专利名称：有定位槽的无端隙活塞环的制作方法
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、设制防止相邻活塞环对口的定位槽，具备磨损补偿功能的对角线切口结构的活塞环，称之为有定位槽的无端隙活塞环。
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均无定位槽。直边切口活塞环应用最广泛。它利用两至四道密气环，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。根据内燃机不同的设计，一般汽油机为两道密气环，柴油机为两至四道密气环，具体选用几道密气环由各生产企业自定。其原则是压缩比和压缩压力越高密气环设置的越多，其密气性越好。由于活塞环对汽缸壁有正压力，所以活塞环设置越多摩擦阻力越大，克服摩擦阻力所消耗的功和燃料就越多。实际是以消耗燃料达到延长有效密封性。由于活塞环是个非正规的椭圆，当汽缸被活塞和活塞环磨损后，失去圆度和柱度，直边切口端隙增大，并且伴随着各相邻活塞环切口对齐。磨损使得活塞环端隙增大而密气失效，以及对口密气性失效。造成燃烧室内压缩压力降低、压缩热下降、爆燃速度减慢、被压缩的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、CO和NOx等未燃净可燃的及有害的气体污染环境。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。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汽缸内壁、活塞环外径磨损而增大的端口间隙，但存在着压缩空气和爆燃气从上开口间隙，及环与环槽上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。 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，使密气失效。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有定位槽的无端隙活塞环。本发明的目的是这样实现的活塞环的周长比汽缸内径的周长长出活塞环开口端头重叠尺寸。重叠尺寸加膨胀所需间隙的尺寸，作为切口凸台的长度。活塞环的切口为对角线切口结构，即第一道活塞环由端头轴向截面沿外园柱面或桶面的投影线，靠近活塞环上端面投影线相交点一个小距离开始至活塞环内圆柱面的投影线与下端面投影线交点的对角线，以该对角线做一切面，使两端头为互补搭接的切口。这种对角线结构切口的下三角棱端头在汽缸内封堵了活塞与汽缸壁的间隙，上四边楔形棱端头搭接在下三角棱端头之上，封堵了下三角端面与四边楔形棱端肩的间隙。从而密封住活塞环与活塞环槽的上侧隙、 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，即沿活塞环端头轴向截面的外圆柱面投影线，靠近下端面投影线的交点一个小距离开始至上端面与内圆柱面投影线交点的对角线，以该对角线做一切面，使两端头为互补搭接切口。切口为下四边楔形棱和上三角形棱结构，起到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，在活塞环内圆柱面，紧靠端头的附近开一防转定位槽，在活塞的环槽底镶一小柱销，用于嵌入活塞环的防转定位槽中，起防止活塞环旋转的定位作用。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，环与气缸壁磨损均勻，使之成为具备磨损补偿功能，延长内燃机的使用寿命，节省燃油、润滑油，减少污染物尾气的排放。
在说明前先阐述一下一般活塞环的分类。按材料分类有铸铁、球墨铸铁、鉻碳钢等，按功能分类有密气环和油环，密气环按结构形状分两类一类是活塞环轴向截面分为矩形、梯形和楔形，另一类是外圆周面分为柱面、桶面和锥面。锥面活塞环被用于密气环中的最后一道环，在靠活塞顶端的密气环可根据设计单独选用桶面环或柱面环以及再多加一至两道密气环可组合使用桶面环和柱面环。图1是本发明全密封对角线切口无端隙活塞环的柱面或桶面(柱面请阅图14)矩形活塞环的主视图。先定义一下，将主视图顺时针旋转90度，活塞环的开口在面前的前方， 图示开口左侧的端头为左端头，右侧的端头为右端头。图中示出剖切线A-A经活塞环右端头通过圆心的剖切位置，A-A剖视图示出活塞环右端头局部放大B的位置。在活塞环内圆柱面上距端头面丄设一小圆弧定位槽10，与活塞环槽底部设置定位销相配合，起到防止活塞环转动的定位作用。图2是图1的局部B放大图。