具有雙環構造的活塞和缸組件的制作方法

具有雙環構造的活塞和缸組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及具有雙環構造的活塞和缸組件。具體地，在活塞帶端口的發動機中，密封環放置在缸的槽中。由于槽的直徑大于缸，密封環重疊成螺旋，從而使其能夠進入缸。但是，這種螺旋在處于螺旋時不裝配到槽中。替代地，較短的密封環放置在槽中。但是，間隙太大。根據一種實施方式，設置是環寬度兩倍的槽，并且安裝螺旋環，使得螺旋環在槽中展開，從而環就座在平面中。將間隔環放置在槽中以填充槽中的多余空間。密封環的外部槽中的彈性材料或者拉伸彈簧可用來造成環壓靠活塞。
【專利說明】
具有雙環構造的活塞和缸組件

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及用于與往復部件相關的固定密封件的環布置。
[0002]

【背景技術】
[0003]環用來在往復的活塞和缸之間密封。傳統上，環放置在活塞中的槽中。在圖1中，顯示了從頂部看的活塞100。活塞100具有從活塞頂部向下延伸的活塞裙部。活塞裙部是大體柱形的并且具有形成在外表面中的槽。槽的向內邊緣被顯示為虛線圓102。活塞環104被顯示為分開以形成間隙106。
[0004]圖2顯示在活塞環104被允許收縮進活塞100中的槽和缸(未顯示)內的情形。間隙106在圖2的構造中比在圖1所示的膨脹位置中小得多。有利的是當環104安裝到缸(未顯示)中時間隙106非常小，從而最少量的氣體可經過間隙106。
[0005]在二沖程發動機中，無論是從油耗還是排放物的角度都不希望油經過端口損失。因此，二沖程發動機設置有位于活塞的下部中(即，端口下方)或者位于上止點處的端口下方的缸壁中的油環。在活塞中具有油環的缺點是發動機在沿著缸襯軸線的方向上較長。在OPOC發動機、例如U.S.6170443 (其整體通過引用結合在本文)中公開的OPOC發動機中，該額外長度在發動機的最長尺寸中。固定密封件對于在缸襯中有小間隙的條件下安裝密封件是一種挑戰。
[0006]圖27顯示一種OPOC發動機10的一個實例。內部活塞12和外部活塞14與右側缸(未顯示以看到活塞)相關，內部活塞13和外部活塞15與左側缸(未顯示)相關。活塞12和13借助推桿16聯接到曲軸20，活塞14和15借助拉桿18聯接到曲軸20 (每個外部活塞一對拉桿18)。內部活塞12和13在活塞的底部附近具有槽。相比而言，外部活塞14和15只具有用于壓縮環的槽，沒有容納油密封環的槽。油密封環設置在缸襯中的槽中，圖27中沒顯示。
[0007]圖3和圖4中顯示可用作安裝到缸襯中的固定油環的密封環。缸120具有形成在缸120的內表面中的槽。槽的基部被顯示為虛線圓122(在圖3所示的視圖中為隱藏線)。具有小間隙126的環124顯示在缸120的內側。當環124膨脹以裝配在缸120中的槽內側時，間隙126變得不可容忍地大。即，流經間隙126的氣體會太多。
[0008]在固定密封件的一種替代中，缸以軸向聯接的兩部分形成。槽位于一個缸部分的端部處。環在缸的兩部分組裝之前安裝在槽中。這種構造的不利之處包括:更高的部件數:2件以上的螺栓用于組裝；容納螺栓的額外材料；以及要求兩件在加工和最終組裝過程中完美對準以提供活塞可以在其中自由往復的完全共線的缸襯。
[0009]希望具有能夠安裝在單件式缸的槽中但沒有大間隙的環。
實用新型內容
[0010]為了克服現有技術中的至少一個問題，公開一種活塞和缸組件，其具有:缸，其具有限定在缸的內表面中的環形缸槽；密封環，其安裝在缸槽中，其中使得密封環的端部重疊以允許密封環進入缸，并且在密封環放置在缸槽中時，密封環的端部彼此接近；和間隔環，其安裝在缸槽中。間隔環的端部在間隔環收縮以進入缸時彼此接近，并且在間隔環在缸槽中膨脹時，間隔環的端部被間隙分離。
