专利名称：新型活塞组的制作方法
技术领域：
本实用新型属于活塞式内燃机、蒸汽机和压缩机部件，是由“油封减压全封闭式活塞环组”(下简称“油封全闭环”)与“不泵油活塞”联合组成的新型活塞组。
“一种全封闭式活塞环组”(以下简称“全闭环”，是申请人已被授权的专利，专利号862042577，专利证书号6727)的一槽三环结构，使全闭环完全变成了第一道气环，故其背压总值比普通环增高约50％。发动机内耗与气缸磨损都有所增加。
通常降低背压的方法是减薄环的厚度。但密封能力却因而下降，不够理想。
其次，由于全闭环的封气能力已达准静态密封水平，故封油能力已近于静态密封的程度。因此，在吸入冲程中从下边隙〔5〕进入背隙〔4〕中的机油，就不可能像普通活塞环那样在压缩、爆发与排气这三个高压冲程中排回去。所以，从一开始就形成了很强的泵机油作用，使机油消耗增多，积炭加重。
通常解决泵机油的方法是减小边隙。还有的在铝合金活塞上铸入钢质活塞环槽，以减慢槽边的磨损速度。但此法只能使普通活塞环的泵机油现象推迟，並不能消除。当然更不能解决全闭环的泵油问题。
本实用新型的目的是在保持全闭环全部优点的基础上，提供一种不泵机油、背压较低的“长寿节能活塞组”。
以下结合附图
来说明本实用新型实现上述目的的方法与结构。
附图(1)，在吸入冲程中机油从下边隙〔5〕窜入背隙〔4〕以及油封全闭环的构造。
附图(2)，油封全闭环的油封槽〔10〕的封口情况。
附图(3)，多簧式不泵油活塞。
附图(4)，簧式不泵油活塞。
附图(5)，锥簧式不泵油活塞。
(一)，油封全闭环。
(1)，油封槽的密封作用。全闭环的盖环〔1〕与外环〔3〕的外圆和气缸〔7〕之间的滑动间隙(以下简称“滑隙”)仍处于以油膜密封补助机械密封的状态。由于油膜是经常发生局部破裂的，破裂处近旁的油膜又因处于被吸附状态而没有流动能力，不可能给予补救，故密封能力仍然很差。(这一点也正是油膜密封与油池密封，即通常所说的油封的本质区别)。
油封全闭环是在盖环〔1〕与外环〔3〕(或只其中之一)的外圆上作出如图(1)的油封槽〔10〕，把滑隙分成上滑隙〔9〕与下滑隙〔11〕。由于槽中总是刮存有机油，並在毛细管现象的作用下较多的集中于尖底部分而形成环状尖底油池。不先排走机油气体就漏不出去。所以这种结构的实质是变封气为封油了。
油封槽的截面可以是三角形，也可以是梯形、半月形或矩形。
为了油封槽中的机油不致从开口处漏出，必须令槽的两端封口，如图(2)。並使封头〔16〕的周向尺寸等于〔15〕的尺寸；〔14〕的尺寸可以等于或不等于〔15〕的尺寸。环的外圆边棱适当倒角，会有利于油封槽进油，但盖环与外环接触面的边棱的靠近开口部分不能倒角。
(2)，油封槽的降背压作用。普通活塞三道气环的背压与高压气体作用在环的端面上产生的轴向压环力之比第一道气环是0.76，第二道气环是0.2，第三道气环是0.076。背压总比例为1.036，基本等于一。由于全闭环只有一个槽，不仅都处于第一道气环的位置，而且槽宽又增加一倍。因此，总背压增大到0.76×2＝1.52倍。增多了46.7％。
作出了油封槽〔10〕之后，由于高压气体肯定是漏入油封槽的，並产生使活塞环收缩的径向力而抵消一部分背压。故收到了降低背压的效果。
由于上滑隙〔9〕的尺寸极小，周向尺寸却很大，所以，即使油封槽中积油不满，其剩余空间也极小，漏入微量的气体就足以使压强与缸内接近平衡。因此，虽然环的外圆面积小了，但与气缸壁的接触面上的压强基本不变，不影响环的耐磨寿命。
在加作油封槽的同时，也可以采取减薄环的厚度的办法进一步降低背压。不过，如果盖环上作油封槽，外环上油封槽降背压的作用就将小一些，就可以不作。反之亦然。于是不作油封槽的环就可以减薄，以降低背压。但因外环处于气缸壁的富油一侧，其油封槽较易存油，故一般可采取减薄盖环的办法来进一步降低背压。
(3)，内外环宽度之和可以大于盖环宽度。在全闭环的设计上，已感到内环嫌薄，环压偏低。油封全闭环由于增加有弹簧压环力，环随活塞作径向摆动时保证贴紧气缸壁的应变速度，会相应减慢而影响密封能力。故应要求内外环的环压之和等于盖环环压。于是必须使内外环宽度之和大于盖环宽度。
(二)，不泵油活塞。
因油封全闭环中各环的开口均已相互封闭，所以，下边隙〔5〕是机油窜入背隙〔4〕的唯一通道；窜入背隙〔4〕的机油，是泵机油现象的唯一油源。所以，保证下边隙〔5〕始终为零是切断油路、消除泵机油现象的唯一简便途径。
