專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的活塞頂環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)、尤其是大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的頂環(huán)，在此情況下，該環(huán)被切口以便在安裝到活塞側(cè)壁上的環(huán)槽中時(shí)能膨脹，此時(shí)，活塞環(huán)切口兩端設(shè)計(jì)成基本上防止了氣缸燃燒室中的燃?xì)饨?jīng)該切口流出。
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的活塞頂環(huán)是通過徑向切割被切開的。當(dāng)活塞帶著該頂環(huán)安裝到氣缸套內(nèi)時(shí)，該環(huán)的兩端有一定的距離，它隨著該環(huán)的磨損而增加，因?yàn)樵摥h(huán)切口的中心線隨著該環(huán)的磨薄同時(shí)徑向向外移動(dòng)，因此，該環(huán)徑便增大，環(huán)兩端之間的間隙也增加。燃燒室內(nèi)的燃?xì)庠诃h(huán)間隙處經(jīng)氣缸套和活塞之間的間隙可向下流動(dòng)，且因該環(huán)隙隨活塞頂環(huán)磨損而增加，該燃?xì)庵绷饕矔?huì)增加，并使氣缸套和活塞在該環(huán)隙附近區(qū)域熱負(fù)荷增大，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該活塞頂環(huán)通常會(huì)沿環(huán)槽圓周方向位移，但經(jīng)驗(yàn)表明該頂環(huán)的移動(dòng)可以停止，這會(huì)對(duì)對(duì)著該環(huán)隙的下面活塞環(huán)和氣缸套造成大的熱負(fù)荷。在頂環(huán)靜止的情況下，增大的局部熱負(fù)荷可促使裂紋產(chǎn)生和其它不希望的材料腐蝕。
為希望避免過大的熱負(fù)荷，已設(shè)計(jì)了幾種不同型式的頂環(huán)，其中該環(huán)的兩端具有相互重疊的舌，這些舌至少阻塞了環(huán)隙的大部分，并限制燃?xì)饬鹘?jīng)環(huán)隙的可能性。這種活塞頂環(huán)可用于以低質(zhì)油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中，其中，頂環(huán)防止燃燒殘余物向下串入頂環(huán)下面的環(huán)組件內(nèi)。然而，這些所謂的氣密頂環(huán)極易受到磨損，該環(huán)的磨損取決于環(huán)上、下兩側(cè)的壓差。
本發(fā)明目的是要提供一種工作壽命長的活塞頂環(huán)，它允許一股在該環(huán)的整個(gè)工作壽命期間基本恒定的受限燃?xì)饬鳌?br> 為此目的，本發(fā)明活塞頂環(huán)的特點(diǎn)為，和氣缸壁接觸的該環(huán)的外側(cè)，至少具有兩條自該環(huán)上側(cè)延伸到下側(cè)的槽，并且這些槽寬的總和達(dá)到該環(huán)圓周的0.1-1%，最好為。0.2-0.5%。
這些槽提供了這樣一股自燃燒室到該環(huán)下側(cè)的受控和受限的燃?xì)饬?，一方面，該活塞頂環(huán)能防止大部分燃燒產(chǎn)物作用于安裝在該頂環(huán)下面的活塞環(huán)組件，因?yàn)榇蟛糠值膲航诞a(chǎn)生于該頂環(huán)，另一方面，這些槽使該環(huán)磨損保持在可接受的極限內(nèi)，因?yàn)樵谠摥h(huán)上的壓降相對(duì)于已知?dú)饷芑钊敪h(huán)的壓降是減少了。由于該燃?xì)饬鹘?jīng)這些槽產(chǎn)生的，而不是經(jīng)先前已知的環(huán)隙，因此該燃?xì)饬髟谠摥h(huán)的整個(gè)使用期間是基本恒定的，這個(gè)促使氣缸套、活塞和活塞環(huán)上的熱負(fù)荷均勻并受到充分的限制。由于將受限的燃?xì)饬鞣稚⒂趦蓚€(gè)或多個(gè)槽，從而達(dá)到了在鄰近該槽區(qū)域內(nèi)的局部熱負(fù)荷的顯著下降。由于基本上防止燃?xì)饨?jīng)該切口流動(dòng)，由燃?xì)饬鳟a(chǎn)生的局部熱負(fù)荷，除了因燃?xì)饬魇艿较拗菩∮谝阎捻敪h(huán)外，基本上是恒定的，且不取決于環(huán)磨損。
為了得到預(yù)期的效果，重要的是，這些槽的總寬達(dá)到該環(huán)圓周的0.1-1%。如果這些槽寬的總和小于該環(huán)圓周的0.1%，則該環(huán)磨損會(huì)比較嚴(yán)重，如果該總寬度超過圓周的1%，則對(duì)下面活塞環(huán)的壓力影響會(huì)增加。采用一種活塞頂環(huán)，其中該槽寬度總和達(dá)到環(huán)圓周的0.2-0.5%，業(yè)已獲得一種頂環(huán)低磨損和下面環(huán)得到良好保護(hù)之間的適當(dāng)折衷方案。
