专利名称：无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机、空气压缩机所使用的全密封、防止活塞环对口，具备磨损补偿功能的对角线切口活塞环和活塞，称之为无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞。
背景技术：
现有技术中，内燃机、空气压缩机活塞环为直边切口形状，还有极少数的斜边切口和阶梯式切口。直边切口活塞环应用最广泛。它利用两至三道压缩气环，相邻的活塞环以直边切口在活塞上相错120°-180°，形成迷宫式的密封结构，来达到密气作用。由于活塞环是个非正规的椭圆，当气缸被活塞和活塞环磨损后，也失去圆度，直边切口端隙增大，并且伴随着几道活塞环切口对齐，造成磨损端隙增大、密气失效和对口密气性失效。使气缸内压缩压力降低、压缩热下降、爆燃速度减慢、压缩气体和爆燃气体向曲轴箱泄露。从而使内燃机动力降低，向燃烧室窜润滑油产生烧机油冒蓝烟，同时伴随发动机排出大量的CH和CO等未燃净的可燃的有害气体污染环境。另外内燃机高温、高压的气体窜入曲轴箱使润滑油氧化、析碳、胶质化、丧失润滑功能，并从曲轴箱废气管进入节气门，带着润滑油的微粒污染节气门。对空气压缩机来说空气压力难以提高，储气包中油物增加，耗能量增大，效率降低，至此必须对内燃机和空气压缩机进行大修；镗缸、更换活塞和活塞环。斜边切口活塞环与直边切口活塞环基本相同，只不过将直边切口倾斜一个角度。阶梯式切口活塞环能补偿因气缸内壁、活塞环外径磨损而增大的接口间隙，但存在着压缩空气和爆燃气从上开口间隙，及环与环槽侧隙进入活塞环槽底，经下开口窜出，进入下一道环及曲轴箱。同样会降低内燃机压缩压力，增大耗油量，使内燃机功率下降。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足，而提供一种类似阶梯式切口的活塞环及含有该活塞环的活塞。当气缸内壁与活塞环外径磨损后，能具备磨损补偿功能。不会因活塞环切口相对齐造成漏气而密气失效。不会产生压缩气体和爆燃气体经活塞环的侧隙、端隙下窜去曲轴箱，不会上窜机油进入燃烧室，在磨损补偿范围内始终保持内燃机原有的压缩压力，不会降低动力。使燃料燃烧更充分，减少HC和CO的排放及NOx的生成。减少润滑油的氧化。提高燃油的充分利用率，节省燃料，延长内燃机大修里程，提供密封更严的、防止各道活塞环对口的全密封对角线切口的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞。
本发明的目的是这样实现的活塞环的周长比气缸内径的周长长出活塞环开口端头重叠的尺寸，使之作为切口的长度。第一道活塞环的切口为对角线切口，即由活塞环轴向截面的外圆柱面靠近活塞环上端的上边角处至活塞环内径下端的下边角的对角线，两端头为互补搭接的切口。这种对角线切口的下三角端头封堵了活塞与气缸的间隙，上三角端头为四边楔形或五边楔形搭接在下三角端头之上，封堵了下三角端头的间隙。从而密封住活塞环与活塞环槽上侧隙、上开口间隙漏进来的气体，使气体不能进入下一道活塞环岸及环槽中，乃至曲轴箱，来达到密气作用。第二道活塞环为锥面环，其对角线的切口与第一道活塞环的切口相反，从活塞环轴向截面的外圆锥面靠近底边的下边角至上端面与内圆柱面或内正扭曲槽的相接角的连线，两端头为互补搭接切口。切口为下四边楔形和上三角形结构，或下五边楔形和上三角形结构，起防止向燃烧室泵润滑油的作用。为了防止活塞环对口，使活塞环在活塞槽中定位，在活塞环内柱面，靠端头的附近开一防转槽，在活塞的环槽底与活塞销轴心线成β＝30°～45°角的位置，各环环槽底成180°方向上镶一小柱销，用于嵌入活塞环的防转槽中，起定位防止活塞环旋转的作用。
