CN1846087A - 用于内燃机活塞的由多部分组成的刮油环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机活塞的由多部分组成的刮油环，该刮油环由两个带有平行侧面的钢带－圆盘，这些圆盘的工作面各自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；以及一个布置在圆盘之间的扩张弹簧组成，该弹簧不仅将圆盘沿轴向压向各自的在活塞内的一个环槽的其中一个侧面，而且将圆盘沿径向压向汽缸壁。按照本发明，应通过下列方式在减小工作面的磨损时达到一个相对于已知的现有技术改善的刮油作用：两个圆盘(1，2)的工作面(h，h′)是这样形成，使得工作面与一个在发动机启动状态下的几乎损坏的最终轮廓相应，其中，在刮油环(10)处于活塞的装配状态下时，工作面(h，h′)的顶点线(3，3′)分别反向地朝着环槽(3)的中心方向定位。

Description

用于内燃机活塞的由多部分组成的刮油环
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机活塞的由多部分组成的刮油环，该刮油环由两个带有平行侧面的由钢带组成的圆盘，这些圆盘的工作面分别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；以及一个布置在圆盘之间的扩张弹簧组成，该弹簧不仅将圆盘沿轴向压向各自的在活塞内的一个环槽的其中一个侧面，而且将圆盘沿径向压向汽缸壁。
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。然而这在钢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，除了扩张弹簧的具体结构之外，人们相应地尝试如此形成圆盘的工作面，以致这些工作面满足上面提到的要求。其中已公开的有与汽缸壁平行伸展的工作面，如美国专利US 3,738,668所述的，还有对称冠状的工作面轮廓，如在德国专利DE 36 38 728 A1所描述的。由多部分组成的包含圆盘的对称冠状的工作面的刮油环是安装在活塞的任意的，也就是说在无取向的安装位置上。
刮油环或者活塞环的不对称工作面，从专利DE 38 33 322 A1，DE 4300 531 C1或者DE 44 29 649 C2得知。然而这些实施方式仅涉及单个环，其中从这些文献中不能得知关于由多部分组成的刮油环涉及可能的安装位置的说明。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于内燃机活塞的由多部分组成的刮油环，该刮油环在减小工作面的磨损时具有一个相对于已知的现有技术的改善的刮油作用。
该任务是这样解决的，两个圆盘的工作面是这样形成的，使工作面与一个在发动机启动状态下的几乎损坏的最终轮廓相应，其中工作面的顶点线在油环处于活塞的装配状态下时，是分别反向地朝向环槽的中心方向定位的。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。
在本发明的另一个方案中，圆盘的工作面是以其顶点线分别同向地朝着背向活塞顶侧的环槽侧面方向而定位的。
通过按照本发明的工作面形状和圆盘的相互布置，通过一个在两个圆盘中的一个圆盘上的更有利的液力条件，将实现在不减小切向力的情况下，减小整个钢带-刮油环的磨损，其中，另外一个圆盘的刮油功能在整个范围内都可得到。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在第一个实施例中的横截面示意图；和
图2显示按照本发明的刮油环在第二个实施例中的横截面示意图。
附图标记说明：
10： 刮油环
1：  圆盘
2：  圆盘
3：  顶点线(边)
3′：顶点线(边)
4：  扩张弹簧
5：  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
h，h′：工作面
具体实施方式
从图1可看出，一个由多部分组成的刮油环10是由两个钢带-圆盘1和2以及一个扩张弹簧4组成，该弹簧不仅将圆盘沿轴向压向各自的在活塞内的环槽7的侧面5和6中的一个侧面，而且将圆盘沿径向压向汽缸壁8。环槽侧面5表示活塞顶侧的一面，而环槽侧面6表示背向活塞顶侧的一面。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外围上延伸的顶点线3，及圆盘2具有一个冠状的不对称形状的工作面h′，该工作面包含一条顶点线3′，其中每条顶点线3，3′用作为了刮油与汽缸壁8接触的边。在根据图1的第一实施例中，圆盘1和2在活塞的装配状态下是这样相互布置的，使它们的顶点线3，3′(边)分别朝向环槽7的中心方向对齐。按照图1，这个圆盘布置应理解为反向，与此相反，根据图2，圆盘的相互布置应理解为同向。在这个实施例中，两条顶点线3，3′(边)是在扩张弹簧之间朝着离开活塞顶侧的环槽侧面5方向布置的。
按照本发明，圆盘的工作面h和h′具有一个与在发动机工作状态下数百个小时的一个启动过程相应的形状。这个形状可以这样描述：两个圆盘1和2的工作面h，h′在横截面上不对称形状的第一段(I)近似地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)近似地符合函数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和图2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，主要的参数是汽缸直径、圆盘横截面的尺寸、在扩张弹簧上的支撑面的形状和钢带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和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，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，因为扩张弹簧4的形状阻碍圆盘1和2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。根据行程方向紧贴在其中一个槽侧面上的圆盘，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——，然而各自的另一个圆盘，基于定义的工作面的凸度，具有一个改善的液力性能——“面”支撑，如图1所示。因此在这个圆盘上的磨损减少了，此外，该圆盘在扭坏状态下刮油作用更不好。行程方向的改变引起两个圆盘折到各自的另一个位置上，其中描述的比例关系由此在原则上是不会改变的。
在装配由多部分组成的钢带-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.用于内燃机活塞的由多部分组成的刮油环，该刮油环(10)包含两个由钢带组成的带有平行侧面的圆盘(1，2)，所述圆盘的工作面(h，h′)分别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(3，3′)；以及一个布置在圆盘之间的扩张弹簧(4)，该弹簧不仅将圆盘沿轴向压向各自的在活塞内的一个环槽的侧面(5，6)的其中一个侧面，而且将圆盘沿径向压向汽缸壁(8)，
其特征在于，
所述的两个圆盘(1，2)的工作面(h，h′)是这样形成的，使得工作面与一个在发动机启动状态下的几乎损坏的一个最终轮廓相应，其中在刮油环(10)处于活塞的装配状态下时，工作面(h，h′)的顶点线(3，3′)分别反向地朝着环槽(3)的中心方向定位。
2.根据权利要求1所述的由多部分组成的刮油环，其特征在于，两个圆盘(1，2)的工作面(h，h′)在横截面上
-不对称形状的第一段(I)近似地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)近似地符合函数h(x)＝cx2，c为多倍的b。
3.根据权利要求2所述的由多部分组成的刮油环，其特征在于，所述的圆盘的工作面(h，h′)的顶点线(3，3′)分别同向地朝着环槽(8)背向活塞顶侧的侧面(6)定位。
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