CN102042401A - 一种活塞和活塞环组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞和活塞环组，尤其涉及内燃机或空气压缩机所使用的活塞和活塞环组。包括一个活塞(1)，其特征在于，在活塞体(11)的最下边一个气环槽(4)和油环槽(2)之间的位置设有一个槽(3)，在该槽(3)下侧面的下外边处设有储油槽(7)，在该槽(3)下侧面设有泄油通道(6)。在油环槽(2)内设有一个径向向外凸出的环形凸檐的环(10)，在槽(3)内设有一个径向向外凸出的环形凸檐的环(10)。

Description

一种活塞和活塞环组

技术领域

本发明涉及一种活塞和活塞环组，尤其涉及内燃机或空气压缩机所使用的活塞和活塞环组。

背景技术

目前，用于活塞式内燃机或空气压缩机所使用的活塞和活塞环组，是在活塞销孔以上的位置设有一个油环槽和两个气环槽，在油环槽内安装一道油环，在两个气环槽内分别安装一道气环；或者设有一个油环槽，三个气环槽，在油环槽内安装一道油环，在三个气环槽内分别安装一道气环。上述活塞和活塞环组中存在的缺点是：在油环与油环槽之间存在间隙，及由此发生泄漏机油的问题；另外，还存在油环在上止点把机油上抛到油环以上气缸壁上的问题。

当活塞在排气冲程从下止点向上运动时(详见说明书附图中，图12所示)，油环的上侧面与活塞的上侧面存在间隙，油环的刮油边把泄漏在气缸壁上的机油(润滑油)刮起，被刮起的机油一方面向上运动，一方面沿着油环的上侧面径向进入油环槽底。在油环槽底的机油沿着回油孔8流进活塞内腔。当活塞运动接近上止点时(详见说明书附图中，图13所示)，活塞的减速度接近最大，特别是在高速机上减速度将达到活塞环质量的3000倍，活塞环就会自行向上运动，油环的上侧面与活塞环槽的上侧面相接触，这时油环和活塞向上运动时，油环向上刮起的机油就无法流进活塞环槽底，油环向上刮起的机油就会聚集在油环以上活塞与气缸壁之间的间隙处。当活塞达到上止点时(详见说明书附图中，图14所示)，储存在油环以上活塞与缸壁之间的机油就被油环抛在上边。随着活塞和油环多次往复上行，每次储存在油环以上活塞与气缸壁之间的机油被油环抛在上边形成的积累，就会形成较多的机油。当活塞从上止点下行进入吸气冲程时(详见说明书，附图15所示)，活塞环槽的上侧面与油环的上侧面相接触(活塞油环槽的上侧面与油环上侧面的间隙为零)，油环上侧面外圆边刮起的机油就被留在气缸壁上。当活塞继续下行，距油环最近的一道气环向下运动经过留在气缸壁上的机油时，一方面一部分机油会沿着气环径向向内流入气环槽底，由于气环存在泵机油的作用，在活塞与气环往复运动时，机油就会流在气环上边的汽缸壁上。另一方面，由于气环与缸壁的接触比压小，气环向下运动时在气缸壁上就会留下一层较厚的润滑油膜。同样可以依次类推其余的气环。当活塞进入压缩冲程时，气环与缸壁的接触比压很大，机油会被第一道气环向上刮起，由于活塞向上高速运动，当活塞到达上止点时，一部分被气环刮起的机油被抛进燃烧室烧掉。

被抛进燃烧室烧掉的机油会形成颗粒物(致癌性物质)，造成了内燃机(汽车、农机、摩托车、轮船等)严重污染。机油燃烧产生的颗粒物，已成为内燃机(汽车)排气污染物中最难治理的问题，是一个世界性难题。解决机油燃烧产生的颗粒物已成为汽车实现欧IV排放标准中最主要、最关键和最难解决的技术问题。每0.1克机油燃烧后会产生0.0125克颗粒物，而欧IV和欧V排放标准要求把颗粒物控制在≤0.02g/kw·h的水平，因此应把内燃机(汽车)的机油消耗率控制在＜0.15g/kw·h的水平，以把机油消耗率控制在≤0.01g/kw·h为最佳。由于人们长时间没能解决活塞销孔上边所设的一道油环与环槽侧间隙泄漏机油及油环上抛机油的问题，无法把机油消耗率控制在＜0.15g/kw·h的水平。因此机油燃烧产生颗粒物致使内燃机(汽车)的排放没能达到欧IV、欧V的法规要求。为了实现欧IV、欧V的排放标准，国际上的科学家长期以来在技术问题上，都采用在内燃机(汽车)的排气管内安装后处理过滤装置，以解决活塞和活塞环泄漏的机油被燃烧产生的颗粒物问题。一个过滤装置不仅价格很贵，每台汽车装一个过滤装置需要约2万元人民币，不仅给全社会带来了巨大的经济负担，而且因采用过滤装置排气管气体会产生背压(因颗粒物堵塞使排气的压力增高)，使燃油耗增高，浪费能源。更为不利的是，通过活塞和活塞环泄漏的机油被燃烧产生的颗粒物，会经常使过滤装置发生堵塞，发动机每工作300-500小时，过滤装置就需要清理再生，这不仅需要到专业的维修站维修，一方面耽误汽车的工作时间，同时耗时、耗能、耗钱；另一方面过滤装置也只能再生三次，就需要更换新的过滤装置，给用户再一次增加经济负担。由于经济负担过重，很多国家的内燃机(汽车)至今无法执行欧IV及更严的排放标准