由于采用上述技术方案，可以在冷车时提高气缸压缩压力，当内燃机气缸壁、活塞环外径磨损，只要对角线切口还搭接着，就不会降低压缩压力和爆燃压力，减少压缩冲程所作的无用功，不会上下窜气窜机油，燃烧充分，降低尾气污染物的排放，提高内燃机的动力。并且各环防止旋转对口，环与气缸壁磨损均匀，使之成为磨损补偿功能，延长内燃机的使用寿命、节省燃油、润滑油等各类资源。
图1是本发明全密封对角线切口的无端隙活塞环的主视图。图中T为搭接长度，S为膨胀间隙，F为活塞环受外力切口闭合在工作状态，g为防旋转定位槽；
图2、图3、图4分别是本发明无端隙活塞环；梯形环、楔形环、矩形环的局部剖示放大图，示出了对角线搭接面m；本图中是柱面环的三种结构；图5、图6、图7、图8、图9、图10分别是本发明无端隙活塞环；锥面环的梯形环、楔形环、矩形环的局部剖示放大图。其中图8、图9、图10是设有上扭曲槽的锥面环。
图11是本发明无端隙活塞环自然状态时的切口局部轴侧图；图12是本发明无端隙活塞环附图中的K向放大视图；图中R是为防止应力集中设计的圆角，J是切肩，α是切肩的内倾角，也可以外倾则为外倾角α为负；为防止端头与切肩J在受热膨胀时干涉而卡滞，所以设计切肩J的切肩倾角α；图13是本发明无端隙活塞环放置于气缸内的局部轴侧图，它示出了全密封对角线切口的无端隙活塞环搭接口的工作状态；图14、图15、图16分别是本发明另一实施例的无端隙活塞环；梯形环、楔形环、矩形环的局部剖示放大图，示出了对角线搭接面m；本图中是柱面环的三种结构；图17、图18、图19分别是本发明另一实施例的无端隙活塞环；梯形环、楔形环、矩形环的局部剖示放大图，示出了对角线搭接面m；本图中是桶面环的三种结构；图20、图21、图22、图23、图24、图25分别是本发明另一实施例的无端隙活塞环；锥面环的梯形环、楔形环、矩形环的局部剖示放大图；其中图20、图21、图22是设有上扭曲槽的锥面环。
图26是本发明另一实施例的无端隙活塞环自然状态时的切口局部轴侧图；图27是本发明另一实施例的无端隙活塞环放置于气缸内的局部轴侧图，它示出了全密封对角线切口的无端隙活塞环搭接口的工作状态；图28是本发明无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞在气缸中的实际工作的局部剖视图；图中1气缸体，2第一道活塞环(全密封对角线的无端隙桶面或柱面活塞环)，3活塞上的防旋转定位销，4活塞，5第二道活塞环(全密封对角线切口的无端隙锥面活塞环)，β为定位销3与活塞销轴线的夹角，I是局部放大；图29是本发明全密封对角线切口的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞图28中的I部放大图。
具体实施例方式
在图1中，活塞环受外力F的作用使开口闭合的工作状态。表示出了全密封对角线切口活塞环工作状态，两端头搭接口的长度T，受热所需的膨胀间隙S，在活塞环内圆柱面距其一端头较近处开一小槽g，或在另一端头较近处开一小槽g(图中未示出)，以及剖视A-A的位置。接口长度T封堵着上下的漏气，并且它是全密封对角线的无端隙活塞环所具备磨损补偿功能的设计点。当气缸内径和活塞环外径磨损，使搭接端头T＝0时，该项技术的密封特性才进入现有直边切口的技术状态。
图2示出了柱面或桶面(桶面未作图)的梯形活塞环对角线切口的剖视放大图，图3示出楔形活塞环对角线切口的剖视放大图，图4示出矩形活塞环对角线切口的剖视放大图，它们的对角线接合面m都是活塞环轴向截面，外圆柱面或外圆桶面距顶面距离δ开始至活塞环内圆柱面与底面相交点的对角线切口，如图11所示；沿对角线钝角a点的同一圆上开口长度T到b点的弧线(或玄线)至锐角d点同一圆上开口长度D到c点的弧线(或玄线)的锥面(或平面)，所制成的搭接面m构成的四边楔形搭接的凸台，与另一端B-A点的同圆弧线(或玄线)至C-D点的同圆弧线(或玄线)所组成的互补三角形搭接凸台的接口形式。还可反向制造之。其下三角凸台封堵了气缸壁与活塞环岸的间隙。在搭接长度T的范围内，对角线切口活塞环具备磨损补偿功能。始终能保持初始密封状态。
