CN1157532C - 二环组高效密封活塞与活塞环组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种二环组高效密封活塞与活塞环组件。它包括活塞、组合气环和油环，组合气环由上气环与下气环开口呈180°角配置在同一气环槽内，其特征在于：下气环的开口形状为带有圆弧的径向阶梯形开口，它的下侧面外缘设一截面为鼻形的环形切槽，活塞的气环槽下侧面外缘也设一截面为鼻形的环形切槽，这两个切槽共同组成一个截面为“B”形的储油槽区。本发明机油耗量低，封气性能好，摩擦功耗低，寿命延长二倍以上。

Description

二环组高效密封活塞与活塞环组件

本发明涉及一种用于内燃发动机的二环组高效密封活塞与活塞环组件。

现有内燃机活塞与活塞环组件多使用三环组或二环组，二环组是在活塞上装有一道气环(或组合气环)和一道油环；三环组是在活塞上装有两道气环和一道油环，二环组比三环组具有摩擦功损失小，机械效率高等优点，但由于它少了一道气环，所以封气性能下降，机油消耗量上升，废气排放量增大，由于活塞通过活塞环传递到气缸的热量通道面积的减少，容易引起活塞与活塞环的温度升高，从而破坏活塞环与气缸壁接触工作面间的密封、润滑油膜，造成该工作面的磨损速度过快，降低了封气性能和缩短了活塞环的使用寿命。专利申请号“98101172.1”“一种封闭润滑梯面组合环”和申请号“98101169.1”“一种封闭式组合气环”的设计中，提出的组合式活塞环气环，上气环(靠活塞顶方向配置)与下气环(靠活塞销孔方向配置)的开口错开180°角并组合装配在同一环槽内，在内燃发动机压缩、作功、排气行程中，由于下气环设有径向阶梯形开口可以建立起该环开口处的背压，形成全背压，加强了活塞环全部外圆面与气缸接触工作面间的密封。该组合环虽然封气效果较好，但下气环外圆工作面上径向阶梯的台阶根部抗疲劳强度低，工作时间长了，容易折断，直接影响了下气环的使用寿命和工作时间的可靠性，同时也存在有机油消耗量偏高和磨损速度过快的缺点。

本发明的目的是克服现有技术中，二环组活塞与活塞环组件存在的机油消耗量偏高、活塞环与气缸接触的工作面磨损速度过快、和下环外圆工作面上的径向阶梯台阶抗疲劳强度低，影响使用寿命和工作时的可靠性，提供一种封气性能好，机油耗量小，寿命长，能保证工作时可靠性的一种二环组高效密封活塞与活塞环组件。

本发明的内容；

一种二环组高效密封活塞与活塞环组件，包括活塞、组合气环和油环，下气环的外缘下侧面设一截面为鼻形的环形切槽，活塞的气环槽下侧面的外缘也设有一截面为鼻形的环形切槽，这两个切槽共同组成一个截面为“B”形的储油槽区，活塞环的鼻形切槽与活塞环下侧面的交点处的直径大于活塞的鼻形切槽与活塞下侧面交点处的直径。

所述的环形切槽的截面可以是角形或弧形。

上气环、下气环的组合截面外轮廓可为梯形或矩形。

下气环径向阶梯形开口的内开口处为弧形。

本发明的优点：

1.由于下气环与活塞气环环槽的下侧面间设有“B”形储油槽区，当活塞下行时可降低储油槽区中机油的压力，所以解决了机油经活塞环与缸壁间的工作面及活塞环下侧面强行向燃烧室泄漏的问题，并降低了机油消耗量。活塞上行时储油槽区里的机油在缸壁上建立密封、润滑油膜的同时，把吸收活塞、活塞环的热量传给缸壁并导出，不至于因环的温升过高而破坏与气缸壁接触工作面间的润滑、密封油膜，减轻了磨损，延长了寿命，比现用的三环组活塞的使用寿命可延长两倍以上。

2.下气环的径向阶梯弧形开口不但提高了该环外圆工作面上阶梯台阶根部的抗疲劳强度，而且挡住了从背隙径向通过该环切口的漏气通道，使该环建立起全背压，形成全背压动力加强活塞环与气缸壁接触工作面间的密封，提高了封气性能，延长了活塞环使用寿命，保证了内燃发动机长期工作时的可靠性。

