内燃机螺旋撑簧双片组合式活塞环.pdf

本发明的内燃机螺旋撑簧双片组合式活塞环，含有上环体、下环体和螺旋撑簧。螺旋撑簧安装在由上、下环体组成的撑簧槽中。该组合环装机后，螺旋撑簧对上、下环体分别施加一个作用力。该力的径向分力增加环体对气缸壁的比压，提高刮油能力；该力的轴向分力则增强环体与活塞环槽上、下平面的密封能力并阻止环体的轴向移动。与普通螺旋撑簧油环相比，本发明所述组合式活塞环具有摩擦力小、刮油能力强、无“泵油”作用，并对缸内气体有良好的密封作用。

1、  一种内燃机螺旋撑簧双片组合式活塞环，包含一片上环体、一片下环体和一根螺旋撑簧，其特征在于上环体的上侧面和下环体的下侧面都是平面，并且上环体和下环体共同组成一撑簧槽，螺旋撑簧即位于该撑簧槽中。

2、  根据权利要求1所述的组合式活塞环，其特征在于组合式活塞环的最小轴向尺寸或者等于上环体和下环体的最大轴向尺寸之和；或者等于上环体在撑簧槽处的最小轴向尺寸、下环体在撑簧槽处的最小轴向尺寸与螺旋撑簧外径三者之和。

3、  根据权利要求1所述的组合式活塞环，其特征在于撑簧槽的横断面形状使螺旋撑簧与上环体接触点的切线和上环体上侧平面的夹角γ₁、螺旋撑簧与下环体接触点的切线和下环体下侧平面的夹角γ₂的取值满足如下条件：0°≤γ₁≤60°，0°≤γ₂≤60°，并且30°≤γ₁+γ₂≤90°。

