專利名稱：內燃機的活塞頂環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機、尤其是大型二沖程發(fā)動機活塞的頂環(huán)，在此情況下，該環(huán)被切口以便在安裝到活塞側壁上的環(huán)槽中時能膨脹，此時，活塞環(huán)切口兩端設計成基本上防止了氣缸燃燒室中的燃氣經該切口流出。
傳統(tǒng)結構的活塞頂環(huán)是通過徑向切割被切開的。當活塞帶著該頂環(huán)安裝到氣缸套內時，該環(huán)的兩端有一定的距離，它隨著該環(huán)的磨損而增加，因為該環(huán)切口的中心線隨著該環(huán)的磨薄同時徑向向外移動，因此，該環(huán)徑便增大，環(huán)兩端之間的間隙也增加。燃燒室內的燃氣在環(huán)間隙處經氣缸套和活塞之間的間隙可向下流動，且因該環(huán)隙隨活塞頂環(huán)磨損而增加，該燃氣直流也會增加，并使氣缸套和活塞在該環(huán)隙附近區(qū)域熱負荷增大，當發(fā)動機運轉時，該活塞頂環(huán)通常會沿環(huán)槽圓周方向位移，但經驗表明該頂環(huán)的移動可以停止，這會對對著該環(huán)隙的下面活塞環(huán)和氣缸套造成大的熱負荷。在頂環(huán)靜止的情況下，增大的局部熱負荷可促使裂紋產生和其它不希望的材料腐蝕。
為希望避免過大的熱負荷，已設計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，并限制燃氣流經環(huán)隙的可能性。這種活塞頂環(huán)可用于以低質油為燃料的發(fā)動機中，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。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)的整個工作壽命期間基本恒定的受限燃氣流。
為此目的，本發(fā)明活塞頂環(huán)的特點為，和氣缸壁接觸的該環(huán)的外側，至少具有兩條自該環(huán)上側延伸到下側的槽，并且這些槽寬的總和達到該環(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)下側的受控和受限的燃氣流，一方面，該活塞頂環(huán)能防止大部分燃燒產物作用于安裝在該頂環(huán)下面的活塞環(huán)組件，因為大部分的壓降產生于該頂環(huán)，另一方面，這些槽使該環(huán)磨損保持在可接受的極限內，因為在該環(huán)上的壓降相對于已知氣密活塞頂環(huán)的壓降是減少了。由于該燃氣流經這些槽產生的，而不是經先前已知的環(huán)隙，因此該燃氣流在該環(huán)的整個使用期間是基本恒定的，這個促使氣缸套、活塞和活塞環(huán)上的熱負荷均勻并受到充分的限制。由于將受限的燃氣流分散于兩個或多個槽，從而達到了在鄰近該槽區(qū)域內的局部熱負荷的顯著下降。由于基本上防止燃氣經該切口流動，由燃氣流產生的局部熱負荷，除了因燃氣流受到限制小于已知的頂環(huán)外，基本上是恒定的，且不取決于環(huán)磨損。
為了得到預期的效果，重要的是，這些槽的總寬達到該環(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)磨損會比較嚴重，如果該總寬度超過圓周的1%，則對下面活塞環(huán)的壓力影響會增加。采用一種活塞頂環(huán)，其中該槽寬度總和達到環(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)得到良好保護之間的適當折衷方案。
這些槽可適當?shù)貎A斜延伸，最好相對于環(huán)面以45°角延伸，這就降低了環(huán)內的圓周張力，但更重要的是，當發(fā)動機運轉時，經這些傾斜槽的受限燃氣流有助于將頂環(huán)保持在運動中，因此，頂環(huán)沿環(huán)槽的圓周方向連續(xù)地移動，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)的整個工作壽命內維持燃氣流經這些槽，則該槽的深度應大于環(huán)預期的經向磨損。盡管槽的深度較大，經該槽的燃氣流取決于處于活塞側壁內的環(huán)槽的徑向外側的槽面積。換名句話說，該燃氣流由沿圓周方向的槽寬及在氣缸套內側和活塞外側之間的間隙所決定。
為了限制該槽周圍區(qū)域內熱負荷，該槽寬應適當?shù)男?。因此，在該環(huán)未磨損時該槽寬大致可為槽深的一半。
如果該活塞頂環(huán)準備跟在該環(huán)工作壽命期內預期磨損的氣缸套一起使用，則該槽的側壁可適當?shù)貜较蛳蛲夥植妗．敋飧滋缀突钊g的間隙尺寸增加時，該槽的更多部分露出，但由于活塞環(huán)同時磨損，因此向內縮小的槽寬使露出的槽面積、從而使熱負荷基本不變。
當以重燃油作為燃料時，燃燒產物包含渣質，則各槽的寬度大于1毫米，以防止渣質堵塞槽，而小于3毫米以限制經該槽并向下進入下面活塞環(huán)的渣質量是理想的。
最好，這些槽的數(shù)量最多為8，而適當?shù)臑?-5，這是部分考慮了槽寬的總和相對于環(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敘述本發(fā)明的實施例。


