WO2011094906A1 - 末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 - Google Patents

末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 Download PDF

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WO2011094906A1
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closed
half step
side wall
concave
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Inventor
李霄伟
李霄瀚
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Li Xiaowei
Li Xiaohan
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/14—Joint-closures

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of internal combustion engine production, and particularly relates to a terminal asymmetric complementary closed piston ring which can improve the airtightness of an internal combustion engine cylinder, prolong the use time of the piston ring, reduce the fuel consumption and increase the power of the internal combustion engine. Background technique
  • the piston ring is the main structure for the internal combustion engine system to maintain the airtightness of the cylinder, and plays a key role in maintaining the effective pressure in the cylinder and the utilization of fuel heat.
  • the piston ring is designed to have a completely broken slit (opening) based on the installation requirements and to avoid the expansion of the metal, resulting in an increase in the outer diameter of the piston ring, which may cause the piston ring to be stuck.
  • the gap and the opening are convex and concave stepped openings. Two semi-closed ring structures that overlap each other.
  • the gas in the cylinder can also enter the backside gap through the upper side of the piston ring gap, and then enter the piston ring opening gap and the lower side gap to leak downward.
  • the slit of the piston ring will gradually increase with the outer diameter of the piston ring and the inner wall of the cylinder, so that more gas in the cylinder is leaked, resulting in further reduction of fuel heat utilization and engine power.
  • the designer developed a kind of terminal asymmetric complementary closed wear-resistant piston ring after long-term design principle research and a large number of related tests. It overcomes the shortcomings of the existing piston ring end bonding technology, greatly improves the heat energy utilization rate of the internal combustion engine, prolongs the use time of the internal combustion engine, and at the same time maintains a stable working state for a long time. Disclosure of invention
  • the technical solution adopted by the present invention to solve the technical problem is as follows:
  • the two ends of the piston ring are designed as a combination of two sets of semi-convex concave and full convex and concave complementary.
  • the first set of convex and concave combination structures is: a concave half step at one end of the piston ring and a corresponding inverted convex half step at the other end of the piston ring, which together form a closed structure.
  • the closed structure can prevent the gas in the cylinder from leaking downward to the bottom of the piston, and leaking under the piston through the back gap of the piston ring and the gap of the lower side;
  • the second set of convex and concave combination structure is: the front lower half of the gap adjacent to the concave half step The combination of the half step and the lower end of the other end of the piston ring can prevent the gas in the cylinder from leaking to the underside of the piston through the back gap of the upper piston ring and the back gap of the piston ring joint; the two sets of convex and concave combined structures constitute the piston ring A fully closed junction at the end.
  • the beneficial effect of the end asymmetric complementary closed wear-resistant piston ring of the invention is that: the compression stroke and the work stroke of the working gas in the working of the internal combustion engine can no longer be discharged through the piston ring notch, thereby reducing the fuel consumption. And improve the engine output power; at the same time, the piston ring will not be stuck due to high temperature expansion, and can automatically compensate to increase the piston ring opening gap caused by the increase of cylinder wall and piston ring wear caused by long-term use of the engine, and maintain engine consumption. Long-term stability of oil quantity and power.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS 1 is a schematic view showing the two end structures of an end asymmetric complementary closed wear-resistant piston ring of the present invention.
  • FIG. 2 is a top plan view showing the working state of the end asymmetrically closed closed wear-resistant piston ring of the present invention.
  • 3 is a front elevational view showing the working state of the end asymmetrically closed closed wear-resistant piston ring of the present invention.
  • Figure 4 is a front elevational view and a top view of the A side end of the end asymmetrically closed closed wear-resistant piston ring of the present invention.
  • Figure 5 is a front elevational view and a top view of the B-side end of the end asymmetrically closed closed wear-resistant piston ring of the present invention.