[0011]組件還包括在槽近側安裝在缸中的活塞，其中活塞能夠在缸內往復。密封環和間隔環圍繞活塞，壓縮環安裝在活塞中的環形槽中。
[0012]密封環的高度和間隔環的高度是預定高度，槽的高度不小于預定高度的兩倍并基本等于預定高度的兩倍。在密封環的端部重疊時，密封環形成螺旋。
[0013]在密封環圍繞活塞時，密封環的端部被間隙分開，密封環中的間隙遠小于間隔環中的間隙。
[0014]密封環具有大致矩形的橫截面，具有限定在密封環的外表面中的槽。一些實施方式包括設置在密封環的槽中的彈性密封件，另一些實施方式包括拉伸彈簧。
[0015]還公開一種活塞和缸組件，其包括在缸的內表面中限定有環形缸槽的缸、安裝在環形槽中的密封環和安裝在環形槽中的間隔環，其中密封環在間隔環安裝之前安裝。
[0016]使得密封環的端部重疊以允許密封環形成螺旋以進入缸。當密封環放置在槽中時，密封環的端部彼此接近。間隔環的端部在間隔環進入缸時彼此接近。在間隔環在槽中膨脹時，間隔環的端部通過間隙分開。
[0017]密封環具有形成在密封環的外表面中的環形槽。組件還包括在將密封環安裝在缸的槽中之前放置在密封環的環形槽中的拉伸彈簧和可變形材料之一。
[0018]將密封環放置成直徑小于缸的直徑的螺旋形狀，從而允許密封環插入缸。當密封環插入槽中時，它向外壓以造成密封環位于平面中。將間隔環放置成環端部重疊的盤繞形狀以允許密封環插入缸。間隔環在被壓入槽中時被向外壓，端部不再重疊。
[0019]間隔環在環的一個端部上具有倒角，以允許兩個端部在間隔環壓入槽中時運動經過彼此。密封環和間隔環均在外表面上具有其中設置拉伸彈簧的至少一個槽。
[0020]還公開一種在缸的內表面中限定的環形槽中安裝環的方法，包括:使得密封環形成螺旋從而密封環的端部重疊；將密封環以螺旋構造放置在缸中；使密封環在槽中膨脹從而密封環的端部不再重疊；以及將間隔環放置在缸的槽中。間隔件可以是間隔環。將間隔件放置在缸的槽中包括:壓縮間隔環使得間隔環的端部彼此接近；將間隔環放置在缸中；以及使間隔環與密封環相鄰在槽中膨脹。使密封環在缸的槽中膨脹利用固定裝置執行以造成密封環向外膨脹到缸的槽中。
[0021]固定裝置包括錐體的一部分。
[0022]密封環具有限定在密封環的外表面中的環形槽。所述方法還包括:在將密封環放置在缸中之前將可變形密封件放置在缸的槽中。
[0023]密封環具有限定在密封環的外表面中的環形槽。拉伸彈簧在密封環放置在缸中之前被放置在缸的槽中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1和圖2是具有外部槽和活塞環的活塞分別在環膨脹和收縮時的頂視圖的圖示；
[0025]圖3和圖4是具有內部槽和環的缸分別在環收縮和膨脹時的頂視圖的圖示；
[0026]圖5是具有內部槽和環的缸的頂視圖的圖示，其中環位于缸內側且環壓縮使得端部重疊；
[0027]圖6是圖5的環在端部重疊時的側視圖；
[0028]圖7是缸的一部分的橫截面，顯示了缸中的槽中的重疊環；
[0029]圖8是缸的頂視圖的圖示，其具有內部槽和安裝在槽中的環；
[0030]圖9是圖8的環的側視圖；
[0031]圖10是缸的一部分的橫截面，顯示了安裝在槽中的環；
[0032]圖11是缸的一部分的橫截面，顯示了安裝在槽中的兩個環；
[0033]圖12是密封環的圖示，其中拉伸彈簧安裝在密封環的外部槽中；
[0034]圖13是缸和活塞的一部分的圖示，其中固定環在缸中的槽中；
[0035]圖14和圖15示出固定環安裝在缸中的槽中的過程；
[0036]圖16是根據本實用新型的一種實施方式當密封環的端部重疊時密封環和拉伸彈簧的圖示；
[0037]圖17-24是在單體缸襯的槽中安裝雙環的圖示；
[0038]圖25是間隔環的兩部分的圖示，其中拉伸彈簧的一部分在間隔環的槽中；
[0039]圖26是在缸襯的槽中設置有密封環和間隔環的缸襯的圖示；和
