CN203412668U - 安装间隙配对节能环保活塞环的活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及内燃机配件制造技术领域，具体是一种安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，包括活塞本体，安装在活塞本体上的第一道气环、第二道气环；所述气环环体开口的一端为延长部分，另一端为相应长度的搭合部分，当搭合部分和延长部分上下搭合使气环环体形成一个整圆时，延长部分的斜面和搭合部分的斜面之间具有不会随气环磨损量增加而扩大的间隙；上述第一道气环与第二道气环的开口搭合处的斜面之间的间隙设置为固定的配合比例，其比值为0.035mm-0.18mm∶0.02mm-0.12mm。本实用新型能大幅提高气缸的密封性能和压缩压力，使燃油能充分燃烧；并永远不会产生积炭，降低燃油耗、机油耗并减少排污；大幅提高了内燃机各项机械性能指标和经济指标。

Description

安装间隙配对节能环保活塞环的活塞

技术领域

本实用新型涉及内燃机配件制造技术领域，具体涉及一种安装间隙配对节能环保活塞环的活塞。 

背景技术

在内燃机活塞环的装配使用中，普遍的做法是将活塞环开口错开120°或180°来阻挡或减少高温气体的下泄量，但大容积的气缸通常使用多道活塞环却仍不能取得理想的密封效果。尤其是经过长时间使用后，活塞环与气缸摩擦使活塞环和气缸的累积磨损量增加，活塞环的开口间隙会逐渐扩大，泄漏的高温气体增多，导致气缸压缩压力下降，燃油不能充分燃烧，造成燃油耗、机油耗升高，内燃机动力性能下降，工作温度升高，润滑状况恶化，排放的有害物质增多等一系列负面问题。为解决这一问题，行业内主要采用在排气管后增设附加装置，或优化活塞环和气缸的表面处理材料的方法，以延活塞环开口间隙增大的时间；虽然这些方法对活塞环开口的扩大起到了一定的延缓作用，但却没有从根本上解决问题。为满足行业内对活塞性能日益高涨的需求和响应节能减排的号召，需要提高活塞组的性能，真正实现节能减排。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，具有密封性能好，节能环保的特点。 

为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：一种安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，包括：自上而下依次设置有第一气环槽、第二气环槽和油环槽的活塞本体，安装在第一气环槽内的第一道气环、安装在第二气环槽内的第二道气环，以及安装在所述油环槽内的油环；第一道气环和第二道气环的环体开口处采用相同的搭合结构，即气环环体开口的一端为3mm-12mm的延长部分，另一端为相应长度的搭合部分；延长部分和搭合部分分别具有相互对应的搭合斜面，所述搭合斜面为由环体外侧面向环体底面倾斜设置的斜面；搭合部分具有自斜面顶边向上延伸至环体顶面的占环体厚度3/10的外侧保留部分，和自斜面底边向内延伸至环体内侧面的长度为0.30mm-0.85mm的底面保留部分；所述延长部分具有与搭合部分互补的搭合结构；当气环的搭合部分和延长部分上下搭合使气环环体形成一个整圆时，由于气环能利用自身的弹力来自动补偿其与气缸内壁摩擦产生的累积磨损量，延长部分的斜面和搭合部分的斜面之间具有不会随气环磨损量增加而扩大的间隙。 

上述第一道气环与第二道气环的开口搭合处的斜面之间的间隙设置为固定的配合比例，即间隙配对，其比值为0.035mm-0.18mm：0.02mm-0.12mm。 

为保证气环开口的搭合部分在使用期间（约50万-60万公里行驶里程）不会脱开，气环的延长部分和搭合部分的长度为3mm-12mm，气环的延长部分或搭合部分的斜面与环体底面呈15°-43°的夹角。 

为缩小活塞外壁与气缸内壁之间的间隙，减少高温气体对第一道气环的直接冲击，降低气环的工作环境温度，活塞本体具有加大0.35mm-0.85mm的外圆尺寸。 

为保证从第一道气环开口搭合处的斜面间隙中流出的高温气体经过第一道气环槽和第二道气环槽之间的空间膨胀降温，使这个空间始终保持一定的压力，所述第一气环槽和第二气环槽之间的距离缩小为3mm-12mm。 