  • Fig. 6 is a horizontal sectional view showing the relationship between the end asymmetric piston-type wear-resistant piston ring and the inner wall of the cylinder and the piston on the upper surface of the piston ring.
  • Figure 7 is a horizontal cross-sectional view showing the relationship between the end asymmetrically closed closed wear-resistant piston ring of the present invention and the inner wall of the cylinder and the piston in the concave half-step (2) plane of the piston ring.
  • the shape of the finished product after the completion of the piston ring is different from that when it is installed in the cylinder and is in the working condition of the piston ring groove of the piston.
  • the piston ring is finished with an elliptical ring with an opening with two separate free ends.
  • Fig. 2 and Fig. 3 when the piston ring is fitted into the piston ring groove on the piston and inserted into the cylinder, the two ends are closed.
  • the present invention processes one end of the piston ring (A) with a concave half step (2), an upper closed side wall (3) and a lower closed side wall (4).
  • the combined structure, and the other end (B) is processed into a combined structure of a convex half step (5) and a half step (6) which are completely complementary to the end (A). Asymmetry on both ends when mounting the piston ring to the working position
  • the complementary closed structure can close the open gap of the upper and lower sides into a blind cavity structure that opens in one direction.
  • the open gap (8) at the end of each side of the piston ring mounted in the groove of the piston ring is closed.
  • the mutual embedded structure formed by the combination of the concave half step (2) of the end (A) and the convex half step (5) of the other end (B) prevents gas in the upper cylinder from leaking under the piston.
  • the closed structure of the upper closed side wall (4) on the end (A) side and the raised half step (6) on the end (B) side prevents the gas in the cylinder from leaking into the piston ring groove through the upper opening gap (8) Backside clearance.
  • the convex half step (6) and the concave half step upper side wall (3) leave a structural gap (8) to prevent the piston ring from being stuck due to thermal expansion.
  • the inner opening gap (9) and the lower opening gap (10) at the ends of the piston rings installed in the inner groove of the piston ring are closed.
  • the closed structure of the lower closed side wall (5) on the end (A) side and the half step (7) on the other end (B) can prevent the gas in the cylinder from passing through the side gap of the upper piston ring and the back side of the piston ring Clearance (13)—The inside opening gap (9) leaks under the piston.
  • the lower opening gap (10) communicates only with the lower side of the piston ring, and is closed to the upper side of the piston ring and the back side of the piston ring.
  • the invention is applicable to the technical field of internal combustion engine production, and the piston ring produced according to the invention can make the compression stroke and the power stroke of the working gas in the working of the internal combustion engine no longer escape through the piston ring notch, reduce the fuel consumption and improve the engine. Output power; at the same time, the piston ring will not be stuck due to high temperature expansion.
  • the automatic extension can compensate for the increase of the piston ring opening gap caused by the increase of the cylinder wall and the piston ring wear caused by the long-term use of the engine, and maintain the long-term stability of the engine fuel consumption and power.