這些槽可適當(dāng)?shù)貎A斜延伸，最好相對(duì)于環(huán)面以45°角延伸，這就降低了環(huán)內(nèi)的圓周張力，但更重要的是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)這些傾斜槽的受限燃?xì)饬饔兄趯㈨敪h(huán)保持在運(yùn)動(dòng)中，因此，頂環(huán)沿環(huán)槽的圓周方向連續(xù)地移動(dòng)，這就減輕了氣缸套及下面活塞環(huán)的局部過熱。如果希望有一種較大或較小的位移效果，可使該槽跟環(huán)面形成大于或小于例如30°至60°的銳角。
如果希望在該環(huán)的整個(gè)工作壽命內(nèi)維持燃?xì)饬鹘?jīng)這些槽，則該槽的深度應(yīng)大于環(huán)預(yù)期的經(jīng)向磨損。盡管槽的深度較大，經(jīng)該槽的燃?xì)饬魅Q于處于活塞側(cè)壁內(nèi)的環(huán)槽的徑向外側(cè)的槽面積。換名句話說，該燃?xì)饬饔裳貓A周方向的槽寬及在氣缸套內(nèi)側(cè)和活塞外側(cè)之間的間隙所決定。
為了限制該槽周圍區(qū)域內(nèi)熱負(fù)荷，該槽寬應(yīng)適當(dāng)?shù)男　Ｒ虼?，在該環(huán)未磨損時(shí)該槽寬大致可為槽深的一半。
如果該活塞頂環(huán)準(zhǔn)備跟在該環(huán)工作壽命期內(nèi)預(yù)期磨損的氣缸套一起使用，則該槽的側(cè)壁可適當(dāng)?shù)貜较蛳蛲夥植?。?dāng)氣缸套和活塞之間的間隙尺寸增加時(shí)，該槽的更多部分露出，但由于活塞環(huán)同時(shí)磨損，因此向內(nèi)縮小的槽寬使露出的槽面積、從而使熱負(fù)荷基本不變。
當(dāng)以重燃油作為燃料時(shí)，燃燒產(chǎn)物包含渣質(zhì)，則各槽的寬度大于1毫米，以防止渣質(zhì)堵塞槽，而小于3毫米以限制經(jīng)該槽并向下進(jìn)入下面活塞環(huán)的渣質(zhì)量是理想的。
最好，這些槽的數(shù)量最多為8，而適當(dāng)?shù)臑?-5，這是部分考慮了槽寬的總和相對(duì)于環(huán)圓周不要變得太大，部分考慮了各槽的寬度不要小到該槽被積炭和其它燃燒殘留物所堵塞。
下面參照簡圖更詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1為經(jīng)安裝于汽缸套內(nèi)的活塞的部分剖面圖;
圖2為在切口區(qū)內(nèi)本發(fā)明的活塞頂環(huán)的放大軸側(cè)簡圖;
圖3為在非負(fù)荷狀態(tài)下整個(gè)活塞頂環(huán)的視圖;
圖4和圖5分別為圖3中環(huán)槽區(qū)內(nèi)的活塞環(huán)部分的頂視圖和側(cè)視圖;
圖6為相應(yīng)于圖4的本發(fā)明另一實(shí)施例的視圖。
圖1表示活塞1，氣缸側(cè)壁2，活塞設(shè)有幾個(gè)環(huán)槽3，其中頂槽裝有活塞頂環(huán)4，底槽裝有布油環(huán)5，而普通活塞環(huán)6裝在中間槽內(nèi)。這些活塞環(huán)控制活塞在氣缸套7內(nèi)的徑向位置，并防止燃燒室8中的燃?xì)鈮毫Υ交钊虏康目臻g。布油環(huán)5的外側(cè)沒有許多斜槽，它們相互接近使這些槽掃掠過氣缸套的整個(gè)內(nèi)側(cè)面，并使?jié)櫥驮谄渖喜汲梢槐∧ぁＨ欢部墒∪ゲ加铜h(huán)，如果潤滑油輸運(yùn)裝置自身能提供適當(dāng)?shù)臐櫥头植嫉脑挕?br> 活塞頂環(huán)有一切口9，它使裝于環(huán)槽3中的頂環(huán)的環(huán)徑能部分地脹大，在環(huán)磨損時(shí)容許環(huán)兩端相互部分地撤離。
圖2表示了環(huán)切口的一個(gè)實(shí)例，它基本上防止了燃?xì)饬鹘?jīng)該切口。該環(huán)槽的外緣用虛線10表示，環(huán)的外側(cè)11與氣缸套相接觸，在附圖中未表示。環(huán)的一端有凸舌12，凸入環(huán)另一端的相應(yīng)環(huán)內(nèi)。在徑向方向，舌12小于環(huán)4，凹口13在環(huán)內(nèi)側(cè)由緊靠該舌內(nèi)側(cè)的垂直壁定界。舌12的軸向高度小于環(huán)高，凹口13的上方由凸出部14定界，其下側(cè)緊靠舌12的上側(cè)。由于舌12在寬度和高度方向填滿了凹口13，因此，不管該舌和凹口13的底部沿圓周方向有間隔，自然基本上防止了燃?xì)饬鹘?jīng)該切口。
該環(huán)的外側(cè)有4個(gè)槽15，它們已和環(huán)面的夾角α傾斜延伸，如圖5所示，當(dāng)α角處于25°至65°的中間值時(shí)，可以得到環(huán)的適當(dāng)?shù)偷膹埩ΑＴ谒緦?shí)施例中，α＝45°。
