專利名稱：一種在汽缸中設(shè)有刮炭環(huán)的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)在汽缸內(nèi)有一個(gè)刮炭環(huán)并有一個(gè)可在汽缸內(nèi)沿縱向移動(dòng)且設(shè)有活塞環(huán)的活塞，這些活塞環(huán)在活塞移動(dòng)時(shí)沿汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面滑動(dòng)并在活塞下方容積和工作室之間產(chǎn)生壓力密封隔離，工作室安置在活塞的最上活塞環(huán)上方并由最上活塞環(huán)、活塞、汽缸內(nèi)表面和汽缸蓋形成，刮炭環(huán)從汽缸內(nèi)表面凸出并環(huán)形地延伸在一個(gè)軸向位置中，使得當(dāng)活塞位于其頂部死點(diǎn)位置時(shí)該最上活塞環(huán)位于刮炭環(huán)下邊緣附近。
已知在汽缸蓋中設(shè)有進(jìn)氣門和排氣門的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)刮炭環(huán)。刮炭環(huán)的目的是從安置在最上活塞環(huán)上方的圓柱形最上活塞區(qū)段刮去焦炭沉積物(積炭)。
最上活塞環(huán)形成位于活塞環(huán)上方最上活塞區(qū)段和汽缸內(nèi)表面之間的環(huán)形空間內(nèi)燃燒室的下限。因此，一部分燃燒產(chǎn)物將進(jìn)入該環(huán)形空間并沉積在最上活塞區(qū)段的外表面上。從汽缸內(nèi)表面來的潤(rùn)滑油也可能濺滴在該外表面上。油的殘滓和沉積的燃燒產(chǎn)物受到燃燒的強(qiáng)熱影響，并在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)化為活塞外表面上的附著的焦炭層。如果不使用刮炭環(huán)，焦炭層的厚度將增大，直到它接觸汽缸的內(nèi)表面。
為了避免汽缸和活塞環(huán)的損傷，在這些可以互相移動(dòng)的部件之間保持一個(gè)合適的潤(rùn)滑油薄層是重要的。當(dāng)活塞周面上的焦炭層聚集到其最大厚度并與汽缸內(nèi)表面接觸時(shí)，它將與薄油層干擾并吸收和/或刮去一些油，這負(fù)面地影響潤(rùn)滑狀態(tài)。在最壞的情況下，潤(rùn)滑狀態(tài)將局部地變壞到活塞環(huán)或襯筒產(chǎn)生損傷。
已知四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的刮炭環(huán)限制焦炭層的厚度，其過程是當(dāng)活塞移近其頂部死點(diǎn)位置而最上活塞區(qū)段往復(fù)通過刮炭環(huán)時(shí)，刮炭環(huán)的上下環(huán)形邊緣刮平接觸這些邊緣的焦炭。因?yàn)楣翁凯h(huán)從汽缸的內(nèi)表面凸出，所以焦炭層就不會(huì)達(dá)到使焦炭層和汽缸內(nèi)表面之間接觸的厚度。
因?yàn)橐阎膸Ч翁凯h(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中的進(jìn)氣門和排氣門位于汽缸蓋中，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的其它操作條件大部分不受用不用刮炭環(huán)的影響。在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽缸的掃氣由每個(gè)工作沖程之間的獨(dú)立的活塞沖程實(shí)現(xiàn)，而供應(yīng)燃燒的空氣是由在后隨的向下吸氣沖程中由上向下通過進(jìn)氣門而提供的。因此，刮炭環(huán)對(duì)汽缸的掃氣和充氣不產(chǎn)生影響。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中刮炭環(huán)獲得的有利結(jié)果的一個(gè)更重要因素是活塞本身相對(duì)于汽缸內(nèi)表面的移動(dòng)。四沖程周期在每隔一次的向上沖程中涉及一個(gè)在活塞上的不同負(fù)載，在每隔一次負(fù)載類型發(fā)生變化的向下沖程中也是如此。結(jié)果是，靠近頂部死點(diǎn)位置的活塞經(jīng)向位置始終變化，使得刮炭環(huán)刮去焦炭的深度大于其本身內(nèi)徑的對(duì)應(yīng)深度，由此在焦炭復(fù)蓋的最上活塞區(qū)段和刮炭環(huán)之間自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)游隙。