CN1479028A - 复合式柔性密封活塞环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式柔性密封活塞环，由上层环、下层环和侧环所构成，侧环设置在上、下层环的内侧或外侧，侧环的高度等于上、下层环的厚度之和。各活塞环开口相互错开120°或任意角度后复合安装在活塞环槽内。活塞环复合时其接触面可以为矩形或弧形，上层环和下层环的厚度仅为0.3－3mm，一个活塞可以仅安装一道活塞环。由于其密封性能提高，改善了可燃混合气的燃烧条件，避免了燃气和润滑油的渗漏，提高了动力设备的输出功率，减少了能源的消耗，降低了废气中有害气体的排放量，延长了缸筒和活塞的使用寿命。将其应用于汽车的汽缸内，可使尾气的排放超过欧洲II号或达到欧洲III号标准。除内燃机外，还适用于压缩机、液压机等做活塞运动的其他装置。

Description

复合式柔性密封活塞环

技术领域

本发明涉及一种缸筒活塞，尤其是指一种复合式柔性密封活塞环。

背景技术

内燃机、压缩机和液压机分别通过燃油或其它动力源，经活塞在缸筒内往复运动而作功，其作功过程所产生的机械摩擦也会带来缸筒内壁和活塞外表的结构变形，这种变形不仅影响缸筒和活塞之间密闭性，也会导致作功性能的下降和缩短缸筒及活塞环的使用寿命。

如图1所示的内燃机汽缸，其缸筒内滑动连接有活塞，活塞上开设有多道环槽，每道环槽内装设有一层活塞环，在保证其密闭性的同时，一般要留有活塞与缸筒之间的滑动间隙、活塞环与活塞环槽之间的侧隙和背隙、活塞环的开口间隙，这些间隙即维持了活塞的正常运转，也带来了渗油或漏气等弊端。为了保证活塞环能在使用初期、中期及后期均与汽缸内壁保持紧密接触，设计时活塞环时，一般还要为其预留足够的扩张力。在高温、高压和具有腐蚀性的条件下，随着使用时间的延长，活塞环的扩张力下降，汽缸内壁因磨损或材质变化而逐渐于上、中、下位置产生不同程度的失圆，活塞环和活塞环槽的几何尺寸也会发生变形，这些后期的变化都将导致其密封性能下降，燃油和润滑油消耗增加，输出功率降低和有害气体排放加大。由于现有活塞环一般采用单层环，其结构特征限制了它能自始至终地发挥良好的密封作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合式柔性密封活塞环，它能克服各种设计间隙给汽缸密封效果带来的早期影响，又能改善因磨损和变形给汽缸密封效果带来的中、后期影响，从而达到使用性能稳定、减少燃油和润滑油消耗、降低尾气排放的目的。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合式柔性密封活塞环，包括缸筒1、活塞2和活塞环，活塞2上设有多道活塞环槽，活塞环安装在活塞环槽内，活塞环上设有活塞环开口。活塞环由上层环3、下层环4和侧环5所构成，侧环5设置在上层环3和下层环4的内侧或外侧，侧环5的高度等于上层环3与下层环4的厚度之和。

上层环3、下层环4和侧环5的活塞环开口相互错开120°或任意角度。

上层环3、下层环4与侧环5的接触面为弧形面，且各弧形面相互吻合。

上层环3和下层环4的厚度为0.3-3mm。

本发明的有益效果是：

1、密封效果好：由于将单层的矩形活塞环设计成一分为三的薄片结构，并且将活塞环开口相互错开后安装于活塞环槽内，使它们之间形成了具有柔性、随动性和“万向性”的活塞环复合体，并使它在运动过程中与活塞环槽的上槽壁或下槽壁保持紧密的接触，而不能使高压气体和润滑油从活塞环开口、侧隙及背隙中向相反的方向渗漏。

2、所能达到的尾气排放标准高：由于其密封性能好、燃油和润滑油的消耗小，所以将该活塞环安装在缸筒内可以减少废气排放中有害气体的含量，若用其改造旧的化油器汽车，可以将该汽车的有害气体排放量由达不到欧洲I号标准改进成可以超过欧洲III号标准。

3、减少能耗：由于其密封性能提高，减少了燃油和润滑油的消耗量，输出功率高，使汽车的百公里耗油减少，节约了能源。

4、使用寿命长：由于复合式活塞环可以制作得很薄，其扩张性较原有单层矩型环大大减小，而其柔性、随动性和“万向性”却大大提高，它会延缓活塞环与缸壁之间的磨损、变形和失圆，还能在产生变形与失圆之后有效克服其对密封性能的影响。

5、节约原材料：由于复合式柔性密封活塞环可以在总体上制作得很薄，而且一个活塞体可以仅安装一道密封环，与现有多道单层矩形活塞环相比可以节约大量原材料，同时减少活塞和缸筒的维修及更换费用。

