CN1037208C - 内燃机的活塞顶环 - Google Patents

Abstract

一种内燃机、尤其是大型二冲程发动机活塞(1)的活塞顶环(4)，其中该环有切口，以容许在装于活塞侧壁(2)上的环槽(3)内时该环的膨胀，该环匠两端在切口处互相交搭，跟气缸壁接触的该环的外侧(11)至少具有二条自该环上侧延伸到下侧的槽(15)，该槽宽b的总和达到环(4)圆周的0.1-1%。槽(15)限定了该环上的压力降，从而限定了该环的磨损。

Description

内燃机的活塞顶环

本发明涉及内燃机、尤其是大型二冲程发动机活塞的顶环。

传统结构的活塞顶环是通过径向切割被切开的。当活塞带着该顶环安装到气缸套内时，该环的两端有一定的距离，它随着该环的磨损而增加，因为该环切口的中心线随着该环的磨薄同时径向向外移动，因此，该环径便增大，环两端之间的间隙也增加。燃烧室内的燃气在环间隙处经气缸套和活塞之间的间隙可向下流动，且因该环隙随活塞顶环磨损而增加，该燃气直流也会增加，并使气缸套和活塞在该环隙附近区域热负荷增大，当发动机运转时，该活塞顶环通常会沿环槽圆周方向位移，但经验表明该顶环的移动可以停止，这会对对着该环隙的下面活塞环和气缸套造成大的热负荷。在顶环静止的情况下，增大的局部热负荷可促使裂纹产生和其它不希望的材料腐蚀。

为希望避免过大的热负荷，已设计了几种不同型式的顶环，其中该环的两端具有相互重叠的舌，这些舌至少阻塞了环隙的大部分，并限制燃气流经环隙的可能性。这种活塞顶环可用于以低质油为燃料的发动机中，其中，顶环防止燃烧残余物向下串入顶环下面的环组件内。然而，这些所谓的气密顶环极易受到磨损，该环的磨损取决于环上、下两侧的压差。

本发明目的是要提供一种工作寿命长的活塞顶环，它允许一股在该环的整个工作寿命期间基本恒定的受限燃气流。

为此目的，本发明提供一种内燃机、尤其是大型二冲程发动机活塞的活塞顶环，其中该环有切口，以容许在装于活塞侧壁上的环槽内时该环的膨胀，该环的两端在切口处互相交搭，其特征在于要跟气缸壁接触的该环的外侧至少具有二条自该环上侧延伸到下侧的槽，该槽宽的总和达到环圆周的0.1-1％。

这些槽提供了这样一股自燃烧室到该环下侧的受控和受限的燃气流，一方面，该活塞顶环能防止大部分燃烧产物作用于安装在该顶环下面的活塞环组件，因为大部分的压降产生于该顶环，另一方面，这些槽使该环磨损保持在可接受的极限内，因为在该环上的压降相对于已知气密活塞顶环的压降是减少了。由于该燃气流经这些槽产生的，而不是经先前已知的环隙，因此该燃气流在该环的整个使用期间是基本恒定的，这个促使气缸套、活塞和活塞环上的热负荷均匀并受到充分的限制。由于将受限的燃气流分散于两个或多个槽，从而达到了在邻近该槽区域内的局部热负荷的显著下降。由于基本上防止燃气经该切口流动，由燃气流产生的局部热负荷，除了因燃气流受到限制小于已知的顶环外，基本上是恒定的，且不取决于环磨损。

为了得到预期的效果，重要的是，这些槽的总宽达到该环圆周的0.1-1％。如果这些槽宽的总和小于该环圆周的0.1％，则该环磨损会比较严重，如果该总宽度超过圆周的1％，则对下面活塞环的压力影响会增加。采用一种活塞顶环，其中该槽宽度总和达到环圆周的0.2-0.5％，业已获得一种顶环低磨损和下面环得到良好保护之间的适当折衷方案。

这些槽可适当地倾斜延伸，最好相对于环面以45°角延伸，这就降低了环内的圆周张力，但更重要的是，当发动机运转时，经这些倾斜槽的受限燃气流可以使顶环始终处于运动状态，因此，顶环沿环槽的圆周方向连续地移动，这就减轻了气缸套及下面活塞环的局部过热。如果希望有一种较大或较小的位移效果，可使该槽跟环面形成大于或小于例如30°至60°的锐角。

如果希望在该环的整个工作寿命内维持燃气流经这些槽，则该槽的深度应大于环预期的经向磨损。尽管槽的深度较大，经该槽的燃气流取决于处于活塞侧壁内的环槽的径向外侧的槽面积。换名句话说，该燃气流由沿圆周方向的槽宽及在气缸套内侧和活塞外侧之间的间隙所决定。

为了限制该槽周围区域内热负荷，该槽宽应适当的小。因此，在该环未磨损时该槽宽大致可为槽深的一半。

如果该活塞顶环准备跟在该环工作寿命期内预期磨损的气缸套一起使用，则该槽的侧壁可适当地沿径向向外扩展。当气缸套和活塞之间的间隙尺寸增加时，该槽的更多部分露出，但由于活塞环同时磨损，因此向内缩小的槽宽使露出的槽面积、从而使热负荷基本不变。