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Description

末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环
技术领域
本发明属于内燃机生产技术领域，具体涉及一种可以长期提高内燃机气 缸密闭性， 延长活塞环使用时间， 降低燃油消耗量和增加内燃机动力的末端 非对称互补闭合式活塞环。 背景技术
长期以来， 内燃机的研究重点是提高内燃机工作效率， 降低内燃机耗油 量和延长内燃机使用时间。 现有技术多采用增加气缸内空气进气量， 提高零 件加工精度， 改善喷油形式， 优化活塞设计等途径实现。 活塞环是内燃机系 统保持气缸气密性的主要结构， 在保持气缸内有效压力和燃油热能利用率方 面起到关键作用。 活塞环基于安装需要和避免金属受热膨胀， 导致活塞环外 径增大而可能引起活塞环卡死两方面的原因而被设计为有完全断开的切口 (开口） 间隙和开口为凸凹形阶梯口式相互搭接的半封闭的两种环形结构。
传统的活塞环基本结构已经使用了上百年时间， 几乎没有改进空间， 我 们通过对活塞、 活塞环、 活塞环槽进行气道分析后注意到： 当活塞环被安装 到活塞上的活塞环槽内工作位置时， 活塞环上依然留有结构性的上下互通开 口间隙通道、 或经活塞环（阶梯口式)上方横向开口间隙一活塞环背侧间隙一 活塞环下方横向开口间隙通道。 在内燃机工作时， 气缸内的气体可以通过活 塞环的开口间隙向下泄漏， 同时， 进入开口间隙的气体还可以经过活塞环的 背侧间隙和下方的侧面间隙向下泄漏。 在压缩冲程中， 气缸内的气体还可以 通过上方的活塞环侧面间隙进入背侧间隙， 再进入活塞环开口间隙和下方的 侧面间隙向下泄漏。 这样使得部分气缸内的气体在压缩冲程和作功冲程中泄 漏而降低了燃油热能利用率和内燃机动力。 随着内燃机工作时间延长， 活塞 环的切口会随着活塞环外径和气缸内壁的磨损而逐步增大， 从而使更多的气 缸内气体外泄而导致燃油热能利用率的进一步降低和内燃机动力明显下降。 为此， 本设计人员经过长期设计原理研究和大量相关试验， 研制发明了 一种末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环。 克服了现有活塞环末端结合技术 的不足， 大大提高了内燃机热能利用率， 延长了内燃机使用时间， 同时还可 以保持长时间持续稳定的工作状态。 发明的公开
本发明的目的在于提供一种具有全闭合性能的， 并能够通过对气缸内壁 和活塞环外缘磨损进行延伸补偿的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 将活塞环的两侧末端设计 成两组半凸凹和全凸凹互补的组合结构。 第一组凸凹组合结构是： 在活塞环 一侧末端处有一个凹面半阶梯， 在活塞环的另一侧末端处有一个相应反向的 凸起半阶梯， 两者共同形成一组闭合结构。 这组闭合结构可以阻止气缸内气 体向下泄漏到活塞下方、经活塞环背侧间隙和下方侧面间隙泄漏到活塞下方； 第二组凸凹组合结构是： 与凹面半阶梯相邻的前下方半缺口和活塞环另一侧 末端下方的半阶梯组合可以阻止气缸内气体经上方活塞环侧面间隙一背面间 隙一活塞环结合部下方开口间隙泄漏到活塞下方； 两组凸凹组合结构共同构 成了活塞环两个末端的全闭合性结合部。 在气缸内壁和活塞环外缘因磨损变 大时， 活塞环的两侧末端结合部的相互嵌入的凸凹组合体的重合接触面可以 进行延伸性补偿， 同时保证活塞环开口结合部位处于密封状态， 达到长期使 活塞环末端结合部位保持闭合状态的目的。
本发明的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环的有益效果是： 可以使工 作气体在内燃机工作的压縮冲程和作功冲程不再经过活塞环切口处无功泄 出， 降低耗油量和提高发动机输出功率； 同时活塞环也不会因高温膨胀而卡 死， 并且可以通过自动延伸来补偿长期使用发动机引发的气缸壁和活塞环磨 损增加造成的活塞环开口间隙增大， 维持发动机耗油量和动力的长期稳定。 附图的简要说明 图 1为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环两个末端结构的示意 图。
