用于内燃机活塞的刮油环的制作方法

1.本发明涉及一种用于内燃机活塞的刮油环，特别是用于不带排油孔的活塞的刮油环。


背景技术：

2.刮油环设计用于沿圆周方向在气缸壁上分配油，并刮去气缸壁上的多余油。为了提高密封和刮油功能，刮油环通常配有两个刮油轨。这些导轨中的每一个都会刮去气缸壁上多余的油。因此，必须从刮油环区域排出的一定量的油积聚在刮油环的下边缘以及导轨之间。特别是分别在二冲程发动机的动力冲程期间或在四冲程发动机的进气冲程和动力冲程期间，来自曲轴箱的油必须从该区域排出，因为油可能会到达刮油环上方，然后必须从第二密封环上刮下。一件式和两件式刮油环通常设有纵向狭缝或孔，它们沿径向在环轨之间运行，以便位于刮油轨之间的多余油可以向内排出。活塞向下运动时，从上导轨上刮下的油通过环体中的这些开口被引导到环的后侧，进入环座。从那里，刮下的油可以以不同的方式排出。油通常通过刮油槽中的孔引导至活塞内侧，以便从那里滴回油底壳。也可以通过活塞外侧活塞螺栓区域中的凹槽，通过所谓的盖槽将刮下的油回流。然而，也使用两个实施例的组合。
3.往复式活塞发动机的活塞主要由铝合金制成，但也有铸铁和钢制成。铝活塞的坯料由此在模具中铸造或锻造。护套表面、阀套、活塞环槽和活塞螺栓孔随后进行机械加工。
4.这是由钢制成的活塞抵消的。它们的膨胀仅为其铝前驱物的一半左右，这就是为什么钢活塞在铝壳体中的间隙可以更小，由此产生的摩擦减少了40％至50％。热力学效率进一步提高，因为钢的较低导热率导致部件温度升高，这与较高的点火性能和缩短的燃烧时间有关。
5.然而，钢活塞有一个很大的缺点，因为在刮油槽中用于排油的管道的制造成本非常高。因此，钢活塞的趋势是不再提供任何排放管道，这通常会导致油耗问题。
6.由de 1 242 957已知一种用于往复活塞的刮油环，该刮油环包括一对导轨，该导轨保持一定距离并径向向外延伸，从而作为唯一部件在弹簧压力下与气缸壁接触，其中在导轨之间形成一个集油槽。因此，环在其背向活塞头的下侧上具有分布在圆周上并保持一定距离的中间件，这些中间件的尺寸沿径向确定，使得在轨道下方形成油收集室，该油收集室通过通道和开口与活塞内部空间连通，并且油收集槽不与形成所述油收集槽的轨道之间的活塞内部空间有任何连接。
7.本发明的目的是形成刮油环，使得刮油环对不具有排油孔的活塞具有最佳的刮油效果，从而分别防止油膜的弱化或撕裂。


