專利名稱：密封結(jié)構(gòu)和用在該密封結(jié)構(gòu)中的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密封相互滑動接觸的活塞和汽缸之間的空間的密封結(jié)構(gòu)，特別涉及內(nèi)燃機(jī)中由加力裝置通過內(nèi)環(huán)使樹脂材料制成的外環(huán)被壓向滑動面的活塞環(huán)形式的密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明同時涉及使用在該密封結(jié)構(gòu)中安裝活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的方法。
密封結(jié)構(gòu)廣泛使用于密封相互滑動接觸的活塞和汽缸之間的空間。
例如，內(nèi)燃機(jī)中安裝在活塞環(huán)槽中的活塞環(huán)。一般在許多情況下這個活塞環(huán)是用金屬制成的。然而，也開發(fā)有樹脂活塞環(huán)。
例如，日本特開平9-280373號公報提出了使用樹脂活塞環(huán)。在該發(fā)明中，提出了一種活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體，在這種活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體中，用氟化樹脂的聚四氟乙烯(PTFE)連續(xù)形成的無切口的外環(huán)由用金屬螺旋脹圈組成的環(huán)張力提供部件通過用PTFE連續(xù)形成的無切口的內(nèi)環(huán)被徑向地壓向外側(cè)。
在上述發(fā)明中的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體中，環(huán)被分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)。內(nèi)環(huán)保證環(huán)槽周圍的密封性，外環(huán)保證在它的滑動部位和汽缸壁之間的密封性。
這里注意到在上述發(fā)明提出的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)環(huán)和外環(huán)都使用了PTFE。但是，PTFE的PV(實(shí)際壓力P和滑動速度V的乘積)臨界值很低，使得在汽缸壁上滑動的滑動部分沒有足夠的耐久性。而且，PTFE有很大的熱膨脹系數(shù)，因此，當(dāng)溫度升高時，由于螺旋脹圈的彈性力而作用在汽缸壁上的壓力變大，增加了發(fā)動機(jī)的摩擦損耗，由此將引起和外環(huán)有關(guān)的嚴(yán)重問題。
進(jìn)一步，在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時當(dāng)溫度升高時，螺旋脹圈將割破內(nèi)環(huán)而引起永久性變形。它將帶來如惡化環(huán)槽周圍密封狀態(tài)等問題。
針對上述問題，本發(fā)明的目的是增加密封結(jié)構(gòu)的耐用性，該密封結(jié)構(gòu)具有用樹脂制的滑動接觸環(huán)由加力裝置通過受力環(huán)被壓向活塞和汽缸相對滑動面的其中一面的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明另一目的是提供一種為使用這種密封結(jié)構(gòu)將活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體容易地確定地安裝到活塞的方法。
本發(fā)明第一方面是一個密封結(jié)構(gòu)，該密封結(jié)構(gòu)設(shè)置在相互滑動接觸的活塞和汽缸的相對滑動面中的其中一面形成槽，向該面加力使其和另一個沒有槽的滑動面滑動地接觸。這個密封結(jié)構(gòu)包括由多個徑向?qū)拥沫h(huán)組成的密封部件和對密封部件向無槽的一側(cè)加力的加力裝置。密封部件的滑動接觸環(huán)安裝在離加力裝置最遠(yuǎn)的一側(cè)，并帶有上述滑動接觸面。該滑動接觸環(huán)用聚酰亞胺樹脂制成。密封部件的受力環(huán)和加力裝置相鄰并接受加力裝置的加力。該加力接收環(huán)有切口，并用硬度等于或大于聚酰亞胺樹脂的材料制成。
在這種構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)中，滑動接觸環(huán)用聚酰亞胺樹脂制成，受力環(huán)帶有切口，用硬度等于或大于聚酰亞胺樹脂的材料制成。這樣，滑動接觸面和加力接受面都有高的耐用性。
除了本發(fā)明的第一方面外，本發(fā)明可以進(jìn)一步根據(jù)第二方面來詳細(xì)說明。也即，上述密封結(jié)構(gòu)是一個安裝在內(nèi)燃機(jī)的活塞上形成的活塞環(huán)槽內(nèi)的活塞環(huán)，密封部件是安裝在離汽缸最近側(cè)、作為滑動接觸環(huán)的外環(huán)和安裝在離活塞最近側(cè)、作為受力環(huán)的內(nèi)環(huán)的雙結(jié)構(gòu)環(huán)。
在這種構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)中，作為活塞環(huán)安裝在活塞環(huán)槽內(nèi)的用聚酰亞胺樹脂制成的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被壓向汽缸。
