一种活塞连杆结构及内燃发动机的制作方法

1.本发明涉及内燃发动机技术领域，特别涉及一种活塞连杆结构及内燃发动机。


背景技术：

2.内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的有柴油机和汽油机，通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。
3.其中，内燃发动机的活塞连杆结构用于将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出转矩，以驱动汽车车轮转动。它是发动机的传动件，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆及连杆衬套等组成。活塞的主要作用是承受气缸的气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力；活塞的顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。连杆的功用是连接活塞和曲轴，把活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将活塞承受的力传给曲轴。
4.由于活塞的上方是燃烧室，温度高，因此活塞需要实时冷却，延长活塞的寿命。现有冷却活塞的方法主要为两种，一种直接通过活塞油喷嘴向活塞底面喷油对活塞进行冷却。
5.但是，现有的活塞冷却技术采用直接向活塞内底喷射机油对于活塞燃烧室中心和底部的冷却较好，但对活塞顶面和环槽区域无法有效冷却。同时，喷射机油直接流入发动机油底壳，无法有效地对连杆与活塞铰接部位进行冷却和润滑，在比较苛刻的工况下，容易出现连杆与活塞的咬合失效，导致整台发动机报废。另外，当前的活塞油喷嘴主要安装在缸体冷却润滑油主油道内，无法实现不同工况喷油量控制，在一些低负荷低转速情况下，不停的喷油冷却反而会增加功耗，影响发动机的效率。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种活塞连杆结构及内燃发动机，以解决相关技术中活塞冷却不足、连杆与活塞铰接部位润滑不足的技术问题的技术问题。
7.第一方面，提供了一种活塞连杆结构，所述活塞连杆结构包括：
8.活塞，所述活塞包括冠部和裙部，所述冠部设有连通的环形油腔和中心油腔，所述中心油腔的底部设置有第一连通孔；
9.连杆，所述连杆嵌设有连杆衬套，所述连杆衬套与所述裙部铰接，所述连杆设置有从顶部延伸至所述连杆衬套的第二连通孔；以及
10.当所述连杆绕所述裙部转动时，所述第一连通孔与所述第二连通孔始终连通，以使冷却润滑油从所述环形油腔进入所述连杆衬套。
11.通过在活塞的冠部设有连通的环形油腔和中心油腔，所述环形油腔能对所述活塞的外圈进行冷却，所述中心油腔能够对所述活塞顶面燃烧室中心区域进行冷却换热，且冷却润滑油在所述中心油腔内高频振荡，强化对所述活塞的冷却效果。另外，所述中心油腔的底部设置有第一连通孔，所述连杆设置有从顶部延伸至所述连杆衬套的第二连通孔，当所述连杆绕所述裙部转动时，所述第一连通孔与所述第二连通孔始终连通，冷却润滑油从所述环形油腔进入所述连杆衬套，强化了所述连杆与所述活塞铰接部位的润滑，提升了所述连杆抗咬合的鲁棒性。
12.一些实施例中，所述第一连通孔为条形孔，所述第二连通孔为圆形孔，当所述连杆绕所述裙部转动时，所述圆形孔始终位于所述条形孔正下方。
13.通过设置条形孔和圆形孔，所述连杆绕所述裙部转动时，所述第二连通孔均在所述第一连通孔覆盖范围内，保证所述环形油腔内的冷却润滑油能源源不断流入所述连杆衬套，促进所述连杆与所述活塞铰接部位的润滑，结构简单实用。
14.一些实施例中，所述连杆衬套内孔壁上设有与所述第二连通孔连通的至少一个油槽。
15.一些实施例中，所述油槽为两个，两个所述油槽分布于所述第二连通孔的两侧，且每个所述油槽的开口延伸至所述连杆衬套的两端。
16.通过将每个所述油槽的开口延伸至所述连杆衬套的两端，冷却润滑油从所述连杆衬套的两端设计的所述油槽的开口排出，落入发动机底部，形成完整的所述活塞和所述连杆的冷却润滑油的循环通道，强化所述活塞和所述连杆的润滑性能。
17.一些实施例中，每个所述油槽均呈星形。
18.通过将每个所述油槽均设置呈星形，增加冷却润滑油的润滑面积，增加润滑效果。
19.一些实施例中，所述环形油腔和中心油腔之间设有至少一个第三连通孔。
20.一些实施例中，所述第三连通孔为两个，两个所述第三连通孔沿所述活塞的中心线对称布置。
21.一些实施例中，所述环形油腔的底部设置有进油孔和出油孔，所述进油孔和所述出油孔沿所述活塞的中心线对称布置。
