CN105370432A - 内燃机楔形球面组合气环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机楔形球面组合气环，包括上下叠放的两个活塞环，两个所述活塞环的外径不同，较大外径的活塞环多于较小外径活塞环的外边缘设有轴向凸缘；较小外径活塞环设在所述凸缘构成的环槽内。本发明在运行时具有增加对缸套的密封力的作用，因而活塞环的初始张力可较小，使活塞环及缸套的磨损也减少，其使用寿命也可延长。

Description

内燃机楔形球面组合气环

技术领域

本发明涉及活塞环技术领域，尤其是一种内燃机楔形球面组合气环。

背景技术

活塞环在发动机中的工作条件是十分恶劣和矛盾的，它承受燃烧室燃气燃烧所产生的高压和高热，即承受着由此产生的高的机械负荷和热负荷，又因为要上下高变速运动而与汽缸壁、活塞环槽发生相对的摩擦运动，有摩擦就要供应充足的润滑油以便在磨擦面形成油膜来减小磨擦，如若不加机油就会严重磨损和拉缸，可是机油又易过环与环槽的泵油作用进入燃烧室，导致燃烧过程恶化、积炭、结胶和加速磨损。所以活塞环自内燃机中起着四大作用：密封作用、传热作用、支撑作用和控油作用。

内燃机是否能正常工作，与活塞气环有很大关系，活塞气环的密封效果，主要由活塞气环本身的弹性及燃料燃烧产生的气体压力决定。当活塞气环在工作一段时间后，由于磨损和反复的高温作用，致使其弹性下降，从而使密封效果变差，最终会导致内燃机的功率下降，燃油耗率、润滑油耗率均上升，废气中的碳氢污染物增加，为恢复内燃机的各项工作性能，则必须更换新的活塞气环。因此，提高活塞气环的有效工作寿命，也就延长了内燃机的大修理周期。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种内燃机楔形球面组合气环，结构巧妙，使用寿命长。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种内燃机楔形球面组合气环，包括上下叠放的两个活塞环，两个所述活塞环的外径不同，较大外径的活塞环多于较小外径活塞环的外边缘设有轴向凸缘；较小外径活塞环设在所述凸缘构成的环槽内。

进一步地，两个所述活塞环的接触面为倾斜面。

进一步地，两个所述活塞环均设有开口间隙。

进一步地，所述较大外径的活塞环外周壁为球面结构。

进一步地，所述倾斜面为所述较小外径活塞环的厚度沿径向向外减少设置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在运行时具有增加对缸套的密封力的作用，因而活塞环的初始张力可较小，使活塞环及缸套的磨损也减少，其使用寿命也可延长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1.a活塞环的一个实施例结构图；

图1.b活塞环的另一个实施例结构图；

图2活塞环安装图；

图3压缩、做功、排气冲程活塞环/缸套气体流道分析图；

图4进气冲程活塞环/缸套气体流道分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1、图1.a和图1.b所示的一种内燃机楔形球面组合气环，包括上下叠放的两个活塞环，两个所述活塞环的外径不同，较大外径的活塞环2多于较小外径活塞环1的外边缘设有轴向凸缘21；较小外径活塞环1设在所述凸缘21构成的环槽内。较小外径活塞环1设有开口间隙3，较大外径的活塞环2设有开口间隙4。

组合环的两个所述活塞环的接触面为倾斜设置，与底面间具有倾斜夹角β，较小外径活塞环1（内环）与较大外径的活塞环2（外环）的接触面构成一开口的外截锥面，外环与内环的接触面构成一开口的内截锥面，内环的外径小于外环的外径，内环位于外环之上，外环的边缘带有凸缘；

