具有周期性變化屬性的活塞環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有周期性變化屬性的活塞環(huán)，特別是用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或者壓縮機(jī)的、具有周期性變化的支承表面寬度或者尺寸界線(Witness line)寬度、或者支承表面和側(cè)面之間的周期性變化的角度、或者支承表面輪廓的周期性變化半徑的活塞環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]用于船舶的現(xiàn)代大體積的發(fā)動機(jī)通常是二沖程柴油發(fā)動機(jī)，因?yàn)檫@些發(fā)動機(jī)可以被設(shè)計(jì)成使得它們的旋轉(zhuǎn)速度通常位于大約50rpm至250rpm(通常低于lOOrmp)的范圍內(nèi)，且根據(jù)氣缸數(shù)，它們的功率可高達(dá)約100麗。這種大體積、緩慢運(yùn)行的二沖程船舶發(fā)動機(jī)優(yōu)選地直接作用于螺旋槳的驅(qū)動軸上，因?yàn)?，作為它們的旋轉(zhuǎn)速度的結(jié)果，降低旋轉(zhuǎn)速度的減速齒輪可以被省去。
[0003]通常地，這種大體積的二沖程發(fā)動機(jī)具有兩個(gè)單獨(dú)的油路，一個(gè)用于發(fā)動機(jī)潤滑，一個(gè)用于氣缸潤滑。氣缸潤滑確保在合適的時(shí)間提供足夠的潤滑油，以確保氣缸表面或活塞環(huán)的充分潤滑。
[0004]根據(jù)機(jī)器的負(fù)載，氣缸潤滑油通過襯套被注射進(jìn)入活塞腔體?；钊h(huán)或它們的支承表面在這個(gè)潤滑膜上運(yùn)行。在發(fā)動機(jī)的操作期間，窄的油膜，即所謂的尺寸界線，在支承表面和襯套之間形成。在這種情況下，尤其是注射盡可能少的潤滑油以便節(jié)省成本和防止?jié)櫥靠赡苁且粋€(gè)問題。氣缸潤滑例如在上沖程的三分之一完成，由此潤滑油通過潤滑油入口由潤滑油栗供給到氣缸，潤滑油入口設(shè)置在例如氣缸壁的一個(gè)平面內(nèi)，以便盡可能確?；钊突钊h(huán)的潤滑最佳。供給至氣缸的油通常通過氣體反壓法來完成。
[0005]例如，潤滑油注射系統(tǒng)可以被使用，它以精確計(jì)量的方式經(jīng)噴嘴將潤滑油注射到氣缸內(nèi)。計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)記錄(register)活塞所在的位置，之后特別地供給潤滑油。這在高壓力下完成，使得潤滑油非常精細(xì)地噴射，以便盡可能均勻地實(shí)現(xiàn)氣缸襯套的濕潤，特別是活塞環(huán)所位于且摩擦實(shí)際發(fā)生之處。
[0006]考慮到具有大約50rpm至250rpm的旋轉(zhuǎn)速度的現(xiàn)代大體積二沖程船舶發(fā)動機(jī)在高達(dá)2500mm的沖程下操作，可用于供給潤滑油和分配所供給的潤滑油的時(shí)間間隔很小，對確保潤滑質(zhì)量造成重大挑戰(zhàn)。如果假定，例如氣缸具有900mm的(內(nèi)部)直徑，且必須為氣缸壁內(nèi)的油供給提供圓周均勻分布的8個(gè)通路(access)，所供給的潤滑油必須以提供的時(shí)間間隔、在大約350mm的長度上、在活塞環(huán)的圓周方向上從各個(gè)通路開始分配。
[0007]結(jié)果表明，采用一個(gè)或多個(gè)活塞環(huán)的常規(guī)設(shè)計(jì)，由于在圓周方向上缺少壓力梯度，在圓周方向或者切線方向上沒有或者僅僅獲得潤滑油的非常窄的分布或者運(yùn)動(最多約3% )。另一方面，潤滑油主要(約97% )在活塞環(huán)的運(yùn)行方向或軸向上運(yùn)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域總的是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和活塞壓縮機(jī)，也可以是船舶用途之外的。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種活塞環(huán)，作為潤滑油的改進(jìn)分配的結(jié)果，也確保在圓周方向上的充分潤滑條件，這確保了較低的油消耗、以及較低的漏氣，且有利于生產(chǎn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種活塞環(huán)，具有外部圓周表面、內(nèi)部圓周表面、以及兩個(gè)側(cè)面，其中圓周表面具有球形輪廓，且其中
[0011]-所述球形輪廓具有大體平坦的頂區(qū)域，所述頂區(qū)域定義了所述活塞環(huán)的支承表面，且其中所述支承表面的軸向?qū)挾仍谒龌钊h(huán)的圓周周期性地變化；和/或
[0012]-所述球形輪廓具有大體平坦的頂區(qū)域，所述頂區(qū)域定義了所述活塞環(huán)的支承表面，且其中所述支承表面和至少一個(gè)側(cè)面之間的角度在所述活塞環(huán)的圓周周期性地變化；和/或
[0013]-其中所述球形輪廓的半徑在所述活塞環(huán)的圓周周期性地變化。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于活塞環(huán)的新類型的支承表面輪廓。所述活塞環(huán)的支承表面具有大體凸出的球形配置的輪廓，所述輪廓具有頂區(qū)域。在所述頂區(qū)域，所述活塞環(huán)在操作期間與所述襯套鄰接，即，所述頂區(qū)域定義了所述活塞環(huán)的支承表面。根據(jù)本發(fā)明，屬性“所述支承表面的軸向?qū)挾取?、“所述支承表面與至少一個(gè)側(cè)面之間的角度”、以及“所述球形輪廓的半徑”中的一個(gè)或幾個(gè)變化。
