内燃机及其活塞、连杆结构制造技术

本发明专利技术公开了一种内燃机及其活塞、连杆结构，用于解决现有的连接结构中活塞轻量化设计与活塞销、活塞裙部容易发生局部变形、损坏的技术问题。与活塞顶部相对的活塞内腔内有支撑部位，且该支撑部位设置有弧形凹槽，弧形凹槽处固定有保持架，以及被保持架进行限位的滚子，该滚子存在于弧形凹槽和连杆小端之间，并在二者之间形成滚动接触。存在圆销连接和滚子连接，且滚子连接处承受大部分的连杆与活塞之间的冲击力，这种冲击力主要表现为两者之间的压应力，这对于活塞销的受力减轻作用明显，有利于活塞裙部和活塞销的轻量化设计，且可以避免由于轻量化设计中带来的活塞销破损和裙部破损的情况。

【技术实现步骤摘要】
内燃机及其活塞、连杆结构
该专利技术涉及内燃机中使用的活塞、连杆连接

技术介绍
内燃机中，活塞在内燃机中工作环境的分析：高温环境，内燃机缸体内的高温导致热负荷大，活塞在气缸内动作时，活塞的顶面(燃烧室一侧)承受瞬间高温燃气的作用，燃气的最高温度可达2000度～2500度，因而在活塞顶端的温度也很高，温度场分布不均匀，使得活塞内部存在很大的热应力，这种热应力尤其的体现在活塞上下之间、内外之间。高压环境，高冲击性的连杆、曲轴机械负荷直接作用在活塞上，尤其突出的作用在活塞与连杆连接部位，例如，活塞销部位，突出的表现在活塞销的变形或活塞销座的崩溃。高压包括两方面，其一，活塞、连杆受周期性冲击的影响，一般在膨胀冲程开始的上止点后10度到20度之间达到最大，而活塞都在气缸里做高速的、往复的、高频直线运动，会产生很大的往复惯性力，这种力直接通过连杆传递到曲轴，这种大惯性往复力在传递的过程中，在活塞和连杆的活动连接活塞销部位产生应力，因此活塞销部位是应力破坏的瓶颈。高速滑动，如上所述，活塞在缸内高频、高速、往复直线运动，连杆在缸内高频、周期性的做摇臂运动，因此连杆在工作中所产生的侧向力是比较大的，直接的作用在活塞，使得活塞与活塞筒内壁之间的侧向力也比较大，特别的，会在连杆和活塞结合点位置产生侧向力，这对于活塞和连杆机械稳定性是有害的影响。变化的侧压力，如上所述，活塞上下行程过程中，受到连杆的摇臂运动，其侧向力方向不断的、周期性的变化，造成活塞在工作是承受交变的侧向载荷。因此，活塞与连杆的连接技术，尤其是连接强度与轻量化设计中的技术矛盾是对立存在的。目前主流教科书中，主要是通过优化活塞的结构，例如，优化活塞的壁厚均一性，活塞裙的形状和适配性等，来改进活塞的以上性能。本专利技术从活塞和连杆的结合部位的结构入手，以优化活塞连杆的组合、装配和运动关系为课题展开研究，通过该部分的研究、设计和实验验证，来解决活塞及其连杆在内燃机中的配合使用性能。以上技术供同行参阅。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种内燃机及其活塞、连杆结构，用于解决现有的连接结构中活塞轻量化设计与活塞销、活塞裙部容易发生局部变形、损坏的技术问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：活塞、连杆结构，包括活塞和连杆，该连杆的小端与所述活塞进行活动连接，其特征在于，与活塞顶部相对的活塞内腔内有支撑部位，且该支撑部位设置有弧形凹槽，弧形凹槽处固定有保持架，以及被保持架进行限位的滚子，该滚子存在于弧形凹槽和连杆小端之间，并在二者之间形成滚动接触；且该处承受连杆、活塞主要的力；用于连接活塞和连杆的活塞销规格小于手册标准尺寸，且该处承受连杆、活塞次要的力。所述滚子为圆柱滚子或者鼓形圆柱滚子。所述滚子为空心筒结构。在所述连杆的小端外表面具有强化耐磨层。所述连杆的小端外侧具有覆盖局部的滚子配合凹槽。所述活塞的活塞销孔向活塞内腔内延伸至基本与支撑部位平齐。所述活塞顶部具有轻量化设计的一次凹陷或者二次凹陷。一种内燃机，该内燃机至少具有一套活塞、连杆结构，以及与该活塞、连杆结构配套工作的、气缸体、气缸盖、曲轴、燃烧室、点火装置、气门和润滑系统，其特征在于，所述活塞、连杆结构，包括活塞和连杆，该连杆的小端与所述活塞进行活动连接，且，与活塞顶部相对的活塞内腔内有支撑部位，且该支撑部位设置有弧形凹槽，弧形凹槽处固定有保持架，以及被保持架进行限位的滚子，该滚子存在于弧形凹槽和连杆小端之间，并在二者之间形成滚动接触；且该处承受连杆、活塞主要的力；用于连接活塞和连杆的活塞销规格小于手册标准尺寸，且该处承受连杆、活塞次要的力。本专利技术的有益效果是：1、连杆和活塞的连接点，同时存在圆销连接和滚子连接，且滚子连接处承受大部分的连杆与活塞之间的冲击力，这种冲击力主要表现为两者之间的压应力，这对于活塞销的受力减轻作用明显，有利于活塞裙部和活塞销的轻量化设计，且可以避免由于轻量化设计中带来的活塞销破损和裙部破损的情况。2、滚子通过保持架被预先的安装在弧形凹槽内，有利于连杆和活塞的装配的实施。附图说明图1现有活塞压缩做功过程示意图。图2为活塞销的立体图。图3为改进后的活塞立体图。图4为改进后的活塞立体图。图5为改进后的活塞立体图。图6为B--B剖视图。图7为C--C剖视图。图8为A--A剖视图。图9为保持架立体图。图10为活塞连杆连接示意图。图11为活塞连杆连接剖视图。图12为活塞连杆连接剖视图。图13为D--D剖视图。图14为E--E剖视图。图15为圆柱滚子的立体图。图16为鼓形圆柱滚子的立体图。图17为保持架与滚子的端部配合图。图18为实施例二中活塞的剖视图。图19为实施例二中活塞的剖视图。图20为实施例二中活塞的剖视图。图21为实施例三中的连接机构局部示意图。图22为实施例三中连杆小端的示意图。图中：100活塞，110活塞头部，111活塞顶部，112环槽脊部。120裙部，121凹凸结构，130销毂部，131活塞销孔，132延伸部，140支撑部位，141弧形凹槽，142卡槽，150侧壁部，160冷却通道，161a/161b换气孔，170内腔部分，200气缸盖，210气门，220燃料的喷射喷嘴，230燃烧室。300连杆，310小端，311耐磨涂层，320大端，400活塞销，410轴承。具体实施方式以常见的四冲程汽油发动机为例，该内燃机具备：活塞100、气缸体、气缸盖、曲轴、连杆、活塞销、燃烧室、点火装置、气门和润滑系统等。其中，气门包含进气门和排气门，不属于本专利技术的技术改进之处，不再赘述。该内燃机中，所知晓的，曲轴能够周期性的、旋转地设置在气缸体内，是动力输出轴，连杆的两端分别和活塞、曲轴进行活动连接。活塞往复移动地收纳于气缸的内部活塞套筒内。以上属于现有技术的基本情况。铝基材质的合金活塞，目前针对活塞的研究和设计，大部分停留在密封环的设计优化、裙部的设计优化，活塞顶面的优化，环带断面的优化等等，本专利技术不同以上技术的重要区别就是，针对的是活塞与连杆的结合部位的改进，通过该处技术的改进和革新，提高活塞在内燃机中的综合性能。以图1中所示的四个过程图解内燃机中的一个压缩单元的工作过程，本图例中，气缸盖200以将气缸的开口塞住的方式设置于气缸体上部，即，对缸体的顶部进行封装。在气缸盖上设置气门210；燃料的喷射喷嘴220和火花塞。如图1中A1所示(活塞100处于上止点)，在活塞1的上表面与气缸盖200间存在的则是燃烧室230。活塞的顶部顶面直接与燃烧的气体接触，并在爆燃气体的膨胀力的推动下向下运动，经过A2位置后达到A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.活塞、连杆结构，包括活塞和连杆，该连杆的小端与所述活塞进行活动连接，其特征在于，/n与活塞顶部相对的活塞内腔内有支撑部位，且该支撑部位设置有弧形凹槽，该弧形凹槽处固定有保持架，以及被保持架进行限位的滚子，该滚子存在于弧形凹槽和连杆小端之间，并在二者之间形成滚动接触；且该处承受连杆、活塞主要的力；/n用于连接活塞和连杆的活塞销规格小于标准设计尺寸，且该处承受连杆、活塞次要的力。/n

