具有周期性變化屬性的活塞環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有周期性變化屬性的活塞環(huán)，特別是用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者壓縮機(jī)的、具有周期性變化的支承表面寬度或者尺寸界線(xiàn)(Witness line)寬度、或者支承表面和側(cè)面之間的周期性變化的角度、或者支承表面輪廓的周期性變化半徑的活塞環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]用于船舶的現(xiàn)代大體積的發(fā)動(dòng)機(jī)通常是二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@些發(fā)動(dòng)機(jī)可以被設(shè)計(jì)成使得它們的旋轉(zhuǎn)速度通常位于大約50rpm至250rpm(通常低于lOOrmp)的范圍內(nèi)，且根據(jù)氣缸數(shù)，它們的功率可高達(dá)約100麗。這種大體積、緩慢運(yùn)行的二沖程船舶發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地直接作用于螺旋槳的驅(qū)動(dòng)軸上，因?yàn)?，作為它們的旋轉(zhuǎn)速度的結(jié)果，降低旋轉(zhuǎn)速度的減速齒輪可以被省去。
[0003]通常地，這種大體積的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)單獨(dú)的油路，一個(gè)用于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑，一個(gè)用于氣缸潤(rùn)滑。氣缸潤(rùn)滑確保在合適的時(shí)間提供足夠的潤(rùn)滑油，以確保氣缸表面或活塞環(huán)的充分潤(rùn)滑。
[0004]根據(jù)機(jī)器的負(fù)載，氣缸潤(rùn)滑油通過(guò)襯套被注射進(jìn)入活塞腔體?；钊h(huán)或它們的支承表面在這個(gè)潤(rùn)滑膜上運(yùn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間，窄的油膜，即所謂的尺寸界線(xiàn)，在支承表面和襯套之間形成。在這種情況下，尤其是注射盡可能少的潤(rùn)滑油以便節(jié)省成本和防止?jié)櫥靠赡苁且粋€(gè)問(wèn)題。氣缸潤(rùn)滑例如在上沖程的三分之一完成，由此潤(rùn)滑油通過(guò)潤(rùn)滑油入口由潤(rùn)滑油栗供給到氣缸，潤(rùn)滑油入口設(shè)置在例如氣缸壁的一個(gè)平面內(nèi)，以便盡可能確?；钊突钊h(huán)的潤(rùn)滑最佳。供給至氣缸的油通常通過(guò)氣體反壓法來(lái)完成。
[0005]例如，潤(rùn)滑油注射系統(tǒng)可以被使用，它以精確計(jì)量的方式經(jīng)噴嘴將潤(rùn)滑油注射到氣缸內(nèi)。計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)記錄(register)活塞所在的位置，之后特別地供給潤(rùn)滑油。這在高壓力下完成，使得潤(rùn)滑油非常精細(xì)地噴射，以便盡可能均勻地實(shí)現(xiàn)氣缸襯套的濕潤(rùn)，特別是活塞環(huán)所位于且摩擦實(shí)際發(fā)生之處。
[0006]考慮到具有大約50rpm至250rpm的旋轉(zhuǎn)速度的現(xiàn)代大體積二沖程船舶發(fā)動(dòng)機(jī)在高達(dá)2500mm的沖程下操作，可用于供給潤(rùn)滑油和分配所供給的潤(rùn)滑油的時(shí)間間隔很小，對(duì)確保潤(rùn)滑質(zhì)量造成重大挑戰(zhàn)。如果假定，例如氣缸具有900mm的(內(nèi)部)直徑，且必須為氣缸壁內(nèi)的油供給提供圓周均勻分布的8個(gè)通路(access)，所供給的潤(rùn)滑油必須以提供的時(shí)間間隔、在大約350mm的長(zhǎng)度上、在活塞環(huán)的圓周方向上從各個(gè)通路開(kāi)始分配。
