CN104220792A - 用于内燃机的活塞环 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用以密封气缸壁和活塞本体的活塞环。该活塞环包括围绕一轴延伸的并且具有内面和外面的环本体。内面具有在径向向内方向延伸的一对脊线，外面具有槽。由弹性材料制成的弹簧基本周向围绕环本体并且安装于内面的槽中。弹簧向径向向内的方向偏移环本体以抵靠活塞本体来密封脊线。环本体还具有至少一个排油口，排油口相对于径向向内的方向以一定角度从内面向弹簧的轴向的一侧的外面上的一位置延伸，从而将油从脊线之间的空隙排出。

Description

用于内燃机的活塞环

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月17日提交的第61/600,350号美国申请的权益。

技术领域

本发明大致涉及内燃机，该内燃机的气缸内具有至少一个往复运动的活塞，更具体的涉及在往复运动的活塞和气缸壁之间的密封。

背景技术

典型的内燃机具有至少一个活塞本体，该活塞本体在发动机体的气缸内往复运动。通常，每个活塞本体包括多个活塞环槽，每个活塞环槽容置并且可操作地支撑活塞环。在运行中，活塞环仍位于活塞环槽中并且随着它们各自的活塞本体在发动机体的气缸中往复运动。此外，活塞环用于在活塞本体上密封燃烧室内的燃烧气体，以将热量从活塞本体转移至气缸壁，限制从曲柄箱到燃烧室的油的通道，并且在气缸壁上提供大致均匀的油膜。此类活塞环典型的向径向向外的方向偏移产生倚靠气缸壁的弹簧力，以在活塞本体和气缸壁之间建立密封。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于密封气缸壁和活塞本体的活塞环。该活塞环包括一环本体，该环本体围绕一轴延伸并且具有内面和外面。该内面具有在径向向内方向延伸的至少两条脊线。内面上的脊线彼此间隔开，且外面具有槽。一弹性材料制成的弹簧基本周向围绕环本体并且安装于内面的槽中。该弹簧向径向向内的方向偏移环本体以抵靠活塞本体来密封内面上的脊线。该环本体还具有至少一个排油口，该排油口相对于径向向内的方向以一定角度从内面向位于弹簧的轴向的一侧的外面的一个位置延伸，从而将油从脊线之间的空隙输送出去。

活塞环可安装于气缸壁的孔道内并且抵靠活塞本体的裙部密封。如此，在发动机运行过程中，活塞环仍大致保持静止并且相对于气缸壁不移动。由于在发动机的气缸内往复运动没有减小裙部的长度，也就是说，当活塞位于下死点位置时，裙部可向下延伸越过气缸壁，该位置使得活塞本体具有提高的稳定性。该活塞环还能够防止漏气。由于排油孔相对于径向向内的方向以一个角度延伸，它们不干涉脊线的最里面的表面，并且因此不降低由活塞环提供的气缸壁和活塞本体之间的油封和气封。另外，排油口并不妨碍环本体的结构整体性。

本发明的另一个方面提供了一种动力缸总成。该动力缸总成包括气缸壁，该气缸壁内形成基本周向的孔道。该动力缸总成还包括具有裙部的活塞本体，并且裙部的外表面的至少一部分围绕圆周基本连续地延伸。该动力缸总成进一步包括活塞环，该活塞环安装于气缸壁的孔道内并且具有围绕一轴延伸的环本体。该环本体具有内面，该内面具有在径向向内的方向延伸并且在轴向彼此间隔开的至少两条脊线。该环本体还具有背向内面并且具有槽的外面。该活塞环进一步包括弹性材料制造的弹簧，该弹簧基本周向围绕环本体并且安装于外面的槽中。该弹簧向径向向内的方向偏移环本体以抵靠活塞本体的裙部的周向连续部分来密封脊线。该环本体具有至少一个排油口，该排油口相对于径向向内的方向以一定的角度从内面向弹簧的轴向的一侧的外面延伸，从而将油从脊线之间的空间排出去。

