CN109707528A - 一种组合式油环及活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式油环及活塞式发动机，属于活塞环技术领域。本发明提供的组合式油环，包括呈环状的螺旋弹簧、第一刮油环和第二刮油环，所述第一刮油环和所述第二刮油环上下设置，所述第一刮油环和所述第二刮油环的内环面共同形成一环形的容纳槽，所述螺旋弹簧设置在所述容纳槽内，并与所述容纳槽的槽壁抵接。本发明提供的活塞式发动机，包括活塞，所述活塞沿其周向设置有油环槽，该活塞式发动机还包括所述组合式油环，所述组合式油环设置在所述油环槽内，在所述螺旋弹簧的弹力作用下，所述第一刮油环和所述第二刮油环分别与所述油环槽的上、下侧面抵接。该组合式油环及活塞式发动机不易发生泵油、窜油现象，且使用寿命长。

Description

一种组合式油环及活塞式发动机

技术领域

本发明涉及活塞环技术领域，尤其涉及一种组合式油环及使用该组合式油环的活塞式发动机。

背景技术

活塞式发动机，又称往复式发动机，其是利用燃料燃烧产生压力，并通过一个或者多个活塞将压力转化成旋转动能的发动机。现有的活塞式发动机一般利用汽油或者柴油作为燃料。活塞是活塞式发动机的重要部件，其上设置有压缩环和油环，压缩环用来密封燃烧室内的可燃混合气体，油环用来刮除缸体上多余的机油。

现有的油环包括一片式油环、两片式油环和三片式油环三类。其中，一片式油环包括一体式的环体，其没有弹簧，因而弹力低，油耗控制能力差，且环体的上、内端面无法与活塞的油环槽的上、内端面之间形成稳定的密封，在活塞上下运行时，很容易导致油环在油环槽内上下窜动，从而产生“泵油”现象，同时，开口会产生“窜油”现象，增大了机油消耗量。两片式油环相对于一片式油环而言，其在环体的内环面安装有弹簧，虽然环体的弹力有所提高，但是并未能改善环体的上、内端面与油环槽的上、内端面之间的密封配合问题，仍然存在间隙，使用时还是会发生“泵油”现象，同时，开口也会产生“窜油”现象，增大了机油消耗量。为改善一片式和两片式油环的“泵油”及“窜油”现象，有人提出三片式油环，其包括衬环和两个圆环形的刮片环，两个刮片环分别设置于衬环的上下两个端面，两个刮片环的截面呈接近矩形的形状，衬环的上下两个端面上分别设置有凸台，凸台与衬环的轴线方向有一定角度，刮片环内圆与凸台接触。衬环在压缩状态下，产生径向、轴向弹力，使刮片环的外圆面与缸体内壁形成密封、与油环槽上下侧面形成密封。衬环的弹力系数远大于螺旋弹簧的弹力系数，一般为2-5倍。虽然刮片环与油环槽的上、内端面之间形成了密封，消除了“泵油”现象，同时，二个刮片开口错开设置，错开角度一般要求大于30°，消除了“窜油”现象。然而，由于凸台和刮片环内圆接触的位置位于外侧，尤其是位于上侧的位置，在工作中产生的杂质很容易进入上述位置并堆积，在刮片环和衬环的凸台发生滑动时，导致磨损量增加。同时，由于衬环的弹力系数很大，因此现有的三环式油环在工作过程中存在弹性消失率高的问题，更导致发动机的机油消耗率随着发动机运行时间逐渐增长，耐久性不足，最终严重影响有效使用寿命。

因此，如何提出一种不易发生泵油和窜油现象且使用寿命长的油环是现在亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式油环，该组合式油环不易发生泵油现象，且使用寿命长。

本发明的另一个目的在于提供一种活塞式发动机，该活塞式发动机机油消耗率低，使用寿命长。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种组合式油环，包括呈环状的螺旋弹簧、第一刮油环和第二刮油环，所述第一刮油环和所述第二刮油环上下设置，所述第一刮油环和所述第二刮油环的内环面共同形成一环形的容纳槽，所述螺旋弹簧设置在所述容纳槽内，并与所述容纳槽的槽壁抵接。