本活塞环安装到缸套5后的状态，如图2所示，活塞环套设在活塞7的环槽6上，沿缸套5内壁上下滑动。

当本活塞环安装到内燃机的缸套5内，紧贴缸套5的外环具有向外的预张力，其作用是对缸套形成密封。内环具有较小的向内的预紧力，作用是形成对活塞环槽底部的密封。

在安装应用中，两个活塞环的开口应相互错开约180度。

如图3和4所示，当活塞环随活塞做往复运动时，活塞环上将受到向上或向下的作用力8。但无论是向上的力还是向下的力，均会使内、外环贴紧并在组合式活塞环的接触斜面上产生迫使内环趋向于贴紧活塞环槽6之底部的分力10，其与预紧力的合力使内环紧贴活塞环槽底部，而在外环上则产生一之反力9，反力9则迫使外环贴向缸套5，其与预张力之合力亦使外环更贴紧缸套壁面。

由此可知，分力10及9均可增加内、外环的密封效果，且10和9与活塞环上受到的力8成正比。即在大负荷或高转速的工况下，组合式活塞环的密封效果会更好。

在正常情况下，内燃机燃烧室内的气体泄漏主要发生在活塞环的开口处。对于现有的活塞环，其开口部位的宽度即是活塞与缸套的间隙B1。在组合式活塞环上，由于内环的遮闭，外环开口处的流道宽度变得很小形成一个节流口，其宽度为B2，对于气流—8流动阻力将大增。对于内环，在压缩、做功及排气冲程，由于外环下缘紧贴活塞环槽下边，形成一狭长的迷宫流道，开口间隙在活塞运动时会缩小，流道又较长且对气体的流动阻力较大，使得气体的泄漏很小。在进气冲程，对于增压内燃机，尤其是高增压内燃机，活塞环会被高压气体压到活塞环槽的底边，其效果与前述相当。

所以组合式活塞环总的气体泄漏只决定于外环的开口间隙。因此组合式活塞环的气体泄漏将小于现有的活塞环。

又由于内、外环之间没有剧烈的运动磨损，其角度β几乎不会改变，因此作用在外环上的力Fg也几乎不变。现有活塞环在磨损后，会导致张力下降，密封效果随之下降。但由于Fg的存在，只要选择了合适的β角度，即可使本专利的组合式活塞环对缸套的密封效果在活塞环磨损后（主要是外环的磨损）仍可不断的得到足够的补偿，从而使活塞环的使用寿命大大延长。

外环外边缘的凸缘的作用是在组合式活塞环安装时固定内环以利于安装。

本专利外环为球面设计，密封性强，又因气缸套壁的接触面在初期是很窄的，故磨合期短，还能保证良好的润滑和避免棱缘负荷。

由于本专利的组合式活塞环在运行时具有增加对缸套的密封力的作用，因而活塞环的初始张力可较小，使活塞环及缸套的磨损也减少，其使用寿命也可延长。

图1.b为本专利的另一个实施例，其特点是内环位于外环之下。即上、下环互换，斜面的倾斜方向也相反。但内环与外环的接触面仍构成一开口的外截锥面，外环与内环的接触面仍构成开口的内截锥面。且外环仍为外张环，内环也为内敛环，内环的外径小于外环的外径。其工作原理也与上同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种内燃机楔形球面组合气环，其特征在于：包括上下叠放的两个活塞环，两个所述活塞环的外径不同，较大外径的活塞环多于较小外径活塞环的外边缘设有轴向凸缘；较小外径活塞环设在所述凸缘构成的环槽内。

2.如权利要求1所述内燃机楔形球面组合气环，其特征在于：两个所述活塞环的接触面为倾斜面。

3.如权利要求1或2所述内燃机楔形球面组合气环，其特征在于：两个所述活塞环均设有开口间隙。

4.如权利要求1所述内燃机楔形球面组合气环，其特征在于：所述较大外径的活塞环外周壁为球面结构。

5.如权利要求2所述内燃机楔形球面组合气环，其特征在于：所述倾斜面为所述较小外径活塞环的厚度沿径向向外减少设置。