在本發(fā)明的第二方面中，上述外環(huán)可以連續(xù)形成不帶切口。
在這種結(jié)構(gòu)的活塞結(jié)構(gòu)體中，用聚酰亞胺樹脂連續(xù)形成的不帶切口的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被壓向汽缸。
在本發(fā)明的第二方面中，上述外環(huán)也可以帶有切口。
在這種構(gòu)造的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體中，聚酰亞胺制成的帶切口的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被壓向氣缸。
另外，外環(huán)的切口可以是傾斜的切口，該切口是在室溫當(dāng)外環(huán)處于理想圓形時切割外環(huán)而形成的。在運(yùn)行中外環(huán)在活塞軸向的寬度可以被設(shè)定小于運(yùn)行中活塞槽在活塞軸向的寬度。
在這樣構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)中，帶有在室溫時當(dāng)外環(huán)處于理想圓形時切割外環(huán)而形成的傾斜切口的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被壓向汽缸。在運(yùn)行中當(dāng)外環(huán)熱膨脹時，傾斜切口的相對端面會互相相對地移動。
進(jìn)一步，在本發(fā)明的第二方面中，在運(yùn)行中外環(huán)在活塞軸向的寬度可以設(shè)定為小于在運(yùn)行中內(nèi)環(huán)在活塞軸向的寬度。在運(yùn)行中內(nèi)環(huán)在活塞軸向的寬度可以設(shè)定為小于在運(yùn)行中活塞的環(huán)槽在活塞軸向的寬度。
在這樣構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)中，內(nèi)環(huán)隨著外環(huán)在活塞軸向的運(yùn)動而在活塞軸向運(yùn)動。因此，內(nèi)環(huán)首先撞擊活塞槽的頂部和底部面，從而抑制了外環(huán)的磨損。
在本發(fā)明的第二方面中，至少外環(huán)的下面可以涂鍍氮化鈦、氮化鉻、或者類金剛石碳。
在這樣構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)中，具有用聚酰亞胺制成的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被壓向汽缸的構(gòu)造的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的外環(huán)下面由于涂鍍氮化鈦、氮化鉻、或者類金剛石碳而得到增強(qiáng)。因此，抑制了外環(huán)下面的磨損，盡管該面隨著活塞在活塞軸向運(yùn)動而接觸環(huán)槽。
另外，在本發(fā)明的第二方面中，外環(huán)的外滑動面可以從頂部到底部的方向上被分隔，至少最接近頂部位置的滑動面的上端邊緣帶有倒角。
在這樣構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)中，具有用聚酰亞胺制成的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被壓向汽缸的構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)的外環(huán)滑動面在汽缸壁上滑動，并從頂部到底部的方向被分隔。這樣，防止了外環(huán)的整體截面移動，也防止了外環(huán)改變它相對汽缸壁的狀態(tài)。進(jìn)一步，在上滑動面的上端邊緣部分的倒角減少了在活塞向上運(yùn)動時由活塞向上帶過的油，因此抑制了油損。
在本發(fā)明的第二方面中，內(nèi)環(huán)可以用金屬制成，加力裝置可以是螺旋脹圈，螺旋脹圈是由金屬絲繞成螺旋狀的部件。
這樣構(gòu)造的密封結(jié)構(gòu)作為活塞環(huán)被裝入活塞環(huán)槽中，用聚酰亞胺制的外環(huán)由螺旋脹圈通過金屬內(nèi)環(huán)被壓向汽缸。
進(jìn)一步，在本發(fā)明的第二方面中，內(nèi)環(huán)可以用增強(qiáng)聚酰亞胺制成，加力裝置可以是螺旋脹圈，螺旋脹圈是由金屬絲繞成螺旋狀的部件。
本發(fā)明的第三方面提供了安裝本發(fā)明第二方面的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的方法。該方法由第一到第四步驟組成。第一步，加力裝置被裝入活塞環(huán)槽。第二步，用帶有向與活塞外圓周配合的圓筒部分?jǐn)U大的截錐部分的環(huán)導(dǎo)從活塞的頂部覆蓋活塞，使環(huán)導(dǎo)的圓筒部分的下端靠近緊鄰活塞環(huán)槽上方的平臺的中心。第三步，用環(huán)導(dǎo)的截錐部分將內(nèi)環(huán)裝入活塞環(huán)槽中。第四步，為了防止內(nèi)環(huán)的最外部分從活塞槽突出，在用內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具將裝入了活塞環(huán)槽并且被加力裝置徑向地壓向外側(cè)的內(nèi)環(huán)徑向的壓向內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下，使用環(huán)導(dǎo)的截錐部分將用聚酰亞胺連續(xù)形成的不帶切口的外環(huán)裝入活塞環(huán)槽中。