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞和活塞环组，以解决活塞销孔上边一道油环槽与油环之间的间隙泄漏机油，及油环上抛机油进入燃烧室被燃烧的问题，可把机油消耗率控制在＜0.15g/kw·h的水平；同时可使气环结构设计的更加合理，使气环密封性能得到大幅度提高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种活塞和活塞环组，包括一个活塞，在活塞的活塞体上设有活塞销孔，在活塞销孔上边的活塞体上设有一个油环槽，在靠近活塞顶下边的活塞体上设有气环槽，在活塞体的最下边一个气环槽和油环槽之间的位置设有一个槽，在该槽下侧面的下外边处设有储油槽，在该槽下侧面设有泄油通道。

按照优选的实施方式，在气环槽内设有气环，在油环槽内设有一个径向向外凸出的环形凸檐的环，在槽内设有一个径向向外凸出的环形凸檐的环。

按照上述的实施方式，在气环槽内设有气环，在油环槽内设有油环，在槽内设有油环。

按照优选的实施方式，在活塞的最下边一个气环槽内设有桶面气环。

由于本发明活塞和活塞环组，是在活塞体的活塞销孔以上的一道油环之上设有槽，在该槽的下侧面设有泄油通道，在槽的下侧面外圆周边的下边设有储油槽；在槽内安装具有径向向外凸出环形凸檐的环。其功效为：当活塞上行接近上止点至上止点时，距活塞销孔最近的一道油环在惯性力作用下，油环的上侧面会与环槽的上侧面相接触，油环圆周边向上刮起的机油会向上抛起丢在气缸壁上。当活塞下行时，设在油环之上具有径向向外凸出环形凸檐的环，就会把机油刮下，一部分机油通过该环下侧面与槽的下侧面之间的间隙进入槽内，一部分机油下移被丢在该环接近下止点的缸壁上。当活塞从下止点上行时，由于活塞加速度非常大，必然把进入在槽内的机油甩到槽的下边，在活塞和该环继续上行力的作用下，机油会沿着径向向外的泄油通道流到气缸壁上。之后，被居其之下的油环刮起，在活塞和油环上行力的作用下，大部分机油进入油环槽内，因此解决了在上止点油环上抛机油丢在缸壁上的问题。本发明技术对比传统技术安装一道油环，内燃机的机油消耗率可降低50％以上，效果好的降低机油消耗率可达80％以上，而且可大幅度延长发动机的使用寿命，还具有节省燃油的功能。

