TW202320977A - 抗摩擦密封環 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於配置在一活塞總成之一環溝槽中以在一第一介面處抵靠該環溝槽進行密封且在一第二介面處抵靠該活塞總成配置在其中之一氣缸之一孔徑進行密封之一密封元件之系統及方法。該密封元件之一特徵件經配置在該第一介面處以減小該密封元件與該環溝槽之間之摩擦。該第二介面在操作期間不具有一液體潤滑劑或油。

Description

抗摩擦密封環

本發明係關於用於減小一密封環與一活塞之間之摩擦之特徵件，且更特定言之，係關於用於減小介面摩擦以容許密封環移動(例如，徑向)以維持一密封之密封環及/或活塞凸台中之圖案化凹槽。

在一線性發電機(例如，或使用一氣體作為其工作流體之任何其他適合活塞-氣缸裝置)中，活塞環可需要與一活塞、氣缸壁、其他環段或其等之一組合維持牢固接觸(例如，最小空隙)或以其他方式與活塞、氣缸壁、其他環段或其等之一組合形成一密封。氣缸中之氣體(例如，密封前方之一高壓區)與一環境或附近環境條件(例如，密封後方之一低壓區)之間之一壓力差可提供足夠力以在密封介面處維持足夠接觸壓力。將理解，「前方」指代軸向更靠近高壓區之一位置或相對位置，「後方」指代軸向更遠離高壓區之一位置或相對位置。環段亦可需要相對於活塞、氣缸及其他環段自由移動，以便除沿著氣缸孔徑之輪廓之變化外亦適應軸向及偏心活塞運動。無法在任何密封介面處自由滑動(例如，歸因於可由介面處之接觸力產生之摩擦力)可導致組件之間之高接觸力及其他密封介面處之開放間隙。此等高接觸力可導致任何密封介面處之密封失效。跨許多活塞-氣缸裝置之密封介面之一壓力差(例如，由來自一反應區段之加壓流體填充之一高壓區與一低壓區之間之一差異)有利於維持密封。由壓力差導致之摩擦力抵抗兩個介接表面之相對運動。此等摩擦力導致活塞環之表面磨損，無法適應孔徑之變化，或以其他方式偏離預期密封介面效能。

在一些情形(例如，極端情況)中，此摩擦力可足夠大以將環段鎖定於適當位置。例如，如果環與活塞之間之介面(例如，接觸介面)處之摩擦力相對於由徑向向外驅動環之氣體壓力施加之力較大，則氣缸壁直徑之一膨脹(例如，歸因於熱膨脹，其沿著孔徑可為不均勻的)可導致環-氣缸接觸開口(例如，形成一間隙及一較小密封)。接著，氣體可洩漏通過環之外表面(例如，在外徑(OD)處)。流過OD之氣體之壓力進一步減小徑向向外驅動環之浄力，且可導致環保持在適當位置且密封失效。

在一些情形(例如，較不極端情境)中，驅動力足以克服摩擦且產生環段之運動/位移。然而，環表面處之摩擦亦將一剪切負載施加至環段本身。如果在摩擦之量值或方向上(例如，在一滑動介面之一邊緣處)存在一不連續性，則摩擦負載可使環破裂。因此，最小化在密封介面處作用於環段上之摩擦係有利的。

本發明係關於一種活塞總成。該活塞總成包括：一活塞，其包括一環溝槽；及一密封元件，其經配置在該環溝槽中以在一第一介面處抵靠該環溝槽進行密封且在一第二介面處抵靠一氣缸之一孔徑進行密封，其中一特徵件經配置在該第一介面處以減小該密封元件與該環溝槽之間之摩擦。另外，該等第一及第二介面在操作期間不具有一液體潤滑劑或油。

在一些實施例中，該環溝槽或該密封元件之一者包括該特徵件。

在一些實施例中，該特徵件包括一組通道，該組通道經配置以接收來自一高壓區之氣體以減輕該密封元件與該活塞之間之一接觸力。

在一些實施例中，該特徵件減小該密封元件與該活塞之間之一接觸力以在徑向及方位角方向兩者上減小該密封元件與該活塞之間之一摩擦力。

在一些實施例中，本發明係關於一種密封環總成，其包括至少一個環段。該密封環總成經構形以抵靠一氣缸之一孔徑進行密封，磨損該孔徑，且抵靠一活塞之一環溝槽進行密封，其中配置在該密封環總成與該環溝槽之間之一介面處之一特徵件經構形以減小一摩擦力。

在一些實施例中，抵靠一氣缸之一孔徑進行密封且磨損該氣缸之該孔徑之該密封環總成包括：一第一段；一第二段；及一特徵件，其經配置在該第一段與該第二段之間之一介面處，該特徵件減小一摩擦力。

在一些實施例中，本發明係關於一種密封環總成，該密封環總成包括：一第一密封元件，其包括至少一個第一段；及一第二密封元件，其包括至少一個第二段，其中該第二密封元件軸向配置在該第一密封元件之後方。另外，一特徵件經配置在該至少一個第一段與該至少一個第二段之間之一介面處以減小該第一密封元件與該第二密封元件之間之一介面處之一摩擦力。

在一些實施例中，特徵件包括一組通道，該組通道經配置以接收來自一高壓區之氣體以減輕該介面處之一接觸力。

在一些實施例中，特徵件減小該介面處之一接觸力以在徑向及方位角方向上減小該密封元件上之一摩擦力。

在一些實施例中，本發明係關於一種線性發電機，該線性發電機包括：一氣缸，其包括一孔徑；及一平移器，其包括相對於該氣缸配置以在無需一液體潤滑劑或油之情況下沿著該孔徑移動之一活塞，其中該活塞包括一環溝槽。該線性發電機進一步包括：一定子，其經構形以與該平移器電磁地相互作用；一密封元件，其經配置在該環溝槽中以在一第一介面處抵靠該環溝槽進行密封且在一第二介面處抵靠該氣缸之該孔徑進行密封；及一特徵件，其經配置在該第一介面處，該特徵件減小該密封元件與該環溝槽之間之摩擦。

本發明係關於一種線性發電機，該線性發電機包括：一氣缸，其包括一孔徑；及一平移器，其包括相對於該氣缸配置以在無需一液體潤滑劑或油之情況下沿著該孔徑移動之一活塞，其中該活塞包括一環溝槽。該線性發電機進一步包括：一定子，其經構形以與該平移器電磁地相互作用；一密封元件，其經配置在該環溝槽中且包括一第一段及一第二段，其中該密封總成在一第一介面處抵靠該環溝槽進行密封。該第一段及該第二段在一第二介面處抵靠彼此密封。另外，一特徵件經配置在該第二介面處，該特徵件減小該第一段與該第二段之間之摩擦。

在一些實施例中，該密封元件界定一低壓區及一高壓區，該活塞經歷連續衝程，氣體在各衝程之至少一些期間從該高壓區流動至該特徵件，且該氣體在各衝程之至少一些期間從該第一介面流動至該低壓區。

在一些實施例中，該特徵件包括一組通道，該組通道經配置以接收來自該氣缸之一高壓區之氣體以減輕該密封元件上之一接觸力。

在一些實施例中，該特徵件減小該密封元件上之一接觸力以在徑向及方位角方向上減小該密封元件上之一摩擦力。

在一些實施例中，本發明係關於一種用於在一活塞與一氣缸之間進行密封之方法。該方法包括：在無需一液體潤滑劑或油之情況下在一密封元件與該氣缸之一孔徑之間形成一密封；在該密封元件與該活塞之一環溝槽之間形成一密封；及容許來自一高壓區之一氣體佔據該密封元件之一第一段與一第二段之間之一介面之至少一些以減小一摩擦力。

在一些實施例中，本發明係關於一種用於在一活塞與一氣缸之間進行密封之方法，該方法包括：在無需一液體潤滑劑或油之情況下在一密封元件與該氣缸之一孔徑之間形成一密封；在該密封元件與該活塞之一環溝槽之間形成一密封；及容許來自一高壓區之一氣體佔據該密封元件與該活塞之間之一介面之至少一些以減小一摩擦力。

在一些實施例中，該方法進一步包括在一循環期間且在該密封元件磨損時徑向向外移動該密封元件以維持與該孔徑之該密封。

在一些實施例中，該方法進一步包括在該活塞之一衝程之至少一些期間將該氣體排放至一低壓區。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2021年7月30日申請之美國臨時專利申請案第63/227,775號之權利，該案之全部揭示內容特此以引用的方式併入本文中。

本發明適用於用於減小活塞環摩擦之特徵件。

如本文中使用之術語「密封」指代一高壓區及一低壓區之產生、維持或兩者。例如，一密封可包含一密封環總成，該密封環總成經構形以藉由限制密封之一高壓邊界與一低壓邊界之間之流動來減小氣體從一高壓區至一低壓區之一洩漏率。因此，一密封可依據其對一洩漏率之約束來定義。將理解，如本文中描述之一密封(諸如一密封環總成)可具有任何適合對應洩漏率。例如，在一些情形中，一相對較差密封可容許更多洩漏，但基於一或多個相關效能準則可為可接受的。在一進一步實例中，經構形用於一活塞及氣缸裝置之高效率操作之一密封環總成可具有一相對低洩漏率(例如，係一更有效密封)。

如本文中使用，一「環段」應指代延伸達大於零度之一方位角之一密封元件，該密封元件具有一徑向外表面，且經構形以至少沿著徑向外表面之一部分抵靠一孔徑進行密封。如果未圍繞整個孔徑在方位角上連續，則一環段可包含端面。

如本文中使用，一「環」應指代包含可(但不必)沿著一孔徑在方位角上連續之至少一個環段之一密封元件。例如，一環可包含一個環段，在此情況中，此等術語重疊。在一進一步實例中，一環可包含四個環段，在此情況中，環指代四個環段之集合。一環可包含但不必包含一或多個環段之間之一或多個介面。一「環」亦應指代包含經構形以抵靠一活塞之一凸台進行密封之至少一個環段之一密封元件。

