耐烧蚀的双金属组合式活塞环、内燃机及密封方法技术

一种双金属组合式活塞环、采用其的内燃机及活塞密封方法。具体而言，所述双金属组合式活塞环包括金属的第一活塞环和第二活塞环；其中，所述第一活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第一活塞环的内圆周侧，所述阶梯下段的内圆周面为向阶梯立面内倾15‑75°的锥面；所述第二活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第二活塞环的外圆周侧，所述阶梯上段的外圆周面为与所述第一活塞环的内倾锥面锥角互为余角的外倾锥面。应用此活塞环满足了可以提高内燃机的动力性，同时降低活塞环的磨损率，延长了环的使用寿命。

Ablation Resistant Bimetal Composite Piston Ring, Internal Combustion Engine and Sealing Method

【技术实现步骤摘要】
耐烧蚀的双金属组合式活塞环、内燃机及密封方法
本专利技术涉及内燃机零部件设计与制造领域，具体涉及一种耐烧蚀的双金属组合式活塞环、内燃机及密封方法。
技术介绍
活塞环是内燃机燃烧室中的重要部件，一种装配于活塞环槽内部的弹性金属环，通过其自身的弹力和缸内气体的压力，在汽缸壁外圆与活塞环槽表面之间形成密封，是内燃机燃烧室的核心部件。目前的活塞环主要有单体式和组合式两种。通常需要在一个活塞上安装3-4道活塞环。活塞环的主要作用主要包括密封作用、控油作用、传热作用和支撑四大作用，直接影响发动机的性能、工作可靠性、机油消耗率和使用寿命。其中活塞工作时活塞环直接承受高温高压气流的冲击，据可靠数据认为，发动机活塞组吸入的热量的60％～75％由环带部散发。在三道活塞环中，第一道环密封气体的比例约85％，同时还要完成10～20％的控油工作。组合式活塞环的基本原理是利用发动机缸内产生的压缩力与爆发力，使组合环随动，与活塞瞬间压紧、松开。达到组合环内主、副环之间的截流、减压、缓泄，最终起到了瞬间密封作用，同时保障瞬间爆发行程结束。转速越高，爆发行程瞬间越短，泄漏量越少。现有活塞环设计存在如下的缺陷：(1)现有的组合式活塞环大多没有认真考虑两环接触面处的密封问题，导致气流会通过两环接触面处的缝隙泄露，大大降低了密封效果；(2)活塞运行到缸套上部时润滑困难，有可能烧蚀变形，不仅增加了阻力，还增加了活塞和缸套的磨损率，降低了活塞环的使用寿命；(3)现有的活塞环多为单体活塞环，上下面间受热不同，容易导致环变形和密封失效；(4)为了产生外周张力，另外为了向活塞安装时的扩张而在圆周的局部设有直通型切口，因此不可避免的存在着搭口漏气的问题和窜油问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种耐烧蚀的双金属组合式活塞环、内燃机及密封方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种适用于内燃机的双金属组合式活塞环，其中，所述双金属组合式活塞环包括金属的第一活塞环和第二活塞环；其中，所述第一活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第一活塞环的内圆周侧，所述阶梯下段的内圆周面为向阶梯立面内倾15-75°的内倾锥面，所述第一活塞环的外圆面为桶面；所述第二活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第二活塞环的外圆周侧，所述阶梯上段的外圆周面为与所述第一活塞环的内倾锥面锥角互为余角的外倾锥面，所述第二活塞环的外圆面为桶面；第一活塞环和第二活塞环彼此以阶梯面接触配合。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种内燃机，所述内燃机内采用如上所述的耐烧蚀的双金属组合式活塞环。作为本专利技术的再一个方面，还提供了一种采用如上所述的耐烧蚀的双金属组合式活塞环的密封方法，来对运动的活塞进行密封。基于上述技术方案可知，本专利技术的耐烧蚀的双金属组合式活塞环相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：1、保证了活塞环总成上下部的均匀变形，解决了活塞环上下部受热不均导致的变形问题，提高了活塞环的寿命和密封效果；2、上活塞环采用的低合金热处理的铬钢材料耐热性和耐腐蚀性很强，具有高抗弯强度和高弹性模量，且与下环材料相比具有较低的热膨胀系数，利于改善热变形问题；3、下活塞环采用经热处理的灰铸铁，除了具有较高的抗弯强度和弹性模量外，其硬度也相对较高，满足在不做表面处理的情况下达到所需的耐磨性，简化了处理工序；4、相比现有的组合式活塞环设计，本活塞环加强了上下两环之间的连接，大幅提升了密封性：通过两环间的锥面磨砂接触面实现紧密轴向连接，减轻了两环面接合处的漏气；同时两环间定位简单，加工方便；5、没有直通的搭口，增强了密封性，可彻底的阻断燃烧气体，使得其无法进入曲轴箱，提高动力，减少油耗；6、可间接降低曲轴箱的温度，从而增加机油的润滑粘稠度，提高润滑效果；7、可避免燃烧产物中的微小颗粒物进入曲轴箱，减缓了积碳问题，增加了机油的使用寿命；8、本专利技术相比于单体式活塞环，有三个气体密封面，同时密封面间还存在“迷宫效应”，可以用一道活塞环起到多道环的密封效果；9、本专利技术由上环为偏心桶面结构，提升了环的布油能力，降低了运行于气缸套上部时的摩擦阻力；10、本专利技术在上下环与汽缸壁间有空腔，可以控制窜油，降低润滑油消耗；11、可以减少设置活塞环的数目，在活塞上仅设置2-3道活塞环，降低发动机燃烧室内的摩擦损失和生产成本；或者在不增加活塞环道数的前提下，大幅提升活塞环的密封性能。附图说明图1是本专利技术提供的组合式活塞环与燃烧室总成的截面示意图；图2是本专利技术提供的组合式活塞环上下环装配体剖面示意图；图3是本专利技术提供的组合式活塞环的上下环装配体结构图；图4是本专利技术提供的组合式活塞环中上环的结构示意图；图5是本专利技术提供的组合式活塞环中上环的截面图；图6是本专利技术提供的组合式活塞环中下环的结构示意图；图7是本专利技术提供的组合式活塞环中下环的截面图；图8是本专利技术提供的组合式活塞环中上环搭口与下环定位块的结构示意图；图9是本专利技术提供的组合式活塞环中下环搭口与上环定位块的结构示意图。上图中，附图标记含义如下；1、上活塞环；2、下活塞环；3、活塞；4、气缸套；5、锥面配合面；6、空腔。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。由于本专利技术产品摆放的位置可以随意发生变化，本专利技术中所述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词，只表示相对的位置关系，而不用于限定绝对的位置关系。本专利技术公开了一种耐烧蚀的双金属组合式活塞环、内燃机及密封方法，其主要解决活塞环机械变形问题以及间接产生的漏气问题，具体包括上下环面受热不均导致环发生变形；内燃机活塞环搭口存在的固有的漏气问题；同时改善机油上窜和缸套上部的润滑不良的问题。相比现有的组合式活塞环设计，加强了两道环的连接和“迷宫”效应，减轻了两环面接合处的漏气，进一步提升了气密性。同时两环间定位简单，加工方便。采用本专利技术的此活塞环可以提高内燃机的动力性，降低排放指标和润滑油消耗率，增强散热效果，同时降低活塞环的磨损率，延长了环的使用寿命，特别是提高了发动机的冷启动性能和怠速性能；还可以减少活塞环道数，或者在不增加活塞环道数的前提下，大幅提升活塞环的密封性能。具体而言，本专利技术公开了一种适用于内燃机的耐烧蚀的双金属组合式活塞环，其中，所述耐烧蚀的双金属组合式活塞环包括金属的第一活塞环和第二活塞环；其中，所述第一活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第一活塞环的内圆周侧，所述阶梯下段的内圆周面为向阶梯立面内倾15-75°的内倾锥面，所述第一活塞环的外圆面为桶面；所述第二活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第二活塞环的外圆周侧，所述阶梯上段的外圆周面为与上述内倾锥面锥角互为余角的外倾锥面，所述第二活塞环的外圆面为桶面；第一活塞环和第二活塞环彼此以阶梯面接触配合。所述第一活塞环采用经热处理的铬钢，作为优选，例如采用GOE-65C-13Cr铬钢。所述第二活塞环采用经热处理的灰铸铁，作为优选，例如采用GOE-32-F14灰铸铁。所述第一活塞环在内圆周下环面开有阶梯状环槽，所述第二活塞环在内圆周上环面开有阶梯状环槽；上下两活塞环分别在运行中产生负扭曲和正扭曲的效果。所述上下活塞环通过环的弹力和锥形配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐烧蚀的双金属组合式活塞环，其特征在于：所述双金属组合式活塞环包括金属的第一活塞环和第二活塞环；其中，所述第一活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第一活塞环的内圆周侧，所述阶梯下段的内圆周面为向阶梯立面内倾15‑75°的锥面，所述第一活塞环的外圆面为桶面；所述第二活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第二活塞环的外圆周侧，所述阶梯上段的外圆周面为与所述第一活塞环的内倾锥面锥角互为余角的外倾锥面，所述第二活塞环的外圆面为桶面；第一活塞环和第二活塞环彼此以阶梯面接触配合。

