CN1496457A - 往复活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

往复活塞式发动机，具有至少一个安装在气缸(2)内的活塞(7)，活塞设有至少一个安装在相配活塞环槽(8)内的活塞环(10)，环塞环具有按键槽和键方式相互嵌入的、在圆周上无缝隙地连续的、和气缸的滑动面共同作用的、构成外圆周面的端头(12、13)，为了可以达到尽可能长的、无磨损的运行和良好的操作方便性，至少一个端头(12)设有至少一个径向贯通口(18)，其开口横截面可通过两个相互嵌入的端头(12、13)相互的相对运动控制。

Description

往复活塞式发动机

本发明涉及一种往复活塞式发动机，特别是往复活塞式内燃机，尤其是二冲程大型柴油机的形式，具有至少一个安装在气缸内的活塞，活塞设有至少一个安装在相配的活塞环槽内的活塞环，活塞环具有按键槽和键方式相互嵌合的、在整个圆周无间隙连续的、与气缸的滑动面共同作用的、构成外圆周面的端头。

在上述类型的无缝活塞环中在点火压力较高时可能出现活塞环的不希望的高负荷，这可能导致相配的配合面和滑动面的高载荷和剧烈的磨损，因此已经建议，在活塞环高度上设置贯通的、圆周一侧的泄漏槽。

由EP 0742 875 B1已知一种这一类型的活塞环。这里缺点是，圆周一侧的泄漏槽的净横截面随着活塞环磨损的加大变得越来越小，使得最后出现气密性的活塞环，并重新产生上述关于不希望的高负荷，从而造成相配的配合面和滑动面的剧烈磨损。其中在这种情况下不利的是，在气缸盖方便地检查方面来说，圆周一侧的泄漏槽的还存在的残留横截面按经验很难或甚至根本不可能确定。因此，以往常常发生：上述类型的活塞环突然变得密封了，而操作人员对此没有及时发觉，对配合面和滑动面磨损方面的所述缺点感到意外。

由此出发，本发明的目的是，在开头所述类型的装置中以简单和经济的方法保证尽可能长的、无磨损的运行以及高度的操作便利性。

按照本发明，这个目的通过这样的方法来实现，即至少一个端头配备至少一个径向贯通口，其开口横截面可通过两个相互嵌入的端头的相互相对运动来控制。

用这个措施可以完全避免开头所述的缺点。设置在至少一个端头区域内的径向贯通口使得即使对于无缝活塞环也可以以有利的方式按要求泄漏，它在活塞环磨损越来越大时不会自动减小或完全消失。因此用按本发明的措施可以直至活塞环完全磨损都保持所希望的泄漏，这即使在装置具有高的点火压力时直至活塞环完全磨损都产生较小的应力，从而得到柔和的运行方式。同时可以完全利用活塞环的预计磨损厚度，从而得到长的总使用寿命和小的维护费用。因为按本发明的活塞环不会突然不漏油，还可以通过这样的方法扩大上述优点，即，对于本发明的活塞环可采用具有较高强度的材料，而对于配合和滑动面的负荷不产生不利影响。在活塞环突然不漏油时，会导致配合和滑动面的迅速损坏。此外从这样的设想出发，即，按本发明的贯通口相当远地离开活塞和气缸套之间的缝隙，使那里可以期望出现较低的温度，这对于所能达到的使用寿命同样起有利作用，这对于一组活塞环的最上面一个活塞环特别有利。本发明措施的另一个优点是，按本发明的贯通口在检查气缸盖时可以方便地看到，这使得可以可靠地检验，使得操作人员不会因活塞环突然变得不能使用而措手不及。因此本发明的措施除了得到长的总使用寿命外还得到高的可靠性和操作方便性，从而在总体上得到极好的经济性。

所采用的措施的优良结构和适宜的改进方案在从属权利要求中给出。例如在一个端头具有一径向向外张开的并通过一平行于轴线的内翼缘和一垂直于它分布的上翼缘围成的槽，另一个端头具有一嵌入此槽内的指销的活塞环中，按本发明的贯通口适宜于设置在平行于轴线的翼缘和/或指销的区域内，因此按本发明的措施有利地与上面提到的无缝活塞环的结构原理的应用并不矛盾，而且是这种原理的一种所希望的改进。这里从在检查时可以很好地看到的按本发明的贯通口的状况出发得到关于圆周一侧泄漏槽的状况的可靠信息。设置在平行于轴线的翼缘和/或指销区域内的按本发明的贯通口也可以有利地后续加工出来。因此所述措施使得可以有利地用按本发明的贯通口改装已经存在的无缝活塞环。