保证下边隙〔5〕始终为零的适用方案，有以下三种基本结构。
(1)，多簧不泵油活塞。用多个小压力弹簧〔17〕(不限于钢丝弹簧)把活塞环压在下槽边〔12〕上。当总弹力F大于环与缸壁的磨擦阻力f1与活塞上下两端气压差作用在环的端面上产生的轴向压环力f2之和，即 F＞f1＋f2(1)则油封全闭环在吸入冲程中就不会离开下槽边〔12〕而始终保持接触状态，使下边隙〔5〕始终为零。
(2)碟簧式不泵油活塞。这只是用一个碟形弹簧代替多个小压力弹簧，力学要求与(1)相同。
(3)锥簧式不泵油活塞。这是用锥面涨簧通过半锥角〔30〕产生的轴向压环力来代替碟簧或多个小压力弹簧的弹力。力学要求与前两者相同。
多簧的优点是轴向压环力的分布虽不十分均匀，但规律性较好；而且，弹簧的加工容易，生产效率高，材料成品率也高。缺点是轴向压环力分布不均匀；对活塞的导热冷却能力较低。
碟簧的优点是轴向压环力分布非常均匀，而且加工容易，生产效率高。缺点是只能采用组合式活塞；材料成品率低；对活塞的导热冷却能力很差。
锥簧的优点是对活塞的导热冷却能力最高；材料成品率也高；可用整体式活塞。缺点是轴向压环力分布最不均、规律性最差。
采用碟簧虽有必须配以组合式活塞的缺点，但如采用图(3)的结构，並用耐磨铸铁或殷钢(含镍36％的铁合金)作顶环〔25〕，则在保证 (α)/(γ) ＝相安角〔28〕＞磨擦角 (2)的前提下，可使上热间隙〔8〕接近或等于裙部热间隙〔22〕。于是顶部可成为一个支点端。这不仅可使活塞的轴线摆动减小，有利于密封，降低偏磨，也加强了顶部在高温下的抗磨能力。
这种结构也可以用于多簧和锥簧不泵油活塞上。
(三)，刮油结构的改进。
普通活塞组只有在一个吸入冲程中的上窜油量达到足可超过第一道气环以上的临界量，因而能以自由油膜的形式附着在气缸壁和活塞表面之后，才能在压缩、爆发和排气三个高压冲程中不被排回曲轴箱而形成泵机油现象。所以，刮油环的任务是在保证满足活塞环及其与气缸的润滑的前提下，把在一个吸入冲程中的上窜油量限制在临界量以下。
本实用新型已切断了窜油通道，似乎可以不用刮油结构。但实际上由于磨损，气缸失圆、环压降低、活塞环槽边失平等，都会使泵机油现象重现。此外，为了使活塞环随活塞径向摆动时能保证及时与气缸壁贴紧，不得不适当降低弹簧的压环力，並限定最小的泵油量(这也有利于润滑)。所以仍须以刮油环来限制泵机油现象。为此(1)，刮油环改为原宽的三分之二的窄环，加大自由开口，使磨损后的弹力下降梯度变小，弹力比较稳定。
(2)，在不泵油活塞上，作出集油槽〔19〕与排油孔〔20〕，以降低排油阻力。
权利要求1.一种由油封减压全封闭式活塞环组与不泵油活塞组成的新型活塞组，其特征在于油封减压全封闭式活塞环组是在引用的“一种全封闭式活塞环组”中的盖环[1]与外环[3]，或其中之一的外圆上，作出两端封口的油封槽[10]；不泵油活塞是用弹簧把油封减压活塞环组压在活塞环槽下槽边[12]上，始终保持接触状态。
2.根据权利要求1所述的油封减压全封闭式活塞环组，其特征在于油封槽的截面可以是三角形、梯形、半月形或矩形。
3.根据权利要求1所述的油封减压全封闭式活塞环组，其特征在于内环〔2〕与外环〔3〕的宽度之和等于或大于盖环〔1〕的宽度。
4.根据权利要求1所述的不泵油活塞，其特征在于弹簧可以是均布在圆周上的多个小压缩弹簧，也可以是一个碟形弹簧或一个锥面涨簧。
5.根据权利要求4所述的采用一个碟形弹簧的不泵油活塞，其特征在于顶环〔25〕是用耐磨铸铁或殷钢(含镍36％的镍铁合金)制成的。
6.根据权利要求4所述的不泵油活塞，其特征在于顶环〔25〕的相安角〔28〕等于 (α)/(γ) ，並大于或等于磨擦角。
专利摘要本实用新型属于活塞式内燃机、蒸汽机和压缩机部件，它是由“油封减压全封闭式活塞环组”与“不泵油活塞”联合组成的新型活塞组。既可大幅度提高活塞环寿命，因而取消了两次大修之间繁重的换环工作，又能节约燃料油和机油，并且使曲轴箱中的机油不被稀释和污染，使润滑性能稳定，减少磨损，延长发动机寿命。
文档编号F16J9/00GK2031862SQ8821084
公开日1989年2月1日 申请日期1988年2月26日 优先权日1988年2月26日
发明者陈铁铮 申请人:陈铁铮