在具有單流擋氣作用的二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)中情況不是如此簡(jiǎn)單，而采用從四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中已知的刮炭環(huán)的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示麻煩的操作問題，這些問題是特定燃料的消耗增大，特別是最上活塞環(huán)受到損傷，后一問題令人驚奇，因?yàn)樵阮A(yù)期的是刮炭環(huán)實(shí)際上應(yīng)當(dāng)改進(jìn)這些活塞環(huán)的潤(rùn)滑狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)并使得可以在一個(gè)二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)中有利地利用一個(gè)刮炭環(huán)。
有鑒于此，本發(fā)明的特征在于，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種具有單流掃氣的二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)，有多個(gè)位于下汽缸區(qū)段中的清除空氣孔，刮炭環(huán)在其圓筒形內(nèi)表面中設(shè)有若干泄漏槽，這些泄漏槽從刮炭環(huán)的下表面到頂面相對(duì)于汽缸的縱軸傾斜地延伸。
假定在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中使用已知的刮炭環(huán)所顯示的缺點(diǎn)可以用下述機(jī)制來解釋。在二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)中活塞在每次向上移動(dòng)期間完成一個(gè)壓縮沖程而在每次向下移動(dòng)期間完成一個(gè)工作沖程。這意味著，每次活塞上下通過刮炭環(huán)時(shí)，活塞以大部分同樣的方式加載，因此活塞在靠近頂端死點(diǎn)位置處完成一個(gè)均勻而重復(fù)的運(yùn)動(dòng)圖形。朝向均勻運(yùn)動(dòng)圖形的傾向由于十字頭而得到加強(qiáng)，該十字頭引導(dǎo)活塞桿的下端沿汽缸的縱軸進(jìn)行純粹平移運(yùn)動(dòng)。因此沉積在活塞周面上的焦炭將累積到一個(gè)剛巧配合刮炭環(huán)的形狀，以致在刮炭環(huán)和最上活塞區(qū)段之間存在很小的游隙。當(dāng)活塞頂部通過壓縮沖程中的刮炭環(huán)時(shí)，一個(gè)在帶焦炭層的活塞的外表面和汽缸內(nèi)表面之間的環(huán)形空腔沿軸向限定在凸出的刮炭環(huán)和最上活塞環(huán)之間?；钊南蛏线\(yùn)動(dòng)使環(huán)形空腔沿軸向快速縮短，隨后強(qiáng)烈地壓縮環(huán)形空腔中的空氣，該空氣在最上活塞環(huán)上產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈增大的負(fù)載。
刮炭環(huán)的圓筒形內(nèi)表面中的泄漏槽減小或消除該環(huán)形空腔中的壓力積累，因?yàn)槠渲械目諝饪梢酝ㄟ^泄漏槽逸出到活塞頂部上方的一部分工作室中。這使最上活塞環(huán)免于遭受由于刮炭環(huán)的存在而增大的負(fù)載。這一因素在現(xiàn)時(shí)的大型二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)中是特別重要的，這種發(fā)動(dòng)機(jī)向著極高的有效壓縮比(如1∶16至1∶20)發(fā)展，這在發(fā)動(dòng)機(jī)自身中產(chǎn)生在活塞環(huán)上的極大負(fù)載。
泄漏槽的傾斜行程可以保證焦炭在與泄漏槽對(duì)置的區(qū)域內(nèi)也被刮掉。與泄漏槽的下開口相對(duì)的焦炭沉積部分將不會(huì)遇到刮炭環(huán)的下邊緣，但在連續(xù)的活塞向上運(yùn)動(dòng)期間將通過泄漏槽的上邊緣并在此處被刮掉到所要的尺寸。在槽中刮掉的炭粒由通過槽鼓吹的泄漏空氣向上通入活塞上方的空間中。
