CN201269146Y - 活塞环 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是关于一个用于内燃机活塞的活塞环(10，20)，该活塞环包括一个环体(11，21)、形成活塞环开口(14，24)的两个开口端(15，16；25，26)及一个决定环外径的环工作面(12，22)和一个决定环内径的环内表面(13，23)。本实用新型进行如下设计：在环体(11，21)上的每个开口端(15，16；25，26)的区域内分别设置一个由区别于环体(11，21)材料的其他材料所制成的区段(17，18；27，28)，这些区段(17，18；27，28)材料的热膨胀系数小于环体(11，21)材料的热膨胀系数。

Description

活塞环
技术领域
本发明是关于一种用于内燃机活塞的活塞环和一种制造这种活塞环的方法，该活塞环包括一个环体、形成环开口的开口端及一个决定环外径的环工作面和一个决定环内径的环内表面。
背景技术
这种活塞环的用途为，在内燃机中将燃烧室与曲轴箱密封，同时将在工作过程中在燃烧室中产生的热量通过活塞环的工作面从活塞传递到气缸上去。为了完成此任务，活塞环在活塞运动时必须密封地紧贴气缸壁。这时尤其是活塞环从环开口延伸出的开口端承受较高的热负荷，这由于在活塞环上所产生的内应力而导致作用于开口端的径向压力增大。在开口端的区域内的该增大的点力引发更高的压紧力及由此导致工作面在开口端上的磨损，以及可能导致在相邻区域内的径向压力变弱，这可能会导致所不希望的环工作面与气缸壁之间不密封。
为了克服这个缺点，在已知的这种类型的活塞环中建议通过赋予活塞环特定的形状，即通过增大或缩小横截面，尤其是环开口区域内，来削弱出现的不平衡的径向压力。这种类型的已知实施形式在德国专利文献DE 100 41 802 C1和欧洲专利申请EP 0253069 A1中都有描述。然而，按此方法塑造的活塞环并不能十分满意地解决这个问题。
发明内容
因此本发明的任务在于，构造一种符合这种类型的活塞环，使得在工作过程中在整个活塞环的周边上产生的径向压力尽可能均衡。
解决方案是一种具有权利要求1所描述的特征的活塞环。根据本发明进行如下设计：在环体上在每个开口端的区域内分别设置一个由与环体材料不同的材料组成的区段，以及这些区段的材料的热膨胀系数小于环体材料的热膨胀系数。此外，本发明还介绍了一种制造这种活塞环的方法，在该方法中，活塞环由一个带状的半成品弯成圆形而得到，其中，构成这些区段的材料在活塞环弯成圆形之前已经设置在带状的半成品上了。
本发明的基本构思是，通过在开口端区域内设置用单独的材料制成的区段，来平衡在端头处由高的热负荷引起的作用于开口端上的增大的径向压力。这种材料与环体所用材料的区别在于它有较小的热膨胀系数。借此可以达到如下效果：在开口端区域内高的热负荷不再像以前一样使得开口端向气缸壁方向扩张，而是使得开口端能够基本上保持在它们的期望位置上。因此，基本上避免了现有技术条件下在开口端区域内观测到的增大的点力，从而也使得在活塞环的相邻区域内的径向压力不再减弱，而是基本上保持恒定。因此，在开口端区域内也不再会出现在开口端区域内的工作面磨损增加或者环工作面与气缸壁之间的不密封。本发明的活塞环也可容易生产，尤其是采用本发明的方法。
有利的改进方案可由从属权利要求中得出。
只要能实现本发明所带来的效果，本领域技术人员可以任意选择根据本发明设计的区段的形状和布置方式。这些区段比如可以分别至少部分是覆盖活塞环的一个开口端的整个横截面，但是，比如也可以只覆盖活塞环的一个开口端朝向环内表面的部分横截面。这些区段也可以比如具有从相应的开口端开始不断减小的，或呈阶梯状减小的，或也可以保持恒定的部分横截面。以有利的方式，这些区段可以占据整个环宽尺寸的10％到100％。
本发明的另一个设计方案设计为，这些区段从相应的开口端开始覆盖一个角度为从15度到45度的圆弧。这样的尺寸通常足以达到本发明的效果。
通常环体是由钢或铸铁制成的，而这些区段的材料例如可以考虑铬，钼，钨，钛，硬质合金材料或者因瓦合金。
本发明的区段可以根据在个别情况下所使用的材料，通过任意的方式与环体连接，比如，通过等离子-或HVOF-喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂，金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造。
最后，可以通过大家所熟知的方式至少给本发明的活塞环的工作面配备一种具有高耐磨强度的材料。比如铬，PVD-涂层，HVOF-涂层或者诸如此类。
附图说明
接下来借助于附图介绍一下本发明的实施例。这里描绘的是示意图，并不按其真实比例。
图1a示出了本发明的活塞环的一种实施例的俯视图；
图1b示出了如图1a的活塞环沿图1a中的Ib-Ib线的截面图；
图1c示出了带有一层涂层的活塞环按照图1b的截面图；
图2a示出了本发明的活塞环的另一种实施例的俯视图；
图2b示出了如图2a的活塞环沿图2a中的IIb-IIb线的截面图；
图2c示出了带有一层涂层的活塞环按照图2b的截面图；
图3示出了用于制造如图2a的活塞环所需的半成品的俯视图。
具体实施方式
图1a和1b展示了用于内燃机活塞的本发明的活塞环10的第一个实施例。活塞环10由钢或铸铁制成并具有一个环体11，该环体的横截面大致为长方形。活塞环10沿其外周面具有一个决定活塞环10外径的环工作面12。此外，活塞环10还具有一个决定环内径的环内表面13。最后，活塞环10还具有一个由开口端15，16形成并限定的环开口14。
活塞环10在其开口端15，16的区域内配置了区段17和18，这两个区段由一种热膨胀系数小于环体11材料的热膨胀系数的材料制成。如图1b和1c中所示，在本实施例中，这两个区段17，18覆盖了开口端的整个横截面。
对于由钢或铸铁制成的环体11，比如铬，钼，钨，钛，硬质合金材料或者因瓦合金适合用作这些区段的材料。区段17，18根据所用的材料，通过等离子或HVOF喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂，金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造等方式与环体相连接。在本例中段17，18覆盖了活塞环10占据30度的角度α一个圆弧。
从图c中可以看出，活塞环10配置了由一种具有高耐磨强度的材料所制成的涂层19。这种涂层及其制造方法已经为大家所熟知。
图2a和2b展示了用于内燃机活塞的本发明的活塞环20的另一个实施例。活塞环20由钢或铸铁制成并具有一个环体21，该环体21的横截面大致为长方形。活塞环20沿其外周面具有一个决定活塞环20外径的环工作面22。此外，活塞环20还具有一个决定环内径的环内表面23。最后，活塞环20还具有一个由开口端25，26形成并限定的环开口24。
活塞环20在其开口端25，26的区域内配置了区段27和28，这两个区段由一种热膨胀系数小于环体21材料的热膨胀系数的材料制成。如图2b和2c中所示，在本实施例中，这两个区段27，28分别覆盖了活塞环20的每个开口端25，26的朝向环内表面23的部分横截面。在本例中，区段27，28的形状大致为楔形，也就是说，区段27，28从开口端25，26开始具有不断减小的部分横截面。当然，这两个区段也可以设计成具有呈阶梯状减小或者始终保持不变的部分横截面。最后，这两个区段可以在相应的开口端处覆盖整个横截面，就像图1a所描述的那样，并具有从此处开始不断减小或呈阶梯状减小的部分横截面。
对于由钢或铸铁制成的环体21，比如铬，钼，钨，钛，硬质合金材料或者因瓦合金适合用作这些区段的材料。区段27，28根据所用的材料，通过等离子或HVOF喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂，金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造等方式与环体相连接。在本例中，区段27，28覆盖了活塞环20占据30度的角度α的一个圆弧。
从图2c中可以看出，活塞环20配置了由一种具有高耐磨强度的材料制成的涂层29。这种涂层及其制造方法已经为大家所熟知。
图3示意地展示了一种以熟悉的方式用于制造活塞环的带状的半成品30。在本实施例中，该半成品30被设计用于制造如图2a的活塞环20并具有一个基体，该半成品具有一个在其两端区域内配备了区段27，28的基体31。