這種安裝方法使安裝用聚酰亞胺制成的外環(huán)、尤其是連續(xù)形成不帶切口的外環(huán)由加力裝置通過內(nèi)環(huán)被徑向地壓向外側(cè)的構(gòu)造的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體進(jìn)入環(huán)槽容易而確實(shí)。
在本發(fā)明的第三方面中，內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具可以帶有壓迫部分用以徑向?qū)?nèi)環(huán)壓向內(nèi)側(cè)和帶有被固定在其他環(huán)槽內(nèi)以將其定位的固定部分。
這樣的安裝活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體方法保證了內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具能容易而確實(shí)地迫使內(nèi)環(huán)進(jìn)入環(huán)槽，這樣提高了工作效率。
以下是附圖的簡單說明圖1為表示本發(fā)明第一實(shí)施例的密封結(jié)構(gòu)。
圖2為表示當(dāng)活塞從向上運(yùn)動改變方向到向下運(yùn)動時內(nèi)環(huán)30首先撞擊環(huán)槽的頂部。
圖3為表示當(dāng)活塞從向下運(yùn)動改變方向到向上運(yùn)動時內(nèi)環(huán)30首先撞擊環(huán)槽的底部。
圖4為表示環(huán)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)。
圖5為表示壓環(huán)工具的結(jié)構(gòu)。
圖6為表示內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具的結(jié)構(gòu)。
圖7為表示改進(jìn)的內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具的結(jié)構(gòu)。
圖8為表示本發(fā)明第二實(shí)施例的密封結(jié)構(gòu)。
圖9為表示本發(fā)明第二實(shí)施例斜切外環(huán)20形成的切口部分。
圖10為表示在運(yùn)行時圖9的外環(huán)20。
以下根據(jù)


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為表示用于活塞第二道環(huán)的本發(fā)明第一實(shí)施例的密封結(jié)構(gòu)。參照圖1，環(huán)槽120在活塞100內(nèi)形成，活塞100在汽缸壁200上滑動。環(huán)槽120是第二道活塞槽，它位于第二接近活塞100頂部(圖中未畫出)的位置。
活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10是裝在環(huán)槽120內(nèi)?；钊h(huán)結(jié)構(gòu)體10徑向地從外側(cè)到內(nèi)側(cè)方向依次由外環(huán)20，內(nèi)環(huán)30和螺旋脹圈40組成。圖1的箭頭UP表示活塞100向上的方向，箭頭OUT表示活塞100徑向的向外方向。
外環(huán)20用聚酰亞胺制成，熱膨脹系數(shù)小于或等于3×10-5/K，斷裂點(diǎn)(在張力試驗(yàn)中發(fā)生破碎的測試樣品的伸長與原來長度的比值)在10％以上(原長度的10％)。
運(yùn)行時外環(huán)20在活塞軸向的高度Bout設(shè)定為小于內(nèi)環(huán)30在活塞軸向的高度Bin。
在外環(huán)20和徑向外側(cè)的汽缸壁200之間的滑動面被沿外圓周連續(xù)延伸的槽23分成上滑動面24和下滑動面25。因?yàn)榛瑒用姹环殖闪松匣瑒用?4和下滑動面25，所以盡管外環(huán)的徑向?qū)挾萒out相對小，外環(huán)20也能穩(wěn)定地在汽缸壁200上滑動。
在上和下滑動面24,25各自的上端邊緣部分分別帶有倒角26,27。倒角26,27減少了在活塞100向上運(yùn)動時由活塞100向上帶過的油膜量，這樣抑制了油耗。
如圖1所示，外環(huán)20的槽23位于比外環(huán)20軸向厚度的中心高出預(yù)定距離的位置(當(dāng)安裝活塞時的燃燒室側(cè))。在上滑動面24的上端的倒角26大于在下滑動面25的上端的倒角27。由于這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)向燃燒室滑動時，在上滑動面24的大的倒角26適當(dāng)?shù)貛н^在汽缸壁上的油形成均勻的油膜，下滑動面25的倒角則被設(shè)計得保持該油膜不混亂。結(jié)果，油膜穩(wěn)定在汽缸內(nèi)。進(jìn)一步，雖然由于上滑動面24比下滑動面25的滑動區(qū)域較小，由螺旋脹圈的壓力而作用在上滑動面24區(qū)域上的壓力大于作用于下滑動面25區(qū)域上的壓力。但是，由于當(dāng)油在滑動面上流動時產(chǎn)生了動壓力，這樣就可以預(yù)防上滑動面24過度磨損。另一方面，下滑動面25比上滑動面24在頂?shù)降追较蛏系膶挾葘?，因此外環(huán)20能很好地保持穩(wěn)定狀態(tài)。這樣可能防止由于外環(huán)20在環(huán)槽120中傾斜而使密封惡化。
