CN108027063A

CN108027063A - 活塞环

Info

Publication number: CN108027063A
Application number: CN201680052224.4A
Authority: CN
Inventors: 彼得·施密特
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2018-05-11
Also published as: RU2707798C2; US10584793B2; RU2018113502A; DE102015116838B3; EP3359849A1; JP2018531352A; RU2018113502A3; KR20180059798A; PT3359849T; EP3359849B1; WO2017059971A1; US20180283552A1

Abstract

本发明涉及用于内燃机的活塞环，所述活塞环包括设置在活塞环的环边缘上的至少一个凹陷部，所述至少一个凹陷部具有在所述活塞环的周向方向上的变化的深度轮廓。

Description

活塞环

技术领域

本发明涉及一种活塞环，并且具体地，涉及一种用于现代内燃机的具有提高的耐用性的活塞环。

背景技术

压缩活塞环(在下文中通常称为“活塞环”)主要执行将燃烧室相对于内燃机的曲轴箱密封的任务，以防止燃烧气体渗透进入曲轴箱，并且在较小程度上防止润滑油渗透进入燃烧室。活塞环不仅在支承表面处(即在活塞环的轴向外表面和气缸的内壁的界面处)密封，还在下边缘处(即在活塞环沟槽与活塞环的下径向表面之间的界面处)密封。在这里和下文中，“下”是指气缸或活塞的远离燃烧室的一侧。

在当今的高加压机中，腐蚀作用和磨蚀作用经常发生在活塞环的下环边缘处。其原因是太少的润滑油到达环边缘和活塞沟槽之间的空间。由于进行了减少到达活塞沟槽和活塞环之间的区域的润滑剂的量的进一步尝试，该问题将在不久的将来变得更加尖锐。上述尝试用于避免所谓的“抽油”(即在活塞的上下运动期间，由于活塞环的摆动而引起油向燃烧室中的不需要的泵送)，并且最终因此提供排放控制以及减少有害的燃烧材料。

沟槽上和活塞环边缘上的腐蚀和磨蚀限制了功能性的密封紧密度，这可能导致更高的漏气值，并最终导致活塞环在短期的使用寿命后失效。

为了对抗支承表面的磨损，这些支承表面是镀铬的。然而，在上述环边缘上存在磨损的问题中，镀铬很少具有非常积极的效果。在CH 373594 A中，为了防止活塞环和沟槽的两个金属表面之间的干摩擦，提出至少活塞环的面向燃烧室的(上)表面设置有凹陷部，所述凹陷部填充有含有粘合剂的干润滑剂。干润滑剂同时提供腐蚀防护。

然而，由这些凹陷部所提供的抗磨蚀和/或腐蚀的防护仅具有非常有限的持续时间。如果有任何附加的促磨蚀因素起作用，这种保护性凹陷部可能会在短时间内被磨掉，并且因此失去其保护效果。本发明针对上述问题提供了解决方案。

发明内容

本发明涉及一种活塞环，并且具体地，涉及一种用于现代内燃机的具有提高的耐用性的活塞环。本文提及的面向或远离燃烧室的侧面，其并不一定意味着相应的特征仅在组装状态下有效，而是涉及相对于曲轴箱和燃烧室所描述的活塞环的安装方向。这种预期的安装方向通常标注在活塞环上(例如压印在环边缘上的“顶部”)。

在本发明的优选实施方式中，提供了用于内燃机的活塞环，该活塞环包括设置在所述活塞环的环边缘上的至少一个凹陷部，其中，所述至少一个凹陷部具有在所述活塞环的周向方向上的变化的深度轮廓。

在一个实施方式中，环边缘远离燃烧室。在另一实施方式中，环边缘面向燃烧室。

在一个实施方式中，所述活塞环还包括设置在面向燃烧室的环边缘上的至少一个凹陷部，其中，所述至少一个凹陷部具有在所述活塞环的周向方向上的变化的深度轮廓。

在一个实施方式中，所述环边缘与所述凹陷部的最高点之间的轴向距离不大于所述环边缘与所述凹陷部的最深点之间的轴向距离的50％。

在一个实施方式中，所述凹陷部的深度轮廓具有正弦形状、波浪形状、之字形状、锯齿形状或梯形形状。

在一个实施方式中，所述活塞环的所述环边缘中的所述凹陷部在所述环边缘的一部分上具有距所述环边缘的边界径向变化的距离。

在一个实施方式中，距环边缘的边界的径向距离在所述周向方向上正弦地变化。

在另一实施方式中，活塞环包括设置在远离燃烧室的环边缘上的第二凹陷部，其中，所述至少一个凹陷部具有在活塞环的周向方向上的变化的深度轮廓，所述至少一个凹陷部的深度轮廓相对于第一凹陷部的深度轮廓相移。

