專利名稱：一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種活塞環(huán)組，具體說是一種滿足國家第二階段排放標準的單缸風冷柴 油機活塞環(huán)組。
背景技術：
目前國內的單缸風冷柴油機年產量為200萬臺左右，由于油耗低、可靠性高、外形 小巧美觀，因而具有良好的發(fā)展前景，最近幾年正處于高速增長期。單缸風冷柴油機屬 于非道路用移動機械，主要用于園林機械、發(fā)電機組、農業(yè)機械等，所排放的尾氣包括 NOx、 HC、 C0、 PM (顆粒)等污染物，根據GB20891-2007《非道路移動機械用柴油機排 氣污染物排放限值及測量方法(中國I 、 II階段)》要求，2010年10月1日以后，所有 制造和銷售的非道路移動機械用柴油機，其排氣污染物必須符合本標準第二階段的排放 要求。
活塞環(huán)在內燃機上的功能是密封高壓燃氣、刮除多余機油、導出熱量、支撐活塞， 任何一項功能的失效都會影響整機的使用性能。據資料介紹，34%左右的顆粒排放物是 由機油造成的，因此隨著排放法規(guī)的升級，活塞環(huán)的設計越來越重視刮油能力的提升， 降低機油耗是降低顆粒排放的必要條件。
經調查，現有單缸風冷柴油機活塞環(huán)組沿用了傳統(tǒng)單缸水冷柴油機活塞環(huán)組的設計， 即兩道氣環(huán)和一道油環(huán)，其結構配置是
第一道氣環(huán)合金鑄鐵材料，工作面鍍鉻的桶面環(huán)；
第二道氣環(huán)合金鑄鐵材料，錐面環(huán)；
油環(huán)合金鑄鐵材料、工作面鍍鉻、內撐等節(jié)距不經圈定型處理的螺旋撐簧。 現有技術主要存在著耐磨性差、刮除機油能力弱、顆粒排放超標的問題。原因是
a、 現行的設計控制機油消耗能力較弱，特別是長時間使用后機油耗將急劇上升， 不能滿足第二階段排放要求；
b、 風冷柴油機冷卻效果不如水冷柴油機，活塞環(huán)上的溫度更高更容易發(fā)生過度磨 損；
c、 螺旋撐簧的切向彈力消失率大， 一般達到25%以下，將造成油環(huán)的彈力減小過 多進而造成機油耗高；d、 油環(huán)本體的彈簧槽開口處易發(fā)生竹節(jié)狀磨損，造成彈力下降、使用壽命縮短。
e、 風冷柴油機經常在干旱多塵的環(huán)境下工作，存在更大的磨粒磨損風險。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種滿足國家第二階段排 放標準的單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，達到既能降低機油消耗，又能增強活塞環(huán)耐磨性的
目的，同時成本上漲幅度不大。
技術方案為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案 一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，包括第一道氣環(huán)、第二道氣環(huán)和油環(huán)；所述的第一
道氣環(huán)為外圓工作面鍍鉻并做滲陶瓷處理的桶面環(huán)；第二道氣環(huán)為外圓工作面氮化的錐
面環(huán)；油環(huán)為外圓工作面鍍鉻并滲陶瓷處理的螺旋撐簧油環(huán)。
本發(fā)明中，第一道氣環(huán)外圓的下棱邊設有倒角，所述倒角的軸向高度為0 0.15mm。
本發(fā)明中，所述的螺旋撐簧油環(huán)的刮油邊寬度為0.25土0.07mm。
本發(fā)明中，所述的油環(huán)的內撐彈簧為變節(jié)距彈簧。
本發(fā)明中，所述的變節(jié)距彈簧為自由狀態(tài)下呈圓形的圈定型彈簧。
有益效果(1)第一道氣環(huán)外圓下棱邊采用小倒角設計，可保持極好的封氣和刮油
能力，僅此一點，可降低機油消耗10%以上。
(2) 第一道氣環(huán)直接承受高溫高壓并且潤滑效果較差；油環(huán)最靠近油底殼，機 油的金屬碎屑及其它雜質等磨粒較多，這兩道環(huán)最容易發(fā)生早期磨損，因此對其外圓鍍 鉻并滲陶瓷處理以提高耐磨粒磨損的能力。這種處理能夠滿足更長時間的使用壽命，能 夠保證在干旱多風沙的工作環(huán)境下的使用性能。
(3) 第二道氣環(huán)外圓工作面氮化處理，表面顯微硬度穩(wěn)定達到500HV(u以上，而 普通不經氮化處理的環(huán)其表面顯微硬度為350 HV (m左右，氮化環(huán)的耐磨能力是普通非 氮化環(huán)的2倍，這樣可保持長時間穩(wěn)定的使用效果。