点04与点05的连线及延长线是活塞环上端面的投影线，点01与点06的连线及延长线是活塞环下端面的投影线。对角线是指从上端面与外圆柱面或桶面投影线的交点04沿外圆柱面或桶面投影线一点小距离10的点03到下端面与内圆柱面投影线的交点06的斜线，以该斜线的对角线做一切面。10为小圆弧定位槽。图3是无端隙活塞环桶面矩形环的端口外下方轴侧图以及活塞环开口处的局部放大C的位置。图4是图3的局部C放大图，示出右端头的立体结构以及各形面交线的交点标号。 点03、04、05、06的连线为右端头四边楔形平面的端头面，点01、02、07为右端头三角形平面的端肩面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。对角线切面为点06、07连接直线沿点03、06对角线组成的平面或以点06、07在内圆柱面与下端面形成的弧线沿点03、06连接的对角线组成的弧面。由此呈现出内圆柱面、上端面、立宽度的外圆柱面、对角线切面点02、03、06、07平面或弧面构成四边楔形棱上凸台及点01、02、07 为三角平面端肩面的活塞环右端头。与左端头的点11、12、13、14、17—一对应成为互补的端头结构。图5是无端隙活塞环桶面梯形环的端口内上方轴测图以及活塞环开口处的局部放大D的位置。梯形活塞环的上端面为锥面，下端面为反向锥面。图6是图5的局部D放大图，示出左端头的立体结构以及各形面交线的交点标号。 点11、12、17的连线为三角形平面的端头面，点13、14、15、16的连线为四边楔形平面的端肩面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。对角线切面为点16、17连接直线沿点12、17对角线组成的平面或以点16、17在内圆柱面与下端面形成弧线沿点17、12连接的对角线组成的弧面。由此呈现出外桶面、下端面、对角线切面点12、13、 16、17平面或弧面构成三棱形下凸台及点13、14、15、16为四边楔形平面端肩面的活塞环的左端头，与图4所示右端头的上四边楔形凸台成为互补结构。在活塞环内圆柱面上距端头面丄设一小圆弧定位槽10，与活塞环槽底部设置定位销相配合，起到防止活塞环转动的定位作用。图7是锥面矩形活塞环的主视图。图中示出剖切线E-E经右端头端面通过圆心剖切的位置，E-E剖视图示出活塞环右端头局部放大F的位置。锥面活塞环的外圆面是由锥面和_§_宽度的圆柱面组成。在活塞环内圆柱面上距端头面丄设一小圆弧定位槽10，与活塞环槽底部设置定位销相配合，起到防止活塞环转动的定位作用。图8是图7的局部F放大图。点21与点27的连线及延长线是活塞环下端面的投影线，点M与点26的连线及延长线是活塞环上端面的投影线。对角线是指从下端面与外圆柱面投影线交点21沿外圆柱面投影线一点小距离i的点22到上端面与内圆柱面投影线的交点26的斜线，以该对角线做一切面，与图2的对角线相反的切面。上是外圆柱面的高度，上大于等于A。图9是锥面矩形环的端口内下方轴侧图以及活塞环开口处的局部放大G。图10是图9的局部G放大图，示出左端头的立体结构以及各形面交线的交点标号。点33、34、35的连线为三角形平面的端头面，点31、32、36、37的连线为四边楔形平面的端肩面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。对角线切面为点35、36连接直线沿点33、35连接的对角线组成平面或以点35、36在内圆柱面与上端面形成的弧线沿点33、35连接的对角线所组成的弧面。由此呈现出外锥面、上端面、点32、 33、35、36平面或弧面构成三棱形上凸台和点31、32、36、37连线的四边楔形端肩面的活塞环左端头，与右端头的四边楔形棱下凸台构成互补结构。在活塞环内圆柱面上距端头面丄设一小圆弧定位槽10，与活塞环槽底部设置定位销相配合，起到防止活塞环转动的定位作用。图11是锥面矩形环的端口外上方轴侧图以及活塞环开口处的局部放大H。图12是图11的局部H放大图，示出右端头的立体结构以及各形面交线交点的标号。点21、22、26、27的连线为四边楔形平面的端头面，点23、24、25的连线为三角形平面的端肩面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。对角线切面为点25 J6连接直线沿点22 J6对角线组成平面或以点25 J6在内圆柱面与上端面形成弧线沿点2236连线的对角线所组成的弧面。由此呈现出环内柱面、下端面、立宽度的外圆柱面、点22、23、25、沈平面或弧面的切面构成四边楔形棱下凸台的活塞环右端头，与左端头相对应的点31、32、33、34、35、36、37端头面和端肩面互补。