另外，泄漏槽抵消增大的燃料消耗。如果沒有泄漏槽，當(dāng)活塞頂部位于一個(gè)等于或高于刮炭環(huán)的高度時(shí)，在燃燒的第一部分期間有效的活塞面積將減小，因?yàn)楣翁凯h(huán)將阻止工作室中的壓力增大向下傳入最上活塞環(huán)，在該處有效的活塞面積蓋住汽缸的整個(gè)截面積。在壓縮沖程和工作沖程期間泄漏槽減小或消除橫跨刮炭環(huán)的壓力降，因此特定燃料的消耗基本上不受用不用刮炭環(huán)的影響。
在具有高的汽缸輸出如1500至5500KW的大型二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，刮炭環(huán)有另一個(gè)特別有利的效果，在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料利用兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)發(fā)射方向特定的霧化燃料霧的燃料噴射器噴入汽缸。燃料的燃燒產(chǎn)生相當(dāng)集中的熱影響，但是因?yàn)楣翁凯h(huán)蓋住最上活塞環(huán)而活塞靠近其頂部死點(diǎn)位置(該處熱負(fù)載最大)并僅僅使熱氣通過泄漏槽通到活塞，所以熱負(fù)載更加均勻地跨越最上活塞環(huán)分布，從而同時(shí)保護(hù)汽缸內(nèi)表面上的對(duì)熱敏感的潤(rùn)滑油薄層(油膜)。兩個(gè)因素有利于活塞環(huán)封裝的更好的操作條件并增加防止活塞上的焦炭接觸潤(rùn)滑油薄層的效果。
作為在刮炭環(huán)圓筒形內(nèi)表面中設(shè)置泄漏槽的替代辦法，也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)在引言中提到的在汽缸內(nèi)有刮炭環(huán)的內(nèi)燃機(jī)，其方式的特征在于，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種具有單流掃氣的二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)，有多個(gè)位于下汽缸區(qū)段中的掃氣空氣孔，位于最上活塞環(huán)上方的最上活塞區(qū)段在其圓柱形外表面中設(shè)有若干泄漏槽，它們從活塞區(qū)段的頂部向下延伸到具有最上活塞環(huán)的環(huán)形槽處的區(qū)域。在這種情況下，刮炭環(huán)的圓筒形內(nèi)表面可以形成為一個(gè)附著的圓筒形表面。在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)周期期間，泄漏槽通過壓縮氣流和燃?xì)鈨煞N氣流，它們防止焦炭沉積在槽中。
在一個(gè)實(shí)施例中，汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面由一個(gè)上蓋區(qū)段和一個(gè)下襯筒區(qū)段構(gòu)成，而刮炭環(huán)安置在襯筒區(qū)段的頂部。刮炭環(huán)可以是一個(gè)縮緊在襯筒內(nèi)表面的凹槽中的環(huán)，也可以是一個(gè)在襯筒本身材料中的凸出部分，即襯筒的一個(gè)整體形成的附著部分。在后一種情況下，在襯筒在其裝配時(shí)下降到發(fā)動(dòng)機(jī)中位置之前必須安裝帶活塞桿的活塞，使得活塞以下向上通過襯筒。在第一種情況下，該實(shí)施例提供在已有發(fā)動(dòng)機(jī)上后安裝一個(gè)刮炭環(huán)的有利的可能性。
在另一個(gè)實(shí)施例中，汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面由一個(gè)上蓋區(qū)段和一個(gè)下襯筒區(qū)段構(gòu)成，而刮炭環(huán)安置在蓋區(qū)段的底部。同樣在這種情況下，刮炭環(huán)可以是一個(gè)插在上蓋區(qū)段的凹槽中的獨(dú)立的環(huán)或與蓋區(qū)段整體形成，該蓋區(qū)段的下部精細(xì)地轉(zhuǎn)到一個(gè)比上面安置的區(qū)段更小的內(nèi)徑。如果泄漏槽安置在刮炭環(huán)中，它們可以隨后操作進(jìn)入該蓋區(qū)段的所述最下部分。該另一個(gè)實(shí)施例特別適用于遇到特高熱負(fù)載的汽缸，在這種場(chǎng)合下汽缸蓋用一種比襯筒更耐熱的材料制成。通過將刮炭環(huán)安置在蓋區(qū)段中，襯筒和蓋之間的隔離表面可以向下移動(dòng)到在頂部死點(diǎn)位置中的最上活塞環(huán)的位置緊上方的區(qū)域。
