專利名稱：新型活塞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于活塞式內(nèi)燃機、蒸汽機和壓縮機部件，是由“油封減壓全封閉式活塞環(huán)組”(下簡稱“油封全閉環(huán)”)與“不泵油活塞”聯(lián)合組成的新型活塞組。
“一種全封閉式活塞環(huán)組”(以下簡稱“全閉環(huán)”，是申請人已被授權(quán)的專利，專利號862042577，專利證書號6727)的一槽三環(huán)結(jié)構(gòu)，使全閉環(huán)完全變成了第一道氣環(huán)，故其背壓總值比普通環(huán)增高約50％。發(fā)動機內(nèi)耗與氣缸磨損都有所增加。
通常降低背壓的方法是減薄環(huán)的厚度。但密封能力卻因而下降，不夠理想。
其次，由于全閉環(huán)的封氣能力已達準(zhǔn)靜態(tài)密封水平，故封油能力已近于靜態(tài)密封的程度。因此，在吸入沖程中從下邊隙〔5〕進入背隙〔4〕中的機油，就不可能像普通活塞環(huán)那樣在壓縮、爆發(fā)與排氣這三個高壓沖程中排回去。所以，從一開始就形成了很強的泵機油作用，使機油消耗增多，積炭加重。
通常解決泵機油的方法是減小邊隙。還有的在鋁合金活塞上鑄入鋼質(zhì)活塞環(huán)槽，以減慢槽邊的磨損速度。但此法只能使普通活塞環(huán)的泵機油現(xiàn)象推遲，並不能消除。當(dāng)然更不能解決全閉環(huán)的泵油問題。
本實用新型的目的是在保持全閉環(huán)全部優(yōu)點的基礎(chǔ)上，提供一種不泵機油、背壓較低的“長壽節(jié)能活塞組”。
以下結(jié)合附圖
來說明本實用新型實現(xiàn)上述目的的方法與結(jié)構(gòu)。
附圖(1)，在吸入沖程中機油從下邊隙〔5〕竄入背隙〔4〕以及油封全閉環(huán)的構(gòu)造。
附圖(2)，油封全閉環(huán)的油封槽〔10〕的封口情況。
附圖(3)，多簧式不泵油活塞。
附圖(4)，簧式不泵油活塞。
附圖(5)，錐簧式不泵油活塞。
(一)，油封全閉環(huán)。
(1)，油封槽的密封作用。全閉環(huán)的蓋環(huán)〔1〕與外環(huán)〔3〕的外圓和氣缸〔7〕之間的滑動間隙(以下簡稱“滑隙”)仍處于以油膜密封補助機械密封的狀態(tài)。由于油膜是經(jīng)常發(fā)生局部破裂的，破裂處近旁的油膜又因處于被吸附狀態(tài)而沒有流動能力，不可能給予補救，故密封能力仍然很差。(這一點也正是油膜密封與油池密封，即通常所說的油封的本質(zhì)區(qū)別)。
油封全閉環(huán)是在蓋環(huán)〔1〕與外環(huán)〔3〕(或只其中之一)的外圓上作出如圖(1)的油封槽〔10〕，把滑隙分成上滑隙〔9〕與下滑隙〔11〕。由于槽中總是刮存有機油，並在毛細(xì)管現(xiàn)象的作用下較多的集中于尖底部分而形成環(huán)狀尖底油池。不先排走機油氣體就漏不出去。所以這種結(jié)構(gòu)的實質(zhì)是變封氣為封油了。
油封槽的截面可以是三角形，也可以是梯形、半月形或矩形。
為了油封槽中的機油不致從開口處漏出，必須令槽的兩端封口，如圖(2)。並使封頭〔16〕的周向尺寸等于〔15〕的尺寸；〔14〕的尺寸可以等于或不等于〔15〕的尺寸。環(huán)的外圓邊棱適當(dāng)?shù)菇?，會有利于油封槽進油，但蓋環(huán)與外環(huán)接觸面的邊棱的靠近開口部分不能倒角。
(2)，油封槽的降背壓作用。普通活塞三道氣環(huán)的背壓與高壓氣體作用在環(huán)的端面上產(chǎn)生的軸向壓環(huán)力之比第一道氣環(huán)是0.76，第二道氣環(huán)是0.2，第三道氣環(huán)是0.076。背壓總比例為1.036，基本等于一。由于全閉環(huán)只有一個槽，不僅都處于第一道氣環(huán)的位置，而且槽寬又增加一倍。因此，總背壓增大到0.76×2＝1.52倍。增多了46.7％。
