一種活塞和活塞環組的製作方法

2023-05-21 01:56:16 4

專利名稱：一種活塞和活塞環組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種活塞和活塞環組，尤其涉及內燃機或空氣壓縮機所使用的活塞和 活塞環組。
背景技術：
目前，用於活塞式內燃機或空氣壓縮機所使用的活塞和活塞環組，是在活塞銷孔 以上的位置設有一個油環槽和兩個氣環槽，在油環槽內安裝一道油環，在兩個氣環槽內分 別安裝一道氣環；或者設有一個油環槽，三個氣環槽，在油環槽內安裝一道油環，在三個氣 環槽內分別安裝一道氣環。上述活塞和活塞環組中存在的缺點是在油環與油環槽之間存 在間隙，及由此發生洩漏機油的問題；另外，還存在油環在上止點把機油上拋到油環以上氣 缸壁上的問題。當活塞在排氣衝程從下止點向上運動時(詳見說明書附圖中，圖12所示)，油環 的上側面與活塞的上側面存在間隙，油環的刮油邊把洩漏在氣缸壁上的機油(潤滑油)刮 起，被颳起的機油一方面向上運動，一方面沿著油環的上側面徑向進入油環槽底。在油環 槽底的機油沿著回油孔8流進活塞內腔。當活塞運動接近上止點時(詳見說明書附圖中， 圖13所示)，活塞的減速度接近最大，特別是在高速機上減速度將達到活塞環質量的3000 倍，活塞環就會自行向上運動，油環的上側面與活塞環槽的上側面相接觸，這時油環和活塞 向上運動時，油環向上颳起的機油就無法流進活塞環槽底，油環向上颳起的機油就會聚集 在油環以上活塞與氣缸壁之間的間隙處。當活塞達到上止點時(詳見說明書附圖中，圖14 所示)，儲存在油環以上活塞與缸壁之間的機油就被油環拋在上邊。隨著活塞和油環多次往 復上行，每次儲存在油環以上活塞與氣缸壁之間的機油被油環拋在上邊形成的積累，就會 形成較多的機油。當活塞從上止點下行進入吸氣衝程時(詳見說明書，附圖15所示)，活塞 環槽的上側面與油環的上側面相接觸(活塞油環槽的上側面與油環上側面的間隙為零)， 油環上側面外圓邊颳起的機油就被留在氣缸壁上。當活塞繼續下行，距油環最近的一道氣 環向下運動經過留在氣缸壁上的機油時，一方面一部分機油會沿著氣環徑向向內流入氣環 槽底，由於氣環存在泵機油的作用，在活塞與氣環往復運動時，機油就會流在氣環上邊的汽 缸壁上。另一方面，由於氣環與缸壁的接觸比壓小，氣環向下運動時在氣缸壁上就會留下一 層較厚的潤滑油膜。同樣可以依次類推其餘的氣環。當活塞進入壓縮衝程時，氣環與缸壁 的接觸比壓很大，機油會被第一道氣環向上颳起，由於活塞向上高速運動，當活塞到達上止 點時，一部分被氣環颳起的機油被拋進燃燒室燒掉。被拋進燃燒室燒掉的機油會形成顆粒物(致癌性物質)，造成了內燃機(汽車、農 機、摩託車、輪船等)嚴重汙染。機油燃燒產生的顆粒物，已成為內燃機(汽車)排氣汙染物 中最難治理的問題，是一個世界性難題。解決機油燃燒產生的顆粒物已成為汽車實現歐IV 排放標準中最主要、最關鍵和最難解決的技術問題。每0. 1克機油燃燒後會產生0. 0125克 顆粒物，而歐IV和歐V排放標準要求把顆粒物控制在< 0. 02g/kw -h的水平，因此應把內燃 機(汽車)的機油消耗率控制在< 0. 15g/kw · h的水平，以把機油消耗率控制在< 0. Olg/kw · h為最佳。由於人們長時間沒能解決活塞銷孔上邊所設的一道油環與環槽側間隙洩漏 機油及油環上拋機油的問題，無法把機油消耗率控制在< 0. 15g/kw · h的水平。因此機油 燃燒產生顆粒物致使內燃機(汽車)的排放沒能達到歐IV、歐V的法規要求。為了實現 歐IV、歐V的排放標準，國際上的科學家長期以來在技術問題上，都採用在內燃機(汽車) 的排氣管內安裝後處理過濾裝置，以解決活塞和活塞環洩漏的機油被燃燒產生的顆粒物問 題。一個過濾裝置不僅價格很貴，每臺汽車裝一個過濾裝置需要約2萬元人民幣，不僅給全 社會帶來了巨大的經濟負擔，而且因採用過濾裝置排氣管氣體會產生背壓(因顆粒物堵塞 使排氣的壓力增高)，使燃油耗增高，浪費能源。更為不利的是，通過活塞和活塞環洩漏的機 油被燃燒產生的顆粒物，會經常使過濾裝置發生堵塞，發動機每工作300-500小時，過濾裝 置就需要清理再生，這不僅需要到專業的維修站維修，一方面耽誤汽車的工作時間，同時耗 時、耗能、耗錢；另一方面過濾裝置也只能再生三次，就需要更換新的過濾裝置，給用戶再一 次增加經濟負擔。由於經濟負擔過重，很多國家的內燃機(汽車)至今無法執行歐IV及更 嚴的排放標準

