CN101310133B - 内燃机活塞密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及活塞(1)的密封装置，包括至少一个安装在活塞(1)的槽(4a)中的活塞环(2)，其特征在于，它有一个活塞环(2)的保持部件(3)，用于使活塞环(2)紧贴在槽(4a)的侧面上。

Description

内燃机活塞密封装置

本发明要求以2005年6月14日提出的法国专利申请0506027为优先权，其申请内容(专利说明书、权利要求、附图)结合在此作为参考。

本发明涉及内燃机，尤其针对活塞密封装置。本发明还特别涉及至少带有一个活塞环的活塞，该活塞环布置在活塞圆周上的环形槽内，通过设置在活塞环上表面与槽上侧面之间的保持部件，使活塞环保持贴靠在环形槽的下侧面。

在内燃机中，常常设有一个或几个位于活塞槽中的活塞环，以确保带有润滑油底壳的发动机下部与带有燃烧室的发动机上部之间的密封性。有必要使用最好是三种类型的活塞环，以便确保活塞在缸套内移动过程中的密封性。每个活塞环都起到特定的作用。正如现在已知的布置那样，在上槽内的活塞环称为上环，专用于抵抗热传递并确保燃烧室的密封；在下槽内有一个刮油环，专用于阻挡油底壳的机油上升到燃烧室内；至少有一个中间槽，其内有一个压缩环，用于确保从油底壳上升的机油返回到油底壳。

然而，燃烧室的密封并不能由上部的密封活塞环而完全保证，我们发现即使安装了上部的密封活塞环，也还是有一定量的燃气进入到发动机下部。这个现象的原因有很多。

首先，上部的密封活塞环存在一个必要的开口，当把这个活塞环安装到上槽内时，用这个开口打开活塞环。当活塞环接触到槽的其中一个内侧面时，在活塞环的开口处就形成一个燃气通道。穿过这个通道的燃气量有：满负荷时出现的称为“旁湍流”的燃气量，或上升冲程出现的至少占燃气总量85％的称为“后湍流”的燃气量。

另外，在某些负荷和转速条件下，上部的密封活塞环变得不稳定，不再能够确保密封。这种窜动现象一般出现在低负荷和高转速时。在这些发生窜动的冲程期间，泄漏燃气量突然增加到满负荷时的六倍，这种情况伴随着输出力的减少和稀释程度的增加(机油中出现了汽油)。同样是在低负荷和很高转速情况下，在活塞的作功冲程期间，第一活塞环可以保持紧贴在第一槽的上侧面。在这些情况下，燃烧室内的压力不能平衡活塞环惯性引起的力。因此活塞环保持紧贴在槽的上侧面。活塞环出现了朝向摩擦表面的很轻微的胀开。这一胀开为燃气压力提供了足够的表面，用于产生一个径向力，能够造成活塞环短时收拢。这时进入油底壳的燃气量大大增加。这就是我们称为“径向塌陷”的现象。上面提到的这两种现象都是在同样的转速和负荷状况下产生的。

为了确保油底壳和缸盖处于负压条件以达到发动机的密封，必须使旁湍流的燃气散开。长时间以来，环境法规迫使人们对这些燃气进行处理。其处理的操作是通过置于进气分配器内的一个或多个分油器来进行的。燃气量越大系统越复杂。在某种情况下，依发动机结构而定，出现了上升的燃气流不允许正在回落的机油回到油底壳的情况。这样缸盖处就会堵住，而发动机就会吸入机油。这可能导致发动机熄火。

总之，上活塞环的轴向窜动降低了燃气从燃烧室进入油底壳的密封，以及混合燃气进入到油底壳机油内的密封。

这就是为什么本发明的目标是要限制密封活塞环的轴向窜动。

为此，本发明的目标是提供一种活塞密封装置，它包括至少一个安装在活塞环槽中的活塞环，其特征在于，它有一个活塞环的保持部件，用于使活塞环紧贴在槽的其中一个侧面上。

根据本发明的其它特征：

保持部件布置在活塞环和槽的上侧面之间。

保持部件包括一个形成弹性件的环形零件，其一系列的顶部与活塞环或槽的侧面相接触。

保持部件包括一个形成弹性件的环形零件，其一系列的顶部交替地与活塞环或槽的侧面相接触。

形成弹性件的环形零件是由一系列梯形构成的，其顶部交替地与槽的上侧面和活塞环的上表面相接触。

形成弹性件的环形零件具有一个大于最小值Kmin的刚度，以便使活塞环保持与槽的下侧面相接触。

形成弹性件的环形零件具有一个小于最大值Kmax的刚度，可让活塞环围绕着活塞的轴线自由转动。

形成弹性件的环形零件在其切口处具有两个升起的边缘。

活塞环沿其内圆周有一个环轨，保持部件配备了用于将自身挂接到环轨上的装置。

保持部件还包括一些突舌。

环形零件是通过对弹性钢板进行剪切、冲压和折叠加工制造而成的。活塞环是一个上部的密封活塞环。

本发明还涉及内燃机活塞，它包含了至少一个如前面任何权利要求所述的密封装置。

参见附图，现在以非限制性方式对本发明进行详细介绍，其中：

图1是一个内燃机的部分示意图，包含一个曲轴和一个装在汽缸头部中的活塞，活塞上有三个活塞环槽。

图2是装有本发明密封装置的内燃机活塞的上部示意图。

图3是按照本发明装配组装的密封装置的详细示意图。

图4是图3密封装置的正面示意图。

图1表示内燃机的一部分，尤其包括曲轴9、连杆8和位于缸套7内的活塞1，活塞上开有三个槽4a、4b、4c，每个槽用于装一个活塞环。当曲轴9转动时，曲轴通过连杆8使活塞1在缸套7内进行直线运动。