22.第二方面，提供了一种内燃发动机，所述内燃发动机包括前述的活塞连杆结构。
23.一些实施例中，所述内燃发动机还包括：
24.油泵，所述油泵用于抽取内燃发动机底部的冷却润滑油；
25.副油道，所述副油道与所述油泵连接；
26.可控调节阀，所述可控调节阀设于所述副油道上；
27.油喷嘴，所述油喷嘴的入口与所述副油道连接；以及
28.所述可控调节阀用于根据控制指令开启，以使所述冷却润滑油通过所述油喷嘴喷射至环形油腔。
29.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
30.本发明实施例提供了一种塞连杆结构及内燃发动机，其活塞的冠部设有连通的环形油腔和中心油腔，所述环形油腔能对所述活塞的外圈进行冷却，所述中心油腔能够对所
述活塞顶面燃烧室中心区域进行冷却换热，且冷却润滑油在所述中心油腔内高频振荡，强化对所述活塞的冷却效果。另外，所述中心油腔的底部设置有第一连通孔，所述连杆设置有从顶部延伸至所述连杆衬套的第二连通孔，当所述连杆绕所述裙部转动时，所述第一连通孔与所述第二连通孔始终连通，冷却润滑油从所述环形油腔进入所述连杆衬套，强化了所述连杆与所述活塞铰接部位的润滑，提升了所述连杆抗咬合的鲁棒性。
31.本发明实施例提供了一种塞连杆结构及内燃发动机，通过设置条形孔和圆形孔，所述连杆绕所述裙部转动时，所述第二连通孔均在所述第一连通孔覆盖范围内，保证所述环形油腔内的冷却润滑油能源源不断流入所述连杆衬套，促进所述连杆与所述活塞铰接部位的润滑，结构简单实用。
32.本发明实施例提供了一种塞连杆结构及内燃发动机，通过将每个所述油槽的开口延伸至所述连杆衬套的两端，冷却润滑油从所述连杆衬套的两端设计的所述油槽的开口排出，落入发动机底部，形成完整的所述活塞和所述连杆的冷却润滑油的循环通道，强化所述活塞和所述连杆的润滑性能。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明实施例提供的一种活塞连杆结构的结构示意图；
35.图2为本发明实施例提供的活塞的结构示意图；
36.图3为本发明实施例提供的连杆的结构示意图；
37.图4为本发明实施例提供的连杆衬套的结构示意图；
38.图5为本发明实施例提供的图2的仰视图；
39.图6为本发明实施例提供的一种内燃发动机的结构示意图；
40.图中：1、活塞；11、冠部；111、环形油腔；112、中心油腔；113、第一连通孔；114、进油孔；115、出油孔；116、第三连通孔；12、裙部；2、连杆；21、第二连通孔；3、连杆衬套；31、油槽；4、油泵；5、副油道；6、可控调节阀；7、油喷嘴；8、销轴；9、主油道。
具体实施方式
41.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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.由于活塞的上方是燃烧室，温度高，因此活塞需要实时冷却，延长活塞的寿命。现有冷却活塞的方法主要为两种，一种直接通过活塞油喷嘴向活塞底面喷油对活塞进行冷却。
43.但是，现有的活塞冷却技术采用直接向活塞内底喷射机油对于活塞燃烧室中心和底部的冷却较好，但对活塞顶面和环槽区域无法有效冷却。同时，喷射机油直接流入发动机
油底壳，无法有效地对连杆与活塞铰接部位进行冷却和润滑，在比较苛刻的工况下，容易出现连杆与活塞的咬合失效，导致整台发动机报废。另外，当前的活塞油喷嘴主要安装在缸体冷却润滑油主油道内，无法实现不同工况喷油量控制，在一些低负荷低转速情况下，不停的喷油冷却反而会增加功耗，影响发动机的效率。
44.本发明实施例提供了一种活塞连杆结构，其能解决现有活塞冷却不足、连杆与活塞铰接部位润滑不足的技术问题。
45.参见图1和图2所示，一种活塞连杆结构，所述活塞连杆结构包括：活塞1和连杆2。
46.所述活塞1包括冠部11和裙部12，所述冠部11设有连通的环形油腔111和中心油腔112，所述中心油腔112的底部设置有第一连通孔113。
47.所述连杆2嵌设有连杆衬套3，所述连杆衬套3与所述裙部12通过销轴8铰接，所述连杆2设置有从顶部延伸至所述连杆衬套3的第二连通孔21。
48.当所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述第一连通孔113与所述第二连通孔21始终连通，以使冷却润滑油从所述环形油腔111进入所述连杆衬套3。
