CN103620272B - 用于二冲程发动机的活塞环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于二冲程内燃机的活塞（1）的活塞环系统，其具有：＞400mm的内径；凸球状的工作面以及该凸球部（13、14）的顶点（15、16）；和与缸壁（2′）接触的支承区域，该活塞环系统包括第一活塞环（6）和至少一个第二活塞环（8），其中，所述第一活塞环朝向燃烧室而所述第二活塞环沿轴向设置在所述第一活塞环的下方，而且所述第一活塞环（6）的凸球部（13）的顶点（15）从其下侧面（6″）测量的话设置在该活塞环中心的下方，而所述第二活塞环（8）的顶点（16）从其下侧面（8″）测量的话设置在该活塞环中心的上方。

Description

用于二冲程发动机的活塞环
背景技术
与四冲程发动机不同，二冲程船用发动机具有的问题是：必须通过喷油系统来实施用于润滑并且由此用于减少磨损的供油。这些系统必须在恰当的时间点提供足够的油来使用，从而保障汽缸表面/活塞环的充分润滑。在这方面，在所有已知的系统中都是相同的是：必须在气体背压的条件下进行供油。就现代的船用发动机在冲程直到2500mm的情况下以约100min-1的转速运转而言，很难形成时间单位油分配。在具有900mm直径的活塞－活塞环系统中和在具有例如8个分布在周边上的通道的供油系统中，通过内置的约350mm的部件(活塞环)沿周向形成独立的油分配。
这种情况表明：传统的活塞环设计由于在周边上不存在压差而仅仅促成最大3％用于油量分配。
迄今为止开发了供油系统，这些供油系统尽管具有高背压依然应在供应时保障更迅速的油分配。迄今为止还没有已知在现实中很难实现的、用于支持更好的油分配的综合活塞－活塞环系统。
US6536385B1公开了一种活塞环，该活塞环在工作面侧设有在几何形状上不同构造的轮廓。这种活塞环特别可用于二冲程发动机的油润滑。在活塞－活塞环系统中采用上下叠置的活塞环，这些活塞环具有凸球状构造的工作面，其中，所述活塞环为了容纳在相应构造的活塞环槽内而至少在该活塞环的朝向燃烧室的侧面的区域内构造成锥形的。
DE102006058081A1公开了一种二冲程内燃机，其具有进口和/或出口的气体控制装置的至少一个缝隙，其中，在往复运动活塞与环绕该往复运动活塞的工作面之间的间隙被密封，其中，在工作面中设置有用于密封间隙的组合密封件，往复运动活塞沿着该组合密封件如此滑动，使得该组合密封件一方面具有气密功能且另一方面具有刮油功能。
发明内容
本发明的目的是，提供一种活塞－活塞环系统，在该活塞－活塞环系统中沿周向看在活塞环的整个工作面上产生更加均匀的油分配，其中还应减少绝对油量。
此外，还应在系统中使旧油和新油更好地混合。
根据本发明，这个目的通过一种用于二冲程内燃机的活塞的活塞环系统得以实现，该活塞环系统具有：＞400mm的内径；凸球状的工作面以及凸球部的顶点；和与缸壁接触的支承区域，该活塞环系统包括第一活塞环、第二活塞环以及设置在所述第一活塞环与所述第二活塞环之间的第三活塞环，其中，所述第一活塞环朝向燃烧室而所述第二活塞环沿轴向设置在所述第一活塞环的下方，而且第一活塞环的凸球部的顶点从其第一活塞环的下侧面测量的话设置在该第一活塞环中心的下方，而第二活塞环的顶点从第二活塞环的下侧面测量的话设置在该第二活塞环中心的上方，并且所述第三活塞环设有凸球状的工作面轮廓，该工作面轮廓具有凸球部的顶点，该工作面轮廓的顶点与所述第二活塞环的顶点一致。