[0040]圖27是OPOC發動機的驅動系的等軸測表示。

【具體實施方式】
[0041]本領域普通技術人員將理解，參考任何一個【專利附圖】

【附圖說明】和描述的實施方式的各個特征可以與在一個或多個其他附圖中圖示的特征結合以產生沒有明確圖示或描述的替代實施方式。圖示特征的組合提供典型應用的代表性實施方式。但是，對于特定應用或實施來說，符合本實用新型的教導的特征的多種組合和修改可能是希望的。本領域普通技術人員可認識到類似的應用或實施，不論是否明確描述或說明。
[0042]在圖5中顯示缸140的俯視圖。缸140在缸140的內表面141中具有槽。槽的基部通過虛線圓142指示。還顯示了環144，其被壓縮從而兩個端部在區域146中重疊。具有重疊區域146的環144的側視圖在圖6中顯示。環146形成螺旋并且不能裝配在具有環146的高度的槽中。相反，處于圖6所示構造的環146可裝配到其中的槽大約是環146的高度的兩倍。這在圖7中顯示，其中示出缸140的一部分的橫截面。缸140具有外表面139和內表面141。槽形成在內表面141中。當環144被壓縮時，它重疊。圖7中顯示重疊區域，即顯示了環144的兩個端部的橫截面。
[0043]在圖8中，環144被導致膨脹到缸140的槽中。當環144膨脹時沒有重疊，而是形成小間隙148。圖8的具有間隙148的環144的側視圖在圖9中顯示。當環144的端部不再重疊(例如圖10所示)時，環144只占據槽145的大約一半高度。在這種構造中，如果活塞相對于缸140往復，則環144會在槽145中上下推撞，這會損害其密封能力并容易損害環 144。
[0044]在圖11中，間隔環150被添加到密封系統以占據缸140的槽中的空間。間隔環150不需要提供密封。因此，它可以是例如圖4中所示的環，其具有大的間隙以幫助其在環144已經事先安裝后安裝到槽145中。間隔環150的目的是填充圖10中的槽145中的多余空間，以允許環144適當地就座在槽中，從而提供希望的密封。
[0045]希望的是，如圖10所示的密封環144壓靠活塞(未顯示)以隨著活塞在缸中往復從活塞刮掉多余的油。在環144的背側，設置槽149，如圖7、10和11所示。到這里為止描述的環是分裂環，即具有間隙。在圖12所示的一種實施方式中，是沒有間隙的連續環的拉伸彈簧160放置在活塞環的槽(圖7、10和11中的槽149)中。槽149在圖12中不單獨可見，但槽149的深度在圖12中被示出為虛線圓158。密封環144具有跨座在活塞(未顯示)上的內表面156和就座在缸襯的槽(圖10中的槽145)內的外表面154。拉伸彈簧160具有提供將環144的表面156壓靠活塞的希望力的尺寸和張力。下面討論將這種構造安裝在缸中的方法。
[0046]現在參考圖13，顯示一種替代實施方式，其中彈性的可變形密封件162放置在槽149中(沒有在圖13中單獨顯示，因為槽149基本被密封件162填充)。當密封件162壓縮到環的槽中時，環144壓靠活塞164，活塞相對于缸襯140往復。密封件162具有間隙并在安裝在缸140的槽145中之前安裝在環144的槽149中。因此，當導致環144形成螺旋以進入缸時，密封件162也形成螺旋。
[0047]被設計為安裝在活塞的槽中的活塞環、例如圖1中的環106通過取一扁線、將其形成為螺旋來制造。螺旋的直徑大于環在安裝在活塞中時的直徑，使得具有造成環向外壓的彈簧力。螺旋的一部分(小于360度)被切斷以形成每個環。這種環在被壓縮以關閉間隙時在缸襯上提供向外的壓力。
[0048]在環要安裝在缸襯中的固定槽中的情況下，希望具有向內壓在活塞上的環。形成直徑小于安裝在缸襯中時的活塞的直徑的螺旋。從螺旋切割的要安裝在缸襯中的槽中的環延伸超過360度，即端部重疊。必須迫使環膨脹以進入槽，使得端部不再重疊。