_§_是外圆柱面的高度，_§_ 大于等于立。该右端头与图10所示的上三棱形凸台的左端头构成互补结构的无端隙活塞环。图13是柱面矩形无端隙活塞环置于汽缸内或环规中端头合拢工作状态的主视图。I为活塞环端头搭接的尺寸，I-I剖切线对称通过端头搭接的尺寸I，40为环规或者是汽缸桶，10为设在内圆柱面的小圆弧定位槽。I-I剖视图示出局部放大J在活塞环端头搭接处。图14是图13局部J的放大图。图中示出左端头为上四边楔形棱，右端头为下三角形棱的密封结构。点11、12、17为左端头端头面交点的投影点，括号内点01、02、07为右端头端肩面交点的投影点。图15是桶面矩形无端隙活塞环工作状态的端口外上方轴侧图。示出局部放大K 在活塞环端头搭接处。图16是图15局部K的放大图，示出端头搭接尺寸I和端头的端面与端肩的间隙 S0凸台的长度等于T+s。小圆弧定位槽10与端头面的距离丄。图17是锥面矩形活塞环工作状态的端口外下方轴侧图。示出局部放大L在活塞环端头搭接处。图18是图17局部L的放大图，示出端头搭接尺寸I和端头的端面与端肩的间隙 S0柱面高度1。小圆弧定位槽10与端面的距离丄。
具体实施例方式图1、图2、图13、图14、图15与图16的对照，呈现活塞环由自然状态到放置在汽缸内或环规内使开口闭合的工作状态。示出了全密封对角线切口的无端隙活塞环两端头搭接长度I，受热所需的膨胀间隙&在活塞环内圆柱面距其端头面丄设一小圆弧定位槽10， 或在另一端距其端头面丄设一小圆弧定位槽10如图18所示。剖面线I-I对称经过搭接长度I和活塞环轴心。搭接长度I加膨胀间隙S为端肩面到端头面凸台的尺寸。如图2、图 14所示对角线是指从点04沿外圆柱面投影线一点小距离±的点03至点06的斜线，以该斜线做对角线切面。图14所示无端隙活塞环左端头的下三角形棱凸台封堵了活塞与汽缸直径方向之间的间隙，右端头的上四边楔形棱凸台封堵了左端头端头面与右端头端肩面之间的间隙，封堵了燃烧室向曲轴箱方向的漏气。构成全密封对角线切口无端隙活塞环所具备磨损补偿功能的设计特点。在汽缸内柱面与活塞环外圆面相互磨损的过程中，只要I > 0其活塞环的密封性能始终保持最佳状态，当T = 0时该项技术的密封特性才进入现有技术直边切口活塞环的装配技术状态。图4示出的右端头代表不同的矩形、梯形和楔形活塞环上四边楔形棱凸台是由点02到点03为长度，宽度为±的外圆桶面或柱面、点04、05的上端面、点05、06的内圆柱面、点06、07连接直线沿点06、03对角线构成的平面或以点06、 07在内圆柱面与下端面形成的弧线沿点06、03连接的对角线所组成弧面的对角线切面构成。点01、02、07的连线的平面组成右端头的端肩面，点03、04、05、06连线的四边楔形平面
6组成右端头的端头面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。图6示出的左端头代表不同的矩形、梯形和楔形活塞环下三角形棱凸台是由点12到点 13的长度，宽度为点11到点12的外圆桶面或柱面、点11、17的下端面和以点12、13、16、17 连线沿点17、12对角线构成的平面或以点16、17在内圆柱与下端面形成弧线沿点17、12连接的对角线组成弧面的对角线切面构成。点13、14、15、16连线的四边楔形平面组成左端头的端肩面，点11、12、17连线的三角形平面组成左端头的端头面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线，左、右端头完全互补。用活塞环端头为上四边楔形棱凸台和下三角形棱凸台结构密封燃烧室向曲轴箱方向的下漏气。图7、图8、图10、图12与图18的对照，呈现出锥面矩形对角线切口无端隙活塞环开口自然状态和在汽缸桶内开口闭合状态。丄为定位槽与端面的距离，两端头搭接长度1， 受热所需的膨胀间隙S。剖面线E-E经右端头的端头面通过轴心的剖切，如图8所示锥面矩形、梯形、楔形(梯、楔形未作图)无端隙活塞环的对角线是从外圆柱面投影线与下端面投影线的交点21沿外圆柱面一个立小距离点22到点沈的斜线。图12示出的右端头代表不同的矩形、梯形和楔形活塞环下四边楔形棱凸台是由点22到点23为长度和高度为立的外圆柱面、点21和点27的下端面、点27、26、25的内圆柱面和对角线切面为点25,26连接直线沿点沈、22对角线组成的平面或以点25 J6在内圆柱面与上端面形成的弧线沿点26、 22连接的对角线组成弧面的切面构成。点23、24、25连线的平面组成右端头的端肩面，点 21、22、沈、27组成右端头的端头面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。