附图说明：

图1为本发明实施例示意图；

图2为组合气环开口布置示意图；

图3为组合气环上、下气环断面剖视图；

图4为活塞的气环槽剖视图；

图5为活塞由上止点向下止点方向运行区间储油槽区的储油状态示意图；

图6为活塞由下止点返回上止点方向运行区间储油槽区泄出所储机油状态示意图；

图7、图8为组合气环截面外轮廓为梯形的示意图；

图9为下气环带有圆弧的径向阶梯形开口示意图；

图10为下气环、活塞的环形沟槽截面为角形结构的示意图。

下面结合附图及实施例进一步说明本发明。

实施例1，请参看图1，二环组高效密封活塞与活塞环组件由活塞4，组合气环和油环3组成，组合气环由上气环1与下气环2的开口呈180°角配置在第一道气环槽内，上气环1的开口形状为直开口(图2)，下气环2的开口形状为带有圆弧10的径向阶梯形开口(图9)，这种带有圆弧10的径向阶梯形开口，解决了应力集中问题，使该处抗疲劳强度大幅度提高。该径向阶梯形切口(图2)挡住了从背隙径向通过该切口的漏气通道，使组合气环建立起全背压，加强了活塞环与气缸壁13接触面间的密封，提高了密封性能，延长了使用寿命，保证了活塞环工作的可靠性。图3所示下气环2下侧面7外缘上有一截面形状为鼻形的环形切槽5，图4所示为活塞的气环槽下侧面8外缘有一截面形状为鼻形的环形切槽6，切槽5、6组成截面为“B”形的储油槽区11(图5)，它能卸低机油压力、增加润滑能力，该储油槽区11在活塞上止点向下止点运行区间里(图5)，下气环从缸壁13刮下的机油14按箭头所示方向进入储油槽区11中，因下侧隙9与储油槽区11的连接边界面呈凸面，储油槽区11中凸面处的宽度变窄，造成储油槽区11的机油压力分布为环形切槽5高于环形切槽6，形成压力差，当机油由环形切槽5通过变窄区进入环形切槽6时，由流体力学可知，将在侧隙9处产生低压区，迫使侧隙9中的机油按箭头所示方向流出，避免了机油从下侧隙9流到背隙，从背隙又流到上侧隙进入燃烧室的泵机油机象发生。同时由于储油槽区11的容量设计大于刮下流入储油槽里的机油量，储油槽区11内不会形成过高的压力，保证了机油不会强行通过上气环1及下气环2与气缸壁13接触的工作面间泄漏，从而达到降低机油消耗量和机油被燃烧造成的废气排放量的目的。当活塞在由下止点返回上止点运行的区间时(图6)，储油槽区11内的机油14把吸收气环2和活塞4上的热量在储油槽区11向外泄油时同机油一起均匀分布到气缸壁13工作面上，在建立密封、润滑油膜的同时，把热量传递给该工作面并导出，从而达到了增强气缸壁工作面上的润滑能力和降低活塞环、活塞温度的目的。克服了由三环组改为二环组以后产生的因活塞环与气缸壁13工作面接触面间因导热面积的减少而引起的导热不良、造成环温升高及破坏其工作面上密封、润滑油膜的形成而造成封气性能下降和工作面快速磨损的现象发生，另外也降低了摩擦功耗和机油、燃油消耗量，所以进一步提高了发动机的效率和动力性。

二环组高效密封活塞与活塞环组件中组合气环的上气环1与下气环2组合后的截面外轮廓形状可为梯形(图7、图8)或矩形(图3)。

实施例2，请参看图10、二环组高效密封活塞与活塞环组件的下气环的环形切槽截面轮廓是角形12，活塞上的环形切槽截面轮廓为角形15，两者组成截面为“B”形的储油槽区11，其余部分同实施例1。

Claims (1)

1.一种二环组高效密封活塞与活塞环组件，包括活塞、组合气环和油环，其特征在于：所述下气环的外缘下侧面设一截面为鼻形的环形切槽，所述活塞的气环槽下侧面的外缘也设有一截面为鼻形的环形切槽，这两个切槽共同组成一个截面为“B”形的储油槽区，所述的活塞环的鼻形切槽与活塞环下侧面的交点处的直径大于活塞的鼻形切槽与活塞下侧面交点处的直径。

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