外環(huán)20整體涂鍍了類金剛石碳(DLC)(一種具有類似金剛石結(jié)構(gòu)的四面體的非晶碳，維氏硬度在2000到3500的范圍內(nèi)，具有高的抗腐蝕能力)，這樣就可以減少上下滑動面24、25在汽缸壁200上滑行運(yùn)動時的磨損和外環(huán)20的上下面21、22和環(huán)槽120的頂部和底部面121、122分別反復(fù)接觸產(chǎn)生的磨損，增加了耐用性。其他的涂鍍材料如氮化鈦(TiN)和氮化鉻(CrNi)也可以替代類金剛石碳使用。
內(nèi)環(huán)30是鋼制的，帶有切口。在內(nèi)環(huán)30的內(nèi)徑側(cè)分別形成向內(nèi)上斜和向內(nèi)下斜的上下斜面33,34，這樣后面提到的螺旋脹圈40能被容納在預(yù)定的位置。因?yàn)閮?nèi)環(huán)30是鋼制的，所以螺旋脹圈40不能割破它。
如圖所示，內(nèi)環(huán)30徑向很薄，對變形非常靈敏。這樣沒有內(nèi)部張力的內(nèi)環(huán)30能直接將螺旋脹圈40的彈性力傳遞給外環(huán)20。
圖1表示了當(dāng)發(fā)動機(jī)在高溫運(yùn)行時活塞100在從下死點(diǎn)中心位置向上死點(diǎn)中心位置移動的過程。由于作用在活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10和汽缸壁之間的摩擦力，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10被壓向環(huán)槽120的底部面122。反之，當(dāng)活塞100從上死點(diǎn)中心位置移動到下死點(diǎn)中心位置時，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10被壓向環(huán)槽120的頂部面121。由于活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10是交替地緊密接觸環(huán)槽120的頂部和底部121,122這樣的結(jié)構(gòu)，沿環(huán)槽120橫斷面流過的泄漏氣體(通過在活塞環(huán)和汽缸之間間隙泄漏到曲軸箱的氣體)被密封。
又，這里詳細(xì)說明活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體如何移動。也即，當(dāng)發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時，在活塞100向上運(yùn)動期間由于在外環(huán)20和汽缸壁200之間的摩擦有一個向下的力加在外環(huán)20上，而在活塞100向下運(yùn)動期間由于在外環(huán)20和汽缸壁200之間的摩擦有一個向上的力加在外環(huán)20上。因?yàn)橥猸h(huán)20緊密地接觸內(nèi)環(huán)30，因此相等的力既加在外環(huán)20也加在內(nèi)環(huán)30上。
在活塞軸向內(nèi)環(huán)30的尺寸Bin在運(yùn)行時被設(shè)定為小于活塞100的環(huán)槽120在活塞軸向的寬度H。因此，外環(huán)20和內(nèi)環(huán)30能一體地在活塞100的環(huán)槽120中往復(fù)運(yùn)動。
如上所述，在運(yùn)行期間外環(huán)20在活塞軸向的高度Bout設(shè)計得小于內(nèi)環(huán)30在活塞軸向的高度Bin。
因此，在活塞100的向上運(yùn)動期間外環(huán)20被壓向環(huán)槽120的底面122。而當(dāng)活塞100從向上到向下改變它的運(yùn)動方向時，內(nèi)環(huán)30的上面31首先撞擊環(huán)槽120的頂面121。如果加一個較小的向上力，外環(huán)20的上面21不撞擊環(huán)槽120的頂面121，即使因較大的力使外環(huán)20撞擊環(huán)槽120，在環(huán)槽120上的碰撞也很小，因?yàn)橥猸h(huán)20在內(nèi)環(huán)30已經(jīng)碰撞了環(huán)槽120后才碰撞環(huán)槽120。
為了更清楚的說明，圖2表示了在活塞100向下運(yùn)動時內(nèi)環(huán)30的上面31已經(jīng)碰撞環(huán)槽120的頂面121的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，外環(huán)20的上面21并沒有接觸到環(huán)槽120的頂面121。
同樣，在活塞100向下運(yùn)動時外環(huán)20被壓向環(huán)槽120的頂面121。因此，當(dāng)活塞100從向下方向到向上方向改變它的運(yùn)動方向時，內(nèi)環(huán)30的下面32首先碰撞環(huán)槽120的底面122。如果加一個較小的向下的力，外環(huán)20的下面22不撞擊環(huán)槽120的底面122，即使因較大的力使外環(huán)20撞擊環(huán)槽120，在環(huán)槽120上的碰撞也很小，這是因?yàn)橥猸h(huán)20在內(nèi)環(huán)30已經(jīng)碰撞環(huán)槽120后再碰撞環(huán)槽120。
