一种无缝密封活塞制造技术

本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种无缝密封活塞
本技术涉及一种活塞，尤其是内燃机活塞。
技术介绍
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。理论上压缩比是影响往复活塞式内燃机热效率的主要因素，压缩比越大，热效率就越大。要提高发动机的热效率，最主要的手段就是增大压缩比，增大压缩比也会相应增大工质燃气的压力，这也会导致活塞环漏气的情况变得更加严重，活塞环会成为影响热效率的重要因素，漏气的活塞环设计已经不适合高压内燃机的应用。随着环保和排放标准的要求越来越严格，活塞缝隙所造成的污染排放影响也越来越严重。活塞的活塞环密封设计不可避免造成很多缝隙，这些缝隙会对发动机的热效率和废气排放、甚至发动机的稳定运行造成严重的影响。
技术实现思路
活塞的活塞环密封会出现漏气情况，会造成不完全燃烧，从而导致降低内燃机热效率和导致污染有害物过量排放，甚至容易产生碳粒等而导致活塞环损坏等问题，本技术提供一种活塞无缝密封方案，可以完全克服和解决以上这些问题。本技术所采用的技术方案是，活塞头部外周为密封圈，密封圈是管状或圆筒形状的组件，其上部与活塞顶部平齐，密封圈下部与活塞中部连接，并且接近连接的部分外径略小，密封圈外表面以轻微弹力与缸壁贴合形成密封面，密封圈内表面与活塞头部中间体有分隔槽，并且分隔槽以软质、耐高温、耐腐蚀的材料粘合填充。本技术方案活塞的具体构造如图1所示，图1是活塞纵向剖面构造图，图中标记：1.活塞头部中间体，2.密封圈，3.分隔槽及填充材料，4.油环槽，5.活塞销座，6.活塞裙。活塞头部包括：活塞头部中间体、密封圈和分隔槽及填充材料，密封圈作为气体密封代替了气环密封的功能；油封仍保留油环和油环槽不变；活塞销座与活塞裙也与以往的活塞基本相同。活塞顶部的构造如图3所示，图3是活塞顶部正面视图，图中标记：1.活塞头部中间体，2.密封圈，3.分隔槽及填充材料。最外围是密封圈，中部是活塞头部中间体，两者之间是分隔槽及填充材料。活塞和气缸壁通过活塞的密封圈进行高压气体的密封，密封圈的作用是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，其作用与以往的活塞气环所起的作用基本相同。密封圈的管壁较薄，密封圈的制造与气环所用的材料和工艺相当，材料应有耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、易导热性、强韧性、适当的弹性等特性。密封圈与活塞体头部的分隔填充材料可以使用软质、熔点高和防腐蚀性的合金，所谓软质就是硬度不高并且容易发生变形，在相对较低的压力下材料就会发生形状的改变，比如一些质地较软的锌合金、铜合金、锡合金等等，特别是变形锌合金，或者也可以使用其他质地较软和高熔点的非合金材料。当活塞刚放置进气缸中时，活塞头部的密封圈以较轻微的弹性与气缸内壁贴合，也就是密封圈的直径要比气缸的内径稍微要大一点点，使得密封圈与气缸内壁有极微小的弹性形变，产生较轻微的弹力，使得密封圈与气缸内壁在轻微弹力下紧密贴合。由于燃烧室产生高温，当活塞受热膨胀时，活塞头部中间体会因为膨胀而挤压填充材料，由于填充材料质地较软，其会受压向活塞顶方向变形，只有少部分压力传递到活塞密封圈和气缸壁，所以活塞的受热膨胀对活塞密封圈和其与气缸内壁之间的贴合影响不大，不会因为活塞受热而导致拉缸情况发生；活塞中部由于与气缸壁之间保留有间隙，活塞中部的膨胀不会挤压到气缸壁；活塞裙部虽然也会受热膨胀，但由于活塞裙部与燃烧室距离比较远，受热影响较小，其膨胀幅度一般不大，这与以往的活塞情况基本相同。活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活塞，其特征是：活塞头部外周为密封圈，密封圈是管状或圆筒形状的组件，其上部与活塞顶部平齐，密封圈下部与活塞中部连接，并且接近连接的部分外径略小，密封圈外表面以轻微弹力与缸壁贴合形成密封面，密封圈内表面与活塞头部中间体有分隔槽，并且分隔槽以软质、耐高温、耐腐蚀的材料粘合填充。/n

【技术特征摘要】
1.一种活塞，其特征是：活塞头部外周为密封圈，密封圈是管状或圆筒形状的组件，其上部与活塞顶部平齐，密封圈下部与活塞中部连接，并且接近连接的部分外径略小，密封圈外表面以轻微弹力与缸壁贴合形成密封面，密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金宏，
申请(专利权)人：东莞宏大动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44