CN104246190B - 用于内燃机的活塞环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于相对活塞体密封气缸壁的活塞环。该活塞环包括由弹性的可变形材料形成的围绕一轴大体周向延伸的环形体，所述环形体具有面向该轴的内面。该内面包括多个轴向间隔开并径向向内延伸的接触特征。该环形体配置为将该接触特征偏置为与该活塞体配合以在其间建立密封。多个接触特征中的至少一个接触特征围绕圆周大体连续地延伸以围绕活塞体建立大体连续的密封，多个接触特征中的至少一个接触特征是非连续的且包括至少一个凹进区域以允许油和气体通过。

Description

用于内燃机的活塞环
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年2月17日提交的序列号为61/600,285的美国申请的权益。
技术领域
本发明涉及气缸中具有至少一个往复式活塞的内燃机，具体地说，涉及往复式活塞和气缸壁之间的密封件。
背景技术
典型的内燃机具有至少一个活塞体，该活塞体在发动机体的气缸中往复运动。通常，每个活塞体包括多个环形槽，每个环形槽容纳和有效支撑活塞环。在运行过程中，活塞环保持在环形槽中并且它们各自的活塞体在发动机体的气缸中往复运动。此外，活塞环用于密封活塞体上方的燃烧室中的燃烧气体，将热量从活塞体传递到气缸壁，限制油从曲轴箱到燃烧室的通道，以及在气缸壁上形成大体均一的油膜。这种活塞环通常以径向向外的弹簧力抵靠气缸壁偏置以便在活塞体和气缸壁之间形成密封。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于相对活塞体密封气缸壁的活塞环。该活塞环包括围绕一轴大体周向延伸的环形体，该环形体具有面向该轴的内面。所述内面包括多个轴向间隔开并径向向内延伸的接触特征。该环形体由弹性的可变形材料形成，用于将该内面的接触特征偏置为与该活塞体配合以在其间建立密封。径向向内延伸的接触特征中的至少一个接触特征围绕圆周大体连续地延伸以围绕活塞体建立大体连续的密封，径向向内延伸的接触特征中的至少一个接触特征是非连续的且包括至少一个凹进区域以允许油和气体通过。
该活塞环可以设置在气缸壁的通道中，从而在气缸壁和活塞体之间形成密封。于是在发动机运行过程中，该活塞环保持大体固定并且不会相对气缸壁移动。该位置为活塞体提供增加的稳定性，活塞体在发动机的气缸中往复运动而不影响裙部的长度，也就是说，当活塞体在下止点位置时，裙部可以向下延伸越过气缸壁。该活塞环还可以防止漏气。
根据本发明的另一方面，所述多个接触特征是至少三个接触特征，该至少三个接触特征包括一个上接触特征和多个下接触特征。所述上接触特征大体周向连续，每个所述下接触特征均具有至少一个凹进区域。所述下接触特征的凹进区域彼此旋转地对齐以增强由大体连续的上接触特征刮除的油的排出。
根据本发明的另一方面提供一种动力缸总成。该动力缸总成包括气缸壁和活塞体，该气缸壁内形成有周向延伸的通道，该活塞体具有裙部。该裙部的外表面的至少一部分围绕圆周连续地延伸并且具有裙部直径。活塞环设置或位于气缸壁的通道中，用于在气缸壁和活塞体之间建立密封。该活塞环具有由弹性的可变形材料形成的大体围绕一轴周向延伸的环形体。该环形体具有面向该轴的内面，该内面包括多个轴向间隔开并径向向内延伸的接触特征。在放松状态下，多个接触特征中的至少一个接触特征大体周向地连续并具有大体均一的环形直径。该环形直径小于活塞体的裙部直径。该环形体大体周向围绕裙部的周向连续部分，内面的接触特征抵靠活塞体的裙部偏置，以在气缸壁和活塞体之间建立动态密封。
附图说明
参阅以下具体描述和附图，本发明的这些和其它特征和优点将会更加易于被本领域技术人员领会和理解，其中：
图1是活塞环的一个典型实施例的立体正视图；
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，其示出位于上止点位置的活塞体；
图3是包括图1的活塞环的动力缸总成的典型实施例的另一剖视图，其示出位于下止点位置的活塞体；
