[发明专利]活塞装置

说明书

本发明与用于内燃机等装置中的活塞及连杆有关。

在往复式活塞内燃机中，标准活塞的一个重要缺陷是它较重。往复运动使活塞的方向频繁地突变，这会在连杆、轴承及气缸壁上施加很大的负荷。随着活塞重量的减轻，连杆的惯性力及在整个循环中使活塞加速或减速所需的能量均随之减小。

此外，连杆要承受范围极大的循环应力，其中包括由气体膨胀引起的压力及活塞方向的改变而引起的惯性力。循环应力在一秒钟内要变动多次。这类应力有些是与活塞和连杆的重量以及速度的变化率成正比的。随着活塞及连杆的重量的减轻，改变速度所需的力也随之减小。而且，因为传统的连杆与位于活塞环之下的活塞下部相连，因而连杆较短，从而当活塞在气缸中做往复运动时，连杆倾斜角很大，使气缸壁受到侧压力。

标准活塞的另一个重要缺陷是需配备活塞环，以便将活塞与气缸壁之间的间隙封闭。这些活塞环在设计及功能方面存在着一些内在的问题。例如，当活塞改变方向时，活塞环会在环槽中运动，这使活塞环在一段短暂的时间内降低了密封性能，并损失掉一部分使活塞沿气缸下行的驱动力。

而且，为了能将活塞环装在活塞上，并为使活塞环保持与气缸压紧的密封张力，在活塞环上需设置断口。位于活塞之上的膨胀气体所产生的压力会使气体流过此断口，这将降低发动机效率，并增加污染物排放。

再有，配置活塞环的活塞的加工，活塞环的制造及装卸，均使传统的内燃机的生产成本增加。

标准活塞通过一个活塞销与连杆相连，活塞销明显地增加了活塞组件的重量，而且还必须为它在活塞上设置活塞销座。活塞销座也使重量有所增加，进而使连杆上的应力增加。

标准活塞通过活塞环和润滑油将大量的热传至气缸壁，只有少量的热通过活塞裙部传至气缸壁。由于活塞销座附近的材料较多，而远离活塞销座处的材料较少，所以会产生不均匀的热膨胀。为适应这种膨胀，通常要采用高代价的加工方法，将标准活塞的裙部做成非正圆形的。

活塞环在气缸壁上滑动时所产生的阻力，将导至摩擦热的产生及功率的损耗。一些其它样式的活塞设计已经发表，但它们在下述各部分的改动上受到很大的限制，这些部分包括气缸壁、曲柄销、球窝节、密封件、复杂的加工及装配要求等等。（参见下述的一些例子：美国专利1，467，066;2，023，446;2，284，645;2，710，137;2，985，358;3，078，033;3，082，935;3，523，001;3，695，150;3，716，310;及法国专利1，133，388。）

JP-1984-153951和JP-1984-231261中各公开了一种活塞，其活塞结构能或多或少地克服上面提到的一些问题。

本发明要提供一种活塞。它重量较轻;有自密封性;较易装卸;生产成本较低;与传统的活塞相比，在具有相同的冲程及缸径的条件下，它能传送更大的功率。以上诸特点可以在一个活塞上同时实现，但并不要求在一个活塞上同时实现。本发明中的活塞可被做成短长度的，并可将它装在一台较轻、较小、较便宜的发动机上。

根据本发明，可提供一套活塞装置。它包括一个有圆筒形的气缸筒的机体;并包括一个装在该机体上的偏心曲轴，该曲轴可绕与缸筒垂直的轴转动;活塞装置中还包括一个连杆，该连杆的一端与偏心曲轴相连，并可绕其做相对转动;活塞装置中还有一个活塞，它被装在圆筒形的气缸筒内，随着曲轴的转动，它在缸筒内往复滑动，上述活塞与连杆的另一端刚性连接，而且活塞是球台形的，它被嵌入缸筒，并以球形部分的表面与缸筒接触。活塞有一个最大直径，该直径与圆筒形缸筒的直径基本相等，活塞的上、下端截面的直径均小于上述最大直径，活塞的上、下端截面的直径相互隔开，使当活塞在气缸中歪斜地滑动时，活塞与缸筒的接触保持基本连续的垂直接触平面，活塞具有实的上端面，活塞是空心的，并开口于下端截面，以形成活塞裙部。活塞裙部有弓形的外表面，其特点在于：若干肋片设置于活塞的中空部的实的上截面上，并从活塞和连杆刚性连接的实的上截面的大致中心部位径向向外地朝活塞裙部延伸。

图1是一个传统发动机的横剖视图，图中的活塞位于冲程的中部。

图2是本发明中的活塞及连杆的局部侧视图。

图3是图2中的活塞及连杆的分解立体图。

图4是本发明中的活塞及连杆的纵剖图。

图5是本发明中的活塞的详细纵剖图。

图6是本发明中的活塞的详细的顶部斜视图。

图7是本发明中的活塞的底部斜视图，它示出了传热机理。