為了更清楚的說明，圖3表示了在活塞100向上運(yùn)動時內(nèi)環(huán)30的下面32已經(jīng)撞擊環(huán)槽120的底面122的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，外環(huán)20的下面22并沒有接觸到環(huán)槽120的底面122。
這樣，防止或緩和了外環(huán)20的上下面21、22分別碰撞頂和底面121、122，增加了總體的耐用性。
現(xiàn)在說明螺旋脹圈40的結(jié)構(gòu)。螺旋脹圈40有一個熟知的結(jié)構(gòu)，用圓截面的鋼絲纏繞成螺旋狀的鋼螺旋41帶有通過它的芯部件42，鋼螺旋41沿著芯部件42彎曲成圓形。鋼螺旋41和芯部件42分別帶有切口。螺旋脹圈40被安裝在上述內(nèi)環(huán)30的上和下斜面33,34之間。因?yàn)楸皇杖菰谏鲜鰞?nèi)環(huán)30的上和下斜面33,34之間，螺旋脹圈40被縮得很短。這樣，螺旋脹圈40想恢復(fù)它的自由長度就產(chǎn)生了向外側(cè)擴(kuò)脹內(nèi)環(huán)30的力。
現(xiàn)在說明安裝該結(jié)構(gòu)的外環(huán)20、內(nèi)環(huán)30和螺旋脹圈40進(jìn)入第二道環(huán)槽120的方法。該環(huán)槽位于距活塞100的頂部第二近的位置。
首先，螺旋脹圈40被裝入環(huán)槽120。這一步是這樣進(jìn)行的使鋼螺旋41和芯部件42的切口在圓周方向相互一致，一邊將它們的切口同時擴(kuò)張一邊將螺旋脹圈40裝入環(huán)槽內(nèi)。
然后，將內(nèi)環(huán)30安裝進(jìn)入環(huán)槽。在這種情況下，因?yàn)閮?nèi)環(huán)30的內(nèi)徑小于活塞100的外徑，因此需要一邊撐脹內(nèi)環(huán)的內(nèi)徑一邊將內(nèi)環(huán)30裝入槽內(nèi)。
第二步，進(jìn)行環(huán)導(dǎo)300的安裝操作。環(huán)導(dǎo)300是用于一邊撐脹內(nèi)環(huán)30的內(nèi)徑一邊將內(nèi)環(huán)30裝進(jìn)環(huán)槽120內(nèi)的安裝工具。
圖4為表示環(huán)導(dǎo)300裝到活塞100上的狀態(tài)。如圖所示，環(huán)導(dǎo)300由圓筒部分310和截錐部分320組成。圓筒部分310具有能夠套進(jìn)活塞100外周的內(nèi)徑。圓筒部分310具有這樣的厚度當(dāng)環(huán)導(dǎo)從活塞的頂部蓋住活塞100時圓筒部分310的下端正好位于第二平臺125的中心，第二平臺125位于緊靠安裝內(nèi)環(huán)30的第二道環(huán)槽120的上方的位置。
另一方面，截錐部分320的頂部具有使內(nèi)環(huán)30容易套入截錐部分320的外徑。截錐部分320下端部分的外徑等于圓筒部分310的外徑。
內(nèi)環(huán)30的撐脹量越小，安裝操作越容易。因此，環(huán)導(dǎo)300越薄越好。
第三步，這樣安裝的導(dǎo)環(huán)300被用于將內(nèi)環(huán)30裝入第二道環(huán)槽。
該步驟使用壓環(huán)工具來進(jìn)行，例如使用如圖5的壓環(huán)工具400。壓環(huán)工具400是為了沿柱430往復(fù)運(yùn)動由彈簧410適當(dāng)支撐的三個徑向可移動的環(huán)片420。在自由狀態(tài)下，由三個環(huán)片420組成的圓的內(nèi)徑大于已套入適當(dāng)緊固在工作臺440上的活塞100的環(huán)導(dǎo)300的截錐部分320的頂部的外徑。當(dāng)內(nèi)環(huán)30被強(qiáng)制性套進(jìn)環(huán)導(dǎo)300時，內(nèi)環(huán)30能被撐大到它的內(nèi)徑等于環(huán)導(dǎo)300的圓筒部分320的外徑。
如圖所示的壓環(huán)工具僅僅是一個例子。任何類型的工具都能被使用，只要它能強(qiáng)制地將內(nèi)環(huán)套在如上所述的環(huán)導(dǎo)上。
第四步，將外環(huán)20安裝到像如上述那樣已被安裝的內(nèi)環(huán)30上。
由于已固定的內(nèi)環(huán)30由于螺旋脹圈40的彈性力被壓向外側(cè)，導(dǎo)致內(nèi)環(huán)30從環(huán)槽120中突出。這樣，在第四步中，首先要向內(nèi)使內(nèi)環(huán)30受力以保證它不從環(huán)槽120中突出，然后進(jìn)行外環(huán)20的安裝。
