CN105673451A - 一种新型防窜油活塞结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套内的活塞，活塞外壁与缸套内壁之间具有间隙腔，活塞外壁从上至下设有气环槽和油环槽，气环槽内装设有与缸套内壁密封配合的气环，油环槽内装设有与缸套内壁密封配合的油环，气环活动设置于气环槽内，气环与气环槽侧壁之间形成有背隙腔，气环与气环槽上壁和/或气环槽下壁之间形成有将背隙腔与间隙腔导通的间隙通道，活塞本体设有竖向通道和横向通孔，横向通孔与竖向通道构成疏导通道。本发明利用空压机或内燃机加压过程产生的压差并通过疏导通道清除活塞背隙腔内的窜油，使空压机或内燃机的使用寿命更长，运行更稳定，而且对于加工制造而言，对精度要求较低，可降低成本，有利于生产加工制造。

Description

一种新型防窜油活塞结构
技术领域
本发明属于空压机或内燃机技术领域，具体涉及一种用于空压机或内燃机的新型防窜油活塞结构。
背景技术
用于空压机或内燃机的活塞，活塞外壁从上至下设有三道密封环槽(可参见专利CN202108699U和专利CN104329239A)，分别为第一环槽、第二环槽和第三环槽.其中第一环槽和第二环槽内分别装设有与缸套内壁气密封配合的第一气环和第二气环，第三环槽内装设有与缸套内壁油密封配合的第三油环，第一气环和第二气环用于活塞上部空气腔体与活塞下部油气腔体之间的气密封，同时防止活塞下部腔体的油液或油雾进入到活塞上部腔体内(窜油问题)，第三油环刮除缸套内壁上大部分油液，剩少量油液附着于缸套内壁用于与活塞之间摩擦润滑，进一步的，为便于装配和抗长期磨损，第一气环、第二气环和第三油环均设计成有搭口(间隙)的弹性开环结构(参见专利CN10178339A)，鉴于上述活塞结构，活塞在缸套内上下往复运动过程中，活塞下部腔体的油液或油雾不可避免地从第一气环、第二气环和第三油环的搭口处或第一气环、第二气环和第三油环与缸套内壁之间的间隙处窜入到活塞上部腔体，即现有空压机及内燃机普遍存在的窜油问题。
为解决上述问题，现有技术提出了若干解决方案。例如专利CN102588252A和专利CN101334021A从材料方面改进，以使密封环或缸套内壁更耐磨，来保持活塞与缸套之间更持久的密封性能；又例如专利CN104329239A、专利CN103790803A、CN10178339A以及专利CN202108700U从气环和/或油环的结构方面改进以使密封环与缸套内壁之间的密封效果更好以防止窜油，这些方案简单来说是均采用“堵”的方式以解决问题，然而实际使用效果并不理想，在前期短时间内可能达到较好的效果，但经过一段时间运行后气环和油环发生磨损后问题依旧，另外从生产制造来说，其加工精度要求更高，成本也随之增加；而且采用“堵”的方式，即使能有效改善窜油问题，但另一方面也会减少缸套内壁的布油量，从而增大活塞与缸套内壁之间摩擦损耗，不利于空压机或内燃机正常使用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于空压机或内燃机的新型防窜油活塞结构，本发明采用与现有技术完全相反的“疏”的方式以解决窜油的技术问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套内的活塞，活塞外壁与缸套内壁之间具有间隙腔，活塞外壁从上至下设有气环槽和油环槽，气环槽内装设有与缸套内壁密封配合的气环，油环槽内装设有与缸套内壁密封配合的油环，气环活动设置于气环槽内，气环与气环槽侧壁之间形成有背隙腔，气环与气环槽上壁和/或气环槽下壁之间形成有将背隙腔与间隙腔导通的间隙通道，活塞本体上竖向开设有与活塞下部腔体连通的竖向通道，该竖向通道与背隙腔之间的间距为1-5mm，活塞本体上还横向开设有与竖向通道连通的横向通孔，该横向通孔的孔径为0.1-0.5mm，并且该横向通孔的外端与背隙腔和/或间隙腔连通；所述横向通孔与所述竖向通道构成将背隙腔和/或间隙腔与缸套内的活塞下部腔体连通的疏导通道。
