[发明专利]无环活塞

说明书

本发明属于内燃机的活塞类。

活塞环是一般内燃机在活塞相对气缸体作往复运动时必不可少的动力传导体和密封件。在内燃机工作时，由于燃烧室内产生的高温、高压，使密封环处于严酷的工作条件下易产生串油串气、密封不好的问题。活塞在气缸内作往复运动时，活塞环与气缸壁向产生接触摩擦，使环和缸都易磨损。它们之间的摩擦不仅消耗了大量的机械能，同时机械能转变成热能，又加剧了它们的磨损。因此在所有内燃机中活塞、活塞环属易损件，必须更换，而在更换时还必须将内燃机完全拆开，费时费力，花费大量的维修费。

为解决上述问题，现在为解决串油串气问题，设计了组合式气环（公开号CN2047308、公开日期89.11.8）;为解决密封问题，设计了无隙密封活塞环（公告号CN2050080、公告日89.12.27），一种全封闭式活塞环组（公告号CN2050080、公告日87.7.8）。这些设计都在活塞环上作文章，没有解决活塞环，活塞、气缸的易损问题。

发明专利申请“特别用于内燃机的轻型活塞”（公开号85108901，公开日860610）是一种重量轻的无环活塞，但其结构极其复杂。

本发明的目的是设计一种结构简单的无环活塞，它既可实现内燃机气缸的完全不泄漏密封，又可消除活塞在往复运动时活塞与气缸壁之间的机械摩擦，从而使活塞、气缸由易损件变为耐用件，不需经常更换。

本发明的目的是以下述方式实现的，无环活塞由活塞顶1、活塞体2、弹性膜片3、连通管4、输油管5、供油阀6、油腔9组成，输油管5与油腔9相通，它们把活塞分成活塞顶1，活塞体2两部分，油腔9与活塞连杆中心小管有油道相通，油道上装有供油阀6，活塞顶上开有连通孔4，油腔9靠活塞顶的内壁上设置有弹性膜片3。

下面结合附图详述本发明的结构及功能。

图1本发明结构示意图

图2活塞顶上连通孔布置图

参照附图，内燃机工作时，机油泵以一定压强将润滑油从连杆中心小管输入，供油阀6开启，润滑油从油道注入油腔9内。注油开始后，油腔9内的油充满时，若机油压强还大于油腔9内的压强，则在此压强差作用下供油阀作正向关闭，供油停止。在供油的同时，油腔9内的油液会经输油管5流进活塞与气缸10壁间的间隙内，并充盈其中，形成阻隔活塞上部工质与活塞下部大气之间通道的液体膜。

当活塞上行压缩工质，或工质燃爆使工质压强增大时，工质压强增量△P通过连通孔4传递到弹性膜片3。弹性膜片3即将此△P传递给油腔9内的油液，使油液的压强和工质压强相等。油液的压强增量△P同时经输油管5传递到活塞与气缸壁间的液体膜，于是气缸内的工质就会受到同自己压强相等的液体膜的封闭而无法向外泄漏。

当油腔9内的液压大于机油泵压强时，供油阀在压强差作用下作反向关闭、防止油腔9内油液泄漏回供油管道。在活塞体2下部布设了迷宫密封结构7，使油液经迷宫迷封节流后向外泄漏大大减少，同时也起维持液体膜的压强的作用。

由于间隙中的液体膜缓慢而不断地泄漏，使油腔9内的油液逐渐减少，于是弹性膜片在工质压强的作用下会逐渐向油腔9内凹陷，油腔9的工作容积不断减少，以保持油腔9内的液体压强总是等于工质压强，形成一种特定的压强跟随效应。

当打开内燃机排气阀或进气阀时，气缸10内的压强随即下降，此时在上述压强跟随效应作用下仍保持着液体膜压强等于工质压强。当气缸工质压强下降到低于机油泵压强时，供油阀6开启，油腔9又开始充油，充油后再重复上面的过程。

活塞顶1上设置有刮油片8，其作用是，活塞在向下运行时将吸附在气缸壁上的油液刮下，以减少机油的耗损。

本发明去掉了活塞环，用液体摩擦取代了机械摩擦，使其摩擦系数比原来的临界摩擦系数降低了两个数量级，不仅使活塞、气缸由易损件变成了耐用件，而且由于油液的不断循环，带走了活塞上下运行时产生的热量，改善了活塞的热状态，提高了内燃机的工作效率。本发明实现了气缸内工质的完全密封，有利于增大内燃机气缸的有效容积。

本发明结构简单，工作可靠，易于批量生产。本活塞无须对内燃机其它部件作任何改动，即可代替旧式活塞使用。