其中，所述第一刮油环和所述第二刮油环均包括环形本体，所述环形本体包括相对设置的外端面和内端面，及连接于所述外端面和所述内端面之间的外环面和所述内环面，所述内环面包括相互连接的竖直面和凹陷面，所述竖直面连接于所述外端面，所述凹陷面连接于所述内端面，两个所述凹陷面对应设置形成所述容纳槽。

其中，所述凹陷面沿所述外端面至所述内端面的方向逐渐向所述外环面凹陷，所述凹陷面为斜面或弧形面。

其中，所述螺旋弹簧的外圆面与所述容纳槽的槽底之间在所述螺旋弹簧的径向的距离A大于等于0.10mm；

所述螺旋弹簧的中心位于所述容纳槽之外，且所述螺旋弹簧的中心与所述竖直面之间在所述螺旋弹簧的径向的距离B小于等于(1/3)*r，其中，r为所述螺旋弹簧的半径，单位：mm。

其中，所述第一刮油环和所述第二刮油环还包括环形刮油部，所述环形刮油部凸设在所述外环面上。

其中，所述环形刮油部远离所述环形本体的一端设置有刮油面，所述刮油面的宽度不大于0.03mm-0.4mm。

其中，所述环形刮油部上位于所述刮油面和所述外环面之间的刮油侧面为倾斜面、垂直面或弯曲面，所述弯曲面向所述环形刮油部的外侧凸设。

其中，所述第一刮油环上设置有第一回油孔，所述第一回油孔与所述容纳槽连通；和/或所述第二刮油环上设置有第二回油孔，所述第二回油孔与所述容纳槽连通。

其中，所述第一刮油环上设置有第一开口，所述第二刮油环上设置有第二开口，所述第一开口和所述第二开口错位设置。

一种活塞式发动机，包括活塞，所述活塞沿其周向设置有油环槽，还包括所述组合式油环，所述组合式油环设置在所述油环槽内，在所述螺旋弹簧的弹力作用下，所述第一刮油环和所述第二刮油环分别与所述油环槽的上、下侧面抵接。

本发明的有益效果：

本发明的组合式油环包括呈环状的螺旋弹簧、第一刮油环和第二刮油环，第一刮油环和第二刮油环上下设置，且第一刮油环的内环面和第二刮油环的内环面共同形成容纳槽，将螺旋弹簧设置在该容纳槽内，使螺旋弹簧的外周面与容纳槽的槽壁抵接，这时螺旋弹簧位于第一刮油环和第二刮油环的内环面的一侧，利用螺旋弹簧的张力使第一刮油环的内环面的一侧产生斜向上的作用力，同时使第二刮油环的内环面的一侧产生斜向下的作用力，进而使得第一刮油环能与油环槽的上槽面抵接，第二刮油环能与油环槽的下槽面抵接，从而同时实现上下两个方向的密封，消除“泵油”现象。

进一步地，螺旋弹簧与容纳槽的接触位置在第一刮油环和第二刮油环的内侧，因而工作中产生的杂质颗粒等会受到第一刮油环和第二刮油环的外端面的阻挡而不会在两者接触位置堆积杂质颗粒，且两者的相对滑动幅度小，磨损量就会小，同时，螺旋弹簧弹力系数低，故弹力消失率较低，控制机油消耗的能力稳定，提高了组合式油环的有效使用寿命。

另外，由于第一刮油环和第二刮油环为两个独立的部件，因而第一刮油环的第一开口与第二刮油环的第二开口可以设置为错开设置，从而可以避免从第一开口或第二开口进入的机油，从另一开口流出，进而消除“窜油”现象，降低了机油消耗率。

