專利名稱：無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機、空氣壓縮機所使用的全密封、防止活塞環(huán)對口，具備磨損補償功能的對角線切口活塞環(huán)和活塞，稱之為無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，內(nèi)燃機、空氣壓縮機活塞環(huán)為直邊切口形狀，還有極少數(shù)的斜邊切口和階梯式切口。直邊切口活塞環(huán)應用最廣泛。它利用兩至三道壓縮氣環(huán)，相鄰的活塞環(huán)以直邊切口在活塞上相錯120°-180°，形成迷宮式的密封結(jié)構(gòu)，來達到密氣作用。由于活塞環(huán)是個非正規(guī)的橢圓，當氣缸被活塞和活塞環(huán)磨損后，也失去圓度，直邊切口端隙增大，并且伴隨著幾道活塞環(huán)切口對齊，造成磨損端隙增大、密氣失效和對口密氣性失效。使氣缸內(nèi)壓縮壓力降低、壓縮熱下降、爆燃速度減慢、壓縮氣體和爆燃氣體向曲軸箱泄露。從而使內(nèi)燃機動力降低，向燃燒室竄潤滑油產(chǎn)生燒機油冒藍煙，同時伴隨發(fā)動機排出大量的CH和CO等未燃凈的可燃的有害氣體污染環(huán)境。另外內(nèi)燃機高溫、高壓的氣體竄入曲軸箱使?jié)櫥脱趸?、析碳、膠質(zhì)化、喪失潤滑功能，并從曲軸箱廢氣管進入節(jié)氣門，帶著潤滑油的微粒污染節(jié)氣門。對空氣壓縮機來說空氣壓力難以提高，儲氣包中油物增加，耗能量增大，效率降低，至此必須對內(nèi)燃機和空氣壓縮機進行大修；鏜缸、更換活塞和活塞環(huán)。斜邊切口活塞環(huán)與直邊切口活塞環(huán)基本相同，只不過將直邊切口傾斜一個角度。階梯式切口活塞環(huán)能補償因氣缸內(nèi)壁、活塞環(huán)外徑磨損而增大的接口間隙，但存在著壓縮空氣和爆燃氣從上開口間隙，及環(huán)與環(huán)槽側(cè)隙進入活塞環(huán)槽底，經(jīng)下開口竄出，進入下一道環(huán)及曲軸箱。同樣會降低內(nèi)燃機壓縮壓力，增大耗油量，使內(nèi)燃機功率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種類似階梯式切口的活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞。當氣缸內(nèi)壁與活塞環(huán)外徑磨損后，能具備磨損補償功能。不會因活塞環(huán)切口相對齊造成漏氣而密氣失效。不會產(chǎn)生壓縮氣體和爆燃氣體經(jīng)活塞環(huán)的側(cè)隙、端隙下竄去曲軸箱，不會上竄機油進入燃燒室，在磨損補償范圍內(nèi)始終保持內(nèi)燃機原有的壓縮壓力，不會降低動力。使燃料燃燒更充分，減少HC和CO的排放及NOx的生成。減少潤滑油的氧化。提高燃油的充分利用率，節(jié)省燃料，延長內(nèi)燃機大修里程，提供密封更嚴的、防止各道活塞環(huán)對口的全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的活塞環(huán)的周長比氣缸內(nèi)徑的周長長出活塞環(huán)開口端頭重疊的尺寸，使之作為切口的長度。第一道活塞環(huán)的切口為對角線切口，即由活塞環(huán)軸向截面的外圓柱面靠近活塞環(huán)上端的上邊角處至活塞環(huán)內(nèi)徑下端的下邊角的對角線，兩端頭為互補搭接的切口。這種對角線切口的下三角端頭封堵了活塞與氣缸的間隙，上三角端頭為四邊楔形或五邊楔形搭接在下三角端頭之上，封堵了下三角端頭的間隙。從而密封住活塞環(huán)與活塞環(huán)槽上側(cè)隙、上開口間隙漏進來的氣體，使氣體不能進入下一道活塞環(huán)岸及環(huán)槽中，乃至曲軸箱，來達到密氣作用。第二道活塞環(huán)為錐面環(huán)，其對角線的切口與第一道活塞環(huán)的切口相反，從活塞環(huán)軸向截面的外圓錐面靠近底邊的下邊角至上端面與內(nèi)圓柱面或內(nèi)正扭曲槽的相接角的連線，兩端頭為互補搭接切口。切口為下四邊楔形和上三角形結(jié)構(gòu)，或下五邊楔形和上三角形結(jié)構(gòu)，起防止向燃燒室泵潤滑油的作用。為了防止活塞環(huán)對口，使活塞環(huán)在活塞槽中定位，在活塞環(huán)內(nèi)柱面，靠端頭的附近開一防轉(zhuǎn)槽，在活塞的環(huán)槽底與活塞銷軸心線成β＝30°～45°角的位置，各環(huán)環(huán)槽底成180°方向上鑲一小柱銷，用于嵌入活塞環(huán)的防轉(zhuǎn)槽中，起定位防止活塞環(huán)旋轉(zhuǎn)的作用。
由于采用上述技術(shù)方案，可以在冷車時提高氣缸壓縮壓力，當內(nèi)燃機氣缸壁、活塞環(huán)外徑磨損，只要對角線切口還搭接著，就不會降低壓縮壓力和爆燃壓力，減少壓縮沖程所作的無用功，不會上下竄氣竄機油，燃燒充分，降低尾氣污染物的排放，提高內(nèi)燃機的動力。并且各環(huán)防止旋轉(zhuǎn)對口，環(huán)與氣缸壁磨損均勻，使之成為磨損補償功能，延長內(nèi)燃機的使用壽命、節(jié)省燃油、潤滑油等各類資源。