图4是图1的活塞环的部分剖视图，该活塞环设置在气缸壁的通道中并且与活塞体密封配合；
图5是图1的活塞环的部分剖视图；
图6是图1的活塞环的与图5位置不同的另一部分剖视图；
图7是图1的活塞环的局部的立体部分图；以及
图8是图1的活塞环的俯视图。
具体实施方式
参阅附图，各图中相似的附图标记用于指示相应的部件，图1示出活塞环20的一个典型实施例，该活塞环20用于相对内燃机的动力缸总成26的气缸壁24密封活塞体22。现在参阅图2和图3的剖视图，典型的活塞环20示出为安装在内燃机的动力缸总成26中，该内燃机具有发动机体28以及共同形成轴向延伸的气缸壁24的两件式气缸衬垫30，该气缸壁24具有围绕气缸壁24大体周向延伸的通道32。具体在该典型实施例中，活塞环20设置在彼此轴向间隔的气缸衬垫30块的末端之间，以形成上述通道32。然而，应当理解，通道32可以通过多种不同方式形成在气缸壁24中。例如，通道32可以直接形成在不带有气缸衬垫30的发动机体28中。典型的活塞环20示出为安装在柴油机中；然而，应当理解，活塞环20也可替代地用于多种不同内燃机中，例如包括火花点火式发动机或者每个气缸具有两个水平对置的活塞的发动机。
仍然参阅图2和图3，典型的动力缸总成26的活塞体22包括一个或多个容纳于对应的环形槽中的上活塞环34(该典型实施例中示出为多个)，该环形槽形成在活塞体22的外壁中。活塞体22还具有裙部36，裙部36从活塞环20区域悬垂，并且在发动机运行时帮助引导活塞体22在气缸内往复运动。裙部36的至少一部分是大体圆柱形的，并且具有围绕圆周连续延伸的外表面。具体地说，裙部的周向连续部分的外表面具有裙部直径DS。裙部36的该部分的尺寸接近并小于气缸壁24的内径，以便在其间形成运行间隙38。活塞体22通过活塞销(未示出)或类似的连接装置与连接杆40相连，连接杆40再与曲柄轴(未示出)或类似的机构相连。
仍然参阅图2和图3，在气缸壁24的通道32中的对应位置上，典型活塞环20相对发动机体28固定安装并且抵靠活塞体22的裙部36的外表面密封，从而在气缸壁24和活塞体22之间形成气密和液密紧密封。活塞环20具有内面42(如图4最优地示出)，在发动机的运行过程中，内面42与活塞体22的裙部36运转接触，从而在活塞体22的一侧密封燃烧室中的燃烧气体并且在活塞体22的另一侧密封例如曲轴箱(未示出)或任意其他油腔中的油。在发动机的运行过程中，活塞体22在气缸壁24内部在图2所示的上止点位置和图3所示的下止点位置之间上下移动。如图所示，典型的活塞环20保持与裙部36的周向连续部分密封配合，以便在活塞体22的整个行程范围内保持气密和油密紧密封。活塞环20在气缸壁24的通道32中的位置为活塞体22提供增加的稳定性，活塞体22在发动机的气缸中往复运动而不影响裙部36的长度，也就是说，当活塞体22在下止点位置时，裙部36可以向下延伸到曲轴箱(未示出)中。
再次参阅图1，活塞环20包括环形体42，该环形体42围绕一轴大体周向延伸。该环形体42具有面向该轴的内面44，该内面44具有多个轴向间隔开并径向延伸的接触特征46，48。具体地，最佳地如图5-图7所示，在该典型实施例中，环形体42具有三个接触特征46，48，其中包括一个上接触特征46和多个下接触特征48(示出为一对下接触特征48)。最佳地如图8所示，在静止状态，上接触特征46以大体均一的环形直径DR大体周向地连续延伸。该环形直径DR小于活塞体22的裙部直径DS。现在参阅图5和图6，下接触特征48是非连续的且具有凹进区域50。如图所示，该下接触特征48的凹进区域50在旋转方向上彼此对齐。再次回到图1，该环形体42具有通过环形间隙52彼此间隔开的两末端，且这两个末端至少部分彼此重叠。该重叠可以例如通过角接接头，搭接接头，凸台阶形接头，角台阶形接头，钩接接头等实现。
环形体42由弹性的可变形材料形成，例如弹簧钢。为了将环形体42安装到活塞体22的裙部36，环形体42被伸展开以增大环形直径，随后该环形体42被插入到裙部36。当环形体42被释放时，它仍然通过相对更大的裙部36保持局部扩展，并且朝着静止状态拉紧，从而建立与活塞体22的动态密封。
