往复活塞多段端隙活塞环密封装置 本发明属于采用往复活塞的内燃机、气压机等领域。
现行内燃机、气压机往复活塞装都装有活塞环(主要指气环)，其端隙的端面都是平面结构、气体主要经第一道活塞环的端隙漏至活塞与缸筒之间，再绕到下一道活塞环的端隙处，这样依次漏过。因缸筒与活塞磨损后其间隙及活塞环的端隙加大，泄漏窜油加大，引起各项性能，环保指标下降。
本发明的目的是要通过采用多段端隙活塞环，阻断气体直通漏过活塞环端隙及泄漏通道，提高高压前沿活塞环的密封性，特别是缸筒大量磨损后活塞环的密封性来实现减少设计环数，减少磨损和提高性能等指标的目的。
其构造如附图之图1、图2、图3、图4、图5所示，图2、3、4、5依次为图1中A-A、B-B、C-C、D-D的局部剖视图。为便于陈述特做如下约定：
活塞上的活塞环槽简称为环槽，其数量称为几道；活塞环简称为环，其数量也称为几道；某一道环槽内的各环简称为层环，数量称为几层；各层环间的间隙称为层隙；活塞和环与缸筒的间隙均称为侧隙(环的层隙和侧隙常无量)；提到“相等”不计公差；各图中同名要素采用同一编号；因在吸气和压缩冲程中，某道环上下两边压力的相对高低交替变化，且与活塞顶同一侧的压力峰值最大，对每道环或多层式多段端隙活塞环而言，压力相对较高的一边为上(上边、上层)，反之为下，各图所示为压缩行程状态；图示环的横断面都是矩形，其包含再采用现有的各种作用的气环的横断面形式；图示各道环的实施例并非须同时设置；气环并非不密封窜油，也可设有油环，图中未画；图中仅画了一个缸，也可用于多缸的形式。
该活塞环密封装置也由缸盖1、缸筒2、活塞环3，活塞4等组成，其特征是：活塞环3采用了多段端隙活塞环或表述为活塞环端隙在该道活塞环厚度或宽度内分段，端隙应错位布置。
主要提出方案(1)：曲折端面式多段端隙活塞环，即：在活塞环3端隙的厚度方向设有交错切口，在装入缸筒中后切口地两头将搭接或进一步搭接。这样端隙被分段，构成上部端隙10和下部端隙5。设计及研配时两切口应等长，两切口的深度或两切口剩余部分的厚度之和应等于本道活塞环3的厚度。两切口的长度应设定到当环以及缸筒磨损达到极限时切口的两头仍保持足够长的搭接，以保持多段端隙的存在和有效。这样无论磨损与否原来通过端隙的气体被迫由上部端隙10和边隙17绕到背隙11和下部端隙5处才能漏过，泄漏过程变的曲折、细长，提高了高压前沿密封性的同时分散了端隙处环对缸筒的压力。
方案(2)：多层式多段端隙活塞环：在某道活塞环槽内设有多层活塞环或多层气环(两层及以上)，端隙也应错位布置或相邻层环的端隙应错位布置。这样端隙也被分割为上部端隙10和下部端隙5，环槽内各层活塞环厚度之和应等于该道环厚度。这样上部端隙10与下部端隙5错位可以更大，泄漏过程更为细长，且研配端隙时较方便。
在运动中各层环端隙有时不能保持在最佳位置，而且环的变位不利于环随缸筒的失圆而“同位”失圆，同位失圆对密封无害。因此对活塞环设定位装置，如在活塞环槽内设定位销12，其轮廓应在活塞环槽的本处端隙内侧的缺口范围之内，向内最好不穿透活塞壁，并应设过盈量将其压入。活塞环端隙内侧(一侧或两侧)可设相应缺口。各层、各道环均可设定位销。上层环6为方案(1)时，定位销12设在较厚的上部端隙10处为宜。
在磨合后期，上部端隙10、边隙17、背隙11增大，且后两者沿环槽一周分布，侧隙16和层隙15将消失，因此下部端隙5成为该道环泄漏的最后通道，故对方案(1)也一并提出：下部端隙5的厚度较小，或相对很小。对方案(1)而言是开口向上的切口深度大于开口向下的切口深度；对方案(2)而言是下层环7厚度较小，以缩小下部端隙的横截面。但下部端隙5仍有泄漏，为此提出，在下层环7端隙的宽度方向设交错切口，形成内端头13、外端头14，交错切口可采用直线(易造)、弧线(也可再研配成弧线)或与活塞环圆心同心的圆弧线，装入缸筒后，内端头13、外端头14搭接或进一步搭接，构成环内侧端隙9和环外侧端隙8；外端头14与内端头13应等长，宽度之和应等于环宽度或外端头14的宽度大于内端头13的宽度以保持外端头14的横截面和刚度；长度应设定到当环及缸筒磨损到极限时仍保持足够长的搭接；环槽内也应设定位销12，活塞环端隙内侧应设相应切口。由于环都以缸筒为扩张终点，将此状态下设计为下层环7的C段接触，该环A段与缸筒可能会产生侧隙，随之B段侧压加大磨合加快、A段间隙消失，C段在背隙气压辅助下浮动接触，将下部端隙5截断，这样上层环6和下层环7厚度也就没必要不等，上层环6的端隙采用现行平面结构也可消除活塞向“上”运动时端隙的泄漏。特别是活塞环槽内设有两层在端隙的宽度方向设交错切口的下层环7时，就可消除各个冲程油和气的窜漏，其余夹在中间的上层环层数的增加，可以降低同一道各层环端隙在运动中对齐的概率(不设定位销12时)和更紧密地连续消除环的泄漏，如这两层下层环7中间夹有某种上层环或在端隙的厚度方向设有交错切口的上层环6时，各冲程的密封更好，使得在运动中只要相邻层的环的端隙方向有所错位即可减少甚至消除窜油和漏气，当然错位布置(也可设定位销12来固定错位位置)或最佳、最大错位布置更好，使得更多情况下可不设油环，如使设有油底(槽)的形式不设油环，达到用1-3道活塞环确保密封等目的，如：用1或2道各种多层式多段端隙活塞环或其下(这里活塞下部为下)面设油环。
因背隙11有量，图1中画有间隔，层隙15、环的侧隙16、活塞的侧隙18、边隙17仅在放大的图5中表示；为集中表达，各层环的错位未做最佳布置；为保持图面简洁，定位销12仅标注一处，其余为虚线小圈；缸筒、缸盖为全剖视，各环、活塞为局部剖视；缸盖1等为示意图形。
综上所述，多层式多段端隙活塞环将原来两道活塞环间活塞的侧隙18压缩到层隙15内，内端头13、外端头14又截断下部端隙5，构成了一道“无缝环”，特别是两层下层环7间夹设上层环6的形式，提高了“高压前沿密封性”，也因此可以减少环数并减小活塞、缸体高度、重量，提高内燃机“动重比”，还可以缩小活塞销至活塞顶面的距离，减少“敲缸”现象，因此做为最好方案。
另外，本发明也可用于油缸活(柱)塞，提高有效伸长；还可用于圆弧(柱)面间的密封，特别是多层式多端端隙活塞环可用于带压力的旋转面的密封，并可采用非金属材料，这时多层式多段端隙活塞环可称为密封环。