图5至图10为锥面环的切口结构放大图。它与图2、图3、图4的结构相反。其结构是由外圆锥面靠底边的下边角距离δ开始至活塞环上端面与内柱面的接角处或与正扭曲槽的内柱面(或内锥面)接角处的对角线，形成下四边楔形上三角形互补截面的对角线切口。为的是更好的刮油，协助上道环密气，起防止向燃烧室泵润滑油的作用。
图12是各图中K视向的放大图，图中R的圆角设计是为了消除切口应力集中。切肩J的切肩角α的设计是为了防止活塞环受热膨胀而产生端头直角边与R弧干涉使搭接口处环高大于环槽宽度尺寸而卡死。
图13对角线切口活塞环放置于气缸中的局部轴侧图。它空间的示出了全密封对角线切口的无端隙活塞环在气缸中的工作状态和它的全密封的特性及磨损补偿功能。
如图14至图27所示，为本发明的另一实施例。图14示出了柱面的梯形活塞环对角线切口的剖视放大图，图15示出楔形活塞环对角线切口的剖视放大图，图16示出矩形活塞环对角线切口的剖视放大图，图17示出了桶面的梯形活塞环对角线切口的剖视放大图，图18示出楔形活塞环对角线切口的剖视放大图，图19示出矩形活塞环对角线切口的剖视放大图，它们的对角线接合面m都是活塞环轴向截面，外圆柱面或外圆桶面距顶面距离δ开始至活塞环底面距内圆柱面交点处距离ξ的对角线切口，如图26所示；沿对角线钝角a点的同一圆上开口长度T到b点的弧线(或玄线)至底面到内柱面的交点距离ξ的钝角d点同一圆上开口长度D到c点的弧线(或玄线)的锥面(或平面)，所制成的搭接面m构成的五边楔形搭接的凸台，与另一端B-A点的同圆弧线(或玄线)至C-D点的同圆弧线(或玄线)所组成的互补三角形搭接凸台的接口形式。还可反向制造之。其下三角凸台封堵了气缸壁与活塞环岸的间隙。在搭接长度T的范围内，对角线切口活塞环具备磨损补偿功能。始终能保持初始密封状态。
图20至图25为锥面环的切口结构放大图。它与图14、图15、图16的结构相反。其结构是由外圆锥面靠底边的下边角距离δ开始至活塞环上端面与内柱面的接角处或与正扭曲槽的内柱面(或内锥面)接角处相距距离ξ的对角线，形成下五边楔形上三角形互补截面的对角线切口。为的是更好的刮油，协助上道环密气，封堵曲轴箱上窜气，起防止向燃烧室泵润滑油的作用。图27对角线切口活塞环放置于气缸中的局部轴侧图。它空间的示出了全密封对角线切口的无端隙活塞环在气缸中的工作状态和它的全密封的特性及磨损补偿功能。
图28和图29示出在活塞4的活塞环槽底与活塞销轴线夹角β＝30°～40°的位置上制造一定位销3。两相邻的活塞环槽中的定位销相错180°。与各自的活塞环的定位槽g相配合，起到活塞环防旋转的作用。以达到防止活塞环切口相对齐的目的。为的是使气缸桶磨损的更均匀。
应当理解，以上结合实施例的说明对本发明而言只是说明性而非限制性的，在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明做出许多变更和修改，其都将落在由权利要求所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是活塞环的切口为对角线切口，并设有防旋转定位槽与活塞的环槽底的定位销相配合。
