有定位槽的無端隙活塞環的製作方法

2023-05-21 07:21:36 2

專利名稱：有定位槽的無端隙活塞環的製作方法
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、設制防止相鄰活塞環對口的定位槽，具備磨損補償功能的對角線切口結構的活塞環，稱之為有定位槽的無端隙活塞環。
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均無定位槽。直邊切口活塞環應用最廣泛。它利用兩至四道密氣環，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。根據內燃機不同的設計，一般汽油機為兩道密氣環，柴油機為兩至四道密氣環，具體選用幾道密氣環由各生產企業自定。其原則是壓縮比和壓縮壓力越高密氣環設置的越多，其密氣性越好。由於活塞環對汽缸壁有正壓力，所以活塞環設置越多摩擦阻力越大，克服摩擦阻力所消耗的功和燃料就越多。實際是以消耗燃料達到延長有效密封性。由於活塞環是個非正規的橢圓，當汽缸被活塞和活塞環磨損後，失去圓度和柱度，直邊切口端隙增大，並且伴隨著各相鄰活塞環切口對齊。磨損使得活塞環端隙增大而密氣失效，以及對口密氣性失效。造成燃燒室內壓縮壓力降低、壓縮熱下降、爆燃速度減慢、被壓縮的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、CO和NOx等未燃淨可燃的及有害的氣體汙染環境。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。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汽缸內壁、活塞環外徑磨損而增大的埠間隙，但存在著壓縮空氣和爆燃氣從上開口間隙，及環與環槽上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。 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，使密氣失效。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有定位槽的無端隙活塞環。本發明的目的是這樣實現的活塞環的周長比汽缸內徑的周長長出活塞環開口端頭重疊尺寸。重疊尺寸加膨脹所需間隙的尺寸，作為切口凸臺的長度。活塞環的切口為對角線切口結構，即第一道活塞環由端頭軸向截面沿外園柱面或桶面的投影線，靠近活塞環上端面投影線相交點一個小距離開始至活塞環內圓柱面的投影線與下端面投影線交點的對角線，以該對角線做一切面，使兩端頭為互補搭接的切口。這種對角線結構切口的下三角稜端頭在汽缸內封堵了活塞與汽缸壁的間隙，上四邊楔形稜端頭搭接在下三角稜端頭之上，封堵了下三角端面與四邊楔形稜端肩的間隙。從而密封住活塞環與活塞環槽的上側隙、 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，即沿活塞環端頭軸向截面的外圓柱面投影線，靠近下端面投影線的交點一個小距離開始至上端面與內圓柱面投影線交點的對角線，以該對角線做一切面，使兩端頭為互補搭接切口。切口為下四邊楔形稜和上三角形稜結構，起到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，在活塞環內圓柱面，緊靠端頭的附近開一防轉定位槽，在活塞的環槽底鑲一小柱銷，用於嵌入活塞環的防轉定位槽中，起防止活塞環旋轉的定位作用。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，使之成為具備磨損補償功能，延長內燃機的使用壽命，節省燃油、潤滑油，減少汙染物尾氣的排放。


在說明前先闡述一下一般活塞環的分類。按材料分類有鑄鐵、球墨鑄鐵、鉻碳鋼等，按功能分類有密氣環和油環，密氣環按結構形狀分兩類一類是活塞環軸向截面分為矩形、梯形和楔形，另一類是外圓周面分為柱面、桶面和錐面。錐面活塞環被用於密氣環中的最後一道環，在靠活塞頂端的密氣環可根據設計單獨選用桶面環或柱面環以及再多加一至兩道密氣環可組合使用桶面環和柱面環。圖1是本發明全密封對角線切口無端隙活塞環的柱面或桶面(柱面請閱圖14)矩形活塞環的主視圖。先定義一下，將主視圖順時針旋轉90度，活塞環的開口在面前的前方， 圖示開口左側的端頭為左端頭，右側的端頭為右端頭。圖中示出剖切線A-A經活塞環右端頭通過圓心的剖切位置，A-A剖視圖示出活塞環右端頭局部放大B的位置。在活塞環內圓柱面上距端頭面丄設一小圓弧定位槽10，與活塞環槽底部設置定位銷相配合，起到防止活塞環轉動的定位作用。圖2是圖1的局部B放大圖。點04與點05的連線及延長線是活塞環上端面的投影線，點01與點06的連線及延長線是活塞環下端面的投影線。