較好的情況是泄漏槽構(gòu)成從汽缸的基本上圓筒形內(nèi)表面凸出的刮炭環(huán)的軸向面積的0.25-50％，更好的情況是其5-40％，而最好是其20-30％。如果泄漏槽的面積小于0.25％，那么跨越刮炭環(huán)的壓力降就太大，而在泄漏面積大于50％時(shí)就不再獲得正面效果。5％的限度仍然產(chǎn)生壓力降，但無論如何操作條件有顯著改善，而40％的限度通常能完全滿意地防止跨越刮炭環(huán)的壓力降。在20-30％的間隔中的面積構(gòu)成在希望獲得小的壓力降或沒有壓力降與希望均勻分配熱負(fù)載之間的合適的折中。
對(duì)于單流掃氣發(fā)動(dòng)機(jī)，掃氣空氣孔最好在活塞上表面附近開口，這意味著刮炭環(huán)的凸出必須離汽缸內(nèi)表面不太遠(yuǎn)，因?yàn)榻固繉雍推變?nèi)表面之間的環(huán)形空間過大寬度的結(jié)果是，在孔的上側(cè)的最上活塞環(huán)附近的通道在工作沖程的末尾將打開這些孔。因此，對(duì)于250至1000mm間隔中的汽缸孔，刮炭環(huán)最好從汽缸的內(nèi)表面凸出至少0.2mm，如0.5至5mm。0.2mm或0.5mm的下限值保證完全擋住擋氣空氣孔，直到上活塞表面通過。在最大的發(fā)動(dòng)機(jī)中，刮炭環(huán)可以合適地凸出至少1mm，例如2-3mm，而0.5-2mm可能對(duì)小發(fā)動(dòng)機(jī)是合適的。如果刮炭環(huán)凸出小于0.25mm，就更難肯定焦炭沉積不會(huì)接觸汽缸內(nèi)表面上的潤(rùn)滑油薄層。
最好是，位于最上活塞環(huán)上方的最上活塞區(qū)段有一個(gè)比帶活塞環(huán)的在下安置的活塞區(qū)段更小的直徑，而刮炭環(huán)的內(nèi)徑比最上活塞區(qū)段的直徑至少大0.5mm，例如2-6mm，合適的是大1-4mm。采用這些直徑比率，焦炭層可以累積到0.5-3mm的厚度，適當(dāng)?shù)厥?.75-2mm，這相對(duì)于刮炭環(huán)形成一個(gè)活塞徑向位置的合適游隙，而不存在活塞周邊接觸刮炭環(huán)的危險(xiǎn)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以讓刮炭環(huán)從汽缸內(nèi)表面凸出得比上述更遠(yuǎn)，同時(shí)相應(yīng)地減小最上活塞區(qū)段的直徑，使得圍繞該活塞區(qū)段和汽缸內(nèi)表面的環(huán)形空間具有大的厚度。這樣一種設(shè)計(jì)將帶來掃氣空氣孔的較早打開，也就是在工作沖程末尾最上活塞環(huán)通過時(shí)，而打開排氣門的計(jì)時(shí)和其它依賴于掃氣空氣孔的打開計(jì)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)然后必須根據(jù)掃氣空氣的較早供給而變化。
刮炭環(huán)或活塞中的泄漏槽的數(shù)目取決于所需的泄漏面積和最上活塞環(huán)上熱負(fù)載的所需均勻化程度，比如說較大的泄漏面積和較均勻的熱負(fù)載分布使用數(shù)目較多的泄漏槽。刮炭環(huán)或活塞可以合適地設(shè)置4至30個(gè)泄漏槽。
泄漏槽最好多于15個(gè)，因?yàn)閷?duì)最上活塞環(huán)上熱負(fù)載的均勻化有很大好處。
如果泄漏槽在最上活塞區(qū)段的周邊中形成，它們可以有利地平行于汽缸軸線延伸，使得任何破碎的焦炭碎片不會(huì)立即落入泄漏槽而隨后產(chǎn)生阻塞泄漏槽的危險(xiǎn)?；蛘呤牵孤┎鄣臄?shù)目和尺寸可以像刮炭環(huán)中的泄漏槽那樣選定，參見下面的描述。
下面參照高度地示意的附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中。


圖1表示通過一種帶有根據(jù)本發(fā)明的刮炭環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化的截面圖；圖2是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)中汽缸內(nèi)刮炭環(huán)周圍區(qū)域的放大區(qū)段的部分截面圖；圖3是一部分刮炭環(huán)的展開側(cè)視圖；圖4是一段刮炭環(huán)的頂部平面圖；圖5是最上活塞環(huán)上方區(qū)域中帶泄漏槽的最上活塞區(qū)段的透視圖；以及圖6是帶泄漏槽的活塞的另一個(gè)實(shí)施例的相應(yīng)視圖。