本发明的有益的设计方案出自下述内容。
与已知的构造不同，通过对物理状况的适当调整，活塞－活塞环系统的功能性、特别是在周向的油分配方面得到优化。在这种情况下，为了保障每个冲程将油尽可能大地在周边上分配，不仅对压力比而且对各个活塞环的作用原理都重新进行相对彼此的确定。
为此提出一种活塞－活塞环系统，该活塞－活塞环系统能够将活塞环的数量减少到2环系统，或者3环系统，以便在各个环之间并且由此在相应的环槽内达到必要的、对于在相应活塞环的工作面上的液力状况来说是必不可少的压力梯度。
本发明的重要的组成部分是对所有在系统中参与的活塞环的支枢点和凸球状的设计。
活塞环专业人员将“支枢点”的概念理解为凸球部的、在径向上位于最外侧的点(顶点)，或理解为工作面轮廓的最大点或也理解为工作面轮廓的换向点。
在这种情况下，朝向燃烧室的第一活塞环的工作面凸球部的支枢点确定在从其下侧面出发的约1/3处，并且如下地设计所述支枢点的下方和上方的回缩轮廓，使得环前和环后的压力梯度所具有的系数(Faktor)为85％。朝向油室的第二活塞环的支枢点与第一活塞环相反设置，就是说，从其下侧面出发，顶点大约位于该第二活塞环的总高度的2/3高度上。通过所提出的第一和第二环的形状使得被引入环系统的油量没有如传统的那样在上升冲程中从迄今为止应用的环中溢出，而是形成这样的油量，该油量通过根据本发明的凸球部和相应设计的支枢点被运送到上死点，而且在此处形成的压力比在中间环容积中经受周边分配。
通过设计具有限定的凸球状的第一环以及将支枢点位置设计在环工作面的大约下部三分之一内，使得在上升冲程中提供的油量液力地溢出而多余的量被运送回环系统。在下部换向点处，油量只要没有通过二冲程发动机的扫气口而流失的话便被运送回到环系统中用于下一个冲程。
如果活塞环系统应该包括三个活塞环，那么第三活塞环沿轴向定位在第一与第二活塞环之间。根据本发明的另一思路，这个第三活塞环的工作面同样构造成凸球状的，其中，第三活塞环的工作面轮廓基本上与第二活塞环的工作面轮廓一致。
作为备选而存在的可能性是：如下地构造第三活塞环的工作面，使得支枢点大约位于该活塞环的轴向结构高度的一半处。通过这种结构设计，活塞环能够使油在两个冲程方向上溢出并且由此能够有助于旧油与新油的更好的油置换。
附图说明
借助实施例在附图中示出本发明主题并如下地加以阐述。附图中：
图1为根据本发明的活塞－活塞环系统的原理示意图；
图2为根据图1的系统的朝向燃烧室的活塞环的局部视图；
图3为根据图1的系统的朝向油室的活塞环的局部视图；
图4为图1所示的中间活塞环的局部视图。
具体实施方式
图1示出的是根据本发明的活塞－活塞环系统的原理示意图。简化示出的是活塞1、环绕该活塞的汽缸2，根据需要该汽缸构造成缸套。活塞1在这个例子中包含多个活塞环槽3、4、5。活塞环6、7、8嵌入这些活塞环槽3、4、5内。对本发明主题重要的是活塞环6和8。设置在其间的活塞环7是可选的，因而在观察本发明主题时首先只观察活塞环6和8。