附图说明

图1是本发明所提供的组合式油环在使用状态时的结构示意图。

图2是本发明所提供的组合式油环的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大示意图；

图4是本发明所提供的组合式油环的主视图；

图5是图4中B处的局部放大示意图；

图6是图4中C-C处的剖面结构示意图；

图7是图6中截面处的图形示意图；

图8是本发明所提供的组合式油环当第一开口和第二开口在螺旋弹簧的周向上错开180°时的结构示意图。

图中：

1、螺旋弹簧；

2、第一刮油环；201、第一开口；202、第一回油孔；

21、环形本体；211-内环面；2111-竖直面；2112-凹陷面；212-外环面；213-外端面；214-内端面；22、环形刮油部；221-刮油面；222-第一刮油侧面；223-第二刮油侧面；

3、第二刮油环；301、第二开口；302、第二回油孔；

4、活塞；41、油环槽；

5、缸壁。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种组合式油环，该组合式油环能够被用于活塞式发动机，参照图1，活塞式发动机包括缸体及设置在缸体内的活塞4，活塞4上设置有油环槽41，组合式油环则套设于油环槽41中，该组合式油环的上下两端面能够与油环槽41的上下两侧接触，组合式油环的外周与缸体的缸壁5接触。

参照图2，该组合式油环包括螺旋弹簧1、第一刮油环2和第二刮油环3，螺旋弹簧1、第一刮油环2和第二刮油环3均呈环状。其中，第一刮油环2位于整个组合式油环的上部，第二刮油环3位于整个组合式油环的下部，第一刮油环2和第二刮油环3上下独立分体设置。在第一刮油环2和第二刮油环3之间具有一定间隙，该间隙能够实现组合式油环的回油，使机油能够顺利进出组合式油环的内外。

继续参照图2，螺旋弹簧1位于第一刮油环2和第二刮油环3的内侧，从而提供弹性力。该螺旋弹簧1为采用弹簧丝环绕一个圆形绕制形成的螺旋状弹簧，其弹力系数小，柔性性能好。在本实施例中，对螺旋弹簧1的制作材料不做限定，例如可以采用钢丝或者具有记忆功能的合金丝等材料制成。

进一步地，参照图2、图6，第一刮油环2和第二刮油环3的内侧共同形成一个开口朝向组合式油环内部的容纳槽，螺旋弹簧1设置在容纳槽内，使得螺旋弹簧1的外周面能同时与第一刮油环2和第二刮油环3相抵接，进而为第一刮油环2提供一斜向上的抵压力，为第二刮油环3提供一斜向下的抵压力。该斜向上的作用力能够分解为向外的水平分力和向上的竖直分力，向上的竖直分力能够驱动第一刮油环2向上移动。斜向下的作用力能够分解为向外的水平分力和向下的竖直分力，向下的竖直分力能够驱动第二刮油环3向下移动，使得第一刮油环2和第二刮油环3在上下方向被撑开，从而第一刮油环2能够与活塞4的油环槽41的上侧面抵接，消除第一刮油环2与活塞4上的油环槽41的上侧面之间的间隙，第二刮油环3能够与油环槽41的下侧面抵接，消除第二刮油环3与活塞4上的油环槽41的下侧面之间的间隙，这不仅能提高组合式油环与油环槽41的密封性，避免了现有技术中的一片式油环和两片式油环出现的泵油现象，在极大程度上降低了机油消耗率；还因为采用螺旋弹簧1而不采用现有技术中的衬环作为油环的弹性体，巧妙地利用了螺旋弹簧1的弹力系数低的特性，有利于降低弹力消失率；同时，螺旋弹簧1与第一刮油环2和第二刮油环3的接触位置在组合式油环的内侧，避免了现有技术中的三片式油环出现的杂质颗粒堆积现象，且弹性体与刮油环之间的相对滑动少，接触面的磨损量小，弹力消失率低，刮油性能稳定，有利于提高组合式油环的有效使用寿命。此处有效使用寿命指的是组合式油环在低机油消耗的前提下能够使用的使用寿命。