49.本发明实施例中的活塞连杆结构，其活塞1的冠部11设有连通的环形油腔111和中心油腔112，所述环形油腔111能对所述活塞1的外圈进行冷却，所述中心油腔112能够对所述活塞1顶面燃烧室中心区域进行冷却换热，且冷却润滑油在所述中心油腔112内高频振荡，强化对所述活塞1的冷却效果。另外，所述中心油腔112的底部设置有第一连通孔113，所述连杆2设置有从顶部延伸至所述连杆衬套3的第二连通孔21，当所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述第一连通孔113与所述第二连通孔21始终连通，冷却润滑油从所述环形油腔111进入所述连杆衬套3，强化了所述连杆2与所述活塞1铰接部位的润滑，提升了所述连杆2抗咬合的鲁棒性。
50.作为可选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的活塞连杆结构，所述第一连通孔113为条形孔，所述第二连通孔21为圆形孔，当所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述圆形孔始终位于所述条形孔正下方。通过设置条形孔和圆形孔，所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述第二连通孔21均在所述第一连通孔113覆盖范围内，保证所述环形油腔111内的冷却润滑油能源源不断流入所述连杆衬套3，促进所述连杆2与所述活塞1铰接部位的润滑，结构简单实用。
51.作为可选的实施方式，参见图3和图4所示，本发明实施例中的活塞连杆结构，所述连杆衬套3内孔壁上设有与所述第二连通孔21连通的至少一个油槽31。进一步地，所述油槽31为两个，两个所述油槽31分布于所述第二连通孔21的两侧，且每个所述油槽31的开口延伸至所述连杆衬套3的两端。冷却润滑油从所述连杆衬套3的两端设计的所述油槽31的开口排出，落入发动机底部，形成完整的所述活塞1和所述连杆2的冷却润滑油的循环通道，强化所述活塞1和所述连杆2的润滑性能。更进一步地，每个所述油槽31均呈星形，增加冷却润滑油的润滑面积，增加润滑效果。
52.作为可选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的活塞连杆结构，所述环形油腔111和中心油腔112之间设有至少一个第三连通孔116，便于所述环形油腔111的冷却润滑油进入所述中心油腔112。进一步地，所述第三连通孔116为两个，两个所述第三连通孔116沿所述活塞1的中心线对称布置，两个所述第三连通孔116更加有助于所述环形油腔111的冷却润滑油进入所述中心油腔112。
53.作为可选的实施方式，参见图5所示，本发明实施例中的活塞连杆结构，所述环形油腔111的底部设置有进油孔114和出油孔115，所述进油孔114和所述出油孔115沿所述活塞1的中心线对称布置。
54.参见图1所示，所述油喷嘴7通过所述进油孔114喷射冷却润滑油至所述环形油腔111，冷却润滑油对所述活塞1的外圈进行冷却。部分冷却润滑油通过所述出油孔115回流到发动机底部，部分冷却润滑油通过两个所述第三连通孔116进入所述中心油腔112，冷却润滑油对所述活塞1顶面燃烧室中心区域进行冷却换热。冷却润滑油再通过所述第一连通孔113和所述第二连通孔21，不断流入所述连杆衬套3，促进所述连杆2与所述活塞1铰接部位的润滑。
55.本发明实施例还提供了一种内燃发动机，所述内燃发动机前述的活塞连杆结构。所述活塞连杆结构包括：活塞1和连杆2。
56.所述活塞1包括冠部11和裙部12，所述冠部11设有连通的环形油腔111和中心油腔112，所述中心油腔112的底部设置有第一连通孔113。
57.所述连杆2嵌设有连杆衬套3，所述连杆衬套3与所述裙部12通过销轴8铰接，所述连杆2设置有从顶部延伸至所述连杆衬套3的第二连通孔21。
58.当所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述第一连通孔113与所述第二连通孔21始终连通，以使冷却润滑油从所述环形油腔111进入所述连杆衬套3。
59.本发明实施例中的内燃发动机，其活塞1的冠部11设有连通的环形油腔111和中心油腔112，所述环形油腔111能对所述活塞1的外圈进行冷却，所述中心油腔112能够对所述活塞1顶面燃烧室中心区域进行冷却换热，且冷却润滑油在所述中心油腔112内高频振荡，强化对所述活塞1的冷却效果。另外，所述中心油腔112的底部设置有第一连通孔113，所述连杆2设置有从顶部延伸至所述连杆衬套3的第二连通孔21，当所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述第一连通孔113与所述第二连通孔21始终连通，冷却润滑油从所述环形油腔111进入所述连杆衬套3，强化了所述连杆2与所述活塞1铰接部位的润滑，提升了所述连杆2抗咬合的鲁棒性。