圖1中例示的發(fā)動(dòng)機(jī)是一種大型二沖程紫油發(fā)動(dòng)機(jī)，帶有單流掃氣裝置并用油(如重燃油)作燃料，油的燃燒形成殘余產(chǎn)物，后者可能沉積在發(fā)動(dòng)機(jī)工作室中的表面上成為焦炭。取決于汽缸的尺寸和數(shù)目，發(fā)動(dòng)機(jī)可能產(chǎn)生從2000到(例如)70000KW的輸出功率。這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)通常用作船舶的主發(fā)動(dòng)機(jī)或一臺(tái)固定式發(fā)電機(jī)。在這兩種情況下重要的是發(fā)動(dòng)機(jī)可以工作很長(zhǎng)時(shí)期而不需要檢驗(yàn)和修理發(fā)動(dòng)機(jī)部件。人們希望發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)工作超過兩年而不需任何檢修，但這時(shí)汽缸部件要求盡可能最好的工作條件。
發(fā)動(dòng)機(jī)的靜止部件包括其中安置曲軸2的底板1和安裝在底板上的發(fā)動(dòng)機(jī)框架箱3，后者的上表面上支承一個(gè)汽缸部件4。汽缸襯筒5利用蓋的柱螺栓7和汽缸蓋8對(duì)著汽缸部分中的頂板向下夾住。汽缸襯套有一個(gè)厚壁的上段和一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的下端，該上段通過環(huán)形中間部件9安置在頂板的上表面上，該下段向下伸入汽缸部分4中。在其下端，汽缸襯筒有多個(gè)掃氣空氣孔10，當(dāng)活塞接近其底部死點(diǎn)位置時(shí)，從掃氣空氣存儲(chǔ)器11來的掃氣和充氣空氣通過這些氣孔10流入汽缸。帶有液壓傳動(dòng)排氣門的排氣門殼體12安置在汽缸蓋的中心。當(dāng)排氣門開通時(shí)，從掃氣空氣孔來的掃氣空氣能夠通過汽缸向上流動(dòng)，同時(shí)燃?xì)馔ㄟ^排氣門流出并進(jìn)入排氣存儲(chǔ)器13，燃?xì)鈴脑撎幗?jīng)過渦輪增壓器流入排氣管。發(fā)動(dòng)機(jī)被提高壓力到例如3.5-4巴的充氣壓力。
連桿14使曲軸2與十字頭15連接，后者利用發(fā)動(dòng)機(jī)座架箱中的導(dǎo)向平面16引導(dǎo)活塞桿17的下端沿汽缸縱軸進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)?；钊?8安裝在活塞桿的頂部。如圖2中最清楚地示出的，活塞有數(shù)個(gè)(如4個(gè))活塞環(huán)19、19’，它們沿汽缸襯筒的內(nèi)表面滑動(dòng)并在工作室20和活塞下面的容積之間產(chǎn)生壓力密封隔離，該容積連通汽缸部分中的充有掃氣空氣的空腔。
燃燒室或工作室20由汽缸蓋8的內(nèi)表面、汽缸襯筒5的內(nèi)表面、活塞18的頂部、最上面的活塞環(huán)19’和從最上面的活塞環(huán)向上延伸的活塞最上段21的周面形成。活塞最上段21的直徑比活塞下面部分小，因此活塞最上段外表面和汽缸內(nèi)表面之間有一個(gè)環(huán)形空間22，其中焦炭將沉積在活塞外表面上。
汽缸中的一個(gè)環(huán)形刮炭環(huán)23從汽缸內(nèi)表面凸出并刮去沉積在活塞最上段21的外表面上的焦灰，使得這些沉積不能夠超過對(duì)應(yīng)于刮炭環(huán)內(nèi)徑的最大直徑。最好是，刮炭環(huán)具有沿汽缸軸向的位置，使得當(dāng)活塞位于圖示的其頂部死點(diǎn)位置時(shí)上活塞環(huán)19’在刮炭環(huán)23下方小于一個(gè)環(huán)高度，因?yàn)檫@保證焦炭層直到活塞最上環(huán)以上大部分被刮掉。但是，即使刮炭環(huán)位置稍許更高，例如還高2至3個(gè)環(huán)高度，也仍然能獲得顯著的刮炭效果。
