專利名稱：活塞環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞環(huán)，如內(nèi)燃機活塞環(huán)。目前設(shè)計活塞環(huán)通常有兩種方法。第一種是使用留有開口的膨脹環(huán)以提供彈性力去推動密封環(huán)壓緊氣缸壁以達到密封。這種形式的活塞環(huán)如哈特萊(Haztley)專利NO.3608911中所示。它使用一種柔性塑料支承架在燃氣壓力作用下向外膨脹以達到有效的密封。在第一種方法中，機械式彈性載荷是連續(xù)不斷的，從而產(chǎn)生連續(xù)不斷的不希望有的摩擦損失。在普拉斯(Prasse)等人的專利文獻中，密封力與作用在密封件上的燃氣壓力總值成正比。但是，它沒有考慮摩擦阻力和其它流體動力學(xué)方面的阻力引起的磨損和摩擦的增加及密封性的減少。另外，為了便于安裝，所有的傳統(tǒng)式的活塞環(huán)都有開口。這種開口式結(jié)構(gòu)形成了附加的通道使得通過活塞環(huán)而造成漏氣。
本發(fā)明所涉及的活塞環(huán)，其密封面是用柔性支臂形式的結(jié)構(gòu)距活塞一定間隔地配置在活塞上。這種支臂結(jié)構(gòu)是這樣構(gòu)造的，即在摩擦載荷和壓力作用下，密封面元件產(chǎn)生運動，從而形成一種潤滑楔，它沿著其后緣密封，同時保持一層流體膜以減少摩擦和磨損。
本發(fā)明的主要目的之一是提供一種活塞環(huán)，該環(huán)在其支承中按流體動力學(xué)之要求工作，以改善密封，減少磨損，延長壽命并降低摩擦。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種在高溫和/或具有腐蝕性的化學(xué)環(huán)境中工作的密封裝置。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種其可設(shè)計成連續(xù)的活塞環(huán)，從而消除了燃氣通過活塞環(huán)開口的潛在的漏氣。
由于本發(fā)明之活塞環(huán)有幾種外形，因此，本發(fā)明之另一目的是支承結(jié)構(gòu)是以這種方式安排的即后密封緣能向外徑向移動，以改善密封性。在油環(huán)中，其支臂延伸線的交點位于接觸點處以消除油環(huán)之翻倒并保證刮油棱邊在運動中平行于氣缸壁。彎折形環(huán)帶結(jié)構(gòu)使得刮油棱邊預(yù)壓在氣缸壁上。
附圖的簡要說明圖1是氣缸中嵌有多個活塞環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)活塞的剖面圖;
圖2是本發(fā)明所示活塞環(huán)在靜止?fàn)顟B(tài)和偏轉(zhuǎn)位置時的放大剖視圖;
圖2A是圖2中活塞環(huán)的局部透視圖;
圖3是本發(fā)明之活塞環(huán)的放大剖視圖，它示出在支承結(jié)構(gòu)中的彎折結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)允許在平面上施加預(yù)壓力;
圖4是根據(jù)本發(fā)明制造的油環(huán)的放大剖面圖;
圖5是活塞環(huán)在其安裝時受圖中符號所示壓縮載荷作用的示意圖。
下面結(jié)合


本發(fā)明的最佳實施例。
請參看附圖特別是附圖1，圖中所示的這種型號的活塞10是用在內(nèi)燃機或類似機器中的?；钊显O(shè)有多個環(huán)形槽12，13，和14，并在每個槽內(nèi)裝有一個活塞環(huán)。環(huán)向外伸出，從而在活塞環(huán)與含有活塞的氣缸之間產(chǎn)生密封，這些環(huán)可以是象16和17那樣的受壓環(huán)，也可以是象環(huán)18那樣的油環(huán)。如圖2所示，可以看到根據(jù)本發(fā)明的活塞環(huán)的改進結(jié)構(gòu)，它嵌在槽內(nèi)，如槽12內(nèi)。該環(huán)由一個平直的圓筒形平面20構(gòu)成。這個平面由一對支腿形圓周環(huán)帶22和24支承。正如透視圖中所示，這些支腿或環(huán)帶22和24相對面20是以這樣的方式布置的，即兩個環(huán)帶處于面20之同側(cè)，其延長線相交于面20前方某一點，如點25處。借助于這種類型的結(jié)構(gòu)，活塞環(huán)平面將隨著運動而偏斜，使得后緣(如圖中28處虛線所示的的部位)向著氣缸壁方向運動?