附图说明

参阅附图，并且参阅以下详细说明，本发明的这些和其它特征和优点将更易于领会并且更易于理解，其中：

图1是活塞环的典型实施例的立体示意图；

图2是包括图1的活塞环的动力缸总成的典型实施例的剖视图，并且示出了位于上死点位置的活塞本体；

图3是具有图1的活塞环的动力缸总成的典型实施例的另一个剖视图，并且示出了位于下死点位置的活塞本体；

图4是示出了设置于气缸壁的孔道内并且与活塞本体密封接触的图1的活塞环的局部剖视图；

图5是示出了图1的活塞环的一部分的放大剖视图；

图6是图1的活塞环的环本体的正视图；以及

图7是图1的活塞环的环本体的俯视图。

具体实施方式

参阅附图，其中相同的附图标记用以标示遍及所有附图的相应部分，图1大致示出了活塞环20的典型实施例，该活塞环用以密封活塞本体22和内燃机的动力缸总成26的气缸壁24。现在参阅图2和图3的剖视图，该典型的活塞环20示为安装于内燃机的动力缸总成26内，该内燃机具有发动机体28和两件式的气缸衬垫30，它们一起形成了具有孔道32的轴向延伸的气缸壁24，该孔道32基本周向围绕气缸壁24延伸。特别地，在典型的实施例中，活塞环20设置于气缸衬垫30块的端部之间，端部彼此轴向间隔以形成前述的孔道32。但是，应当理解，该孔道32可通过一系列手段形成于气缸壁24内。例如，孔道32可直接形成于发动机体28内而无需任何气缸衬垫30。该典型的活塞环20示为安装于柴油燃料压缩点火发动机内，应当理解，该活塞环20可替换地应用于一系列不同类型的内燃机中，包括，例如，火花点火式发动机或者每个具有水平对置的两个活塞的发动机。

仍参阅图2和图3，典型的动力缸总成26的活塞本体22包括一个或多个上活塞环34(在典型的实施例中示为多个)，上活塞环34保持在形成于活塞本体22的外壁的活塞环槽中。活塞本体22还具有裙部36，该裙部36从活塞环20区域下垂并且在发动机运行过程中在气缸内往复运动时帮助导向活塞本体22。至少一部分裙部36是大致圆柱形的并且具有围绕圆周连续延伸的外表面。裙部36的部分的尺寸接近于但相对小于气缸壁24的内径，使得其间具有运行间隙38。活塞本体22通过活塞销(图中未示)或者类似类型的连接装置与连杆40耦合，该连杆40反过来与曲柄轴(图中未示)或者类似的机构耦合。

仍参阅附图2和图3，在气缸壁24的孔道32中的位置，典型的活塞环20相对于发动机体28静止地固定，并且抵靠活塞本体22的裙部36的外表面密封，从而在气缸壁24和活塞本体22之间建立气密和液紧密封。活塞环20具有内面42(如图4最优所示)，该内面42在发动机运行过程中与活塞本体22的裙部36运行接触以密封位于活塞本体22一侧的燃烧室内的燃烧气体以及密封位于活塞本体22另一侧的油，例如，在曲柄箱(图中未示)中或者任何其它储油器中。在发动机运行过程中，活塞本体22在如图2所示的上死点位置和如图3所示的下死点位置之间在气缸壁24内上下移动。如图所示，典型的活塞环20仍与裙部36的周向连续部分密封接触以在活塞本体22的整个运行范围内保持气和油的紧密封。由于活塞在发动机的气缸内往复运动而不会减小裙部36的长度，也就是说，当活塞本体22位于下死点位置时，裙部36可向下延伸入曲柄箱(图中未示)中，气缸壁24的孔道32内的活塞环20的位置使得活塞本体22具有提高的稳定性。

再参阅图1，典型的活塞环20包括环本体44，环本体44围绕一轴延伸并且具有端部，端部通过环间隙46彼此间隔开。现在参阅图4，环本体44具有内面42，内面42具有周向彼此间隔开并且在径向向内方向延伸的一对脊线48。如图所示，当安装于动力缸总成26中时，这些脊线48直接并且可滑动地与活塞本体22的外表面的周向连续部分接触以在气缸壁24和活塞本体22之间建立气和油的紧密封。在脊线48之间，典型的环本体44的内面42包括大致平面的谷区域50。在典型的实施例中，脊线48的上表面和下表面相对于径向成一角度。这些表面可设置为相对于径向呈相似的或者不同的角度。例如，在典型的实施例中，离谷区域50最近的脊线48的表面设置为相对于径向大约呈十度角，并且远离谷区域50的脊线48的表面(谷区域50的反面)设置为相对于径向呈大约二十度角。在典型的实施例中，位于脊线48上部和下部的内面42的部分还相对于径向设置为大约八十度角。应当理解，这些表面可相对于径向或轴向设置为任意适合的角度并且可以具有任何适合的尺寸。另外，在典型的实施例中，内面42的不同表面的交叉处为圆形的或者弧形的(radiused)。但是，应当理解，这些交叉处可替换地为尖锐的，也就是说，为非圆形的。

仍参阅图4，在内面42对面的环本体44的一侧是外面52，该外面52具有大致V型的槽54。活塞环20包括由弹性材料制成的弹簧56，该弹簧56安装于槽54中并且基本周向围绕环本体44。特别地，弹簧56是由合成橡胶、天然橡胶或者热塑性材料制成的O型环。该O型弹簧56抵靠环本体44呈现出偏移力以抵靠活塞本体22的外表面来偏移内面42的脊线48，并且当安装于环本体44的槽54中时在气缸壁24和活塞本体22之间建立上述的气和油的紧密封。