为使油环从气缸壁上刮下的机油快速的回流到机油箱，在所述油环槽的底边设置有与机油箱连通的回油孔，该回油孔与油环槽的底边具有5°-12°的夹角。 

为使油环上方的高压气体迅速平衡活塞上行产生的负压（泵吸），进而使活塞下方内外气压瞬间达到平衡，活塞本体上靠近油环槽的下部设置有与活塞内腔连通的压力平衡孔。 

所述油环包括带端开口的油环主体和设置在该油环主体内圆周凹槽中的内撑弹簧，油环主体圆周面上还设置有回油孔，油环主体开口的一端为5mm-8mm的延长部分Ⅱ，另一端相应长度的搭合部分Ⅱ，所述延长部分Ⅱ和搭合部分Ⅱ分别设置有相互对应的搭合面，其中，延长部分Ⅱ的搭合面是由油环主体底面向上延伸的与底面平行的平面，搭合部分Ⅱ的搭合面是由活塞环主体顶面向下延伸的与顶面平行的平面，当搭合部分Ⅱ和延长部分Ⅱ上下搭合使油环环体形成一个整圆时，搭合部分Ⅱ和延长部分Ⅱ之间具有间隙。上述油环的延长部分Ⅱ和搭合部分Ⅱ的厚度均比环体厚度的1/2少0.03mm-0.05mm；当搭合部分Ⅱ和延长部分Ⅱ上下搭合时，搭合部分Ⅱ和延长部分Ⅱ的搭合面之间具有0.06mm-0.10mm的含工艺尺寸的热膨胀间隙，搭合部分Ⅱ和延长部分Ⅱ的端面之间具有0.3mm-1.0mm的热膨胀间隙。 

由上所述，本实用新型的第一道气环和第二道气环的环体开口处采用相同的搭合结构，当气环的搭合部分和延长部分上下搭合使气环环体形成一个整圆时，由于气环能利用自身的弹力来自动补偿其与气缸内壁摩擦产生的累积磨损量，延长部分的斜面和搭合部分的斜面之间具有不会随气环磨损量增加而扩大的间隙。该间隙成为高温气体下泄的唯一通道。根据内燃机排气行程时活塞组下面和上面的压力差，将第一道气环与第二道气环的开口搭合处的斜面之间的间隙设置为固定的配合比例，即间隙配对，其比值为0.035mm-0.18mm：0.02mm-0.12mm；以控制高温气体的下泄量和到达活塞组下方的温度。同时加大活塞外圆尺寸来缩小活塞与气缸之间的间隙，减少高温气体对第一道气环的直接冲击，降低气环的工作环境温度。并缩小第一气环槽与第二气环槽之间的距离至3mm-12mm，以保证从第一道气环开口搭合处的斜面间隙中流出的高温气体经第一道气环槽和第二道气环槽之间的空间膨胀降温后，使这个空间始终保持一定的压力；高温气体再经第二道气环开口搭合处的斜面间隙流出时温度降至70℃以下，刚好能抵消活塞上行产生的负压，避免产生泵吸效应，还能加速油环刮下的机油回流到机油箱，而且不会烧坏机油。因此，本实用新型具有以下优点：1. 降低并控制下泄高温气体的流量和温度使之不会烧坏机油，并永远不会产生积炭，降低燃油耗、机油耗，减少有害物质的排放量，真正实现节能减排；2.能大幅提高气缸的密封性能，提高气缸燃烧室的压缩压力，使燃油始终能充分燃烧；3. 大幅提高了内燃机各项机械性能指标和经济指标；4.解决了行业内大功率柴油机高油耗、高排放的历史性难题。 

附图说明

本实用新型的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。 

图1是本实用新型活塞安装在气缸内的结构示意图； 

图2是本实用新型的气环的搭合部分和延长部分相互搭合的俯视图；

图3是本实用新型的气环的搭合部分和延长部分相互搭合的正视图；

图4是本实用新型的气环的搭合部分和延长部分的局部放大图；

图5是本实用新型的油环的结构示意图；

图6是本实用新型的油环的搭合部分和延长部分相互搭合的正视图；

图中：1-气环环体，2-油环，3-活塞本体，4-第一气环槽，5-第二气环槽，6-油环槽，7-第一道气环，8-第二道气环，9-回油孔，10-压力平衡孔，11-气缸，101-延长部分，102-搭合部分，103-环体外侧面，104-环体底面，105-环体顶面，106-延长部分的斜面，107-搭合部分的斜面，108-环体内侧面，201-油环主体，202-内撑弹簧，203-回油孔，204-延长部分Ⅱ，205-搭合部分Ⅱ，206-延长部分Ⅱ的搭合面，207-搭合部分Ⅱ的搭合面，212-内圆周凹槽。