對角線是指從上端面與外圓柱面或桶面投影線的交點04沿外圓柱面或桶面投影線一點小距離10的點03到下端面與內圓柱面投影線的交點06的斜線，以該斜線的對角線做一切面。10為小圓弧定位槽。圖3是無端隙活塞環桶面矩形環的埠外下方軸側圖以及活塞環開口處的局部放大C的位置。圖4是圖3的局部C放大圖，示出右端頭的立體結構以及各形面交線的交點標號。 點03、04、05、06的連線為右端頭四邊楔形平面的端頭面，點01、02、07為右端頭三角形平面的端肩面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。對角線切面為點06、07連接直線沿點03、06對角線組成的平面或以點06、07在內圓柱面與下端面形成的弧線沿點03、06連接的對角線組成的弧面。由此呈現出內圓柱面、上端面、立寬度的外圓柱面、對角線切面點02、03、06、07平面或弧面構成四邊楔形稜上凸臺及點01、02、07 為三角平面端肩面的活塞環右端頭。與左端頭的點11、12、13、14、17—一對應成為互補的端頭結構。圖5是無端隙活塞環桶面梯形環的埠內上方軸測圖以及活塞環開口處的局部放大D的位置。梯形活塞環的上端面為錐面，下端面為反向錐面。圖6是圖5的局部D放大圖，示出左端頭的立體結構以及各形面交線的交點標號。 點11、12、17的連線為三角形平面的端頭面，點13、14、15、16的連線為四邊楔形平面的端肩面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。對角線切面為點16、17連接直線沿點12、17對角線組成的平面或以點16、17在內圓柱面與下端面形成弧線沿點17、12連接的對角線組成的弧面。由此呈現出外桶面、下端面、對角線切面點12、13、 16、17平面或弧面構成三稜形下凸臺及點13、14、15、16為四邊楔形平面端肩面的活塞環的左端頭，與圖4所示右端頭的上四邊楔形凸臺成為互補結構。在活塞環內圓柱面上距端頭面丄設一小圓弧定位槽10，與活塞環槽底部設置定位銷相配合，起到防止活塞環轉動的定位作用。圖7是錐面矩形活塞環的主視圖。圖中示出剖切線E-E經右端頭端面通過圓心剖切的位置，E-E剖視圖示出活塞環右端頭局部放大F的位置。錐面活塞環的外圓面是由錐面和_§_寬度的圓柱面組成。在活塞環內圓柱面上距端頭面丄設一小圓弧定位槽10，與活塞環槽底部設置定位銷相配合，起到防止活塞環轉動的定位作用。圖8是圖7的局部F放大圖。點21與點27的連線及延長線是活塞環下端面的投影線，點M與點26的連線及延長線是活塞環上端面的投影線。對角線是指從下端面與外圓柱面投影線交點21沿外圓柱面投影線一點小距離i的點22到上端面與內圓柱面投影線的交點26的斜線，以該對角線做一切面，與圖2的對角線相反的切面。上是外圓柱面的高度，上大於等於A。圖9是錐面矩形環的埠內下方軸側圖以及活塞環開口處的局部放大G。圖10是圖9的局部G放大圖，示出左端頭的立體結構以及各形面交線的交點標號。點33、34、35的連線為三角形平面的端頭面，點31、32、36、37的連線為四邊楔形平面的端肩面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。對角線切面為點35、36連接直線沿點33、35連接的對角線組成平面或以點35、36在內圓柱面與上端面形成的弧線沿點33、35連接的對角線所組成的弧面。由此呈現出外錐面、上端面、點32、 33、35、36平面或弧面構成三稜形上凸臺和點31、32、36、37連線的四邊楔形端肩面的活塞環左端頭，與右端頭的四邊楔形稜下凸臺構成互補結構。在活塞環內圓柱面上距端頭面丄設一小圓弧定位槽10，與活塞環槽底部設置定位銷相配合，起到防止活塞環轉動的定位作用。圖11是錐面矩形環的埠外上方軸側圖以及活塞環開口處的局部放大H。圖12是圖11的局部H放大圖，示出右端頭的立體結構以及各形面交線交點的標號。點21、22、26、27的連線為四邊楔形平面的端頭面，點23、24、25的連線為三角形平面的端肩面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。對角線切面為點25 J6連接直線沿點22 J6對角線組成平面或以點25 J6在內圓柱面與上端面形成弧線沿點2236連線的對角線所組成的弧面。由此呈現出環內柱面、下端面、立寬度的外圓柱面、點22、23、25、沈平面或弧面的切面構成四邊楔形稜下凸臺的活塞環右端頭，與左端頭相對應的點31、32、33、34、35、36、37端頭面和端肩面互補。_§_是外圓柱面的高度，_§_ 大於等於立。該右端頭與圖10所示的上三稜形凸臺的左端頭構成互補結構的無端隙活塞環。圖13是柱面矩形無端隙活塞環置於汽缸內或環規中端頭合攏工作狀態的主視圖。