60.作为可选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的内燃发动机，所述第一连通孔113为条形孔，所述第二连通孔21为圆形孔，当所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述圆形孔始终位于所述条形孔正下方。通过设置条形孔和圆形孔，所述连杆2绕所述裙部12转动时，所述第二连通孔21均在所述第一连通孔113覆盖范围内，保证所述环形油腔111内的冷却润滑油能源源不断流入所述连杆衬套3，促进所述连杆2与所述活塞1铰接部位的润滑，结构简单实用。
61.作为可选的实施方式，参见图3和图4所示，本发明实施例中的内燃发动机，所述连杆衬套3内孔壁上设有与所述第二连通孔21连通的至少一个油槽31。进一步地，所述油槽31为两个，两个所述油槽31分布于所述第二连通孔21的两侧，且每个所述油槽31的开口延伸至所述连杆衬套3的两端。冷却润滑油从所述连杆衬套3的两端设计的所述油槽31的开口排出，落入发动机底部，形成完整的所述活塞1和所述连杆2的冷却润滑油的循环通道，强化所述活塞1和所述连杆2的润滑性能。更进一步地，每个所述油槽31均呈星形，增加冷却润滑油的润滑面积，增加润滑效果。
62.作为可选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的内燃发动机，所述环形油
腔111和中心油腔112之间设有至少一个第三连通孔116，便于所述环形油腔111的冷却润滑油进入所述中心油腔112。进一步地，所述第三连通孔116为两个，两个所述第三连通孔116沿所述活塞1的中心线对称布置，两个所述第三连通孔116更加有助于所述环形油腔111的冷却润滑油进入所述中心油腔112。
63.作为可选的实施方式，参见图5所示，本发明实施例中的内燃发动机，所述环形油腔111的底部设置有进油孔114和出油孔115，所述进油孔114和所述出油孔115沿所述活塞1的中心线对称布置。
64.作为可选的实施方式，参见图6所示，本发明实施例中的内燃发动机，所述内燃发动机还包括：油泵4、副油道5、可控调节阀6和油喷嘴7。
65.所述油泵4用于抽取内燃发动机底部的冷却润滑油，所述副油道5与所述油泵4连接，所述可控调节阀6设于所述副油道5上，所述油喷嘴7的入口与所述副油道5连接，所述可控调节阀6用于根据控制指令开启，以使所述冷却润滑油通过所述油喷嘴7喷射至环形油腔111。
66.参见图6所示，本发明实施例中的内燃发动机对活塞的冷却润滑系统做匹配设计，在发动机上设计专用的副油道5，所述油喷嘴7的入口与所述副油道5连接，在所述副油道5上设置可控调节阀6，所述可控调节阀6针对不同的工况进行压力调节，间接调整所述油喷嘴7的冷却油量，保证不同工况下活塞冷却润滑不同的冷却油量需求。
67.整个内燃发动机的活塞1和连杆2的冷却润滑工作原理为：内燃发动机启动后，油泵4从内燃发动机油底壳内泵冷却润滑油，冷却润滑油通过滤清器过滤后进入主油道9和副油道5，通过主油道9的冷却润滑油进一步分流到主轴瓦、连杆瓦、配气机构、制动机构和附件进行冷却润滑，另一部分冷却润滑油经过进入副油道5，进入副油道5的冷却润滑油通过所述可控调节阀6控制，经过所述油喷嘴7喷射进入活塞的所述环形油腔111的进油孔114，进入所述环形油腔111内的一部分冷却润滑油在不断震荡运动的过程中从所述环形油腔111的出油孔115流出，另一部分冷却润滑油从两个所述第三连通孔116进入活塞中心的所述中心油腔112，进一步震荡散热，并从所述中心油腔112中间的条形孔中流出，其中一部分冷却润滑油流入所述连杆2顶端的所述第二连通孔21中，顺着所述第二连通孔21进入到所述连杆衬套3的油槽31内，所述连杆衬套3和销轴8之间为间隙配合，冷却润滑油从油槽31进入到所述连杆衬套3和销轴8之间，强化了摩擦副的润滑，多余的冷却润滑油通过所述连杆衬套3上设计的油槽31从所述连杆衬套3两侧的开口排出，冷却润滑油最终回流入油底壳。通过专用副油道5和可控调节阀6，控制油喷嘴7喷射的机油量，在满足活塞温度不超限的情况下，可以实现冷却润滑油需求量最小化，在怠速和低负荷情况下，可以关闭可控调节阀6，降低了泵油功耗，节省了功耗，降低了油耗，提升了发动机经济性。
68.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
69.需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
70.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。