当以重燃油作为燃料时，燃烧产物包含渣质，则各槽的宽度大于1毫米，以防止渣质堵塞槽，而小于3毫米以限制经该槽并向下进入下面活塞环的渣质量是理想的。

最好，这些槽的数量最多为8，而适当的为3-5，这是部分考虑了槽宽的总和相对于环圆周不要变得太大，部分考虑了各槽的宽度不要小到该槽被积炭和其它燃烧残留物所堵塞。

下面参照简图更详细叙述本发明的实施例。

图1为经安装于汽缸套内的活塞的部分剖面图；

图2为在切口区内本发明的活塞顶环的放大轴侧简图；

图3为在非负荷状态下整个活塞顶环的视图；

图4和图5分别为图3中环槽区内的活塞环部分的顶视图和侧视图；

图6为相应于图4的本发明另一实施例的视图。

图1表示活塞1，其朝向气缸的侧壁2上设有几个环槽3，其中顶槽装有活塞顶环4，底槽装有布油环5，而普通活塞环6装在中间槽内。这些活塞环控制活塞在气缸套7内的径向位置，并防止燃烧室8中的燃气压力串到活塞下部的空间。布油环5的外侧没有许多斜槽，它们相互接近使这些槽扫掠过气缸套的整个内侧面，并使润滑油在其上布成一薄膜。然而，也可省去布油环，如果润滑油输运装置自身能提供适当的润滑油分布的话。

活塞顶环有一切口9，它使装于环槽3中的顶环的环径能部分地胀大，在环磨损时容许环两端相互部分地撤离。

图2表示了环切口的一个实例，它基本上防止了燃气流经该切口。该环槽的外缘用虚线10表示，环的外侧11与气缸套相接触，在附图中未表示。环的一端有凸舌12，凸入环另一端的相应环内。在径向方向，舌12小于环4，凹口13在环内侧由紧靠该舌内侧的垂直壁定界。舌12的轴向高度小于环高，凹口13的上方由凸出部14定界，其下侧紧靠舌12的上侧。由于舌12在宽度和高度方向填满了凹口13，因此，不管该舌和凹口13的底部沿圆周方向有间隔，自然基本上防止了燃气流经该切口。

该环的外侧有4个槽15，它们已和环面的夹角α倾斜延伸，如图5所示，当α角处于25°至65°的中间值时，可以得到环的适当低的张力。在所示实施例中，α＝45°。

当活塞顶用于大型低速柴油机时，在此场合下，活塞直径可以是，例如0.9米，此时，槽宽b，例如2毫米，槽深大可以是5毫米，如果是新发动机的话，这可以跟活塞和气缸套之间的大约0.3毫米间隙相比。

环的磨损影响到它在气缸套上滑动的径向外表面。环由于其本身的弹簧作用顶在气缸套上，这意味着在环磨损的同时，轻微地径向向外位移，从而使槽15的深度减少。就一个活塞环和所提到的尺寸间隙来说，该环宽可径向磨损到大于4.5毫米，而后槽底在活塞和气缸套之间的间隙内开始露出。环的进一步磨损会继续减少槽15在间隙中的暴露面积，从而减少燃气流流经该槽。在正常运转时，环磨损不会大于4.5毫米。

在图4中，该槽的侧壁基本上是平行的，但如图6中所示，也可以将该槽设计成使壁16径向向外扩展。这种侧壁结构能自动补偿在长时间运转后所出现的活塞和气缸套之间较大的间隙，因此，环槽3外侧的槽15的暴露面积在活塞环的整个使用寿命中基本上是恒定的。

当然，可以将该环切口设计成另一种基本上气密的形式，同时采用本发明的槽，这样，确保自活塞顶环的顶侧到下侧的燃气流得到控制，从而确保经各槽有均匀和适当限制的燃气流。

在2个到8个槽之间的燃气流的分配同样减轻了各槽的热负荷。

按照本发明，可以在同一活塞上采用多于一个活塞顶环，这样，顶环所经受的压力降被分散在几个环上。

Claims (10)

1.一种内燃机、尤其是大型二冲程发动机活塞(1)的活塞顶环(4)，其中该环有切口，以容许在装于活塞侧壁(2)上的环槽(3)内时该环的膨胀，该环的两端在切口处互相交搭，其特征在于要跟气缸壁接触的该环的外侧(11)至少具有二条自该环上侧延伸到下侧的槽(15)，该槽宽b的总和达到环(4)圆周的0.1-1％。

2.按权利要求1的活塞顶环，其特征在于：所述槽宽b的总和达到环(4)圆周的0.2～0.5％。

3.按权利要求1的活塞顶环，其特征在于：槽(15)相对于环平面以一角度(α)倾斜延伸。

4.按权利要求3的活塞顶环，其特征在于槽(15)跟该环平面成45°角(α)倾斜延伸。

5.按权利要求1的活塞顶环，其特征在于槽深(t)在环工作寿命期间大于该环预计的径向磨损。

6.按权利要求5所述的活塞顶环，其特征在于当环(4)未磨损时，槽宽(b)大致为其深度(t)的一半。

7.按权利要求1所述的活塞顶环，其特征于槽壁(16)经向向外扩展。

8.按权利要求1所述的活塞顶环，其特征在于各槽宽(b)为1.0-3.0毫米。

9.按权利要求1-7任一项所述的活塞顶环，其特征在于槽数量最多为8。

10.按权利要求9所述的活塞顶环，其特征在于：所述槽数量为3～5个。

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