圖3和圖4表示，刮炭環(huán)的內(nèi)表面設(shè)有若干泄漏槽24，它們使刮炭環(huán)下方環(huán)形空間22的一部分和工作室20的其余上段之間的氣流連通。泄漏槽的流通面積被適當(dāng)?shù)嘏浜希蚨缭焦翁凯h(huán)的壓力降可以忽略。泄漏槽最好沿刮炭環(huán)內(nèi)周面均勻分布，因?yàn)檫@使活塞最上環(huán)19’上的熱負(fù)載最均勻。泄漏槽的深度可以對(duì)應(yīng)于刮炭環(huán)相對(duì)于汽缸內(nèi)表面的凸出厚度。如果刮炭環(huán)僅僅從內(nèi)表面凸出一個(gè)至少0.25mm，如0.5-3mm的小距離，那么這是特別有利的。如果活塞和刮炭環(huán)以這樣一種方式制造，就是環(huán)形空間22具有大的寬度而掃氣空氣口10由于活塞最上環(huán)的通過而打開，那么泄漏槽的深度必須小于刮炭環(huán)向內(nèi)凸出部分的厚度。最好泄漏槽的深度不大于3至4mm，因?yàn)橥ㄟ^深度較大的單個(gè)槽的氣流可能變得太大，以致活塞最上環(huán)上的熱負(fù)載將變得局部太高。槽的深度不大于1.5-2mm而泄漏槽數(shù)目適當(dāng)?shù)囟?，?5或更多，可以得到非常均勻的熱分布。
泄漏槽的寬度是在泄漏槽數(shù)目、槽的深度和所需總流動(dòng)面積即總的槽端部面對(duì)軸向的截面積的基礎(chǔ)上選定的。槽寬度為5至30mm在大多數(shù)情況下是合適的，為了獲得均勻的熱負(fù)載，槽寬度最好為10至20mm。
泄漏槽24相對(duì)于汽缸的縱軸傾斜延伸，使得槽的上端部25相對(duì)于槽的下端部26是沿周邊方向移動(dòng)的。這樣做的好處是焦炭層沿上活塞段21的全周面被刮掉。在圖示的例子中，泄漏槽的縱軸與汽缸的縱軸形成45°的角度。當(dāng)然也可以使用其它角度，如15°至80°。該角度與槽寬配合，使得單個(gè)槽在槽的上端部25和下端部26之間不出現(xiàn)沿軸向的重疊。為了制造方便起見，泄漏槽最好沿槽的上下端部之間的直線延伸，但當(dāng)然在實(shí)際中也可使用在槽的上下端部25和26之間產(chǎn)生流通的其它設(shè)計(jì)，如L形或其它非直線形。
圖5和圖6表示泄漏槽位于活塞最上段外表面上的實(shí)施例。為簡(jiǎn)明起見，與上述同樣類型的部件采用同樣標(biāo)號(hào)。也應(yīng)當(dāng)注意，圖中已省去活塞環(huán)。
圖5中，活塞左邊示出在圍繞刮炭環(huán)23’的區(qū)域中通過襯筒5和汽缸蓋8的最內(nèi)部分的縱向區(qū)段，刮炭環(huán)23’在汽缸蓋的材料中直接形成，也即作為汽缸蓋的一個(gè)整體的和相關(guān)的部分。活塞后邊示出通過另一種設(shè)計(jì)的相應(yīng)縱向區(qū)段，其中刮炭環(huán)23’在汽缸襯筒的材料中直接制成，也即作為襯筒的一個(gè)整體的和相關(guān)的部分。比較該圖的左右兩側(cè)可以立即看出，在同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中可以獲得下列優(yōu)點(diǎn)，就是將刮炭環(huán)23’安置在汽缸蓋中，使得蓋和襯筒之間的隔離表面27沿汽缸的縱向向下移動(dòng)。因?yàn)樯w的內(nèi)表面并不構(gòu)成活塞環(huán)的運(yùn)行表面，所以在選擇蓋的材料時(shí)可以不考慮潤(rùn)滑要求和滑動(dòng)性能。因此，蓋可以用一種比襯筒材料更耐腐蝕和更耐熱的材料(如鋼)制成，而襯筒材料通常為鑄鐵。在汽缸上部區(qū)域中熱影響是最大的，因此通過使蓋更向下延伸可以使汽缸壽命更長(zhǎng)。
在示出的實(shí)施例中，刮炭環(huán)23’或者位于襯筒5之上或之中，或者位于蓋8之上或之中，刮炭環(huán)有一個(gè)圓筒形內(nèi)表面28，該表面為環(huán)形，沒有泄漏槽。當(dāng)然，可以將一些泄漏槽安置在刮炭環(huán)上而將一些安置在活塞上，但為制造方便起見，所述設(shè)計(jì)是優(yōu)選的，它可以(例如)通過適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)動(dòng)襯筒或蓋的內(nèi)表面來制造。
泄漏槽24’安置在活塞的最上區(qū)段21中并從活塞上周邊處的圓角向下延伸到活塞最上環(huán)19’的最上環(huán)形槽29。活塞的最上區(qū)段21的高度很大，因此當(dāng)活塞位于其頂部死點(diǎn)時(shí)，活塞環(huán)位于汽缸中較下面，這使汽缸蓋有利地進(jìn)一步延伸而壓下汽缸。