附图说明

下面借助于附图示出的实施例详细描述本发明。附图中：

图1示意示出本发明活塞和活塞环组第一实施例活塞的主视图；

图2示意示出本发明活塞和活塞环组第一实施例活塞的剖视图；

图3示意示出本发明活塞和活塞环组第二实施例的剖视图；

图4示意示出本发明活塞和活塞环组第三实施例的剖视图；

图5是径向向外凸出的环形凸檐的环10剖面图，在该环10的内圆周表面设有弹簧胀圈12；

图6是双刮油边油环13的剖面图；

图7是桶面气环14的剖面图；

图8是本发明活塞和活塞环组中活塞从下止点向上运动的示意图；

图9是本发明活塞和活塞环组中活塞上行运动接近上止点的示意图；

图10是本发明活塞和活塞环组中活塞上行运动到达上止点的示意图；

图11是本发明活塞和活塞环组中活塞从上止点向下运动的示意图；

图12是传统技术活塞和油环中活塞从下止点向上运动的示意图；

图13是传统技术活塞和油环中活塞上行运动接近上止点的示意图；

图14是传统技术活塞和油环中活塞上行运动到达上止点的示意图；

图15是传统技术活塞和油环中活塞从上止点向下运动的示意图。

具体实施方式

图1-2示意示出本发明活塞和活塞环组第一实施例。

图1示意示出本发明活塞和活塞环组第一实施例的主视图。图2示意示出本发明活塞和活塞环组第一实施例的剖视图。如图1所示，根据本发明的活塞和活塞环组，包括一个活塞1，活塞1的活塞体11上设有活塞销孔9，在活塞销孔9上边设有油环槽2，在油环槽2的底部径向向内设有泄油孔8。在油环槽2的上边设有槽3，在槽3下侧面的下外边处设有储油槽7；在槽3的下侧面设有泄油通道6。在槽3的上边设有气环槽4，在气环槽4的上边设有上气环槽5。

图3示意示出本发明活塞和活塞环组的第二实施例。

图3示意示出本发明活塞和活塞环组第二实施例的剖视图。如图3所示，在活塞体11的活塞销孔9上边所设油环槽2内，设有径向向外凸出的环形凸檐的环10；在油环槽2的上边设有槽3，在槽3内设有径向向外凸出的环形凸檐的环10；由于径向向外凸出的环形凸檐的环10与缸壁接触的面积小，因而磨擦力较小。在槽3的上边设有气环槽环4，在气环槽4内安装气环17；在气环槽4上边设有上气环槽5，在上气环槽5内安装上气环15。

图4示意示出本发明活塞和活塞环组的第三实施例。

图4示意示出本发明活塞和活塞环组第三实施例的剖视图。如图4所示，在油环槽4中安装双刮油边的油环13；在槽3中安装双刮油边的油环13。其他部分的结构与图3中的相同。

图8-11示意示出本发明活塞和活塞环组工作中的状态图。图8是活塞从下止点向上运动时状态图。此时，油环13上刮油边刮起的大部分机油，径向沿着油环上侧面流入油环槽2内，部分机油从油环槽2内通过回油孔8流入活塞内腔。由于活塞上行力的作用，槽3内的机油会经泄油通道6径向向外流到汽缸壁上。活塞继续向上运动，之后机油经油环13的上侧面与油环槽2上侧面之间的间隙进入油环槽2内。当活塞向上运动接近上止点时，详见图9所示，距活塞销孔9最近的一道油环13在惯性力作用下，油环13的上侧面与环槽2的上侧面相接触，油环13外圆周边向上刮起的机油会向上抛起。当活塞达到上止点时，详见附图10所示，储存在油环13以上活塞1外圆周与缸壁16之间的机油就被油环抛在上边。当活塞从上止点下行时，见图11所示，设在槽3之内具有径向向外凸出环形凸檐的环10，就会把机油刮下，一部分机油通过该环下侧面与槽3的下侧面之间的间隙进入槽3内，一部分机油下移被丢在该环接近下止点的缸壁上。内燃机在工作时，活塞会上下往复依次运动。

由于在油环13之上设有槽3，在槽3之内安装具有径向向外凸出环形凸檐的环10，在活塞向下运动时，把油环3在上止点上抛丢下的机油刮下。因此解决了一道油环13间隙泄漏机油及油环13上抛机油进入燃烧室被燃烧的问题。

由于两道油环的刮油作用，可把机油消耗率控制在＜0.15g/kw·h，因此在活塞体11最下边的一个气环槽4内，可以安装桶面气环。这样活塞环组密封气体能力会大幅度提高，内燃机节省燃油可达到1％-8％。另外可大幅度延长发动机的使用寿命。

Claims (4)

1.一种活塞和活塞环组，包括一个活塞(1)，在活塞(1)的活塞体(11)上设有活塞销孔(9)，在活塞销孔(9)上边的活塞体(11)上设有一个油环槽(2)，在靠近活塞顶(21)下边的活塞体(11)上设有气环槽(4)，其特征在于，在活塞体(11)的最下边一个气环槽(4)和油环槽(2)之间的位置设有一个槽(3)，在该槽(3)下侧面的下外边处设有储油槽(7)，在该槽(3)下侧面设有泄油通道(6)。

2.根据权利要求1所述的一种活塞和活塞环组，在气环槽(4)内设有气环(17)，在油环槽(2)内设有一个径向向外凸出的环形凸檐的环(10)，在槽(3)内设有一个径向向外凸出的环形凸檐的环(10)。

3.根据权利要求1所述的一种活塞和活塞环组，在气环槽(4)内设有气环(17)，在油环槽(2)内设有油环(13)，在槽(3)内，设有油环(13)。

4.根据权利要求1、2、3所述的一种活塞和活塞环组，在气环槽(4)内设有桶面气环(14)。

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