【技术特征摘要】
1.一种耐烧蚀的双金属组合式活塞环，其特征在于：所述双金属组合式活塞环包括金属的第一活塞环和第二活塞环；其中，所述第一活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第一活塞环的内圆周侧，所述阶梯下段的内圆周面为向阶梯立面内倾15-75°的锥面，所述第一活塞环的外圆面为桶面；所述第二活塞环的主体截面为阶梯形，阶梯面位于第二活塞环的外圆周侧，所述阶梯上段的外圆周面为与所述第一活塞环的内倾锥面锥角互为余角的外倾锥面，所述第二活塞环的外圆面为桶面；第一活塞环和第二活塞环彼此以阶梯面接触配合。2.根据权利要求1所述的双金属组合式活塞环，其特征在于，所述第一活塞环采用经热处理的铬钢；所述第二活塞环采用经热处理的灰铸铁；优选地，所述第一活塞环采用GOE-65C-13Cr铬钢；优选地，所述第二活塞环采用GOE-32-F14灰铸铁。3.根据权利要求1所述的双金属组合式活塞环，其特征在于，所述第一活塞环在内圆周下环面开有阶梯状环槽，所述第二活塞环在内圆周上环面开有阶梯状环槽；两活塞环分别在运行中产生负扭曲和正扭曲的效果。4.根据权利要求1所述的双金属组合式活塞环，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁兴雨，王诗文，舒歌群，卫海桥，田华，王月森，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12