此外，上述向外的水平分力能够驱动第一刮油环2、第二刮油环3与缸体的缸壁5接触，在使用过程中，相较于现有技术中的一片式油环和两片式油环，机油消耗量能够降低30％以上，相较于现有技术中的三片式油环，在低机油消耗下的有效使用寿命可提高50％以上。

在本发明中，参照图6，第一刮油环2和第二刮油环3均包括环形本体21。参照图7，环形本体21包括相对设置的外端面213和内端面214，及连接于外端面213和内端面214之间的外环面212和内环面211，其中，外端面213和内端面214均为平面，且外端面213和内端面214平行设置，外环面212为圆柱面，且外端面213、内端面214均与外环面212、内环面211垂直设置。

进一步地，参照图7，内环面211包括相互连接的竖直面2111和凹陷面2112，竖直面2111连接于外端面213，凹陷面2112连接于内端面214，第一刮油环2和第二刮油环3的凹陷面2112上下对称设置以形成上述容纳槽，两个凹陷面2112形成的容纳槽的截面大致为三角形或梯形。其中，凹陷面2112可以为斜面，也可以为弧形面，为了保证螺旋弹簧1在装配后使用过程中不脱落，从而进一步提高螺旋弹簧1和第一刮油环2、第二刮油环3的位置稳定性，在本实施例中，凹陷面2112优先采用圆弧面，且该圆弧面朝向第一刮油环2、第二刮油环3的内部弯曲。

更进一步地，凹陷面2112沿外端面213至内端面214的方向逐渐向外环面212凹陷，凹陷面2112在外环面212的投影宽度大于竖直面2111在外环面212的投影宽度。

在本实施例中，为了进一步保证第一刮油环2、第二刮油环3分别与油环槽41的上侧面、下侧面更好地密封，螺旋弹簧1的外圆面与容纳槽的槽底之间在螺旋弹簧1的径向的距离A大于等于0.10mm；如A为0.10mm、0.12mm，……等等。装配时，螺旋弹簧1的外圆面与第一刮油环2和第二刮油环3的环形本体21的凹陷面2112的合拢处的接触点之间留有间隙，使螺旋弹簧1不与容纳槽的槽底直接接触，从而保证工作状态时螺旋弹簧1与第一刮油环2和第二刮油环3的凹陷面2112共同形成的容纳槽的槽壁抵接时能产生沿轴向分力，这个分力作用使第一刮油环2和第二刮油环3的环形本体21的外端面213，在工作状态下驱使外端面213与油环槽41的上下侧面贴合，实现密封作用。

进一步地，螺旋弹簧1的中心位于容纳槽之外，且螺旋弹簧1的中心与竖直面2111之间在螺旋弹簧1的径向的距离B小于等于(1/3)*r，其中，r为螺旋弹簧1的半径，单位：mm。这就能够保证螺旋弹簧1在装配和工作状态中不从第一刮油环2和第二刮油环3的凹陷面2112共同形成的容纳槽中脱落，保证结构的稳定性和可靠性。

为提升可装配性，第一刮油环2和第二刮油环3的环形本体21的轴向高度(也即外端面213、内端面214之间的间距)均不小于0.75mm，如可以选择为0.75mm、0.8mm、0.9mm及以上，在装配过程中不易发生变形，方便装配。

继续参照图6、图7，第一刮油环2和第二刮油环3还包括环形刮油部22，环形刮油部22凸设在外环面212上。该环形刮油部22远离环形本体21的一端设置有刮油面221，该刮油面221则在上下运动过程中与缸壁5接触刮油。为了保证低弹力下的高面压、且不能破坏油膜，达到低机油耗条件下的高可靠性、长寿命的目的，同时，考虑工艺性，即可加工性，刮油面221的宽度设计为0.03mm-0.4mm，优选范围0.05mm-0.15mm。