技术实现要素：

8.根据第一方面，本发明涉及一种用于内燃机活塞的刮油环，其中活塞的刮油活塞环槽设置成不具有至少一个排油孔。刮油环包括环体，该环体包括上环侧面、下环侧面、环
内侧、环外侧以及两个邻接表面。在环外侧上布置有上刮油轨和下刮油轨，上刮油轨和下刮油轨在轴向方向上彼此隔开地沿圆周方向延伸，并且从环外侧径向向外延伸。此外，沿径向运行的油道布置在上刮轨和下刮轨之间的区域中。此外，沿径向运行的至少一个凹槽形成在下环侧面上。
9.根据本发明的刮油环的优点在于，从集油槽刮下的油可以通过环后面的油道流出，并从那里通过下环侧面上的至少一个凹槽流入活塞和气缸之间的间隙。因此，不必在活塞的刮油环槽中设置任何排油孔。由于在该实施例中，油仅在活塞环下方输送，因此可以确保活塞和气缸之间的油膜不会减弱并且不会撕裂。由于活塞环下方的油量较大，可以抵消润滑不足。
10.在刮油环的示例性实施例中，至少一个凹槽具有固定深度和/或固定宽度。这种几何形状的制造具有成本效益。这种类型的凹槽几何形状提供了刮除的油的持续排放。
11.在刮油环的另一示例性实施例中，至少一个凹槽的深度或宽度沿径向从内向外减小。这种凹槽几何形状的优点在于，由于只有凹槽的最小横截面表面决定了流通量，所以可以更容易地控制油的流出。此外，通过这种几何形状可以实现，油流在径向上从外到内减少，从而防止润滑不足。
12.在刮油环的另一实施例中，至少一个凹槽具有半圆形横截面。半圆形横截面可以以技术上有利的方式钻孔，并且还代表了无干扰影响的油流出几何形状。
13.在刮油环的另一实施例中，至少一个凹槽的槽底以半圆形方式形成，并且槽侧面平行于相对定位的槽侧面对齐。槽底的半圆形横截面可以以技术上有利的方式钻孔，并且另外表示无干扰影响的油流出表面，由此以下平行的凹槽侧面增加了油流出体积。
14.在刮油环的另一示例性实施例中，设置有多个凹槽，凹槽(26)沿圆周方向以均匀的角距离布置在下环侧面上。因此，确保了恒定的油流，以防止整个运行表面润滑不足。因此，均匀的角距离是指在圆周方向上彼此相邻的两个凹槽。此外，优选将环间隙视为凹槽之一。
15.在活塞环的一个实施例中，在数量n＞1个凹槽的情况下，每个凹槽与至少一个凹槽中的另一个凹槽以360/(n+1)
°
的角距离布置，并且，其中位于最靠近刮油环间隙的凹槽同样在刮油环平面或刮油环凸起中，基于刮油环的中心点，分别与刮油环间隙具有360/(n+1)
°
的角距离。这些规格的偏差可高达+-3
°
。由于凹槽的这种布置，确保了恒定的油流，以防止整个运行表面的整个圆周上润滑不足。对称布置的凹槽的制造可以以有利的方式实现。
16.在刮油环的另一示例性实施例中六个凹槽布置在刮油环上，其中以中心点为基准，它们分别在刮油环平面或刮油环凸起中与邻接表面或与邻接表面成14.5
°
至30.5
°
、104.5
°
至120.5
°
、149.5
°
至165.5
°
、194.5
°
至210.5
°
、239.5
°
至255.5
°
、329.5
°
到345.5
°
，优选17.5
°
至27.5
°
、107.5
°
至117.5
°
、152.5
°
至162.5
°
、197.5
°
至207.5
°
、242.5
°
至252.5
°
、332.5
°
至342.5
°
，特别优选20.5
°
至24.5
°
、110.5
°
至114.5
°
、155.5
°
至159.5
°
、200.5
°
至204.5
°
、245.5
°
至249.5
°
、335.5
°
至339.5
°
的角距离布置。六个槽的数量是有利的，因为这个数量确保了最佳的油流，从而防止了整个运行表面上的润滑不足。凹槽位置的对称性在技术上是成本优化的。
17.在刮油环的另一实施例中，刮油环在环内侧上设有沿圆周方向运行的凹槽，膨胀弹簧，优选管状弹簧，插入凹槽中。与单件式刮油环相比，这种两件式刮油环的横截面积明