活塞环6、8包含上侧面和下侧面6′、8′以及下侧面6″、8″。两个活塞环6、8中的每一个活塞环都具有直径＞400m的内周面9、10。根据本发明的活塞－活塞环系统可应用在二冲程内燃机中，优选可应用在船用柴油发动机中。活塞环6、8各具有一个工作面11、12，这些工作面与环绕的汽缸2的缸壁2′或者汽缸套作用连接。工作面11、12设有凸球状的轮廓13、14。朝向燃烧室B的活塞环6设有这样的凸球状设计的工作面13，使得构成顶点15(支枢点)，该顶点以该活塞环的下侧面6″为基准位于该活塞环6的总轴向结构高度h的约1/3轴向高度h′上。朝向油室O的活塞环8在其凸球状的轮廓14方面构造得与活塞环6不同。这个活塞环8也包含顶点16(支枢点)，该顶点以其下侧面8″为基准沿轴向设置在活塞环中心的上方，优选在活塞环8的总结构高度h的2/3上。活塞环6和8的根据本发明所选的、对立构造的工作面凸球部13、14不论是在活塞1的上升运动还是在下降运动中都沿周向产生最佳的油分配。
根据使用情况可以合理地沿轴向在活塞环6与8之间设置另一活塞环7，该另一活塞环同样具有凸球状的工作面轮廓17。这个活塞环7也具有上侧面7′和下侧面7″。根据使用情况，始终以活塞环7的总结构高度h为基准，凸球部的顶点18可以设置在该活塞环的大约一半的轴向高度h″′上，或者沿轴向设置在一半的轴向结构高度h′″的下方或者上方。
图2示出的是朝向燃烧室B(图1)的活塞环6，其中，通过虚线强调示出凸球状构造的工作面13的顶点15。同样可看到内周面9、上侧面6′以及下侧面6″。
图3示出的是活塞环8，在此也通过虚线强调示出凸球状构造的轮廓14的顶点16。同样可看到内周面10、上侧面8′以及下侧面8″。
图4示出的是活塞环7，该活塞环类似于图1而同样包含凸球状的工作面轮廓17，其顶点18在这个例子中设置在这个活塞环7的大约一半的轴向结构高度上。同样可看到内周面、上侧面7′以及下侧面7″。

Claims (6)

1.用于二冲程内燃机的活塞(1)的活塞环系统，其具有：＞400mm的内径；凸球状的工作面以及凸球部的顶点；和与缸壁(2′)接触的支承区域，该活塞环系统包括第一活塞环(6)、第二活塞环(8)以及设置在所述第一活塞环(6)与所述第二活塞环(8)之间的第三活塞环(7)，其中，所述第一活塞环(6)朝向燃烧室(B)以及所述第二活塞环(8)沿轴向设置在所述第一活塞环(6)的下方，以及第一活塞环(6)的凸球部(13)的顶点(15)从第一活塞环(6)的下侧面(6″)测量的话设置在该第一活塞环中心的下方，而第二活塞环(8)的顶点(16)从第二活塞环(8)的下侧面(8″)测量的话设置在该第二活塞环中心的上方，并且所述第三活塞环(7)设有凸球状的工作面轮廓(17)，该工作面轮廓具有凸球部的顶点(18)，该工作面轮廓的顶点与所述第二活塞环(8)的顶点一致。
2.如权利要求1所述的活塞环系统，其特征在于：第一活塞环(6)的顶点以其下侧面(6″)为出发点位于这样的高度(h′)上，第一活塞环的顶点的高度位于该第一活塞环(6)的总结构高度(h)的20至40％处。
3.如权利要求2所述的活塞环系统，其特征在于：所述第一活塞环的顶点(15)位于第一活塞环的总结构高度(h)的约30％处。
4.如权利要求1至3之任一项所述的活塞环系统，其特征在于：第二活塞环(8)的顶点(16)以第二活塞环(8)的下侧面(8″)为出发点位于这样的高度(h″)上，该第二活塞环(8)的顶点位于该第二活塞环(8)的总结构高度的60至80％处。
5.如权利要求4所述的活塞环系统，其特征在于：所述第二活塞环(8)的顶点位于所述第二活塞环的总结构高度的约70％处。
6.如权利要求1至3之任一项所述的活塞环系统，其特征在于：第三活塞环(7)的凸球部的顶点(18)大约位于该第三活塞环(7)的总结构高度的一半的轴向高度(h”’)上。
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