CN110762202A - 一种活塞环、活塞组件及发动机 - Google Patents

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孙楠楠
徐继东
张天亮
丁国栋
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
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    • F16J9/206—One-piece oil-scraping rings

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明涉及发动机领域，公开了一种活塞环、活塞组件及发动机。其中，活塞环包括由开口相对两侧壁中的每一侧壁沿活塞环周向延伸的型线连续变化段，活塞环的平截面与型线连续变化段外周壁相交形成的变径弯曲线段上的每个点的曲率半径沿远离开口的方向逐渐减小。将活塞环开口附近的外周壁轮廓与其他位置的轮廓进行区分，增大活塞环开口位置处与缸套内壁之间的接触面积，以降低活塞环开口位置的压强，同时提高活塞开口位置处的密封效果，从而改善活塞开口位置的刮油效果，有效解决了活塞和缸套内壁极易在活塞环开口位置发生发动机拉缸的问题。

Description

一种活塞环、活塞组件及发动机
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种活塞环、活塞组件及发动机。
背景技术
活塞头部的外周面上设置有沿其轴向分布的多个环形沟槽，环形沟槽内安装活塞环，在活塞环的外周面与缸套内壁滑动接触时，活塞环的一个轴向端面将与环形沟槽的内侧壁抵接，从而防止燃烧室中的气体通过活塞漏出，即活塞环起到密封作用。
为了便于将活塞环安装入环形沟槽内，活塞环通常为具有开口的断环结构，在发动机实际工作过程中，活塞环开口位置的漏气量较大，活塞环开口位置的润滑较差，而且活塞环开口附近的气压较高，造成活塞环开口靠近环形沟槽底部的位置气压高，从而使在活塞环开口位置缸套和活塞环之间的作用力较其他位置大，使缸套内壁在活塞环的运动范围内出现明显的轴向机械划痕和刮伤，更甚者炽热的摩擦热会引起金属的显微熔化而使缸套和活塞粘着在一起，在发动机下次工作时活塞和缸套将会强行分开，该现象称之为“发动机拉缸”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活塞环、活塞组件及发动机，能够改善活塞环开口位置的润滑和压力分布，从而解决活塞和缸套极易在活塞环开口位置发生发动机拉缸的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种活塞环，所述活塞环为具有开口的断环结构，所述活塞环包括由所述开口相对两侧壁中的每一所述侧壁沿所述活塞环周向延伸的型线连续变化段，所述活塞环的平截面与所述型线连续变化段的外周壁相交形成的变径弯曲线段上的每个点的曲率半径沿远离所述开口的方向逐渐减小。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述型线连续变化段外周壁上任一点A的曲率半径RA=R-k×R×LA/L，其中，L表示经过所述点A的变径弯曲线段的弧长，R表示经过点A的变径弯曲线段与所述侧壁相交的点C的曲率半径，LA表示经过点A的变径弯曲线段由所述侧壁至所述点A的弧长，k为常数。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述L等于过A点的平截面与活塞环外周壁相交形成的弧线的长度的一半。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述L小于过A点的平截面与活塞环外周壁相交形成的弧线的长度的一半。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述活塞环还包括位于两个所述型线连续变化段之间的非变径段，所述非变径段外周壁上任一点B的曲率半径RB等于与所述点B位于同一平截面的所述变径弯曲线段对应的最小曲率半径Rmin。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述活塞环为桶面环或顶岸环。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述活塞环为对称结构，对称平面为经过所述活塞环中心轴线且使所述开口对称分布的平面。
作为上述活塞环的一种优选技术方案，所述活塞环的轴向截面与所述活塞环的外周壁相交形成的曲线具有至少一个曲率半径。
本发明还提供了一种活塞组件，包括上述的活塞环。
本发明还提供了一种发动机，包括上述的活塞组件。
本发明的有益效果：本发明中活塞环包括由开口相对两侧壁中的每一侧壁沿活塞环周向延伸的型线连续变化段，活塞环的平截面与型线连续变化段的外周壁相交形成的变径弯曲线段上的每个点的曲率半径沿远离开口的方向逐渐减小。将活塞环开口附近的外周壁轮廓与其他位置的轮廓进行区分，以增大活塞环开口位置处与缸套内壁之间的接触面积，以降低活塞环开口位置的压强，同时提高活塞开口位置处的密封效果，从而改善活塞开口位置的刮油效果，保证活塞开口位置的润滑效果，有效解决了活塞和缸套内壁极易在活塞环开口位置发生发动机拉缸的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的活塞环的俯视图；
图2是本发明实施例提供的活塞环与缸套配合的局部剖视图。
图中：
1、开口；2、侧壁；3、对称平面；4、型线连续变化段；5、非变径段；6、缸套；7、曲线；8、变径弯曲线段。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
如图1所示，本实施例提供了一种活塞环，上述活塞环是外周壁为外凸圆弧形的桶面环或顶岸环等，本实施例以桶面环为例对活塞环的具体结构进行详细介绍。