2.根据权利要求1所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是柱面或桶面活塞环的对角线切口为活塞环轴向截面的外圆面距顶面距离(δ)开始至活塞环内圆柱面与底面相交点的对角线，并沿对角线钝角(a)点的同一圆上开口长度(T)的(b)点的弧线或玄线至锐角(d)点同一圆上开口长度(T)的(c)点的弧线或玄线的锥面或平面制成的接合面(m)所构成的四边楔形搭接的凸台，与另一端(B-A)点的同圆弧线或玄线至(C-D)点的同圆弧线或玄线所组成的互补三角形搭接凸台的切口形式。
3.如权利要求2所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是锥面活塞环的对角线切口由截面的外圆锥面靠近底边的下边角距离(δ)开始至活塞环上端面与内圆柱面的接角处或与正扭曲槽的柱面或内锥面接角处的对角线，形成下四边楔形上三角形互补截面的对角线切口结构。
4.根据权利要求1所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是柱面或桶面活塞环的对角线切口为活塞环轴向截面的外圆面距顶面距离(δ)开始至活塞环内圆柱面与底面相交点的对角线，并沿对角线钝角(a)点的同一圆上开口长度(T)的(b)点的弧线或玄线至底面到内柱面的交点距离(ξ)的钝角(d)点同一圆上开口长度(T)的(c)点的弧线或玄线的锥面或平面制成的接合面(m)所构成的五边楔形搭接的凸台，与另一端(B-A)点的同圆弧线或玄线至(C-D)点的同圆弧线或玄线所组成的互补三角形搭接凸台的切口形式。
5.如权利要求4所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是锥面活塞环的对角线切口由截面的外圆锥面靠近底边的下边角距离(δ)开始至活塞环上端面与内圆柱面的接角处或与正扭曲槽的柱面或内锥面接角处相距距离(ξ)的对角线，形成下五边楔形上三角形互补截面的对角线切口结构。
6.如权利要求1至5中任一个所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是活塞环切口的切肩(J)与搭接面(m)的结合为一(R)弧角，切肩(J)向切根(R)弧处有一(α)倾角，(α)倾角为内倾角或外倾角。
7.如权利要求1所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是活塞环内圆柱面距其一端头较近处开一半圆柱面小槽，或在另一端头较近处开一半圆柱面小槽。
8.如权利要求1所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是活塞的环槽底埋设一防旋转定位销，与活塞环防旋转定位槽相配合定位。
9.如权利要求1或8所述的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其特征是活塞上埋设的防旋转定位销与活塞销轴心线成30°～40°的夹角，各道相邻的环槽定位销相错180°的夹角。
全文摘要
一种全密封对角线切口的无端隙活塞环及含有该活塞环的活塞，其活塞环外径周长比气缸内径周长，长出一个活塞环开口端头重叠的尺寸，重叠部位两端头制成活塞环轴向截面互补的对角线切口，使重叠部位的厚度与活塞环的厚度一样，并在活塞环内圆柱面上靠近一端头的附近开一防旋转定位小槽，在活塞环槽底与活塞销成30°～40°的夹角处，镶嵌与活塞环防旋转定位槽相对应的定位销，各环槽的定位销相错180°，用于防止各活塞环切口相对。使活塞环具备磨损补偿功能、密封更严密、防对口的特性，达到延长内燃机大修里程、节省燃油、减少排污，提高内燃机动力性和燃油利用率。
文档编号F04B53/02GK1916448SQ20061009926
公开日2007年2月21日 申请日期2006年7月25日 优先权日2005年7月25日
发明者杨应捷, 杨惜景, 谢彬 申请人:杨应捷