[发明专利]具有周期性变化属性的活塞环

说明书

技术领域

本发明涉及具有周期性变化属性的活塞环，特别是用于内燃发动机或者压缩机的、具有周期性变化的支承表面宽度或者尺寸界线(witness line)宽度、或者支承表面和侧面之间的周期性变化的角度、或者支承表面轮廓的周期性变化半径的活塞环。

背景技术

用于船舶的现代大体积的发动机通常是二冲程柴油发动机，因为这些发动机可以被设计成使得它们的旋转速度通常位于大约50rpm至250rpm(通常低于100rmp)的范围内，且根据气缸数，它们的功率可高达约100MW。这种大体积、缓慢运行的二冲程船舶发动机优选地直接作用于螺旋桨的驱动轴上，因为，作为它们的旋转速度的结果，降低旋转速度的减速齿轮可以被省去。

通常地，这种大体积的二冲程发动机具有两个单独的油路，一个用于发动机润滑，一个用于气缸润滑。气缸润滑确保在合适的时间提供足够的润滑油，以确保气缸表面或活塞环的充分润滑。

根据机器的负载，气缸润滑油通过衬套被注射进入活塞腔体。活塞环或它们的支承表面在这个润滑膜上运行。在发动机的操作期间，窄的油膜，即所谓的尺寸界线，在支承表面和衬套之间形成。在这种情况下，尤其是注射尽可能少的润滑油以便节省成本和防止润滑超量可能是一个问题。气缸润滑例如在上冲程的三分之一完成，由此润滑油通过润滑油入口由润滑油泵供给到气缸，润滑油入口设置在例如气缸壁的一个平面内，以便尽可能确保活塞和活塞环的润滑最佳。供给至气缸的油通常通过气体反压法来完成。

例如，润滑油注射系统可以被使用，它以精确计量的方式经喷嘴将润滑油注射到气缸内。计算机控制的系统记录(register)活塞所在的位置，之后特别地供给润滑油。这在高压力下完成，使得润滑油非常精细地喷射，以便尽可能均匀地实现气缸衬套的湿润，特别是活塞环所位于且摩擦实际发生之处。

考虑到具有大约50rpm至250rpm的旋转速度的现代大体积二冲程船舶发动机在高达2500mm的冲程下操作，可用于供给润滑油和分配所供给的润滑油的时间间隔很小，对确保润滑质量造成重大挑战。如果假定，例如气缸具有900mm的(内部)直径，且必须为气缸壁内的油供给提供圆周均匀分布的8个通路(access)，所供给的润滑油必须以提供的时间间隔、在大约350mm的长度上、在活塞环的圆周方向上从各个通路开始分配。

结果表明，采用一个或多个活塞环的常规设计，由于在圆周方向上缺少压力梯度，在圆周方向或者切线方向上没有或者仅仅获得润滑油的非常窄的分布或者运动(最多约3％)。另一方面，润滑油主要(约97％)在活塞环的运行方向或轴向上运动。

发明内容

本发明的应用领域总的是内燃发动机和活塞压缩机，也可以是船舶用途之外的。

本发明的目的是提供一种活塞环，作为润滑油的改进分配的结果，也确保在圆周方向上的充分润滑条件，这确保了较低的油消耗、以及较低的漏气，且有利于生产。

根据本发明的一个方面，提供了一种活塞环，具有外部圆周表面、内部圆周表面、以及两个侧面，其中圆周表面具有球形轮廓，且其中

-所述球形轮廓具有大体平坦的顶区域，所述顶区域定义了所述活塞环的支承表面，且其中所述支承表面的轴向宽度在所述活塞环的圆周周期性地变化；和/或

-所述球形轮廓具有大体平坦的顶区域，所述顶区域定义了所述活塞环的支承表面，且其中所述支承表面和至少一个侧面之间的角度在所述活塞环的圆周周期性地变化；和/或

-其中所述球形轮廓的半径在所述活塞环的圆周周期性地变化。

根据本发明，提出了一种用于活塞环的新类型的支承表面轮廓。所述活塞环的支承表面具有大体凸出的球形配置的轮廓，所述轮廓具有顶区域。在所述顶区域，所述活塞环在操作期间与所述衬套邻接，即，所述顶区域定义了所述活塞环的支承表面。根据本发明，属性“所述支承表面的轴向宽度”、“所述支承表面与至少一个侧面之间的角度”、以及“所述球形轮廓的半径”中的一个或几个变化。

在第一替代中，这个支承表面的轴向宽度在圆周方向上变化，换句话说，所述支承表面的轴向宽度作为沿着圆周的角位置的函数而变化。以同样的方式，在操作期间在所述支承表面和所述衬套之间形成的润滑油的尺寸界线随着所述支承表面的可变宽度而变化。

在第二替代中，所述支承表面与至少一个侧面之间的角度在所述活塞环的圆周方向上变化。换句话说，所述支承表面和所述侧面之间的面积随着所述侧面方向上的变化陡度而减少。