图 2为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环工作状态俯视图。 图 3为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环工作状态正视图。 图 4为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 A侧末端正视图和俯 视图。
图 5为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 B侧末端正视图和俯 视图。
图 6为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环装入气缸后与气缸内 壁、 活塞之间关系在活塞环上表面的水平剖面图。
图 7为本发明末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环装入气缸后与气缸内 壁、 活塞之间关系在活塞环凹面半阶梯 （2 ) 平面的水平剖面图。
图中的数字表示： 1.活塞环， 2.凹面半阶梯， 3.凹面半阶梯上侧壁， 4. 上闭合侧壁， 5.下闭合侧壁， 6.凸起半阶梯， 7.半阶梯， 8.上开口间隙， 9. 内开口间隙， 10.下开口间隙， 11.气缸内壁， 12.活塞， 13.活塞环背侧间隙。 实现本发明的最佳方式
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明作进一步的说明， 但它们并不 是对本发明的限定。
活塞环制作完成后的成品形状和安装到气缸内后在活塞的活塞环槽内 处于工作状态时的形状是不一样的。 如图 1所示， 活塞环制作完成后是一个 带有开口的椭圆形环， 它有两个分开的游离末端。 如图 2、 图 3所示， 当把 活塞环装入活塞上的活塞环槽并装入气缸内后， 两个末端就处于闭合状态。 如图 4、 图 5所示， 本发明将活塞环的一侧末端（A)加工为带有一个凹面半 台阶 （2)、 一个上闭合侧壁 （3 ) 和一个下闭合侧壁 （4 ) 的组合结构， 而将 另一侧末端（B)加工为一个与末端（A)完全互补的凸起半台阶（5 )和一个 半台阶（6 )组合结构。 当把活塞环安装到工作位置时， 两侧末端上的非对称 互补闭合结构就可以将上下互通的开口间隙闭合成向一个方向开口的盲腔结 构。
如图 6 所示， 安装在活塞环内槽的活塞环两侧末端上开口间隙 （8) 处 于闭合状态。 末端 （A) 的凹面半阶梯 （2) 与另一侧末端 （B) 的凸起半台阶 ( 5)组合形成的相互嵌入结构阻止上方气缸内的气体泄漏到活塞下方。末端 (A) 侧的上闭合侧壁 （4) 和末端 （B) 侧的凸起半台阶 （6 ) 组合的闭合结 构可阻止气缸内的气体经过上开口间隙（8)泄漏到活塞环槽的背侧间隙。 凸 起半台阶 （6 ) 与凹面半台阶上侧壁 （3 ) 留有一个结构间隙 （8 )， 防止活塞 环因为受热膨胀而卡死。
在末端 （A) 侧的凹面半阶梯 （2 )、 上闭合侧壁 （4 ) 和末端 （B) 侧凸 起半台阶 （5 ) 组合时， 两方均有一定的延伸空间， 在凸起半阶梯 （5) 向 B 侧移位后仍然保持向下、 向内的互补关系。 这样， 就保证了活塞环外缘与气 缸壁内侧长期磨损造成开口间隙 （8 ) 变大后， 仍然保持设计时的密闭状态。
如图 7 所示， 安装在活塞环内槽的活塞环两侧末端的内开口间隙 （9 ) 和下开口间隙 （10) 处于闭合状态。 末端 （A) 侧的下闭合侧壁 （5 ) 与另一 侧末端 （B) 的半台阶 （7 ) 共同组合成的闭合结构可以阻止气缸内的气体经 过上方活塞环侧面间隙一活塞环背侧间隙（13 ) —内侧开口间隙（9) 向活塞 下方泄漏。 下开口间隙 （10) 仅与活塞环下方相通， 与活塞环上方和活塞环 背侧间隙呈密闭状态。
同样， 末端（A)侧的下闭合侧壁（5 ) 与另一侧末端 （B) 的半台阶（7 ) 组合时， 两方均留有一定的延续空间， 在内侧开口间隙（9 )增大后仍然保持 向外的互补关系。 气缸内气体不会经过上述途径泄漏到活塞下方。 工业应用性