[0049]固定環可安裝在缸襯中的槽中的過程在圖14中從200開始。在框202中，可變形密封件(可能是彈性材料)放置在環中的槽中。替代地，拉伸彈簧放置在活塞中的槽中。在框204，使得密封環形成直徑小于缸直徑的螺旋或盤旋。在框206，密封環滑動到缸中。在框208，使得環在缸中的槽中膨脹。在一種實施方式中，通過使用固定裝置(fixture)使環膨脹。在框210，活塞滑動到缸中以接合密封環。在框212，壓縮間隔環使得端部彼此靠近。在框214，將間隔環放置在缸中，接著使其膨脹到缸中的槽中。
[0050]在密封環中沒有槽且密封環的中立位置使得密封環的外直徑小于缸的實施方式中，過程開始于圖15的300。在框302，將密封環放置在固定裝置上。在一種實施方式中，活塞的底部聯接到固定裝置的一端。在框304中，將密封環和固定裝置滑動到缸中。在框306中，使用固定裝置造成環向外膨脹并膨脹到缸中的槽中。在此過程中，環的端部不再重疊以形成螺旋。相反，環的端部彼此接近，并且環位于一平面中。在框308中，將活塞朝著密封環滑動，從而密封環包圍活塞(而不是固定裝置)。在框312中，壓縮間隔環使得端部接觸。將間隔環滑動到缸中，并允許或強迫間隔環與密封環314相鄰地膨脹到槽中。
[0051]現在參考圖16，密封環240具有槽，其底部通過虛線圓242顯示。密封環240已經通過重疊的端部244和246 (圖14中的每個框202)形成螺旋。拉伸彈簧248放置在槽中。但是，拉伸彈簧248從重疊的區域凸出。現在返回圖14，框204的結果在圖16中顯現。在框208，密封環在缸中的槽中膨脹，使得其不再為螺旋，而是處于一平面中。與此同時，拉伸彈簧應完全彈入缸中的槽中，占據凸出部分。固定裝置可用來造成環按希望膨脹。固定裝置可以在框214中使用以輔助將活塞安裝到缸中。圖16的環240在圖17中被顯示處于側螺旋取向。槽242只可在環240的端部244和246附近的區域可見，因為拉伸彈簧248在環240的大部分圓周上位于槽242中。在凸出的區域，拉伸彈簧248在槽外，并且從圖17的左手側上的環240的上部向下彎到右手側上的環240的下部。拉伸彈簧248造成環240朝著活塞向內推以密封活塞。
[0052]在一種替代實施方式中，可變形密封件放置在環240的槽242中。可變形密封件的尺寸設置成使得其在組裝時變形從而造成環被向內推。可變形密封件不形成為連續環而是形成為具有與密封環中的間隙對準的間隙的環或者是放置在密封環的槽中的線性密封件。
[0053]現在參考圖18，顯示缸400的具有槽402的一部分，其中活塞404插入其中。活塞404在活塞404的頂部408 (活塞的頂部指的是活塞靠近燃燒室的頂部，不是圖18-24中的取向)具有兩個壓縮環406。固定裝置410的第一部分抵靠活塞404放置。密封環412放置在固定裝置410上。在一種實施方式中，環410顯示處于圖18中的中立位置，即沒有彈簧張力。在圖19中，固定裝置的第二部分414用來將密封環412壓到第一固定裝置部分410，造成密封環412向外膨脹。環412由于彈簧張力向內壓。現在參考圖20，第二固定裝置部分414在環412上進一步向下推動，使其以它不再呈現螺旋構造并彈入槽402的方式膨脹。環412具有少許間隙，為考慮缸400中的公差是合理的那樣小。在圖21中，固定裝置410和活塞404向上運動，使得環412滑離固定裝置410并滑到活塞404上。環412向內壓在活塞404上。環412由于限制在槽402中而不能向上運動。在圖22中，固定裝置410已經移除，間隔環416被壓縮并放置在缸400中。在被壓縮時，環416具有可以忽視的間隙418。在圖23中，間隔環416放置在槽402的邊緣下方，并使其向外彈，由此形成間隙420。在圖24中，活塞404向上運動，使得間隔環416現在圍繞活塞404并且密封環412現在在與活塞404的端部不同的位置處圍繞活塞404，如圖23所示。