如本文中使用，一「間隙蓋元件」應指代經構形以在一介面處抵靠一或多個環段進行密封且在一或多個環段之磨損期間抵靠一孔徑之至少一部分進行密封之一密封元件。雖然一間隙蓋元件可在環磨損時用作一環段，但出於論述本發明之目的，為了清楚起見，一間隙蓋元件未被視為一環段。

如本文中使用，一「密封環總成」應指代一或多個環之一總成，且有時亦指代一或多個間隙蓋元件，其或其等經構形以與一活塞接合且經構形以在一氣缸之一高壓區與一低壓區之間進行密封。例如，一單一環段可為一環及一密封環總成。在一進一步實例中，若干環段及對應間隙蓋可為一密封環總成。

圖1展示根據本發明之一些實施例之闡釋性活塞及氣缸總成100之一橫截面視圖。氣缸160可包含孔徑162，該孔徑162係活塞總成110在其中行進之內圓柱形表面。活塞總成110可包含活塞126，該活塞126包含一密封環溝槽122，密封環總成120經構形以騎坐於其中。當活塞總成110沿著藉由軸180展示之軸向方向平移時(例如，在一引擎循環期間)，在氣缸160中，高壓區150中之氣體壓力可改變(高壓區150可用一氣缸頭或一相對活塞封閉)。例如，當活塞總成110與軸180之方向相反地(即，在圖1中向左)移動時，高壓區150中之壓力可增加。針對活塞及氣缸總成100之一活塞衝程或循環之至少一些(如果並非大部分)，定位至密封環總成120之後部之低壓區170可處於低於高壓區150之壓力之一氣體壓力。高壓區150及低壓區170中之壓力範圍可為任何適合範圍(例如，次大氣壓至遠超過250巴)，且可取決於壓縮比、透氣細節(例如，增壓、壓力波、埠時序)、損耗、氣體之熱化學性質及其反應。因此，本文中描述之密封環總成可用於密封具有任何適合壓力範圍之任何適合高壓區及低壓區。將理解，密封環總成120之「前部」指代軸向最靠近高壓區150之面，且密封環總成120之「後部」指代軸向最靠近低壓區170之面。

將理解，除非另有指定，否則本文中提及之全部壓力皆依絕對單位(例如，非量規或相對)。

將理解，高壓及低壓可指代一活塞及氣缸裝置之暫態壓力狀態。例如，參考一引擎循環，針對引擎循環之大部分(例如，惟可能在循環之透氣或近透氣部分期間除外)，一密封環總成之高壓側可具有大於密封環總成之一低壓側之一壓力。因此，高壓及低壓係相對的，且取決於氣體被密封之條件。

一密封環總成可用於密封一高壓及一低壓區，各區在任何適合壓力範圍內操作。亦將理解，一密封環總成可在一循環中之不同位置處不同地進行密封。將進一步理解，針對一活塞及氣缸總成之一活塞衝程或循環之一些，一低壓區可包含大於一高壓區之一壓力之一壓力。例如，一密封環總成可始終將一高壓區與一低壓區密封開來。在一進一步實例中，只要一高壓區中之壓力大於一低壓區中之壓力，一密封環總成便可將該高壓區與該低壓區密封開來。在一進一步實例中，只要一高壓區中之壓力大於一低壓區中之壓力，一密封環總成便可將該高壓區與該低壓區密封開來，且相反地，只要一低壓區中之壓力大於一高壓區中之壓力，便可將該低壓區與該高壓區密封開來。

在一些實施例中，密封環總成120可將材料(例如，包含一自潤滑材料)沈積在氣缸160之孔徑162上。所沈積之材料可潤滑孔徑162與密封環總成120之間之孔徑至密封環總成介面(例如，提供一乾潤滑劑)。因此，在一些實施例中，活塞及氣缸總成100可在無需一潤滑液(例如，油)之情況下操作。

在一些實施例中，活塞126可為一敞口式活塞。例如，活塞126可包含從高壓區150至環溝槽122之開口、切口或其他流體路徑。因此，在採用一敞口式活塞之一些實施例中，密封環總成120之內部徑向表面(例如，圖1中之徑向方向上之參考軸182)可曝露於高壓區150之氣體壓力。 潤滑及材料選擇

圖2描繪根據本發明之一些實施例之情境200，其中環202經受足夠摩擦，其中環202抵靠活塞206之表面204鎖定。情境200可包括驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。情境200可包括多於或少於圖2中描繪之元件；例如，環202可藉由一彈簧徑向向外偏置朝向氣缸212。在圖2中描繪或參考圖2描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1及圖3至圖19之任一者或全部中。

環202被描繪為被卡住或以其他方式無法相對於活塞206之表面204自由移動(例如，滑動)。摩擦力208由平行於表面204延伸之箭頭繪示。在環202與表面204之間之介面(例如，接觸介面)處之摩擦力208相對於由氣體壓力210施加之力較大，該氣體壓力210驅動環202徑向向外朝向氣缸壁212。氣缸壁212可沿著徑向方向244膨脹，使得對應於氣缸壁212之一直徑超過環202之一經膨脹直徑。氣缸壁212之膨脹可由熱膨脹引起，其沿著孔徑可為不均勻的。氣缸壁212之膨脹產生環-氣缸接觸開口218 (例如，形成一間隙及一較小密封)。接著，容許氣體跟隨氣體洩漏軌跡216經過環202之外表面220 (例如，在環202之外徑或OD處)。流過OD之氣體之壓力進一步減小徑向向外驅動環之浄力，且確保環保留在適當位置且密封完全失效。

用於減小一密封介面處(例如，環202與表面204之間)之摩擦之一種方法係減小一給定接觸力之摩擦量值或以其他方式減小摩擦係數。例如，此可藉由在介面處(例如，沿著表面204)施覆一液體潤滑劑來完成。此等技術關注於藉由修改潤滑劑之性質或增加分離兩個表面之潤滑劑膜之厚度來減小由潤滑劑傳輸之力。

在缺乏一潤滑劑之情況下，介接表面之材料可經選擇以具有一固有低摩擦係數。表面本身亦可經塗佈、拋光或以其他方式製備以減小摩擦係數。 縱橫比

圖3描繪根據本發明之一些實施例之對應於一低縱橫比之情境300A，其中環302A包括平行於活塞206之表面204配置之低徑向表面區域304B，及對應於一高縱橫比之情境300B，其中環302B包括平行於活塞206之表面204配置之高徑向表面區域304C。情境300A及300B之各者可包括驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。情境300A及300B之各者可包括多於或少於圖3中描繪之元件。在圖3中描繪或參考圖3描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1、圖2及圖4至圖19之任一者或全部中。

如情境300A中展示，氣缸壓力(例如，在高徑向表面區域304A後方之高壓區中)需要克服摩擦力208以使環202沿著所要環軌跡306徑向向外移動。摩擦力208沿著活塞206之表面204將環302A固持在適當位置，如展示。摩擦力208之量值係基於環302A之一徑向厚度或面積(例如，對應於低徑向表面區域304B)相對於環302A之一軸向厚度或面積(例如，對應於高徑向表面區域304A)之一減小而減小。因此，接觸表面204之環302A之壓力曝露區域減小，而徑向向外驅動環302A之壓力曝露區域被維持或增加(例如，高壓表面區域304A大於低壓表面區域304B)。

相比之下，標記為環302B之高壓表面區域304C之壓力曝露區域平行於活塞206之表面204配置。此配置減小環302B之一表面跨低壓曝露區域304D之面積，藉此增加摩擦力208，同時減小將環302B壓向氣缸壁212之力。此原理可藉由增加法向於所要環軌跡之壓力曝露區域以減小摩擦力來更一般地應用。在一些情形中，將此概念應用於更複雜幾何形狀(例如，其中一個表面係非線性的)可變得困難。另外，藉由除使環302A及302B徑向向外膨脹朝向氣缸212之氣缸壓力以外之方法來驅動之環302A及302B之運動可降低此效應之有效性。 氣室

圖4描繪根據本發明之一些實施例之情境400，其中環402包括活塞206之表面204之氣室404 (例如，一摩擦減小特徵件)。情境400可包括驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。情境400可包括多於或少於圖4中描繪之元件。在圖4中描繪或參考圖4描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖3及圖5至圖19之任一者或全部中。

在一些情形中，可不期望改變環縱橫比。例如，可需要一徑向較厚環以達成足夠硬度。在一些此等情況中，如圖4中展示，可藉由移除環402與活塞206之表面204之間之接觸表面區域之一部分來減小接觸壓力。此形成氣室404，該氣室404經構形以由氣缸氣體(例如，來自與環402與氣缸壁212之間之一接觸表面相對之一表面上之環402之一高壓區)填充。一大環縱橫比(例如，其中環402與表面204之間之接觸表面區域超過曝露於高壓區之環402之表面區域)可藉由用作用於與軸向壓力相反之一方向上之氣室404中之氣體壓力抵消軸向壓力，從而導致環402抵靠氣缸壁212形成一密封來克服。如經由情境400展示，根據本發明之一些實施例，使用氣室404來實現所要環軌跡306。

此外，用氣體填充氣室(例如，一或多個氣室404)替換密封表面區域可藉由減小法向於接觸(例如，且平行於所要活塞軌跡306之方向)之浄壓力曝露區域而具有與改變環縱橫比相同之影響。只要在全部氣室與環境壓力氣體之間維持足夠密封長度(例如，環402之接觸表面204之一表面區域)，便可應用此概念。另外，為達成所要效應，相對於相反方向上之任何力(例如，在法向於表面204之其他表面處之加速度或摩擦之至少一者)維持法向於接觸之一足夠浄力。

圖5描繪根據本發明之一些實施例之包括抵靠第二環段504形成一密封之第一環段502之總成500。總成500可經受驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。總成500可包括多於或少於圖5中描繪之元件。在圖5中描繪或參考圖5描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖4及圖6至圖19之任一者或全部中。

