CN100504122C - 用于内燃机活塞的刮油环环槽的布置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机活塞的刮油环环槽的布置结构，其包含一个具有两个相互平行侧面的圆盘(1)，该圆盘的工作面(h)具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在该圆盘的外围上延伸的顶点线(3)，其中该圆盘布置结构在活塞的一个环槽(7)内，该环槽包含一个背向活塞顶侧的环槽侧面(6)和朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)。按照本发明，相对于现有技术，应当通过下列方式在减少工作面的摩擦和减少磨损时达到一个更好的刮油作用：至少其中一个环槽侧面(5，6)与活塞轴(10)成一角度(α，β)径向向外倾斜地伸展直到活塞的外径，其中圆盘(1)的工作面(h)是这样形成的，以致该工作面与发动机启动状态下的一个几乎损坏的最终轮廓相应，且该工作面(h)的顶点线(3)在刮油环处于活塞中的装配状态下时，是朝背向活塞顶的环槽侧面(6)布置的。

Description

用于内燃机活塞的刮油环环槽的布置结构
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机活塞的刮油环环槽的布置结构，该布置结构包含一个具有平行侧面的圆盘，该圆盘的工作面具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在该圆盘的外围上延伸的顶点线，其中该圆盘布置在活塞的一个环槽内，该环槽包含一个背向活塞顶侧的和朝向活塞顶侧的环槽侧面。
背景技术
过多的发动机油到达燃烧室，除了油耗高，还会对发动机的排放性能产生负面影响。为了阻止该现象，刮油环产生汽缸壁上的径向接触压力的一个足够的切向力，以及因而得到的一个良好的刮油作用，是不可缺少的。然而，这会在钢圆盘的工作面产生一个高的表面压力，从而在发动机工作时产生高的磨损。该磨损降低内燃机的效率，而提高了燃油消耗。因此，刮油环切向力的设计一直是在最小的磨损和最大的刮油作用之间的折衷方案。所以，在不减小切向力的情况下，减小发动机工作时的磨损的总的措施，是使刮油环的设计变得容易，或者改善发动机的效率。
对于这类刮油环，人们已经相应地尝试如此形成圆盘的工作面，以致这些工作面满足上面提到的要求。
刮油环或者活塞环的不对称工作面，从专利DE38 333 22 A1，DE43 00531 C1或者DE44 29 649 C2得知。同样从专利DE33 05 385 C1可得知一种活塞环，该活塞环布置在活塞的一个环槽内，为确保一个改善的密封，该环槽的侧壁优选是平行的、但倾斜于活塞轴伸展的。倾斜伸展相互平行的环槽侧壁也可从日本实用新型专利57-73340得知。然而上面提到的实施方式是涉及压缩环，鉴于表面压力，它们的要求很低，相反地，刮油环要求高的表面压力。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于内燃机活塞的刮油环环槽的布置结构，采用该布置结构，将在减小摩擦和减少磨损时达到一个相对于已知的现有技术更好的刮油作用。
该任务的解决是通过一种刮油环环槽的布置结构解决的，该布置结构包含一个具有平行侧面的圆盘，该圆盘的工作面具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在圆盘外围上延伸的顶点线，其中所述的圆盘布置在活塞的一个环槽内，该环槽包含一个背向活塞顶侧的环槽侧面和一个朝向活塞顶侧的环槽侧面，所述的两个环槽侧面分别与活塞轴成一角度径向向外地倾斜伸展直至活塞外径，其中背向活塞顶侧的环槽侧面是远离活塞顶地倾斜布置的并且朝向活塞顶侧的环槽侧面朝着活塞顶方向倾斜伸展。圆盘的工作面是这样形成的，以致其与一个在发动机启动状态下的几乎损坏的最终轮廓相应，其中，在圆盘处于活塞的装配状态下时，圆盘工作面的顶点线是朝背向活塞顶侧的环槽侧面布置的。圆盘的工作面是以一个不对称的具有比现有技术大大减小的凸度的斜面为特色的，所述工作面在横截面上不对称形状的第一段I符合一个二次多项式h(x)＝ax+bx2，其中x＝工作面在笛卡尔坐标系中的坐标，用mm表示，a，b为系数，a定义为圆盘轴向的侧面间隙和圆盘的宽度之间的比例；b定义为工作面的曲率大小，在一个作为边的支撑顶点II作为第二段符合h(x＝0)；和在不对称形状的第三段III符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。