圖5中的泄漏槽與汽缸的縱向形成一個(gè)約γ＝30°的角度。在實(shí)際中，該角度可以在0°至60°或更大角度之間選擇，但最好該槽沿其長(zhǎng)度的至少一部分形成一個(gè)至少15°的角度，以防止槽的上下端部垂直地一個(gè)落在另一個(gè)上面。
圖6表示活塞的另一個(gè)實(shí)施例，其中泄漏槽24”有一個(gè)與汽缸縱軸平行地延伸的上段24a和一個(gè)與其傾斜地延伸的下段24b。該傾斜的下段24b使槽的下端部相對(duì)于槽的上端部沿周邊方向移動(dòng)，使焦炭沿全周邊刮掉。泄漏槽的上段24a對(duì)刮掉焦炭并不起作用，因此不存在被刮掉的焦炭顆粒堵塞的危險(xiǎn)。也可以將泄漏槽的傾斜段排列在槽的上端，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)刮掃產(chǎn)生時(shí)通過槽的氣體速度較高，因?yàn)楫?dāng)槽的上段通過刮炭環(huán)時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)速度較高。
當(dāng)利用一個(gè)固定在帶有供活塞環(huán)用的環(huán)形槽的安置在下面的活塞區(qū)段上的獨(dú)立的活塞頂部來產(chǎn)生活塞最上段21的相當(dāng)大的高度時(shí)，那種表示在槽的下端部處的傾斜的槽區(qū)段的設(shè)計(jì)是特別有利的。在這種情況下，泄漏槽的兩個(gè)區(qū)段可以以簡(jiǎn)單方式制造成相應(yīng)活塞區(qū)段中的直線槽。
在別的情況下，就面積和數(shù)目而論，泄漏可以對(duì)應(yīng)于配置在刮炭環(huán)中的泄漏槽來形成。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)在汽缸內(nèi)有一個(gè)刮炭環(huán)并有一個(gè)可在汽缸內(nèi)沿縱向移動(dòng)且設(shè)有活塞環(huán)(19，19’)的活塞(18)，這些活塞環(huán)(19，19’)在活塞移動(dòng)時(shí)沿汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面滑動(dòng)并在活塞下方容積和工作室(20)之間產(chǎn)生壓力密封隔離，工作室(20)安置在活塞的最上活塞環(huán)上方并由最上活塞環(huán)(19’)、活塞(18)、汽缸內(nèi)表面和汽缸蓋(8)形成，刮炭環(huán)(23)從汽缸內(nèi)表面凸出并環(huán)形地延伸在一個(gè)軸向位置中，使得當(dāng)活塞位于其頂部死點(diǎn)位置時(shí)該最上活塞環(huán)位于刮炭環(huán)下邊緣附近，其特征在于，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種具有單流擋氣的二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)，有多個(gè)位于下汽缸區(qū)段中的掃氣空氣孔(10)，而刮炭環(huán)(23)在其圓筒形內(nèi)表面中設(shè)有若干泄漏槽(24)，這些泄漏槽從刮炭環(huán)的下表面到頂面相對(duì)于汽缸的縱軸傾斜地延伸。
2.一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)在汽缸內(nèi)有一個(gè)刮炭環(huán)并有一個(gè)可在汽缸內(nèi)沿縱向移動(dòng)且設(shè)有活塞環(huán)(19，19’)的活塞(18)，這些活塞環(huán)(19，19’)在活塞移動(dòng)時(shí)沿汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面滑動(dòng)并在活塞下方容積和工作室(20)之間產(chǎn)生壓力密封隔離，工作室(20)安置在活塞的最上活塞環(huán)上方并由最上活塞環(huán)(19’)、活塞(18)、汽缸內(nèi)表面和汽缸蓋(8)形成，刮炭環(huán)(23)從汽缸內(nèi)表面凸出并環(huán)形地延伸在一個(gè)軸向位置中，使得當(dāng)活塞位于其頂部死點(diǎn)位置時(shí)該最上活塞環(huán)位于刮炭環(huán)下邊緣附近，其特征在于，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種具有單流掃氣的二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī)，有多個(gè)位于下汽缸區(qū)段中的掃氣空氣孔(10)，而位于最上活塞環(huán)上方的最上活塞區(qū)段(21)的圓筒形外表面設(shè)有若干泄漏槽(24’)，這些泄漏槽從活塞區(qū)段頂部向下延伸到帶最上活塞環(huán)(19’)的環(huán)形槽處的區(qū)域。