[发明专利]一种用于桶形气缸的密封件

说明书

一种螺旋盘绕密封件(08)用于密封桶形气缸的活塞‑气缸组件，包括：活塞密封C形环(401)；连接C形环(402)，其包括从连接C形环(402)第一端附近的内周部分向内突出的内翼(501)，和从连接C形环(402)第二端附件的外周部分向外突出的外翼(502)；以及气缸密封C形环(403)。其中，活塞密封C形环(401)端对端连接到连接C形环(402)的第一端，气缸密封C形环(403)端对端连接到连接C形环(402)的第二端，这样形成一种三环螺旋结构，该结构对于气缸活塞‑气缸组件的上下行程速度，具有所需的、足够短的收缩–扩张响应时间。

对相关申请的交叉引用

本申请要求根据巴黎公约对2016年3月15日提交的美国临时申请No. 62/308,239的优先权；其公开内容通过引用整体并入本文。本申请涉及2006年4月7日提交的韩国专利申请No.10-2006-0031762；其公开内容通过引用整体并入本文。本申请还涉及2012年2月24日提交的PCT国际申请No.PCT/CN2012/071634；其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及活塞技术，具体涉及活塞–气缸密封机构。

背景技术

活塞是往复式内燃机、往复泵、气体压缩机、气缸和其他类似机械装置的组件。活塞是由气缸容纳的移动部件，并且由活塞环形成气体或液体密封。

活塞环围绕活塞安装，并且一般是橡胶O形环。图1为一种示例的活塞–气缸组件横截面图，其中应用在活塞上的是传统多橡胶O形环密封件。为了通过橡胶O形环实现气缸的有效密封，橡胶O形环必须保持一定的弹性范围。橡胶O形环的弹性是实现密封功能的基本特征。但是，在低于-50℃的温度下，橡胶分子会冻结，橡胶O形圈的弹性会丧失。在高于+250°C的温度下，橡胶分子会渗碳并且弹性也会丧失。因此，橡胶O形环通常设计为在-50℃至+ 250℃的环境温度范围内操作。

使用橡胶O形环也限制了气缸的最大内部压力。当内部压力高于450kg/cm²时，橡胶被挤出气缸壁和活塞之间的间隙。因此，橡胶O形环密封的活塞–气缸通常设计成在不超过450kg/cm²的内部压力下操作。

克服温度和压力限制的一种现有技术是使用多活塞环设计。在这种设计中，当密封环提供密封功能时，一个或多个辅助环围绕活塞安装，以承受气缸的高内压。密封环还由一个由诸如玻璃纤维增强酚醛树脂之类的硬质聚合物制成的耐磨环辅助，以延长其使用寿命。也可以采用硬质聚合物环来减小密封环和气缸壁之间的摩擦。总共可以有多达16个不同功能的活塞环，导致复杂的机械结构、需要昂贵和复杂的制造工艺。活塞在气缸中的高速往复运动期间无论采用什么材料，使用多个活塞环进行密封会产生巨大的摩擦，这会导致功率损失，气缸内壁的过度刮擦以及缩短气缸寿命。

大多数现代内燃往复式发动机设计成具有略微桶形的气缸。这是因为在上下冲程期间活塞可能严重划伤气缸壁，特别是当活塞在上下冲程过渡时定位在气缸的上端或下端附近时。上端和下端之间的刮擦相对较少。为了补偿刮擦严重程度的差异导致气缸壁的不同腐蚀率，制造气缸使得其横截面内径从中间向上端和下端逐渐变小，类似于桶的形状。在这种情况下，安装在活塞周围的活塞环必须设计成开口的，以便当活塞朝向气缸的任一端行进时它可以收缩，并且当活塞穿过气缸的中间部分时膨胀或扩张。

此外，活塞环仅密封气缸内壁但不密封活塞。泄漏会从活塞顶部区域发生。在内燃机中，这让燃料和润滑油在曲轴箱内部彼此混合，导致不期望的泄露。

发明内容

本发明提供一种使用动态密封装置的活塞-气缸密封方法和装置，从而消除上述性能和制造缺陷。本发明还提供一种动态密封装置，采用适用于桶形气缸的螺旋盘绕（helical coiled）密封环。