现在参阅图6，典型的活塞环20的环本体44包括多个排油口58，该排油口58是沿着环本体44的长度在圆周方向上彼此大致均匀间隔的。但是，应当理解，排油口58之间的间隔可为变化的。再参阅图4，该排油口58相对于径向向内的方向以一定角度从内面42向弹簧56的轴向一侧的外面52延伸，从而将油从脊线48之间的空隙排出去。由于排油口58相对于径向向内的方向以一定角度延伸，它们与脊线48的最内部表面互不干涉，并且因此不降低由活塞环20提供的气缸壁24和活塞本体22之间的油封和气封。另外，排油口58不妨害环本体44的结构整体性。在典型的实施例中，每个排油口58从位于内面42的一条脊线48的至少一部分向位于外面52的槽54的至少一部分延伸。在活塞本体22的上冲程过程中，从脊线48之间的空隙向环本体44的另一侧传送的油可能回流至活塞本体22的下面的曲柄箱或者油箱内。

环本体44可通过任何满足需要的制造工艺以及由任何满足需要的材料形成，包括，例如，铸铁或者钢。环本体44还可为未涂覆的或者具有至少涂覆于其内面42的耐磨的涂层(比如铬、具有氧化铝陶瓷的铬[CKS]、具有微米金刚石的铬[GDC]等)

实施例的典型描述仅作为说明而非本发明的限制。本领域技术人员根据公开的实施例所做的修改和变化均落入本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用以密封气缸壁和活塞本体的活塞环，其特征在于，所述活塞环包括：

环本体，所述环本体围绕一轴延伸并且具有内面和外面，所述内面具有至少两条脊线，所述脊线在径向向内的方向延伸，且所述脊线通过谷区域彼此轴向间隔开，所述外面具有槽；

弹簧，所述弹簧由基本周向围绕所述环本体的弹性材料制成，并且安装于所述外面的所述槽内，所述弹簧向所述径向向内的方向偏移所述环本体以抵靠活塞本体来密封所述内面的所述脊线；以及

所述环本体具有至少一个排油口，所述排油口相对于所述径向向内的方向以一角度从所述内面向所述弹簧的轴向的一侧的所述外面的一位置延伸，从而将油从所述脊线之间的空隙排出。

2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个排油口进一步定义为多个排油口。

3.根据权利要求2所述的活塞环，其特征在于，所述多个排油口彼此周向间隔开。

4.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个排油口从所述内面的其中一条所述脊线的一部分延伸。

5.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个排油口延伸至所述外面的所述槽的一部分。

6.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环本体的所述内面的所述至少两条径向向内延伸的脊线进一步定义为一对径向向内延伸的脊线。

7.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环本体具有一间隙。

8.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环本体不具有涂层。

9.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环本体由铸铁或者钢制造。

10.一种动力缸总成，其特征在于：包括：

气缸壁，所述气缸壁具有形成于其中的孔道，所述孔道基本周向围绕所述气缸壁延伸；

活塞本体，所述活塞本体具有裙部，其中，所述裙部的所述外表面的至少一部分围绕圆周基本连续地延伸；

活塞环，所述活塞环设置于所述气缸壁的所述孔道内；

所述活塞环具有环本体，所述环本体围绕一轴延伸并且具有内面和外面，所述内面具有在径向向内方向延伸的至少两条脊线，所述脊线通过谷区域彼此轴向间隔开，所述外面具有槽；

所述活塞环进一步包括由弹性材料制造的弹簧，所述弹簧基本周向围绕所述环本体并且安装于所述外面的所述槽内，所述弹簧向所述径向向内的方向偏移所述环本体以抵靠所述活塞本体的所述裙部的所述周向连续的部分来密封所述脊线；以及

所述环本体具有至少一个排油口，所述排油口相对于所述径向向内的方向以一角度从所述内面向所述弹簧的轴向的一侧的所述外面的位置延伸，从而将油从所述脊线之间的空隙排出。

11.根据权利要求10所述动力缸总成，其特征在于，所述至少一个排油口进一步定义为多个排油口。

12.根据权利要求10所述动力缸总成，其特征在于，所述至少一个排油口从所述内面的其中一条所述脊线的至少一部分延伸。

13.根据权利要求12所述的动力缸总成，其特征在于，所述至少一个排油口从所述外面的所述槽延伸。

14.根据权利要求10所述动力缸总成，其特征在于，所述环本体的所述内面的所述至少两条径向向内延伸的脊线进一步定义为一对径向向内延伸的脊线。

15.根据权利要求10所述的动力缸总成，其特征在于，所述环本体具有间隙。