现在参阅图4，环形体42位于气缸壁24的通道32中，并且在气缸壁24和活塞体22之间建立动态的气密和油密紧密封。在环形体42的这个位置，三个接触特征46，48均与活塞体22密封配合。现在回到图5，下接触特征48的凹进区域的对齐加强了通过上接触特征46刮除的油的排出。
与裙部36配合的接触特征46，48的边缘可以是尖锐的(例如刃状边缘，90度角或者小于90度角)以促进良好接触和刮油，也可以是圆形的或者其他任何几何构形。
环形体42可以通过任意合适的制造工艺由任意合适的弹性的可变形材料形成，例如弹簧钢，其他种类的钢或铸铁。环形体42还可以是裸露的，或者具有应用于其内面44的耐磨涂层(例如铬，带有氧化铝陶瓷的铬[CKS]，带有微钻石的铬[GDC]等)。环形体42的材料和几何构形优选为，在最小化环形体42和活塞体22之间的摩擦的同时，在气缸壁24和活塞体22之间形成气密和油密紧密封。
关于实施例的典型描述是用于说明而非限制。所公开实施例的各种修改和变化对于本领域技术人员是显而易见的并且落入本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于相对活塞体密封气缸壁的活塞环，其特征在于，该活塞环包括：
围绕一轴大体周向延伸的环形体，所述环形体具有面向所述轴的内面，所述内面包括多个轴向间隔开并径向向内延伸的接触特征，所述环形体由弹性的可变形材料形成，用于将所述内面的所述接触特征偏置为与该活塞体配合，所述径向向内延伸的接触特征中的至少一个接触特征围绕圆周大体连续地延伸以围绕活塞体建立大体连续的密封，所述径向向内延伸的接触特征中的至少一个接触特征是非连续的且包括至少一个凹进区域以允许油和气体通过，所述多个接触特征是至少三个接触特征，该至少三个接触特征包括一个上接触特征和多个下接触特征，所述上接触特征大体周向连续，每个所述下接触特征均包括一个凹进区域，所述下接触特征的凹进区域彼此对齐以增强油的排出。
2.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环形体具有通过环形间隙彼此间隔开的末端，且所述末端至少部分彼此重叠以建立与活塞体的周向连续密封。
3.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环形体由弹簧钢形成。
4.如权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环形体是裸露的。
5.一种动力缸总成，其特征在于，包括：
其中形成有通道的气缸壁，所述通道围绕所述气缸壁周向延伸；
具有裙部的活塞体，所述裙部的外表面的至少一部分围绕圆周大体连续延伸并且具有裙部直径；
设置在所述气缸壁的所述通道中的活塞环；
所述活塞环具有大体围绕一轴延伸的环形体，所述环形体具有面向所述轴的内面，所述内面包括多个轴向间隔开并径向向内延伸的接触特征，在放松状态下，所述多个接触特征中的至少一个接触特征大体连续并具有大体均一的环形直径，所述环形直径小于所述活塞体的裙部直径，所述多个接触特征中的至少一个接触特征是非连续的且包括至少一个凹进区域；以及
所述环形体大体周向围绕所述裙部的所述周向连续部分，所述接触特征抵靠所述裙部偏置，以在所述气缸壁和所述活塞体之间建立动态密封，所述环形体上的所述多个接触特征是至少三个接触特征，该至少三个接触特征包括一个上接触特征和多个下接触特征，所述上接触特征大体周向连续，每个所述下接触特征均包括一个凹进区域，所述下接触特征的凹进区域彼此对齐以增强油的排出。
6.如权利要求5所述的动力缸总成，其特征在于，所述环形体具有通过环形间隙彼此间隔开的末端，且所述末端至少部分彼此重叠以建立与活塞体的周向连续密封。
7.如权利要求5所述的动力缸总成，其特征在于，所述环形体由弹簧钢形成。
8.如权利要求5所述的动力缸总成，其特征在于，所述环形体是裸露的。
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