I為活塞環端頭搭接的尺寸，I-I剖切線對稱通過端頭搭接的尺寸I，40為環規或者是汽缸桶，10為設在內圓柱面的小圓弧定位槽。I-I剖視圖示出局部放大J在活塞環端頭搭接處。圖14是圖13局部J的放大圖。圖中示出左端頭為上四邊楔形稜，右端頭為下三角形稜的密封結構。點11、12、17為左端頭端頭面交點的投影點，括號內點01、02、07為右端頭端肩面交點的投影點。圖15是桶面矩形無端隙活塞環工作狀態的埠外上方軸側圖。示出局部放大K 在活塞環端頭搭接處。圖16是圖15局部K的放大圖，示出端頭搭接尺寸I和端頭的端面與端肩的間隙 S0凸臺的長度等於T+s。小圓弧定位槽10與端頭面的距離丄。圖17是錐面矩形活塞環工作狀態的埠外下方軸側圖。示出局部放大L在活塞環端頭搭接處。圖18是圖17局部L的放大圖，示出端頭搭接尺寸I和端頭的端面與端肩的間隙 S0柱面高度1。小圓弧定位槽10與端面的距離丄。
具體實施例方式圖1、圖2、圖13、圖14、圖15與圖16的對照，呈現活塞環由自然狀態到放置在汽缸內或環規內使開口閉合的工作狀態。示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環兩端頭搭接長度I，受熱所需的膨脹間隙&在活塞環內圓柱面距其端頭面丄設一小圓弧定位槽10， 或在另一端距其端頭面丄設一小圓弧定位槽10如圖18所示。剖面線I-I對稱經過搭接長度I和活塞環軸心。搭接長度I加膨脹間隙S為端肩面到端頭面凸臺的尺寸。如圖2、圖 14所示對角線是指從點04沿外圓柱面投影線一點小距離±的點03至點06的斜線，以該斜線做對角線切面。圖14所示無端隙活塞環左端頭的下三角形稜凸臺封堵了活塞與汽缸直徑方向之間的間隙，右端頭的上四邊楔形稜凸臺封堵了左端頭端頭面與右端頭端肩面之間的間隙，封堵了燃燒室向曲軸箱方向的漏氣。構成全密封對角線切口無端隙活塞環所具備磨損補償功能的設計特點。在汽缸內柱面與活塞環外圓面相互磨損的過程中，只要I > 0其活塞環的密封性能始終保持最佳狀態，當T = 0時該項技術的密封特性才進入現有技術直邊切口活塞環的裝配技術狀態。圖4示出的右端頭代表不同的矩形、梯形和楔形活塞環上四邊楔形稜凸臺是由點02到點03為長度，寬度為±的外圓桶面或柱面、點04、05的上端面、點05、06的內圓柱面、點06、07連接直線沿點06、03對角線構成的平面或以點06、 07在內圓柱面與下端面形成的弧線沿點06、03連接的對角線所組成弧面的對角線切面構成。點01、02、07的連線的平面組成右端頭的端肩面，點03、04、05、06連線的四邊楔形平面
6組成右端頭的端頭面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。圖6示出的左端頭代表不同的矩形、梯形和楔形活塞環下三角形稜凸臺是由點12到點 13的長度，寬度為點11到點12的外圓桶面或柱面、點11、17的下端面和以點12、13、16、17 連線沿點17、12對角線構成的平面或以點16、17在內圓柱與下端面形成弧線沿點17、12連接的對角線組成弧面的對角線切面構成。點13、14、15、16連線的四邊楔形平面組成左端頭的端肩面，點11、12、17連線的三角形平面組成左端頭的端頭面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線，左、右端頭完全互補。用活塞環端頭為上四邊楔形稜凸臺和下三角形稜凸臺結構密封燃燒室向曲軸箱方向的下漏氣。圖7、圖8、圖10、圖12與圖18的對照，呈現出錐面矩形對角線切口無端隙活塞環開口自然狀態和在汽缸桶內開口閉合狀態。丄為定位槽與端面的距離，兩端頭搭接長度1， 受熱所需的膨脹間隙S。剖面線E-E經右端頭的端頭面通過軸心的剖切，如圖8所示錐面矩形、梯形、楔形(梯、楔形未作圖)無端隙活塞環的對角線是從外圓柱面投影線與下端面投影線的交點21沿外圓柱面一個立小距離點22到點沈的斜線。圖12示出的右端頭代表不同的矩形、梯形和楔形活塞環下四邊楔形稜凸臺是由點22到點23為長度和高度為立的外圓柱面、點21和點27的下端面、點27、26、25的內圓柱面和對角線切面為點25,26連接直線沿點沈、22對角線組成的平面或以點25 J6在內圓柱面與上端面形成的弧線沿點26、 22連接的對角線組成弧面的切面構成。點23、24、25連線的平面組成右端頭的端肩面，點 21、22、沈、27組成右端頭的端頭面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。圖10示出左端頭代表不同的矩形、梯形和楔形錐面無端隙活塞環上三角形稜凸臺是由點32到點33為長度的圓柱面、點34、35、36的上端面和點35、36連接直線沿點35、33對角線組成平面或以點35、36在內圓柱面與上端面形成的弧線沿點33、35連接的對角線組成弧面的對角線切面構成。點31、32、36、37連線的四邊楔形平面組成左端頭的端肩面，點33、34、35連線的三角形平面組成左端頭的端頭面，兩平面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線，左、右端頭完全互補。用活塞環端頭為上三角形稜凸臺和下四邊楔形稜凸臺結構密封曲軸箱向燃燒室方向的上竄氣竄油。圖18示出錐面活塞環的外圓錐面是由錐面和柱面組成，柱面高為上大於等於上。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，可對本發明作出許多變更和修改，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