圖6為表示垂直于活塞100軸向的視圖，示出了內(nèi)環(huán)30如何被壓向內(nèi)側(cè)。參照圖6，從活塞軸向看，內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500分為二個部分。內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500有用于壓迫內(nèi)環(huán)30的內(nèi)環(huán)壓環(huán)部分510和固定內(nèi)環(huán)壓環(huán)部分510在預(yù)定位置的定位部分520。定位部分520緊固在油環(huán)槽130上，該槽位于低于內(nèi)環(huán)30被固定的第二道環(huán)槽120的位置。當(dāng)定位部分520被緊固在油環(huán)槽130內(nèi)時，內(nèi)環(huán)壓環(huán)部分510將內(nèi)環(huán)30壓向內(nèi)側(cè)以至內(nèi)環(huán)30的最外部分位于活塞100外圓周的內(nèi)側(cè)。
如上所述，在內(nèi)環(huán)30被壓至活塞100外圓周的內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下，用環(huán)導(dǎo)300和壓環(huán)工具400將外環(huán)20向下壓。當(dāng)外環(huán)20下至接觸內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500的上面510時，拿掉內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500。然后，用壓環(huán)工具400進(jìn)一步向下壓外環(huán)20直到外環(huán)20被裝在內(nèi)環(huán)30上。
由進(jìn)行上述的從第一到第四步，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10容易地、可靠地被固定在活塞100第二道環(huán)槽120內(nèi)?；钊h(huán)結(jié)構(gòu)體10具有如下結(jié)構(gòu)其鋼的螺旋脹圈40通過金屬內(nèi)環(huán)30將用聚酰亞胺連續(xù)制成的外環(huán)20徑向地壓向外側(cè)，而外環(huán)20不帶切口，內(nèi)環(huán)30帶切口。
在用內(nèi)環(huán)壓環(huán)部分510壓迫內(nèi)環(huán)30時，如果內(nèi)環(huán)30在從螺旋脹圈40的中心向下偏移的較低的位置處被壓，由于螺旋脹圈40的彈性力內(nèi)環(huán)30的上部分可能發(fā)生從活塞外形突出的扭曲變形。這樣將外環(huán)20緊固在內(nèi)環(huán)30上變得很困難。另外，即使在內(nèi)環(huán)30能被壓在相當(dāng)于螺旋脹圈40的彈性中心的位置，如果外環(huán)20套合在內(nèi)環(huán)30的部分很少，將外環(huán)20緊固在內(nèi)環(huán)30上也是困難的。
因此，如圖7所示，在活塞的環(huán)槽和內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500的壓環(huán)部分510、定位部分520之間活塞軸向地形成預(yù)定間隙C。這樣，內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500能在活塞軸向方向相對活塞移動預(yù)定間隙C的距離。
在外環(huán)20安裝操作中，這樣的內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500的內(nèi)環(huán)壓環(huán)部分510能在螺旋脹圈40的彈性中心附近的位置上壓迫內(nèi)環(huán)30，而且也可能防止內(nèi)環(huán)30的扭曲變形。進(jìn)一步，在外環(huán)20接近內(nèi)壓環(huán)工具500的上面510的狀態(tài)時如果內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具500被壓下預(yù)定的量，就可能增加外環(huán)套合在內(nèi)環(huán)30上的量。結(jié)果，可以準(zhǔn)確地將外環(huán)安裝在內(nèi)環(huán)30上。
以下說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖8采用和圖1相同的方式表示了第二實(shí)施例。和第一實(shí)施例同樣，第二實(shí)施例也用聚酰亞胺制成的外環(huán)20。但是，第二實(shí)施例和第一實(shí)施例不同點(diǎn)在于外環(huán)20帶有切口28和內(nèi)環(huán)30用纖維增強(qiáng)聚酰亞胺制成。
外環(huán)20的切口28是斜切在室溫下變成理想圓的環(huán)形材料而形成的。因?yàn)橥猸h(huán)20在運(yùn)行時變?yōu)榻茍A，所以它在室溫時被斜切斷，以防止切口28在運(yùn)行中出現(xiàn)間隙。圖9表示了切口28，該切口是在室溫時當(dāng)外環(huán)20是理想圓形時切割外環(huán)20而形成。
在第二實(shí)施例中，外環(huán)20在活塞軸向的高度Bout在運(yùn)行中被設(shè)定為小于活塞100的環(huán)槽120在活塞軸向的寬度H。
圖10為表示在運(yùn)行期間的切口28。雖然外環(huán)20在運(yùn)行期間熱膨脹，但是斜形切口28具有相對端面28a、28b被推擠相互錯動的功能。