【技术特征摘要】
1.活塞、连杆结构，包括活塞和连杆，该连杆的小端与所述活塞进行活动连接，其特征在于，
与活塞顶部相对的活塞内腔内有支撑部位，且该支撑部位设置有弧形凹槽，该弧形凹槽处固定有保持架，以及被保持架进行限位的滚子，该滚子存在于弧形凹槽和连杆小端之间，并在二者之间形成滚动接触；且该处承受连杆、活塞主要的力；
用于连接活塞和连杆的活塞销规格小于标准设计尺寸，且该处承受连杆、活塞次要的力。


2.根据权利要求1所述的活塞、连杆结构，其特征在于，所述滚子为圆柱滚子或者鼓形圆柱滚子。


3.根据权利要求2所述的活塞、连杆结构，其特征在于，所述滚子为空心筒结构。


4.根据权利要求1所述的活塞、连杆结构，其特征在于，在所述连杆的小端外表面具有强化耐磨层。


5.根据权利要求1所述的活塞、连杆结构，其特征在于，所述连杆的小端外侧具有覆盖局部的滚子配合凹槽。


6.根据权利要求1所述的活塞、连杆结构，其特征在于，所述活塞的活塞销孔向活塞内腔内...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杜桂菊，
类型：发明
国别省市：山东;37