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明。 

如图1至图4所示，本实用新型的活塞包括：自上而下依次设置有第一气环槽4、第二气环槽5和油环槽6的活塞本体3，安装在所述第一气环槽内的第一道气环7、安装在所述第二气环槽内的第二道气环8，以及安装在所述油环槽内的油环2；所述第一道气环7和第二道气环8的环体1开口处采用相同的搭合结构，即气环环体开口的一端为3mm-12mm的延长部分101，另一端为相应长度的搭合部分102；所述延长部分和搭合部分分别具有相互对5应的搭合斜面，所述搭合斜面为由环体外侧面103向环体底面104倾斜设置的斜面，所述延长部分101或搭合部分102的斜面与环体底面呈15°-43°的夹角；搭合部分具有自斜面顶边向上延伸至环体顶面105的占环体厚度3/10的外侧保留部分，和自斜面底边向内延伸至环体内侧面108的长度为0.30mm-0.85mm的底面保留部分；所述延长部分101具有与搭合部分102互补的搭合结构；当气环的搭合部分102和延长部分101上下搭合使气环环体形成一个整圆时，由于气环能利用自身的弹力来自动补偿其与气缸内壁摩擦产生的累积磨损量，延长部分的斜面106和搭合部分的斜面107之间具有不会随气环磨损量增加而扩大的间隙。 

使用时，由于气环的延长部分和搭合部分分别具有3mm-12mm长度，当搭合部分和延长部分上下搭合在一起时，气环能利用自身的弹力来自动补偿其与气缸内壁摩擦产生的累积磨损量，保证气环开口的搭合部分在使用期间（约50万-60万公里行驶里程）不会脱开，搭合处的斜面之间的间隙也不会扩大，从而保证从气环开口搭合处泄漏的高温气体量不变，能够避免造成燃油耗、机油耗升高，内燃机动力性能下降，排放的有害物质增多等一系列负面问题。 

进一步的，本实用新型的第一道气环7与第二道气环8的开口搭合处的斜面之间的间隙设置为固定的配合比例，即间隙配对，其比值为0.035mm-0.18mm：0.02mm-0.12mm。以保证从第一道气环7开口搭合处的斜面间隙中流出的高温气体经第一道气环槽4和第二道气环槽5之间的空间膨胀降温后，使这个空间始终保持一定的压力，高温气体再经第二道气环8开口搭合处的斜面间隙流出时温度降至70℃以下，刚好能抵消活塞上行产生的负压，避免产生泵吸效应，还能加速油环刮下的机油回流到机油箱，而且不会烧坏机油。 

如图1所示，本实用新型的活塞在所述油环槽6的底边设置有6-12个与机油箱连通的直径为4mm-8mm的回油孔9，进一步的，为使油环2从气缸壁上刮下的机油快速的回流到机油箱，该回油孔9被设置为与油环槽6底边呈5°-12°的夹角。为使油环上方的高压气体迅速平衡活塞上行产生的负压（泵吸），进而使活塞下方内外气压瞬间达到平衡，活塞本体3上靠近油环槽6的下部还设置有8-10个与活塞内腔连通的直径为4mm-6mm的压力平衡孔10。为缩小活塞外壁与气缸11内壁之间的间隙，减少高温气体对第一道气环7的直接冲击，降低气环的工作环境温度，活塞本体3具有加大0.35mm-0.85mm的外圆尺寸。为保证从第一道气环7开口搭合处的斜面间隙中流出的高温气体经过第一道气环槽4和第二道气环槽5之间的空间膨胀降温，使这个空间始终保持一定的压力，所述第一气环槽4和第二气环槽5之间的距离缩小为3.2mm-12mm。 