在一个实施方式中，在所述至少一个凹陷部中的一个或多个凹陷部中引入软质材料。

在一个实施方式中，所述软质材料包括从由铜、钼、钛、铬、钴、镍、锡、锌、钨或其合金组成的组中选择的材料。

在一个实施方式中，所述软质材料包括从由铜、钼或润滑漆组成的组中选择的材料。

在一个实施方式中，所述凹陷部中的软质材料的填充高度在5％和50％之间、最优选地在10％和30％之间。

在一个实施方式中，在所述环边缘的远离燃烧室的侧面上设置至少两个凹陷部，其中一个凹陷部填充有所述软质材料，另一个凹陷部不填充所述软质材料。

在一个实施方式中，在所述环边缘的面向燃烧室的侧面上设置至少两个凹陷部，其中一个凹陷部填充有所述软质材料，另一个凹陷部不填充所述软质材料。

附图说明

本文示出的所有附图本质上都是示意性的和示例性的。为了说明本发明的效果和设计，可以扩大比例和尺寸。在任何可能的情况下，相同的附图标记用于指示相同或相似的部件。

图1是根据本发明的安装在活塞沟槽中的活塞环的剖面图。

图2A是根据本发明的实施方式的活塞环的一部分的视图。

图2B是沿着剖面线S截取图2A的活塞环的剖面图，其示出凹陷部的深度轮廓。

图3是根据本发明的另一实施方式的活塞环的一部分的视图。

图4是根据本发明的另一实施方式的活塞环的一部分的视图。

具体实施方式

本发明涉及一种活塞环，并且具体地，涉及一种用于现代内燃机的具有提高的耐用性的活塞环。图1是根据本发明的安装在活塞沟槽中的活塞环的剖面图。

具体地，图1示出了内燃机的活塞2中的凹陷部或沟槽1。活塞环3插入沟槽1中。在图1中，燃烧室(未示出)位于所示布置的上方。通过燃烧气体的接触压力，活塞环通常被向下挤压(即远离燃烧室)。因此，在活塞环3的支承表面上(即在活塞环3的轴向外表面和气缸内壁6的界面处)出现显著的磨蚀力，并且另一方面，在活塞环3的下边缘4上(即在活塞环沟槽1与活塞环3的下径向表面之间的界面处)也出现显著的磨蚀力。

根据本发明的凹陷部5在活塞环的下边缘4和顶边缘上示意性地示出。因为由于压力，下边缘上的力通常更强，因此，活塞环3的下边缘上的凹陷部5是特别优选的，而本发明的上边缘上的凹陷部是可选设置的。

图2A是根据本发明的实施方式的活塞环的一部分的视图。图2A将活塞环3中的凹陷部5示出为下环边缘4中的同心凹陷部。然而，相应的凹陷部也可以设置在根据本发明的活塞环的上环边缘上。

图2B是沿着剖面线S截取图2A的活塞环3的剖面图。特别地，图2B示出沿着凹陷部5的凹陷部5的深度不是恒定的，而是在一定程度上优选以规则的方式变化的。图2B通过示例示出了正弦的凹陷部轮廓，其中，具有阴影线的上部指示用于形成凹陷部5的被去除的材料。除了凹陷部5的深度轮廓的正弦的形状之外，其它轮廓形状也是可以的，诸如波浪形状、之字形状、锯齿形状、梯形形状等。在此并非意图限制凹陷部的形状。在一个环边缘的多个凹陷部5中和多个环边缘的凹陷部5中，不同的形状可以自由组合。然而，特别优选的是如图2B示意性示出的波浪形状或正弦形状。

在径向剖面(诸如图1中的剖面)中，凹陷部优选地具有V形形状(如图1所示)、矩形形状、梯形形状、具有圆形底部的凹陷部的形状(U形形状)或其它合适的形状，但是形状不应限于此。在一个实施方式中，环边缘4与凹陷部的最高点之间的轴向距离b不大于环边缘4与凹陷部的最深点之间的轴向距离a的50％。

图3和图4分别示出了根据本发明的其它实施方式的活塞环的部分视图。图3示意性地示出了多个凹陷部5是如何同心偏移地设置在活塞环3的环边缘4上。图4示出了活塞环3的环边缘4中的凹陷部5具有波浪形状，因此，环边缘4中的凹陷部5在活塞环3的径向高度的一部分上蜿蜒。换句话说，活塞环3的环边缘4中的凹陷部5在环边缘4的一部分上具有距环边缘4的边界径向变化的距离。这里优选地指的是环边缘4的外边缘。这种波浪形状是特别优选的，使得可以在具有正弦的或波浪状的凹陷部轮廓(如图2B所示)的正弦或波浪状的凹陷部5(如图4所示)中实现特别有利的效果。