图10示出左端头代表不同的矩形、梯形和楔形锥面无端隙活塞环上三角形棱凸台是由点32到点33为长度的圆柱面、点34、35、36的上端面和点35、36连接直线沿点35、33对角线组成平面或以点35、36在内圆柱面与上端面形成的弧线沿点33、35连接的对角线组成弧面的对角线切面构成。点31、32、36、37连线的四边楔形平面组成左端头的端肩面，点33、34、35连线的三角形平面组成左端头的端头面，两平面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线，左、右端头完全互补。用活塞环端头为上三角形棱凸台和下四边楔形棱凸台结构密封曲轴箱向燃烧室方向的上窜气窜油。图18示出锥面活塞环的外圆锥面是由锥面和柱面组成，柱面高为上大于等于上。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，可对本发明作出许多变更和修改，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
1.一种有定位槽的无端隙活塞环，其特征是活塞环的切口为对角线切口的结构，并设有防止活塞环旋转的定位槽，与活塞的环槽底的防旋转定位销配合使用其中第一道柱面和桶面活塞环对角线切口的结构为上端面投影线与外圆柱面或桶面投影线的交点04沿外圆柱面或桶面投影线一点小距离j的点03到下端面与内圆柱面投影线交点06的斜线，以该斜线做对角线切面构成活塞环的互补两端头，第二道锥面活塞环对角线切口的结构与第一道活塞环的切口相反，即对角线是指从下端面投影线与外圆柱面投影线交点21沿外圆柱面投影线一点小距离j的点22到上端面与内圆柱面投影线的交点沈的斜线，以该斜线做对角线切面构成活塞环的互补两端头。
2.如权利要求1所述的有定位槽的无端隙活塞环，其特征是第一道柱面或桶面活塞环对角线结构由对角线切面分为上四边楔形棱凸台和下三角形棱凸台互补的两端头。
3.如权利要求1所述的有定位槽的无端隙活塞环，其特征是第二道锥面活塞环对角线结构由对角线切面分为上三角形棱凸台和下四边楔形棱凸台互补的两端头。
4.如权利要求2与3所述的有定位槽的无端隙活塞环，其特征是第一道柱面或桶面活塞环右端头对角线切面为点06、07连接直线沿点03、06对角线组成的平面或以点06、07 在内圆柱面与下端面形成的弧线沿点03、06连接的对角线组成的弧面，与左端头对角线切面为点16、17连接直线沿点12、17对角线组成的平面或以点16、17在内圆柱面与下端面形成弧线沿点17、12连接的对角线组成的弧面相对应；第二道锥面活塞环右端头对角线切面为点35、36连接直线沿点33、35连接的对角线组成平面或以点35、36在内圆柱面与上端面形成的弧线沿点33、35连接的对角线所组成的弧面，与左端头对角线切面为点35、36连接直线沿点33、35连接的对角线组成平面或以35、36在内圆柱面与上端面形成的弧线沿点 33,35连接的对角线所组成的弧面相对应。
5.如权利要求1所述的有定位槽的无端隙活塞环，其特征是无端隙活塞环两端头的端头面与端肩面的投影线与活塞环轴线等距离平行或分别与轴线平行交于轴线。
6.如权利要求1所述的有定位槽的无端隙活塞环，其特征是无端隙活塞环第二道锥面活塞环的锥面是由锥面和高度为i的柱面构成，柱面高度i大于等于±。
7.如权利要求1所述的有定位槽的无端隙活塞环，其特征是在无端隙活塞环的内圆柱面距两端头任意一端面丄设置一个小圆弧定位槽10。
全文摘要
本发明公开了一种有定位槽的全密封对角线切口无端隙活塞环，其活塞环外径周长比汽缸内径周长长出端口重叠的尺寸。第一道无端隙活塞环为桶面或柱面，以活塞环轴向截面外圆面与上端面投影线的交点，沿外圆面投影线δ距离的点到内圆柱面与下端面投影线交点的对角线做切面。第二道无端隙活塞环为锥面环，是由上锥面与高度为θ的下柱面构成，以活塞环轴向截面外圆柱面与下端面投影线的交点，沿外圆柱面投影线δ距离到内圆柱面与上端面投影线交点的对角线做切面。对角线切面为平面或弧面。活塞环两端头分别由上四边楔形棱与下三角棱以及上三角棱与下四边楔形棱，端头面和端肩面构成。端头面与端肩面的投影线等距离平行于轴线或分别与轴线平行交于轴线。在两端头的任意端距端面距离τ开以小圆弧定位槽，与活塞的环槽底的定位销相配合起到活塞环防止转动的作用。该无端隙活塞环具备磨损补偿功能，节能环保。在磨损补偿范围内始终保持初始技术状态。
文档编号F16J9/24GK102235264SQ20101016948
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月25日 优先权日2010年4月25日
发明者杨应捷, 杨惜景 申请人:杨应捷