参见图5、图6，本实用新型的油环2包括带端开口的油环主体201和设置在该油环主体内圆周凹槽212中的内撑弹簧202，油环主体201圆周面上还设置有回油孔203，所述油环主体201开口的一端为5mm-8mm的延长部分Ⅱ204，另一端相应长度的搭合部分Ⅱ205，所述延长部分Ⅱ204和搭合部分Ⅱ205分别设置有相互对应的搭合面，其中，延长部分Ⅱ的搭合面206是由油环主体201底面向上延伸的与底面平行的平面，搭合部分Ⅱ的搭合面207是由活塞环主体顶面向下延伸的与顶面平行的平面。所述延长部分Ⅱ204和搭合部分205的厚度比环体厚度的1/2少0.03mm-0.05mm；当搭合部分Ⅱ205和延长部分Ⅱ204上下搭合时，搭合部分Ⅱ205和延长部分Ⅱ204的搭合面之间具有0.06mm-0.10mm的含工艺尺寸的热膨胀间隙，搭合部分Ⅱ205和延长部分Ⅱ204的端面之间具有0.3mm-1.0mm的热膨胀间隙。与传统油环相比，本实用新型的油环在工作中不会留下油痕，并且能够利用油环主体与内撑弹簧的组合弹力来自动补偿油环2与气缸壁摩擦产生的累积磨损量，从而节约机油。由于油环2在整体上形成了一个“无开口”的整圆，使环体承受的内撑弹簧的弹力更加均匀，因而能均匀、干净的刮下机油，消除了积碳产生的根源，延长内燃机使用寿命。 

使用时，在将第一道气环7、第二道气环8和油环2分别放入活塞本体3上对应的第一气环槽4、第二气环槽5和油环槽6内，然后置入气缸11，此时，气环底面104紧贴环槽底面；气环的外侧面108受到气缸11内壁的挤压，使气环开口处的搭合部分102和延长部分101在环槽内形成上下配合，此时，使气环在整体上形成一个“无开口”的整圆，阻断了高温气体的下泄通道，只在搭合部分102和延长部分101的搭合斜面之间留有间隙，该间隙成为高温气体可人为控制的唯一通道，由于气环的延长部分101和搭合部分102分别具有3mm-12mm长度，当延长部分和搭合部分搭合在一起时，气环能利用自身的弹力来自动补偿其与气缸内壁摩擦产生的累积磨损量，保证气环开口的搭合部分在使用期间（约50万-60万公里行驶里程）不会脱开，搭合处的斜面间隙也不会扩大。 

工作中，从燃烧室内窜出的高温气体首先对第一道气环7造成冲击，由于本实用新型的活塞本体3具有加大0.35mm-0.85mm的外圆尺寸，活塞上部外圆与气缸内壁之间的间隙被缩小，削弱了高温气体对第一道气环7的直接冲击；当高温气体经第一道气环7开口搭合斜面之间的间隙向下进入第一道气环槽4和第二道气环槽5之间的空间内膨胀降温，因为缩小了第一气环槽4和第二气环槽5之间的距离，同时，第一道气环7和第二道气环8的搭合斜面间隙之间具有配合比例，控制了进入或流出该空间的高温气体的量，使该空间始终保持一定的压力；当高温气体再经第二道气环8开口搭合斜面之间的间隙流出时，温度已降至70℃左右，该温度不仅不会烧坏机油，还能促使油环2刮下的机油快速回流到机油箱，避免活塞组上行时产生泵吸效应，大幅降低燃油耗、机油耗和废气排放，达到节能环保的目的。 

在实验中，本实用新型的活塞节能减排效果显著，使机器功率得到大幅提升。 

实施例1：将本实用新型的活塞安装在重庆公交集团第二公交公司２４８车队２１４３８号车得ＮＱ１６０发动机中。气缸内径１０５＋ 

，活塞外径１０４．８２毫米，安装前该车一直处于油耗亏损状态，机油耗为３—５天加一次０．７升机油，安装后，机油耗为20—23天加一次0.7升机油，平均节油（和同时更换的另一台新原装发动机比较）１２．４７﹪，大幅节约了燃油和机油。 

实施例2：将本实用新型的活塞安装在中国重汽杭州柴油发动机厂生产的“X6130Z7”（挖掘机）上实验，安装前 小时油耗42.3升，安装后每小时油耗降至30.46升，降幅达28%，发动机功率增加11.27%。 

