[其他]活塞与活塞环

说明书

本发明涉及内燃机用的活塞与活塞环。

一个活塞使用若干活塞环，既可防止燃烧气体从燃烧区逸出而产生人们熟知的泄漏现象，又能限制润滑油进入燃烧区的数量，使耗油量不致过高。为了达到这些目的，一般要使用三个或更多个活塞环。现代内燃机往往用的是一套三个活塞环，其中位于上部和中部的是两个压缩环，下部是一个节油环。一般认为，为了实用的目的至少需要有两个压缩环与气缸壁接触，才能有效地控制燃烧气体的泄漏，从而达到可接受的耗油水平。

如能生产一种只具有一个压缩环和气缸壁接触的高效率活塞，会带来许多优点。首先是尺寸上的好处，譬如可以减少活塞的压缩高度和重量，其次还有利于降低磨擦力。减少压缩高度就是缩小活塞拱顶至活塞销中心线之间的距离，这样就降低了发动机的外形高度，当然也意味着车辆发动机顶盖轮廓线的降低，因而改善了气动力学等条件。减轻活塞重量还可导致降低作用于活塞销、连杆、轴承、曲轴等零件上的各种应力，从而使所有这些零件可以做得更小和更轻。

已经提出过各种改善压缩环气体密封的办法。其中有几种活塞环的型式是在单个环槽内具有多个支承于气缸壁上的零件。斯仓尼奇（Schunichi）在欧洲专利申请第0069175号说明书中描述过这种结构。其它一些方法采用的措施是：用一个位于两个槽中的辅助环，其中一个槽开在活塞环内侧沿轴向表面上，另一个槽开在活塞环槽内沿轴向的壁上，这样，辅助环就在主环和活塞之间形成了密封。这种活塞环装配型式的例子有：古兰哈蒙（Graham）在英国专利GB2，117，868A中、以及威廉斯（Williams）在美国专利US2，228，495中的描述。在古兰哈蒙所描述的实施例中，活塞环槽中为辅助环所开槽的深度，比活塞环内侧沿轴向表面上所开槽的深度相对地深些，活塞环支承在气缸壁上。有些实施例中所示的辅助环是一个在槽中自由浮动的环，既不向外膨胀抵触外面的活塞环，也不与在活塞上的为它所开槽的内壁相接触。在一个例子里，辅助环是一种两个零件的部件，实质上是两个半环形的零件。在另外两个实施例中，辅助环被表现为自活塞环槽底轴向表面向外伸出的、固定联接的凸缘状外形特征。

威廉斯所描述的结构是一个内部的环，一方面嵌入到活塞环槽轴向壁上切削出的环形槽内，同时又与支承于气缸壁的活塞环内侧轴向表面上的对应槽配合。

然而，在威廉斯的专利中，内部的辅助环或密封环起了膨胀器的作用，这会增加主活塞环对气缸壁的支承力。此外，为了避免主环翻转翘曲并限制其只能沿活塞轴向运动，内部密封环在活塞壁的槽内或在主环的槽内都必须处于“密配合”状态。既是密封环要同时与两边的槽“密配合”，则每一槽的轴向深度必须相等。活塞壁上密封环槽的径向深度还应该比位于活塞环上的对应槽深度更大。因此很清楚，内环主要是依靠它在槽中的“密配合”以及迷宫式密封效应起密封作用的。

古兰哈蒙和威廉斯二人都指出，内部密封环的内、外两个轴向表面应是直的、相互平行的、且为同心的，威廉斯的确还在他的原文中着重强调了这一点。

现在已经发现，如将内部的辅助环和外部的主环按下列状态构制，能带来意想不到的、令人满意的效果：内环不限制外环在槽中的运动，内环可以翻转翘曲而与外部的主环形成密封。

根据本发明，一台内燃机的一个活塞应包含下列各部分：一个环形的活塞环槽，该槽具有两个径向延伸的壁和一个轴向延伸的壁;一个压缩环置于活塞环槽中，以便与气缸壁或气缸内衬共同完成密封任务;一个压缩环内的凹槽，沿向外的方向延伸;一个辅助密封环，它一方面与环形活塞环槽沿轴向延伸的壁作持久的、但可挠曲的接触，另一方面则伸入压缩环的凹槽;要将辅助密封环安排成使得压缩环在活塞环环形槽内的运动不致受到实质上的阻碍。

凹槽可以是在压缩环内侧轴向表面上开槽的形式，也可以是在压缩环的上表面以削角斜坡（rebate）的形式出现。

这种压缩环内侧面上所开槽的上、下两个径向壁不一定需要相互平行，而是可以与通过槽内的平面成0°至4°的交角。槽的上表面可以向着槽的开口端朝上延伸，而槽的下表面可以向着槽口方向朝下延伸。因此，从剖面上看来，该槽呈平截头的锥体状。

压缩环内的槽，它的深度最好不少于0.5毫米，如不少于1毫米则更好。

在活塞环环形槽轴向延伸壁上最好能有一个浅层凹陷，凹陷应足以安置内部辅助密封环，例如，可在轴向延伸壁中央设一凹陷，便于向活塞上装配压缩环并能限制内部辅助环的轴向窜动。

辅助密封环最好是钢质挡圈的形式，内侧有修圆的端面，这样做便于使密封环以内侧端面为支点实现挠曲。