總成500被展示為具有包括圖4之氣室404之第二環段504。根據本發明之一些實施例，氣室404經構形以減小接觸表面506與活塞206之間之一摩擦力。第二環段504抵靠活塞206形成一密封。在一些實施例中，一第三環段(未展示)可經配置在第二環段504之頂部上。第一環段502經構形及配置以向外滑動朝向活塞206之一外表面，且亦經構形以滑動朝向段504以維持段之間之一密封。在一些情形中，段504可沿著活塞206鎖定在適當位置，此可導致段504與段502之間之一氣體洩漏。氣室404之增設藉由減小第二環段504與活塞206之間及第二環段504與一第三環段(未展示)之間之摩擦力而容許第二段504更自由地移動，該第三環段可經配置在第二環段504之頂部上以抵靠段504之一表面產生一密封以防止或消除洩漏。 對材料、縱橫比及氣室之考量

在一些高溫應用中(例如，在氧化環境中)，大多數液體潤滑劑在化學上不穩定，且大多數低摩擦材料及塗層無法保持足夠強度以用於結構元件中或用作結構元件。自潤滑材料(諸如石墨及某些聚合物)可用於建構環以消除拖磨及磨蝕失效，且減小摩擦。然而，在高壓應用中，摩擦力仍可足夠大以阻礙運動、使環破裂或兩者。另外，一些自潤滑材料可以一相對較大速率磨損，且一些自潤滑材料係脆性的。因此，可期望設計具有大縱橫比之環，以便達成足夠硬度、強度及磨損能力。增設至密封表面之氣室可減小摩擦。下文論述用於實施氣室之一些考量。

一第一考量涉及氣室藉由將浄壓力曝露區域及接觸區域減小相同量來減小接觸力。因此，氣室可不減小其餘密封表面處之局部接觸壓力。雖然此減小作用於環整體上之摩擦力，但與表面相切之局部摩擦應力仍係高的，此仍可在部分中產生高應力及因此失效。

另一考量來自密封之接觸區域，其僅可在密封不再起作用之前減小如此多。因此，可增設至密封之壓力氣室之大小(例如，凹槽之量)存在一實際限制。

一進一步考量與諸如一線性發電機之裝置相關聯，其中裝置之一氣缸可經填充有空氣及燃料之一均質混合物，該混合物可反應以便產生有用功。引入至總成(例如，經由包括本發明之特徵件之一環總成)之氣室可構成裂隙體積。當一反應嘗試傳播通過一小空間，諸如一密封表面中(例如，在一環表面與一活塞表面之間)之一氣室時，熱氣體至周圍表面中之熱傳遞速率可超過反應放熱速率，此可導致一淬火反應。此裂隙體積降低系統效率，且係碳氫化合物排放之一來源。系統壓力愈高，此等體積中之氣體之密度愈大，且其等之影響愈大。無需包含氣室，或另外在一些情形中可在一較小程度上包含氣室，此係因為儘管其等減小摩擦，然其等亦增加裂隙體積。 抗摩擦特徵件

在一些實施例中，本發明係關於一種圖案化跨一密封表面之窄氣體饋入體(gas feed)以便將氣體分佈至密封表面之接觸介面中且減小由接觸施加之摩擦之方法。

圖6描繪一氣體從一高壓區至兩個接觸表面之間之空間中之流動。例如，高壓區可在一環前方，且空間在環與活塞或氣缸之間，或高壓區可在一第一接觸表面之一個面中之一氣體饋入體或窄通道內，而氣體在一第一接觸表面與一第二接觸表面之間鄰近饋入體流動，如下文進一步描述。根據本發明之一些實施例，圖表600繪示垂直軸上之正規化氣體壓力602 (即，微凸體壓力對氣缸壓力之比率)與水平軸上之沿著密封介面606與饋入體之距離604之間之一關係，包含描繪環表面輪廓610及活塞表面輪廓612之聚焦視圖608。在圖6中描繪或參考圖6描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖5及圖7至圖19之任一者或全部中。

為了繪示，在一微觀層級上，全部密封表面包括一系列非均勻峰或微凸體與谷之間之接觸(例如，如聚焦視圖608內之環表面輪廓610及活塞表面輪廓612兩者中展示)。例如，即使針對光滑度達100 nm Ra之密封表面，＜10%之表面區域實際上可接觸。其餘表面區域可包含接觸微凸體之間之谷。流體(例如，來自一高壓區之氣體)能夠流動通過此空隙空間，但流動受到通道之小尺寸之限制。根據本發明之一些實施例，圖表600展示一線性發電機循環中之峰值壓力點處之一表面接觸之微凸體之間之模擬氣體壓力(例如，如由正規化氣體壓力602表示)。圖表600展示通過一密封接觸中之微凸體(例如，沿著密封介面606)之流動之一二維模型之結果。在圖表600中，一線性發電機循環中之峰值壓力矩處之氣體壓力依據與密封表面之高壓邊緣之法向距離而標繪。在模型化幾何形狀之闡釋性實例中，總密封長度(例如，對應於與饋入體之距離604之高壓至低壓)係3.5 mm。進一步模型化及相關研究證實，與可用密封長度(例如，對應於與饋入體之距離604)相反，從密封之高壓邊緣614 (例如，朝向低壓邊緣616)之穿透距離係依據表面粗糙度及上游壓力(及時間)而變化。再者，如果從多個方向向表面饋入加壓氣體，則壓力穿透長度保持相同，直至饋入體變得比穿透長度更接近在一起。因此，此穿透長度可被視為系統壓力輪廓及密封表面粗糙度之一特性長度。將理解，雖然圖表600之橫座標範圍為0 mm至3.5 mm，但可根據本發明使用任何適合幾何形狀(例如，密封長度可小於或大於3.5 mm，其中3.5 mm僅為闡釋性的)。此外，密封長度可以任何適合方式定義，且無需對應於一零微凸體壓力(例如，在圖6之內容脈絡中可定義之對應於約2 mm之一密封度量)。

至接觸微凸體之間之間隙中之壓力穿透局部地減小微凸體本身之間之接觸壓力。表面仍保持接觸，但在表面接觸與氣體壓力之間局部地共用將環驅動至密封接觸之力(例如，氣體壓力在任一表面上之任一方向上施加遠離介面之一向外力)。因此，在一些實施例中，摩擦是被減小的。

在一些實施例中，本發明係關於具有跨一密封表面之通道之陣列，該等通道用作供氣體(例如，來自一高壓區)流動至介面中之一歧管。鑑於法向於任何通道之壓力穿透之一已知恆定特性長度，饋入體之間之間隔指定由加壓氣體填充之該表面介面之分率。此繼而指定此表面處(例如，介面中)之接觸壓力及摩擦力。氣體可藉由任何適合橫截面之通道或穿孔於密封表面之孔來饋入，只要該等孔或通道與氣缸之高壓氣體連通即可。通道可平行排列、排列成一柵格或任何其他適合配置，且孔可配置成控制循序孔之間之距離之任何圖案。密封表面之一給定區域中之通道密度指定局部接觸壓力及因此與環段運動相反之局部摩擦力。通道或孔可經密集堆積以最小化摩擦，或進一步分開放置以容許更大摩擦(例如，摩擦之減小可與介面處之特徵件密度成比例或以其他方式相依於特徵件密度)。

圖7描繪根據本發明之一些實施例之孔陣列702A (例如，一配置中之複數個孔)之側視圖700，其對應於繪示透過一行孔之壓力分佈之微凸體壓力圖表704A，而孔陣列702B以一類似方式對應於微凸體壓力圖表704B。側視圖700可曝露於驅動潤滑率、磨損率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。側視圖700可包括多於或少於圖7中描繪之元件。在圖7中描繪或參考圖7描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖6及圖8至圖19之任一者或全部中。

圖7中展示具有不同圖案密度之孔陣列之兩個實例；例如，孔陣列702A對應於一聚集圖案，且孔陣列702B對應於一更散開圖案。根據本發明之一些實施例，通孔饋入型樣對應於不同堆積密度。在循環中之峰值壓力點處，亦在微凸體壓力圖表704A及微凸體壓力圖表704B之各者中展示各圖案之壓力輪廓，從而證實藉由增加饋入密度來定製接觸壓力之能力。

側視圖700展示一闡釋性下游條件，其中高壓饋入體706朝向低壓排氣孔708饋入氣體。饋入體之間之低壓可以兩種方式建立。在一些情形中，流710可在一個方向上從高壓饋入體706繼續進行至低壓排氣孔708。在此等情況中，最接近高壓饋入體706之微凸體將始終處於或接近氣缸壓力(例如，高壓區之壓力)，且最接近低壓排氣孔708之微凸體將始終處於環境壓力(例如，或以其他方式處於或接近低壓區之一壓力)。在其他情形中，跟隨流710之氣體可填充兩個加壓饋入體(例如，一對高壓饋入體706)之間之微凸體，而無需將低壓排氣孔708用於任一饋入體。為了繪示，在峰值壓力點處，微凸體壓力圖表704A及微凸體壓力圖表704B之各者之壓力輪廓可類似圖7中展示之壓力輪廓，其中在饋入體之一中心位置處(例如，在饋入體之間)具有較低壓力，且從兩個方向向內流動(例如，從饋入體/特徵件至接觸介面之其餘部分)。在循環結束時之一些操作條件下，高壓區中之氣體之一壓力可已下降至環境壓力或其他更低壓力，且仍在微凸體中之任何加壓氣體能夠流出(例如，歸因於壓力差)。為了繪示，微凸體氣體壓力之初始條件因此在高壓區之下一次壓縮之前下降至環境壓力或一其他低壓。本發明之一態樣係，依定義，任何密封介面必須具有一上游及下游條件(例如，上游及下游壓力可不同或相同，且可隨時間變化)。在一些實施例中，一抗摩擦圖案或特徵件包含至少一個低壓排氣孔(例如，基於低壓區中之下游條件)。例如，低壓區可延伸至或接近密封環(或其特徵件)。因此，跨接觸介面之氣體之壓力差可隨時間在循環內及/或循環間時間週期內改變(例如，在一活塞循環之一衝程期間，隨時間隨著峰值壓力或最小壓力改變，隨著壓縮/膨脹改變，或隨著任何其他適合操作參數改變)。

