一种多支点活塞环限位装置及活塞的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，更进一步涉及一种多支点活塞环限位装置。本发明还涉及一种活塞。


背景技术：

2.活塞环(piston ring)用于嵌入活塞外表面沿周向设置的沟槽内，活动运动过程中起到密封作用。活塞环广泛地用在各种动力机械上，如蒸汽机、柴油机、汽油机、压缩机、液压机等，广泛用于汽车，火车，轮船，游艇等。活塞环是燃油发动机内部的核心部件，它和汽缸，活塞，汽缸壁等一起完成燃油气体的密封。活塞环作用包括密封、调节机油(控油)、导热(传热)、导向(支承)四个作用。
3.现有的梯形环槽结构设计采用常规方法，如图1所示，为现有的活塞环与活塞之间相互配合的结构示意图；现有的活塞环01安装于活塞槽02内，活塞槽02的下表面与活塞环01的下表面接触；工作时，高压燃气进入活塞侧壁与汽缸壁之间，形成推力f1，活塞环01外露的部分受到推力f1的作用，活塞环01围绕a点沿逆时针方向转动，活塞环01的下部分与活塞槽02下表面边缘的a点接触，在高速运动过程中，该处磨损速率最快，导致活塞槽02寿命减少。
4.对于本领域的技术人员来说，如何降低活塞槽的磨损，延长使用寿命，是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种多支点活塞环限位装置，活塞卡槽形成多个支撑点，与活塞环的不同位置受力接触，避免某一位置反复受压过早损坏，具体方案如下：
6.一种多支点活塞环限位装置，包括圆环状的环状本体，所述环状本体的外壁周向沿环状设置活塞卡槽，所述活塞卡槽内卡装放置活塞环；
7.所述活塞卡槽的下表面沿径向设置至少两段分段表面，相邻的两个分段表面之间向上凸出形成环形的支撑分界线，所述支撑分界线能够对所述活塞卡槽的下表面提供支撑；各个所述支撑分界线的高度按从轴心向外逐渐降低。
8.可选地，各个分段表面的断面为直线，各个分段表面与水平面的夹角依次递增。
9.可选地，各个分段表面沿径向方向的宽度相等。
10.可选地，各个分段表面的截面为向下凹陷的曲线或折线。
11.可选地，所述环状本体还设置高效增压腔，所述高效增压腔位于所述活塞卡槽内壁与上表面的交界处，正对所述活塞环上的缺角。
12.可选地，所述活塞卡槽和所述活塞环围成的密闭空间的体积为所述高效增压腔体积的2至3倍。
13.可选地，所述高效增压腔的截面为弧形曲线。
14.本发明还提供一种活塞，包括上述任一项所述的多支点活塞环限位装置。
15.本发明提供一种多支点活塞环限位装置，包括圆环状的环状本体，环状本体的外壁周向沿环状设置活塞卡槽，活塞卡槽凹陷设置于环状本体，活塞卡槽内卡装放置活塞环；活塞卡槽的下表面沿径向设置至少两段分段表面，各分段表面呈同心环状分布；相邻的两个分段表面之间向上凸出形成环形的支撑分界线，支撑分界线能够对活塞卡槽的下表面提供支撑；各个支撑分界线的高度按从轴心向外逐渐降低，当活塞环受到高压气体产生的压力作用时，活塞环发生形变，其外环下降，由于活塞卡槽的下表面凸出形成支撑分界线，以支撑分界线为支点，活塞外环的下降幅度越大，其接触越靠外的支撑分界线，在活塞环受力的整个过程中，活塞环和活塞卡槽下表面的接触点发生变化，并不仅有一个位置持续受压，可以降低活塞槽和活塞环发生的磨损，延长使用寿命。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为现有的活塞环与活塞之间相互配合的结构示意图；