具体地，所述竖向通道为贯穿活塞上下两端的竖向通孔，该竖向通孔的上端设有封堵钢珠。或者，所述竖向通道为从活塞底部向上通入的竖向盲孔。
其中，所述气环槽为两个，分别为第一气环槽和第二气环槽，第一气环槽设置于第二气环槽上方，第一气环槽和第二气环槽内分别装设有第一气环和第二气环，所述通孔设置于第一气环槽和/或第二气环槽内。所述横向通孔设置于第一气环槽和/或第二气环槽内，该横向通孔将第一气环槽和/或第二气环槽内背隙腔与竖向通道导通。或者，所述横向通孔设置于第一气环槽与第二气环槽之间，该横向通孔将间隙腔与竖向通道导通。
进一步的，所述气环和所述油环均为设置有搭口的弹性开环结构。
一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套内的活塞，活塞外壁与缸套内壁之间具有间隙腔，活塞外壁从上至下设有气环槽和油环槽，气环槽内装设有与缸套内壁密封配合的气环，油环槽内装设有与缸套内壁密封配合的油环，气环活动设置于气环槽内，气环与气环槽侧壁之间形成有背隙腔，气环与气环槽上壁和/或气环槽下壁之间形成有将背隙腔与间隙腔导通的间隙通道，活塞本体上竖向开设有竖向通道，活塞本体上还横向开设有与竖向通道连通的第一横向通孔和第二横向通孔，第一横向通孔设置于第二横向通孔上方，并且该第一横向通孔的外端与背隙腔连通；该第二横向通孔的外端与间隙腔连通；所述第一横向通孔、所述竖向通道以及所属第二横向通孔构成将背隙腔与间隙腔连通的疏导通道。
其中，所述气环槽为两个，分别为第一气环槽和第二气环槽，第一气环槽设置于第二气环槽上方，第一气环槽和第二气环槽内分别装设有第一气环和第二气环，第一横向通孔设置于第一气环槽内，第二横向通孔设置于第一气环槽与第二气环槽之间或者第二气环槽与油环槽之间。
采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：
本发明所述的一种新型防窜油活塞结构，活塞设置有与缸套内壁密封配合的气环和油环，其中油环用于缸套内壁布油以对活塞起到润滑作用，同时油环还用于去除缸套内壁附着的大部分油液，气环用于活塞与缸套内壁之间气密封，保证活塞上部腔体输出正常压力的压缩空气。由于气环活动设置于气环槽内，因而当活塞沿缸套下行时，活塞上部腔体吸气为负压状态，活塞下部腔体的气压大于活塞上部腔体的气压，而且气环与缸套内壁之间的摩擦力和惯性力迫使气环的上端面与气环槽上壁紧密贴合，此时背隙腔通过气环下部的间隙通道与间隙腔连通，通过油环窜入间隙腔内的油液经过该间隙通道进入背隙腔，背隙腔内的部分油液经过与缸套内的活塞下部腔体连通的疏导通道进入到活塞下部的油腔；当活塞沿缸套上行时，活塞上部腔体密封为加压状态，活塞上部腔体的气压远大于活塞下部腔体的气压，而且气环与缸套内壁之间的摩擦力和惯性力迫使气环的下端面与气环槽下壁紧密贴合，此时背隙腔通过气环上部的间隙通道与活塞上部的气腔连通，背隙腔内留存的油液在压差作用力下从疏导通道进入到活塞下部的油腔。本发明采用与现有技术完全相反的“疏”(疏导)的方式以解决窜油的技术问题，其利用空压机或内燃机加压过程产生的压差并通过疏导通道清除活塞背隙腔内的窜油，其略微降低压缩比，经过测试采用本发明的空压机压缩比仅比常规空压机低2％左右，但是本发明从根本上解决了空压机或内燃机的活塞窜油问题，使空压机或内燃机的使用寿命更长，运行更稳定。而且对于加工制造而言，对精度要求较低，可降低成本，有利于生产加工制造。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明的工作状态的剖视结构示意图；
图2为图1中A处所示的活塞上行状态的结构示意图；
图3为本发明的活塞下行状态的结构示意图；
图4为本发明的另一实施方式的结构示意图；
图5为本发明的另一实施方式的结构示意图；