發明內容
本發明的目的是提供一種活塞和活塞環組，以解決活塞銷孔上邊一道油環槽與油 環之間的間隙洩漏機油，及油環上拋機油進入燃燒室被燃燒的問題，可把機油消耗率控制 在< 0. 15g/kw -h的水平；同時可使氣環結構設計的更加合理，使氣環密封性能得到大幅度提尚。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種活塞和活塞環組，包括一個活塞，在活塞的活塞體上設有活塞銷孔，在活塞銷 孔上邊的活塞體上設有一個油環槽，在靠近活塞頂下邊的活塞體上設有氣環槽，在活塞體 的最下邊一個氣環槽和油環槽之間的位置設有一個槽，在該槽下側面的下外邊處設有儲油 槽，在該槽下側面設有洩油通道。按照優選的實施方式，在氣環槽內設有氣環，在油環槽內設有一個徑向向外凸出 的環形凸簷的環，在槽內設有一個徑向向外凸出的環形凸簷的環。按照上述的實施方式，在氣環槽內設有氣環，在油環槽內設有油環，在槽內設有油 環。按照優選的實施方式，在活塞的最下邊一個氣環槽內設有桶面氣環。由於本發明活塞和活塞環組，是在活塞體的活塞銷孔以上的一道油環之上設有 槽，在該槽的下側面設有洩油通道，在槽的下側面外圓周邊的下邊設有儲油槽；在槽內安裝 具有徑向向外凸出環形凸簷的環。其功效為當活塞上行接近上止點至上止點時，距活塞銷 孔最近的一道油環在慣性力作用下，油環的上側面會與環槽的上側面相接觸，油環圓周邊 向上颳起的機油會向上拋起丟在氣缸壁上。當活塞下行時，設在油環之上具有徑向向外凸 出環形凸簷的環，就會把機油刮下，一部分機油通過該環下側面與槽的下側面之間的間隙 進入槽內，一部分機油下移被丟在該環接近下止點的缸壁上。當活塞從下止點上行時，由於 活塞加速度非常大，必然把進入在槽內的機油甩到槽的下邊，在活塞和該環繼續上行力的 作用下，機油會沿著徑向向外的洩油通道流到氣缸壁上。之後，被居其之下的油環颳起，在 活塞和油環上行力的作用下，大部分機油進入油環槽內，因此解決了在上止點油環上拋機油丟在缸壁上的問題。本發明技術對比傳統技術安裝一道油環，內燃機的機油消耗率可降 低50%以上，效果好的降低機油消耗率可達80%以上，而且可大幅度延長發動機的使用壽 命，還具有節省燃油的功能。


下面藉助於附圖示出的實施例詳細描述本發明。附圖中圖1示意示出本發明活塞和活塞環組第一實施例活塞的主視圖；圖2示意示出本發明活塞和活塞環組第一實施例活塞的剖視圖；圖3示意示出本發明活塞和活塞環組第二實施例的剖視圖；圖4示意示出本發明活塞和活塞環組第三實施例的剖視圖；圖5是徑向向外凸出的環形凸簷的環10剖面圖，在該環10的內圓周表面設有彈 簧脹圈12 ；圖6是雙刮油邊油環13的剖面圖；圖7是桶面氣環14的剖面圖；圖8是本發明活塞和活塞環組中活塞從下止點向上運動的示意圖；圖9是本發明活塞和活塞環組中活塞上行運動接近上止點的示意圖；圖10是本發明活塞和活塞環組中活塞上行運動到達上止點的示意圖；圖11是本發明活塞和活塞環組中活塞從上止點向下運動的示意圖；圖12是傳統技術活塞和油環中活塞從下止點向上運動的示意圖；圖13是傳統技術活塞和油環中活塞上行運動接近上止點的示意圖；圖14是傳統技術活塞和油環中活塞上行運動到達上止點的示意圖；圖15是傳統技術活塞和油環中活塞從上止點向下運動的示意圖。