(4) 油環(huán)的窄形刮油邊設計可保持低彈力高面壓效果，達到良好的刮油能力和較低 的摩擦功耗，有利于機油耗和燃油耗的同時降低。
(5) 螺旋撐簧與油環(huán)本體之間也存在著相互磨損，并且這種磨損主要發(fā)生在環(huán)體開 口部位，采用變節(jié)距彈簧，即彈簧中部的節(jié)距較小，其余部分節(jié)距正常，將密節(jié)距段裝 配于環(huán)體開口處，這增加了彈簧與環(huán)體的接觸面積，降低了接觸壓力，因而大大降低了 這種磨損，其耐磨性是等節(jié)距的2倍以上。
(6) 對螺旋撐簧進行圈定型處理，通過產生部分塑性變形的熱處理來降低或消除撐簧加工過程中的殘余應力，達到降低彈力消失率的目的。對于采用普通碳素彈簧鋼絲如65Mn等材料制作的彈簧，不進行圈定型處理時，其切向彈力消失率一般為20%以上，而圈定型處理后，其切向彈力消失率為15%以下，保證了油環(huán)良好的、恒久的刮油效果。綜合以上改進，本發(fā)明的單缸風冷柴油機活塞環(huán)組的使用壽命由現有的1000小時以上提高到2000小時以上。


圖l為本發(fā)明的第一道氣環(huán)的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的第二道氣環(huán)的結構示意圖。圖3本發(fā)明的油環(huán)的結構示意圖。圖4為本發(fā)明的變節(jié)距圈定型彈簧的結構示意圖。圖5為圖4的變節(jié)距圈定型彈簧的展開的局部放大圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
如圖l、 2、 3所示，本發(fā)明的單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，包括第一道氣環(huán)l、第二道氣環(huán)2和油環(huán)3。所述的第一道氣環(huán)1為桶面環(huán)，桶面環(huán)的外圓工作面，即圖l中的A面是經過鍍鉻并做滲陶瓷處理的；第一道氣環(huán)l外圓下棱邊采用小倒角的設計，如圖l所示，其倒角的軸向高度T為0 0.15mm。所述的第二道氣環(huán)2為錐面環(huán)，外圓工作面，即圖2中的B面經過氮化處理。所述的油環(huán)3為外圓工作面鍍鉻并做滲陶瓷處理的螺旋撐簧油環(huán)；所述的螺旋撐簧油環(huán)的刮油邊高度為0.25土0.07;螺旋撐簧油環(huán)的內撐彈簧為變節(jié)距彈簧，所述的變節(jié)距彈簧為圈定型彈簧，如圖4、 5所示，圈定型彈簧是在自由狀態(tài)下呈圓形的彈簧。如圖4所示為自由狀態(tài)下的圈定型彈簧的結構示意圖，圖中的L1部分為密節(jié)距段，其余部分為稀節(jié)距。圖5所示為圈定型彈簧的展開部分圖，圖中的L1是密節(jié)距段，L2為稀節(jié)距段。
第一道氣環(huán)1的設計面壓為0.14 0. 2Mpa，第二道氣環(huán)2的設計面壓為0. 13 0.19Mpa，油環(huán)的設計面壓為1. 4 2Mpa。實施例h
以KM178F的單缸風冷柴油機為例，缸徑為78mm。其第一道氣環(huán)為外圓工作面鍍鉻并做滲陶瓷處理的桶面環(huán)，耐磨性能大大提高；第一道氣環(huán)外圓的下棱邊設有倒角，所述倒角的軸向高度為0.15mra，小倒角的設計使竄氣竄油的通道減小，刮油能力提高。
第二道氣環(huán)是外圓工作面氮化過的錐面環(huán)，相比較現有的磷化處理的氣環(huán)，耐磨性能提高。油環(huán)為外圓工作面鍍鉻并滲陶瓷處理的螺旋撐簧油環(huán)，提高了耐磨性能；所述的螺旋撐簧油環(huán)的刮油邊寬度為0. 25±0. 07mm,相較現有刮油邊寬度的油環(huán)，其組合切向彈力由原來的34 46N下降到現在的27 40N，彈力下降因而摩擦功耗下降；相應的面壓中值由原來的1. 28MPa提高為1. 72Mpa，使得刮油能力提高。
所述的油環(huán)的內撐彈簧為變節(jié)距彈簧，其中密圈部分0.9，稀圈部分為1.7，使彈簧與環(huán)體開口的磨損減小。
所述的變節(jié)距彈簧為自由狀態(tài)下呈圓形的圈定型彈簧，切向彈力消失率下降了 10%。
實施例1使用本發(fā)明的單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，其機油消耗率達到0. 46g/kw. h，比原產品下降了40%，并滿足國II排放要求；第一道氣環(huán)磨損量比原產品降低了 20%，第二道氣環(huán)的磨損量比原產品的降低了 40%，油環(huán)的磨損量比原產品的降低了 15%;在相同功率檔次下，燃油消耗降低了8%;使用壽命延長到2600小時。