這樣，端面28a、28b能相互錯動直到端面28a的上角部分接觸活塞100的環(huán)槽120的頂面121和端面28b的下角部分接觸到活塞100的環(huán)槽120的底面122。而且，即使在這種狀態(tài)，端面28a、28b也處于大部分相互緊密接觸的狀態(tài)，因此從外環(huán)20的上面到下面無間隙存在。
因?yàn)榈诙?shí)施例的外環(huán)20帶有切口28，因此安裝外環(huán)20進(jìn)入環(huán)槽120時可以不用上述在第一實(shí)施例中敘述的工具。
另一方面，因?yàn)閮?nèi)環(huán)30用纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺制成，它很輕，減少了在運(yùn)行時的慣性力。因此，內(nèi)環(huán)30在運(yùn)行中從環(huán)槽的底面122被提升的發(fā)動機(jī)速度閾值增加了，這樣就可以將由于內(nèi)環(huán)30被提升而產(chǎn)生的氣體泄漏量減少到滿足實(shí)用的程度。在內(nèi)環(huán)30是用金屬制成的情況下，在特殊截面形狀的材料形成后需要用精密機(jī)械加工處理。但是在第二實(shí)施例中內(nèi)環(huán)30用樹脂制成的情況時，它可以使用適當(dāng)?shù)蔫T造方法一次形成，這樣大大減少甚至不用實(shí)施機(jī)加工過程。
根據(jù)上述第一和第二實(shí)施例的范例性描述，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10被用于安裝在第二道環(huán)槽中的第二環(huán)，該環(huán)槽位于從活塞頂部開始數(shù)的第二道環(huán)槽。但是，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體10作為活塞的密封環(huán)，不僅能用在第二道環(huán)也能用于其他環(huán)上。
從上述實(shí)施例中，可以在活塞的環(huán)槽中得到這樣的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體由螺旋脹圈通過帶有切口的金屬內(nèi)環(huán)將用聚酰亞胺制的外環(huán)向活塞的徑向壓向外側(cè)。甚至在高溫下外環(huán)也不一定變形。另外，外環(huán)平滑地在汽缸壁上滑動，不破壞它和汽缸壁之間的密封，具有高的耐用性。內(nèi)環(huán)因?yàn)槭怯媒饘僦瞥?，螺旋脹圈不能割破它，因此也有高的耐用性?br> 在上述實(shí)施例中的外環(huán)是連續(xù)形成的情況下，它的成本可以較低。而在帶切口的外環(huán)的情況下，安裝外環(huán)的操作能容易地進(jìn)行。
在上述實(shí)施例中，至少外環(huán)的下面被涂鍍了氮化鈦、氮化鉻、類金剛石碳，這些涂層將加強(qiáng)外環(huán)下面的耐用性。
進(jìn)一步，根據(jù)上述安裝方法，可以容易和確實(shí)地將活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體安裝到活塞的環(huán)槽中，該活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體具有這樣的結(jié)構(gòu)通過帶有切口的金屬內(nèi)環(huán)由加力裝置將不帶切口的聚酰亞胺的外環(huán)向活塞的徑向壓向外側(cè)。
雖然對本發(fā)明的說明參照的是上述優(yōu)選實(shí)施例，但是本發(fā)明并不僅限于所述的實(shí)施例和結(jié)構(gòu)。相反，本發(fā)明也可以適用于其他各種適當(dāng)?shù)?、等價的方案。另外，雖然上述發(fā)明的各種部件以各種組合和各種結(jié)構(gòu)的形式被作為范例示出，但是本發(fā)明也包括其他的組合和結(jié)構(gòu)，包括更多的和更少的或者單一的組合和結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．一種密封結(jié)構(gòu)，安裝在相對滑動接觸的活塞和汽缸的相對向的任一滑動面上所形成的槽中，向該面加力使其和另一無槽的滑動面滑動接觸，包括由多個徑向迭層的環(huán)所構(gòu)成的密封部件和向無槽一側(cè)方向?qū)λ雒芊獠考恿Φ募恿ρb置，其中，所述密封部件的滑動接觸環(huán)安裝在離所述加力裝置最遠(yuǎn)的一側(cè)并帶有所述滑動接觸面，所述密封部件的受力環(huán)和所述加力裝置相鄰并接受所述加力裝置的加力，以及所述滑動接觸環(huán)用聚酰亞胺樹脂制成，所述受力環(huán)帶有切口并用和聚酰亞胺樹脂的硬度相同或比其更大的材料制成。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述密封結(jié)構(gòu)是安裝在內(nèi)燃機(jī)活塞上所形成的活塞環(huán)槽內(nèi)的活塞環(huán)，以及所述密封部件是由安裝在距汽缸最近側(cè)的作為滑動接觸環(huán)的外環(huán)和安裝在距活塞最近側(cè)的作為受力環(huán)的內(nèi)環(huán)所組成的雙結(jié)構(gòu)環(huán)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述外環(huán)連續(xù)形成而不帶切口。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述外環(huán)帶有切口。