CN104246194A - 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总成。该活塞环总成包括在轴向方向彼此邻接叠置的多个环。每个环具有内面和外面。该活塞环总成还包括基本周向围绕叠置的环并且邻接环的外面的弹簧。该弹簧将叠置的环向径向向内的方向偏移以抵靠活塞本体来密封环的内面。当在静止状态下时，该弹簧可由条状材料弯曲成迂回弯曲样式以抵靠活塞本体来施加偏向力。

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61/600,163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

典型的内燃机具有在发动机体的气缸内往复运动的至少一个活塞本体。一般地，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路，并且在气缸壁上提供大致均匀的油膜。此类活塞环典型的在径向向外的方向偏移产生抵靠气缸壁的弹簧力，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总成。该活塞环总成包括轴向彼此邻接叠置的多个环，每个环具有内面和外面。该活塞环总成还包括一弹簧，该弹簧基本周向围绕叠置的环并且邻接环的外面。该弹簧向径向向内的方向偏移叠置的环以用于抵靠活塞本体来密封环的内面。

该活塞环总成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，活塞环仍为大致固定的并且相对于气缸壁不移动。由于活塞在发动机的气缸内往复运动时没有减少裙部的长度，也就是说，当活塞本体位于下死点位置时，裙部可能向下延伸越过气缸壁，该位置使活塞本体具有提升的稳定性。该活塞环还可防止漏气。

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，该气缸壁具有形成于其内的周向延伸的孔道。该动力缸总成还包括具有裙部的活塞本体，其中至少一部分的裙部的外表面基本连续的围绕圆周延伸。另外，该动力缸总成包括设置于气缸壁的孔道中的活塞环总成。该活塞环总成包括多个环，每个环具有内面和外面，并且在轴向彼此邻接叠置。该活塞环总成进一步包括弹簧，该弹簧基本周向围绕叠置的环。该弹簧邻接叠置的环的外表面并且向径向向内的方向偏移叠置的环以抵靠活塞本体的裙部的周向连续部分来密封叠置的环的内面。

附图说明

参阅以下详细说明和附图，本发明的这些和其它特征和优点将更易于领会和理解，其中：

图1是活塞环总成的一个典型实施例的立体示意图；

图2是包括图1的活塞环总成的动力缸总成的一个典型实施例的剖视图，示出了位于上死点位置的活塞本体；

图3是包括图1的活塞环总成的动力缸总成的另一个典型实施例的剖视图，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的活塞环总成的局部剖面示意图；

图5是图1的活塞环总成的俯视图；以及

图6是图1的活塞环总成的爆炸图。

具体实施方式

参阅附图，其中相同的附图标记用以标识遍及所有附图的相应的部分，图1大致示出了活塞环总成20的一个典型实施例，该活塞环总成20用以在活塞本体22和内燃机的动力缸总成26的气缸壁24之间密封。现在参阅图2和图3的剖视图，典型的活塞环20示为安装于内燃机的动力缸总成26中，该内燃机具有发动机体28和两件式的气缸衬垫30，发动机体28和气缸衬垫30一起形成了一轴向延伸的气缸壁24，该气缸壁24具有基本周向围绕该气缸壁24延伸的孔道32。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，该端部彼此轴向间隔以形成上述的孔道32。但是，应当理解，孔道32可通过一系列不同的手段形成于气缸壁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。典型的活塞环20示为安装于柴油燃料压缩点火发动机中；但是，应当理解，该活塞环20可替换地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发动机气缸内具有两个水平对置的活塞的发动机中。

仍参阅附图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出为多个)，该上活塞环34保持在形成于活塞本体22的外壁内的相应的活塞环槽中。该活塞本体22还具有裙部36，该裙部从活塞环20区域下垂并且在发动机运行时在气缸内往复运动过程中辅助导向活塞本体22。至少一部分的裙部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的部分的尺寸制造为接近但相对小于气缸壁24的内径，从而使得在两者间形成一运行间隙38。该活塞本体22通过活塞销(图中未示)或者类似类型的连接设备耦合至连杆40，该连杆40反过来耦合至曲柄轴(图中未示)或者类似的机构。

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的外表面密封以在气缸壁24和活塞本体22之间建立气密或液紧密封。该活塞环总成20具有内面42(如图4最优所示)，在发动机运行时该内面42与活塞本体22的裙部36运行接触以将燃烧室内的燃烧气体密封至活塞本体22的一边并且将油密封至活塞本体22的另一侧，例如，在曲柄箱(图中未示)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，该典型的活塞环总成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。在气缸壁24的孔道32内的活塞环总成20的位置容许活塞本体22具有更高的稳定性，因为其在发动机的气缸内往复运动而无需减少裙部36的长度，也就是说，当活塞本体22位于下死点位置时，该裙部36也可向下延伸入曲柄箱(图中未示)。