实施例3：将本实用新型的活塞安装在重庆公交集团第二公交公司的30台“恒通前置纽曼”发动机上试用，安装前每百公里用气47.3m³/车，安装后每百公里41.7m³/车，节气率达11.27%，最高节气14.28%，功率约增大半个档位，扭矩增加约一个档位。 

由此可见，本实用新型的活塞使燃油始终能充分燃烧，大幅降低了燃油耗、机油耗，减少有害物质的排放，大幅提高了内燃机各项机械性能指标和经济指标，真正解决了行业内大功率柴油机高油耗、高排放的历史性难题，具有较好的推广价值和应用前景。 

Claims (9)

1.一种安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，包括：

自上而下依次设置有第一气环槽（4）、第二气环槽（5）和油环槽（6）的活塞本体（3），安装在所述第一气环槽内的第一道气环（7）、安装在所述第二气环槽内的第二道气环（8），以及安装在所述油环槽内的油环（2）;

其特征在于：

所述第一道气环（7）和第二道气环（8）的环体（1）开口处采用相同的搭合结构，即气环环体开口的一端为3mm-12mm的延长部分（101），另一端为相应长度的搭合部分（102）；所述延长部分和搭合部分分别具有相互对应的搭合斜面，所述搭合斜面为由环体外侧面（103）向环体底面（104）倾斜设置的斜面；搭合部分具有自斜面顶边向上延伸至环体顶面（105）的占环体厚度3/10的外侧保留部分，和自斜面底边向内延伸至环体内侧面（108）的长度为0.30mm-0.85mm的底面保留部分；所述延长部分（101）具有与搭合部分（102）互补的搭合结构；当气环的搭合部分（102）和延长部分（101）上下搭合使气环环体形成一个整圆时，由于气环能利用自身的弹力来自动补偿其与气缸内壁摩擦产生的累积磨损量，延长部分的斜面（106）和搭合部分的斜面（107）之间具有不会随气环磨损量增加而扩大的间隙。

2.根据权利要求1所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：所述第一道气环（7）与第二道气环（8）的开口搭合处的斜面之间的间隙设置为固定的配合比例，其比值为0.035mm-0.18mm：0.02mm-0.12mm。

3.根据权利要求1或2所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：所述延长部分（101）或搭合部分（102）的斜面与环体底面呈15°-43°的夹角。

4.根据权利要求1所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：所述活塞本体（3）具有加大0.35mm-0.85mm的外圆尺寸。

5.根据权利要求1所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：所述第一气环槽（4）和第二气环槽（5）之间的距离缩小为3mm-12mm。

6.根据权利要求1所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：在所述油环槽（6）的底边设置有与机油箱连通的回油孔（9），该回油孔（9）与油环槽（6）的底边具有5°-12°的夹角。

7.根据权利要求1所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：活塞本体（3）上靠近油环槽（6）的下部设置有与活塞内腔连通的压力平衡孔（10）。

8.根据权利要求1所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：所述油环（2）包括带端开口的油环主体（201）和设置在该油环主体内圆周凹槽（212）中的内撑弹簧（202），油环主体（201）圆周面上还设置有回油孔（203），所述油环主体（201）开口的一端为5mm-8mm的延长部分Ⅱ（204），另一端相应长度的搭合部分Ⅱ（205），所述延长部分Ⅱ和搭合部分Ⅱ分别设置有相互对应的搭合面，其中，延长部分Ⅱ的搭合面（206）是由油环主体（201）底面向上延伸的与底面平行的平面，搭合部分Ⅱ的搭合面（207）是由活塞环主体顶面向下延伸的与顶面平行的平面，当搭合部分Ⅱ（205）和延长部分Ⅱ（204）上下搭合使油环环体形成一个整圆时，搭合部分Ⅱ（205）和延长部分Ⅱ（204）之间具有间隙。

9.根据权利要求8所述的安装间隙配对节能环保活塞环的活塞，其特征在于：当搭合部分Ⅱ（205）和延长部分Ⅱ（204）上下搭合时，搭合部分Ⅱ（205）和延长部分Ⅱ（204）的搭合面之间具有0.06mm-0.10mm的含工艺尺寸的热膨胀间隙，搭合部分Ⅱ（205）和延长部分Ⅱ（204）的端面之间具有0.3mm-1.0mm的热膨胀间隙。

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