通常仅仅具有一条槽的端头的平行于轴线的翼缘具有一个按本发明的贯通口就够了。用这种方法不仅得到方便的制造，而且可以避免对活塞环有较大的削弱。

按本发明的贯通口适宜于设置在相配端头的底面区域内。用这种方法得到本发明贯通口离活塞和气缸套之间的间隙尽可能大的距离，使得可以期望得到特别低的温度。

在所采取的措施的另一种改进方案中，在活塞环设有圆周方向的从上至下贯通的泄通槽时，按本发明的贯通口做成并设置成这样，使得至少当圆周一侧的泄漏槽的横截面由于磨损缩小到流动阻力超过规定值时便打开。由此确保：首先圆周方向的泄漏槽起作用，并在这些槽由于不断磨损而不再足够时，按本发明的贯通口作为附加的泄漏槽加入。用这种方法可以加长活塞环总的使用寿命，并确保所述活塞环不会突然地不流通。由此解放了操作人员的注意力。

本发明的措施还提供这样的可能性，即，这样地布置和制作贯通口，使其张开的横截面以和圆周一侧泄漏槽的横截面减小相同的程度加大。用这种方法可以在一段较长的时间内达到均匀的泄漏性能，从而达到均一的运行条件。

另一种结构方案是，按本发明的贯通口设计和布置成这样，使它具有相当于开槽活塞环的槽的净横截面的开口横截面。由此可以看到，按本发明的措施在起作用的泄漏横截面方面可以有很大的可变性，使得可以方便地考虑不同的要求。

所采取的措施的其他优良结构和适宜的改进方案在其余从属权利要求中给出，并可从以下借助于附图的举例说明中详细看出。

在下述附图中表示：

图1一二冲程大型柴油机的气缸的垂直剖面的局部视图，

图2按本发明的带有相互嵌入的端头的活塞环的局部透视图，

图3沿图2中III/III线的剖面，

图4一从径向外部看的带有新的相互嵌入的端头的本发明的活塞环的局部视图，

图5在较长时间运行后的按图4的结构。

本发明的主要应用领域是往复活塞式发动机，特别是二冲程大型柴油机，它例如用于船舶驱动。这种装置的结构和工作原理是公知的，因此在这里不必详加说明。

图1中所示的包含一燃烧室1的二冲程大型柴油机的气缸由一气缸套2和一装在它里面的设有一通过阀3控制的出口4和一喷射阀5的气缸盖6。燃烧室1可运动的下边界由一在气缸套2内移动的活塞7构成，该活塞由一上部和一固定在上部上的下部组成。活塞7在其上部区域内设有四条圆周方向的活塞环槽8、9，在它们里面分别安装一活塞环10、11。

这种类型的活塞环组的下活塞环，这里是下面两个活塞环11，通常做成开槽活塞环，其倒斜成一角度的下端相互面对面，形成一槽或一缝隙。这种类型的活塞环组的至少最上面一个活塞环做成无槽活塞环，以避免功率损失，此活塞环具有一在其整个圆周上无缝隙连续的、与气缸套2的滑动面共同作用的圆周面。在本实施例中活塞环组的两个上活塞环10做成这种类型的无槽活塞环。

如由图2可见，无槽活塞环10设有按键槽和键的方式相互嵌入的端头12、13。它们做成这样。使得在拼接区内得到外圆周面不中断的、从上至下连贯的缝隙。在基于图2的例子中，左面所示的端头12设有一径向向外和向下张开的槽14，如由图3清晰可见，它径向向内通过一平行于活塞轴线分布的翼缘15和向上通过一与它垂直分布的上翼缘16围成。在右边所示的另一个端头13做成可插入槽14内的、横截面与该槽相配的指销。

在开槽活塞环中，在存在于活塞环末端之间的槽式缝隙区域内得到一流动路径，通过它可发生泄漏。无槽活塞环10的在圆周方向封闭的连续圆周面不允许这种类型的泄漏，如上所述，这对于活塞环组最上面的和上面的活塞环是希望的。但是为了保证后面的活塞环能充分地受压，需要按要求泄漏。为此，在基于图2的活塞环10中设有设置在圆周上的、从上至下贯通的泄漏槽17。它们相对于平行于轴线的母线可以倾斜分布，在所示例子中出于简化表示的目的画成平行于轴线分布的，在新的状态下泄漏槽具有深度t。

随着运行进程活塞环10、11在其与气缸套2的滑动面共同作用的外圆周面上出现磨损，使其厚度不断减小。这种厚度减小通过这样的方法加以补偿，即，活塞环胀开，这时对于开槽活塞环11活塞环末端之间距离越来越大，而对于无槽活塞环10相互嵌入的端头12、13相应地相互移动。这时对于按图2的结构构成端头13的指销部分从端头12的槽14中回缩。

随着活塞环厚度的减小，泄漏槽的深度和净横截面也变得越来越小，由此使流动阻力提高，从某一流动阻力起不再能通过泄漏槽17泄漏。为了确保不会由此使这种活塞环10突然不流通，在至少一个端头12或13的区域内设置至少一个径向贯通口18，其开口横截面可通过两个端头12、13相互的相对运动控制。