實施例2:
以KM186F的單缸風冷柴油機為例，缸徑為86誦。其第一道氣環(huán)為外圓工作面鍍鉻并做滲陶瓷處理的桶面環(huán)，耐磨性能大大提高；第一道氣環(huán)外圓的下棱邊設有倒角，所述倒角的軸向高度為0.05mra，小倒角的設計使竄氣竄油的通道減小，刮油能力提高。
第二道氣環(huán)是外圓工作面氮化過的錐面環(huán)，相比較現有的磷化處理的氣環(huán)，耐磨性能提高。
油環(huán)為外圓工作面鍍鉻并滲陶瓷處理的螺旋撐簧油環(huán)，提高了耐磨性能；所述的螺旋撐簧油環(huán)的刮油邊寬度為0.25土0.07mra,相較現有刮油邊寬度的油環(huán)，其彈力由原來的47 63N下降到31 46.5N，彈力下降因而摩擦功耗下降；相應的面壓中值由原來的1.6MPa提高為1.8Mpa，使得刮油能力提高。
所述的油環(huán)的內撐彈簧為變節(jié)距彈簧，其中密圈部分1，稀圈部分為2，使彈簧與環(huán)體開口的磨損減小。
所述的變節(jié)距彈簧為自由狀態(tài)下呈圓形的圈定型彈簧，切向彈力消失率下降了 10%。
實施例2使用本發(fā)明的單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，機油消耗率達到0. 49g/kw. h，比原產品下降了30%，并滿足國II排放要求；第一道氣環(huán)磨損量比原產品降低了 15%，第二道氣環(huán)的磨損量比原產品的降低了 35%,油環(huán)的磨損量比原產品的降低了 15%;在相同功率檔次下，燃油消耗降低了6%;使用壽命延長到3000小時。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若千改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，其特征在于包括第一道氣環(huán)(1)、第二道氣環(huán)(2)和油環(huán)(3)；所述的第一道氣環(huán)(1)為外圓工作面鍍鉻并做滲陶瓷處理的桶面環(huán)；第二道氣環(huán)(2)為外圓工作面氮化的錐面環(huán)；油環(huán)(3)為外圓工作面鍍鉻并滲陶瓷處理的螺旋撐簧油環(huán)。
2、 根據權利要求1所述的一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，其特征在于第一道氣環(huán)(1)外圓的下棱邊設有倒角，所述倒角的軸向高度為0 0.15mm。
3、 根據權利要求1所述的一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，其特征在于所述的螺 旋撐簧油環(huán)的刮油邊寬度為0.25士0.07mm。
4、 根據權利要求1所述的一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，其特征在于所述的油 環(huán)(3)的內撐彈簧為變節(jié)距彈簧。
5、 根據權利要求4所述的一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，其特征在于所述的變 節(jié)距彈簧為自由狀態(tài)下呈圓形的圈定型彈簧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單缸風冷柴油機活塞環(huán)組，包括第一道氣環(huán)、第二道氣環(huán)和油環(huán)；第一道氣環(huán)為外圓工作面鍍鉻并做滲陶瓷處理的桶面環(huán)；第二道氣環(huán)為外圓工作面氮化的錐面環(huán)；油環(huán)為外圓工作面鍍鉻并滲陶瓷處理的螺旋撐簧油環(huán)。第一道氣環(huán)外圓下棱邊采用小倒角設計，可保持極好的封氣和刮油能力，可降低機油消耗10％以上；第二道氣環(huán)外圓工作面氮化處理，表面顯微硬度穩(wěn)定達到500HV_0.1以上，這樣可保持長時間穩(wěn)定的使用效果；油環(huán)的窄形刮油邊設計可保持低彈力高面壓效果，達到良好的刮油能力和較低的摩擦功耗，有利于機油耗和燃油耗的同時降低。
文檔編號F02F5/00GK101649791SQ20091018121
公開日2010年2月17日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權日2009年7月20日
發(fā)明者吳立來, 張長春, 鄭照剛 申請人:南京飛燕活塞環(huán)股份有限公司