作出了油封槽〔10〕之后，由于高壓氣體肯定是漏入油封槽的，並產(chǎn)生使活塞環(huán)收縮的徑向力而抵消一部分背壓。故收到了降低背壓的效果。
由于上滑隙〔9〕的尺寸極小，周向尺寸卻很大，所以，即使油封槽中積油不滿，其剩余空間也極小，漏入微量的氣體就足以使壓強與缸內(nèi)接近平衡。因此，雖然環(huán)的外圓面積小了，但與氣缸壁的接觸面上的壓強基本不變，不影響環(huán)的耐磨壽命。
在加作油封槽的同時，也可以采取減薄環(huán)的厚度的辦法進一步降低背壓。不過，如果蓋環(huán)上作油封槽，外環(huán)上油封槽降背壓的作用就將小一些，就可以不作。反之亦然。于是不作油封槽的環(huán)就可以減薄，以降低背壓。但因外環(huán)處于氣缸壁的富油一側(cè)，其油封槽較易存油，故一般可采取減薄蓋環(huán)的辦法來進一步降低背壓。
(3)，內(nèi)外環(huán)寬度之和可以大于蓋環(huán)寬度。在全閉環(huán)的設(shè)計上，已感到內(nèi)環(huán)嫌薄，環(huán)壓偏低。油封全閉環(huán)由于增加有彈簧壓環(huán)力，環(huán)隨活塞作徑向擺動時保證貼緊氣缸壁的應(yīng)變速度，會相應(yīng)減慢而影響密封能力。故應(yīng)要求內(nèi)外環(huán)的環(huán)壓之和等于蓋環(huán)環(huán)壓。于是必須使內(nèi)外環(huán)寬度之和大于蓋環(huán)寬度。
(二)，不泵油活塞。
因油封全閉環(huán)中各環(huán)的開口均已相互封閉，所以，下邊隙〔5〕是機油竄入背隙〔4〕的唯一通道；竄入背隙〔4〕的機油，是泵機油現(xiàn)象的唯一油源。所以，保證下邊隙〔5〕始終為零是切斷油路、消除泵機油現(xiàn)象的唯一簡便途徑。
保證下邊隙〔5〕始終為零的適用方案，有以下三種基本結(jié)構(gòu)。
(1)，多簧不泵油活塞。用多個小壓力彈簧〔17〕(不限于鋼絲彈簧)把活塞環(huán)壓在下槽邊〔12〕上。當(dāng)總彈力F大于環(huán)與缸壁的磨擦阻力f1與活塞上下兩端氣壓差作用在環(huán)的端面上產(chǎn)生的軸向壓環(huán)力f2之和，即 F＞f1＋f2(1)則油封全閉環(huán)在吸入沖程中就不會離開下槽邊〔12〕而始終保持接觸狀態(tài)，使下邊隙〔5〕始終為零。
(2)碟簧式不泵油活塞。這只是用一個碟形彈簧代替多個小壓力彈簧，力學(xué)要求與(1)相同。
(3)錐簧式不泵油活塞。這是用錐面漲簧通過半錐角〔30〕產(chǎn)生的軸向壓環(huán)力來代替碟簧或多個小壓力彈簧的彈力。力學(xué)要求與前兩者相同。
多簧的優(yōu)點是軸向壓環(huán)力的分布雖不十分均勻，但規(guī)律性較好；而且，彈簧的加工容易，生產(chǎn)效率高，材料成品率也高。缺點是軸向壓環(huán)力分布不均勻；對活塞的導(dǎo)熱冷卻能力較低。
碟簧的優(yōu)點是軸向壓環(huán)力分布非常均勻，而且加工容易，生產(chǎn)效率高。缺點是只能采用組合式活塞；材料成品率低；對活塞的導(dǎo)熱冷卻能力很差。
錐簧的優(yōu)點是對活塞的導(dǎo)熱冷卻能力最高；材料成品率也高；可用整體式活塞。缺點是軸向壓環(huán)力分布最不均、規(guī)律性最差。
采用碟簧雖有必須配以組合式活塞的缺點，但如采用圖(3)的結(jié)構(gòu)，並用耐磨鑄鐵或殷鋼(含鎳36％的鐵合金)作頂環(huán)〔25〕，則在保證 (α)/(γ) ＝相安角〔28〕＞磨擦角 (2)的前提下，可使上熱間隙〔8〕接近或等于裙部熱間隙〔22〕。于是頂部可成為一個支點端。這不僅可使活塞的軸線擺動減小，有利于密封，降低偏磨，也加強了頂部在高溫下的抗磨能力。