圖1是本發(fā)明全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)的主視圖。圖中T為搭接長度，S為膨脹間隙，F(xiàn)為活塞環(huán)受外力切口閉合在工作狀態(tài)，g為防旋轉(zhuǎn)定位槽；
圖2、圖3、圖4分別是本發(fā)明無端隙活塞環(huán)；梯形環(huán)、楔形環(huán)、矩形環(huán)的局部剖示放大圖，示出了對角線搭接面m；本圖中是柱面環(huán)的三種結(jié)構(gòu)；圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10分別是本發(fā)明無端隙活塞環(huán)；錐面環(huán)的梯形環(huán)、楔形環(huán)、矩形環(huán)的局部剖示放大圖。其中圖8、圖9、圖10是設(shè)有上扭曲槽的錐面環(huán)。
圖11是本發(fā)明無端隙活塞環(huán)自然狀態(tài)時的切口局部軸側(cè)圖；圖12是本發(fā)明無端隙活塞環(huán)附圖中的K向放大視圖；圖中R是為防止應力集中設(shè)計的圓角，J是切肩，α是切肩的內(nèi)傾角，也可以外傾則為外傾角α為負；為防止端頭與切肩J在受熱膨脹時干涉而卡滯，所以設(shè)計切肩J的切肩傾角α；圖13是本發(fā)明無端隙活塞環(huán)放置于氣缸內(nèi)的局部軸側(cè)圖，它示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)搭接口的工作狀態(tài)；圖14、圖15、圖16分別是本發(fā)明另一實施例的無端隙活塞環(huán)；梯形環(huán)、楔形環(huán)、矩形環(huán)的局部剖示放大圖，示出了對角線搭接面m；本圖中是柱面環(huán)的三種結(jié)構(gòu)；圖17、圖18、圖19分別是本發(fā)明另一實施例的無端隙活塞環(huán)；梯形環(huán)、楔形環(huán)、矩形環(huán)的局部剖示放大圖，示出了對角線搭接面m；本圖中是桶面環(huán)的三種結(jié)構(gòu)；圖20、圖21、圖22、圖23、圖24、圖25分別是本發(fā)明另一實施例的無端隙活塞環(huán)；錐面環(huán)的梯形環(huán)、楔形環(huán)、矩形環(huán)的局部剖示放大圖；其中圖20、圖21、圖22是設(shè)有上扭曲槽的錐面環(huán)。
圖26是本發(fā)明另一實施例的無端隙活塞環(huán)自然狀態(tài)時的切口局部軸側(cè)圖；圖27是本發(fā)明另一實施例的無端隙活塞環(huán)放置于氣缸內(nèi)的局部軸側(cè)圖，它示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)搭接口的工作狀態(tài)；圖28是本發(fā)明無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞在氣缸中的實際工作的局部剖視圖；圖中1氣缸體，2第一道活塞環(huán)(全密封對角線的無端隙桶面或柱面活塞環(huán))，3活塞上的防旋轉(zhuǎn)定位銷，4活塞，5第二道活塞環(huán)(全密封對角線切口的無端隙錐面活塞環(huán))，β為定位銷3與活塞銷軸線的夾角，I是局部放大；圖29是本發(fā)明全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞圖28中的I部放大圖。
具體實施例方式
在圖1中，活塞環(huán)受外力F的作用使開口閉合的工作狀態(tài)。表示出了全密封對角線切口活塞環(huán)工作狀態(tài)，兩端頭搭接口的長度T，受熱所需的膨脹間隙S，在活塞環(huán)內(nèi)圓柱面距其一端頭較近處開一小槽g，或在另一端頭較近處開一小槽g(圖中未示出)，以及剖視A-A的位置。接口長度T封堵著上下的漏氣，并且它是全密封對角線的無端隙活塞環(huán)所具備磨損補償功能的設(shè)計點。當氣缸內(nèi)徑和活塞環(huán)外徑磨損，使搭接端頭T＝0時，該項技術(shù)的密封特性才進入現(xiàn)有直邊切口的技術(shù)狀態(tài)。
