活塞环组件
阅读说明：本技术 活塞环组件 (Piston ring assembly ) 是由 K·拉斯 于 2021-03-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及活塞环组件。本发明具体涉及用于往复式内燃发动机的活塞(20)的活塞环组件(100)、具有这种活塞环组件的活塞、具有这种活塞(20)的往复式内燃发动机。活塞环组件(100)至少包括第一活塞环(1)和第二活塞环(2)。第一活塞环(1)被布置成使得其对于来自活塞环组件(100)的第一轴向侧(3)的压力是气密的,并且第二活塞环(2)对于来自与第一轴向侧(3)相对的第二轴向侧(4)的压力是气密的。(The present invention relates to a piston ring assembly. The invention relates in particular to a piston ring assembly (100) for a piston (20) of a reciprocating internal combustion engine, a piston having such a piston ring assembly, a reciprocating internal combustion engine having such a piston (20). The piston ring assembly (100) comprises at least a first piston ring (1) and a second piston ring (2). The first piston ring (1) is arranged such that it is gastight to pressure from a first axial side (3) of the piston ring assembly (100) and the second piston ring (2) is gastight to pressure from a second axial side (4) opposite to the first axial side (3).)
技术领域
本发明涉及一种用于往复式内燃发动机的的活塞的活塞环组件、一种具有这种活塞环组件的活塞、一种具有这种活塞的往复式内燃发动机。
背景技术
本发明优选地涉及一种内燃发动机，例如大型船舶或轮船发动机或固定发动机，其气缸具有至少200mm的内径。发动机优选地是二冲程发动机或二冲程十字头发动机。发动机可以是柴油发动机或气体发动机、双燃料发动机或多燃料发动机。在这种发动机中燃烧液体和/或气体燃料以及自点火或强制点火是可能的。
内燃发动机可以是纵向冲洗的二冲程发动机。
术语内燃发动机还指不仅可以以柴油模式(其特征在于燃料的自点火)工作，而且可以以奥托模式(其特征在于燃料的强制点火)工作，或者以两者的混合模式工作的大型发动机。此外，术语内燃发动机特别包括双燃料发动机和大型发动机，其中燃料的自点火用于另一种燃料的强制点火。
发动机速度优选低于800RPM，特别是对于4冲程发动机，更优选低于200RPM，特别是对于2冲程发动机，这表明是低速发动机的指定。
燃料可以是柴油或船用柴油或重质燃料油或乳液或浆液或甲醇或乙醇以及气体如液态天然气(LNG)、液态石油气(LPG)等。
根据需要可以添加的其它可能的燃料是：LBG(液化生物气)、生物燃料(例如由藻类或海藻制成的油)、氨、氢、来自CO2的合成燃料(例如通过动力到气体或动力到液体制成)。
大型船只，特别是运输货物的船舶，通常由内燃发动机提供动力，特别是柴油和/或气体发动机，主要是二冲程十字头发动机。