這種結(jié)構(gòu)也可以用于多簧和錐簧不泵油活塞上。
(三)，刮油結(jié)構(gòu)的改進。
普通活塞組只有在一個吸入沖程中的上竄油量達到足可超過第一道氣環(huán)以上的臨界量，因而能以自由油膜的形式附著在氣缸壁和活塞表面之后，才能在壓縮、爆發(fā)和排氣三個高壓沖程中不被排回曲軸箱而形成泵機油現(xiàn)象。所以，刮油環(huán)的任務(wù)是在保證滿足活塞環(huán)及其與氣缸的潤滑的前提下，把在一個吸入沖程中的上竄油量限制在臨界量以下。
本實用新型已切斷了竄油通道，似乎可以不用刮油結(jié)構(gòu)。但實際上由于磨損，氣缸失圓、環(huán)壓降低、活塞環(huán)槽邊失平等，都會使泵機油現(xiàn)象重現(xiàn)。此外，為了使活塞環(huán)隨活塞徑向擺動時能保證及時與氣缸壁貼緊，不得不適當(dāng)降低彈簧的壓環(huán)力，並限定最小的泵油量(這也有利于潤滑)。所以仍須以刮油環(huán)來限制泵機油現(xiàn)象。為此(1)，刮油環(huán)改為原寬的三分之二的窄環(huán)，加大自由開口，使磨損后的彈力下降梯度變小，彈力比較穩(wěn)定。
(2)，在不泵油活塞上，作出集油槽〔19〕與排油孔〔20〕，以降低排油阻力。
權(quán)利要求1.一種由油封減壓全封閉式活塞環(huán)組與不泵油活塞組成的新型活塞組，其特征在于油封減壓全封閉式活塞環(huán)組是在引用的“一種全封閉式活塞環(huán)組”中的蓋環(huán)[1]與外環(huán)[3]，或其中之一的外圓上，作出兩端封口的油封槽[10]；不泵油活塞是用彈簧把油封減壓活塞環(huán)組壓在活塞環(huán)槽下槽邊[12]上，始終保持接觸狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油封減壓全封閉式活塞環(huán)組，其特征在于油封槽的截面可以是三角形、梯形、半月形或矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油封減壓全封閉式活塞環(huán)組，其特征在于內(nèi)環(huán)〔2〕與外環(huán)〔3〕的寬度之和等于或大于蓋環(huán)〔1〕的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不泵油活塞，其特征在于彈簧可以是均布在圓周上的多個小壓縮彈簧，也可以是一個碟形彈簧或一個錐面漲簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用一個碟形彈簧的不泵油活塞，其特征在于頂環(huán)〔25〕是用耐磨鑄鐵或殷鋼(含鎳36％的鎳鐵合金)制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不泵油活塞，其特征在于頂環(huán)〔25〕的相安角〔28〕等于 (α)/(γ) ，並大于或等于磨擦角。
專利摘要本實用新型屬于活塞式內(nèi)燃機、蒸汽機和壓縮機部件，它是由“油封減壓全封閉式活塞環(huán)組”與“不泵油活塞”聯(lián)合組成的新型活塞組。既可大幅度提高活塞環(huán)壽命，因而取消了兩次大修之間繁重的換環(huán)工作，又能節(jié)約燃料油和機油，并且使曲軸箱中的機油不被稀釋和污染，使?jié)櫥阅芊€(wěn)定，減少磨損，延長發(fā)動機壽命。
文檔編號F16J9/00GK2031862SQ8821084
公開日1989年2月1日 申請日期1988年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月26日
發(fā)明者陳鐵錚 申請人:陳鐵錚