本实施例中，活塞环为具有开口1的断环结构，活塞环的外周壁包括由开口1相对两侧壁2中的每一侧壁2沿活塞环周向延伸的型线连续变化段4，活塞环的平截面与型线连续变化段4的外周壁相交形成的变径弯曲线段8上的每个点的曲率半径沿远离开口1的方向逐渐减小。
本实施例采用上述设置将活塞环的开口1附近的外周壁轮廓与其他位置的轮廓进行区分，以增大活塞环的开口1位置处与缸套6内壁之间的接触面积，以降低活塞环的开口1位置的压强，同时提高活塞开口1位置处的密封效果，从而改善活塞的开口1位置的刮油效果，保证活塞环的开口1位置的润滑效果，有效解决了活塞和缸套6内壁极易在活塞环的开口1位置发生发动机拉缸的问题。
本实施例中，每个变径弯曲线段8上的每个点的曲率半径沿远离开口1的方向呈线性减小，实现变径弯曲线段8上的点的曲率半径沿沿远离开口1的方向连续变化。
具体地，如图2所示，本实施例以活塞环的轴向截面与活塞环外周壁相交形成的每个曲线7仅具有一个曲率半径为例。于其他实施例中，活塞环的轴向截面与活塞环外周壁相交形成的每个曲线7可以具有两个曲率半径或更多，此时活塞环外周壁上每个点的曲率半径的计算方式与本实施例相同，在此不再具体说明。
型线连续变化段4外周壁上任一点A的曲率半径RA=R-k×R×LA/L，其中，L表示经过点A的变径弯曲线段8的弧长，R表示经过点A的变径弯曲线段8与侧壁2相交的点C的曲率半径，LA表示经过点A的变径弯曲线段8由侧壁2至点A的弧长，k为常数。根据曲率半径的变化可知，一个变径弯曲线段8上C点的曲率半径最大，参照图1，将C点的曲率半径记为Rmax，一个变径弯曲线段8上距离开口1最远的点的曲率半径最小，记为Rmin。值得说明的是，型线连续变化段4上的任一点A的曲率半径RA不限于采用上述公式计算，还可以采用其他非线性变化的公式计算，只需满足变径弯曲线段8上的每个点的曲率半径沿远离开口1的方向逐渐减小，在此不再举例说明。
本实施例中，L小于活塞环外周壁在经过点A的平截面上所对应弧长的一半。具体地，活塞环包括型线连续变化段4和位于两个型线连续变化段4之间的非变径段5，非变径段5外周壁上任一点B的曲率半径RB等于与点B位于同一平截面的变径弯曲线段8对应的最小曲率半径Rmin。
上述活塞环为对称结构，对称平面3为经过活塞环中心轴线且使开口1对称分布的平面，因而两个型线连续变化段4关于对称平面3对称分布。
于其他实施例中，还可以使L等于活塞环外周壁在经过点A的平截面上所对应弧长的一半，此时不存在非变径段5。
本实施例中提到的平截面指的是垂直于活塞环轴线的径向截面。
本实施例还提供了一种活塞组件，包括上述的活塞环。
本实施例还提供了一种发动机，包括上述的活塞组件。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种活塞环，所述活塞环为具有开口（1）的断环结构，其特征在于，所述活塞环包括由所述开口（1）相对两侧壁（2）中的每一所述侧壁（2）沿所述活塞环周向延伸的型线连续变化段（4），所述活塞环的平截面与所述型线连续变化段（4）的外周壁相交形成的变径弯曲线段（8）上的每个点的曲率半径沿远离所述开口（1）的方向逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述型线连续变化段（4）外周壁上任一点A的曲率半径RA=R-k×R×LA/L，其中，L表示经过所述点A的变径弯曲线段（8）的弧长，R表示经过点A的变径弯曲线段（8）与所述侧壁（2）相交的点C的曲率半径，LA表示经过点A的变径弯曲线段（8）由所述侧壁（2）至所述点A的弧长，k为常数。
3.根据权利要求2所述的活塞环，其特征在于，所述L等于过A点的平截面与活塞环外周壁相交形成的弧线的长度的一半。
4.根据权利要求2所述的活塞环，其特征在于，所述L小于过A点的平截面与活塞环外周壁相交形成的弧线的长度的一半。
5.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环还包括位于两个所述型线连续变化段（4）之间的非变径段（5），所述非变径段（5）外周壁上任一点B的曲率半径RB等于与所述点B位于同一平截面的所述变径弯曲线段（8）对应的最小曲率半径Rmin。
6.根据权利要求1至5任一项所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环为桶面环或顶岸环。
7.根据权利要求1至5任一项所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环为对称结构，对称平面（3）为经过所述活塞环中心轴线且使所述开口（1）对称分布的平面。
8.根据权利要求1至5任一项所述的活塞环，其特征在于，所述活塞环的轴向截面与所述活塞环的外周壁相交形成的曲线（7）具有至少一个曲率半径。
9.一种活塞组件，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的活塞环。
10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求9所述的活塞组件。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3511851A1 (de) * 1985-03-30 1986-10-09 M.A.N.- B & W Diesel GmbH, 8900 Augsburg Geschlitzter, in einer ringnut am unteren ende eines tauchkolbens eingesetzter oelabstreifring
CN101403348A (zh) * 2007-10-05 2009-04-08 三菱重工业株式会社 往复运动内燃机的活塞环
US20100090416A1 (en) * 2006-12-05 2010-04-15 Antonio Eduardo Meirelles Tomanik Piston for internal combustion engines
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