；蛘哒f，當(dāng)活塞按箭頭30向上運動時，活塞環(huán)的后緣向外運動。以這種方式，油膜楔在平面20和氣缸壁之間形成?？衫斫猱?dāng)活塞向下運動時將產(chǎn)生相反的動作和效果。還需要指出的是圖中所示的虛線是夸大的傾斜角度，這僅僅是為了說明原理，并不能認為其偏斜量有那么大，無論如何，這種偏斜也不會大于0.001英寸(即0.0254mm)現(xiàn)在參照圖3，該圖示出了活塞環(huán)結(jié)構(gòu)，其中支腿與環(huán)帶的構(gòu)成稍微有所不同，即活塞環(huán)帶有彎折件，該彎折件允許預(yù)加載荷作用在環(huán)平面上。這里，活塞環(huán)32的平面有環(huán)帶34和36，該環(huán)帶在環(huán)平面背后以一定的角度延伸到基板，并沿假想之延伸線延伸相互交于35所示的點外，即附圖所示平面32的前方。環(huán)帶構(gòu)件的末端分別有象37和38所示的彎折件。實際上活塞環(huán)的平面元件也和前面的相似，產(chǎn)生相似的傾斜以形成楔形，使之產(chǎn)生流體動力作用即形成潤滑油楔。
如圖4所示，它公開了一種圖3所示裝置的進一步改進型。其中，活塞環(huán)面32a的兩邊有一對刮油棱。這對刮油棱沿圓周方向延伸一圈。值得注意的是刮油棱42和44是隔開布置的。還應(yīng)該注意的是支承活塞環(huán)平面32a的環(huán)帶45和46是這樣構(gòu)置的以致它們的假想延長線交匯在滑動表面內(nèi)，如點49所示。這樣就避免了活塞環(huán)的翻傾，并保證兩個刮油棱邊都能與氣缸壁接觸。實際上，該兩條環(huán)帶同樣也有如47，48所示之兩個彎折件，如前述實施例那樣，也允許預(yù)加載荷作用在環(huán)面和刮油棱42和44上。由于這種特殊的活塞環(huán)，按設(shè)計，是用在較低的位置或用作油密封環(huán)，故其可以配置輸油孔道50以允許油道進入活塞的凹槽14中，另一輸油孔道51通過基板表面，從而允許向兩刮油棱間供油。
如圖5所示，該圖描述了安裝活塞環(huán)時所遇到的加載情況和偏斜。為便于安裝，該結(jié)構(gòu)是以這樣的方式實施定位的，即當(dāng)壓縮載荷沿著圖示的兩個箭頭方向施加在支承結(jié)構(gòu)的外徑上時，支承結(jié)構(gòu)產(chǎn)生撓曲，引起內(nèi)徑增加。由于(圖中)所示的偏斜是為了說明最佳實施例，所以需要注意的是，為便于安裝，有多種加載和支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計可采用，以便內(nèi)徑作所期望的向外運動。可以看出環(huán)所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)是相當(dāng)小的，一般約在1至2mm的數(shù)量級上。同樣可以看出本發(fā)明之活塞環(huán)槽比目前現(xiàn)有技術(shù)所使用的環(huán)槽更淺。
上面所述的活塞環(huán)可以由各種材料制成，例如鋼，聚酰亞銨耐高溫塑料或聚四氟乙烯旅材料或陶瓷材料。
權(quán)利要求
1.一種活塞和活塞環(huán)組件，其包括一個在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞，在活塞上至少有一條活塞環(huán)槽，活塞環(huán)位于所述的槽內(nèi)，環(huán)上有一外密封面元件，該元件繞著活塞延伸一周，活塞環(huán)用柔性臂一樣的支承件將其相距活塞隔開，所述支承件由兩條支承臂構(gòu)成，該兩臂以一定的角度延伸至密封面元件并交于其前面的假想點，支臂結(jié)構(gòu)在載荷作用下允許所述的密封面元件擺動使得后緣靠在密封副的對面上，以達到密封效果并減少磨擦。
2.一種用于在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞上的活塞環(huán)，活塞上至少有一條環(huán)形槽，所述的活塞環(huán)有一個外平面元件，面上帶有數(shù)個隔開的繞著外平面元件延伸一周的外刮油棱，用柔性支臂式的支承元件將環(huán)與活塞隔開的裝置，該支承元件在所述活塞及相對的氣缸壁之間存在相對運動時，將所述刮油棱固設(shè)在適當(dāng)?shù)奈恢茫苊鈨A翻，所述的支臂是一對以一定角度延伸到平面元件并交于刮油棱外凸起部分的連線上的一假想點的支臂，所述支承結(jié)構(gòu)控制平面元件使之與相對的氣缸壁接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的活塞環(huán)，其特征在于所述的活塞環(huán)是一個360度連續(xù)的環(huán)。