现在参阅图4，典型实施例的活塞环总成20包括多个单个并且单独地形成的环42，环42在轴向彼此邻接地叠置。每个典型的环42具有圆形的内面44、圆形的外面46以及大致平面的上表面和下表面，邻近的环42的上表面和下表面彼此邻接。如此，活塞环总成20的向内面向的表面包括多个密封表面以在气缸壁24和活塞本体的裙部36的外表面之间为油和气提供密封。在典型的实施例中，活塞环总成20包括四个环42。但是，应当理解，可以采用超过一个的任意数量的环42。

现在参阅图6的爆炸图，每个环42具有通过环间隙48彼此间隔的端部，并且邻近的环42的环间隙48是彼此周向交错的。通过提供围绕活塞本体22的周向连续密封，这提高了活塞环总成20的刮油性能和气密性能。环42优选为彼此互不粘附。

再参阅图1，活塞环总成20此外还包括弹簧50，该弹簧50基本周向围绕叠置的环42并且邻接叠置的环42的外面46以向径向向内的方向偏移叠加的环42。这具有将环42的内面44抵靠活塞本体22(如图2和图3所示)来密封的效果。典型实施例的弹簧50为条状的金属块，比如弹簧钢，并且延伸为具有峰和谷的大致迂回弯曲的图样。如图4所示，迂回弯曲的弹簧50在气缸壁24内在两种状态下交替，即与叠置的环42的外表面接触和与孔道32的后壁接触。当嵌入叠置的环42和气缸壁24之间时，迂回弯曲的弹簧50朝它的静止状态压紧，从而向径向向内的方向偏移叠置的环42以在气缸壁24和活塞本体22之间建立气和油的紧密封。如图所示，叠置的环42的内面44和外面46之间的距离大于活塞本体22的裙部36的外表面之间的运行间隙38从而基本防止油流和气体通过间隙进入迂回弯曲的弹簧50并且穿过活塞环总成20。

环42和迂回弯曲的弹簧50可通过任何所需的制造工艺成形并且可由任何所需的材料构成，例如，包括铸铁或者钢。环42还可不加涂层或者具有涂覆于至少它们内面44的耐磨涂层(比如铬、包含氧化铝陶瓷的铬[CKS]、包含微米金刚石的铬[GDC]等)。

所有实施例的典型说明仅作为说明而非本发明的限制。本领域的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 (13)

1.一种用于密封气缸壁和活塞本体的活塞环总成，其特征在于，该活塞环总成包括：

多个环，所述环在轴向方向彼此邻接叠置，每个所述环具有内面和外面；以及

一弹簧，所述弹簧基本周向围绕所述叠置的环并且邻接所述环的所述外面，所述弹簧向轴向向内的方向偏移所述叠置的环以抵靠所述活塞本体来密封所述环的所述内面。

2.根据权利要求1所述的活塞环总成，其特征在于，每个所述环的所述内面是圆形的。

3.根据权利要求1所述的活塞环总成，其特征在于，每个所述环具有一间隙，其中，邻近的环的所述间隙彼此周向交错。

4.根据权利要求1所述的活塞环总成，其特征在于，每个所述环具有大致平面的上表面和大致平面的下表面。

5.根据权利要求1所述的活塞环总成，其特征在于，所述多个环进一步定义为四个环。

6.根据权利要求1所述的活塞环总成，其特征在于，所述弹簧具有大致曲折迂回的形状。

7.一种动力缸总成，其特征在于，所述动力缸总成包括：

一气缸壁，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；

一活塞本体，所述活塞本体具有一裙部，其中，所述裙部的外表面的至少一部分基本围绕圆周连续延伸；

一活塞环总成，该活塞环总成设置于所述气缸壁的所述孔道内；

所述活塞环总成具有轴向彼此邻接叠置的多个环，每个所述环具有内面和外面；以及

所述活塞环总成进一步包括弹簧，所述弹簧基本周向围绕所述叠置的环并且邻接所述外面，所述弹簧还向径向向内的方向偏移所述叠置的环以抵靠所述活塞本体的所述裙部的所述周向连续部分来密封所述叠置的环的所述内面。

8.根据权利要求7所述的动力缸总成，其特征在于，每个所述环的所述内面是圆形的。

9.根据权利要求7所述的动力缸总成，其特征在于，每个所述环具有间隙，其中，邻近的环的所述间隙是彼此周向交错的。

10.根据权利要求7所述的动力缸总成，其特征在于，每个所述环具有大致平面的上表面和大致平面的下表面。

11.根据权利要求7所述的动力缸总成，其特征在于，所述多个环进一步定义为四个环。

12.根据权利要求7所述的动力缸总成，其特征在于，所述弹簧具有大致曲折迂回的形状，并且具有邻接所述气缸壁的多个峰和邻接所述环的所述外面的多个谷。

13.根据权利要求7所述的动力缸总成，其特征在于，所述气缸壁是至少两件式的，并且所述气缸壁的端部彼此间隔以形成所述孔道。