图6为本发明的另一实施方式的结构示意图；
图7为本发明实施例2的结构示意图；
图8为本发明实施例2的另一实施方式的结构示意图。
图中：1.缸套；2.活塞；3.间隙腔；4.气环槽；41.第一气环槽；42.第二气环槽；5.油环槽；6.气环；61.第一气环；62.第二气环；7.油环；8.回油孔；9.背隙腔；10.间隙通道；11.竖向通道；12.横向通孔；13第一横向通孔；14.第二横向通孔。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
实施例1，参见图1-图6，一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套1内的活塞2，活塞2外壁与缸套1内壁之间具有间隙腔3，活塞2外壁从上至下设有气环槽4和油环槽5，气环槽4内装设有与缸套1内壁密封配合的气环6，其中，所述气环槽4为两个，分别为第一气环槽41和第二气环槽42，第一气环槽41设置于第二气环槽42上方，第一气环槽41和第二气环槽42内分别装设有第一气环61和第二气环62，气环6用于活塞2与缸套1内壁之间气密封，保证活塞2上部腔体输出正常压力的压缩空气，油环槽5内装设有与缸套1内壁密封配合的油环7，油环7用于缸套1内壁布油以对活塞2起到润滑作用，同时油环7还用于去除缸套1内壁附着的大部分油液，优选的，油环槽5内还设有回油孔8。本实施例中，所述气环6和所述油环7均为设置有搭口的弹性开环结构，便于装配和抗磨损，保持长久密封性。
气环6活动设置于气环槽4内，活动设置是只气环6可在气环槽4内上下移动，气环6与气环槽4侧壁之间形成有背隙腔9，气环6与气环槽4上壁和/或气环槽4下壁之间形成有将背隙腔9与间隙腔3导通的间隙通道10，活塞2本体上竖向开设有与活塞2下部腔体连通的竖向通道11，该竖向通道11与背隙腔9之间的间距为1-5mm，活塞2本体上还横向开设有与竖向通道11连通的横向通孔12，该横向通孔12的孔径为0.1-0.5mm，并且该横向通孔12的外端与背隙腔9连通，横向通孔12为微细孔，竖向通道11与背隙腔9之间的间距越近，越有利于横向通孔12加工，当然横向通孔12还可以为两个，该两个横向通孔12分别与第一气环槽41和第二气环槽42内背隙腔9连通(参见图4)，或者横向通孔12的外端与间隙腔3连通(参见5和图6)。所述横向通孔12与所述竖向通道11构成将背隙腔9和/或间隙腔3与缸套1内的活塞2下部腔体连通的疏导通道。
本实施例中，所述竖向通道11为贯穿活塞2上下两端的竖向通孔，该竖向通孔的上端设有封堵钢珠。当然根据实际加工条件，所述竖向通道11为从活塞2底部向上通入的竖向盲孔(参见图6)。
所述横向通孔12设置于第一气环槽41内的防窜油效果优于设置于第二气环槽42，从油环7窜入的油液首先经过第二气环槽42内气环6阻挡，这里第二气环62与现有技术活塞2中的第二气环62作用相同，用于气密封和去除大部分油液，第二气环槽42的背隙腔9用于油环7与第一气环61之间窜油的缓冲腔体，经过第二气环62后仍向上窜入的油液进入第一气环槽41的背隙腔9，最后在差压作用下从疏导通道回流至活塞2下部腔体。
参见图2，当活塞2沿缸套1上行时，活塞2上部腔体密封为加压状态，活塞2上部腔体的气压远大于活塞2下部腔体的气压，而且气环6与缸套1内壁之间的摩擦力和惯性力迫使气环6的下端面与气环槽4下壁紧密贴合，此时背隙腔9通过气环6上部的间隙通道10与活塞2上部的气腔连通，由于间隙腔3、间隙通道10和疏导通道均为细隙结构，气压通过时会逐渐衰减，因此活塞2上部腔体气压P1＞间隙腔3气压P2＞背隙腔9气压P3＞活塞2下部腔体气压P4，背隙腔9内留存的油液在压差作用力下从疏导通道进入到活塞2下部的油腔。
