具体实施方式

在下面的详细描述中，将参照示例实施方式中的具有十字头的大型二冲程低速涡轮增压内燃发动机来描述内燃发动机。

图1和图2是具有曲轴8和十字头9的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机的立体正视图。该发动机可以用迪塞尔循环(压缩点火)或奥托循环(定时点火)来操作。

图3示出了图1和图2的大型低速涡轮增压二冲程内燃发动机及其进气和排气系统的示意图。在该示例实施方式中，该发动机具有排成一排的六个气缸。大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机通常具有排成一排的介于四个与十四个之间的气缸，所述气缸由气缸框架23承载，该气缸框架由发动机框架11承载。该发动机可以例如用作船舶中的主发动机，或用作用于操作发电站中的发电机的固定发动机。例如，发动机的总输出可以在从1000kW至110000kW的范围。

在该示例实施方式中，发动机是二冲程单流式的压燃式发动机，该发机具有位于气缸套1的下部区域处扫气口18以及位于在气缸套1的顶部处的中央排气阀4。扫气从扫气接收器2传递至单独的气缸1的扫气口18。气缸套1中的活塞10压缩扫气，燃料通过气缸覆盖件22中的燃料注射阀24被注射到燃烧室32中，燃烧随之发生，并产生废气。

当排气阀4打开时，废气通过与气缸1相关联的排气管道流动到废气接收器3中，并向前通过第一排气导管19流动至涡轮增压器5的涡轮6，废气从该涡轮通过第二排气导管经由节能器20流动至出口21并流动到大气中。涡轮6通过轴驱动压缩机7，该压缩机经由进气口12供给有新鲜空气。压缩机7将加压的扫气输送至通往扫气接收器2的扫气导管13。导管13中的扫气通过用于使扫气冷却的中冷器14。

当涡轮增压器5的压缩机7无法为扫气接收器2输送足够的压力时，即在发动机的低负载或部分负载状态下，冷却的扫气穿过由电动机17驱动的辅助鼓风机16，该辅助鼓风机对扫气流进行加压。在较高的发动机负载下，涡轮增压器的压缩机7输送足够的经压缩的扫气，并且然后辅助鼓风机16经由止回阀15被绕过。

发动机使用给定的燃料来工作，该给定的燃料比如：船用柴油、重燃油、(液化)天然气、生物气、甲醇、乙醇、乙烷、垃圾填埋气、甲烷、乙烯或(液化)石油气(非详尽的列表)，该给定的燃料由燃料供给系统来供给。

图4和图5示出了活塞10，该活塞的筒形侧壁设置有多个环凹槽33，多个环凹槽中的顶部凹槽33接纳顶部活塞环34，并且下部活塞环36已插入下部凹槽33中。单个活塞10的顶部活塞环34和下部活塞环36共同形成了所谓的协作活塞环34、36的环组件。活塞10是属于具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式发动机的，并且活塞10与气缸套1和气缸覆盖件22共同限定出燃烧室32(指出的是，图5未示出气缸覆盖件22中的排气阀，但将理解的是，气缸覆盖件22中将存在有排气阀)。

活塞环34、36防止燃烧室32中的气体压力渗透至活塞1下方的空间。

图6和图7示出了具有环形分隔件的顶部活塞环34的示例实施方式，该环形分隔件大致防止气体流过分隔件。顶部活塞环34具有带分隔件的环本体50，该环本体使得在环凹槽33中的安装处可以部分地扩大环直径，以部分地允许顶部活塞环34的两个接合端部部分38、39在使用过程中随着顶部活塞环34变得磨损而彼此拉开。

环本体50具有轴向距离为环高Hr的第一侧面46和第二侧面47、在整个环高Hr上轴向地延伸的外周向面41、以及在整个环高Hr上轴向地延伸的内周向面42。第一侧表面46旨在于被面向燃烧室32，并且第二侧表面47旨在于背离燃烧室32。

