[实用新型]收缩环式低背压组合活塞环

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种往复式发动机活塞环，尤其是通过降低活塞环背压来降低摩擦损失的活塞环。

背景技术

安装在往复式发动机活塞环槽中的活塞环，当气缸压力升高时，气缸的高压气体沿活塞上部环状间隙和活塞环上表面间隙流入活塞环环背间隙中，活塞环环背间隙的气体压力叫活塞环背压，活塞环背压将活塞环压向缸壁，一方面增强了活塞外表面的密封作用，同时也增加活塞环的摩擦损失。

发明人在前期的两个实用新型专利（2013208125519、2014200579611）提出了低背压组合活塞环，基本结构为，活塞环为内、外环式，内环又分为上内环、下内环和中间弹簧，上、下内环在弹簧的作用下分别贴在活塞环槽的上、下表面，内环的外表面在自身弹力的作用下与外环的内表面密封，这样高压的气体不容易进入活塞环的环背间隙，从而通过降低背压来降低摩擦损失，但在做功冲程时上内环的弹力不能完全平衡高压气体的压力，压力越高，密封效果越差，如果减小下内环的开口间隙，可能出现背压较高，违背了降低背压的目的，如果增大下内环的开口间隙，可以实现降低背压的目的，但可能出现漏气量过高的问题，保证一定比例的活塞环背压对保证外环面的密封效果有重要意义，但由于内上环的限流作用，背隙中有较大的体积，在气缸压力快速升高时，可能出现背压建立速度过慢，不利于外环面的密封。

发明人针对前期提出的组合式低背压活塞环，提出了收缩环式低背压活塞环（2014204563148，2014206756272），在常规扩张式活塞环的基础上，增加一个收缩环，收缩环的一个边与扩张式活塞环密封，一个边与活塞上表面或内表面密封，实现降低活塞环背压的目的，通过实验和理论分析，活塞环背压降低后，活塞外表面的密封效果会降低，增加漏气量。

 发明内容

本实用新型所解决的技术问题是：解决收缩环式低背压组合活塞环，背压降低后，活塞环外表面密封效果变差的问题。

具体技术方案为：收缩环式低背压组合活塞环为上、下结构，上部安装收缩环，下部安装扩张环，扩张环截面形状为直角梯形，扩张环的上表面为斜面，收缩环下表面为斜面，收缩环下表面与扩张环的上表面相配合密封，收缩环的内边为斜边，收缩环的内斜边法线指向活塞环内上方向，收缩环内斜边与垂直方向交角10度至30度，收缩环下表面和扩张环的上表面与水平方向夹角10~30度；扩张环的下表面和活塞环槽的下槽面至少有一个为圆弧面，扩张环的下表面和活塞环槽的下槽面为相切接触，扩张环上表面、收缩环下表面、收缩环内斜面及活塞环槽内密封面至少有一个面为圆弧面，收缩环下表面与扩张环上表面（103）之间的接触点和收缩环内斜面与活塞环槽内密封面之间的接触点至少有一个接触点为相切接触。

为了使收缩环安装应力不超过收缩环的允许应力，降低收缩环在自由状态时重叠段长度对降低收缩环安装应力不明显，减小收缩环径向厚度是降低收缩环的安装应力的有效方法，收缩环的径向厚度取值为相应扩张环径向厚度的1/2至1/3，具体数值通过实验调整。

活塞环槽由下槽面上外槽面、内密封槽面、上内槽面和槽底面组成半包围结构，活塞环槽的内密封槽面与收缩环的内斜边配合密封，活塞环槽上内槽面的倾角与扩张环上表面的倾角相同，配合间隙0.05 mm至0.15mm。

扩张环的下表面和活塞环槽的下槽面初始相切接触点位于活塞环中径靠内，调整扩张环的下表面或活塞环槽的下槽面中的圆弧面的半径和圆心，满足以下条件：当滚动扩张环时相切接触点向外移动，当相切接触点移动至在活塞外环槽下表面外径靠内0.3~0.5mm时，扩张环在上述两点之间的滚动角度大于发动机在大修周期内扩张环外表面上部的磨损角度，扩张环允许最大滚动角度取1度到3度，增大滚动角度有利于外环面密封，但活塞环下表面与活塞环槽接触应力增加，具体数值由实验确定。

当收缩环下表面与扩张环上表面之间为相切接触，初始接触点位于收缩环下表面外部倒圆角以内，最终相切接触点位于收缩环下表面内部倒圆角以外；当收缩环内斜面与活塞环槽内密封面为相切接触点时，初始接触点位于收缩环内斜面上部倒圆角以下，最终相切接触点位于收缩环内斜面下部倒圆角以上；最终接触点与初始接触点活塞环滚动的角度为最大滚动角度，收缩环下表面与扩张环上表面之间为相切接触允许最大滚动角度和收缩环内斜面与活塞环槽内密封面允许最大滚动角度之和大于发动机在大修周期内扩张环外表面上部的磨损角度。