具體實施例方式圖1-2示意示出本發明活塞和活塞環組第一實施例。圖1示意示出本發明活塞和活塞環組第一實施例的主視圖。圖2示意示出本發明 活塞和活塞環組第一實施例的剖視圖。如圖1所示，根據本發明的活塞和活塞環組，包括一 個活塞1，活塞1的活塞體11上設有活塞銷孔9，在活塞銷孔9上邊設有油環槽2，在油環槽 2的底部徑向向內設有洩油孔8。在油環槽2的上邊設有槽3，在槽3下側面的下外邊處設 有儲油槽7 ；在槽3的下側面設有洩油通道6。在槽3的上邊設有氣環槽4，在氣環槽4的 上邊設有上氣環槽5。圖3示意示出本發明活塞和活塞環組的第二實施例。圖3示意示出本發明活塞和活塞環組第二實施例的剖視圖。如圖3所示，在活塞 體11的活塞銷孔9上邊所設油環槽2內，設有徑向向外凸出的環形凸簷的環10 ；在油環槽 2的上邊設有槽3，在槽3內設有徑向向外凸出的環形凸簷的環10 ；由於徑向向外凸出的環 形凸簷的環10與缸壁接觸的面積小，因而磨擦力較小。在槽3的上邊設有氣環槽環4，在氣 環槽4內安裝氣環17 ；在氣環槽4上邊設有上氣環槽5，在上氣環槽5內安裝上氣環15。圖4示意示出本發明活塞和活塞環組的第三實施例。圖4示意示出本發明活塞和活塞環組第三實施例的剖視圖。如圖4所示，在油環5槽4中安裝雙刮油邊的油環13 ；在槽3中安裝雙刮油邊的油環13。其他部分的結構與圖3 中的相同。圖8-11示意示出本發明活塞和活塞環組工作中的狀態圖。圖8是活塞從下止點 向上運動時狀態圖。此時，油環13上刮油邊颳起的大部分機油，徑向沿著油環上側面流入 油環槽2內，部分機油從油環槽2內通過回油孔8流入活塞內腔。由於活塞上行力的作用， 槽3內的機油會經洩油通道6徑向向外流到汽缸壁上。活塞繼續向上運動，之後機油經油 環13的上側面與油環槽2上側面之間的間隙進入油環槽2內。當活塞向上運動接近上止 點時，詳見圖9所示，距活塞銷孔9最近的一道油環13在慣性力作用下，油環13的上側面 與環槽2的上側面相接觸，油環13外圓周邊向上颳起的機油會向上拋起。當活塞達到上止 點時，詳見附圖10所示，儲存在油環13以上活塞1外圓周與缸壁16之間的機油就被油環 拋在上邊。當活塞從上止點下行時，見圖11所示，設在槽3之內具有徑向向外凸出環形凸 簷的環10，就會把機油刮下，一部分機油通過該環下側面與槽3的下側面之間的間隙進入 槽3內，一部分機油下移被丟在該環接近下止點的缸壁上。內燃機在工作時，活塞會上下往 復依次運動。由於在油環13之上設有槽3，在槽3之內安裝具有徑向向外凸出環形凸簷的環 10，在活塞向下運動時，把油環3在上止點上拋丟下的機油刮下。因此解決了一道油環13 間隙洩漏機油及油環13上拋機油進入燃燒室被燃燒的問題。由於兩道油環的刮油作用，可把機油消耗率控制在< 0. 15g/kw · h，因此在活塞體 11最下邊的一個氣環槽4內，可以安裝桶面氣環。這樣活塞環組密封氣體能力會大幅度提 高，內燃機節省燃油可達到_8%。另外可大幅度延長發動機的使用壽命。權利要求
1.一種活塞和活塞環組，包括一個活塞(1)，在活塞(1)的活塞體(11)上設有活塞銷 孔(9)，在活塞銷孔(9)上邊的活塞體(11)上設有一個油環槽O)，在靠近活塞頂下 邊的活塞體(11)上設有氣環槽G)，其特徵在於，在活塞體(11)的最下邊一個氣環槽(4) 和油環槽( 之間的位置設有一個槽(3)，在該槽C3)下側面的下外邊處設有儲油槽(7)， 在該槽( 下側面設有洩油通道(6)。
2.根據權利要求1所述的一種活塞和活塞環組，在氣環槽內設有氣環(17)，在油 環槽O)內設有一個徑向向外凸出的環形凸簷的環(10)，在槽(3)內設有一個徑向向外凸 出的環形凸簷的環(10)。
3.根據權利要求1所述的一種活塞和活塞環組，在氣環槽內設有氣環(17)，在油 環槽O)內設有油環(13)，在槽(3)內，設有油環(13)。
4.根據權利要求1、2、3所述的一種活塞和活塞環組，在氣環槽內設有桶面氣環 (14)。
全文摘要
本發明涉及一種活塞和活塞環組，尤其涉及內燃機或空氣壓縮機所使用的活塞和活塞環組。包括一個活塞(1)，其特徵在於，在活塞體(11)的最下邊一個氣環槽(4)和油環槽(2)之間的位置設有一個槽(3)，在該槽(3)下側面的下外邊處設有儲油槽(7)，在該槽(3)下側面設有洩油通道(6)。在油環槽(2)內設有一個徑向向外凸出的環形凸簷的環(10)，在槽(3)內設有一個徑向向外凸出的環形凸簷的環(10)。
文檔編號F16J9/00GK102042401SQ200910208560
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月19日 優先權日2009年10月19日
發明者宇秀明 申請人:宇秀明