18.图2a为本发明提供的多支点活塞环限位装置第一种实施例的剖面结构图；
19.图2b为第一种实施例的多支点活塞环限位装置装配活塞环的结构示意图；
20.图3a为本发明的多支点活塞环限位装置第二种实施例的剖面图；
21.图3b为第二种实施例的多支点活塞环限位装置装配活塞环的结构示意图；
22.图4a为本发明的多支点活塞环限位装置第三种实施例的剖面图；
23.图4b为第三种实施例的多支点活塞环限位装置装配活塞环的结构示意图；
24.图5为本发明中的活塞结构示意图。
25.图中包括：
26.环状本体1、活塞卡槽2、活塞环3、高效增压腔4。
具体实施方式
27.本发明的核心在于提供一种多支点活塞环限位装置，活塞卡槽形成多个支撑点，与活塞环的不同位置受力接触，避免某一位置反复受压过早损坏。
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体的实施例对本发明的多支点活塞环限位装置进行详细的介绍说明。
29.如图2a所示，为本发明提供的多支点活塞环限位装置第一种实施例的剖面结构图；本发明的多支点活塞环限位装置包括圆环状的环状本体1，图中仅展示了沿轴线方向的断面结构，在三维空间上，环状本体1为圆环状，环状本体1固定安装于活塞上，环状本体1用于安装活塞环。
30.环状本体1的外壁周向沿环状设置活塞卡槽2，活塞卡槽2凹陷设置一周，为环形凹槽，开口方向远离活塞的轴线方向，活塞卡槽2内卡装放置活塞环3，通过活塞卡槽2对活塞环3提供支撑限位。
31.本发明所涉及的关于上、下方向的表述，是以图示中所展示的方向进行了说明，通
常情况下发动机的燃烧室在上，也即本发明图中展示的方向。
32.活塞卡槽2的下表面沿径向设置至少两段分段表面，结合图2a所示，该图中展示了设置三个分段表面的结构，其中l1、l2、l3分别表示三个分段表面的水平方向宽度。相邻的两个分段表面之间向上凸出形成环形的支撑分界线，支撑分界线如图2a中的虚线圆圈i、ⅱ所示，图中的虚线圆圈i、ⅱ为两个凸点，在空间形状中，支撑分界线为圆形线，支撑分界线处形成凸起，支撑分界线处的高度大于其附近其他位置的高度。
33.支撑分界线能够对活塞卡槽2的下表面提供支撑，并且各个支撑分界线的高度按从轴心向外逐渐降低，图2a中左侧为靠近活塞轴心的一侧，图2a中的支撑分界线的高度从左向右逐渐降低。
34.结合图2b所示，为第一种实施例的多支点活塞环限位装置装配活塞环的结构示意图；在正常使用时，燃烧在上方，当形成的高温高压气体从活塞与汽缸内壁之间的缝隙向下移动，对活塞环3外露的部分施加向下的压力，如图2a中的f1所示，活塞环3发生一定的弹性变形，具有顺时针转动的趋势，活塞环3的下表面被紧压在活塞卡槽2的下表面。由于本发明的活塞卡槽2的下表面设置凸起的支撑分界线，活塞环3的下表面受到支撑分界线的支撑；支撑分界线的高度从左向右逐渐降低，在活塞环3顺时针变形转动的过程中，活塞环3的下表面先后从左向右接触不同的支撑分界线，接触时以支撑分界线为支点，在各个不同的支撑分界线与活塞环3之间产生相互作用力。最后活塞环3的下表面会与活塞卡槽2下表面的外缘与环状本体1外壁形成的过渡线接触，也即图中的虚线框ⅲ。而传统的结构中，活塞环仅受虚线框ⅲ位置处的支撑，主要在此处受力，长期反复作用过早损坏，而其他部分仍然保持正常。