6、安装改造容易：它不仅适宜安装在新制作的活塞上，还可以方便地对现用活塞进行改装。

7、应用范围广：它不仅适用于内燃机的汽缸，还适用于压缩机、液压机等做活塞运动的其他装置。

附图说明

图1为现有活塞环安装结构示意图。

图2为本发明活塞环安装结构剖视图。

图3为本发明活塞环复合结构立体图。

图4为内侧环为矩形截面的活塞环复合结构剖视图。

图5为内侧环为凹弧形截面的活塞环复合结构剖视图。

图6为内侧环为凸弧形截面的活塞环复合结构剖视图。

图7为外侧环为矩形截面的活塞环复合结构剖视图。

图8为外侧环为凸弧形截面的活塞环复合结构剖视图。

图9为外侧环为凹弧形截面的活塞环复合结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。

如图2、图3、图4所示，一种复合式柔性密封活塞环，包括缸筒1、活塞2和由金属制成的活塞环，活塞2上设有1道活塞环槽，活塞环安装在活塞环槽内，活塞环上设有活塞环开口。其中活塞环由0.7mm厚的上层环3和0.7mm厚的下层环4及1.4mm高的侧环5所构成，侧环5设置在上层环3和下层环4的内侧，各环的截面均为巨型。上层环3、下层环4和侧环5的活塞环开口相互错开120°，此外还可以相互错开任意角度。由于将单道的矩形活塞环设计成一分为三的薄片结构，该结构中的上层环、下层环和侧环都具有了相同的扩张力，在将活塞环开口相互错开120°安装于活塞环槽时，使它们之间形成了具有柔性、随动性和“万向性”的活塞环复合体。由于这种复合活塞体的应用，使活塞在下行进气、上行压缩及作功过程中，始终在高压气的反作用下与所接触的活塞环槽的上槽壁或下槽壁保持紧密的接触，而不能使高压气体和润滑油从活塞环开口、侧隙及背隙中向相反的方向渗漏。在活塞环使用的中、后期，缸壁与活塞环会因摩擦而产生磨损、变形和失圆，但由于复合式活塞环制作得很薄，上下层环之和仅有1.4mm，其扩张性较原有单道巨型环大大减小，而其柔性、随动性和“万向性”却大大提高，这种复合结构的活塞环不仅减缓了缸筒与活塞环之间的相互磨损，还能在产生变形与失圆之后有效克服其对密封性能的影响。

如图5、图6所示，侧环5设置在上层环3和下层环4的内侧，上层环3、下层环4与侧环5的接触面为弧形，且其弧形面相互吻合。

如图7所示，侧环5设置在上层环3和下层环4的外侧，各环的截面均为矩形。

如图8、图9所示，侧环5设置在上层环3和下层环4的外侧，上层环3、下层环4与侧环5的接触面为弧形，且其弧形面相互吻合。

一辆红色桑塔纳旅行车，已累计行驶17.3万公里，车况为严重烧机油，下窜气，平均百公里耗油12公升。拆检汽缸时，1-4缸均出现不同程度磨损和失圆，且在3缸的右侧距上止点100mm处有一道高5mm、长100mm、深约0.15mm的深沟，经砂纸打磨后换装本发明复合式柔性密封活塞环一套，在行驶200余公里后，对其尾气进行检查，获得突出的有益效果。现将本车尾气指标的检查结果与欧洲II号和III标准对照如下：

	欧洲I号标准	欧洲II号标准	欧洲III号标准	本车检测值
					CO％	4.7	2.9	1.1	0.65
HC×10-6	400	215	120	79
					NO×10-6	2450	1300	1500	1480
发动机转速r/min				1840

本车在继续行驶到1.8万公里时的车况检查结果为：动力性能良好，百公里耗油7.5-8公升，润滑油的耗油量也在正常值范围内。

由于活塞环密封性能的提高，改善了可燃混合气的燃烧条件，避免了燃气和润滑油的渗漏，提高了动力设备的输出功率，减少了能源的消耗，降低了废气中有害气体的排放量，延长了缸筒和活塞的使用寿命。

Claims (7)

1、一种复合式柔性密封活塞环，包括缸筒(1)、活塞(2)和活塞环，活塞(2)上设有多道活塞环槽，活塞环安装在活塞环槽内，活塞环上设有活塞环开口，其特征在于：所述的活塞环由上层环(3)、下层环(4)和侧环(5)所构成，所述的侧环(5)设置在上层环(3)和下层环(4)的内侧，侧环(5)的高度等于上层环(3)与下层环(4)的厚度之和。

2、根据权利要求1所述的复合式柔性密封活塞环，其特征在于：所述的侧环(5)设置在上层环(3)和下层环(4)的外侧。

3、根据权利要求1或2所述的复合式柔性密封活塞环，其特征在于：所述上层环(3)、下层环(4)和侧环(5)的活塞环开口相互错开120°。

4、根据权利要求1或2所述的复合式柔性密封活塞环，其特征在于：所述上层环(3)和下层环(4)的活塞环开口相互错开90°～180°，侧环(5)的活塞环开口分别与上层环(3)和下层环(4)的活塞环开口相互错开任意角度。

5、根据权利要求1或2所述的复合式柔性密封活塞环，其特征在于：所述上层环(3)、下层环(4)与侧环(5)的接触面为弧形面，且各弧形面相互吻合。

6、根据权利要求1所述的复合式柔性密封活塞环，其特征在于：所述上层环(3)和下层环(4)的厚度为0.3-3mm。

7、根据权利要求1所述的复合式柔性密封活塞环，其特征在于：所述上层环(3)、下层环(4)和侧环(5)的材料为金属、塑料或尼龙。

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