CN109073079B - 带油压效应接片的两件式刮油环 - Google Patents

带油压效应接片的两件式刮油环 Download PDF

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Abstract

提供了一种刮油环，其包括两个周向接片(3、4)，其工作表面向外弯曲，其中燃烧室侧的接片(3)的轴向高度(K)是曲轴箱侧的接片(4)的轴向高度(S)的至少两倍，并且其中燃烧室侧的接片具有不对称的圆度。

Description

带油压效应接片的两件式刮油环
技术领域
本发明涉及活塞环，特别是一种刮油环。
背景技术
四冲程发动机的主要问题之一在于，关于存在于通过且利用曲轴箱中的油来控制并且密封活塞环-活塞系统；为此目的，使用应尽可能好地由曲轴箱油密封燃烧室的活塞环。在此应注意的是，在系统中需要一定量的油，以便保证与摩擦以及来自燃烧室的气体的密封相关的活塞环系统的功能性。一方面，定义的该油量应保持得尽可能小，而不会在另一方面抑制活塞环工作表面上的流体动力润滑油膜。特别地，刮油环必须实施油排放、功能性和耐磨强度之间的完美平衡的控制。
刮油环在下文中也简称为油环，其用在LVD、LVP HD发动机中的两件式或三件式实施方案中。对于两件式的环，环形支架设计有内置的弹簧，该弹簧将外置的工作表面压靠在气缸壁上。在活塞环的工作表面上布置有两个接片，其将多余的油从气缸壁上刮掉，其中例如孔或槽的形式的开口位于接片之间，该开口将多余的油从外侧引到活塞环内侧。接片在高度和深度方面以对称设计布置。
当前发明的目的在于，进一步改进对活塞环系统中存在的油量的控制，从而减少油耗，同时保持环束的功能性。
发明内容
根据本发明，该目的通过一种刮油环得以实现，该刮油环包括环形支架和内置的弹簧；其中，两个接片以其间有凹槽的方式，沿圆周方向周向地布置在环形支架的外置工作表面上；其中布置有从凹槽径向伸长到环形支架内侧的开口。接片的工作表面区域在此以凸冠的方式形成有枢转点，其中两个枢转点与环轴之间的距离相等，并且燃烧室侧的接片的轴向高度是曲轴箱侧的接片的轴向高度的至少2倍。
根据当前发明的一个方面，燃烧室侧的接片的工作表面区域可以设计为不对称的冠形。
根据另一方面，燃烧室侧的接片的工作表面区域的枢转点可以布置在凹槽附近，其距离小于燃烧室侧接片的轴向高度的25％，优选地小于其 15％。
根据再一方面，曲轴箱侧的接片的工作表面区域可以设计为对称的冠形，并且枢转点可以相对于曲轴箱侧的接片的轴向高度居中地布置。
在此遵循通用术语，其中轴向涉及活塞的对应方向，也即活塞的往复运动的方向，或者说活塞缸的对应轴线。环轴是穿过环的中心点沿轴向方向伸长的轴线，其在安装状态下与活塞的中心轴线重合。径向方向对应地是平行于环平面伸长至环轴或远离环轴伸长的方向。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明的示例性实施方案，其中
图1示出了刮油环的轴向剖视图。
具体实施方式
图1以轴向剖视图显示了根据当前发明的刮油环的一种示例性实施方案。刮油环为两件式设计，具有环形支架1和环状的内置弹簧2，例如管弹簧，其在安装状态下将刮油环向外压靠在气缸壁上。两个接片3、4沿圆周方向周向地布置在油环的工作表面区域上，在这两个接片之间存在有凹槽形式的凹进部分，该凹进部分同样沿圆周方向周向地布置并且在轴向剖视图中具有面F。例如孔或槽的形式的多个开口5沿圆周方向从槽的底部延伸到环形支架1的内侧，多余的油因此可以从工作表面区域流向油环内侧，进入到活塞的环形凹槽，其随后通过活塞中合适的出口从此处转移。所示油环的特点在于不对称的工作表面布置；两个接片3、4的轴向高度K、S 以及它们的工作表面轮廓都明显不同。术语对称或者说不对称在此应理解为相对于轴向方向对称或者说不对称，即在相对于平行于环平面伸长的平面是镜像对称的意义上，即垂直于轴向方向。在图1的截面图中，这与水平线有关。在圆周方向上，从环接口看去，环是旋转对称的。
燃烧室侧的接片3具有明显不对称的凸冠形，即工作表面向外弯曲，其中凹槽附近的曲率大于在上图中面向燃烧室的接片一侧附近的曲率。因此，在凹槽附近，工作表面在轴向方向上具有相对尖锐的弧形，而在另一侧，其以相对平坦的弯曲向外伸长。枢转点Y或“顶点”，即在径向方向上位于最外侧并且环抵靠在气缸壁上的点，位于凹槽附近。枢转点Y在轴向方向上距凹槽的距离优选地小于燃烧室侧接片3的轴向高度K的25％，更优选地小于15％，使得枢转点Y取向为在曲轴箱的方向上急剧向下。轮廓的选择使得如果引入过多的油，则会在活塞的上行程期间轻易地溢出，因为由于燃烧室侧接片3的工作表面的不对称形式，油会渗入气缸壁和接片的工作表面之间的位于轴向方向上的相对大的区域，并且由此产生相对大的力，而该力会抵消接片3在气缸壁上的压紧力。相反，在下冲程期间，枢转点Y的布置引发燃烧室侧接片的对应地好的刮油作用。在下冲程期间，油保持在接片3、4之间，直到对应的压降导致油通过开口5流向环形支架 1的内侧。
曲轴箱侧的接片4在工作表面上设计有相对尖锐的凸冠形，即工作表面在轴向方向上具有相对尖锐的曲率。在此应该相对于燃烧室侧接片3的工作表面的平缓弯曲侧来理解术语“相对尖锐”。曲轴箱侧接片4的枢转点 Z在轴向方向上，大致位于曲轴箱侧接片4的高度S的一半处。在径向方向上，曲轴箱侧接片4的枢转点Z的布置对应于在燃烧室侧接片3的枢转点Y的布置，它们在轴向方向上彼此对齐并且因此位于距环的轴线相同的距离处，并且在安装状态下，它们同时抵靠在气缸壁上。通过工作表面的这一设计，曲轴箱侧接片4在两个方向上都实现良好的刮油作用：在下冲程期间，油向下被刮入曲轴箱，而在上行程中，油被保持在接片之间的区域中。
通过两个接片在轴向方向上的高度差异，使得接片3、4的工作表面的设计成为可能，并且在其作用上支持这一设计。燃烧室侧接片3的轴向高度K(控制高度)至少是曲轴箱侧接片4的轴向高度S(刮油高度)的两倍。 K＞2·S也是可行的。
为了保证功能，刮油环被构造为，特别地弹簧2被布置为，使得环形支架1的面重心，即由弹簧发出的、向外定向的力的中心，在轴向高度上位于两个枢转点Y、Z之间。接片3、4的两个工作表面随之同时在相应的枢转点Y、Z处压靠在气缸壁上。在此优选的是，通过两个接片中的每一个传递大约一半的力。然而，也可以考虑不平均的力分布，以抵消在运行期间出现的动力并且在所有运行状态下确保气缸壁上的合适的压紧力，从而例如防止其中一个接片在运行期间从气缸壁上抬起。
位于两个接片3、4之间的凹槽的特征在于轴向高度D(对应于两个接片之间的距离)和深度X。通过凹槽的凹陷面积A＝D·X，确定可以保持在接片3、4之间的油的量，然后通过乘以凹槽的平均周长来获得体积。
为了一方面使得足够的油进入活塞环系统，以确保活塞环的功能，而另一方面不要有过多的油进入系统，以保持尽可能小的排放值，接片3、4 之间的凹槽的该体积是至关重要的。已经证实了，面A为此应相关于必要的通流系数Dx，与表面压力P0和环形接片高度之和K+S的乘积成比例，其中表面压力P0是将接片压靠在气缸壁上的压力，即相关于接片的工作表面总面积的力：
Figure BDA0001835685680000051
通流系数Dx的数值约为2至9N/mm3。根据转向的体积流量和介质相关于环的整个工作表面的密度得出Dx：Dx＝ρ/2·V2·1/Lh；其中ρ是介质的密度，V是体积流量的速度，Lh是线性高度
Figure BDA0001835685680000052
即环沿着气缸壁的行程长度。
这种设计方案引起油耗的减少，同时保证环组的全功能性。在油量减少时也可以减小接片之间的剪切力。