由于环绕的或部分地环绕的凹陷部5，可以确保在不同的压力条件下保证油在沟槽中的周向方向上的流动。由此提供的油以已知的方式减小了在活塞环3的下边缘4处的磨蚀和腐蚀，并且在可选的实施方式中也减小了在活塞环3的上边缘处的磨蚀和腐蚀。如果多个凹陷部5彼此平行设置(例如在图2A中)，期望的是，各个凹陷部5的深度轮廓不以同相设置(即凹陷部的最深点在径向方向上高于相邻的凹陷部5的最深点)，而以相移的方式设置(峰位于谷上方)。因此，即使在活塞环的不均匀磨损的情况下，也能在循环方向或周向方向上确保一定量的油的流动。

可选地，在根据本发明的一个或多个凹陷部5中，引入了软质材料，所述软质材料吸收通过燃烧而运送到系统中的颗粒。软质材料优选地包括如下材料：该材料选自由铜、钼、钛、铬、钴、镍、锡、锌、钨或其合金组成的组。软质材料优选地包括如下材料：该材料选自由铜、钼或润滑漆组成的组。但是，一般来说，如通常在活塞裙或气缸壁的构造中所期望的那样，所有材料都适用于适于提供润滑效果的软质材料(例如以活塞裙/气缸壁中的包含物或珠的形式)。

在一个实施方式中，凹陷部中软质材料的填充量水平(以腔深度的百分比表示，即从环边缘到凹陷部的最低点的竖直距离)在2％至99％之间、但优选地在5％至50％之间、最优选地在10％至30％之间。

本发明的凹陷部5可以使用已知的方法机械研磨到活塞环中或(化学)磨蚀到活塞环中。

Claims

1.一种用于内燃机的活塞环(3)，包括：

设置在所述活塞环(3)的环边缘(4)上的至少一个凹陷部(5)，其中，所述至少一个凹陷部(5)具有在所述活塞环的周向方向上的变化的深度轮廓。

2.根据权利要求1所述的活塞环(3)，其中，所述环边缘(4)远离燃烧室。

3.根据权利要求1所述的活塞环(3)，其中，所述环边缘(4)面向燃烧室。

4.根据权利要求2所述的活塞环(3)，还包括：

设置在面向所述燃烧室的所述环边缘上的至少一个凹陷部(5)，其中，所述至少一个凹陷部(5)具有在所述活塞环(3)的周向方向上的变化的深度轮廓。

5.根据前述权利要求中任一项所述的活塞环(3)，其中，所述环边缘(4)与所述凹陷部的最高点之间的轴向距离(b)不大于所述环边缘(4)与所述凹陷部的最深点之间的轴向距离(a)的50％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的活塞环(3)，其中，所述凹陷部(5)的深度轮廓具有正弦形状、之字形形状、锯齿形状或梯形形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的活塞环(3)，其中，所述活塞环(3)的所述环边缘(4)中的所述凹陷部(5)在所述环边缘(4)的一部分上具有距所述环边缘(4)的边界径向变化的距离。

8.根据权利要求7所述的活塞环(3)，其中，距所述环边缘(4)的边界的径向距离在所述周向方向上正弦地变化。

9.根据前述权利要求中任一项所述的活塞环(3)，包括设置在远离燃烧室的所述环边缘(4)上的第二凹陷部(5)，其中，至少一个所述凹陷部(5)具有在所述活塞环的周向方向上的变化的深度轮廓，至少一个所述凹陷部(5)的深度轮廓相对于第一凹陷部(5)的深度轮廓相移。

10.根据前述权利要求中任一项所述的活塞环(3)，其中，在所述至少一个凹陷部(5)中的一个或多个凹陷部中引入软质材料。

11.根据权利要求10所述的活塞环(3)，其中，所述软质材料包括从由铜、钼、钛、铬、钴、镍、锡、锌、钨或其合金组成的组中选择的材料。

12.根据权利要求10或11所述的活塞环(3)，其中，所述软质材料包括从由铜、钼或润滑漆组成的组中选择的材料。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的活塞环(3)，其中，所述凹陷部中的所述软质材料的填充高度在5％和50％之间、并且最优选地在10％和30％之间。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的活塞环(3)，其中，在所述环边缘(4)的远离燃烧室的侧面上设置至少两个凹陷部(5)，其中一个凹陷部填充有所述软质材料，另一个凹陷部不填充所述软质材料。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的活塞环(3)，其中，在所述环边缘(4)的面向燃烧室的侧面上设置至少两个凹陷部(5)，其中一个凹陷部填充有所述软质材料，另一个凹陷部不填充所述软质材料。