圖1為經安裝于汽缸套內的活塞的部分剖面圖;
圖2為在切口區(qū)內本發(fā)明的活塞頂環(huán)的放大軸側簡圖;
圖3為在非負荷狀態(tài)下整個活塞頂環(huán)的視圖;
圖4和圖5分別為圖3中環(huán)槽區(qū)內的活塞環(huán)部分的頂視圖和側視圖;
圖6為相應于圖4的本發(fā)明另一實施例的視圖。
圖1表示活塞1，氣缸側壁2，活塞設有幾個環(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。這些活塞環(huán)控制活塞在氣缸套7內的徑向位置，并防止燃燒室8中的燃氣壓力串到活塞下部的空間。布油環(huán)5的外側沒有許多斜槽，它們相互接近使這些槽掃掠過氣缸套的整個內側面，并使?jié)櫥驮谄渖喜汲梢槐∧ぁＨ欢?，也可省去布油環(huán)，如果潤滑油輸運裝置自身能提供適當?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)切口的一個實例，它基本上防止了燃氣流經該切口。該環(huán)槽的外緣用虛線10表示，環(huán)的外側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)另一端的相應環(huán)內。在徑向方向，舌12小于環(huán)4，凹口13在環(huán)內側由緊靠該舌內側的垂直壁定界。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，其下側緊靠舌12的上側。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氣流經該切口。
該環(huán)的外側有4個槽15，它們已和環(huán)面的夾角α傾斜延伸，如圖5所示，當α角處于25°至65°的中間值時，可以得到環(huán)的適當?shù)偷膹埩?。在所示實施例中，α?5°。
當活塞頂用于大型低速柴油機時，在此場合下，活塞直徑可以是，例如0.9米，此時，槽寬b，例如2毫米，槽深t可以是5毫米，如果是新發(fā)動機的話，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，輕微地徑向向外位移，從而使槽15的深度減少。就一個活塞環(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開始露出。環(huán)的進一步磨損會繼續(xù)減少槽15在間隙中的暴露面積，從而減少燃氣流流經該槽。在正常運轉時，環(huán)磨損不會大于4.5毫米。
在圖4中，該槽的側壁基本上是平行的，但如圖6中所示，也可以將該槽設計成使壁16徑向向外叉開。這種側壁結構能自動補償在長時間運轉后所出現(xiàn)的活塞和氣缸套之間較大的間隙，因此，環(huán)槽3外側的槽15的暴露面積在活塞環(huán)的整個使用壽命中基本上是恒定的。
當然，可以將該環(huán)切口設計成另一種基本上氣密的形式，同時采用本發(fā)明的槽，這樣，確保自活塞頂環(huán)的頂側到下側的燃氣流得到控制，從而確保經各槽有均勻和適當限制的燃氣流。
在2個到8個槽之間的燃氣流的分配同樣減輕了各槽的熱負荷。
按照本發(fā)明，可以在同一活塞上采用多于一個活塞頂環(huán)，這樣，頂環(huán)所經受的壓力降被分散在幾個環(huán)上。
權利要求
1.一種內燃機、尤其是大型二沖程發(fā)動機活塞(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壁(2)上的環(huán)槽(3)內時該環(huán)的膨脹，該環(huán)在切口(9)兩端設計成基本上防止氣缸燃燒室(8)中的燃氣流經該切口，其特征在于要跟氣缸壁接觸的該環(huán)的外側(11)至少具有二條自該環(huán)上側延伸到下側的槽(15)，該槽寬b的總和達到環(huán)(4)圓周的0.1-1%，最好為0.2-0.5%。
2.按權利要求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)預計的徑向磨損。
4.按權利要求3所述的活塞頂環(huán)，其特征在于當環(huán)(4)未磨損時，槽寬(b)大致為其深度(t)的一半。
5.按權利要求1-4任一項所述的活塞頂環(huán)，其特征在于槽壁(16)經向向外分叉。
6.按權利要求1-5任一項所述的活塞頂環(huán)，其特征在于各槽寬(b)為1.0-3.0毫米，最好為2毫米。
7.按權利要求1-6任一項所述的活塞頂環(huán)，其特征在于槽數(shù)量最多為8，3至5適當。
全文摘要
活塞頂環(huán)(4)按允許該環(huán)膨脹的間隙(9)設計，這樣，基本上防止了氣缸燃燒室內的燃氣流流經該間隙。該環(huán)的外側(11)至少有兩個自環(huán)上側延伸到下側的槽(15)，以給出自工作室至環(huán)下側被充分限定和受控的熱燃氣流。槽(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F16J9/00GK1094490SQ9312033
公開日1994年11月2日 申請日期1993年11月22日 優(yōu)先權日1992年11月23日
發(fā)明者J·W·福格 申請人:曼·B及W柴油機公司