無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞的製作方法

2023-05-08 19:16:06

專利名稱：無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機、空氣壓縮機所使用的全密封、防止活塞環對口，具備磨損補償功能的對角線切口活塞環和活塞，稱之為無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞。
背景技術：
現有技術中，內燃機、空氣壓縮機活塞環為直邊切口形狀，還有極少數的斜邊切口和階梯式切口。直邊切口活塞環應用最廣泛。它利用兩至三道壓縮氣環，相鄰的活塞環以直邊切口在活塞上相錯120°-180°，形成迷宮式的密封結構，來達到密氣作用。由於活塞環是個非正規的橢圓，當氣缸被活塞和活塞環磨損後，也失去圓度，直邊切口端隙增大，並且伴隨著幾道活塞環切口對齊，造成磨損端隙增大、密氣失效和對口密氣性失效。使氣缸內壓縮壓力降低、壓縮熱下降、爆燃速度減慢、壓縮氣體和爆燃氣體向曲軸箱洩露。從而使內燃機動力降低，向燃燒室竄潤滑油產生燒機油冒藍煙，同時伴隨發動機排出大量的CH和CO等未燃淨的可燃的有害氣體汙染環境。另外內燃機高溫、高壓的氣體竄入曲軸箱使潤滑油氧化、析碳、膠質化、喪失潤滑功能，並從曲軸箱廢氣管進入節氣門，帶著潤滑油的微粒汙染節氣門。對空氣壓縮機來說空氣壓力難以提高，儲氣包中油物增加，耗能量增大，效率降低，至此必須對內燃機和空氣壓縮機進行大修；鏜缸、更換活塞和活塞環。斜邊切口活塞環與直邊切口活塞環基本相同，只不過將直邊切口傾斜一個角度。階梯式切口活塞環能補償因氣缸內壁、活塞環外徑磨損而增大的接口間隙，但存在著壓縮空氣和爆燃氣從上開口間隙，及環與環槽側隙進入活塞環槽底，經下開口竄出，進入下一道環及曲軸箱。同樣會降低內燃機壓縮壓力，增大耗油量，使內燃機功率下降。

發明內容
本發明的目的在於避免現有技術的不足，而提供一種類似階梯式切口的活塞環及含有該活塞環的活塞。當氣缸內壁與活塞環外徑磨損後，能具備磨損補償功能。不會因活塞環切口相對齊造成漏氣而密氣失效。不會產生壓縮氣體和爆燃氣體經活塞環的側隙、端隙下竄去曲軸箱，不會上竄機油進入燃燒室，在磨損補償範圍內始終保持內燃機原有的壓縮壓力，不會降低動力。使燃料燃燒更充分，減少HC和CO的排放及NOx的生成。減少潤滑油的氧化。提高燃油的充分利用率，節省燃料，延長內燃機大修裡程，提供密封更嚴的、防止各道活塞環對口的全密封對角線切口的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞。
本發明的目的是這樣實現的活塞環的周長比氣缸內徑的周長長出活塞環開口端頭重疊的尺寸，使之作為切口的長度。第一道活塞環的切口為對角線切口，即由活塞環軸向截面的外圓柱面靠近活塞環上端的上邊角處至活塞環內徑下端的下邊角的對角線，兩端頭為互補搭接的切口。這種對角線切口的下三角端頭封堵了活塞與氣缸的間隙，上三角端頭為四邊楔形或五邊楔形搭接在下三角端頭之上，封堵了下三角端頭的間隙。從而密封住活塞環與活塞環槽上側隙、上開口間隙漏進來的氣體，使氣體不能進入下一道活塞環岸及環槽中，乃至曲軸箱，來達到密氣作用。第二道活塞環為錐面環，其對角線的切口與第一道活塞環的切口相反，從活塞環軸向截面的外圓錐面靠近底邊的下邊角至上端面與內圓柱面或內正扭曲槽的相接角的連線，兩端頭為互補搭接切口。切口為下四邊楔形和上三角形結構，或下五邊楔形和上三角形結構，起防止向燃燒室泵潤滑油的作用。為了防止活塞環對口，使活塞環在活塞槽中定位，在活塞環內柱面，靠端頭的附近開一防轉槽，在活塞的環槽底與活塞銷軸心線成β＝30°～45°角的位置，各環環槽底成180°方向上鑲一小柱銷，用於嵌入活塞環的防轉槽中，起定位防止活塞環旋轉的作用。