往复活塞式内燃发动机的活塞，特别是双燃料或奥托循环型的往复活塞式内燃发动机，设有形成活塞环组件的活塞环，这些活塞环位于活塞的凹槽中，并用于将燃烧室相对于外界密封隔开。
至少活塞环组件的顶部环被切割以允许活塞环在安装于活塞的侧壁中的环形凹槽中时膨胀。通常，环在切口处的两端被设计成形成锁定端，从而基本上防止气缸的燃烧室中的气体流过切口。
顶部环的两个锁定端可具有相互重叠的舌部，该舌部阻挡环间隙的至少主要部分并限制燃烧气体流过环间隙的可能性。
这种顶部活塞环例如公开在申请EP 20167735.8中，其通过引用结合于此。
DE 10 2017 118 773 A1公开了一种活塞环组件，该活塞环组件包括三个活塞环：上部或燃烧室侧压缩环和下部或曲轴箱侧压缩环，以及设置在上部压缩环和下部压缩环之间的中心刮油环。压缩环具有小的间隙，以便实现良好的密封并使漏气最小化。
上部压缩环可以在尺寸和其它机械性能方面与下部压缩环相同。这允许实现减少数量的不同部件。
根据DE 10 2017 118 773 A1，在上部压缩环和下部压缩环之间将产生加压储油器，该加压储油器的平均压力大致对应于曲轴箱中的压力和燃烧室中的平均压力之间的平均值。根据DE 10 2017 118 773 A1，顶部活塞环和底部环平行布置，并且基本提供了对于活塞下侧空间的密封。
为了减少上部活塞环的环磨损，可以允许从燃烧室逸出的气体的可控泄漏，例如在EP0742875 B1中公开的。根据DE 102010020490 B4，允许的泄漏从最靠近燃烧室的活塞环到最远离燃烧室的活塞环减小。
在每个活塞冲程期间，活塞环组件从上方暴露于在由活塞界定的燃烧室中产生的燃烧压力，并且从下方暴露于存在于活塞下方的压力。
存在这样的风险，即来自活塞下侧空间的来自下方的压力影响活塞环，例如使得顶部活塞环从活塞环凹槽的下壁被提升，特别是在活塞沿轴向方向朝向曲轴箱的向下移动期间。因此，可以允许在朝向燃烧室的方向上的泄漏。油可以进入燃烧室，并且在衬套处可能产生沉积物。
发明内容
本发明的任务是提供一种活塞环组件、一种具有这种活塞环组件的活塞、一种具有这种活塞的往复式内燃发动机，其避免了已知的缺点，特别地提供了充分的密封和容易的制造。
根据本发明，用于内燃发动机活塞的活塞环组件至少包括第一活塞环和第二活塞环。
第一活塞环被设置成使得其对于来自活塞环组件的第一轴向侧的压力是气密的，第二活塞环被设置成使得其对于来自与第一轴向侧相对的第二轴向侧的压力是气密的。
因此，活塞环组件提供了对于活塞环组件的两个轴向侧的气密性。
第一轴向侧可对应于面向燃烧室的方向；第二轴向侧可对应于面向活塞下侧空间的方向。
虽然第一活塞环优选地适于避免燃烧气体进入活塞环下方的空间，但是第二活塞环防止来自活塞下方的压力影响第一活塞环，特别是在活塞朝向曲轴箱向下移动期间。
在使用时，第一活塞环和第二活塞环可以位于活塞的同一凹槽中。或者，第一活塞环和第二活塞环可以位于单独的凹槽中。
第一活塞环和第二活塞环可具有相同的锁定机构，但它们朝向相对的轴向侧布置。
第一活塞环和第二活塞环可以具有不同的高度和/或不同的轮廓。第二活塞环的高度可以小于第一活塞环的高度。
在活塞环组件的优选实施方式中，第一活塞环与第二活塞环相同。
因此，第一活塞环和第二活塞环具有相同的几何形状。第一活塞环和第二活塞环在尺寸和其它机械性能方面是相等的。然而，活塞环在活塞组件中的布置不同。
第一活塞环可包括活塞环锁，该活塞环锁对于来自第一轴向侧的压力是气密的。
第二活塞环可以包括与第一活塞环相同的活塞环锁。当被布置成活塞环组件时，第二活塞环沿与第一活塞环相反的方向轴向地布置，使得活塞环锁朝向第二轴向侧是气密的。
因此，通过两个相等的活塞环提供了朝向活塞环组件的两个不同轴向侧的气密性。
