[发明专利]用于纵向扫气往复活塞式内燃机的汽缸装置和活塞

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于纵向扫气往复活塞式内燃机的汽缸装置和活塞，尤其是用于根据独立权利要求前序部分的缓慢运行纵向扫气的大型两冲程柴油发动机的汽缸装置和活塞。

背景技术

大型柴油发动机经常被用作船或者还有定点作业中的驱动装置，例如，用于驱动产生电能的大型发电机。在此方面电机通常以连续的操作模式运转相当长的时间段，这对操作的安全性和可用性提出了很高的要求。为此，对于操作者来说，尤其是长的维修周期、小的磨损以及燃料和操作材料的经济利用是操作机器的中心原则。在其它事项中，这种大口径缓慢运行的柴油发动机的活塞运行动作对于长的维修周期、可用性来说是决定性因素，并且经由润滑油的消耗直接对于操作成本并且因此对于经济效益来说都是决定性因素。因此活塞运行动作的复杂问题对于大型柴油发动机来说永远具有较高的重要性。

然而，对于大型柴油发动机来说，不仅限于这些，还通过布置为在活塞中或者在气缸壁中来回移动的润滑单元进行活塞润滑，润滑油通过该单元被施加到汽缸壁的运行表面上，以减小活塞与运行表面之间的摩擦并且因此减小运行表面以及活塞环的磨损。例如，对于当今的现代发动机例如的两冲程发动机而言，1000小时操作期间的运行表面的磨损小于0.05mm。这种电动机的润滑剂供给量明显地在1.3g/kWh以下，并且不仅是为了成本的目的而应该尽可能地减少供给量，其中磨损应该同时被最小化。

在这个方面，就润滑单元自身的具体设计以及润滑的方法而言，许多不同的解决方案被认为是用于汽缸运行表面润滑的润滑系统。在各种变型中，相应的解决方案对于本领域的普通技术人员来说是公知的。

然而，用于改进润滑和活塞运行动作的所有措施都留有一个由于构造引起的尚未解决的问题，并且因此对于所有迄今已知的纵向扫气内燃机都是如此。如本领域的普通技术人员所熟知的，当活塞位于其下死点附近而释放使新鲜空气进入到汽缸的燃烧空间中的路径的时候，新鲜空气(也常称为扫气空气)通常在汽缸的下端处经由通常呈扫气狭缝形式的扫气空气开口，被引入到用于纵向扫气两冲程马达的汽缸的燃烧空间内。

新鲜空气通过扫气狭缝，例如，利用涡轮增压器而以预定的压力注入到汽缸中，因为扫气狭缝是位于汽缸的汽缸壁中的开口并且因此干扰润滑油膜，所以通常不能在汽缸的内表面处在扫气狭缝的区域内均匀地形成润滑油膜。在这一点上，甚至在明显低于以及远高于扫气狭缝处(这意味着甚至在形成有扫气狭缝的汽缸部的外侧)，在汽缸的运行表面处都明显地产生了扫气狭缝对于润滑油膜的形成造成的负面影响。这意味着在汽缸运行表面处由扫气狭缝带来的对润滑油膜流动的干扰在远离扫气狭缝的区域内继续，并且还因此影响活塞的运行动作，以及明显地负面影响着远离扫气狭缝的活塞的相应活塞环与气缸壁之间的润滑。

扫气狭缝的另一个负面作用是由当活塞环在运动中在下死点附近经过扫气狭缝时扫气狭缝与活塞环的配合造成的。因为活塞环必须具有一定机械半径的预张紧以使它们能够或多或少密封地与汽缸壁配合，因此活塞环未被形成为完整的闭合环，而是形成为具有缺口的开口环以便产生将活塞环密封地按压在汽缸壁处的径向向外指向的张紧力。在不利的条件下，由于活塞环的径向向外作用的张力，活塞环在缺口处的边缘可以部分地按压到扫气狭缝中，从而这些活塞环能够在扫气狭缝的下边缘处抓住，这导致在汽缸壁处在扫气狭缝附近形成危险的刮擦或者沟痕。在最坏的情况下，这能够导致活塞卡住并且导致汽缸和/或活塞的损坏，特别对于处于外海的船来说会导致危险的状况。

此外，不可忽略的润滑油量由于活塞环组件的经过经由扫气狭缝而损失。一定量的润滑油即存储在活塞环组件中的润滑油，这些润滑油在活塞在汽缸中运动期间收集在活塞环组件中，并且还承受在燃烧过程期间在活塞环组件中基本形成的增加的气压，并且存储于此。当活塞环组件然后经过扫气狭缝时，存储在活塞环组件中的超压力经由扫气狭缝突然地将自身排放到接收空间并且/或者排放到活塞子空间内，从而同时地将同样存储在活塞环组件中的润滑油的最大部分经由扫气狭缝传送到接收空间中。一方面，这导致相对昂贵的润滑油的损失，并且在另一个方面，导致接收空间不必要的污染。此外，对于活塞的进一步运动来说润滑油不再可用。

另一个缺点是扫气狭缝的固定几何形状。这对于作为“双燃料”电动机的可能用途来说会尤其地不利，即，对于作为能够以不同燃料例如可选择地以重油或者煤气或者其他不同燃料来操作的电动机来说。而且，特别是迄今为止扫气狭缝的不可变化的几何形状和/或尺寸仍保持着上述使用的方式。

发明内容