圖2示出了柱面或桶面(桶面未作圖)的梯形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖3示出楔形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖4示出矩形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，它們的對角線接合面m都是活塞環(huán)軸向截面，外圓柱面或外圓桶面距頂面距離δ開始至活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與底面相交點的對角線切口，如圖11所示；沿對角線鈍角a點的同一圓上開口長度T到b點的弧線(或玄線)至銳角d點同一圓上開口長度D到c點的弧線(或玄線)的錐面(或平面)，所制成的搭接面m構(gòu)成的四邊楔形搭接的凸臺，與另一端B-A點的同圓弧線(或玄線)至C-D點的同圓弧線(或玄線)所組成的互補三角形搭接凸臺的接口形式。還可反向制造之。其下三角凸臺封堵了氣缸壁與活塞環(huán)岸的間隙。在搭接長度T的范圍內(nèi)，對角線切口活塞環(huán)具備磨損補償功能。始終能保持初始密封狀態(tài)。
圖5至圖10為錐面環(huán)的切口結(jié)構(gòu)放大圖。它與圖2、圖3、圖4的結(jié)構(gòu)相反。其結(jié)構(gòu)是由外圓錐面靠底邊的下邊角距離δ開始至活塞環(huán)上端面與內(nèi)柱面的接角處或與正扭曲槽的內(nèi)柱面(或內(nèi)錐面)接角處的對角線，形成下四邊楔形上三角形互補截面的對角線切口。為的是更好的刮油，協(xié)助上道環(huán)密氣，起防止向燃燒室泵潤滑油的作用。
圖12是各圖中K視向的放大圖，圖中R的圓角設(shè)計是為了消除切口應力集中。切肩J的切肩角α的設(shè)計是為了防止活塞環(huán)受熱膨脹而產(chǎn)生端頭直角邊與R弧干涉使搭接口處環(huán)高大于環(huán)槽寬度尺寸而卡死。
圖13對角線切口活塞環(huán)放置于氣缸中的局部軸側(cè)圖。它空間的示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)在氣缸中的工作狀態(tài)和它的全密封的特性及磨損補償功能。
如圖14至圖27所示，為本發(fā)明的另一實施例。圖14示出了柱面的梯形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖15示出楔形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖16示出矩形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖17示出了桶面的梯形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖18示出楔形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，圖19示出矩形活塞環(huán)對角線切口的剖視放大圖，它們的對角線接合面m都是活塞環(huán)軸向截面，外圓柱面或外圓桶面距頂面距離δ開始至活塞環(huán)底面距內(nèi)圓柱面交點處距離ξ的對角線切口，如圖26所示；沿對角線鈍角a點的同一圓上開口長度T到b點的弧線(或玄線)至底面到內(nèi)柱面的交點距離ξ的鈍角d點同一圓上開口長度D到c點的弧線(或玄線)的錐面(或平面)，所制成的搭接面m構(gòu)成的五邊楔形搭接的凸臺，與另一端B-A點的同圓弧線(或玄線)至C-D點的同圓弧線(或玄線)所組成的互補三角形搭接凸臺的接口形式。還可反向制造之。其下三角凸臺封堵了氣缸壁與活塞環(huán)岸的間隙。在搭接長度T的范圍內(nèi)，對角線切口活塞環(huán)具備磨損補償功能。始終能保持初始密封狀態(tài)。
圖20至圖25為錐面環(huán)的切口結(jié)構(gòu)放大圖。它與圖14、圖15、圖16的結(jié)構(gòu)相反。其結(jié)構(gòu)是由外圓錐面靠底邊的下邊角距離δ開始至活塞環(huán)上端面與內(nèi)柱面的接角處或與正扭曲槽的內(nèi)柱面(或內(nèi)錐面)接角處相距距離ξ的對角線，形成下五邊楔形上三角形互補截面的對角線切口。為的是更好的刮油，協(xié)助上道環(huán)密氣，封堵曲軸箱上竄氣，起防止向燃燒室泵潤滑油的作用。圖27對角線切口活塞環(huán)放置于氣缸中的局部軸側(cè)圖。它空間的示出了全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)在氣缸中的工作狀態(tài)和它的全密封的特性及磨損補償功能。
圖28和圖29示出在活塞4的活塞環(huán)槽底與活塞銷軸線夾角β＝30°～40°的位置上制造一定位銷3。兩相鄰的活塞環(huán)槽中的定位銷相錯180°。與各自的活塞環(huán)的定位槽g相配合，起到活塞環(huán)防旋轉(zhuǎn)的作用。以達到防止活塞環(huán)切口相對齊的目的。為的是使氣缸桶磨損的更均勻。