第一活塞环和第二活塞环可以是弧形的。
活塞环与气缸的接触线通常由弧线的最大延伸线限定，对于具有公锁定端和母锁定端的活塞环锁，该接触线优选地布置在公锁定端上。
优选地，弧线的最大延伸线沿轴向方向定位在活塞环的高度的中间。
或者，最大延伸线可将活塞环的高度分成较小部分和较大部分，例如高度的四分之一和四分之三。优选地，第一活塞环的弧线被布置成使得较小部分趋于朝向第二轴向侧，而第二活塞环的弧线被布置成使得较小部分趋于朝向第一轴向侧。
有利地，第一活塞环包括具有公锁定端和母锁定端的锁定区段。
第一活塞环可包括环形区段和具有母锁定端和公锁定端的锁定区段。顶部环的外侧与气缸衬套接触。
公锁定端具有突出到母锁定端处的对应凹部中的突出舌部。
在径向方向上，舌部小于环形区段，并且凹部在第一活塞环的内侧处由邻接舌部的内侧的竖直壁界定。舌部的轴向高度小于环形区段的轴向高度，并且凹部在轴向方向上由突出壁界定。突出壁的面向第二轴向侧的侧面邻接舌部的面向第一轴向侧的侧面。因此，凹部朝向第二轴向侧敞开。
由于舌部在宽度和高度的方向上基本上填满凹部，所以无论舌部在周向方向上是否与凹部的底部间隔开，都基本上防止了燃烧气体流过切口。在周向方向上舌部和凹部的底部之间的距离由于活塞环的膨胀而根据热状况而变化。
替代地或附加地，第二活塞环包括环形区段和具有公锁定端部和母锁定端部的锁定区段。
公锁定端包括至少一个突出舌部，该突出舌部突出到母锁定端处的对应凹部中。
在径向方向上，舌部小于环形区段，并且凹部在第二活塞环的内侧处由邻接舌部的内侧的竖直壁界定。舌部的轴向高度小于环形区段的轴向高度，并且凹部在轴向方向上由突出壁限定。突出壁的面向第一轴向侧的侧面邻接舌部的面向第二轴向侧的侧面。凹部朝向第一轴向侧敞开。
第二活塞环的锁定区段承受从第二轴向侧朝向活塞环组件作用的压力。
优选地，第一活塞环和第二活塞环的锁定端在尺寸上相等。
在一个有利的实施方式中，第一活塞环是顶部活塞环和/或第二活塞环是底部活塞环。因此，第一活塞环是活塞环组件的最靠近燃烧室的活塞环，而第二活塞环是定位成离燃烧室最远的活塞环。
活塞环组件可以包括至少一个另外的活塞环。
至少一个另外的活塞环可以是油分配环，该油分配环布置在第一活塞环和第二活塞环之间和/或在第二环的背离第一环的一侧靠近第二活塞环。
油分配环可以包括刮油叶片，该刮油叶片用于在气缸的内表面中产生限定的油膜，并用于例如经由活塞中的排放通道去除过量的油。
至少一个另外的活塞环可以是气密活塞环，该气密活塞环布置在第一活塞环和第二活塞环之间，并且布置成使得其对于来自活塞环组件的第一轴向侧的压力是气密的。该另外的活塞环可以等同于第一活塞环，并且可以以相同的方式布置。在气体穿过第一活塞环的情况下，该另外的活塞环提供了附加的屏障。
至少一个另外的活塞环可以是气密活塞环，该气密活塞环布置在第一活塞环和第二活塞环之间，并且布置成使得其对于来自活塞环组件的第二轴向侧的压力是气密的。该另外的活塞环加强了第二活塞环的功能。
至少一个另外的活塞环可以是非气密活塞环。
至少一个另外的活塞环的尺寸可以不同于第一活塞环和/或第二活塞环。所述另外的活塞环可以包括不同的高度或者可以包括不同的轮廓。
另外的活塞环可包括直锁。
活塞环组件可以包括不同类型活塞环的组合。
该目的还通过一种用于内燃发动机的活塞来实现，该活塞包括如上所述的活塞环组件。
活塞可以包括用于第一活塞环和第二活塞环的至少一个凹槽。优选地，第一活塞环布置在活塞的第一凹槽中，并且第二活塞环布置在第二凹槽中，第二凹槽布置成与第一凹槽相距轴向距离。
该目的还通过包括如上所述的活塞的内燃发动机来实现。
附图说明
下面借助于示例性实施方式和附图来解释本发明的其它有利方面。
在附图中，以示意性的方式：
