CN208619241U - 一种活塞密封结构、发动机及机动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种活塞密封结构、发动机及机动车，涉及活塞密封领域。所述活塞密封结构包括：第一气道环，环套并固定于所述活塞侧壁，所述第一气道环的与所述活塞缸相接触的第一表面形成有类金刚石石墨涂层；以及组合油环，环套并固定于所述活塞侧壁，所述组合油环的与所述活塞缸相接触的第二表面形成有类金刚石石墨涂层。本实用新型的活塞密封结构又可与镀铬缸套形成相匹配的摩擦副。而且类金刚石石墨涂层表面处理，既可以降低摩擦损失，又能降低缸套和第一气道环及组合油环的磨损，提高发动机的可靠性。

Description

一种活塞密封结构、发动机及机动车

技术领域

本实用新型涉及活塞密封领域，特别是涉及一种活塞密封结构、发动机及机动车。

背景技术

活塞环通常包括第一道气环、第二道气环及组合油环。发动机活塞环对高温燃气形成有效密封，控制混合气的泄露量，减少对机油的污染以及发动机性能的影响。同时，活塞环还起到控油的作用，防止压力飞溅产生的机油窜入到燃烧室，造成机油耗过大。

随着节能环保的要求，发动机更多的使用甲醇、乙醇等醇类燃料来替代汽油。然而，醇类燃料对活塞环具有很强的腐蚀性，造成活塞环出现腐蚀性脱落，导致活塞环应有的功能失效。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种活塞密封结构、发动机及机动车。

本实用新型一个进一步的目的是在发动机使用醇类燃料驱动时，活塞环能够耐腐蚀以维持其应有性能。

本实用新型另一个进一步的目的是防止发动机的部分负荷燃烧室的负压会增加机油的窜入，导致机油油耗的增大。

特别地，本实用新型一方面提供了一种活塞密封结构，所述活塞密封结构安装于发动机，所述发动机使用醇类燃料驱动车辆，所述活塞安装于所述发动机的活塞缸内，所述活塞沿着所述活塞缸的延伸方向往复移动；

所述活塞密封结构包括：

第一气道环，环套并固定于所述活塞侧壁，所述第一气道环的与所述活塞缸相接触的第一表面形成有类金刚石石墨涂层；以及

组合油环，环套并固定于所述活塞侧壁，所述组合油环的与所述活塞缸相接触的第二表面形成有类金刚石石墨涂层。

进一步地，所述活塞缸内安装有缸套，所述缸套呈套筒状，所述活塞安装于所述缸套内并沿着所述缸套的贯通方向往复移动，所述缸套内侧壁为镀铬侧壁，或者所述缸套内侧壁为含铬基镀层的侧壁；

所述第一气道环的所述第一表面与所述缸套内侧壁相接触；

所述组合油环的所述第二表面与所述缸套内侧壁相接触。

进一步地，所述第一气道环为氮化的不锈钢环体或者磷化的球墨铸铁环体；

所述第一气道环具有沿着所述活塞移动方向相反设置的两端面，其中一个端面朝向所述组合油环设置，所述一个端面为镀铬端面。

进一步地，所述活塞密封结构还包括第二气道环，所述第二气道环设置于所述第一气道环与所述组合油环之间；

所述第二气道环为磷化的合金铸铁环体；

所述第二气道环朝向所述组合油环的端面形成有朝向所述组合油环突出的环状凸起，所述环状凸起与所述第二气道环同轴设置；

所述第二气道环朝向所述组合油环的端面形成有朝向所述第一气道环凹陷的环状凹陷部，所述环状凹陷部与所述第二气道环同轴设置，所述环状凹陷部置于所述环状凸起与所述第二气道环之间。

进一步地，所述发动机使用甲醇或/和乙醇驱动车辆。

进一步地，所述第一气道环的所述第一表面处的类金刚石石墨涂层的厚度为3μm至10μm；

所述组合油环的所述第二表面处的类金刚石石墨涂层的厚度为3μm至10μm。

进一步地，所述第一气道环的所述第一表面呈弧形面。

进一步地，所述组合油环具有呈环状的上刮片和下刮片，所述第二表面包括所述上刮片的侧表面和所述下刮片的侧表面，并且所述第二表面呈弧形面，所述第二表面沿着所述第一气道环的径向朝向所述第一气道环外侧凸出。

本实用新型另一方面还提供了一种发动机，所述发动机包括有多个活塞和多个活塞缸，所述活塞安装有所述的活塞密封结构。

本实用新型再一方面还提供了一种机动车，所述机动车安装有发动机，所述发动机为增程式发动机或混合动力发动机，并且所述发动机为所述的发动机。

本实用新型中，由于第一气道环的与活塞缸相接触的第一表面形成有类金刚石石墨涂层(DLC)；并且组合油环的与活塞缸相接触的第二表面形成有类金刚石石墨涂层(DLC)。实现了第一气道环与组合油环能够耐醇类燃料，从而实现了发动机在使用醇类燃料驱动时，本实用新型的活塞密封结构仍然能够起到有效密封，控制混合气的泄露量，减少对机油的污染以及发动机性能的影响，并且控油、防止压力飞溅，从而防止机油窜入到燃烧室，造成机油耗过大。