Claims (3)

1.一种刮油环，所述刮油环包括环形支架（1）和内置的弹簧（2）；
其中，两个接片（3、4）以其间有凹槽的方式，沿圆周方向周向地布置在所述环形支架的外置工作表面上；
其中，布置有从所述凹槽径向伸长到所述环形支架（1）内侧的开口（5）；
其中，燃烧室侧的接片（3）的工作表面区域以凸冠的方式形成有枢转点（Y），曲轴箱侧的接片（4）的工作表面区域以凸冠的方式形成有枢转点（Z），其中燃烧室侧的接片（3）的枢转点（Y）与环轴之间的距离和曲轴箱侧的接片（4）的枢转点（Z）与环轴之间的距离基本上相等，
其中，燃烧室侧的接片（3）的轴向高度（K）是曲轴箱侧的接片（4）的轴向高度（S）的至少2倍；
其中所述曲轴箱侧的接片（4）的工作表面区域被设计为对称的冠形，并且其中，所述曲轴箱侧的接片（4）的枢转点（Z）相关于所述曲轴箱侧的接片（4）的轴向高度（S）居中地布置；
所述燃烧室侧的接片（3）的工作表面区域具有明显不对称的凸冠形，在凹槽附近，所述燃烧室侧的接片（3）的工作表面在轴向方向上具有相对尖锐的弧形，而在另一侧，所述燃烧室侧的接片（3）的工作表面以相对平坦的弯曲向外伸长。
2.根据权利要求1所述的刮油环，其中，所述燃烧室侧的接片（3）的工作表面区域的枢转点（Y）被布置在所述凹槽附近，所述燃烧室侧的接片（3）的枢转点（Y）在轴向方向上距所述凹槽的距离小于所述燃烧室侧的接片（3）的轴向高度（K）的25%。
3.根据权利要求1所述的刮油环，其中，所述燃烧室侧的接片（3）的工作表面区域的枢转点（Y）被布置在所述凹槽附近，所述燃烧室侧的接片（3）的枢转点（Y）在轴向方向上距所述凹槽的距离小于所述燃烧室侧的接片（3）的轴向高度（K）的15%。
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