在一闡釋性實例中，通道712之橫截面積僅需足夠大，使得其不比密封接觸本身更限制氣體流動(例如，密封係流動之主要限制)。例如，一通道之深度可依據一給定密封介面之一預期磨損(例如，一磨損率)來定製。例如，通道可相對狹窄及淺，此可產生若干益處。

例如，可導致一第一益處，其中接觸表面區域在最低程度上減小，同時仍由饋入至接觸中之壓力支撐。在一些實施例中，本發明之特徵件保持大部分接觸表面區域，且用一氣壓膜支撐它。此減小表面之平均接觸壓力及表面上之在一高壓饋入體之近似一個特性長度內之任何點處之局部接觸壓力兩者。相比之下，一大氣室藉由按比例減小接觸區域來減小整個表面之平均接觸壓力，且不改變其餘接觸介面之局部接觸壓力。

在一進一步實例中，可導致另一益處，其中本發明之饋入體表示最小或其他較小氣體體積且因此在氣缸氣體包括預混合燃料及空氣之應用中較少貢獻於裂隙體積。

圖8描繪根據本發明之一些實施例之總成800，其中特徵件802沿著環段810之環表面804配置，該環表面804法向於氣缸壁212。總成800可曝露於驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。總成800可包括多於或少於圖8中描繪之元件。在圖8中描繪或參考圖8描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖7及圖9至圖19之任一者或全部中。

特徵件802沿著環表面804配置，該環表面804接觸一活塞表面(例如，圖8中未展示之一活塞凸台)，從而產生一環-活塞密封介面。表面接觸804之端部對應於環-活塞密封介面之一端部或邊緣(例如，一活塞之一環溝槽之一凸台)。如繪示，特徵件802之圖案相對均勻，且降低活塞表面上之摩擦力以容許包括特徵件802之環段810自由徑向向外移動朝向氣缸壁212。在環表面804之右側配置有圖表806，其描繪當在包括氣缸壁212之一氣缸中操作一活塞時曝露於加壓氣體時(例如，以類似於圖7中描繪之圖表之一方式)特徵件802之各者之一微凸體壓力圖表。

圖9A及圖9B描繪根據本發明之一些實施例之密封總成900。密封總成900可曝露於驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形。密封總成900可包括多於或少於圖9中描繪之元件。在圖9中描繪或參考圖9描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖8、圖10及圖19之任一者或全部中。

如圖9A中展示，密封總成900包括經構形以與環段908之楔形物906介接之環段904。環段904經配置在環段908下方。環段904具有用於減小環段904與一活塞(未展示)之間之摩擦之抗摩擦特徵件905之一圖案。密封介面902對應於在環段904之各者與環段908之一底表面之間產生之各種密封，如圖9B中展示，其展示圖9A之一仰視圖，但其中環段904被移除，使得環段908之底表面；環段904之輪廓由圖9B中之虛線展示。饋入密度可使用特徵件(例如，圖8之特徵件802)之一柵格來定製。環段904及908之表面之間之摩擦(其中各段接觸(例如，沿著接觸表面902)另一者)對應於其中摩擦可導致對應段中之破裂之一位置。因此，段908與段904之間之接觸表面之大部分以所饋入氣體(例如，從環段908前方之一高壓區傳遞)飽和，且注意幾乎完全抵消與段908之左及右尖端處之氣體之接觸壓力。此避免對應段上之剪切應力之不連續性。另外，特徵件802經構形以將氣體從高壓區引導朝向一低壓排氣孔。例如，排氣孔912與曝露於低壓氣體之環總成900之後部流體連通，且因而經構形以沿著低壓邊緣616在接觸表面902之間傳遞加壓流體(例如，加壓氣體)。

圖10展示根據本發明之一些實施例之包含含有各自密封環總成1012及1022之兩個自由活塞總成1010及1020之闡釋性裝置1000之一橫截面視圖。在一些實施例中，裝置1000可包含線性電磁機1050及1055以在各自自由活塞總成1010及1020之動能與電能之間轉換。在一些實施例中，裝置1000可包含氣體區1060及1062，例如，針對一循環(例如，一引擎循環或一空氣壓縮循環)之至少一些(如果並非大部分)，該等氣體區1060及1062可處於相對低於氣體區1070(例如，一高壓區)之一壓力。例如，氣體區1060及1062 (例如，低壓區)可敞開至各自透氣管道(例如，一進氣歧管、一進氣系統、一排氣歧管、一排氣系統)。為了繪示，透氣埠1034及1035經構形以將反應物提供至氣缸1030之孔徑1032，且從氣缸1030之孔徑1032移除廢氣。在一進一步實例中，氣體區1060及1062可經排放至大氣(例如，依約1.01巴絕對壓力)。在一些實施例中，裝置1000可包含氣體彈簧1080及1085，其等可用於在一循環期間以壓縮氣體之形式儲存及釋放能量(例如，一驅動器區段)。例如，自由活塞總成1010及1020可各包含各自活塞1082及1087，該等活塞1082及1087具有用於各自密封環總成1081及1086之溝槽以將各自氣體區1083及1088 (例如，高壓區)與各自氣體區1084及1089 (例如，低壓區)密封開來。

氣缸1030可包含以軸1072為中心之孔徑1032。在一些實施例中，自由活塞總成1010及1020可在孔徑1032內沿著軸1072平移，從而容許氣體區1070壓縮及膨脹。例如，針對自由活塞總成1010及1020 (例如，其等可在相對活塞同步中沿著軸1072平移)之一衝程之至少一些，氣體區1070可處於與氣體區1060相比之相對高壓。密封環總成1012及1022可將氣體區1070與孔徑1032內之各自氣體區1060及1062密封開來。在一些實施例中，自由活塞總成1010及1020可包含各自活塞1014及1024以及各自密封環總成1012及1022，該等密封環總成1012及1022可經配置在活塞1014及1024之各自溝槽中。將理解，氣體區1060及1062以及氣體區1070可隨著自由活塞總成1010及1020移動或以其他方式沿著軸1072定位在不同位置處而改變體積。各自密封環總成1012及1022之最接近氣體區1070之部分各被稱為前部，且密封環總成1012及1022之最接近各自氣體區1060及1062之部分各被稱為後部。密封環總成1012及1022可各包含一高壓邊界，該高壓邊界可各取決於氣體區1070中之一壓力。例如，密封環總成1012之一高壓邊界可敞開至氣體區1070 (例如，由一或多個孔口或其他開口耦合)，且具有相同於(例如，如果來自氣體區1070之氣體在密封環總成中未被節流)或小於(例如，如果來自氣體區1070之氣體在密封環總成中被節流)氣體區1070之壓力之一對應壓力。密封環總成1012及1022可各包含一低壓邊界，該低壓邊界可取決於各自氣體區1060及1062中之一氣體壓力。例如，密封環總成1012之一低壓邊界可敞開至氣體區1060，且具有約相同於氣體區1060之壓力之一對應壓力。在一些實施例中，當密封環總成1012及1022軸向經過各自埠1035及1034 (例如，以及對應埠橋，儘管未展示)時，其等可經歷來自孔徑1032之不均勻或減小向內力。

在一些實施例中，活塞1014及1024可各包含一或多個溝槽，一或多個各自密封環總成可經配置至該一或多個溝槽中。例如，如圖10中展示，活塞1014及1024可各包含一個溝槽，密封環總成1012及密封環總成1022可分別安裝至該溝槽中。在一進一步實例中，儘管圖10中未展示，然活塞1014可包含兩個溝槽，其中可安裝兩個各自密封環總成。在一進一步實例中，活塞1014可包含兩個溝槽，即第一密封環總成1012及第二密封環總成(未展示)，該第二密封環總成經配置至密封環總成1012之後部，但其前部更靠近氣體區1060，藉此將氣體區1060中之壓力密封至兩個密封環總成之間之壓力(例如，其可小於氣體區1070中之壓力)。因此，一密封環總成可用於將任何適合高壓及低壓區彼此密封開來。

在一些實施例中，自由活塞總成1010及1020可包含各自磁體區段1051及1056， 該等磁體區段1051及1056與各自定子1052及1057相互作用以形成各自線性電磁機1050及1055。例如，當自由活塞總成1010沿著軸1072平移時(例如，在一引擎循環之一衝程期間)，磁體區段1051可在定子1052之繞組中感應電流。此外，可將電流供應至定子1052之各自相繞組以在自由活塞總成1010上產生一電磁力(例如，以實現自由活塞總成1010之運動)。

在一些實施例中，活塞1014及1024、密封環總成1012及1022以及氣缸1030可被視為一活塞及氣缸總成。在一些實施例中，裝置1000可為一引擎、一空氣壓縮機、具有一活塞及氣缸總成之任何其他適合裝置或其等之任何組合。在一些實施例中，裝置1000無需包含兩個自由活塞總成。例如，氣缸1030可封閉(例如，用一氣缸頭)，且自由活塞總成1010可單獨沿著軸1072平移。

圖11描繪根據本發明之一些實施例之用於在1112在一線性發電機之操作期間形成一高壓區及一低壓區之密封方法1100之一方塊圖。密封方法1100可在驅動潤滑率以及本發明之各種組件及特徵件之材料選擇之情形下利用。密封方法1100可包括多於或少於圖11中描繪之元件。在圖11中描繪或參考圖11描述之組件、特徵件及元件之任一者或全部可併入至圖1至圖10及圖12至圖19之任一者或全部中。

密封方法1100包括在1102在無需一液體潤滑劑之情況下(例如，用於無油操作)在一密封元件(例如，一活塞環)與一氣缸之一孔徑之間形成一密封。例如，密封元件可包含一自潤滑材料，諸如一陶瓷(例如，石墨)、聚合物、任何其他適合材料、具有任何適合添加劑或聚集體、具有任何適合補強材(例如，金屬或其他相對較不脆性材料)或其等之任何組合。

在一些實施例中，在1104，技術包含在密封元件與一活塞之一環溝槽之間形成一密封。例如，活塞可包含具有一或多個凸台(例如，一後凸台)之一圓周溝槽，密封元件可抵靠該一或多個凸台形成一密封。