优选地，本发明刮油环环槽的布置结构还包括一圆盘，所述的两个圆盘在环槽内是松动地相互堆叠布置的。
优选地，所述的工作面顶点线是朝背向活塞顶侧的环槽侧面而布置的。
优选地，朝向活塞顶侧的环槽侧面与活塞轴所成的角度的值为93度到98度，背向活塞顶侧的环槽侧面与活塞轴所成的角度的值为85度到87度。
通过按照本发明的工作面形状和圆盘环槽的布置结构，依赖于活塞的行程运动，通过更有利的液力条件，将实现在不减小切向力的情况下减小刮油环的磨损，其中，随着活塞的行程运动的改变，在整个范围内都可获得刮油作用。磨损的减小导致发动机效率的改善，或者可以通过在不改变磨损级别的情况下提高切向力，刮油性能将得到改善。
因此，相对于传统的刮油环的布置结构，可以省去扩张弹簧(Spreizfeder)，这样可以降低制造耗费和生产成本。此外，与现有技术的环区(Ringpaket)相比较，减小整个环区的轴向高度是可以实现的。
附图说明
下面将借助附图说明本发明。
图1显示按照本发明的刮油环环槽的布置结构的一个横截面示意图，其中活塞处于离开燃烧室的行程方向上；
图2显示按照本发明的刮油环环槽的布置结构的一个横截面示意图，其中活塞处于与图1相反的行程方向上；
图3显示按照本发明的刮油环环槽的布置结构的一个横截面示意图，该布置结构包含两个刮油环；
图4显示按照本发明的刮油环的一个透视图；
图5显示刮油环环槽的布置结构的第二种实施例的一个横截面示意图；
图6显示刮油环环槽的布置结构的第三种实施例的一个横截面示意图。
附图标记说明：
1，1′   圆盘
2        裂缝
3，3′   顶点线(边)
5        朝向活塞顶侧的环槽侧面
6        背向活塞顶侧的环槽侧面
7        环槽
8        汽缸壁
9        活塞
10       活塞轴
11       接缝，开口宽度
h，h′   工作面
H   环槽的基本高度
具体实施方式
从图1和图2可看出，一个刮油环环槽的布置结构是由包含一个平行侧面和一个工作面h的圆盘1组成的。该圆盘1布置在一个活塞9的一个环槽7内，且该圆盘的工作面h对齐到发动机的汽缸壁8。一个环槽侧面5表示活塞顶侧的一面，一个环槽侧面6表示背向活塞顶的一面。按照本发明，活塞顶侧的环槽侧面5与活塞轴10成90度对齐布置，其中背向活塞顶的环槽侧面6以一个范围为85度至87度的角β伸展直到活塞外径。
按照该刮油环环槽的布置结构，圆盘1具有一个冠状的不对称形状的工作面h，该工作面包含一条在圆盘外围延伸的顶点线3，其中该顶点线3作为刮油环与汽缸壁8接触的边。按照图1，圆盘1在活塞中的装配状态下是这样布置的，它的顶点线3(边)是朝向背向活塞顶侧的环槽侧面6对齐的。如图4所示，为了提高径向预紧，可以封闭环接缝11，其中刮油环相应地具有径向的裂缝2。
按照本发明，圆盘的工作面h具有一个与在发动机工作数百小时下的启动过程相应的形状。这个形状可以通过这样描述：圆盘1的工作面在横截面上不对称形状的第一段(I)符合一个二次多项式h(x)＝ax+bx2，其中x＝工作面在笛卡尔坐标系中的坐标，用mm表示，a，b为系数，a定义为圆盘轴向的侧面间隙和圆盘的宽度之间的比例；b定义为工作面的曲率大小；一个作为边的支撑顶点(II)h(x＝0)，和在不对称形状的第三段(III)符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。以一个厚度为0.4mm的圆盘为例，得到一个值h(x)＝35x+50x2。因此，以x作为工作面的坐标，单位为mm，h(x)为凸度，单位为μm，图1和图2相应表示的横截面曲线是可以得到的。这个多项式的系数是可根据具体应用调整的，这是可理解的，其中，主要的参数是汽缸直径、圆盘横截面的尺寸和刮油环装配在环槽中的轴向的间隙关系。根据本发明，工作面h的典型凸度为大约2到10μm/0.4mm，而在现有技术的实施中该值为3到15μm/0.15mm。
