一种低摩擦低油耗发动机活塞环组及机构制造技术

本实用新型专利技术提供一种低摩擦低油耗发动机活塞环组及机构，包括用于安装在活塞上的所述第一道气环、第二道气环和组合油环；所述第一道气环的环体的外圆侧工作面为偏桶面结构，其桶面顶点到外圆侧上端的圆弧长大于桶面顶点到外圆侧下端的圆弧长。本实用新型专利技术将第一道气环的外圆工作面设计成偏桶面结构，桶面顶点偏向活塞环的下侧面，这样活塞环的桶面顶点以上的弧面变大，桶面顶点以下的弧面变小，活塞环在上行过程中布油面增大，在缸壁上更容易形成一层厚度均匀的油膜，提高了环组上行过程中与缸套的润滑效果，降低了活塞环和缸套的摩擦和磨损，活塞环下行时，布油面减小，使得缸壁上的残余油膜更薄，减少机油消耗。

A low friction and low fuel consumption engine piston ring group and mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种低摩擦低油耗发动机活塞环组及机构
本技术涉及内燃机
，具体涉及一种低摩擦低油耗发动机活塞环组及机构。
技术介绍
活塞环是往复式内燃机的核心部件，它与活塞，汽缸壁等一起形成密封机构，完成对燃气、润滑油的密封。活塞环的作用包括气体密封、控制机油、导热、支撑活塞的四个作用。气体密封是指不让燃烧室的燃气泄漏到曲轴箱，漏气不仅会使发动机的动力下降，燃油耗上升，而且会使机油变质；控制机油是指活塞环组下行时把气缸壁上多余的机油刮下，上行时又在缸壁上布上一层超薄的油膜，保证气缸和活塞及环的正常润滑；导热是通过活塞环将活塞的热量传导给缸套，即起冷却作用；支撑活塞是指活塞环将活塞保持在气缸中，防止活塞与气缸壁直接接触，保证活塞平顺运动，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。目前主流的内燃机活塞环组由两道气环和一道油环组成，但气环的外圆面只是常规的结构，其润滑效果一直无法提高，活塞环和缸套的磨损较大。
技术实现思路
本技术提供一种低摩擦低油耗发动机活塞环组，实现低摩擦低油耗的目的。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种低摩擦低油耗发动机活塞环组，包括用于安装在活塞上的所述第一道气环、第二道气环和组合油环：所述第一道气环的环体的外圆侧工作面为偏桶面结构，其桶面顶点到外圆侧上端的圆弧长大于桶面顶点到外圆侧下端的圆弧长。进一步地，所述第二道气环的环体的外圆面为鼻型锥面结构，其包括位于鼻型锥面顶点向下的区域的储油腔。进一步地，所述组合油环包括上下布置的上刮片和下挂片，以及用于连接上、下刮片的衬环。进一步地，所述桶面顶点到外圆侧上行端的圆弧长为A，所述桶面顶点到外圆侧下行端的圆弧长为B，其中A：B的值为1.3～3.5。一种机构，包括气缸套、位于气缸套内的活塞以及套装在活塞上的如上述发动机活塞环组。由以上技术方案可知，本技术将第一道气环的外圆工作面设计成偏桶面结构，桶面顶点偏向活塞环的下侧面，这样活塞环的桶面顶点以上的弧面变大，桶面顶点以下的弧面变小，活塞环在上行过程中布油面增大，在缸壁上更容易形成一层厚度均匀的油膜，提高了环组上行过程中与缸套的润滑效果，降低了活塞环和缸套的摩擦和磨损，活塞环下行时，布油面减小，使得缸壁上的残余油膜更薄，减少机油消耗。第二道气环采用钢质鼻型锥面结构，并且增加了活塞环下侧面的润滑油储存空间，防止润滑油倒流，进一步降低了发动机的机油耗。附图说明图1为本技术发动机活塞环组的结构示意图，示出了与气缸套和活塞配合的工作示意图；图2为本技术中第一道气环的截面示意图；图3为本技术中第二道气环的截面示意图；图4为本技术中组合油环的截面示意图；图5为本技术通过发动机台架试验测试，活塞环上行和下行过程中缸壁上的油膜厚度示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的一种优选实施方式作详细的说明。如图1所示，所述发动机活塞环组包括用于安装在活塞上的所述第一道气环10、第二道气环20和组合油环30。活塞环组在气缸套中下行时把气缸壁上多余的机油刮下，活塞环组上行时又在缸壁上布上一层超薄的油膜，保证气缸套和活塞及活塞环的正常润滑。所述第一道气环10、第二道气环20和组合油环30均采用钢质材料，改变了传统的第二道活塞环普遍用铸铁环设计理念。由于钢质材料比铸铁材质具有更高的抗拉和抗折断强度，采用钢质结构，环高可以做得更薄，本技术的环组总高度可以做到3.5mm以下，与传统的活塞环组相比至少降低环高16%，可有效减轻活塞组件的重量5%以上，对改善发动机的轻量化有显著效果。