如图8和图9中所示，顶部活塞环34的外周向面41在实施方式中具有泄压凹槽45，该泄压凹槽相对于顶部活塞环34的平面以一定角度倾斜地延伸。泄压凹槽45确保受控气体从活塞顶部环34的顶侧流动至下侧，并因此均匀的且适当的限界的气体流过单独的凹槽45。

环凹槽33的外边缘用虚线40表示。顶部活塞环34的外周向面41与气缸套1的内表面相接触。

在另一实施方式中，顶部活塞环34未设置有泄压凹槽，并且泄压功能例如由活塞上的凹槽提供(未示出)。也可以在没有受控泄漏的情况下操作顶部活塞环34，即气密的顶部活塞环34，该顶部活塞环大致操纵活塞10上的全部压力差。

图10和图11示出了下部活塞环36的示例实施方式，该下部活塞环具有由接合端部部分38、39形成的环形分隔件。下部活塞环36除了在内燃发动机34中存在泄压凹槽以及有时对环本体50的材料选择不同之外与顶部活塞环34基本相同，如下文将进一步详细阐述的。

图12示出了未使用的(新出厂)活塞环34、36的(顶部或下部)活塞环34、36的截面细节。图13示出了活塞环34、36的类似截面，其中为了说明的目的，外周向表面41的凸度被实质上夸大了。

外周向表面41优选地具有对称的凸形延伸的表面轮廓(当尚未使用时)。在实施方式中，对未使用的活塞环34、36的外周表面41的凸度进行描述的曲线半径R1是活塞环的外径的0.5倍至1.5倍。因此，外周向面41径向地凸出，具有第一半径R1。出于使箭头适合于可用区域中的实际原因，图12中示出半径R1的箭头以“之”字形示出，以指示箭头的实际长度大于图12中示出的长度。

在实施方式中，外周向表面41的中间部分设置有硬质覆层52。因此，硬质覆层52的表面从出厂时是凸形的，具有半径R1。硬质覆层的厚度由箭头CT指示。硬质覆层的高度的范围由箭头Hc指示。

从出厂时，在第一侧表面46与外周向表面41之间以及在第二侧表面47与外周向表面41之间的过渡部均是倒圆的，该过渡部具有直径为R2，并且R2优选地对应于环高Hr的大约0.01倍至0.1倍。

外周向面41的轴向范围的中间部分具有第一硬度(例如用维氏硬度试验测量)。

外周向面41的轴向范围的从中间部分延伸至第一过渡部的第一外周部分具有第二硬度(例如用维氏硬度试验测量)。第一外周部分在整个高度H1上延伸。

外周向面41的轴向范围的从中间部分延伸至第二过渡部的第二外周部分具有第二硬度(例如用维氏硬度试验测量)。第二外周部分在整个高度H2上延伸。第一高度H1和第二高度H2的长度不必须相同。第一外周部分和第二外周部分的表面优选地具有相同的硬度，但这不是必须的情况，只要第一外周和第二外周的硬度都低于中间部分的表面的硬度即可。

在实施方式中，外周向面41的中间部分由硬质覆层52形成，该硬质覆层例如热喷涂覆层、电镀覆层或其他合适的硬质覆层。在另一实施方式中，外周向面的中间部分是通过表面处理提供所需的硬度。

第一硬度大于第二硬度，使得中间部分磨损慢于外周部分。因此，可以确保外周向面41在磨损后呈现出如图14中所示的形状(图14将在下面进一步详细描述)。

在实施方式中，第一硬度为介于350HV至550HV之间的维氏硬度。在实施方式中，第二硬度为200HB至300HB的布氏硬度。

中间部分在整个硬质高度Hc上延伸。在实施方式中，硬质高度Hc介于环高Hr的50％与75％之间。

在实施方式中，硬质覆层52的最大径向厚度CT介于环高Hr的1.5％与4％之间。

在实施方式中，第一外周部分在高度H1上轴向地延伸并由环本体50的材料形成，以及第二外周部分在高度H2上轴向地延伸并由环本体50的材料形成。

在实施方式中，第一外周部分和第二外周部分的硬度相对于中间部分的硬度被选择成使得第一外周部分和第二外周部分的表面由于在使用期间的磨损而变得相对于中间部分的表面退缩。

