用于发动机活塞的压缩环、用于内燃机的活塞组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型的各种实施例涉及一种用于内燃机的压缩活塞环。
【背景技术】
[0002]内燃机的活塞组件具有包括有环形凹槽的活塞和包含在每个凹槽内的密封元件。该密封元件的其中一个可为开口压缩环。该压缩环以及相关凹槽的轴向宽度可被减少从而减小了压缩环与气缸孔侧壁之间的接触面积，因而减小了在该两个表面之间的摩擦。基于生产能力和其他因素限制了压缩环和凹槽的尺寸，从而限制了摩擦的减小。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术的相关技术问题，为了消除现有技术中存在的限制了摩擦减小的缺陷，本实用新型提供一种用于发动机活塞的压缩环、以及用于内燃机的活塞组件。
[0004]本实用新型提供一种用于发动机活塞的压缩环，包括:上面和下面；沿着所述压缩环的内直径而定位在所述上面和下面之间的内面，其中所述上面、所述下面以及所述内面与活塞内的环形凹槽配合；以及沿着所述压缩环的外直径而定位在所述上面和下面之间的外面，所述外面用于与气缸中的孔配合，所述外面通过沿着所述压缩环的轴向方向的光滑的连续曲面而形成，所述曲面具有通过凹面连接的第一凸面和第二凸面。
[0005]优选地，所述第一凸面与所述凹面混合并且所述第二凸面与所述凹面混合以提供所述曲面。
[0006]优选地，所述光滑的连续曲面通过非分段轮廓函数来提供。
[0007]优选地，至少所述轮廓函数的一阶导数为连续的。
[0008]优选地，至少所述轮廓函数的二阶导数为连续的。
[0009]优选地，所述第一凸面和第二凸面各自包含圆的一段弧。
[0010]优选地，所述第一凸面的第一半径与所述第二凸面的第二半径相同。
[0011]优选地，所述凹面具有第三半径，所述第三半径小于所述第一半径和第二半径。
[0012]优选地，所述第三半径小于所述第一半径的一半。
[0013]优选地，所述第一凸面具有与所述上面对准的切线。
[0014]优选地，所述第二凸面具有与所述下面对准的切线。
[0015]优选地，所述第一凸面和所述凹面在所述第一凸面和所述凹面之间的第一结合点处共用共同的切线方向；以及
[0016]其中所述第二凸面和所述凹面在所述第二凸面和所述凹面之间的第二结合点处共用共同的切线方向。
[0017]本实用新型还提供一种用于内燃机的活塞组件，包括:具有冠和侧壁的活塞，所述侧壁形成环形凹槽；以及尺寸设计为可容纳在所述凹槽内的压缩环，所述压缩环具有通过光滑的连续曲面所形成的外面，所述外面具有通过中间面连接的第一凸面和第二凸面，每个所述凸面分别具有第一曲率半径和第二曲率半径。
[0018]优选地，所述环形凹槽邻近于所述冠使得所述压缩环为顶部压缩环。
[0019]优选地，所述第一凸面和第二凸面适用于接触所述内燃机的气缸壁。
[0020]优选地，所述压缩环的轴向宽度为一毫米；
[0021]其中，所述第一曲率半径为0.25毫米；以及
[0022]其中，所述第二曲率半径为0.25毫米。
[0023]优选地，所述外面具有连续可微分的轴向轮廓。
[0024]本实用新型又提供一种形成活塞压缩环的方法，包括:沿着所述环的轴向方向而通过连续曲面形成所述环的外面，所述连续曲面具有通过中间区段连接的第一凸出区段和第二凸出区段，每个所述凸出区段分别通过第一半径和第二半径来限定。
[0025]优选地，所述中间区段为凹区段；其中所述连续曲面形成为使得:所述第一凸出区段和所述凹区段在第一凸出区段和所述凹区段之间的第一结合点处共用共同的切线方向，并且所述第二凸出区段和所述凹区段在第二凸出区段和所述凹区段之间的第二结合点处共用共同的切线方向。
[0026]优选地，形成所述外面包括沿着所述外面的轴向方向描绘所述外面的轮廓以与光滑的非分段函数相一致，其中所述函数为连续可微分的。在一个实施例中，提供一种发动机活塞的压缩环，其具有上面和下面。内面沿着环的内直径而定位在上面和下面之间。外面沿着环的外直径定位在上面和下面之间。该外面通过沿着环的轴向方向的连续曲面(curve)而形成。该连续曲面具有通过凹面连接的第一凸面和第二凸面，每一个凸面分别由第一半径和第二半径来限定。
[0027]在另一个实施例中，提供一种用于内燃机的活塞组件，其包括具有冠和侧壁的活塞。该侧壁形成环形凹槽。压缩环的尺寸被设置为容纳在凹槽内。压缩环具有通过连续的曲面而形成的外面。该外面具有通过凹面连接的第一凸面和第二凸面，每一个凸面分别由第一曲率半径和第二曲率半径来限定。