参见图3，当活塞2沿缸套1下行时，活塞2上部腔体吸气为负压状态，活塞2下部腔体的气压大于活塞2上部腔体的气压，而且气环6与缸套1内壁之间的摩擦力和惯性力迫使气环6的上端面与气环槽4上壁紧密贴合，此时背隙腔9通过气环6下部的间隙通道10与间隙腔3连通，通过油环7窜入间隙腔3内的油液经过该间隙通道10进入背隙腔9，背隙腔9内的部分油液经过与缸套1内的活塞2下部腔体连通的疏导通道进入到活塞2下部的油腔。
本发明采用与现有技术完全相反的“疏”的方式以解决窜油的技术问题，其利用空压机或内燃机加压过程产生的压差并通过疏导通道清除活塞2背隙腔9内的窜油，其略微降低压缩比，经过测试采用本发明的空压机压缩比仅比常规空压机低2％左右，但是本发明从根本上解决了空压机或内燃机的活塞2窜油问题，使空压机或内燃机的使用寿命更长，运行更稳定。而且对于加工制造而言，对精度要求较低，可降低成本，有利于生产加工制造。
实施例2，参见图1、图7-图8，一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套1内的活塞2，活塞2外壁与缸套1内壁之间具有间隙腔3，活塞2外壁从上至下设有气环槽4和油环槽5，气环槽4内装设有与缸套1内壁密封配合的气环6，油环槽5内装设有与缸套1内壁密封配合的油环7，气环6活动设置于气环槽4内，气环6与气环槽4侧壁之间形成有背隙腔9，气环6与气环槽4上壁和/或气环槽4下壁之间形成有将背隙腔9与间隙腔3导通的间隙通道10，活塞2本体上竖向开设有竖向通道11，活塞2本体上还横向开设有与竖向通道11连通的第一横向通孔13和第二横向通孔14，第一横向通孔13设置于第二横向通孔14上方，并且该第一横向通孔13的外端与背隙腔9连通；该第二横向通孔14的外端与间隙腔3连通；所述第一横向通孔13、所述竖向通道11以及所属第二横向通孔14构成将背隙腔9与间隙腔3连通的疏导通道。
本实施例中，所述气环槽4为两个，分别为第一气环槽41和第二气环槽42，第一气环槽41设置于第二气环槽42上方，第一气环槽41和第二气环槽42内分别装设有第一气环61和第二气环62，第一横向通孔13设置于第一气环槽41内，优选的，第二横向通孔14设置于第一气环槽41与第二气环槽42之间，当然第二横向通孔14也可以设置于第二气环槽42与油环槽5之间。
参见图7，活塞2运行过程中，特别是活塞2上行时，背隙腔9的压力大于第一气环61与第二气环62之间的间隙腔3的压力，因此，位于背隙腔9内的液压可在该压差作用下依次通过第一横向通道13、竖向通道11和第二横向通道14进入第一气环61与第二气环62之间的间隙腔3，从而避免油液窜入活塞上部腔体。同理参见图8，活塞2上行时，背隙腔9的压力大于第二气环槽42与油环槽5之间的间隙腔3的压力，因此，位于背隙腔9内的液压可在该压差作用下依次通过第一横向通道13、竖向通道11和第二横向通道14进入第二气环62之间的间隙腔3，避免油液窜入活塞上部腔体。本实施例与实施1的区别在于：由第一横向通孔13、竖向通道11和第二横向通孔14构成的疏导通道将油液疏导至间隙腔3内，而实施例1中由横向通孔12和竖向通道11构成的疏导通道是将油液疏导至活塞2下部腔体，间隙腔3与活塞2下部腔体之间通过油环7密封，且间隙腔3的气压大于活塞2下部腔体，因此本实施的压缩空气压缩率损失相对实施例1较低，而本实施例的油液疏导性能相对实施例1也较低，因而采用本实施例的第一横向通孔13、竖向通孔11和第二横向通孔14的孔径可以开设得更大，有利于活塞2钻孔加工，具体地，第一横向通孔13的孔径为1.5-2mm，竖向通道11的孔径为3.5-4.5mm，第二横向通孔14的孔径为1-1.5mm。
