CN1846086A - 用于内燃机活塞的刮油环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机活塞的刮油环，该刮油环由一个圆盘(1)组成，该圆盘的工作面(h)具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在圆盘外围延伸的顶点线(3)，其中圆盘(1)布置在活塞的一个环槽(7)内，该环槽包含相互平行布置的一个背向活塞顶侧的环槽侧面(6)和一个朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)。按照本发明，在减小工作面摩擦和减少工作面磨损时，可通过下列方式达到一个改善的刮油作用：圆盘侧面(2，2′)是径向向外地、以一个角度(α)这样相互接近地伸展到工作面(h)，以致在侧面紧贴到朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)时，圆盘仅以顶点线(3)与汽缸壁(8)相接触，在其中一个圆盘侧面紧贴到背向活塞顶侧的环槽侧面(6)时，圆盘仅以工作面(h)的一个第一段(I)与汽缸壁接触，其中圆盘(1)的工作面(h)在横截面上－在不对称形状的第一段(I)符合一个二次多项式h(x)＝ax+bx2，其中x＝工作面在笛卡尔坐标系中的坐标，用mm表示，a，b为系数，a定义为圆盘轴向的侧面间隙和圆盘的宽度之间的比例；b定义为工作面的曲率大小；－一个作为边的支撑顶点(II)h(x＝0)，和－在不对称形状的第三段(III)符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。

Description

用于内燃机活塞的刮油环
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机活塞的刮油环，该刮油环由一个圆盘组成，该圆盘的工作面具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在圆盘外围上延伸的顶点线，其中该圆盘布置在活塞的一个环槽内，该环槽包含相互平行布置的背向活塞顶侧的环槽侧面和一个朝向活塞顶侧的环槽侧面。
背景技术
过多的发动机油到达燃烧室，除了油耗高，还会对发动机的排放性能产生负面的影响。为了阻止该现象，刮油环的用于产生汽缸壁上的径向接触压力的一个足够的切向力，和因而得到的一个良好的刮油作用，是不可缺少的。然而这在圆盘的工作面产生一个高的表面压力，从而在发动机工作时导致高的磨损。该磨损降低内燃机的效率，结果提高了燃油消耗。因此，刮油环切向力的设计一直是在最小的磨损和最大的刮油作用之间的一个折衷方案。所以，在不减小切向力的情况下减小发动机工作时的磨损的总的措施，是使刮油环的设计变得容易，或者改善发动机的效率。
对于这类刮油环，人们相应地尝试如此形成圆盘的工作面，以致工作面满足上面提到的要求。
刮油环或者活塞环的不对称工作面，从专利DE38 33 322 A1，DE43 00531 C1或者DE44 29 649 C2得知。同样从专利DE33 05 385 C1可得知一种活塞环，该活塞环布置在活塞的一个环槽内，为确保一个改善的密封，该环槽的侧壁优选是平行的、但倾斜于活塞轴伸展的。倾斜伸展相互平行的环槽侧壁也可从日本实用新型专利57-73340得知。然而上面提到的实施方式是涉及压缩环，鉴于表面压力，它们的要求很低，相反地，刮油环要求高的表面压力。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于内燃机活塞的整体式的刮油环，该刮油环在减少工作面的摩擦和磨损时具有一个相对于已知的现有技术改善的刮油作用。
该任务式通过权利要求1特征部分的特征得到解决的。
圆盘的工作面是以一个具有相对现有技术大大减小的凸度的不对称的斜面为特色的，其中工作面轮廓可以近似地通过一个二次多项式描述。
通过在环槽内的圆盘的按照本发明的工作面结构和侧面结构，通过圆盘上一个更有利的液力条件，将实现在不减小切向力的情况下，减小整个刮油环的磨损，其中在整个范围内都可得到刮油功能。磨损的减小导致发动机效率的改善，或者可以通过在不改变磨损级别的情况下提高切向力，刮油性能将得到改善。
本发明符合目的的设计方案是从属权利要求的内容。
附图说明
下面将借助附图说明本发明的一个实施例。
图1显示按照本发明的刮油环的横截面，该刮油环位于活塞的一个环槽内。
附图标记说明：
1：圆盘，刮油环
2，2′：圆盘侧面
3：顶点线(边)
5：朝向活塞顶侧的环槽侧面
6：背向活塞顶侧的环槽侧面
7：环槽
8：汽缸壁
9：活塞
E：端面
h：工作面
H：环槽的高度
T：切点
具体实施方式
从图中可看出，一个圆盘1是布置在一个环槽7内，该环槽包含活塞的一个朝向活塞顶的环槽侧面5和一个在离开活塞顶的方向上的环槽侧面6。按照本发明，圆盘1具有一个冠状的不对称形状的工作面h，该工作面包含一条在圆盘的外围上延伸的顶点线3，其中顶点线3用作为了刮油与汽缸壁8接触的边。在实施例中，圆盘1在活塞的装配状态下是这样布置的，使工作面h的顶点线3朝着背向活塞顶侧的环槽侧面6方向布置。
圆盘1具有圆盘侧面2和2′，它们是径向向外地、以一个角度α这样相互接近地伸展到工作面h，以致在侧面2紧贴在朝向活塞顶侧的环槽侧面5时，圆盘仅以顶点线3与发动机的汽缸壁8接触。在此，在背向活塞顶侧的环槽侧面6和圆盘侧面2′之间形成一个优选为3度到5度的角。径向向内伸展的圆盘侧面2和2′与一个端面E相连，其中由端面产生切点T，该切点构成与活塞的行程运动相对应的圆盘的转动点。如图1所示，这个端面E可以是半圆形的。只要端面在接近转动点处是半圆形的，端面也可以是其他形状的。端面的轴向延长基本上等于环槽7的高度H，其中圆盘还是能够安装在环槽7内。
在圆盘侧面2，2′紧贴在背向活塞顶侧的环槽侧面6时，圆盘1仅以工作面h的第一段(I)与汽缸壁接触。按照本发明，圆盘的工作面h具有一个与在发动机工作状态下数百个小时的启动过程相应的形状。这个形状可以这样描述：圆盘1的工作面在横截面上在不对称形状的第一段(I)符合一个二次多项式h(x)＝ax+bx2，其中x＝工作面在笛卡尔坐标系中的坐标，用mm表示，a，b为系数，a定义为圆盘轴向的侧面间隙和圆盘的宽度之间的比例；b定义为工作面的曲率大小；一个作为边的支撑顶点(II)h(x＝0)，和在不对称形状的第三段(III)符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。以一个厚度为0.4mm的圆盘为例，得到一个值h(x)＝35x+50x2。因此，以x作为工作面的坐标，单位为mm，h(x)为凸度，单位为μm，图1相应表示的横截面曲线是可以得到的。这个多项式的系数是可根据具体应用调整的，这是可理解的，其中在此，主要的参数是汽缸直径、圆盘横截面的尺寸和刮油环装配在环槽中的轴向的间隙关系。根据本发明，工作面h的典型凸度为大约2到10μm/0.4mm，而在现有技术的实施中该值为3到15μm/0.15mm。
按照本发明的改善的刮油作用在功能上是这样得到的，沿汽缸轴向作用在圆盘的工作面h上的摩擦力产生旋转运动，该旋转运动使圆盘碟形地拱起。这是可能的，因为圆盘侧面2和2′的形状阻碍圆盘沿轴向运动，特别是在内部的支撑面，相反地，在外部的支撑面可能有明显较大的轴向运动振幅。
该摩擦力和因此产生的旋转运动依赖于活塞的行程方向而改变符号。因为摩擦力的大小还依赖于速度，结果是该碟形拱起不断变化，称作动态扭曲。圆盘通过动态扭曲，与工作面不对称的斜面相结合产生一个好的刮油作用——“边”支撑——，该圆盘在活塞离开燃烧室的行程方向上——下行程——紧贴在朝向活塞顶侧的环槽侧面上，然而圆盘的各自的另一个位置，基于定义的工作面的凸度，在上行程中具有一个改善的液力性能——“面”(I段)支撑。因此圆盘上的磨损减少了，该圆盘在扭坏状态下刮油作用不好。行程方向的改变引起圆盘折到各自的另一个位置上。
在安装刮油环时，必须注意圆盘的位置准确的定位，该定位例如可以通过在圆盘的一个侧面上作颜色标记得到保证。
工作面形状或者轮廓的制造例如可以通过研磨进行。