如图2所述，所述第一道气环10在发动机工作时主要起到气体密封、控制润滑油和导热的作用。所述第一道气环10的环体的外圆工作面为偏桶面结构，其桶面顶点a到外圆侧上端b的圆弧长大于桶面顶点到外圆侧下端c的圆弧长。这样第一道气环的桶面顶点以上的弧面变大，桶面顶点以下的弧面变小。活塞环在上行过程中布油面增大变长，在缸壁上更容易形成一层更厚且厚度均匀的油膜，提高了环组上行过程中与缸套的润滑效果，降低了活塞环和缸套的摩擦和磨损。而活塞环下行时，布油面减小变短，使得缸壁上的残余油膜更薄，减少机油消耗。为了降低摩擦系数（摩擦系数0.1以下），在第一道气环10的环体上设置有类金刚石涂层11，具备低摩擦系数、高耐磨特性，降低了发动机的摩擦损失，促进了燃油耗的改善。所述桶面顶点a到侧圆面上端b的圆周弧长为A，所述桶面顶点a到侧圆面下端c的圆周弧长为B，其中A：B的值为1.5～3.5。如图3所示，所述第二道气环20的环体的外圆面为鼻型锥面结构，环体位于鼻型锥面顶点d向下的区域设置有储油腔21。设置储油腔增加了活塞环从缸壁上刮下的润滑油的存储空间，防止润滑油倒流，进一步降低了发动机的机油耗。所述储油腔21的所述储油腔的腔内角度10°～20°，储油腔面积与环截面积比0.02～0.03。如图4所示，所述组合油环30包括上下布置的上刮片31和下挂片32，以及用于连接上、下刮片的衬环33。所述上刮片31和下刮片32的外圆面表面设置有类金刚石涂层34，活塞环组的摩擦损失60%来源于油环，通过刮片环上的类金刚石涂层，大大降低了环组的摩擦损失。所述衬环33的耳部与所述上、下刮片的接触面设置有氮化层35，衬环的磨损主要体现在耳部，所以只在衬环上的耳部局部设有氮化层，其它部位无氮化层，既提高了油环的耐磨性又解决了衬环全氮化脆性断裂的问题。本技术还提供一种机构40，包括气缸套41、位于气缸套内的活塞42以及套设在活塞上的如上述发动机活塞环组。本技术通过发动机台架试验测试，活塞环上行和下行过程中缸壁上的油膜厚度如图5所示。上行时，本技术活塞环在缸壁上形成的油膜后比现有技术环厚20%，提升了润滑效果，有效降低了摩擦和磨损。下行时通过活塞环刮油，本技术活塞环在缸壁上的残余油膜厚度比现有技术环低30%，进一步降低机油耗。本技术活塞环组与现有活塞环组相比，发动机综合机油耗降低29.7%，活塞组件（活塞与活塞环组）的运动摩擦功损失减少38%，发动机的综合燃油耗降低1%。（BDC、TDC分别代表第一道气环运行的下止点和上止点）以上所述实施方式仅仅是对本技术的优选实施方式进行描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本技术的权利要求书确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低摩擦低油耗发动机活塞环组，其特征在于，包括用于安装在活塞上的第一道气环、第二道气环和组合油环；/n所述第一道气环的环体的外圆侧工作面为偏桶面结构，其桶面顶点到外圆侧工作面上端的圆弧长大于桶面顶点到外圆侧工作面下端的圆弧长；/n所述第一道气环的外圆侧偏桶面上设有低摩擦的类金刚石涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种低摩擦低油耗发动机活塞环组，其特征在于，包括用于安装在活塞上的第一道气环、第二道气环和组合油环；
所述第一道气环的环体的外圆侧工作面为偏桶面结构，其桶面顶点到外圆侧工作面上端的圆弧长大于桶面顶点到外圆侧工作面下端的圆弧长；
所述第一道气环的外圆侧偏桶面上设有低摩擦的类金刚石涂层。


2.根据权利要求1所述的低摩擦低油耗发动机活塞环组，其特征在于，所述第二道气环的环体的外圆面为鼻型锥面结构，其包括位于鼻型锥面顶点向下的区域的储油腔。


3.根据权利要求2所述的低摩擦低油耗发动机活塞环组，其特征在于，所述储油腔的腔内角度为10°～20°，储油腔面积与环截面积比为0.02～0.03。


4.根据权利要求1所述的低摩擦低油耗发动机活塞环组，其特征在于，所述组合油环包括上下布置的上刮片和下挂片，以及用于连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星，程伟胜，蒋立文，汪冰，陈春，
申请(专利权)人：安庆帝伯格茨活塞环有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34