[发明专利]一种在汽缸中设有刮炭环的内燃机

说明书

本发明涉及一种内燃机，该内燃机在汽缸内有一个刮炭环并有一个可在汽缸内沿纵向移动且设有活塞环的活塞，这些活塞环在活塞移动时沿汽缸的基本上圆筒形的内表面滑动并在活塞下方容积和工作室之间产生压力密封隔离，工作室安置在活塞的最上活塞环上方并由最上活塞环、活塞、汽缸内表面和汽缸盖形成，刮炭环从汽缸内表面凸出并环形地延伸在一个轴向位置中，使得当活塞位于其顶部死点位置时该最上活塞环位于刮炭环下边缘附近。

已知在汽缸盖中设有进气门和排气门的四冲程发动机有一个刮炭环。刮炭环的目的是从安置在最上活塞环上方的圆柱形最上活塞区段刮去焦炭沉积物(积炭)。

最上活塞环形成位于活塞环上方最上活塞区段和汽缸内表面之间的环形空间内燃烧室的下限。因此，一部分燃烧产物将进入该环形空间并沉积在最上活塞区段的外表面上。从汽缸内表面来的润滑油也可能溅滴在该外表面上。油的残滓和沉积的燃烧产物受到燃烧的强热影响，并在发动机运行时转化为活塞外表面上的附着的焦炭层。如果不使用刮炭环，焦炭层的厚度将增大，直到它接触汽缸的内表面。

为了避免汽缸和活塞环的损伤，在这些可以互相移动的部件之间保持一个合适的润滑油薄层是重要的。当活塞周面上的焦炭层聚集到其最大厚度并与汽缸内表面接触时，它将与薄油层干扰并吸收和/或刮去一些油，这负面地影响润滑状态。在最坏的情况下，润滑状态将局部地变坏到活塞环或衬筒产生损伤。

已知四冲程发动机中的刮炭环限制焦炭层的厚度，其过程是当活塞移近其顶部死点位置而最上活塞区段往复通过刮炭环时，刮炭环的上下环形边缘刮平接触这些边缘的焦炭。因为刮炭环从汽缸的内表面凸出，所以焦炭层就不会达到使焦炭层和汽缸内表面之间接触的厚度。

因为已知的带刮炭环的发动机是一种四冲程发动机而四冲程发动机中的进气门和排气门位于汽缸盖中，所以发动机的其它操作条件大部分不受用不用到炭环的影响。在四冲程发动机中，汽缸的扫气由每个工作冲程之间的独立的活塞冲程实现，而供应燃烧的空气是由在后随的向下吸气冲程中由上向下通过进气门而提供的。因此，刮炭环对汽缸的扫气和充气不产生影响。四冲程发动机中刮炭环获得的有利结果的一个更重要因素是活塞本身相对于汽缸内表面的移动。四冲程周期在每隔一次的向上冲程中涉及一个在活塞上的不同负载，在每隔一次负载类型发生变化的向下冲程中也是如此。结果是，靠近顶部死点位置的活塞径向位置始终变化，使得刮炭环刮去焦炭的深度大于其本身内径的对应深度，由此在焦炭复盖的最上活塞区段和刮炭环之间自动产生一个游隙。在具有单流挡气作用的二冲程十字头型发动机中情况不是如此简单，而采用从四冲程发动机中已知的刮炭环的实验已经显示麻烦的操作问题，这些问题是特定燃料的消耗增大，特别是最上活塞环受到损伤，后一问题令人惊奇，因为原先预期的是刮炭环实际上应当改进这些活塞环的润滑状态。

本发明的目的是弥补上述缺点并使得可以在一个二冲程十字头型发动机中有利地利用一个刮炭环。

有鉴于此，本发明的特征在于，该发动机是一种具有单流扫气的二冲程十字头型发动机，有多个位于下汽缸区段中的清除空气孔，刮炭环在其圆筒形内表面中设有若干泄漏槽，这些泄漏槽从刮炭环的下表面到顶面相对于汽缸的纵轴倾斜地延伸。

假定在二冲程发动机中使用已知的刮炭环所显示的缺点可以用下述机制来解释。在二冲程十字头型发动机中活塞在每次向上移动期间完成一个压缩冲程而在每次向下移动期间完成一个工作冲程。这意味着，每次活塞上下通过刮炭环时，活塞以大部分同样的方式加载，因此活塞在靠近顶端死点位置处完成一个均匀而重复的运动图形。朝向均匀运动图形的倾向由于十字头而得到加强，该十字头引导活塞杆的下端沿汽缸的纵轴进行纯粹平移运动。因此沉积在活塞周面上的焦炭将累积到一个刚巧配合刮炭环的形状，以致在刮炭环和最上活塞区段之间存在很小的游隙。当活塞顶部通过压缩冲程中的刮炭环时，一个在带焦炭层的活塞的外表面和汽缸内表面之间的环形空腔沿轴向限定在凸出的刮炭环和最上活塞环之间。活塞的向上运动使环形空腔沿轴向快速缩短，随后强烈地压缩环形空腔中的空气，该空气在最上活塞环上产生一个强烈增大的负载。

刮炭环的圆筒形内表面中的泄漏槽减小或消除该环形空腔中的压力积累，因为其中的空气可以通过泄漏槽逸出到活塞顶部上方的一部分工作室中。这使最上活塞环免于遭受由于刮炭环的存在而增大的负载。这一因素在现时的大型二冲程十字头型发动机中是特别重要的，这种发动机向着极高的有效压缩比(如1∶16至1∶20)发展，这在发动机自身中产生在活塞环上的极大负载。