继续参照图7，环形刮油部22位于刮油面221和外环面212之间的刮油侧面为上下两个，分别为第一刮油侧面222和第二刮油侧面223，两个刮油侧面可以为倾斜面，以使两个倾斜面与刮油面221及外环面212形成梯形状，当然在其他实施例中，两个刮油侧面也可以为垂直面，以使垂直面垂直连接于刮油面221和外环面212，或者两个刮油侧面为弯曲面，弯曲面向环形刮油部22的外侧凸设。在本实施例中，为了提高刮油效果，将环形刮油部22设置为梯形状，并将梯形状结构的大尺寸端与环形本体21的外环面212连接，梯形状结构的小尺寸端用于执行刮油作业。

特别地，第一刮油环2和第二刮油环3的环形刮油部22可以为上下对称设置(参照图6)，也可以为上下依次排列设置(未图示)。

为了便于将组合式油环安装至活塞4上，参照图2-图5，将第一刮油环2和第二刮油环3设置为开环结构，第一刮油环2上设置有第一开口201，第二刮油环3上设置有第二开口301，由于第一开口201和第二开口301的设置，使得第一刮油环2和第二刮油环3均具有一定的弹性。在将组合式油环安装至活塞4上的油环槽41时，一般是由下至上进行装配，具体地，首先将螺旋弹簧1撑大后置于油环槽41内，然后将下侧的第二刮油环3从第二开口301处将第二刮油环3的两个自由端撑开并卡在螺旋弹簧1的下部，并使螺旋弹簧1和第二刮油环3的内环面211抵接，再将上侧的第一刮油环2从第一开口201处将第一刮油环2的两个自由端撑开并卡在螺旋弹簧1的上部，并使螺旋弹簧1和第一刮油环2的内环面211抵接，或者将第一刮油环2和第二刮油环3及螺旋弹簧1组合后，一起装入油环槽41中，从而完成组合式油环在活塞4上的组装，装配非常便利，具体的装配方式根据实际使用需要确定，此处不做限定。

为了进一步降低机油消耗量，避免发生“窜油”现象，继续参照图2-图5，将第一开口201和第二开口301错位设置，即第一开口201和第二开口301在螺旋弹簧1的周向上错开一定的角度，该角度大于0°，小于等于180°，优选范围大于30°。从而当机油从第二开口301进入时，能够被第一刮油环2的刮油面221刮下，避免从第一开口201直接窜出油环，避免了“窜油”现象。进一步地，为了避免在组合式油环的工作过程中，第一刮油环2和第二刮油环3之间的位置因为意外因素发生相对移动，从而导致第一开口201和第二开口301在一条直线上，在本实施例中，优选将第一开口201和第二开口301关于螺旋弹簧1的中心轴线对称设置(参照图8)，将第一开口201和第二开口301在螺旋弹簧1的周向上的夹角设置为180度。

进一步地，为了提高回油的顺畅性，使机油能够更加顺利地进出组合式油环，参照图3，在第一刮油环2上设置有第一回油孔202，并将第一回油孔202与容纳槽连通，从而使机油能够从第一回油孔202和容纳槽形成的油路通道内进出组合式油环。除了在第一刮油环2上设置第一回油孔202外，还可以在第二刮油环3上设置第二回油孔302，将第二回油孔302与容纳槽连通形成油路通道。在本实施例中，参照图2-图5，组合式油环同时设置有第一回油孔202和第二回油孔302，第一回油孔202和第二回油孔302均为U型凹槽，第一回油孔202和第二回油孔302可以错位设置，也可以相对设置。进一步地，为了提高机油进出组合式油环的均匀性，在第一刮油环2的周向上设置有多个第一回油孔202，在第二刮油环3的周向上设置有多个与第一回油孔202对应的第二回油孔302。