图2表示出在活塞1的槽4a中有一个上部的密封活塞环2。在槽4a的上部与活塞环2的上表面之间插入了一个保持部件3，通过轴向张紧，保持部件使活塞环2挤靠在槽4a的下侧部分。

更确切地说，以及如图3所示，沿着上部的密封活塞环2的整个内周安装了一个环轨5。另外，保持部件3还有一个形成弹性件的环形零件3a，它是由一系列连续的梯形所构成的，这些梯形的顶部交替地与槽4a的上侧面和活塞环2的上表面相接触。保持部件3还包括N个按一定间隔布置在环形零件3a内侧的挂钩3b，用于将保持部件3挂接到活塞环2的环轨5上。更确切地说，挂钩3b来自于形成弹性件的环形零件的顶部的材料，所述顶部与活塞环的上表面(2)相接触。

根据图3所示的实施例，机械成形的环轨5上有用于挂钩3b的突出的钩扣。根据另一个没有图示的实施例，环轨5上也可以制出凹入到活塞环2中的凹部，同样可以用于挂钩3b的挂接。总之，挂钩3b确定了保持部件3相对于活塞环2的径向位置固定不变。还将注意到，挂钩3b施加了一个径向力，以保持活塞环2的径向胀开。

此外，形成弹性件的环形零件3a还具有刚度，用于消除活塞环2的轴向窜动。刚度要大于最小值Kmin，以使活塞环2保持与槽4a的下侧面的接触。同样地，刚度要小于最大值Kmax，以使活塞环2能够围绕活塞1的轴线6自由转动。实际上，在活塞环2和槽4a的下侧面之间不应产生过多的摩擦力，因为这可能在发动机磨合期间产生微焊接现象、还会产生磨损现象。

刚度的最小限值Kmin和最大限值Kmax是根据活塞环2的质量、发动机最高转速和活塞1的冲程而计算得出的。

在形成弹性件的环形零件3a的切口处最好有两个相互接触的升起的边缘3d，以便在安装过程中，使环形零件3a的周边能够压平。

保持部件3最好还包括突舌3c，当把由活塞环2和保持部件3构成的组件安装到槽4a内时，突舌可使安装过程更容易些。

就加工制造而言，环轨5是直接由密封活塞环2的加工制造而得到的。保持部件3是通过对弹性钢带进行剪切、冲压和折叠加工制造而成的。

安装时，首先用挂钩3b将保持部件3挂到活塞环2的上方，然后用传统的方法将由活塞环2和保持部件3构成的组件安装到槽4a内。

这样，安装到槽4a内的保持部件3由于自身的刚性而将活塞环2挤靠在槽4a的下侧面。就其形状而言，保持部件可适应多种宽度的槽，因此显示出一种自适应性。

因此，本发明提出了一种独创的密封装置，通过使用成本低廉的保持部件而解决了活塞环的轴向窜动问题。

Claims (8)

1.用于与内燃机的燃烧室配合的活塞(1)的密封装置，包括：一个安装在活塞(1)的槽(4a)中的上部密封活塞环(2)，所述活塞环(2)用于隔热并确保燃烧室的密封；一个用于保持所述活塞环(2)的保持部件(3)，用于使活塞环(2)紧贴在槽(4a)的下侧面上，

保持部件(3)包括一个形成弹性件的环形零件(3a)，所述环形零件(3a)是由一系列连续的梯形构成的，这些梯形的顶部交替地与槽(4a)的上侧面和活塞环(2)的上表面相接触。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，形成弹性件的环形零件(3a)达到一个合适的刚度，可让活塞环(2)围绕着活塞(1)的轴线(6)自由转动。

3.根据以上任何一个权利要求所述的密封装置，其特征在于，形成弹性件的环形零件(3a)在其切口处具有两个升起的边缘(3d)。

4.根据以上任何一个权利要求所述的密封装置，其特征在于：

-活塞环(2)沿其内圆周有一个环轨(5)，

-保持部件(3)配备了挂接到环轨(5)上的装置(3b)。

5.根据以上任何一个权利要求所述的密封装置，其特征在于，保持部件(3)还包括突舌(3c)。

6.根据以上任何一个权利要求所述的密封装置，其特征在于，环形零件(3a)是通过对弹性钢带进行剪切、冲压和折叠加工制造而成的。

7.根据以上任何一个权利要求所述的密封装置，其特征在于，活塞环(2)是一个上部的密封活塞环。

8.内燃机活塞，其特征在于，它包含至少一个如前面任何权利要求所述的密封装置。

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