CN1488849A - 组合式密封活塞环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机、空压机等活塞式机械的组合式密封活塞环。包括子环I和子环II，子环I和子环II上均有开口，子环I上有一与子环I内外圆同心的外凸台肩，子环II上有一与子环II内外圆同心的内凹台肩，其中子环II的内凹台肩上有一凹陷，其子环I的外凸台肩上有一外形与子环II内凹台肩上凹陷相吻合之凸出部；子环I与子环II沿轴向相嵌组合时，子环I与子环II上的开口相互错开。采用本发明，可提高汽缸压缩比，燃烧充分，提高内燃机马力，起动容易，节省燃油、机油，还可减少尾气对大气的污染。同时本发明加工容易，整体强度较大，不容易变形，密封效果更好，活塞环的使用寿命可延长一倍以上，大大延长了内燃机的大修周期。

Description

组合式密封活塞环

所属技术领域

本发明涉及一种活塞环，尤其是一种用于内燃机、空压机等活塞式机械的组合式密封活塞环。

背景技术

传统的活塞环因为工作于高温、高压的环境，在活塞环上开有一个开口，以防止受热膨胀后卡死在汽缸槽内，造成拉缸。但这样一来在内燃机工作时，气体会从燃烧室进入缸壁与活塞间的间隙后从开口进入下一室，因此活塞环的开口成为泄漏的主要通道，同时亦是窜油的通道。根据铁道出版社出版的《活塞环》所述，“对于一般的内燃机而言，经一道环后气压为原来的25％，经二道环后降成10％，经三道环后5％”。随着长期使用，缸套、活塞环逐渐磨损，这样缸径相对活塞环的直径加大；由于活塞环的弹性，活塞环会补偿性扩大直径，这样开口的间隙会逐渐变大，漏气漏油现象日益严重，缸内空气压缩比不断减小，活塞机械运行参数恶化直至无法继续使用。

近年来，为了解决这一问题，出现了一些在一个槽内安装两片子环组成的活塞环。通过设定两片子环上的开口错开，以避免燃气直接冲入下一室，并利用定位销或者是非圆结合面防止两片环相对转动，以免由于振动而使两个环逐渐相对转动最后开口又重新对齐，而一旦开口对齐，由于燃气流动产生的压力，则开口就再也无法错开，这样就达不到起初的使用效果。

中国专利88215311.0中公开了一种“组合式活塞环”，该活塞环由主环和副环组成，主环在环口内径处设有凹槽，副环在与环口相对应的直径方向的另一侧设有定位销，装配时使定位销插入主环的凹槽处，主环和副环相互靠在一起装在活塞上；或将主环和副环环口加工成梯形环口，用销钉将主环和副环交错限定在活塞梯形环槽内，采用定位销或是销钉将两片环相对固定，防止相对转动，保持开口在工作中错开，从而使开口在工作中不可能重新对齐在一起。其缺点是：由于活塞环工作于高温高压环境，并且工作时产生的气体冲击和机械振动会造成定位销或是销钉脱落，一旦定位销或是销钉脱落，会造成发动机严重损坏，并且其加工装配相对麻烦。

中国专利94221414.5中公开了一种“双层斜面活塞环”，该活塞环由两结构相同的梯形斜面开口环组成。由于两开口环设计成梯形斜面。使两开口环的开口位置保持在错开180°的位置，从而消除了开口处的窜漏现象。由于上述开口环设计成一定高度比的斜环，增强了环的弹力，从而能自动补偿因磨损后出现的间隙。其缺点是：由于两个环的结合面为斜面，当活塞环工作时，由于工作压力和机械振动，会造成两环发生相对偏移，这样两环的实际外形呈圆腰形，与缸壁磨擦时更容易将其磨擦成椭圆状，影响汽缸的使用寿命，这样一来反而得不偿失，而且其梯形斜面开口环的梯形斜面加工亦很困难。

中国专利99245011.X中公开了一种“双扭曲防转互补活塞环”，该活塞环由一片主环和一片副环组成，主环一侧为环形椭圆内凸台肩，副环一侧为环形椭圆内台肩；主副环的开口错开180°，两环的凹和凸台肩相坎，构成一道活塞环。其主副环的台肩的结合面的轮廓呈椭圆形，可防止主副环相对转动，保持主副环各自的开口错开，这样燃气不能从开口直接流入下一室。中国专利00229468.0中公开了一种“双边刮油防转互补活塞环”，该活塞环由一片具有外台肩的主环和一片副环组成一道活塞环，活塞环外圆形成集油槽，主环台肩和副环内圆均为偏心圆。采取以上两篇专利的活塞环结构能防止主、副环相对转动，具有很好的密封效果，可有效提高气缸的压缩比，同等条件下马力更大，寿命更长；且由于集油槽的存在，起到类似于油环的双重刮油及泄油功能，集气环与油环的功能于一体，在性能上优于传统环。其缺点是：由于以上两种方案为了防止两个子环相对转动，而采取了把结合的台肩面轮廓设计为或是椭圆或是偏心圆，两环台肩各处厚度不一，致使整个环的强度降低，容易产生变形，而一旦发生变形则导致密封效果变差，降低了气密性，达不到使用目的，还影响了活塞环的使用寿命，同时以上两种技术方案的加工相对复杂。