另外，本实用新型的活塞密封结构又可与镀铬缸套形成相匹配的摩擦副。而且类金刚石石墨涂层表面处理，既可以降低摩擦损失，又能降低缸套和第一气道环及组合油环的磨损，提高发动机的可靠性。

进一步地，考虑到基于商用柴油机平台上开发的燃气发动机，其积碳减少，发动机从质调节变为量调节，增加了节气门，导致部分负荷燃烧室的负压会增加机油的窜入，机油油耗增大。为此，通过上述第一气道环的氮化、端面镀铬，及第二气道环结构的设置，解决了该问题。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型的实施例的所述第一气道环的示意性剖视主视图；

图2是根据本实用新型的实施例的所述第二气道环的示意性剖视主视图；

图3是根据本实用新型的实施例的所述组合油环的示意性剖视主视图。

具体实施方式

图1是根据本实用新型的实施例的所述第一气道环的示意性剖视主视图；图3是根据本实用新型的实施例的所述组合油环的示意性剖视主视图。参见图1及图3，本实施例提供了一种活塞密封结构，活塞密封结构安装于发动机，发动机使用醇类燃料驱动车辆，活塞安装于发动机的活塞缸内，活塞沿着活塞缸的延伸方向往复移动；

活塞密封结构包括：第一气道环100以及组合油环300。第一气道环100环套并固定于活塞侧壁，第一气道环100的与活塞缸相接触的第一表面101形成有类金刚石石墨涂层(DLC)；组合油环300环套并固定于活塞侧壁，组合油环300的与活塞缸相接触的第二表面301形成有类金刚石石墨涂层(DLC)。

需要说明的是，类金刚石石墨涂层(DLC)的全称为Diamond Like Carbon，是一种高密度非晶态的聚合材料，由金刚石结构(sp3键)和石墨结构(sp2键)混杂，有着和金刚石类似的物理性能：非常高的硬度(1800HV以上)，较低的摩擦系数低(0.06以下)。又因为石墨结构的存在，具有良好的自润滑性能。本实施例中的类金刚石石墨涂层(DLC)，以C为靶材，采用物理气相沉积(PVD)工艺，主要特性如下：

结构：a-C非晶碳(amorphous Carbon)；

硬度：2000HV以上；

涂层厚度可以在10μm以上。

本实用新型中，由于第一气道环100的与活塞缸相接触的第一表面101形成有类金刚石石墨涂层(DLC)；并且组合油环300的与活塞缸相接触的第二表面301形成有类金刚石石墨涂层(DLC)。实现了第一气道环100与组合油环300能够耐醇类燃料，从而实现了发动机在使用醇类燃料驱动时，本实用新型的活塞密封结构仍然能够起到有效密封，控制混合气的泄露量，减少对机油的污染以及发动机性能的影响，并且控油、防止压力飞溅，从而防止机油窜入到燃烧室，造成机油耗过大。

另外，本实用新型的活塞密封结构又可与镀铬缸套形成相匹配的摩擦副。而且类金刚石石墨涂层表面处理，既可以降低摩擦损失，又能降低缸套和第一气道环100及组合油环300的磨损，提高发动机的可靠性。

进一步地，活塞缸内安装有缸套，缸套呈套筒状，活塞安装于缸套内并沿着缸套的贯通方向往复移动，缸套内侧壁为镀铬侧壁；第一气道环100的第一表面101与缸套内侧壁相接触；组合油环300的第二表面301与缸套内侧壁相接触。

同时，镀铬侧壁或者是含铬(Cr)基镀层的侧壁，如含陶瓷颗粒的复合镀侧壁，又称CKS；含金刚石颗粒的复合镀，又称GDC；靶材为CrN或CrON的物理气相沉积表面处理，又称PVD；

缸套内侧壁为镀铬侧壁，提高缸套对醇类燃料的耐腐蚀性，从而提升活塞缸整体的耐腐蚀性；同时，这也使得第一气道环100和组合油环300的匹配性能更强，而对于表面镀铬的第一气道环100和组合油环300并不能够与镀铬的缸套侧壁相配合。

进一步地，第一气道环100为氮化的不锈钢环体；或者，第一气道环100为磷化的球墨铸铁环体，第一气道环100具有沿着活塞移动方向相反设置的两端面，其中一个端面朝向组合油环300设置，一个端面为镀铬端面。

图2是根据本实用新型的实施例的所述第二气道环的示意性剖视主视图；参见图2，并且/或者，活塞密封结构还包括第二气道环200，第二气道环200设置于第一气道环100与组合油环300之间；第二气道环200为磷化的合金铸铁环体；第二气道环200朝向组合油环300的端面形成有朝向组合油环300突出的环状凸起201，环状凸起201与第二气道环200同轴设置；第二气道环200朝向组合油环300的端面形成有朝向第一气道环100凹陷的环状凹陷部202，环状凹陷部202与第二气道环200同轴设置，环状凹陷部202置于环状凸起201与第二气道环200的外侧壁203之间。