以上所述实施例并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在本发明的精神和原则之内对其中部分技术特征进行等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套(1)内的活塞(2)，活塞(2)外壁与缸套(1)内壁之间具有间隙腔(3)，活塞(2)外壁从上至下设有气环槽(4)和油环槽(5)，气环槽(4)内装设有与缸套(1)内壁密封配合的气环(6)，油环槽(5)内装设有与缸套(1)内壁密封配合的油环(7)，其特征在于：气环(6)活动设置于气环槽(4)内，气环(6)与气环槽(4)侧壁之间形成有背隙腔(9)，气环(6)与气环槽(4)上壁和/或气环槽(4)下壁之间形成有将背隙腔(9)与间隙腔(3)导通的间隙通道(10)，活塞(2)本体上竖向开设有与活塞(2)下部腔体连通的竖向通道(11)，活塞(2)本体上还横向开设有与竖向通道(11)连通的横向通孔(12)，并且该横向通孔(12)的外端与背隙腔(9)和/或间隙腔(3)连通；所述横向通孔(12)与所述竖向通道(11)构成将背隙腔(9)和/或间隙腔(3)与缸套(1)内的活塞(2)下部腔体连通的疏导通道。
2.根据权利要求1所述的新型防窜油活塞结构，其特征在于：所述竖向通道(11)为贯穿活塞(2)上下两端的竖向通孔，该竖向通孔的上端设有封堵钢珠。
3.根据权利要求1所述的防窜油活塞结构，其特征在于：所述竖向通道(11)为从活塞(2)底部向上通入的竖向盲孔。
4.根据权利要求2或3所述的新型防窜油活塞结构，其特征在于：所述气环槽(4)为两个，分别为第一气环槽(41)和第二气环槽(42)，第一气环槽(41)设置于第二气环槽(42)上方，第一气环槽(41)和第二气环槽(42)内分别装设有第一气环(61)和第二气环(62)，所述通孔设置于第一气环槽(41)和/或第二气环槽(42)内。
5.根据权利要求4所述的新型防窜油活塞结构，其特征在于：所述横向通孔(12)设置于第一气环槽(41)和/或第二气环槽(42)内，该横向通孔(12)将第一气环槽(41)和/或第二气环槽(42)内背隙腔(9)与竖向通道(11)导通。
6.根据权利要求4所述的新型防窜油活塞结构，其特征在于：所述横向通孔(12)设置于第一气环槽(41)与第二气环槽(42)之间，该横向通孔(12)将间隙腔(3)与竖向通道(11)导通。
7.根据权利要求1所述的新型防窜油活塞结构，其特征在于：所述气环(6)和所述油环(7)均为设置有搭口的弹性开环结构。
8.一种新型防窜油活塞结构，包括设置于缸套(1)内的活塞(2)，活塞(2)外壁与缸套(1)内壁之间具有间隙腔(3)，活塞(2)外壁从上至下设有气环槽(4)和油环槽(5)，气环槽(4)内装设有与缸套(1)内壁密封配合的气环(6)，油环槽(5)内装设有与缸套(1)内壁密封配合的油环(7)，其特征在于：气环(6)活动设置于气环槽(4)内，气环(6)与气环槽(4)侧壁之间形成有背隙腔(9)，气环(6)与气环槽(4)上壁和/或气环槽(4)下壁之间形成有将背隙腔(9)与间隙腔(3)导通的间隙通道(10)，活塞(2)本体上竖向开设有竖向通道(11)，活塞(2)本体上还横向开设有与竖向通道(11)连通的第一横向通孔(13)和第二横向通孔(14)，第一横向通孔(13)设置于第二横向通孔(14)上方，并且该第一横向通孔(13)的外端与背隙腔(9)连通；该第二横向通孔(14)的外端与间隙腔(3)连通；所述第一横向通孔(13)、所述竖向通道(11)以及所属第二横向通孔(14)构成将背隙腔(9)与间隙腔(3)连通的疏导通道。
9.根据权利要求8所述的新型防窜油活塞结构，其特征在于：所述气环槽(4)为两个，分别为第一气环槽(41)和第二气环槽(42)，第一气环槽(41)设置于第二气环槽(42)上方，第一气环槽(41)和第二气环槽(42)内分别装设有第一气环(61)和第二气环(62)，第一横向通孔(13)设置于第一气环槽(41)内，第二横向通孔(14)设置于第一气环槽(41)与第二气环槽(42)之间或者第二气环槽(42)与油环槽(5)之间。
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