本发明适用于内燃机生产技术领域， 依本发明生产的活塞环可以使工作 气体在内燃机工作的压縮冲程和作功冲程不再经过活塞环切口处无功泄出， 降低耗油量和提高发动机输出功率； 同时活塞环也不会因高温膨胀而卡死， 并且可以通过自动延伸来补偿长期使用发动机引发的气缸壁和活塞环磨损增 加造成的活塞环开口间隙增大， 维持发动机耗油量和动力的长期稳定。

Claims

权 利 要 求
1、一种末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环（1 )， 其特征是在活塞环的 一侧末端 （A) 和另一侧末端 （B) 有非对称互补闭合式半阶梯， 该互补关系 不会在增加或减小活塞环的宽度和厚度条件下改变，相互组合后可以阻断活 塞环上方气体经过活塞环两末端结合部开口间隙泄漏。
2、 根据权利要求 1 所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 )， 其特征是： 所述的活塞环一侧末端（A)有凹面半阶梯（2)、 凹面半阶梯上侧 壁 （3)、 上闭合侧壁 （4)、 下闭合侧壁 （5 )。
3、 根据权利要求 2所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 )， 其特征是： 该凹面半阶梯 （2 ) 外侧缘的弧度与活塞环的设计弧度相同，内侧 缘的弧度与凸起半阶梯 （6 ) 的内侧缘弧度相同；凹面半阶梯与凹面半阶梯上 侧面（3 )和上闭合侧壁（4)相邻， 在与凹面半台阶上侧面（3 )相对的凹面 半阶梯 （2) 的另一端下方有一个凹面半阶梯 （2 ) 下侧面。
4、 根据权利要求 2所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 )， 其特征是： 该上闭合侧壁（4) 与活塞环末端（B) 的凸起半台阶（6) 的弧度 相同， 两末端结合时形成闭合关系。
5、 根据权利要求 2所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 )， 其特征是： 该末端上的凹面半阶梯 (2)，凹面半阶梯上侧面 （3 )、 上闭合侧壁
(4)、 另一侧末端 (B)上的凸起半阶梯 （6 )， 与气缸内壁 （11 )、 共同组成向 活塞环上方开口的闭合盲腔状上幵口间隙 （8) ；同时， 凹面半阶梯下侧面与 活塞环末端 （B) 的半台阶 （7 ) 共同构成向活塞环下方开口的闭合盲腔状下 开口间隙 （10)。
6、 根据权利要求 1 所述的末端非对称闭合式耐磨损活塞环 （1 )， 其特 征是： 所述的活塞环另一侧末端 （B) 有凸起半阶梯 （6) 和半阶梯 （7)。
7、 根据权利要求 6所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 ) ， 其特征是： 该凸起半阶梯 （6 ) 的高度小于活塞环的宽度， 外侧缘弧度与活塞 环设计弧度相同， 内侧缘与上闭合侧壁 (4)弧度互补，当凸起半阶梯（6)与上 闭合侧壁 （4) 结合时， 无间隙存在。
8、 根据权利要求 7所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 ) ， 其特征是： 该凸起半阶梯 （6 ) 的高度加上凹面半阶梯 （2 ) 的高度等于活塞 环的宽度， 相邻时无间隙存在。
9、 根据权利要求 8所述的末端非对称互补闭合式耐磨损活塞环 （1 ) ， 其特征是： 该半阶梯 （7 ) 的内侧缘弧度与下闭合侧壁 (4)的弧度互补， 相邻 时无间隙存在； 并且半阶梯 （7) 的内侧面、 下闭合侧壁 （5 ) 的前侧面共同 构成向活塞环背侧间隙开口的闭合盲腔状内开口间隙 （ 9 ) '。
10、 根据权利要求 1所述的末端非对称闭合式耐磨损活塞环（1 ) ， 其特 征是： 两侧末端（A、 B) 结合部有防止膨胀卡环的上开口间隙（8) 、 内开口 间隙（9 )和下开口间隙（10)组成三个开口间隙的凸凹结构均有一定的伸缩 空间，当上开口间隙 （8 ) ，内开口间隙 （9) ，下开口间隙 （10) 宽度增大时， 仍然能够保持密闭的闭合盲腔结构。
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