當(dāng)活塞頂用于大型低速柴油機(jī)時(shí)，在此場合下，活塞直徑可以是，例如0.9米，此時(shí)，槽寬b，例如2毫米，槽深t可以是5毫米，如果是新發(fā)動(dòng)機(jī)的話，這可以跟活塞和氣缸套之間的大約0.3毫米間隙相比。
環(huán)的磨損影響到它在氣缸套上滑動(dòng)的徑向外表面。環(huán)由于其本身的彈簧作用頂在氣缸套上，這意味著在環(huán)磨損的同時(shí)，輕微地徑向向外位移，從而使槽15的深度減少。就一個(gè)活塞環(huán)和所提到的尺寸間隙來說，該環(huán)寬可徑向磨損到大于4.5毫米，而后槽底在活塞和氣缸套之間的間隙內(nèi)開始露出。環(huán)的進(jìn)一步磨損會(huì)繼續(xù)減少槽15在間隙中的暴露面積，從而減少燃?xì)饬髁鹘?jīng)該槽。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)磨損不會(huì)大于4.5毫米。
在圖4中，該槽的側(cè)壁基本上是平行的，但如圖6中所示，也可以將該槽設(shè)計(jì)成使壁16徑向向外叉開。這種側(cè)壁結(jié)構(gòu)能自動(dòng)補(bǔ)償在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后所出現(xiàn)的活塞和氣缸套之間較大的間隙，因此，環(huán)槽3外側(cè)的槽15的暴露面積在活塞環(huán)的整個(gè)使用壽命中基本上是恒定的。
當(dāng)然，可以將該環(huán)切口設(shè)計(jì)成另一種基本上氣密的形式，同時(shí)采用本發(fā)明的槽，這樣，確保自活塞頂環(huán)的頂側(cè)到下側(cè)的燃?xì)饬鞯玫娇刂?，從而確保經(jīng)各槽有均勻和適當(dāng)限制的燃?xì)饬鳌?br> 在2個(gè)到8個(gè)槽之間的燃?xì)饬鞯姆峙渫瑯訙p輕了各槽的熱負(fù)荷。
按照本發(fā)明，可以在同一活塞上采用多于一個(gè)活塞頂環(huán)，這樣，頂環(huán)所經(jīng)受的壓力降被分散在幾個(gè)環(huán)上。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)、尤其是大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)活塞(1)的活塞頂環(huán)(4)，其中該環(huán)有切口，以容許在裝于活塞側(cè)壁(2)上的環(huán)槽(3)內(nèi)時(shí)該環(huán)的膨脹，該環(huán)在切口(9)兩端設(shè)計(jì)成基本上防止氣缸燃燒室(8)中的燃?xì)饬鹘?jīng)該切口，其特征在于要跟氣缸壁接觸的該環(huán)的外側(cè)(11)至少具有二條自該環(huán)上側(cè)延伸到下側(cè)的槽(15)，該槽寬b的總和達(dá)到環(huán)(4)圓周的0.1-1%，最好為0.2-0.5%。
2.按權(quán)利要求1或2的活塞頂環(huán)，其特征在于槽(15)傾斜延伸，最好跟該環(huán)平面成45°角(α)延伸。
3.按權(quán)利要求1或2的活塞頂環(huán)，其特征在于槽深(t)大于該環(huán)預(yù)計(jì)的徑向磨損。
4.按權(quán)利要求3所述的活塞頂環(huán)，其特征在于當(dāng)環(huán)(4)未磨損時(shí)，槽寬(b)大致為其深度(t)的一半。
5.按權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的活塞頂環(huán)，其特征在于槽壁(16)經(jīng)向向外分叉。
6.按權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的活塞頂環(huán)，其特征在于各槽寬(b)為1.0-3.0毫米，最好為2毫米。
7.按權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的活塞頂環(huán)，其特征在于槽數(shù)量最多為8，3至5適當(dāng)。
全文摘要
活塞頂環(huán)(4)按允許該環(huán)膨脹的間隙(9)設(shè)計(jì)，這樣，基本上防止了氣缸燃燒室內(nèi)的燃?xì)饬髁鹘?jīng)該間隙。該環(huán)的外側(cè)(11)至少有兩個(gè)自環(huán)上側(cè)延伸到下側(cè)的槽(15)，以給出自工作室至環(huán)下側(cè)被充分限定和受控的熱燃?xì)饬?。?15)限定了該環(huán)上的壓力降，從而限定了該環(huán)的磨損。
文檔編號(hào)F16J9/00GK1094490SQ9312033
公開日1994年11月2日 申請(qǐng)日期1993年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月23日
發(fā)明者J·W·福格 申請(qǐng)人:曼·B及W柴油機(jī)公司