内燃机螺旋撑簧双片组合式活塞环
(一)技术领域
本发明涉及内燃机曲柄连杆机构中的活塞环组，特别适用于四冲程内燃机的组合式活塞环。
(二)技术背景
现有内燃机活塞环广泛采用的是二至三道气环，一道螺旋撑簧油环的环组结构。在工作时，油环在活塞环槽内的轴向移动容易产生“泵油”作用，这时机油通过活塞环与活塞环槽之间的侧隙上窜至燃烧室，造成机油耗上升。由于螺旋撑簧油环的两道刮油边处于同一环体上，工作时每道刮油边不能单独作径向运动，使油环只有上刮油边起刮油作用，而下刮油边对机油耗影响较小，但却增加了内燃机的摩擦阻力。此外，在螺旋撑簧油环环体上通常分布着八至十二个回油孔，这些回油孔不仅增加了油环的加工制造难度，而且降低了环体强度，使油环体在安装和工作时容易出现折断现象。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种新式组合式活塞环，该组合式活塞环的环体分为上环体和下环体，上、下环体各有一道刮油边。利用上环体和下环体能同时工作的特点，达到提高该组合环密封、刮油和传热能力的目的。
本发明的组合式活塞环由一片上环体、一片下环体、一根螺旋撑簧和撑簧闩销组成。所述螺旋撑簧由一根撑簧闩销连接两端，形成一圆环状弹簧体。本发明的组合式活塞环装机后，上环体的上侧平面被螺旋撑簧压紧在活塞环槽上平面上，下环体的下侧平面被螺旋撑簧压紧在活塞环槽下平面上；该组合式活塞环上环体的下侧面与下环体的上侧面共同组成一个撑簧槽，圆环状的螺旋撑簧即被上环体和下环体压紧在该撑簧槽中。压缩后的螺旋撑簧对上环体和下环体分别施加一个反作用力。该反作用力的径向分力将上环体和下环体的外圆面压紧在气缸套壁上，而轴向分力则将上环体和下环体撑开，并将上、下环体分别压紧在活塞环槽上平面和活塞环槽下平面上。因此，螺旋撑簧施加的径向分力提高了上、下环体对气缸壁的压力，增强刮油能力；螺旋撑簧施加的轴向分力提高了上、下环体对活塞环槽上、下平面的压力，并阻止环体的轴向移动。
在本发明的组合式活塞环中，撑簧槽的横断面形状对螺旋撑簧施加给上、下环体的轴向分力有重要影响。设计撑簧槽的横断面形状时，要保证螺旋撑簧与上环体接触点的切线和上环体上侧平面的夹角γ₁在0°至60°范围内取值；螺旋撑簧与下环体接触点的切线和下环体下侧平面的夹角γ₂也应在0°至60°范围内取值；并且γ₁与γ₂之和应在30°至90°范围内取值。撑簧槽的横断面形状通常呈V型或U型结构。
当本发明的组合式活塞环受到缸内燃烧气体较大的轴向力作用时，上、下环体会产生轴向位移，为防止轴向位移过大，该组合式活塞环要确定最小轴向尺寸。设计时，确定最小轴向尺寸的方法有两种，第一种是用上环体的最大轴向尺寸和下环体的最大轴向尺寸之和确定组合式活塞环的最小轴向尺寸。第二种是用上环体在撑簧槽处的最小轴向尺寸、下环体在撑簧槽处的最小轴向尺寸与撑簧外径三者之和确定组合式活塞环的最小轴向尺寸。第一种方法加工制造上、下环体较为容易，但上、下环体轴向尺寸较大，适用于中低速内燃机；第二种方法上、下环体轴向尺寸较小，适用于高速内燃机。
本发明的组合式活塞环其上、下环体可采用合金铸铁、球墨铸铁和钢等材料制造，其外表面可采用镀铬等措施提高耐磨性。
(四)附图说明
图1为本发明所述组合式活塞环的主视图；
图2为图1中上、下环体组成的撑簧槽呈U型时，放大的A-A剖视图；
图3为图1中上、下环体组成的撑簧槽呈V型时，放大的A-A剖视图。
图中：1为上环体、2为下环体、3为螺旋撑簧、4为撑簧闩销。γ₁为螺旋撑簧与上环体接触点的切线和上环体上侧平面的夹角，γ₂为螺旋撑簧与下环体接触点的切线和下环体下侧平面的夹角；F₁、F₂分别为螺旋撑簧施加在上、下环体上的正压力；Δ为上环体的闭口间隙。
(五)具体实施方式
下面参照上述附图详细说明本发明的具体实施方案及工作原理。
在图1、图2和图3中示出上环体1、下环体2、螺旋撑簧3和撑簧闩销4装机后在活塞环槽中的位置关系。装机后螺旋撑簧3受上环体1和下环体2的压缩，对上、下环体分别施加一个正压力F₁和F₂。力F₁的径向分力和上环体1的自身弹力使上环体1的外圆面压紧在缸套壁面上，形成密封刮油面；力F₁的轴向分力将上环体的上侧平面压紧在活塞环槽上平面上，阻止上环体的轴向移动，并形成密封面。同理，力F₂的径向分力和下环体2的自身弹力使下环体2的外圆面压紧在缸套壁面上，形成密封刮油面；力F₂的轴向分力将下环体2的下侧平面压紧在活塞环槽下平面上，阻止下环体的轴向移动，并形成密封面。显然，螺旋撑簧3和上环体1接触点地切线方向与力F₁的方向垂直，螺旋撑簧3和下环体2接触点的切线方向与力F₂的方向垂直。通过改变螺旋撑簧3与上环体1或下环体2接触点的位置可以改变力F₁或力F₂的方向，从而改变施加在上环体1或下环体2上的轴向力的大小，以改善上、下环体与活塞环槽上、下平面的密封，并阻止上、下环体的轴向移动。设计撑簧槽时，要保证γ₁和γ₂的取值范围为：0°≤γ₁≤60°，0°≤γ₂≤60°，并且30°≤γ₁+γ₂≤90°。
图2中组合式活塞环的最小轴向尺寸是由上环体的最大轴向尺寸H₁和下环体的最大轴向尺寸H₂之和确定的。图3中组合式活塞环的最小轴向尺寸是由上环体在撑簧槽处的最小轴向尺寸h₁、下环体在撑簧槽处的最小轴向尺寸h₂和撑簧外径三者之和确定的。当本发明的组合式活塞环装机时，上、下环体的开口要错开，错开角度大于60°。
与普通螺旋撑簧油环相比，本发明所述的组合式活塞环增强了对缸内气体的密封能力、对缸套壁面的刮油能力和对活塞的传热能力。因此本发明所述的组合式活塞环具有以下特点：
(1)上环体和下环体可以单独作径向运动，对缸套壁面的变形适应性好，增强了活塞环的刮油能力，并能阻止上环体和下环体产生轴向移动，降低内燃机机油消耗、减少排气污染。
(2)螺旋撑簧的轴向分力将上、下环体分别压紧在活塞环槽的上、下平面上，成倍地提高了活塞环的传热能力。
(3)上环体单独与活塞环槽上平面、缸套壁面形成密封刮油面，下环体也单独与活塞环槽下平面、缸套壁面形成密封刮油面。因此本发明的组合环同时具有密封气体和刮油的作用。