35.由于活塞环3受压变形转动的过程中，活塞环3下表面的不同位置与不同的支撑分界线接触受力，在一次冲击的过程中，活塞环3与活塞卡槽2下表面的接触受力点不断变化，不同的位置都能承受作用力，可以避免在一个位置反复受力过早损坏，可以降低活塞槽和活塞环发生的磨损，延长使用寿命。
36.在上述方案的基础上，本发明的各个分段表面的断面为直线，各个分段表面与水平面的夹角依次递增，也即图2a所示的结构，l1段对应分段表面与水平面的夹角、l2段对应分段表面与水平面的夹角、l3段对应分段表面与水平面的夹角依次递增，也即斜率依次增大。
37.在上述的实施例中，各个分段表面沿径向方向的宽度相等，径向也即图2a中的水平方向，即l1＝l2＝l3。
38.各个分段表面的截面为向下凹陷的曲线或折线。如图3a和图4a所示，分别为本发明的多支点活塞环限位装置第二种实施例和第三种实施例的剖面图；图3b图4b分别为第二种实施例、第三种实施例的多支点活塞环限位装置装配活塞环的结构示意图。
39.图4a和图4b所示的第二种实施例中，设置两个分段表面，形成一个支撑分界线i，活塞卡槽2下表面的外缘的虚线框ⅲ也可对活塞环3形成支撑点。l1对应的分段表面的截面为直线，l2对应的分段表面的截面为折线，也即由两条直线形成向下凹陷的夹角，向下凹陷的夹角在空间上为环形线，但此位置不接触活塞环3。
40.结合图3a所示，夹角a、a1、a2、a3分别四个不同的夹角，a为i
ꢀⅲ
两点连线与水平面的夹角，a1、a2分别为l2对应的分段表面的两个折线与水平面的夹角，a3为l1对应的分段表
面与水平面的夹角。在此实施例中，角度对应关系为：
41.a1＝a-(30’～40’)，a2＝a-(5’～10’)，a3＝a-(45’～55’)。
42.图4a和图4b对应的实施例中，共设置三个分段表面，分别为d1、d2、d3所对应。这三个分段表面的截面均为向下凹陷的曲线，在两个相邻的分段表面之间形成凸起的支撑分界线，这种结构能够实现相同的技术效果。
43.在上述任一技术方案的基础上，本发明的环状本体1还设置高效增压腔4，高效增压腔4位于活塞卡槽2内壁与上表面的交界处，正对活塞环3上的缺角。高效增压腔4同样沿环状开设，高效增压腔4可使活塞环3缺角对应位置的空间更大。
44.结合图2b、图3b、图4b所示，当活塞环受高压气体的作用力f1时，活塞环3被紧压在活塞卡槽2的下表面，此时活塞环3的上表面与活塞卡槽2的上表面存在间隙，高压气体从此缝隙进入活塞环3与活塞卡槽2形成的空腔。由于开设了高效增压腔4，有更多的气体进入，这些高压气体对活塞环3上的缺角产生作用力f2。由于高效增压腔4增加了气体的进入量，可以使活塞环3受到的作用力f2更大，平衡作用力f1产生的力矩，同时使活塞环3被更紧密地压在活塞卡槽2的下表面。
45.活塞卡槽2和活塞环3围成的密闭空间的体积为高效增压腔4体积的2至3倍。活塞环3与活塞卡槽2形成的空腔分为两个部分，如图2b所示，以虚线为界划分为
①②
两个部分，
①
表示高效增压腔4，
②
为其他空腔部分，高效增压腔4的体积为
①②
两个部分总和的1/2～1/3。
46.具体地，本发明中高效增压腔4的截面为弧形曲线，如图2b、3b、4b所示，弧形曲面可使作用力集中于活塞环3的缺角。
47.本发明还提供一种活塞，包括上述的多支点活塞环限位装置。如图5所示，为本发明中的活塞结构示意图，图2b、图3b图4b所展示的结构均为图5中的x部分局部示意图。该活塞能够实现上述涉及的技术效果。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。