[实用新型]一种无缝密封活塞

说明书

本实用新型是一种无缝密封活塞，通过在活塞头部的外周设置无缝密封圈，在密封圈与活塞体之间设置分隔槽和填充材料，可以根据气缸内的压力相应自动增加或减弱活塞与气缸之间的应力压力，相应自动调整活塞与气缸壁之间的密封性和摩擦阻力，对内燃机极大地加强了气缸高压气体的密封性能，并且可以实现更加完全的燃烧，有效减少污染有害物的生成。

技术领域

本实用新型涉及一种活塞，尤其是内燃机活塞。

背景技术

活塞与气缸、气缸盖共同形成内燃机的燃烧室，活塞将顶部所受的工质压力通过活塞销传递给连杆，然后再传递到曲轴，将工质内能转化为机械做功，活塞与气缸壁一起构成往复运动的密封装置，保障燃烧室在容积变化情况下的良好密封性，使气缸内的工质燃气不会泄漏到曲轴箱中，而曲轴箱和气缸壁上的机油也不会泄漏到燃烧室气缸中，活塞是内燃机的重要组成部件，一般地，也将与活塞相关的组件称为活塞组。

活塞主要由活塞头部、活塞裙、活塞销座、活塞环组成，除活塞环外的其他三部分组成活塞体，活塞体的制造材料一般是相对密度较小的铝基合金，材料一般应具有密度较小、热强度好、散热性好、膨胀系数小、耐磨性好、良好的减摩性和工艺性好等的特性。活塞头部包括顶部和环带两部分，环带是活塞头部外周开有环槽的部分，活塞顶部到第一道环槽的距离为活塞的顶岸(火力岸)高度。活塞环主要起密封作用，也把活塞的热量传递到气缸壁；活塞环分为气环和油环，气环主要起气体密封作用，主要防止气缸内的高压气体泄漏到曲轴箱中，也对机油的密封起补充作用；油环主要密封机油，防止曲轴箱和气缸壁上的机油泄漏到燃烧室中，并在活塞下行时将气缸壁上多余的机油刮回到机底箱。汽油机一般有一至二道气环，一道油环；柴油机一般有二至四道气环，一至二道油环。

活塞环的密封原理。活塞与气缸之间的密封是通过活塞的活塞环来实现的。活塞环是带开口的弹性金属环，活塞环的材料一般应有耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、易导热性、强韧性、适当的弹性等，活塞环安装在活塞环槽中，活塞环的外周面以一定的弹力与气缸壁紧密贴合，形成第一密封面，当气缸内的高压气体沿气缸壁进入环槽，将环向环槽的侧面压紧，形成第二密封面，并且进入环槽的高压气体作用在环背的压力会使得活塞环对气缸壁的压力增大，又加强了第一密封面，气缸中气体的压力越大，则气环各密封面的压力也越大，气环密封得就越紧密。由于有切口间隙，一般只用一道气环密封是不足够的，往往需要设置多道气环进行密封，形成迷宫式通道，确保气体泄漏减至最小，实现良好的密封作用。

活塞环密封的缺点和问题。活塞环存在漏气的情况；活塞环有切口，虽然切口很小，并且经过有多道气环进行密封，但漏气的情况不可避免；一般情况下，由于发动机高速运转，每次压缩和做功的时间很短，所以漏气情况影响轻微；但在发动机低速运行时，以及发动机工质燃气高压工作时，活塞环漏气情况会对发动机的效率带来极大的影响。活塞缝隙对内燃机的影响很大，由于活塞环的设计，不可避免会形成很多缝隙；首先是顶岸与气缸壁之间的间隙，顶岸是活塞头部外周第一道环槽至活塞顶部之间的部分，由于活塞与气缸的膨胀系数不同，一般来说，活塞的膨胀系数要比气缸要大，所以活塞顶岸与气缸壁之间要留有空隙，否则，当活塞温度较高时，活塞头部就会膨胀并与气缸壁压紧，会极大地增大摩擦阻力，容易造成拉缸现象；环岸也存在同样的情况；活塞环与活塞槽之间也会有间隙；当混合气体被压缩和在燃烧室进行燃烧时，混合了燃料的混合气体不可避免地会进入到缝隙中，由于缝隙相对远离燃烧室，接近活塞中部和气缸壁，相对温度较低，所以很容易造成不完全燃烧，会生成不完全燃烧的碳晶颗粒物（PM）和残留碳氢化合物（HC），不完全燃烧会增加有害物排放和降低内燃机的热效率，无论是汽油机还是柴油机，都会发生不完全燃烧的情况；活塞缝隙是造成内燃机不完全燃烧和废气有害物排放过高的重要原因之一；由于环槽缝隙的存在，机油也会渗入其中，并会发生机油碳化现象，在吸气和压缩时，活塞环两边的压力差完全相反，使得活塞环会在环槽两侧来回摆动，环槽中的碳粒或其他杂质颗粒会使得活塞环与活塞环槽不能完整地贴合，会增加漏气情况，严重时会发生活塞环扭曲变形，发生卡死，甚至会折断。