[0054]在一種替代實施方式中，密封環412在環412的外表面中的槽中設置有拉伸彈簧。使得拉伸彈簧在圖19和圖20所示的取向之間完全彈入密封環412中的槽中。
[0055]在圖25中，顯示了一種間隔環500的替代實施方式，其中顯示了拉伸彈簧504。只顯示了間隔環500的端部。間隔環500在外側表面上具有槽502。拉伸彈簧504放置在槽502中。如上面就間隔環的另一實施方式所述的，當間隔環安裝在槽中時，間隔環的端部之間形成大的間隙。在圖25中的實施方式中，環是盤旋的，使得環處于單個平面內，且環的兩個端部重疊。倒角506設置在間隔環500的一個端部上，從而在解開間隔環500時，倒角506允許兩個端部運動經過彼此并留下較短間隙。倒角506可用曲線稍許彎曲，該曲線設計成使得在安裝過程中環的相對端的角撞擊該曲線。另外，槽502在環的端部中在區域508中進一步削減。削減允許環在安裝過程中呈現更平滑的輪廓。沒有這種削減，拉伸彈簧504會具有顯著的彎折。
[0056]圖26中顯示了具有端口 522的缸襯520的視圖。設置在缸襯中的槽528中設置有密封環524和間隔環526。環524和526都具有內表面，即，掃過活塞的表面，分別具有兩個脊530和532。每個環524和526具有兩個槽(不可見)，拉伸彈簧534和536安裝在它們中。可以使用多個拉伸彈簧來在密封環和間隔環上提供更多張力。
[0057]雖然已經就特定實施方式詳細描述了最佳模式，但本領域技術人員將會認識到權利要求范圍內的各種替代設計和實施方式。雖然各種實施方式已經描述為就一個或多個希望特征而言提供好處或者優于其他實施方式，但如本領域技術人員知道的，為了實現希望的系統屬性，可以折中一個或多個特征，這取決于具體的應用和實施。這些屬性包括但不限于:成本、強度、耐用性、壽命周期成本、可售性、外觀、包裝、尺寸、可維護性、重量、可制造性、組裝容易性等。這里描述的就一個或多個特征而言特征與其他實施方式或者現有技術相比不那么希望的實施方式并非在本實用新型的范圍外，對于特定應用來說可能是希望的。
【權利要求】
1.一種具有雙環構造的活塞和缸組件，包括: 缸，其具有限定在缸的內表面中的環形缸槽； 密封環，其安裝在缸槽中，其中使得密封環的端部重疊以允許密封環進入缸，并且在密封環放置在缸槽中時，密封環的端部彼此接近；和 間隔環，其安裝在缸槽中，其中間隔環的端部在間隔環收縮以進入缸時彼此接近，并且在間隔環在缸槽中膨脹時，間隔環的端部通過間隙分離。
2.如權利要求1所述的組件，還包括:在槽近側安裝在缸中的活塞，其中活塞能夠在缸內往復。
3.如權利要求1所述的組件，其中，密封環的高度和間隔環的高度是預定高度，槽的高度不小于密封環和間隔環的預定高度之和。
4.如權利要求1所述的組件，其中，在密封環的端部重疊時，密封環形成螺旋。
5.如權利要求1所述的組件，還包括: 活塞，其設置在缸中，密封環和間隔環圍繞活塞；和 壓縮環，其安裝在活塞中的環形槽中。
6.如權利要求5所述的組件，其中，在密封環圍繞活塞時，密封環的端部通過密封環間隙分開，密封環間隙遠小于間隔環中的間隙。
7.如權利要求1所述的組件，其中，密封環具有大致矩形的橫截面，具有限定在密封環的外表面中的槽，所述組件還包括:設置在密封環的槽中的彈性密封件。
8.如權利要求1所述的組件，其中，密封環具有大致矩形的橫截面，具有限定在密封環的外表面中的槽，所述組件還包括:設置在密封環的槽中的拉伸彈簧。
9.如權利要求1所述的組件，所述間隔環在環的一個端部上具有倒角，以允許兩個端部在間隔環壓入槽中時運動經過彼此。
【文檔編號】F16J9/06GK204153130SQ201420223811
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年5月4日 優先權日:2013年5月3日
【發明者】P·霍夫鮑爾, D·布雷霍布 申請人:艾克莫特公司