在一些實施例中，在1106，技術包含在密封元件磨損(例如，抵靠孔徑)時徑向向外移動密封元件之至少一個段。為了繪示，密封元件可經歷從高壓區之氣體、一彈簧元件徑向向外之一力或其等之一組合以抵靠孔徑維持一密封。在一些實施例中，其中密封元件係由一自潤滑材料形成，密封元件可磨損孔徑，因此隨著時間改變密封元件之形狀、大小或位置。

在一些實施例中，在1108，技術包含容許來自一高壓區之氣體佔據密封元件之段(例如，多於一個段)或一密封元件之部分(例如，一單一段)之間之一介面之至少一些。例如，密封元件之任一或兩個段或部分中之特徵件可容許氣體流動且對介面加壓(例如，藉由佔據其微凸體)。

在一些實施例中，在1110，技術包含容許來自一高壓區之氣體佔據密封元件與活塞之環溝槽之間之一介面之至少一些。例如，密封元件或環溝槽之任一者或兩者中之特徵件可容許氣體流動且對介面加壓(例如，藉由佔據其微凸體)。 壓力補償特徵件

出於經濟原因，可期望一活塞-氣缸總成之一密封在需要更換之前儘可能長時間地起作用。例如，一典型目標係數百或數千小時之操作。在此等運行時間期間，密封徑向地磨損，且可在密封之部分之間形成間隙。(若干)所得間隙之總圓周弧長敞開達2*pi*密封之徑向磨損。憑藉磨損率相對較高之一自潤滑材料，間隙敞開達導致不可接受之洩漏流量之一量，因此限制密封之有效操作壽命。

在一些實施例中，本發明係關於一種包含一第一環及一第二環之密封環總成。第一環包含軸向向後延伸之一延伸部，且延伸部包含一徑向向外表面。第二環包含經構形以與延伸部之徑向向外表面介接之一內部徑向表面。密封環總成亦包含沿著延伸部之徑向向外表面及第二環之內部徑向表面之至少一者圓周地延伸之一溝槽。溝槽經構形以敞開至密封環總成之一低壓邊界。第二環包含在第二環之一最外徑向表面中在方位角上延伸之一氣室。氣室經構形以接收來自密封環總成之一高壓邊界之氣體。在一些實施例中，第二環包含經構形以容許氣體從高壓邊界流動至氣室之一孔口。

在一些實施例中，密封環總成經構形以配置在一活塞之一環溝槽中。活塞包含一防旋轉浮雕(relief)，且密封環總成包括一防旋轉突片，該防旋轉突片與防旋轉浮雕嚙合以防止密封環總成之顯著方位角移動。第一環包含一最外徑向表面，且延伸部之徑向向外表面在最外徑向表面之徑向內部。第一環及第二環之至少一者包含一自潤滑材料。例如，在一些實施例中，第一環、第二環或兩者係由石墨製成。在一些實施例中，密封環總成經構形用於在無需液體潤滑劑之情況下操作。例如，在一些實施例中，密封環總成經構形用於無油操作。

在一些實施例中，第一環包含至少兩個第一環段。至少兩個第一環段經配置，使得至少兩個第一環段之各自端部在彼此之間形成至少一個介面。第二環亦可包含至少兩個第二環段。至少兩個第二環段經配置，使得至少兩個第二環段之各自端部在彼此之間形成至少一個介面。

圖12展示根據本發明之一些實施例之闡釋性密封環總成1200之一透視圖。密封環總成1200包含第一環段1222及1224以及第二環段1232及1234。第二環段1232及1234經配置在各自第一環段1222及1224之延伸部1228及1229之徑向外部。間隙1250及1251位於第二環段1232與1234之間。例如，當密封環總成1200磨損時，間隙1250及1251可變寬。

圖13展示根據本發明之一些實施例之包含用於壓力鎖定之一特徵件(即，溝槽1380)之闡釋性密封環總成1300之一橫截面視圖。密封環總成1300經構形以配置在活塞1310之一環溝槽中。為了清楚起見，在圖13中提供座標軸1370 (即，徑向)及1372 (即，軸向)。

用於壓力鎖定之特徵件(即，溝槽1380，如圖13中闡釋性地展示)可有助於在操作期間將密封環總成1300維持在一預期構形，此在本文中被稱為壓力鎖定。在操作期間(例如，在包含一活塞及氣缸總成之一裝置中)，溝槽1380可經構形以包含處於接近密封環總成1300之一低壓邊界之一壓力之一壓力之氣體。例如，在操作期間，溝槽1380可達成或幾乎達成密封環總成1300之後部處之一低壓區(例如，低壓區1311)之一壓力。

為了繪示，在缺乏溝槽1380之情況下，當「雙環」(例如，密封環總成1300)磨損時，後環1330 (例如，一第二環)可傾向於以比前環1320 (例如，一第一環)更快之一速率磨損。此係歸因於壓力沿著密封環總成1300之軸向長度軸向地下降(例如，從左至右下降，如由指向下之頂部箭頭1390繪示)。因此，後環之外側上之壓力低於峰值壓力。如果壓力進入前環1320與後環1330之間(例如，且因此將後段曝露於高壓區之一壓力)，則後環1330將傾向於比前環1320更強烈地徑向向外偏置。當後環1330以一較大速率磨損時，後環段之間之一間隙將敞開。接著，來自高壓區之氣體更容易進入該等段之間，從而增加向外力，且可發生一失控狀況。此外，從高壓區1313至間隙中之氣體流動可被特性化為洩漏經過密封。

在一些實施例中，在前環1320及後環1330之間之徑向介面處在該等環之一者中形成(例如，切割)一溝槽(例如，溝槽1380)。如圖13中繪示，在前環1320中形成溝槽1380，但其可形成在任一或兩個環中之其等之介面處。溝槽1380可被包含在前環1320之外表面、後環1330之內表面或兩者處之介面中。在一些實施例中，溝槽1380以後環1330中之一裂縫為中心且敞開至其。溝槽1380之端部在到達前環1320中之裂縫之前封閉。當密封環總成在操作中(例如，在一活塞-氣缸裝置中)時，後環1330中之裂縫處於低壓，此係因為其敞開至密封環總成1300之後部且與密封環總成1300之前部封閉開來。例如，此係由圖12之第二環段1232與1234之間之間隙1250及1251繪示，其等將溝槽耦合至一低壓區。因此，兩個環之間之溝槽1380亦處於低壓，從而確保前段與後段之間之一低壓，此有助於其等保持徑向鎖定在一起。

闡釋性徑向壓力場1390 (即，徑向向內作用)及1392 (即，徑向向外作用)可在操作期間作用於密封環總成1300上。徑向壓力場1392經徑向向外引導，且由來自作用於密封環總成1300之徑向內表面上之一高壓區之氣體產生。徑向壓力場1390經徑向向內引導，且由密封環總成1300與一氣缸之一對應孔徑之間之空隙中之氣體產生。沿著軸向方向之壓力場之形狀僅旨在用於闡釋性目的，且可取決於密封環總成與氣缸孔徑之間之接觸性質而變化。合力1340經徑向向外引導，從而將密封環總成1300徑向向外推動。合力1340之量值可影響密封環總成1300之一磨損率。例如，一較大合力可導致一密封環總成抵抗一孔徑之一較大法向力，此可在密封環總成之運動期間導致增加的摩擦力。因此，增加的摩擦功可導致密封環總成上之增加磨損。

圖14展示根據本發明之一些實施例之闡釋性密封環總成1400之一橫截面視圖，其包含用於壓力鎖定之一特徵件(即，溝槽1480，如圖14中闡釋性地展示)及用於平衡徑向力之一特徵件(即，溝槽1460，如圖14中闡釋性地展示，其亦可取決於密封環總成之視圖及構造而結構化為一氣室)。為了清楚起見，在圖14中提供座標軸1470 (即，徑向)及1472 (即，軸向)。密封環總成1400包含前環1420及後環1430。密封環總成1400經構形以配置在活塞1410之一環溝槽中。

用於壓力鎖定之特徵件(即，溝槽1480，如圖14中闡釋性地展示)可有助於在操作期間將密封環總成1400維持在一預期構形，此在本文中被稱為壓力鎖定。在操作期間(例如，在包含一活塞及氣缸總成之一裝置中)，溝槽1480可經構形以包含處於接近密封環總成1400之一低壓邊界之一壓力之一壓力之氣體。例如，在操作期間，溝槽1480可達成或幾乎達成密封環總成1400之後部處之一低壓區之一壓力(例如，在圖14中之右側)。

闡釋性徑向壓力場1490 (即，徑向向內作用)及1492 (即，徑向向外作用)可在操作期間作用於密封環總成1400上。徑向壓力場1492經徑向向外引導，且由來自作用於密封環總成1400之徑向內表面上之一高壓區之氣體產生。徑向壓力場1490經徑向向內引導，且由密封環總成1400與一氣缸之一對應孔徑之間之空隙中之氣體產生。沿著軸向方向之壓力場之形狀僅旨在用於闡釋性目的，且可取決於密封環總成與氣缸孔徑之間之接觸性質而變化。在類似條件下，徑向壓力場1490相對大於徑向壓力場1390 (例如，如圖13中展示)，此係歸因於容許高壓氣體流動且影響徑向壓力場1490之溝槽1460。合力1440經徑向向外引導，從而將密封環總成1400徑向向外推動。合力1440之量值大於合力1340 (例如，如圖13中展示)。此係因為例如徑向壓力場1392及1492實質上類似，但來自徑向壓力場1390之向內力小於來自徑向壓力場1490之向內力(例如，當在表面上對徑向壓力場求積分時)。

在一些實施例中，溝槽1460定位成朝向密封環總成1400之後部(軸向)愈遠，合力1440便愈大，且因此可減少磨損。然而，溝槽1460可定位成多接近密封環總成1400之後部(軸向)存在實際限制。此可歸因於環之強度、增加洩漏或兩者。在一些實施例中，溝槽1460可軸向地定位於密封環總成1400之後半部中。例如，在一些實施例中，溝槽1460之中心可定位於密封環總成1400從前面(例如，面1439)之軸向長度之50%與80%之間。將理解，氣室位置可定位於任何適合軸向位置處(例如，以任何適合軸向位置為中心)。