贯通口18可以配设于做成指销的端头13和/或包含槽14的端头12。在所示例子中仅仅端头12包含一径向贯通口18。此外径向内部围成槽14的翼缘15在其前下方边缘区域内设有一边缘凹槽19。由此构成的贯通口18相应地位于相配的端头12自由端底面区域内。

因此设置在径向内部的翼缘15的下边缘区域内的贯通口18实际上位于相配的活塞环槽8的内下角区域内，从而位于离气缸套2和活塞7之间的与燃烧室1连通的缝隙最远的区域内。一旦通过贯通口18发生泄漏，那么实际上必须环绕活塞环10流动，如图3中通过流动箭头20所示。因此在贯通口18区域内起作用的温度负荷保持在边界值以内。

在活塞环10在新的状态时构成端头13的指销，如由图4可见，插入端头12相配的槽14这么深，使得贯通口18被遮挡，从而被封闭。这时所希望的泄漏仅仅通过圆周上的槽17进行。随着磨损的增加构成端头13的指销越来越从槽14中回退，如图5中所示。一旦构成端头13的前端的指销超过由贯通口18的内端到槽14的内端的距离L规定的位置，贯通口18便部分打开，如由图5所见。类似的状态也是图2的基础。

这里距离L可以这样选择，即，使得一旦圆周上的泄漏槽17消失或尤其是减小到由于流动阻力提高通过它进行的泄漏几乎消失的程度，如在图4中通过仅仅只以断裂线表示的泄漏槽17所表示的那样，那么贯通口18便打开。但是也可以设想，距离L这样地选择，即，贯通口18在此前已经打开。此外这里贯通口18的高度H可以这样选择，使得贯通口18的开口横截面随着磨损加大而加大，加大的尺寸与圆周上的泄漏槽17的总横截面减小相同。

也可以设想，这样选择距离L，即，使贯通口18从一开始就打开。在这种情况下可以完全放弃以17所示这种圆周上的泄漏槽。通过相应地选择净高度H可以在任何情况下达到打开的泄漏横截面的所希望的大小。例如在这种情况下例如也可以这样地选择距离L和净高度H，使得贯通口18打开的横截面始终相当于开槽活塞环的槽或缝隙的净横截面。

上述结构设计也表明：本发明并非仅仅局限于所示实施例。

Claims (10)

1.往复活塞式发动机，特别是往复活塞式内燃机，尤其是二冲程大型柴油机的形式，具有至少一个安装在气缸(2)内的活塞(7)，活塞设有至少一个安装在相配的活塞环槽(8)内的活塞环(10)，此活塞环具有按键槽和键的方式相互嵌接的端头(12、13)，其构成在圆周上无缝隙地连续的、与气缸一侧的滑动面共同作用的外圆周面，其特征为：至少一个端头(12)设有至少一个径向贯通口(18)，其开口横截面可通过两个相互嵌入的端头(12、13)的相互相对运动控制。

2.按权利要求1的往复活塞式发动机，其中一个端头(12)具有一径向向外和向下张开的、通过一与轴线平行的内翼缘(15)和一与它垂直分布的上翼缘(16)围成的槽(14)，而另一个端头(13)具有一嵌入槽(14)内的指销，其特征为：端头(12)平行于轴线的翼缘(15)和/或端头(13)的指销具有至少一个贯通口(18)。

3.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，其特征为：只有一个端头(12或13)具有一个贯通口(18)。

4.按权利要求3的往复活塞式发动机，其特征为：具有一槽(14)的端头(12)的与轴线平行的翼缘(15)具有一贯通口(18)。

5.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，其特征为：贯通口(18)设置在所属端头(12)的底面区域内。

6.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，其特征为：贯通口(18)设置在所属端头(12)的自由端区域内。

7.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，其中活塞环(10)设有在圆周上的、从上至下贯通的泄漏槽(17)，其特征为：贯通口(18)按下述方式设计并布置，即，至少在圆周上的泄漏槽(17)的横截面由于磨损减小到使流动阻力超过规定值时，便打开贯通口(18)。

8.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，其中活塞环(10)设有在圆周上的、从上至下贯通的泄漏槽(17)，其特征为：贯通口(18)按下述方式设计和布置，即，其开口横截面以和圆周上的泄漏槽(17)由于磨损而减小的横截面尺寸相同的尺寸加大。

9.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，其特征为：贯通口(18)按下述方式设计并布置，即，它具有相当于开槽活塞环(11)槽的净横截面的开口横截面。

10.按上述权利要求之任一项的往复活塞式发动机，具有一包括多个活塞环(10、11)的活塞环组，其特征为：至少最上面的活塞环(10)做成带有按键槽和键的方式相互嵌接的端头(12、13)的无槽活塞环，并在至少一个端头(12)区域内设有至少一个径向贯通口(18)。

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