本发明的组合式油环，不同于现有技术中的一片式、两片式和三片式油环，采用低弹力系数的螺旋弹簧，在螺旋弹簧1的弹力作用下，第一刮油环2的外端面213与油环槽41的上槽面抵接，第二刮油环3的外端面213与油环槽41的下槽面抵接，从而在极大程度上提高了组合式油环和油环槽41的密封性，避免了“泵油”现象的发生，降低了机油消耗率。此外，由于组合式油环采用螺旋弹簧1作为弹性体，因此其弹力系数较小，从而降低了弹性体的弹性消失率，提高了组合式油环中弹性体的耐久性，进而降低了活塞4式缸体更换使用和维修成本。另外，由于螺旋弹簧1相对于第一刮油环2、第二刮油环3基本稳定，不致于发生较大的相对滑动，降低了油环工作过程中的磨损量，极大地延长使用寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合式油环，其特征在于，包括呈环状的螺旋弹簧(1)、第一刮油环(2)和第二刮油环(3)，所述第一刮油环(2)和所述第二刮油环(3)上下设置，所述第一刮油环(2)和所述第二刮油环(3)的内环面(211)共同形成一环形的容纳槽，所述螺旋弹簧(1)设置在所述容纳槽内，并与所述容纳槽的槽壁抵接。

2.根据权利要求1所述的组合式油环，其特征在于，所述第一刮油环(2)和所述第二刮油环(3)均包括环形本体(21)，所述环形本体(21)包括相对设置的外端面(213)和内端面(214)，及连接于所述外端面(213)和所述内端面(214)之间的外环面(212)和所述内环面(211)，所述内环面(211)包括相互连接的竖直面(2111)和凹陷面(2112)，所述竖直面(2111)连接于所述外端面(213)，所述凹陷面(2112)连接于所述内端面(214)，两个所述凹陷面(2112)对应设置形成所述容纳槽。

3.根据权利要求2所述的组合式油环，其特征在于，所述凹陷面(2112)沿所述外端面(213)至所述内端面(214)的方向逐渐向所述外环面(212)凹陷，所述凹陷面(2112)为斜面或弧形面。

4.根据权利要求2所述的组合式油环，其特征在于，所述螺旋弹簧(1)的外圆面与所述容纳槽的槽底之间在所述螺旋弹簧(1)的径向的距离A大于等于0.10mm；

所述螺旋弹簧(1)的中心位于所述容纳槽之外，且所述螺旋弹簧(1)的中心与所述竖直面(2111)之间在所述螺旋弹簧(1)的径向的距离B小于等于(1/3)*r，其中，r为所述螺旋弹簧(1)的半径，单位：mm。

5.根据权利要求2-4任一项所述的组合式油环，其特征在于，所述第一刮油环(2)和所述第二刮油环(3)还包括环形刮油部(22)，所述环形刮油部(22)凸设在所述外环面(212)上。

6.根据权利要求5所述的组合式油环，其特征在于，所述环形刮油部(22)远离所述环形本体(21)的一端设置有刮油面(221)，所述刮油面(221)的宽度不大于0.03mm-0.4mm。

7.根据权利要求6所述的组合式油环，其特征在于，所述环形刮油部(22)上位于所述刮油面(221)和所述外环面(212)之间的刮油侧面为倾斜面、垂直面或弯曲面，所述弯曲面向所述环形刮油部(22)的外侧凸设。

8.根据权利要求1所述的组合式油环，其特征在于，所述第一刮油环(2)上设置有第一回油孔(202)，所述第一回油孔(202)与所述容纳槽连通；和/或所述第二刮油环(3)上设置有第二回油孔(302)，所述第二回油孔(302)与所述容纳槽连通。

9.根据权利要求1所述的组合式油环，其特征在于，所述第一刮油环(2)上设置有第一开口(201)，所述第二刮油环(3)上设置有第二开口(301)，所述第一开口(201)和所述第二开口(301)错位设置。

10.一种活塞式发动机，包括活塞(4)，所述活塞(4)沿其周向设置有油环槽(41)，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的组合式油环，所述组合式油环设置在所述油环槽(41)内，在所述螺旋弹簧(1)的弹力作用下，所述第一刮油环(2)和所述第二刮油环(3)分别与所述油环槽(41)的上、下侧面抵接。