應當理解，以上結(jié)合實施例的說明對本發(fā)明而言只是說明性而非限制性的，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可對本發(fā)明做出許多變更和修改，其都將落在由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是活塞環(huán)的切口為對角線切口，并設(shè)有防旋轉(zhuǎn)定位槽與活塞的環(huán)槽底的定位銷相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是柱面或桶面活塞環(huán)的對角線切口為活塞環(huán)軸向截面的外圓面距頂面距離(δ)開始至活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與底面相交點的對角線，并沿對角線鈍角(a)點的同一圓上開口長度(T)的(b)點的弧線或玄線至銳角(d)點同一圓上開口長度(T)的(c)點的弧線或玄線的錐面或平面制成的接合面(m)所構(gòu)成的四邊楔形搭接的凸臺，與另一端(B-A)點的同圓弧線或玄線至(C-D)點的同圓弧線或玄線所組成的互補三角形搭接凸臺的切口形式。
3.如權(quán)利要求2所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是錐面活塞環(huán)的對角線切口由截面的外圓錐面靠近底邊的下邊角距離(δ)開始至活塞環(huán)上端面與內(nèi)圓柱面的接角處或與正扭曲槽的柱面或內(nèi)錐面接角處的對角線，形成下四邊楔形上三角形互補截面的對角線切口結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是柱面或桶面活塞環(huán)的對角線切口為活塞環(huán)軸向截面的外圓面距頂面距離(δ)開始至活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與底面相交點的對角線，并沿對角線鈍角(a)點的同一圓上開口長度(T)的(b)點的弧線或玄線至底面到內(nèi)柱面的交點距離(ξ)的鈍角(d)點同一圓上開口長度(T)的(c)點的弧線或玄線的錐面或平面制成的接合面(m)所構(gòu)成的五邊楔形搭接的凸臺，與另一端(B-A)點的同圓弧線或玄線至(C-D)點的同圓弧線或玄線所組成的互補三角形搭接凸臺的切口形式。
5.如權(quán)利要求4所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是錐面活塞環(huán)的對角線切口由截面的外圓錐面靠近底邊的下邊角距離(δ)開始至活塞環(huán)上端面與內(nèi)圓柱面的接角處或與正扭曲槽的柱面或內(nèi)錐面接角處相距距離(ξ)的對角線，形成下五邊楔形上三角形互補截面的對角線切口結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一個所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是活塞環(huán)切口的切肩(J)與搭接面(m)的結(jié)合為一(R)弧角，切肩(J)向切根(R)弧處有一(α)傾角，(α)傾角為內(nèi)傾角或外傾角。
7.如權(quán)利要求1所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是活塞環(huán)內(nèi)圓柱面距其一端頭較近處開一半圓柱面小槽，或在另一端頭較近處開一半圓柱面小槽。
8.如權(quán)利要求1所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是活塞的環(huán)槽底埋設(shè)一防旋轉(zhuǎn)定位銷，與活塞環(huán)防旋轉(zhuǎn)定位槽相配合定位。
9.如權(quán)利要求1或8所述的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其特征是活塞上埋設(shè)的防旋轉(zhuǎn)定位銷與活塞銷軸心線成30°～40°的夾角，各道相鄰的環(huán)槽定位銷相錯180°的夾角。
全文摘要
一種全密封對角線切口的無端隙活塞環(huán)及含有該活塞環(huán)的活塞，其活塞環(huán)外徑周長比氣缸內(nèi)徑周長，長出一個活塞環(huán)開口端頭重疊的尺寸，重疊部位兩端頭制成活塞環(huán)軸向截面互補的對角線切口，使重疊部位的厚度與活塞環(huán)的厚度一樣，并在活塞環(huán)內(nèi)圓柱面上靠近一端頭的附近開一防旋轉(zhuǎn)定位小槽，在活塞環(huán)槽底與活塞銷成30°～40°的夾角處，鑲嵌與活塞環(huán)防旋轉(zhuǎn)定位槽相對應的定位銷，各環(huán)槽的定位銷相錯180°，用于防止各活塞環(huán)切口相對。使活塞環(huán)具備磨損補償功能、密封更嚴密、防對口的特性，達到延長內(nèi)燃機大修里程、節(jié)省燃油、減少排污，提高內(nèi)燃機動力性和燃油利用率。
文檔編號F04B53/02GK1916448SQ20061009926
公開日2007年2月21日 申請日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
發(fā)明者楊應捷, 楊惜景, 謝彬 申請人:楊應捷