1.一種有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是活塞環的切口為對角線切口的結構，並設有防止活塞環旋轉的定位槽，與活塞的環槽底的防旋轉定位銷配合使用其中第一道柱面和桶面活塞環對角線切口的結構為上端面投影線與外圓柱面或桶面投影線的交點04沿外圓柱面或桶面投影線一點小距離j的點03到下端面與內圓柱面投影線交點06的斜線，以該斜線做對角線切面構成活塞環的互補兩端頭，第二道錐面活塞環對角線切口的結構與第一道活塞環的切口相反，即對角線是指從下端面投影線與外圓柱面投影線交點21沿外圓柱面投影線一點小距離j的點22到上端面與內圓柱面投影線的交點沈的斜線，以該斜線做對角線切面構成活塞環的互補兩端頭。
2.如權利要求1所述的有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是第一道柱面或桶面活塞環對角線結構由對角線切面分為上四邊楔形稜凸臺和下三角形稜凸臺互補的兩端頭。
3.如權利要求1所述的有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是第二道錐面活塞環對角線結構由對角線切面分為上三角形稜凸臺和下四邊楔形稜凸臺互補的兩端頭。
4.如權利要求2與3所述的有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是第一道柱面或桶面活塞環右端頭對角線切面為點06、07連接直線沿點03、06對角線組成的平面或以點06、07 在內圓柱面與下端面形成的弧線沿點03、06連接的對角線組成的弧面，與左端頭對角線切面為點16、17連接直線沿點12、17對角線組成的平面或以點16、17在內圓柱面與下端面形成弧線沿點17、12連接的對角線組成的弧面相對應；第二道錐面活塞環右端頭對角線切面為點35、36連接直線沿點33、35連接的對角線組成平面或以點35、36在內圓柱面與上端面形成的弧線沿點33、35連接的對角線所組成的弧面，與左端頭對角線切面為點35、36連接直線沿點33、35連接的對角線組成平面或以35、36在內圓柱面與上端面形成的弧線沿點 33,35連接的對角線所組成的弧面相對應。
5.如權利要求1所述的有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是無端隙活塞環兩端頭的端頭面與端肩面的投影線與活塞環軸線等距離平行或分別與軸線平行交於軸線。
6.如權利要求1所述的有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是無端隙活塞環第二道錐面活塞環的錐面是由錐面和高度為i的柱面構成，柱面高度i大於等於±。
7.如權利要求1所述的有定位槽的無端隙活塞環，其特徵是在無端隙活塞環的內圓柱面距兩端頭任意一端面丄設置一個小圓弧定位槽10。
全文摘要
本發明公開了一種有定位槽的全密封對角線切口無端隙活塞環，其活塞環外徑周長比汽缸內徑周長長出埠重疊的尺寸。第一道無端隙活塞環為桶面或柱面，以活塞環軸向截面外圓面與上端面投影線的交點，沿外圓面投影線δ距離的點到內圓柱面與下端面投影線交點的對角線做切面。第二道無端隙活塞環為錐面環，是由上錐面與高度為θ的下柱面構成，以活塞環軸向截面外圓柱面與下端面投影線的交點，沿外圓柱面投影線δ距離到內圓柱面與上端面投影線交點的對角線做切面。對角線切面為平面或弧面。活塞環兩端頭分別由上四邊楔形稜與下三角稜以及上三角稜與下四邊楔形稜，端頭面和端肩面構成。端頭面與端肩面的投影線等距離平行於軸線或分別與軸線平行交於軸線。在兩端頭的任意端距端面距離τ開以小圓弧定位槽，與活塞的環槽底的定位銷相配合起到活塞環防止轉動的作用。該無端隙活塞環具備磨損補償功能，節能環保。在磨損補償範圍內始終保持初始技術狀態。
文檔編號F16J9/24GK102235264SQ20101016948
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月25日 優先權日2010年4月25日
發明者楊應捷, 楊惜景 申請人:楊應捷