发明内容

本发明的目的，是针对以上技术方案的不足，提供一种新型的组合式活塞环，该活塞环既是双重密封，可防止两个子环相对转动，气密性好，可有效提高气缸的压缩比，节省燃油、机油，同时整个环的厚度均匀，整体强度较高，使用寿命更长，而且便于加工。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括子环I和子环II，子环I和子环II上均有开口，子环I上有一外凸台肩，外凸台肩的圆周面与子环I的内外圆同心，子环II上有一内凹台肩，内凹台肩的圆周面与子环II的内外圆同心，子环I与子环II相对应的内、外圆及台肩圆周的直径分别相等，以便两者装配时相互配合，其中子环II的内凹台肩上有一凹陷，其子环I的外凸台肩上有一外形与子环II内凹台肩上凹陷相吻合之凸出部；子环I与子环II沿轴向相嵌组合时，子环I的外凸台肩嵌入子环II的内凹台肩，子环I的外凸台肩上的凸出部嵌入子环II内凹台肩上的凹陷，而且子环I和子环II上的开口相互错开。

为了使两者的强度相当，子环I和子环II的厚度最好是相等的。

子环I和子环II轴向相嵌组合开口相互错开的角度最好是90°。

在两个子环的相对端面外圆上增加一个台阶，使两者轴向组合相嵌时外圆面形成集油槽，从而增加了双重刮油及泄油功能。

还可以在子环II或子环I的；接合端面上开有一道以上散热槽，加快活塞环的散热。

本发明的有益效果是：由于采用了以上技术方案，两个子环的开口错开，台肩面起到了迷宫密封的作用，在轴向、径向双重密封。这样燃气只有可能沿活塞环外圆面与活塞环槽之间的微小间隙流出，但实际上由于活塞的工作行程时间非常小，燃气来不及从活塞环外圆面与活塞环槽之间的微小间隙流入下一室，因而漏气量大大减少，这样一来内燃机气密性良好，并可以防止窜油，有效的提高了汽缸的压缩比，使燃烧更充分，既提高了内燃机的马力，起动容易，又可节省燃油、机油，还可减少尾气对大气的污染。另外本发明的台肩面与内外圆为同心圆，厚度均一，故加工容易，活塞环整体强度较大，不容易变形，密封效果更好，活塞环的使用寿命可延长一倍以上，大大延长了内燃机的大修周期。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明：

附图1～6是本发明的具体实施方式一的附图

附图1是本发明的具体实施方式一的组合示意图；

附图2是图1的剖视图；

附图3是子环I的俯视图；

附图4是图3的剖视图；

附图5是子环II的俯视图；

附图6是图5的剖视图。

附图1～6中：

1…子环I        2…子环II      3…内凹台肩      4…圆弧状凹陷

5…子环II上的开口      6…外凸台肩       7…圆弧状凸出部

8…子环I上的开口       9…子环I上的台阶   10…子环II上的台阶

11…集油槽

附图7～12是本发明的具体实施方式二的附图

附图7是本发明的具体实施方式二的组合示意图；

附图8是图7的剖视图；

附图9是附图7中子环I的俯视图；

附图10是图9的剖视图；

附图11是附图7中子环II的俯视图；

附图12是图11的剖视图。

附图7～12中：

12…子环I        13…子环II      14…内凹台肩       15…圆弧状凹陷

16…子环II上的开口     17…外凸台肩         18…圆弧状凸出部

19…子环I上的开口      20…散热槽

具体实施方式：

附图1～6是本发明的具体实施方式一的附图。

附图中组合式活塞环包刮厚度相等的子环I1和子环II2，子环I1和子环II2上均有开口，子环II2上有一内凹台肩3，内凹台肩3的圆周面与子环II2的内外圆同心，内凹台肩3上有一略微凹下的圆弧状凹陷4，凹陷与子环II2上的开口5呈180°角，子环I1上有一外凸台肩6，外凸台肩6的圆周面与子环I1的内外圆同心，外凸台肩6上有一外形与子环II2内凹台肩上凹陷4相吻合之圆弧状凸出部7，凸出部7与子环I1上的开口8呈90°；子环I1与子环II2沿轴向相嵌组合时，子环I1的外凸台肩6嵌入子环II2的内凹台肩3，子环I1的外凸台肩6上的圆弧状凸出部7嵌入子环II2内凹台肩3上的圆弧状凹陷4，这样两片环上的开口5、8相互错开90°。