[0007]結(jié)果表明，采用一個(gè)或多個(gè)活塞環(huán)的常規(guī)設(shè)計(jì)，由于在圓周方向上缺少壓力梯度，在圓周方向或者切線(xiàn)方向上沒(méi)有或者僅僅獲得潤(rùn)滑油的非常窄的分布或者運(yùn)動(dòng)(最多約3% )。另一方面，潤(rùn)滑油主要(約97% )在活塞環(huán)的運(yùn)行方向或軸向上運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域總的是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞壓縮機(jī)，也可以是船舶用途之外的。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種活塞環(huán)，作為潤(rùn)滑油的改進(jìn)分配的結(jié)果，也確保在圓周方向上的充分潤(rùn)滑條件，這確保了較低的油消耗、以及較低的漏氣，且有利于生產(chǎn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種活塞環(huán)，具有外部圓周表面、內(nèi)部圓周表面、以及兩個(gè)側(cè)面，其中圓周表面具有球形輪廓，且其中
[0011]-所述球形輪廓具有大體平坦的頂區(qū)域，所述頂區(qū)域定義了所述活塞環(huán)的支承表面，且其中所述支承表面的軸向?qū)挾仍谒龌钊h(huán)的圓周周期性地變化；和/或
[0012]-所述球形輪廓具有大體平坦的頂區(qū)域，所述頂區(qū)域定義了所述活塞環(huán)的支承表面，且其中所述支承表面和至少一個(gè)側(cè)面之間的角度在所述活塞環(huán)的圓周周期性地變化；和/或
[0013]-其中所述球形輪廓的半徑在所述活塞環(huán)的圓周周期性地變化。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于活塞環(huán)的新類(lèi)型的支承表面輪廓。所述活塞環(huán)的支承表面具有大體凸出的球形配置的輪廓，所述輪廓具有頂區(qū)域。在所述頂區(qū)域，所述活塞環(huán)在操作期間與所述襯套鄰接，即，所述頂區(qū)域定義了所述活塞環(huán)的支承表面。根據(jù)本發(fā)明，屬性“所述支承表面的軸向?qū)挾取?、“所述支承表面與至少一個(gè)側(cè)面之間的角度”、以及“所述球形輪廓的半徑”中的一個(gè)或幾個(gè)變化。
[0015]在第一替代中，這個(gè)支承表面的軸向?qū)挾仍趫A周方向上變化，換句話(huà)說(shuō)，所述支承表面的軸向?qū)挾茸鳛檠刂鴪A周的角位置的函數(shù)而變化。以同樣的方式，在操作期間在所述支承表面和所述襯套之間形成的潤(rùn)滑油的尺寸界線(xiàn)隨著所述支承表面的可變寬度而變化。
[0016]在第二替代中，所述支承表面與至少一個(gè)側(cè)面之間的角度在所述活塞環(huán)的圓周方向上變化。換句話(huà)說(shuō)，所述支承表面和所述側(cè)面之間的面積隨著所述側(cè)面方向上的變化陡度而減少。
[0017]在第三替代中，所述球形輪廓的半徑在所述活塞環(huán)的圓周方向上變化。應(yīng)該注意，在這個(gè)實(shí)施例中，大體平坦的支承表面出現(xiàn)并不是絕對(duì)必須的。也可以?xún)H通過(guò)球形輪廓的更大或更小的角度，來(lái)實(shí)現(xiàn)此處的更寬或更窄的尺寸界線(xiàn)的配置。在具有大體平坦的頂區(qū)域的同樣可能的變型中，半徑與沒(méi)有頂區(qū)域的虛擬輪廓相關(guān)(即，與沒(méi)有頂區(qū)域的虛擬輪廓相關(guān))。
[0018]這些替代也可以任意組合。
[0019]所述活塞環(huán)的支承表面以這樣的方式配置，因此具有這樣的效果:作為可變尺寸界線(xiàn)寬度或者可變角度或者可變半徑的結(jié)果，在連續(xù)的操作中，在圓周方向上建立流體動(dòng)力壓力。這些流體動(dòng)力壓力導(dǎo)致壓力梯度，所述壓力梯度導(dǎo)致潤(rùn)滑油通量且導(dǎo)致潤(rùn)滑油在圓周方向上或者切線(xiàn)方向上的重新分配。所述潤(rùn)滑油的流體動(dòng)力影響的重新分配導(dǎo)致所要求的供給降低、以及所供給的或者注射的潤(rùn)滑油在圓周方向上的更均勻和更快速的分配。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支承表面的中心的軸向位置周期性地變化。因此，壓力梯度的形成可以加強(qiáng)。