由於採用上述技術方案，可以在冷車時提高氣缸壓縮壓力，當內燃機氣缸壁、活塞環外徑磨損，只要對角線切口還搭接著，就不會降低壓縮壓力和爆燃壓力，減少壓縮衝程所作的無用功，不會上下竄氣竄機油，燃燒充分，降低尾氣汙染物的排放，提高內燃機的動力。並且各環防止旋轉對口，環與氣缸壁磨損均勻，使之成為磨損補償功能，延長內燃機的使用壽命、節省燃油、潤滑油等各類資源。


圖1是本發明全密封對角線切口的無端隙活塞環的主視圖。圖中T為搭接長度，S為膨脹間隙，F為活塞環受外力切口閉合在工作狀態，g為防旋轉定位槽；
圖2、圖3、圖4分別是本發明無端隙活塞環；梯形環、楔形環、矩形環的局部剖示放大圖，示出了對角線搭接面m；本圖中是柱面環的三種結構；圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10分別是本發明無端隙活塞環；錐面環的梯形環、楔形環、矩形環的局部剖示放大圖。其中圖8、圖9、圖10是設有上扭曲槽的錐面環。
圖11是本發明無端隙活塞環自然狀態時的切口局部軸側圖；圖12是本發明無端隙活塞環附圖中的K向放大視圖；圖中R是為防止應力集中設計的圓角，J是切肩，α是切肩的內傾角，也可以外傾則為外傾角α為負；為防止端頭與切肩J在受熱膨脹時幹涉而卡滯，所以設計切肩J的切肩傾角α；圖13是本發明無端隙活塞環放置於氣缸內的局部軸側圖，它示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環搭接口的工作狀態；圖14、圖15、圖16分別是本發明另一實施例的無端隙活塞環；梯形環、楔形環、矩形環的局部剖示放大圖，示出了對角線搭接面m；本圖中是柱面環的三種結構；圖17、圖18、圖19分別是本發明另一實施例的無端隙活塞環；梯形環、楔形環、矩形環的局部剖示放大圖，示出了對角線搭接面m；本圖中是桶面環的三種結構；圖20、圖21、圖22、圖23、圖24、圖25分別是本發明另一實施例的無端隙活塞環；錐面環的梯形環、楔形環、矩形環的局部剖示放大圖；其中圖20、圖21、圖22是設有上扭曲槽的錐面環。
圖26是本發明另一實施例的無端隙活塞環自然狀態時的切口局部軸側圖；圖27是本發明另一實施例的無端隙活塞環放置於氣缸內的局部軸側圖，它示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環搭接口的工作狀態；圖28是本發明無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞在氣缸中的實際工作的局部剖視圖；圖中1氣缸體，2第一道活塞環(全密封對角線的無端隙桶面或柱面活塞環)，3活塞上的防旋轉定位銷，4活塞，5第二道活塞環(全密封對角線切口的無端隙錐面活塞環)，β為定位銷3與活塞銷軸線的夾角，I是局部放大；圖29是本發明全密封對角線切口的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞圖28中的I部放大圖。
具體實施例方式
在圖1中，活塞環受外力F的作用使開口閉合的工作狀態。表示出了全密封對角線切口活塞環工作狀態，兩端頭搭接口的長度T，受熱所需的膨脹間隙S，在活塞環內圓柱面距其一端頭較近處開一小槽g，或在另一端頭較近處開一小槽g(圖中未示出)，以及剖視A-A的位置。接口長度T封堵著上下的漏氣，並且它是全密封對角線的無端隙活塞環所具備磨損補償功能的設計點。當氣缸內徑和活塞環外徑磨損，使搭接端頭T＝0時，該項技術的密封特性才進入現有直邊切口的技術狀態。
圖2示出了柱面或桶面(桶面未作圖)的梯形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖3示出楔形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖4示出矩形活塞環對角線切口的剖視放大圖，它們的對角線接合面m都是活塞環軸向截面，外圓柱面或外圓桶面距頂面距離δ開始至活塞環內圓柱面與底面相交點的對角線切口，如圖11所示；沿對角線鈍角a點的同一圓上開口長度T到b點的弧線(或玄線)至銳角d點同一圓上開口長度D到c點的弧線(或玄線)的錐面(或平面)，所製成的搭接面m構成的四邊楔形搭接的凸臺，與另一端B-A點的同圓弧線(或玄線)至C-D點的同圓弧線(或玄線)所組成的互補三角形搭接凸臺的接口形式。還可反向製造之。其下三角凸臺封堵了氣缸壁與活塞環岸的間隙。在搭接長度T的範圍內，對角線切口活塞環具備磨損補償功能。始終能保持初始密封狀態。