Claims (11)

1.用于内燃机活塞的活塞环(10，20)，该活塞环包括一个环体(11，21)，形成一环开口(14，24)的开口端(15，16；25，26)以及一个决定环外径的环工作面(12，22)和一个决定环内径的环内表面(13，23)，其特征在于，在环体(11，21)上在每个开口端(15，16；25，26)的区域内分别设置一个由区别于环体(11，21)材料的其他材料所制成的区段(17，18；27，28)，且这些区段(17，18；27，28)的材料的热膨胀系数小于环体(11，21)材料的热膨胀系数。
2.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17，18)至少部分是覆盖了活塞环(10)开口端(15，16)的整个横截面。
3.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(27，28)分别覆盖了活塞环(20)的一个开口端(25，26)朝向环内表面的部分横截面。
4.按照前述权利要求中任意一项的活塞环，其特征在于，每个区段(17，18；27，28)具有从开口端(15，16；25，26)开始不断减小或呈阶梯状减小的部分横截面。
5.按照权利要求1到3中的任意一项的活塞环，其特征在于，每个区段(17，18；27，28)具有从开口端(15，16；25，26)开始保持不变的部分横截面。
6.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17，18；27，28)从相应的开口端(15，16；25，26)开始覆盖了占据15度到45度的角度(α)的一个圆弧。
7.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17，18；27，28)占据了整个环宽尺寸的10％到100％。
8.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，所述区段(17，18；27，28)通过等离子或HVOF喷涂，激光焊接，电镀层，冷喷涂，金属镀层，摩擦焊接，粘贴，钎焊，铸造或复式铸造方式与环体(11，21)相连接。
9.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，设计所述区段(17，18；27，28)的材料采用铬，钼，钨，钛，硬质合金材料或者因瓦合金。
10.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，环体(11，21)由钢或铸铁制成。
11.按照权利要求1的活塞环，其特征在于，至少在其环工作面(12，22)上配备一种具有高耐磨强度的材料，如铬，PVD涂层，HV0F涂层。
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