同时，在子环I1和子环II2相对的端面上还有一道大小高度相等的台阶9、10，这样当子环I1和子环II2轴向相嵌时，两环结合面形成一道集油槽11。

当装配这样的组合式活塞环的活塞在汽缸中工作时，子环上的开口5、8被互相遮盖，可以有效防止高压燃气直接从环的开口进入下一室，而子环I1的外凸台肩6嵌入子环II2的内凹台肩3中，形成了迷宫式的密封，这样燃气只有可能沿活塞环外圆面与活塞环槽之间的微小间隙流出，但实际上由于活塞的工作行程时间非常小，燃气来不及从活塞环外圆面与活塞环槽之间的微小间隙流入下一室，因而漏气量大大减少，这样一来内燃机气密性良好，并可以防止窜油，有效的提高了汽缸的压缩比，使燃烧更充分，既提高了内燃机的马力，起动容易，又可节省燃油、机油，还可减少尾气对大气的污染。

而由子环I1和子环II2相对的端面上的大小高度相等的台阶9、10当轴向相嵌时形成的一道集油槽11则可以起到刮油和泄油功能。

图7～12是本发明的具体实施方式二的附图。

附图中组合式活塞环包刮厚度相等的子环I12和子环II13，子环I1和子环II13上均有开口，子环II13上有一内凹台肩14，内凹台肩14的圆周面与子环II13的内外圆同心，内凹台肩上14有一略微凹下的圆弧状凹陷15，凹陷15与子环II13上的开口16呈90°角，子环I12上有一外凸台肩17，外凸台肩17的圆周面与子环I12的内外圆同心，外凸台肩17上有一外形与子环II13内凹台肩上凹陷15相吻合之圆弧状凸出部18，凸出部18与子环I12上的开口19呈90°；子环I12与子环II13沿轴向相嵌组合时，子环I12的外凸台肩17嵌入子环II13的内凹台肩14，子环I12的外凸台肩17上的圆弧状凸出部18嵌入子环II13内凹台肩14上的圆弧状凹陷15，这样两片环上的开口16、19相互错开180°。

同时，在子环I12上，其和子环II13相对的端面上还有两道散热槽20。

当装配这样的组合式活塞环的活塞在汽缸中工作时，子环上的开口16、19被互相遮盖，可以有效防止高压燃气直接从环的开口进入下一室，而子环I12的外凸台肩17嵌入子环II13的内凹台肩14中，形成了迷宫式的密封，这样燃气只有可能沿活塞环外圆面与活塞环槽之间的微小间隙流出，但实际上由于活塞的工作行程时间非常小，燃气来不及从活塞环外圆面与活塞环槽之间的微小间隙流入下一室，因而漏气量大大减少，这样一来内燃机气密性良好，并可以防止窜油，有效的提高了汽缸的压缩比，使燃烧更充分，既提高了内燃机的马力，起动容易，又可节省燃油、机油，还可减少尾气对大气的污染。

而子环I12上，其和子环II13相对的内端面上的散热槽20，可以加速活塞环上的热量散发速度，延长活塞环的使用寿命。

以上两种具体实施方式仅仅是本发明的较佳实施例而已，不能限定本发明的实施的范围。凡依据本发明的技术特征作出的等效的变换均属于本发明权利要示所限定的专利保护范围。

Claims (6)

1、一种组合式密封活塞环，包括子环I和子环II，子环I和子环II上均有开口，子环I上有一外凸台肩，外凸台肩的圆周面与子环I的内外圆同心，子环II上有一内凹台肩，内凹台肩的圆周面与子环II的内外圆同心，子环I与子环II相对应的内、外圆及台肩圆周的直径分别相等，其特征在于：其子环II的内凹台肩上有一凹陷，其子环I的外凸台肩上有一外形与子环II内凹台肩上凹陷相吻合之凸出部；子环I与子环II沿轴向相嵌组合时，子环I的外凸台肩嵌入子环II的内凹台肩，子环I的外凸台肩上的凸出部嵌入子环II内凹台肩上的凹陷，而且子环I与子环II上的开口相互错开。

2、根据权利要求1所述的组合式密封活塞环，其特征在于：其子环I与子环II厚度相等。

3、根据权利要求1所述的组合式密封活塞环，其特征在于：其子环I与子环II轴向相嵌时外圆面形成集油槽。

4、根据权利要求1所述的组合式密封活塞环，其特征在于：其子子环I与子环II轴向相嵌时开口错开的角度是90°。

5、根据权利要求1至4任一权利要求所述的组合式密封活塞环，其特征在于：其子环II内凹台肩上凹陷的轮廓是一段圆弧。

6、根据权利要求1至4任一权利要求所述的组合式密封活塞环，其特征在于：其子环II或子环I的接合端面上开有一道以上散热槽。

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