圖5至圖10為錐面環的切口結構放大圖。它與圖2、圖3、圖4的結構相反。其結構是由外圓錐面靠底邊的下邊角距離δ開始至活塞環上端面與內柱面的接角處或與正扭曲槽的內柱面(或內錐面)接角處的對角線，形成下四邊楔形上三角形互補截面的對角線切口。為的是更好的刮油，協助上道環密氣，起防止向燃燒室泵潤滑油的作用。
圖12是各圖中K視向的放大圖，圖中R的圓角設計是為了消除切口應力集中。切肩J的切肩角α的設計是為了防止活塞環受熱膨脹而產生端頭直角邊與R弧幹涉使搭接口處環高大於環槽寬度尺寸而卡死。
圖13對角線切口活塞環放置於氣缸中的局部軸側圖。它空間的示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環在氣缸中的工作狀態和它的全密封的特性及磨損補償功能。
如圖14至圖27所示，為本發明的另一實施例。圖14示出了柱面的梯形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖15示出楔形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖16示出矩形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖17示出了桶面的梯形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖18示出楔形活塞環對角線切口的剖視放大圖，圖19示出矩形活塞環對角線切口的剖視放大圖，它們的對角線接合面m都是活塞環軸向截面，外圓柱面或外圓桶面距頂面距離δ開始至活塞環底面距內圓柱面交點處距離ξ的對角線切口，如圖26所示；沿對角線鈍角a點的同一圓上開口長度T到b點的弧線(或玄線)至底面到內柱面的交點距離ξ的鈍角d點同一圓上開口長度D到c點的弧線(或玄線)的錐面(或平面)，所製成的搭接面m構成的五邊楔形搭接的凸臺，與另一端B-A點的同圓弧線(或玄線)至C-D點的同圓弧線(或玄線)所組成的互補三角形搭接凸臺的接口形式。還可反向製造之。其下三角凸臺封堵了氣缸壁與活塞環岸的間隙。在搭接長度T的範圍內，對角線切口活塞環具備磨損補償功能。始終能保持初始密封狀態。
圖20至圖25為錐面環的切口結構放大圖。它與圖14、圖15、圖16的結構相反。其結構是由外圓錐面靠底邊的下邊角距離δ開始至活塞環上端面與內柱面的接角處或與正扭曲槽的內柱面(或內錐面)接角處相距距離ξ的對角線，形成下五邊楔形上三角形互補截面的對角線切口。為的是更好的刮油，協助上道環密氣，封堵曲軸箱上竄氣，起防止向燃燒室泵潤滑油的作用。圖27對角線切口活塞環放置於氣缸中的局部軸側圖。它空間的示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環在氣缸中的工作狀態和它的全密封的特性及磨損補償功能。
圖28和圖29示出在活塞4的活塞環槽底與活塞銷軸線夾角β＝30°～40°的位置上製造一定位銷3。兩相鄰的活塞環槽中的定位銷相錯180°。與各自的活塞環的定位槽g相配合，起到活塞環防旋轉的作用。以達到防止活塞環切口相對齊的目的。為的是使氣缸桶磨損的更均勻。
應當理解，以上結合實施例的說明對本發明而言只是說明性而非限制性的，在不脫離本發明的精神和範圍內，可對本發明做出許多變更和修改，其都將落在由權利要求所限定的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是活塞環的切口為對角線切口，並設有防旋轉定位槽與活塞的環槽底的定位銷相配合。