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，寬度和/或所述支承表面的中心的位置的變化包括至少一個(gè)全周期。優(yōu)選全周期數(shù)。優(yōu)選地所述全周期數(shù)介于4和34之間。所述全周期數(shù)可以適于饋給-通過(guò)通路的數(shù)量，通過(guò)所述饋給-通過(guò)通路，所述潤(rùn)滑油在例如氣體反壓法中被壓入或者注射入所述氣缸內(nèi)。因此，例如，所述周期的數(shù)量可以等于所述饋給-通過(guò)通路或者噴嘴的數(shù)量，或者是其整數(shù)倍。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述支承表面的寬度和/或中心的位置的變化、和/或所述支承表面與所述至少一個(gè)側(cè)面之間的角度的變化、和/或所述支承表面輪廓的半徑的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫對(duì)稱(chēng)。
[0023]根據(jù)替代實(shí)施例，
[0024]-所述寬度和/或支承表面的中心的位置的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫不對(duì)稱(chēng)；和/或
[0025]-所述支承表面與所述至少一個(gè)側(cè)面之間的角度的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫不對(duì)稱(chēng)；和/或
[0026]-所述球形輪廓的半徑的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫不對(duì)稱(chēng)；和/或
[0027]-當(dāng)從所述活塞環(huán)的圓周方向上觀(guān)察，所述寬度和/或支承表面的中心的位置的變化的特性在每個(gè)圓周方向上不同；和/或
[0028]-當(dāng)從所述活塞環(huán)的圓周方向上觀(guān)察，所述支承表面與所述至少一個(gè)側(cè)面之間的角度的變化的特性在每個(gè)圓周方向上不同；和/或
[0029]-當(dāng)從所述活塞環(huán)的圓周方向上觀(guān)察，所述球形輪廓的半徑的變化特性在每個(gè)圓周方向上不同。
[0030]特別地，作為每個(gè)圓周方向上的不同特性的變化的結(jié)果，可以采用一種類(lèi)型的“運(yùn)行方向連接(binding) ”或者流體動(dòng)力壓力產(chǎn)生的潤(rùn)滑油流來(lái)產(chǎn)生壓力梯度，因此壓力差可以特別地產(chǎn)生，使得更多的油在一個(gè)圓周方向上流動(dòng)/所述油比在相反的圓周方向上流得更快。例如，這可以通過(guò)大約鋸齒狀的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，其上升或下降側(cè)面在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上比在相反的旋轉(zhuǎn)方向上上升/下降得更強(qiáng)烈。
[0031]因此，在可變的支承表面寬度/中心至中心的位置的這個(gè)優(yōu)選方向定義的旋轉(zhuǎn)方向上，力相反地作用在活塞環(huán)上。因此，如果期望，活塞環(huán)的旋轉(zhuǎn)可以被激發(fā)，以便避免任何抓住(seizing)，且使得磨損更加均勾。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支承表面的邊緣平行于鄰近的側(cè)面。所述支承表面寬度的變化因此以這樣的方式發(fā)生:所述流體動(dòng)力壓力或者壓力梯度僅在所述支承表面的另一邊緣處發(fā)生。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油通量特別地僅在活塞環(huán)的這一側(cè)被激發(fā)-例如，朝向遠(yuǎn)離燃燒室的一側(cè)。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支承表面的兩個(gè)邊緣分別具有頂，在頂處，離相鄰的側(cè)面的軸向距離具有最小值，且其中頂交替地在圓周方向上布置在支承表面的相反邊緣的各一個(gè)上。這些頂可具有圓形的形狀，但是優(yōu)選地相對(duì)尖的頂可以被設(shè)置，以便產(chǎn)生