它形式的曲柄圆滑块机构的活塞冠部或头部。需要说明的是，上述实施例对技术细节的描述不应该作为对本发明的权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的实施例的教导，将认识到许多其它的变形、替代或修改。
此外，上述实施例中所述的活塞可以应用于曲柄圆滑块机构的单缸内燃机中，从而可提高内燃机的工作的稳定性，延长使用寿命。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。