[0015]在第一替代中，這個(gè)支承表面的軸向?qū)挾仍趫A周方向上變化，換句話說，所述支承表面的軸向?qū)挾茸鳛檠刂鴪A周的角位置的函數(shù)而變化。以同樣的方式，在操作期間在所述支承表面和所述襯套之間形成的潤滑油的尺寸界線隨著所述支承表面的可變寬度而變化。
[0016]在第二替代中，所述支承表面與至少一個(gè)側(cè)面之間的角度在所述活塞環(huán)的圓周方向上變化。換句話說，所述支承表面和所述側(cè)面之間的面積隨著所述側(cè)面方向上的變化陡度而減少。
[0017]在第三替代中，所述球形輪廓的半徑在所述活塞環(huán)的圓周方向上變化。應(yīng)該注意，在這個(gè)實(shí)施例中，大體平坦的支承表面出現(xiàn)并不是絕對必須的。也可以僅通過球形輪廓的更大或更小的角度，來實(shí)現(xiàn)此處的更寬或更窄的尺寸界線的配置。在具有大體平坦的頂區(qū)域的同樣可能的變型中，半徑與沒有頂區(qū)域的虛擬輪廓相關(guān)(即，與沒有頂區(qū)域的虛擬輪廓相關(guān))。
[0018]這些替代也可以任意組合。
[0019]所述活塞環(huán)的支承表面以這樣的方式配置，因此具有這樣的效果:作為可變尺寸界線寬度或者可變角度或者可變半徑的結(jié)果，在連續(xù)的操作中，在圓周方向上建立流體動力壓力。這些流體動力壓力導(dǎo)致壓力梯度，所述壓力梯度導(dǎo)致潤滑油通量且導(dǎo)致潤滑油在圓周方向上或者切線方向上的重新分配。所述潤滑油的流體動力影響的重新分配導(dǎo)致所要求的供給降低、以及所供給的或者注射的潤滑油在圓周方向上的更均勻和更快速的分配。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支承表面的中心的軸向位置周期性地變化。因此，壓力梯度的形成可以加強(qiáng)。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，寬度和/或所述支承表面的中心的位置的變化包括至少一個(gè)全周期。優(yōu)選全周期數(shù)。優(yōu)選地所述全周期數(shù)介于4和34之間。所述全周期數(shù)可以適于饋給-通過通路的數(shù)量，通過所述饋給-通過通路，所述潤滑油在例如氣體反壓法中被壓入或者注射入所述氣缸內(nèi)。因此，例如，所述周期的數(shù)量可以等于所述饋給-通過通路或者噴嘴的數(shù)量，或者是其整數(shù)倍。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述支承表面的寬度和/或中心的位置的變化、和/或所述支承表面與所述至少一個(gè)側(cè)面之間的角度的變化、和/或所述支承表面輪廓的半徑的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫對稱。
[0023]根據(jù)替代實(shí)施例，
[0024]-所述寬度和/或支承表面的中心的位置的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫不對稱；和/或
[0025]-所述支承表面與所述至少一個(gè)側(cè)面之間的角度的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫不對稱；和/或
[0026]-所述球形輪廓的半徑的變化關(guān)于所述活塞環(huán)的環(huán)接縫不對稱；和/或
[0027]-當(dāng)從所述活塞環(huán)的圓周方向上觀察，所述寬度和/或支承表面的中心的位置的變化的特性在每個(gè)圓周方向上不同；和/或
[0028]-當(dāng)從所述活塞環(huán)的圓周方向上觀察，所述支承表面與所述至少一個(gè)側(cè)面之間的角度的變化的特性在每個(gè)圓周方向上不同；和/或
[0029]-當(dāng)從所述活塞環(huán)的圓周方向上觀察，所述球形輪廓的半徑的變化特性在每個(gè)圓周方向上不同。
[0030]特別地，作為每個(gè)圓周方向上的不同特性的變化的結(jié)果，可以采用一種類型的“運(yùn)行方向連接(binding) ”或者流體動力壓力產(chǎn)生的潤滑油流來產(chǎn)生壓力梯度，因此壓力差可以特別地產(chǎn)生，使得更多的油在一個(gè)圓周方向上流動/所述油比在相反的圓周方向上流得更快。例如，這可以通過大約鋸齒狀的變化來實(shí)現(xiàn)，其上升或下降側(cè)面在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上比在相反的旋轉(zhuǎn)方向上上升/下降得更強(qiáng)烈。
[0031]因此，在可變的支承表面寬度/中心至中心的位置的這個(gè)優(yōu)選方向定義的旋轉(zhuǎn)方向上，力相反地作用在活塞環(huán)上。因此，如果期望，活塞環(huán)的旋轉(zhuǎn)可以被激發(fā)，以便避免任何抓住(seizing)，且使得磨損更加均勾。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支承表面的邊緣平行于鄰近的側(cè)面。所述支承表面寬度的變化因此以這樣的方式發(fā)生:所述流體動力壓力或者壓力梯度僅在所述支承表面的另一邊緣處發(fā)生。通過這種方式，可以實(shí)現(xiàn)潤滑油通量特別地僅在活塞環(huán)的這一側(cè)被激發(fā)-例如，朝向遠(yuǎn)離燃燒室的一側(cè)。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，支承表面的兩個(gè)邊緣分別具有頂，在頂處，離相鄰的側(cè)面的軸向距離具有最小值，且其中頂交替地在圓周方向上布置在支承表面的相反邊緣的各一個(gè)上。這些頂可具有圓形的形狀，但是優(yōu)選地相對尖的頂可以被設(shè)置，以便產(chǎn)生