考虑到基于商用柴油机平台上开发的燃气发动机，其积碳减少，发动机从质调节变为量调节，增加了节气门，导致部分负荷燃烧室的负压会增加机油的窜入，机油油耗增大。为此，通过上述第一气道环100的氮化、端面镀铬，及第二气道环200结构的设置，解决了该问题。

进一步地，发动机使用甲醇或/和乙醇驱动车辆。

进一步地，第一气道环100的第一表面101处的类金刚石石墨涂层(DLC)厚度为3μm至10μm；组合油环300的第二表面301形成有类金刚石石墨涂层(DLC)厚度为3μm至10μm。

类金刚石石墨涂层(DLC)以C为靶材，采用等离子体辅助化学气相沉积工艺(CVD)，主要特性如下：结构：a-C:H/a-C:H:W(过渡层)；硬度：1800HV以上。

参见图1，进一步地，第一气道环100的第一表面101呈弧形面。

参见图3，进一步地，组合油环300具有呈环状的上刮片302和下刮片303，上刮片302和下刮片303的侧表面均为第二表面301，并且第二表面301呈弧形面，第二表面301沿着第一气道环100的径向朝向第一气道环100外侧凸出。

另外，本实施例还提供了一种发动机，发动机包括有多个活塞和多个活塞缸，活塞安装有前述活塞密封结构，其功能如前所述，在此不再绕述。

再次，本实施例还提供了一种机动车，其特征在于，机动车安装有发动机，发动机为增程式发动机或混合动力发动机，并且发动机为前述发动机，其功能如前所述，在此不再绕述。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种活塞密封结构，所述活塞密封结构安装于发动机，所述发动机使用醇类燃料驱动车辆，所述活塞安装于所述发动机的活塞缸内，所述活塞沿着所述活塞缸的延伸方向往复移动；

其特征在于，所述活塞密封结构包括：

第一气道环，环套并固定于所述活塞侧壁，所述第一气道环的与所述活塞缸相接触的第一表面形成有类金刚石石墨涂层；以及

组合油环，环套并固定于所述活塞侧壁，所述组合油环的与所述活塞缸相接触的第二表面形成有类金刚石石墨涂层。

2.根据权利要求1所述的活塞密封结构，其特征在于，所述活塞缸内安装有缸套，所述缸套呈套筒状，所述活塞安装于所述缸套内并沿着所述缸套的贯通方向往复移动，所述缸套内侧壁为镀铬侧壁，或者所述缸套内侧壁为含铬基镀层的侧壁；

所述第一气道环的所述第一表面与所述缸套内侧壁相接触；

所述组合油环的所述第二表面与所述缸套内侧壁相接触。

3.根据权利要求1所述的活塞密封结构，其特征在于，

所述第一气道环为氮化的不锈钢环体或者磷化的球墨铸铁环体；

所述第一气道环具有沿着所述活塞移动方向相反设置的两端面，其中一个端面朝向所述组合油环设置，所述一个端面为镀铬端面。

4.根据权利要求1所述的活塞密封结构，其特征在于，所述活塞密封结构还包括第二气道环，所述第二气道环设置于所述第一气道环与所述组合油环之间；

所述第二气道环为磷化的合金铸铁环体；

所述第二气道环朝向所述组合油环的端面形成有朝向所述组合油环突出的环状凸起，所述环状凸起与所述第二气道环同轴设置；

所述第二气道环朝向所述组合油环的端面形成有朝向所述第一气道环凹陷的环状凹陷部，所述环状凹陷部与所述第二气道环同轴设置，所述环状凹陷部置于所述环状凸起与所述第二气道环之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的活塞密封结构，其特征在于，所述发动机使用甲醇或/和乙醇驱动车辆。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的活塞密封结构，其特征在于，

所述第一气道环的所述第一表面处的类金刚石石墨涂层的厚度为3μm至10μm；

所述组合油环的所述第二表面处的类金刚石石墨涂层的厚度为3μm至10μm。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的活塞密封结构，其特征在于，所述第一气道环的所述第一表面呈弧形面。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的活塞密封结构，其特征在于，所述组合油环具有呈环状的上刮片和下刮片，所述第二表面包括所述上刮片的侧表面和所述下刮片的侧表面，并且所述第二表面呈弧形面，所述第二表面沿着所述第一气道环的径向朝向所述第一气道环外侧凸出。

9.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括有多个活塞和多个活塞缸，所述活塞安装有权利要求1至8中任一项所述的活塞密封结构。

10.一种机动车，其特征在于，所述机动车安装有发动机，所述发动机为增程式发动机或混合动力发动机，并且所述发动机为权利要求9所述的发动机。