在实施方式中，退缩的第一外周部分和第二外周部分的表面与气缸套的内壁共同形成将气缸油朝向中间部分引导的油楔。

在实施方式中，第一侧面46和/或第二侧面47是至少部分地镀覆铬的。

在实施方式中，活塞环34、36的外径在介于300mm与1000mm之间的范围内。

在实施方式中，环高Hr在环外径的1.4％与2.5％之间。

在实施方式中，在通过维氏/布氏硬度测试时，第一硬度是第二硬度的至少1.4倍。

在实施方式中，外周向表面41具有不对称的凸形延伸表面轮廓。

图14示出了使用一段时间后的活塞环34、36。在使用过程中，第一外周部分和第二外周部分相对于中间部分的径向凸出表面的假想弧形延伸部(由图14中的虚线所示)变得退缩，第一外周部分和第二外周部分优选地相对于假想弧形延伸部退缩距离OR(油槽)，在实施方式中距离OR等于环高Hr的0.045％至2％。

在中间部分与第一外周部分和第二外周部分之间的过渡部处，中间部分具有对高度OW(油楔)进行覆盖的边缘，该边缘与中间部分的其余部分成角度布置，从而形成从中间部分至第一外周部分和第二外周部分的相对锋利的过渡部。退缩的第一部分和第二部分与中间部分的边缘共同形成理想的轮廓，该轮廓用于将气缸油朝向中间部分的主区段引导，从而确保气缸油不会刮擦，也不会出现不同的环扭曲。

因此，第一外周部分和第二外周部分的表面比中间部分的表面软，导致活塞环34、36达到理想的形状，以减少刮擦的风险，并且从而减少气缸套1的擦伤的风险。

在实施方式中，环本体50在外周部分处的表面的材料硬度为10>HVB/HVA>1.4

在实施方式中，中间部分的表面的材料硬度为500>HVB>5000。

在实施方式中，与Hr有关的磨损后的尺寸为：

2％>OW>7％

0.045％>OR>2％

1.5％>CT>4％

50％>Hc>80％

通常，环组件中的所有活塞环34、36制造成略微非圆形。需要这种非圆形的形式，使得活塞环在插入圆形气缸套1时，在整个环的周向上施加精确限定的压力。这种压力原则上可以均匀地分布在周向上；然而，对于在大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的活塞10中使用的顶部活塞34中，一般旨在使用负椭圆(negative oval)形式。这意味着分隔件的区域中的压力低于其余周向上的压力，这避免了在发动机工作期间分隔件上的压力增加。

在实施方式中，顶部活塞环34的主体是回火硬化的铸造件，其中包括用于第一凹槽中的蠕虫状石墨(vermicular graphite)，而在下部凹槽中，活塞环的主体是合金灰铸铁，例如，蠕墨铸铁。在另一实施方式中，环组件的所有活塞环的主体都是蠕墨铸铁。

在实施方式中，环组件包括：

-顶部环：不对称桶形的、双层涂覆的、侧面的高度的部分涂覆铬，

-第二环：不对称桶形的、磨合涂覆的、侧面涂覆铬，

-第三环：不对称桶形的、磨合涂覆的、以及

-第四环：不对称桶形的、双层涂覆的。

在另一实施方式中，环组件包括：

-顶部环：不对称桶形的、侧面涂覆铬陶瓷，

-下部环：不对称桶形的、涂覆铬陶瓷。

已经结合了本文中的各种实施方式描述了各个方面和实施方案。然而，本领域技术人员在实施要求保护的主题时，通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，可以理解并实现所公开的实施方式的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，而且冠词“一”或“一个”不排除多个。

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