[发明专利]具有阶梯式接触表面的活塞环

说明书

本发明涉及一种阶梯式活塞环(2)，该阶梯式活塞环包括环外侧面(5)、上环侧面(6)和下环侧面(8)，其中环外侧面(5)在上边缘具有凹口(10)，使得仅环外侧面(5)的下部分形成接触表面(4)。

本发明涉及一种实施为阶梯式环的活塞环。活塞环在背离燃烧室的底侧面比在朝向燃烧室的顶侧面具有更大的直径。

长期以来已知刮油环或鼻形活塞环在外下边缘上具有凹口，以容纳少量刮掉的油。这些鼻形活塞环主要用作在中间活塞环位置的锥面环。

然而，本发明涉及一种活塞环，其中“鼻部”设置在活塞环的上边缘上。到目前为止，经常出现的问题是由于通过活塞环后面的燃烧气体产生过大的接触压力。过大的接触压力会导致活塞环在接触表面上的磨损增加。

因此，希望提供一种活塞环，该活塞环的接触压力更少地取决于燃烧气体的压力。

根据本发明，提供了一种阶梯式活塞环，该阶梯式活塞环包括接触表面、上环侧面和下环侧面，该接触表面在其上边缘具有凹口。燃烧气体可以穿过活塞环与凹口附近的气缸内壁之间。同时，燃烧燃料气体可以经由介于上活塞环侧面(在燃烧室侧)与上活塞环槽侧面之间的间隙而通过活塞环后面。活塞环后面的燃烧气体更强地使活塞环压靠气缸的内表面。由于它们的压力，凹口附近的燃料气体作用径向向内的力。这些力相互抵消。因此，环在操作期间承受较低的载荷，从而减少了环的磨损。

优选地，凹口或阶梯在周向方向上在未达到相应的间隙端部处终止。在上环侧面与活塞环的内表面之间的内倒角斜面或内部角是优选的。在环的外侧面和/或在接触表面上的磨损防护装置是优选的。该阶梯优选地是由所施用的磨损防护层形成的。优选地，上环侧面设置有磨损防护装置、和/或下环侧面设置有磨损防护装置。此外，接触表面优选地具有冠部，该冠部具有两个介于1mm与25mm之间的优选地介于5mm与20mm之间的相等或不同的曲率半径(R_bo，R_bu)。此外，凹口(10)优选地具有锥度，该锥度具有介于0.5°与5°之间优选地介于2°与4°之间的角度(β)。最后，接触表面的下边缘具有介于30°与60°之间的角度(δ)，以及介于0.03mm与0.12mm之间的轴向尺寸(Hk)。

在活塞环的一个实施方式中，环的外表面经由凹口形成阶梯，阶梯具有凹入边缘和突出边缘。在所述边缘之间形成侧面。在此实施该阶梯使得阶梯的上表面相对于气缸的内表面在径向方向上是缩回的。阶梯在径向方向上的下表面形成接触表面，该接触表面旨在与气缸的内表面直接接触，并且接触表面最大外径优选地不靠在阶梯下表面的边缘上，而是靠在该阶梯表面的中心区域。然而，也可以想到最大直径靠在阶梯高度的下边缘上。阶梯的上表面的宽度在下文中称为阶梯宽度并且在轴向方向上延伸。阶梯下表面的宽度在下文称为阶梯深度。阶梯高度表示阶梯半径的差异。阶梯的上表面与阶梯的下表面之间的过渡部在下文中称为阶梯侧面。

在本发明的另一个示例性实施方式中，凹口具有至少为0.03mm的径向高度(Hr)。在本阶梯式环的另一示例性实施方式中，阶梯具有介于10°与70°之间、优选地介于20°与60°之间、特别优选地介于35°与55°之间的侧面角(α)。这里相对于垂直于对称轴线或活塞环的轴向方向的表面来确定侧面角，使得0°的侧面角对应于具有90°角的垂直阶梯。侧面角有助于改进活塞环的可加工性。另外，相对大的侧面角可以积极地影响燃烧气体的压力分布。此外，较大的侧面角可以积极地影响刮油特性。更重要的是，较大的侧面角可以减少凹入边缘上的凹口作用。

本阶梯式环的另一示例性实施方式在阶梯的突出边缘处具有介于0.05mm与0.2mm之间的倒圆半径(Ru)。

本阶梯式环的又一示例性实施方式在阶梯的凹入边缘处具有介于0.05mm与0.2mm之间的倒圆半径(Ro)。

在凹入边缘处的倒圆有助于在操作期间减小活塞环的凹口作用。在活塞向上运动时，倒圆，特别是与阶梯侧面的侧面角相结合的倒圆半径对于确定活塞环在现有油膜上的浮力或油刮特性是至关重要的。