根据图3的另一个实施例，除了一个第一圆盘1外，还有一个圆盘1′——两个圆盘松动地以它们的侧面相互叠在一起——布置在具有与圆盘高度相适应的环槽基本高度H的环槽7中，以致在活塞轴和背向活塞顶侧的环槽侧面6之间产生一个角度β，该角优选的范围为85度到87度。在该实施例中，两条顶点线3，3′(边)都是在离开活塞顶侧的环槽侧面5的方向上布置的。
根据图5的另一个实施例，环槽7的活塞顶侧的环槽侧面5是以一角度α向活塞顶倾斜，或者如图6所示，两个环槽侧面5和6是以与活塞轴10成角度α和β径向向外倾斜直至活塞外径这样布置的，以致背向活塞顶侧的环槽侧面6远离活塞顶倾斜地伸展，而朝向活塞顶侧的环槽侧面5朝着活塞顶倾斜地伸展。在这里，角度α优选地为93度至98度，其中角度β如在第一个实施例中所实施的，优选地为85度至87度。
按照本发明的改善的刮油作用在功能上是这样得到的，沿汽缸轴向作用在圆盘的工作面h上的摩擦力产生转矩，该转矩使圆盘碟形地拱起。这是可能的，因为V形环槽7的形状阻碍圆盘沿轴向运动，特别是在内部的支撑面，相反地，在外部的支撑面可能有明显较大的轴向运动振幅。该摩擦力和因此产生的转矩依赖于活塞的行程方向而改变方向。因为摩擦力的大小还依赖于速度，结果该碟形拱起不断变化，称作动态扭曲。圆盘通过动态扭曲，与工作面不对称的斜面相结合产生一个好的刮油作用——“边”支撑——，该圆盘在活塞离开燃烧室的行程方向上——下行程——紧贴在朝向活塞顶侧的环槽侧面上，如图1所示，然而圆盘的各自的另一个位置，基于定义的工作面的凸度，在上行程中具有一个改善的液力性能——“面”支撑(I段)——，如图2所示。因此圆盘上的磨损减少了，该圆盘在扭坏状态下刮油作用不好。行程方向的改变引起圆盘折到各自的另一个位置上。
在安装刮油环到发动机的汽缸时，必须注意圆盘的位置准确的定位，该定位例如可以通过在圆盘的一个侧面上作颜色标记得到保证。
工作面形状或者轮廓的制造例如可以通过研磨进行。

Claims (4)

1.用于内燃机活塞的刮油环环槽的布置结构，该布置结构包含一个具有平行侧面的圆盘(1)，该圆盘的工作面(h)具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在圆盘外围上延伸的顶点线(3)，其中所述的圆盘布置在活塞的一个环槽(7)内，该环槽包含一个背向活塞顶侧的环槽侧面(6)和一个朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)，
所述的两个环槽侧面(5，6)分别与活塞轴(10)成一角度(α，β)，径向向外地倾斜伸展直至活塞外径，使所述背向活塞顶侧的环槽侧面(6)朝离开活塞顶方向倾斜伸展，朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)朝着活塞顶方向倾斜伸展；
所述的圆盘(1)的工作面(h)与一个在发动机启动状态下的几乎损坏的最终轮廓相应，和
在所述圆盘(1)在活塞中处于装配状态下时，所述的工作面(h)的顶点线(3)是朝背向活塞顶侧的环槽侧面(6)布置的，
其特征在于，
所述圆盘(1)的工作面(h)在横截面上
-在不对称形状的第一段(I)符合一个二次多项式h(x)＝ax+bx2，其中
x＝工作面在笛卡尔坐标系中的坐标，用mm表示，a，b为系数，a定义为圆盘轴向的侧面间隙和圆盘的宽度之间的比例；b定义为工作面的曲率大小；
-一个作为边的支撑顶点(II)h(x＝0)，和
-在不对称形状的第三段(III)符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。
2.根据权利要求1所述的刮油环环槽的布置结构，其特征在于，该布置结构还包括一圆盘(1′)，所述的两个圆盘(1，1′)在环槽(7)内是松动地相互堆叠布置的。
3.根据权利要求2所述的刮油环环槽的布置结构，其特征在于，顶点线(3，3′)是朝背向活塞顶侧的环槽侧面(6)而布置的。
4.根据权利要求1所述的刮油环环槽的布置结构，其特征在于，朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)与活塞轴(10)所成的角度(α)的值为93度到98度，背向活塞顶侧的环槽侧面(6)与活塞轴(10)所成的角度(β)的值为85度到87度。
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