2.根據權利要求1所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是柱面或桶面活塞環的對角線切口為活塞環軸向截面的外圓面距頂面距離(δ)開始至活塞環內圓柱面與底面相交點的對角線，並沿對角線鈍角(a)點的同一圓上開口長度(T)的(b)點的弧線或玄線至銳角(d)點同一圓上開口長度(T)的(c)點的弧線或玄線的錐面或平面製成的接合面(m)所構成的四邊楔形搭接的凸臺，與另一端(B-A)點的同圓弧線或玄線至(C-D)點的同圓弧線或玄線所組成的互補三角形搭接凸臺的切口形式。
3.如權利要求2所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是錐面活塞環的對角線切口由截面的外圓錐面靠近底邊的下邊角距離(δ)開始至活塞環上端面與內圓柱面的接角處或與正扭曲槽的柱面或內錐面接角處的對角線，形成下四邊楔形上三角形互補截面的對角線切口結構。
4.根據權利要求1所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是柱面或桶面活塞環的對角線切口為活塞環軸向截面的外圓面距頂面距離(δ)開始至活塞環內圓柱面與底面相交點的對角線，並沿對角線鈍角(a)點的同一圓上開口長度(T)的(b)點的弧線或玄線至底面到內柱面的交點距離(ξ)的鈍角(d)點同一圓上開口長度(T)的(c)點的弧線或玄線的錐面或平面製成的接合面(m)所構成的五邊楔形搭接的凸臺，與另一端(B-A)點的同圓弧線或玄線至(C-D)點的同圓弧線或玄線所組成的互補三角形搭接凸臺的切口形式。
5.如權利要求4所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是錐面活塞環的對角線切口由截面的外圓錐面靠近底邊的下邊角距離(δ)開始至活塞環上端面與內圓柱面的接角處或與正扭曲槽的柱面或內錐面接角處相距距離(ξ)的對角線，形成下五邊楔形上三角形互補截面的對角線切口結構。
6.如權利要求1至5中任一個所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是活塞環切口的切肩(J)與搭接面(m)的結合為一(R)弧角，切肩(J)向切根(R)弧處有一(α)傾角，(α)傾角為內傾角或外傾角。
7.如權利要求1所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是活塞環內圓柱面距其一端頭較近處開一半圓柱面小槽，或在另一端頭較近處開一半圓柱面小槽。
8.如權利要求1所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是活塞的環槽底埋設一防旋轉定位銷，與活塞環防旋轉定位槽相配合定位。
9.如權利要求1或8所述的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其特徵是活塞上埋設的防旋轉定位銷與活塞銷軸心線成30°～40°的夾角，各道相鄰的環槽定位銷相錯180°的夾角。
全文摘要
一種全密封對角線切口的無端隙活塞環及含有該活塞環的活塞，其活塞環外徑周長比氣缸內徑周長，長出一個活塞環開口端頭重疊的尺寸，重疊部位兩端頭製成活塞環軸向截面互補的對角線切口，使重疊部位的厚度與活塞環的厚度一樣，並在活塞環內圓柱面上靠近一端頭的附近開一防旋轉定位小槽，在活塞環槽底與活塞銷成30°～40°的夾角處，鑲嵌與活塞環防旋轉定位槽相對應的定位銷，各環槽的定位銷相錯180°，用於防止各活塞環切口相對。使活塞環具備磨損補償功能、密封更嚴密、防對口的特性，達到延長內燃機大修裡程、節省燃油、減少排汙，提高內燃機動力性和燃油利用率。
文檔編號F04B53/02GK1916448SQ20061009926
公開日2007年2月21日 申請日期2006年7月25日 優先權日2005年7月25日
發明者楊應捷, 楊惜景, 謝彬 申請人:楊應捷