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是外環(huán)的切口是在室溫下當(dāng)外環(huán)為完整圓周時切割外環(huán)所形成的斜切口，以及在運(yùn)行時外環(huán)在活塞軸向上的寬度設(shè)定為小于運(yùn)行時活塞的環(huán)槽在活塞軸向上的寬度。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是在運(yùn)行時外環(huán)在活塞軸向上的寬度設(shè)定為小于在運(yùn)行時內(nèi)環(huán)在活塞軸向上的寬度，以及在運(yùn)行時內(nèi)環(huán)在活塞軸向上的寬度設(shè)定為小于在運(yùn)行時活塞的環(huán)槽在活塞軸向上的寬度。
7．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是至少所述外環(huán)的下面被涂鍍有氮化鈦、氮化鉻、或者類金剛石碳中的任一種。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體，其特征是至少滑動接觸汽缸壁的所述外環(huán)的外滑動面涂鍍有氮化鈦、氮化鉻、或者類金剛石碳中的任一種。
9．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述外環(huán)的外滑動面在從頂部到底部的方向上被分隔，以及至少在最接近頂部位置的滑動面的上端邊緣帶有倒角。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體，其特征是通過分割所述外環(huán)的外滑動面所形成的滑動面在它們各自的上端邊緣分別帶有倒角，所述倒角有不同的尺寸。
11．根據(jù)權(quán)利要求9所述的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體，其特征是分割所述外環(huán)的外滑動面形成的下滑動面在它們的上端邊緣帶有倒角，所述上滑動面的倒角大于所述下滑動面的倒角，以及在頂部到底部的方向上所述上滑動面比所述下滑動面要窄。
12．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述內(nèi)環(huán)是用金屬制成的，以及所述加力裝置是由金屬絲纏繞成螺旋狀的螺旋脹圈。
13．根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征是所述內(nèi)環(huán)是用增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂制成的，以及所述加力裝置是由金屬絲纏繞成螺旋狀的螺旋脹圈。
14．一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的安裝方法，包括如下步驟安裝加力裝置進(jìn)入活塞環(huán)槽、用帶有向與活塞外圓周配合的圓筒部分?jǐn)U大的截錐部分的環(huán)導(dǎo)從活塞的頂部覆蓋活塞，使環(huán)導(dǎo)的圓筒部分的下端靠近緊鄰活塞環(huán)槽上方的平臺的中心、用所述環(huán)導(dǎo)的截錐部分將內(nèi)環(huán)安進(jìn)活塞環(huán)槽中、為了防止內(nèi)環(huán)的最外部分從活塞槽中突出，在用內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具將這樣被裝入了活塞環(huán)槽并且被加力裝置徑向地壓向外側(cè)的內(nèi)環(huán)徑向地壓向內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下，使用環(huán)導(dǎo)的截錐部分將用聚酰亞胺連續(xù)形成的不帶切口的外環(huán)裝進(jìn)活塞環(huán)槽中。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的安裝方法，其特征是所述內(nèi)環(huán)壓環(huán)工具帶有壓迫部分用以徑向地將內(nèi)環(huán)壓向內(nèi)側(cè)和帶有被固定到另一環(huán)槽以將其定位的固定部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用金屬螺旋脹圈通過帶切口的金屬內(nèi)環(huán)將用樹脂材料連續(xù)形成的外環(huán)徑向地壓向外側(cè)的活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體的密封結(jié)構(gòu)。該活塞環(huán)結(jié)構(gòu)體具有由螺旋脹圈通過帶切口的鋼內(nèi)環(huán)將用聚酰亞胺材料連續(xù)形成的外環(huán)徑向地壓向外側(cè)的構(gòu)造。在汽缸壁上滑動的外環(huán)滑動面被槽分成上下滑動面,在上下滑動面各自的上邊緣部分帶有倒角。
文檔編號B25B27/02GK1234479SQ99102120
公開日1999年11月10日 申請日期1999年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者熊井照男, 增田義彥, 岡本道生 申請人:豐田自動車株式會社, 帝國活塞環(huán)株式會社