[0028]在再一实施例中，一种形成压缩环的方法，其包括提供具有外面、内面、上面以及下面的环。该环的外面被加工以形成沿着环的轴向方向的连续曲面。该连续曲面具有通过凹区段连接的第一和第二凸出区段，其中每个凸出区段分别由第一和第二半径来限定。
[0029]本实用新型的不同实施例具有相关联的非限制性益处。例如，通过提供具有一对凸面的顶部压缩环，与具有单个凸面的环相比，减少了与发动机的气缸壁接触的有效面积，因而减少了摩擦。
【附图说明】
[0030]图1为根据一个实施例的内燃机的示意图；
[0031]图2为根据一个实施例的活塞和压缩环的部分的截面视图；
[0032]图3为图2的压缩环的透视图；以及
[0033]图4为图2的压缩环的示意性视图。
【具体实施方式】
[0034]按照要求，本文中已披露了本实用新型的详细的实施方式；然而，应当理解的是，所披露的实施例仅为示例性的并且可以以不同的和替代的形式来实施。该附图并不一定按比例绘制；一些特征可被放大或缩小以示出特定组件的细部。因此，本文中所披露的具体结构和功能的细部并不应当理解为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域的技术人员来变化地实施本实用新型的代表性基础。
[0035]图1示出了内燃机20的示意图。内燃机20具有多个气缸22，且示出了一个气缸。内燃机20具有与每个气缸22结合的燃烧室24。该气缸22由气缸壁32和活塞组件34形成。活塞组件34连接至曲轴36。燃烧室24与进气歧管38和排气歧管40流体连通。进气阀42控制从进气歧管38至燃烧室30内的流动。排气阀44控制从燃烧室30至排气歧管40的流动。该进气42和排气阀44可以以如在现有技术中已知的用来控制发动机操作的各种方式来操作。
[0036]喷油器46将燃油从燃油系统中直接输送至燃烧室30，因此发动机为直喷式发动机。低压或高压燃油喷射系统可与内燃机20 —起使用，或者在其他示例中可使用端口喷射系统。点火系统包括火花塞48，该火花塞被控制为以提供火花形式的能量，从而点燃燃烧室30中的燃油空气混合物。在其他实施例中，可使用其他的燃油输送系统和点火系统或者技术，包括压缩点火。
[0037]内燃机20包括控制器和构造为对控制器提供信号用于控制输送至发动机的空气和燃油、点火定时、来自发动机的功率和扭矩输出等的各种传感器。发动机传感器可包括但不限制于排气歧管40中的氧传感器、发动机冷却液温度传感器、油门踏板位置传感器、发动机歧管压力(MAP)传感器、用于曲轴位置的发动机位置传感器、进气歧管38中的空气质量传感器、节流阀位置传感器等。
[0038]在一些实施例中，内燃机20用作车辆(诸如传统的车辆或停止-启动的车辆)中唯一的原动力。在其他实施例中，内燃机可用在混合动力车辆中，其中可利用诸如电机的额外原动力，以提供额外的功率来推进车辆。
[0039]每个气缸22在包含吸气冲程、压缩冲程、点火冲程以及排气冲程的四冲程循环下操作。在其他示例中，发动机可使用两冲程循环来操作。在吸气冲程期间，进气阀42打开且排气阀44关闭同时活塞组件34从气缸22的顶部移动至气缸22的底部从而将气体从进气歧管引入至燃烧室。已知位于气缸22的顶部处的活塞组件34位置通常为上死点(TDC)。已知位于在气缸底部处的活塞组件34位置为下死点(BDC)。
[0040]在压缩冲程期间，进气阀42和排气阀44关闭。活塞34从底部朝向气缸22的顶部移动，从而将压缩在燃烧室24内的空气。
[0041]然后燃油被引入至燃烧室24中且被点燃。在示出的内燃机20中，燃油被喷射至燃烧室24中并且然后使用火花塞48来点燃。在其他示例中，燃油可使用压缩点火来点燃。
[0042]在膨胀冲程期间，在燃烧室24中的已点燃的燃油空气混合物膨胀，因此使得活塞34从气缸22的顶部移动至气缸22的底部。活塞组件34的移动产生了曲轴36中的相应的移动并且提供来自内燃机20的机械扭矩输出。
[0043]在排气冲程期间，进气阀42保持关闭，并且排气阀44打开。活塞组件34从气缸的底部移动至气缸22的顶部从而通过减少燃烧室24的容积而从燃烧室24中移除废气和燃烧产物。废气从燃烧气缸22中流至排气歧管40且流至后处理系统(诸如催化转化器)。
[0044]进气和排气阀42、44定位和定时，以及燃油喷射定时和点火定时可对于不同的发动机冲程而发生变化。
[0045]活塞组件34具有活塞50，该活塞具有冠52、侧壁54以及裙部56。活塞50包含有经由连杆销等而将活塞连接至曲轴36的结构。侧壁54形成了气缸并且限定了多个环形凹槽58。在图1中示出了三个环形凹槽；然而，任意数量的环形凹槽可与活塞组件34—起使用。在一个实施例中，环形凹槽5