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面由一個(gè)上蓋區(qū)段和一個(gè)下襯筒區(qū)段構(gòu)成，而刮炭環(huán)(23，23’)位于襯筒區(qū)段(5)的頂部處。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面由一個(gè)上蓋區(qū)段和一個(gè)下襯筒區(qū)段構(gòu)成，而刮炭環(huán)(23，23’)位于襯筒區(qū)段(5)的底部處。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，刮炭環(huán)(23，23’)是汽缸襯筒或上蓋部分的整體附著部分，被制造成汽缸襯筒或蓋區(qū)段的材料中的凸出部分。
6.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，泄漏槽(24，24’)構(gòu)成從汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面凸出的刮炭環(huán)(23，23’)的軸向面積的0.25-50％，優(yōu)選的為其5-40％，最合適的為其20-30％。
7.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，汽缸孔處于250-1000mm的間隔，而刮炭環(huán)(23，23’)從汽缸的內(nèi)表面上凸出至少0.2mm，最好凸出0.5-5mm。
8.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，位于最上活塞環(huán)(19’)上方的最上活塞區(qū)段(21)的直徑小于帶活塞環(huán)的安置在下面的活塞區(qū)段的直徑，而刮炭環(huán)(23，23’)的內(nèi)徑比最上活塞區(qū)段的直徑至少大0.5mm，例如大2-6mm，最好至少大1mm，例如大3-4mm。
9.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，刮炭環(huán)(23，23’)或最上活塞區(qū)段(21)設(shè)有4-30個(gè)泄漏槽，最好多于15個(gè)泄漏槽。
10.一種根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，泄漏槽(24，24’)的縱軸與汽缸軸向形成0°-60°的角度，較好是至少為15°而最合適為45°。
全文摘要
一種單流掃氣的二沖程十字頭型發(fā)動(dòng)機(jī),在汽缸內(nèi)有一個(gè)刮炭環(huán)并有一個(gè)可在汽缸內(nèi)沿縱向移動(dòng)且設(shè)有活塞環(huán)(19,19’)的活塞(18),這些活塞環(huán)在活塞移動(dòng)時(shí)沿汽缸的基本上圓筒形的內(nèi)表面滑動(dòng)并在活塞下方容積和工作室(20)之間產(chǎn)生壓力密封隔離,工作室(20)安置在活塞的最上活塞環(huán)上方并由最上活塞環(huán)(19’)、活塞(18)、汽缸內(nèi)表面和汽缸蓋(8)形成。刮炭環(huán)從汽缸內(nèi)表面凸出并環(huán)形地沿其延伸在一個(gè)軸向位置中,使得當(dāng)活塞位于其頂部死點(diǎn)位置時(shí)最上活塞環(huán)位于刮炭環(huán)下邊緣附近。刮炭環(huán)(23)在其圓筒形內(nèi)表面中設(shè)有若干泄漏槽(24),這些泄漏槽從刮炭環(huán)的下表面到頂面相對(duì)于汽缸的縱軸傾斜地延伸?；蛘呤?泄漏槽可以設(shè)置在位于最上活塞環(huán)上方的最上活塞區(qū)段(21)的圓筒形外表面中。
文檔編號(hào)F02F1/18GK1181122SQ9619319
公開日1998年5月6日 申請(qǐng)日期1996年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月7日
發(fā)明者奧勒·格倫特曼 申請(qǐng)人:曼B與W狄賽爾公司