[发明专利]气动发动机用活塞对汽缸密封

说明书

对相关申请的引用

本申请是1999年10月26日提出的题为“气动发动机”的流水号09/178,595申请的部分继续申请。

发明的背景

在气动发动机的设计中，存在着一个历史性问题，即在点火或压缩行程已经出现之后释放由发动机活塞的返回行程引起的“背压”。此一问题曾使发动机设计者采用复杂的排气阀或在活塞直径与汽缸直径直径之间留出间隙，以便在返回行程期间压缩空气能够逃逸。

气动发动机的机构非常简单。当活塞从进气阀运动时，它处于压缩行程。当活塞离进气阀最远时它排出从压缩循环残留的任何压力。当运动指向进气阀时，它处于返回循环。在活塞的运动返回到点火位置处此一返回循环是关键的；不应出现建立压力。在所有设计中唯有旋转部件的惯性在此一循环期间迫使活塞下行。

在现有技术中，存在着在活塞上没有密封的气动发动机。这种设计不造成背压，但是在压缩行程期间由于在活塞与汽缸壁之间的空气损失所以效率低。如果在活塞直径与汽缸直径之间使用O形圈式密封或任何双向密封的密封，则由于任何压缩空气将在行程的顶部排出所以压缩行程变得效率很低。然而，当活塞返回到其点火位置时在点火顺序再次开始之前可能造成高达5大气压的背压。此一效应减慢旋转部件的旋转速度。于是需要飞轮之类更大的惯性和更重的零件以便补偿。这种效应在造成背压的其他发动机中需要一个排气阀来排放此一压力。如果不用排气阀，则该密封明显降低发动机的性能，并且在某些情况下使发动机无法工作。

因而本发明针对一种发动机密封，该密封适于仅在压缩行程期间而不在返回行程期间靠紧活塞壁密封，借此避免对排气阀或较大质量发动机部件的需要。

发明概要

在气动发动机的活塞汽缸内，本发明的系统包括一个为了在所述活塞汽缸内互补移动而平衡的活塞，所述活塞有它的一个径向压缩表面和用来实现所述活塞在所述活塞壳体内轴向往复移动的机构。该系统还包括一个活塞密封，该活塞密封包括一个用来固定于所述活塞的所述压缩表面的机构和一个通常朝向一个系统纵轴线向内偏置的整体下垂的弹性环形裙部，所述裙部与所述固定机构相结合，在该气动发动机的工作循环的低压(返回行程)阶段期间确定一个小于从所述系统轴线到所述汽缸内壁的半径的半径，而在其高压(压缩行程)阶段期间确定一个大于从所述系统轴线到所述汽缸的所述内壁的半径的半径。其中，所述裙部的所述向内偏置被克服借此引起该裙部的轴向和径向提升靠紧该汽缸的内壁，以便在发动机工作循环的高压阶段期间实现高完整性的活塞密封。在低压阶段期间由于该裙部尚未膨胀所以不实现密封。

更确切地说该活塞密封包括一个空心的圆柱形部分，该部分具有与将要对发动机汽缸的压缩区密封的活塞的外径互补的内径。空心圆柱部分的上基部部分地确定一个与所述活塞的从汽缸内径径向向内的下环形表面互补的表面。本发明包括，从所述圆柱部分的上基部径向向外，一个具有径向尺寸的整体下垂的弹性环形伞状裙部，当从系统轴线测量时，该径向尺寸通常小于从所述轴线到活塞外径的半径。其中，环形裙部通常朝向系统轴线向内偏置并且径向离开所交界的汽缸壁。因而，在气动发动机的工作循环的高压阶段期间，仅在裙部下方存在着升高的流体压力时才会出现所述裙部对汽缸壁的密封性，该压力引起所述裙部的轴向提升，借此引起径向膨胀，把裙部的外周带到与所述汽缸的所述壁不透流体的变形接触。

因此本发明的一个目的在于提供一种用于气动发动机的汽缸的改进的压缩密封。

另一个目的在于提供一种改进的活塞-汽缸系统，其中包括一种气动活塞密封，该密封在发动机的压缩行程期间将会在活塞-汽缸交界处保证改进的流体完整性。

本发明的又一个目的在于提供一种在发动机的返回行程期间解除气动发动机的活塞的密封性的方法。

本发明的再一个目的在于提供一种用于特别适于与玩具车合用的类型的气动发动机的活塞密封。

还有一个目的在于提供一种以上类型的活塞密封，该类型不需要其制造与该发动机活塞的制造的完整性，并且不需要使用回程阀或大质量发动机部件。

根据以下给出的附图的简要说明、发明的详细描述、以及所附权利要求书，本发明的以上和其他目的以及优点将变得显而易见。

附图的简要说明

图1是本发明的活塞密封的透视图。

图2是其俯视图。

图3是表示在气动发动机工作循环的低压阶段(返回行程)开始时的活塞密封的工作图。

图4是表示在气动发动机工作循环的高压阶段(压缩行程)开始时的活塞密封的工作图。

图5是类似于图4的图，但是表示整个活塞、活塞密封、汽缸和空气进口组件。