Claims (3)

1.用于内燃机活塞的刮油环，该刮油环由一个圆盘(1)组成，该圆盘的工作面(h)具有一个冠状的不对称形状，该形状包含一条在圆盘外围延伸的顶点线(3)，其中圆盘(1)布置在活塞的一个环槽(7)内，该环槽包含相互平行布置的一个背向活塞顶侧的环槽侧面(6)和一个朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)，
其特征在于，
所述的圆盘侧面(2，2′)径向向外地、以一个角度(α)这样相互接近地伸展到工作面(h)，使得在其中一个侧面紧贴到朝向活塞顶侧的环槽侧面(5)时，圆盘仅以顶点线(3)与汽缸壁(8)相接触，在其中一个圆盘侧面紧贴到背向活塞顶侧的环槽侧面(6)时，圆盘仅以工作面(h)的一个第一段(I)与汽缸壁接触，其中圆盘(1)的工作面(h)在横截面上
-在不对称形状的第一段(I)符合一个二次多项式h(x)＝ax+bx2，其中x＝工作面在笛卡尔坐标系中的坐标，用mm表示，a，b为系数，a定义为圆盘轴向的侧面间隙和圆盘的宽度之间的比例；b定义为工作面的曲率大小；
-一个作为边的支撑顶点(II)h(x＝0)，和
-在不对称形状的第三段(III)符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。
2.根据权利要求1所述的刮油环，其特征在于，所述的工作面(h)的顶点线(3)在刮油环(1)处于活塞的装配状态下时，是朝背向活塞顶侧的环槽侧面(6)方向布置的。
3.根据权利要求1所述的刮油环，其特征在于，所述的在环槽(7)内径向向内延伸的圆盘侧面(2，2′)借助一个端面(E)相连，所述的端面形成圆盘与活塞的行程运动相应的旋转运动的切点(T)。
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