在一些實施例中，為了幫助減少磨損，溝槽1460可儘可能多地覆蓋密封環總成1400之圓周範圍。然而，在一些實施例中，溝槽1460未與密封環總成中之裂縫相交(例如，此可導致增加氣體洩漏及一較差密封)。例如，在一些實施例中，溝槽1460可大部分(但並非全部)圍繞密封環總成1400延伸。在一些實施例中，進入密封環總成與氣缸壁之間之接觸表面之氣體可相對於高壓區中之壓力上升及下降之速率緩慢地建立壓力。在此情況中，多個氣室可軸向地排列(或針對沿著軸向軸延伸之氣室，圓周地排列)以減小氣體必須沿著表面流動之距離，且增加圖案抵消徑向向外合力之有效性。

在一些實施例中，溝槽1460可經加壓至或接近一高壓區之壓力。在一些實施例中，一孔或其他通道(例如，通道1461)可經軸向形成(例如，鑽孔)穿過密封環總成1400，因此將溝槽1460連接至密封環總成1400之一軸向前面。

圖15展示根據本發明之一些實施例之包含用於平衡徑向力之一特徵件1560之闡釋性密封環總成1500之一部分之一透視圖。密封環總成1500包含第一環1520及第二環1530。第二環1530包含氣室1560，該氣室1560在第二環之一外徑向表面中圓周地延伸。在一些實施例中，氣室1560經構形以接收高壓氣體(例如，來自一活塞氣缸裝置之一高壓區)。在一些實施例中，第二環1530可包含孔口1562，該孔口1562可容許氣體從密封環總成1500之一高壓邊界流動至氣室1560。第一環1520可包含凹槽1564或其他特徵件以容許孔口1562在操作期間接收高壓氣體。孔口1562可包含一孔、通道或可容許適合氣體流動之其他開口。

圖16展示根據本發明之一些實施例之圖15之闡釋性密封環總成1500之部分1550之一透視圖。部分1550係由在方向1572上觀察之圖15之區段1570展示。第一環1520中之凹槽1564容許供高壓氣體進入孔口1562之一相對敞開流動路徑。因此，在一些情形中，密封環總成1500可經構形以在一高壓區與一低壓區之間進行密封，且由於用於徑向壓力平衡之氣室1560 (例如，類似於圖11之密封環總成1100)而展現相對較低磨損(例如，與圖13之密封環總成1300相比)。在一些情形下，當密封環總成1500磨損時，第一環1520及第二環1530可相對於彼此在方位角上移動。因此，凹槽1564可包含一槽(例如，如圖13中展示)而非一圓形孔，使得加壓通道在環磨損時保持敞開。 壓力鎖定特徵件

在一些實施例中，本發明係關於一種密封環總成。密封環總成包含具有一第一配合表面之一第一密封元件。密封環總成亦包含具有一第二配合表面之一第二密封元件。密封環總成亦包含跨第一密封元件之至少一部分及第二密封元件之至少一部分延伸之一高壓邊界。密封環總成亦包含跨第一密封元件之至少一部分及第二密封元件之至少一部分延伸之一低壓邊界。第一配合表面及第二配合表面之至少一者包含敞開至低壓邊界且不敞開至高壓邊界之一凹槽，使得第一配合表面藉由作用於第一密封元件上之一第一力及作用於第二密封元件上之一第二力抵靠第二配合表面進行密封。在一些實施例中，作用於第一密封元件上之第一力經引導為與作用於第二密封元件上之第二力相反。

在一些實施例中，凹槽經構形以導致第一及第二力維持第一密封元件及第二密封元件之一相對位置。第一配合表面在徑向、軸向及方位角方向之至少一者上抵靠第二配合表面進行密封。例如，第一及第二表面可為平坦的、成角度的、彎曲的、複合的或其等之一組合，且可在介面之全部或部分處在一或多個方向上抵靠彼此密封。密封環總成包含經構形以抵靠一活塞之一凸台進行密封之一後軸向面。在一些實施例中，密封環總成包含經構形以在高壓邊界與低壓邊界之間抵靠一氣缸之一孔徑進行密封之一徑向外面。

在一些實施例中，凹槽包含一溝槽。凹槽可為第一配合表面之一第一凹槽，且其中第二配合表面包含經構形以與第一凹槽介接之一第二凹槽。第一密封元件包含一第一環段，且第二密封元件包含一第二環段。在一些實施例中，第一密封元件包含一環段，且第二密封元件包含一間隙蓋元件。第一及第二密封元件之至少一者包含經構形以導致一徑向向內力之一徑向壓力平衡特徵件。例如，在一些實施例中，徑向向內力減少密封環總成之磨損。在一些實施例中，第一及第二配合表面抵靠彼此密封以防止凹槽敞開至高壓邊界。

在一些實施例中，本發明係關於一種包含一活塞及一密封環總成之活塞總成。活塞包含一圓周溝槽，且活塞經構形以在一氣缸之一孔徑內軸向移動。密封環總成經配置在圓周溝槽中，且經構形以抵靠孔徑進行密封。密封環總成包含具有一第一配合表面之一第一密封元件及具有一第二配合表面之一第二密封元件。密封環總成亦包含跨第一密封元件之至少一部分及跨第二密封元件之至少一部分延伸之一高壓邊界及跨第一密封元件之至少一部分及跨第二密封元件之至少一部分延伸之一低壓邊界。第一配合表面及第二配合表面之至少一者包含敞開至低壓邊界且不敞開至高壓邊界之一凹槽，使得第一配合表面藉由作用於第一密封元件上之一第一力及作用於第二密封元件上之一第二力而抵靠第二配合表面進行密封。

在一些實施例中，本發明係關於一種包含一氣缸、一活塞及一密封環總成之裝置。氣缸包含具有一高壓區及一低壓區之一孔徑。活塞包含一圓周溝槽，且活塞經構形以在孔徑內軸向移動。密封環總成經配置在圓周溝槽中，且經構形以抵靠孔徑進行密封以界定高壓區及低壓區。密封環總成包含具有一第一配合表面之一第一密封元件及具有一第二配合表面之一第二密封元件。第一及第二配合表面之至少一者包含敞開至低壓區且不敞開至高壓區之一凹槽，使得第一配合表面藉由作用於第一密封元件上之一第一力及作用於第二密封元件上之一第二力抵靠第二配合表面進行密封。

在一些實施例中，圓周溝槽包含一軸向後凸台，且密封環總成經構形以抵靠軸向後凸台進行密封。作用於第一密封元件上之第一力經引導與作用於第二密封元件上之第二力相反。凹槽經構形以導致第一及第二力維持第一密封元件及第二密封元件之一相對位置。密封環總成包含經構形以抵靠孔徑進行密封之一徑向外面。

在一些實施例中，密封環總成包含跨第一密封元件之至少一部分及第二密封元件之至少一部分延伸且敞開至高壓區之一第一邊界。在一些實施例中，密封環總成亦包含跨第一密封元件之至少一部分及第二密封元件之至少一部分延伸且敞開至低壓區之一第二邊界，其中凹槽敞開至第一邊界且不敞開至第二邊界。

在一些實施例中，本發明係關於一種包含一第一環及一第二環之密封環總成。第一環包含軸向向後延伸之一延伸部，該延伸部包含一徑向向外表面。第二環包含經構形以介接至徑向向外表面之一內部徑向表面。密封環總成亦包含沿著延伸部之徑向向外表面及第二環之內部徑向表面之至少一者圓周地延伸之一溝槽。例如，溝槽可被包含在第一環及第二環之任一者或兩者中。在一些實施例中，溝槽經構形以敞開至密封環總成之一低壓邊界。

在一些實施例中，第二環包含在第二環之一最外徑向表面中圓周地延伸之一氣室，且其中氣室經構形以接收高壓氣體。例如，最外徑向表面經構形以抵靠一氣缸之一孔徑進行密封。第二環包含經構形以容許氣體從高壓邊界流動至氣室之一孔口。在一些實施例中，例如，第二環包含一孔口、槽或其他貫穿特徵件。密封環總成經構形以配置在一活塞之一環溝槽中。密封環總成包含一防旋轉特徵件以防止密封環總成之顯著方位角移動。

在一些實施例中，第一環包含一最外徑向表面，且其中延伸部之外徑向表面在外徑向表面之徑向內部。例如，最外徑向表面經構形以抵靠氣缸之孔徑進行密封。在一些實施例中，第一環及第二環之至少一者包含一自潤滑材料。例如，第一環、第二環或兩者可包含石墨或其他陶瓷、聚合物或其等之一組合。在一些實施例中，密封環總成經構形用於在無需液體潤滑劑之情況下操作。例如，在一些實施例中，密封環總成經構形用於無油操作。第一環包含至少兩個第一環段，其等經配置，使得至少兩個第一環段之各自端部在彼此之間形成至少一個介面。第二環包括至少兩個第二環段，其等經配置，使得至少兩個第二環段之各自端部在彼此之間形成至少一個介面。

在一些實施例中，本發明係關於一種包含一活塞及一密封環總成之活塞總成。活塞包含一環溝槽。密封環總成經配置在環溝槽內，且包含一第一環及一第二環。第一環包含軸向向後延伸之一延伸部，該延伸部包含一徑向向外表面。第二環包含經構形以介接至延伸部之徑向向外表面之徑向內表面。密封環總成亦包含沿著延伸部之徑向外表面及第二環之內部徑向表面之至少一者在方位角上延伸之一溝槽。在一些實施例中，活塞係一敞口式活塞。

在一些實施例中，本發明係關於一種包含一氣缸、一活塞及一密封環總成之裝置。氣缸包含一孔徑。活塞包含一環溝槽，且經構形以沿著孔徑之一軸在孔徑內行進。密封環總成經配置在環溝槽內，且包含一第一環及一第二環。第一環包含軸向向後延伸之一延伸部，該延伸部包含一徑向向外表面。第二環包含經構形以介接至徑向向外表面之一內部徑向表面。密封環總成亦包含沿著延伸部之徑向外表面及第二環之內部徑向表面之至少一者在方位角上延伸之一溝槽。在一些實施例中，密封環總成經構形以在孔徑與活塞之間進行密封。例如，密封環總成經構形以將孔徑中之一高壓區與孔徑中之一低壓區密封開來。