4.一種活塞及活塞環(huán)組合件，其包括一個可在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞，在活塞上至少有一條環(huán)槽，環(huán)上具有一個連續(xù)的外平面元件并帶有一對徑向向內(nèi)延伸的支臂，所述支臂以一定角度延伸至平面元件，并交于基本上在所述平面元件的外表面上的假想的點，所述柔性支臂式的支承元件在所述活塞和氣缸之間存在相對運動時，使平面元件處于緊靠著氣缸壁的位置。
5.將權(quán)利要求4所述的活塞環(huán)裝入環(huán)槽中的方法，在環(huán)的兩對邊上施加作用力使支臂式的支承元件撓曲，從而使內(nèi)徑擴大。
6.活塞及活塞環(huán)組件，其包括一預(yù)定直徑的活塞，在活塞上至少有一個環(huán)槽，活塞環(huán)置于環(huán)槽中，該活塞環(huán)包括一個外密封面元件和一個密封面元件的支承結(jié)構(gòu)，外密封面元件是一個圓筒形密封面，其直徑大于活塞預(yù)定直徑，該外密封面元件由支承結(jié)構(gòu)支承于環(huán)槽內(nèi)，并繞活塞延伸一周，該支承結(jié)構(gòu)支承密封面，使之在載荷作用下密封面產(chǎn)生偏斜，從而形成流體動力上的潤滑楔。
7.如權(quán)利要求6所述的活塞和活塞環(huán)，其特征在于密封面元件和支承結(jié)構(gòu)是一整體。
8.如權(quán)利要求6所述的活塞及活塞環(huán)，其特征在于支承結(jié)構(gòu)包括一組截錐形環(huán)帶，每個這樣的截錐形環(huán)帶都具有一內(nèi)截錐形周邊和一外截錐形周邊，所述的外截錐周邊與外密封元件相連接。
9.如權(quán)利要求8所述的活塞與活塞環(huán)，其特征在于每組環(huán)帶中至少有二條截錐形環(huán)帶相互之間逐漸收縮，使得環(huán)帶的外截錐形周邊比環(huán)帶的內(nèi)截錐形周邊更加相互接近。
10.如權(quán)利要求9所述的活塞及活塞環(huán)，其特征在于至少有二條截錐形環(huán)帶向著處于圓筒形密封面附近的點收縮。
11.如權(quán)利要求所述的活塞及活塞環(huán)，其特征在于至少有兩條截錐形環(huán)帶向著圓筒形密封面徑向外側(cè)的點收縮。
12.如權(quán)利要求9所述的活塞及活塞環(huán)，其特征在于所述支承結(jié)構(gòu)還包括至少有一個圓筒形環(huán)帶是從每組截錐形環(huán)帶的內(nèi)錐周邊開始延伸的。
13.如權(quán)利要求6所述活塞及活塞環(huán)，其特征在于外密封元件包括一組邊棱，所述支承結(jié)構(gòu)有一內(nèi)直徑，該支承結(jié)構(gòu)是這樣形成的即當(dāng)壓縮載荷作用于其外密封元件的側(cè)邊上時，該支承結(jié)構(gòu)彎曲，使得支承結(jié)構(gòu)之內(nèi)直徑增大。
全文摘要
本發(fā)明涉及活塞(10)和活塞環(huán)(16、17、18)組件。活塞環(huán)包括一平直的圓筒面(20)和一個為了支承該圓筒面(20)的支承結(jié)構(gòu)。在外載作用下活塞環(huán)產(chǎn)生偏斜，并在圓筒表而(20)與氣缸之間形成一符合流體動力學(xué)的潤滑楔。支承結(jié)構(gòu)包括一對布置得連接到環(huán)面(20)上的圓周環(huán)帶(22、24、34、36、45、46)，兩圓周帶交于圓筒面(20)的前方的某一點(25)處。支承結(jié)構(gòu)還包括彎折件(37、38、47、48)。圓筒面(20)還包括刮油棱(42、44)。活塞環(huán)還包括輸油孔道(51)。
文檔編號F02F5/00GK1049543SQ8910655
公開日1991年2月27日 申請日期1989年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月14日
發(fā)明者羅素·D·艾迪 申請人:羅素·D·艾迪