图1：示出了活塞环组件的第一示例的示意图；
图2：以截面图示出了根据第一示例的活塞的示意图；
图3：以截面图示出了活塞的第二示例的示意图；
图4：以截面图示出了活塞的第三示例的示意图；
图5：以截面图示出了活塞的第四示例的示意图；
图6：以截面图示出了活塞的第五示例的示意图；
图7：以截面图示出了活塞的第六示例的示意图。
具体实施方式
图1示出了活塞环组件100的第一示例的示意图。活塞环组件100包括第一活塞环1和第二活塞环2。
第一活塞环1被布置成使得其对于来自活塞环组件100的第一轴向侧3的压力是气密的，并且第二活塞环2对于来自与第一轴向侧3相对的第二轴向侧4的压力是气密的。
第一活塞环1包括具有公锁定端12和母锁定端13的锁定区段11。公锁定端12包括至少一个突出舌部14，该突出舌部突出到位于母锁定端13处的对应凹部15中。
凹部15朝向第二轴向侧4敞开。
第二活塞环2在尺寸方面与第一活塞环1等同，但布置在顶部的最低处。
第二活塞环2也包括具有公锁定端12和母锁定端13的锁定区段11。公锁定端12包括突出到位于母锁定端13处的对应凹部15中的至少一个突出舌部14。由于第二活塞环的布置不同于第一活塞环1，所以第二活塞环2的凹部15朝向第一轴向侧3敞开。
图2以截面图示出了根据第一示例的活塞20的示意图。
活塞20包括两个凹槽21，一个凹槽用于形成顶部活塞环的第一活塞环1，一个凹槽用于形成底部活塞环的第二活塞环2。
活塞环1、2为弧形的。活塞环1、2与气缸30的衬套31的接触线由弧线的最大延伸线5限定。
弧线的最大延伸线5将活塞环1、2的总高度6分成较小部分7和较大部分8。第一活塞环1的较小部分7趋于朝向第二轴向侧4。
由于第二活塞环2以相反的方式布置，第二活塞环2的较小部分7’趋于朝向第一轴向侧3。
图3至图6以截面图示出了活塞20的第二、第三、第四和第五示例的示意图。
活塞20包括三个凹槽21。
第一活塞环1被布置成使得其对于来自第一轴向侧3的压力是气密的，并且第二活塞环2被布置成使得其对于来自第二轴向侧4的压力是气密的。
如图3所示，油分配环40被布置在第一活塞环1和第二活塞环2之间。
油分配环40可以被布置成将过量的油朝向第二轴向侧引导。
如图4所示，可以具有直锁的另外的活塞环45设置在第一活塞环1和第二活塞环2之间。替代地，另外的活塞环45可以具有公锁定端和母锁定端。替代地，另外的活塞环45可以是弧形的。
另外的活塞环45也可以是弧形的或者可以具有直的外部轮廓。
替代地，活塞20可包括四个凹槽(未在图中明确示出)，从而在第一活塞环1和第二活塞环2之间布置有油分配环40和另外的活塞环45，所述第一活塞环被布置成使得其对于来自第一轴向侧3的压力是气密的，所述第二活塞环被布置成使得其对于来自第二轴向侧4的压力是气密的。
如图5所示，另外的第一活塞环1’被布置成使得其对于来自第一轴向侧3的压力是气密的，并且被布置在第一活塞环1和第二活塞环2之间。
如图6所示，另外的第二活塞环2’被布置成使得其对于来自第二轴向侧4的压力是气密的，并且被布置在第一活塞环1和第二活塞环2之间。
图7以截面图示出了活塞20的第六示例的示意图。活塞20包括四个凹槽21。
在第一活塞环1和第二活塞环2的下方布置有油分配环40，其中第一活塞环被布置成使得其对于来自第一轴向侧3的压力是气密的，第二活塞环被设置成使得其对于来自第二轴向侧4的压力是气密的。
另外，在第一活塞环1和第二活塞环1之间可以布置有另外的活塞环45。
替代地，在第一活塞环1和第二活塞环1之间可以布置有另外的第一活塞环1’、另外的第二活塞环2’和/或另外的油分配环40(图中未示出)。
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