圖17展示根據本發明之一些實施例之包含用於壓力鎖定之一特徵件之闡釋性密封環總成1700之一橫截面視圖。為了清楚起見，在圖17中提供座標軸1770 (即，徑向)及1772 (即，軸向)。密封環總成1700經構形以配置在活塞1710之一環溝槽中。

用於壓力鎖定之特徵件(即，溝槽1780，如圖17中闡釋性地展示)可有助於在操作期間將密封環總成1700維持在一預期構形，此在本文中被稱為壓力鎖定。在操作期間(例如，在包含一活塞及氣缸總成之一裝置中)，溝槽1780可經構形以包含處於接近密封環總成1700之一低壓邊界之一壓力之一壓力之氣體。例如，在操作期間，溝槽1780可達成或幾乎達成密封環總成1700之後部處之一低壓區(例如，低壓區1711)之一壓力。儘管溝槽1780被繪示為與前環1720成一體，然溝槽1780亦可被包含在後環1730或前環1720及後環1730兩者中。此外，溝槽1780可被替換為經構形以將壓力施加至密封環總成之適合面之任何適合凹槽。例如，根據本發明，一凹槽可包含具有任何適合幾何性質之任何適合形狀。

為了繪示，在缺乏溝槽1780之情況下，當「雙環」(例如，密封環總成1700)磨損時，後環1730可傾向於以比前環1720更快之一速率磨損。此係歸因於壓力沿著密封環總成1700之軸向長度軸向地下降(例如，從左至右下降，如由指向下之頂部箭頭1790繪示)。因此，後環之外側上之壓力低於峰值壓力(例如，在高壓區1713中)。如果高壓氣體進入前環1720與後環1730之間(例如，且因此將環1730之後段曝露於高壓區1713之一壓力)，則後環1730將傾向於比前環1720更強烈地徑向向外偏置。當後環1730以一較大速率磨損時，後環段之間之一間隙將敞開。接著，來自高壓區之氣體更容易進入該等段之間，從而增加向外力，且可發生一失控狀況。此外，從高壓區1713至間隙中之氣體流動可被特性化為洩漏經過密封。

在一些實施例中，在前環1720及後環1730之間之徑向介面處在該等環之一者中形成(例如，切割)一溝槽(例如，溝槽1780)。溝槽可被包含在前環1720之外表面、後環1730之內表面或兩者處之介面中。在一些實施例中，溝槽以後環1730中之一裂縫為中心且敞開至其。溝槽1780之端部在到達前環1720中之裂縫之前封閉。當密封環總成1700在操作中(例如，在一活塞-氣缸裝置中)時，後環1730中之裂縫處於低壓，此係因為其敞開至密封環總成1700之後部且與密封環總成1700之前部封閉開來。因此，兩個環之間之溝槽1780亦處於低壓，從而確保前段與後段之間之一低壓，此有助於其等保持徑向鎖定在一起。

闡釋性徑向壓力場1790 (即，徑向向內作用)及1792 (即，徑向向外作用)可在操作期間作用於密封環總成1700上。徑向壓力場1792經徑向向外引導，且由來自作用於密封環總成1700之徑向內表面上之一高壓區之氣體產生。徑向壓力場1790經徑向向內引導，且由密封環總成1700與一氣缸之一對應孔徑之間之空隙中之氣體產生。

圖18展示根據本發明之一些實施例之圖17之闡釋性密封環總成1700之一橫截面視圖，其展示後環間隙1830。圖18係自圖17之區段1799展示(即，在與軸1770之方向相反之一徑向向內方向上觀察)。溝槽1780敞開至低壓區1711，且藉由前環1720與高壓區1713密封開來。

圖19展示根據本發明之一些實施例之闡釋性密封環總成1900之後面之一視圖。密封環總成1900包含環段1932、1934、1936及1938以及間隙蓋元件1942、1944、1946及1948。

環段1932與1938之間之介面之面1937 (例如，在間隙蓋元件1946之軸向前方且面向軸向後方)標稱地係垂直於環之軸之一平坦平面。如圖19中展示，環段1936與1938之間之介面之側1935關於行進穿過環中之徑向裂縫之中心之一平面對稱。間隙蓋元件1942、1944、1946及1948之側無需對稱，但為了清楚起見被展示為對稱。該等側一起形成在環之徑向內表面處最寬且在徑向外表面處最窄之一夾角(例如，圖19中之夾角1939係由間隙蓋元件1936形成)。間隙蓋元件1946與環段1936及1938之間之配合表面可包含至少一個凹槽，該凹槽經構形以敞開至一低壓區且不敞開至一高壓區(例如，與高壓區密封開來)。例如，凹槽可被包含在側1935、前面、間隙蓋元件1946之對應配合表面或其等之任何組合中。類似地，一凹槽可被包含在闡釋性環段1932、1934、1936及1938之任一者與適合間隙蓋元件1942、1944、1946及1948之間之任何適合密封表面中。 態樣

在一些實施例中，本發明之特徵件經構形以在不依賴潤滑劑且無關於接觸表面之組成之情況下減小乾式密封中之摩擦。此等特徵件實質上不依賴於可用於減小摩擦之大的氣室。實情係，饋入體用作將氣體分佈至表面接觸微凸體中之歧管。另外或替代地，此等特徵件依賴於接觸介面中之氣體流動來抵消表面之間之接觸壓力，而非饋入至非接觸表面中之氣體，且提供基於通過接觸微凸體之流動之物理性質來操作之一結構，且可基於此流動來定製一給定密封介面處之接觸壓力。

在一闡釋性實例中，本發明之特徵件之一些態樣無需潤滑劑。本文中描繪之特徵件可獨立於材料或表面接觸。併入本發明之特徵件可導致密封接觸表面區域之最小或其他有限減小。此等特徵件亦容許定製局部接觸壓力以及平均接觸壓力，且亦容許添加至環組(例如，密封環總成)之最小或其他減小氣體體積。代替環或除環之外，可將本發明之特徵件之額外或替代特徵件增設至活塞凸台。

將理解，本發明不限於本文中描述之實施例，且可在任何適合系統之內容脈絡中實施。在一些實施例中，本發明適用於線性發電機。在一些實施例中，本發明適用於往復式引擎及壓縮機。在一些實施例中，本發明適用於自由活塞引擎及壓縮機。在一些實施例中，本發明適用於燃燒及反應裝置，諸如一往復式引擎及一自由活塞引擎。在一些實施例中，本發明適用於非燃燒及非反應裝置，諸如往復式壓縮機、自由活塞熱引擎及自由活塞壓縮機。在一些實施例中，本發明適用於例如在一相對高壓區與一相對低壓區之間具有密封之氣體彈簧。在一些實施例中，本發明適用於無油往復式及自由活塞引擎及壓縮機。在一些實施例中，本發明適用於具有內部或外部燃燒或反應之無油自由活塞引擎。在一些實施例中，本發明適用於使用壓縮點火、化學點火(例如，曝露於一催化表面、自燃點火)、電漿點火(例如，火花點火)、熱點火、用於點火之任何其他適合能量源或其等之任何組合來操作之無油自由活塞引擎。在一些實施例中，本發明適用於使用氣體燃料、液體燃料或兩者來操作之無油自由活塞引擎。在一些實施例中，本發明適用於線性自由活塞引擎。在一些實施例中，本發明適用於可為具有內部燃燒/反應之內燃機或具有外部供熱(例如，來自諸如廢熱之一熱源或諸如燃燒之一外部反應)之任何類型之熱機之引擎。

前文僅繪示本發明之原理，且熟習此項技術者可在不脫離本發明之範疇之情況下做出各種修改。上文描述之實施例係出於繪示且非限制之目的而呈現。本發明亦可採取除本文中明確描述之形式之外之許多形式。因此，強調本發明不限於明確揭示之方法、系統及設備，而旨在包含對其等之變化及修改。以下編號之段落描述本發明之一些態樣。

100:活塞及氣缸總成 110:活塞總成 120:密封環總成 122:密封環溝槽 126:活塞 150:高壓區 160:氣缸 162:孔徑 170:低壓區 180:軸 182:參考軸 200:情境 202:環 204:表面 206:活塞 208:摩擦力 210:氣體壓力 212:氣缸/氣缸壁 216:氣體洩漏軌跡 218:環-氣缸接觸開口 220:外表面 244:徑向方向 300A:情境 300B:情境 302A:環 302B:環 304A:高徑向表面區域/高壓表面區域 304B:低徑向表面區域/低壓表面區域 304C:高徑向表面區域/高壓表面區域 304D:低壓曝露區域 306:環軌跡/活塞軌跡 400:情境 402:環 404:氣室 500:總成 502:第一環段 504:第二環段 506:接觸表面 600:圖表 602:正規化氣體壓力 604:距離 606:密封介面 608:聚焦視圖 610:環表面輪廓 612:活塞表面輪廓 614:高壓邊緣 616:低壓邊緣 700:側視圖 702A:孔陣列 702B:孔陣列 704A:微凸體壓力圖表 704B:微凸體壓力圖表 706:高壓饋入體 708:低壓排氣孔 710:流 712:通道 800:總成 802:特徵件 804:環表面 806:圖表 810:環段 900:密封總成 902:密封介面/接觸表面 904:環段 905:抗摩擦特徵件 906:楔形物 908:環段 912:排氣孔 1000:裝置 1010:自由活塞總成 1012:密封環總成 1014:活塞 1020:自由活塞總成 1022:密封環總成 1024:活塞 1030:氣缸 1032:孔徑 1034:透氣埠 1035:透氣埠 1050:線性電磁機 1051:磁體區段 1052:定子 1055:線性電磁機 1056:磁體區段 1057:定子 1060:氣體區 1062:氣體區 1070:氣體區 1072:軸 1080:氣體彈簧 1081:密封環總成 1082:活塞 1083:氣體區 1084:氣體區 1085:氣體彈簧 1086:密封環總成 1087:活塞 1088:氣體區 1089:氣體區 1100:密封方法 1102:步驟 1104:步驟 1106:步驟 1108:步驟 1110:步驟 1112:步驟 1200:密封環總成 1222:第一環段 1224:第一環段 1228:延伸部 1229:延伸部 1232:第二環段 1234:第二環段 1250:間隙 1251:間隙 1300:密封環總成 1310:活塞 1311:低壓區 1313:高壓區 1320:前環 1330:後環 1340:合力 1380:溝槽 1390:頂部箭頭/徑向壓力場 1392:徑向壓力場 1400:密封環總成 1410:活塞 1420:前環 1430:後環 1439:面 1440:合力 1460:溝槽 1461:通道 1470:座標軸 1472:座標軸 1480:溝槽 1490:徑向壓力場 1492:徑向壓力場 1520:第一環 1530:第二環 1550:部分 1560:特徵件/氣室 1562:孔口 1564:凹槽 1570:區段 1572:方向 1700:密封環總成 1710:活塞 1711:低壓區 1713:高壓區 1720:前環 1730:後環 1770:座標軸 1772:座標軸 1780:溝槽 1790:頂部箭頭/徑向壓力場 1792:徑向壓力場 1799:區段 1830:後環間隙 1900:密封環總成 1932:環段 1934:環段 1935:側 1936:環段 1937:面 1938:環段 1939:夾角 1942:間隙蓋元件 1944:間隙蓋元件 1946:間隙蓋元件 1948:間隙蓋元件

根據一或多項各種實施例，參考下圖詳細描述本發明。圖式僅出於繪示目的而提供，且僅描繪典型或實例實施例。此等圖式經提供以促進對本文中揭示之概念之理解，且不應被視為限制此等概念之廣度、範疇或適用性。應注意，為清楚及易於繪示起見，此等圖式不一定按比例繪製。

圖1展示根據本發明之一些實施例之一闡釋性活塞及氣缸總成之一橫截面視圖；

圖2展示根據本發明之一些實施例之歸因於摩擦鎖定之一闡釋性環密封失效；

圖3展示根據本發明之一些實施例之具有低及高縱橫比之環徑向運動之實例；

圖4展示根據本發明之一些實施例之使用一氣室之環徑向運動之一實例；

圖5展示根據本發明之一些實施例之用於減小分段環組中之摩擦力之一氣室之一實例；

圖6展示根據本發明之一些實施例之一線性發電機循環中之峰值壓力點處之一表面接觸之微凸體之間之模擬氣體壓力；

圖7展示根據本發明之一些實施例之具有不同堆積密度之通孔饋入型樣之兩個實例；

圖8展示根據本發明之一些實施例之應用在一環-活塞密封介面處之特徵件之一實例；

圖9展示根據本發明之一些實施例之應用在兩個環之間之介面處之特徵件之一實例；

圖10展示根據本發明之一些實施例之包含兩個活塞總成之一闡釋性引擎之一橫截面視圖，各活塞總成包含一密封環總成；

圖11係根據本發明之一些實施例之用於密封一活塞-氣缸裝置之一闡釋性技術之一流程圖。

圖12展示根據本發明之一些實施例之一闡釋性密封環總成之一透視圖；

圖13展示根據本發明之一些實施例之包含用於壓力鎖定之一特徵件之一闡釋性密封環總成之一橫截面視圖；

圖14展示根據本發明之一些實施例之包含用於壓力鎖定之一特徵件及用於平衡徑向力之一特徵件之一闡釋性密封環總成之一橫截面視圖；

圖15展示根據本發明之一些實施例之包含用於平衡徑向力之一特徵件之一闡釋性密封環總成之一部分之一透視圖；

圖16展示根據本發明之一些實施例之圖13之闡釋性密封環總成之一部分之一透視圖，其包含用於平衡徑向力之一特徵件；

圖17展示根據本發明之一些實施例之包含用於壓力鎖定之一特徵件之一闡釋性密封環總成之一橫截面視圖；

圖18展示根據本發明之一些實施例之圖17之闡釋性密封環總成之一橫截面視圖，其展示一後環間隙；及

圖19展示根據本發明之一些實施例之一闡釋性密封環總成之後面之一視圖。

206:活塞

404:氣室

500:總成

502:第一環段

504:第二環段

506:接觸表面

Claims (30)

1. 一種密封環總成，其經構形以抵靠一氣缸之一孔徑進行密封，該密封環總成包括： 一環段，其包括經構形以與該孔徑形成一密封介面之一第一表面；及 一特徵件，其經構形以接收從一高壓區傳遞之流體，其中該特徵件經配置在該環段之一第二表面上，該第二表面至少部分敞開至該環段之一第三表面。
2. 如請求項1之密封環總成，其中該第二表面垂直於該第一表面。
3. 如請求項1之密封環總成，其中該第三表面背對該第一表面。
4. 如請求項1之密封環總成，其中該特徵件包括至少一個通道。
5. 如請求項1之密封環總成，其中該特徵件經構形以減小該第二表面與經配置以接觸該第二表面之一活塞表面之間之一摩擦力。
6. 如請求項1之密封環總成，其中該環段係一第一環段，該密封環總成進一步包括： 一第二環段，其經配置以與該第一環段之一第四表面介接；及 一氣室特徵件，其在該第二環段之一表面上，其中該第二環段之該表面與該第一環段形成一接觸介面。
7. 如請求項6之密封環總成，其中該氣室特徵件經構形以減小該第一環段與該第二環段之間之一摩擦力。
8. 如請求項1之密封環總成，其中該環段係一第一密封元件，該密封環總成包括： 一第二密封元件，其經配置在該第一密封元件之軸向前方；及 一摩擦減小特徵件，其經構形以減小一摩擦力，其經配置在該第一密封元件與該第二密封元件之間之一介面處，其中該摩擦減小特徵件經構形以接收來自該高壓區之該流體。
9. 如請求項1之密封環總成，其中該特徵件包括該第二表面與經配置以接觸該第二表面之一活塞表面之間之一通道。
10. 如請求項1之密封環總成，其中該特徵件回應於接收來自該高壓區之該流體而減小一軸向方向上之一接觸力。
11. 如請求項1之密封環總成，其中當至少部分填充有來自該高壓區之該流體時，該特徵件減小該第二表面與一活塞之一表面之間之一接觸力。
12. 一種沿著一氣缸之一孔徑平移之一活塞總成之密封環總成，該密封環總成包括： 一密封元件，其與該活塞總成之一第一表面接觸，其中該密封元件之一第二表面抵靠該孔徑形成一密封，其中： 一摩擦減小特徵件位於該第一表面上；且 該第二表面在操作期間不具有一液體潤滑劑或油。
13. 如請求項12之密封環總成，其中該活塞總成包括一環溝槽，且其中該密封環總成經配置在該環溝槽中。
14. 如請求項13之密封環總成，其中該活塞總成之該第一表面包括該環溝槽。
15. 如請求項12之密封環總成，其中該第二表面近似垂直於該第一表面。
16. 如請求項12之密封環總成，其中該摩擦減小特徵件包括一氣室。
17. 如請求項12之密封環總成，其中該摩擦減小特徵件包括一組通道，該組通道經配置以接收來自一高壓區之流體以減輕該密封元件與該活塞總成之間之一接觸力。
18. 如請求項12之密封環總成，其中該密封元件係一第一密封元件，該密封環總成進一步包括： 一第二密封元件，其經配置以在該第一密封元件之一第三表面處與該第一密封元件介接；及 一摩擦減小特徵件，其位於該第二密封元件之一表面上。
19. 如請求項18之密封環總成，其中該摩擦減小特徵件經構形以接收來自一高壓區之流體。
20. 如請求項18之密封環總成，其中該摩擦減小特徵件經構形以減小該第一密封元件與該第二密封元件之間之一摩擦力。
21. 如請求項12之密封環總成，其中該摩擦減小特徵件包括經構形以減小該第一表面與該密封元件之間之一接觸區域之一凹槽。
22. 如請求項12之密封環總成，其中該摩擦減小特徵件回應於接收來自一高壓區之流體而減小一徑向方向上之一接觸力。
23. 如請求項12之密封環總成，其中當至少部分填充有從一高壓區傳遞之流體時，該摩擦減小特徵件減小該第一表面與該密封元件之一表面之間之一接觸力。
24. 一種裝置，其包括： 一氣缸，其包括一孔徑； 一平移器，其包括經配置以在無需一液體潤滑劑或油之情況下沿著該孔徑移動之一活塞，其中該活塞包括一環溝槽； 一密封元件，其經配置在該環溝槽中以在一第一介面處抵靠該環溝槽進行密封，且在一第二介面處抵靠該氣缸之該孔徑進行密封；及 一特徵件，其經配置在該第一介面處，該特徵件減小該密封元件與該環溝槽之間之摩擦。
25. 如請求項24之裝置，其中： 該密封總成包括在一第三介面處抵靠彼此密封之一第一段及一第二段； 該特徵件係一第一特徵件；且 一第二特徵件經配置在該第二介面處，該第二特徵件減小該第一段與該第二段之間之摩擦。
26. 如請求項24之裝置，其中： 該密封元件界定一低壓區及一高壓區； 該活塞經歷沿著該孔徑之連續衝程； 在各連續衝程之至少一些期間，流體從該高壓區流動至該特徵件； 在各衝程之至少一些期間，該流體從該特徵件流動至該第一介面；且 在各衝程之至少一些期間，該流體從該第一介面流動至該低壓區。
27. 如請求項24之裝置，其中該特徵件包括一組通道，該組通道經配置以接收來自該氣缸之一高壓區之流體以減輕該密封元件上之一接觸力。
28. 如請求項24之裝置，其中該特徵件減小該密封元件上之一接觸力以減小該密封元件上之一摩擦力。
29. 如請求項24之裝置，其中該特徵件包括經構形以接收從一高壓區傳遞之流體之一氣室。
30. 如請求項24之裝置，其中該密封元件包括至少一個摩擦減小特徵件、至少一個壓力補償特徵件及至少一個壓力鎖定特徵件。

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