显减小。因此，环体是相对柔性的，并且具有非常好的模具填充能力。环内侧上的凹槽形成管状弹簧的弹簧座，其横截面以半圆形或v形方式形成。刮油环的刮油轨被压靠在气缸内侧的力来自由耐热弹簧钢制成的膨胀弹簧，优选管状弹簧。在操作过程中，弹簧牢固地抵靠在环体的后侧，并与环体一起形成一个单元。即使弹簧不靠着环旋转，整个刮油环以及其他环在操作过程中也会在活塞环槽中沿圆周方向旋转。对于两件式刮油环，径向压力分布总是对称的，因为接触压力在整个螺旋弹簧圆周上均匀分布。
18.根据另一方面，本发明涉及一种活塞，该活塞包括至少一个刮油活塞环槽，其中活塞在曲轴箱的方向上不具有从刮油活塞环槽的排油开口，其中刮油环在刮油活塞环槽中，其中活塞由钢或铝制成。
19.提供的是提供不具有排油口的铝活塞或钢活塞。在钢活塞的情况下，提供排油开口的成本特别高。然而，钢活塞的优点是后者的膨胀仅为铝活塞的一半，这就是为什么钢活塞在铝壳体中的间隙可以更小的原因。这会使活塞在气缸中的有效间隙更大，并减少摩擦。
20.由于钢活塞的更高强度，在发动机运行期间进一步获得了摩擦优势，并且提高了热力学效率，从而内燃机可以在更高的温度下运行。钢活塞的总高度可以小于铝活塞的情况，从而整个发动机可以设计为具有更小的总高度。与传统设计相比，较小的总高度和因此更平坦的发动机缸体提供了更低的重量和/或更高的点火压力。由于使用了上述刮油环，可以使用刮油活塞环槽，该刮油活塞活塞环槽在曲轴箱方向上不具有从刮油活塞环槽的排油开口。
21.根据另一方面，本发明涉及一种包括至少一个活塞的内燃机，该活塞设有上述刮油环之一。
22.根据另一方面，本发明涉及一种内燃机，其中活塞分别由钢或铝制成或由钢或铝组成。
23.刮油环在活塞环槽中的可用性(活塞环槽不具有任何排油口)代表了现有技术的局限性。除油道外，刮油环还具有沿径向运行的凹槽，这些凹槽的几何组合确保了最佳的刮油行为。这种在曲轴箱方向和相反方向从环内侧的系统油流出确保了油膜不会撕裂或变得太薄。此外，由于较高的机械力和温度，当使用不具有排油孔的活塞时，尤其是在不具有排油口的钢活塞的情况下，由于相对较小的支承表面促进了活塞卡住，因此下环侧面的支承表面与凹槽的开口表面的比率更有利。
附图说明
24.下面将基于示意性示出参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例，其中：
25.图1示出了根据本发明实施例的刮油环，以及
26.图2示出了刮油环上凹槽的布置。
具体实施方式
27.图1显示了刮油环的横截面图，该刮油环安装在活塞2的刮油活塞环槽4中，不具有排油装置。刮油环具有上环侧面8、下环侧面10、环内侧12和环外侧14。上环侧面8布置在燃烧室侧，下环侧面布置在曲轴箱侧。两个间隔开的刮油轨布置在环外侧14上，上刮油轨20布置在燃烧室侧，下刮油轨22布置在曲轴箱侧。两个刮油轨20、22从未示出的气缸内壁上刮
油，该气缸内壁形成活塞的运行表面。
28.两种类型的油道布置在环体6中。一方面，油道24布置在两个刮油轨20、22之间并且在径向上运行到环内侧。另一方面，积聚在两个刮油轨20、22之间的油可以通过油道24排放到环内侧12。凹槽26设置在下环侧面10上，油可以通过凹槽26从环内侧12流到环外侧14以及从环外侧14流到环内侧12中。油道24和凹槽26在径向环体6中运行。轴向分别对应于活塞2的纵向轴线或其运动方向，并垂直于径向运行。
29.在图1中还可以看到沿圆周方向运行的凹槽(32)，膨胀弹簧(最好是管状弹簧)在其中运行。膨胀弹簧建议为圆形。与单件刮油环相比，包括膨胀弹簧的两件式刮油环具有明显更小的横截面积。因此，环体6是相对柔性的，并且与膨胀弹簧结合显示出非常好的模具填充能力。刮油环主要由膨胀弹簧压在气缸壁上。膨胀弹簧由耐热弹簧钢制成。在两件式刮油环的情况下，径向压力分布几乎总是对称的，因为接触压力在整个螺旋弹簧圆周上均匀分布。为了增加使用寿命，外径膨胀弹簧被研磨，更紧密地缠绕在邻接表面16、18上，或者也被特氟隆管(teflon tubing)覆盖。由于这些措施，轴承表面增大，表面载荷减小，从而环体6和膨胀弹簧之间的摩擦磨损减小。环体6由铝、灰铸铁或钢制成。
30.图2示出了环体6的轴向俯视图，其中可以看到邻接表面16、18、刮油环间隙28和刮油环30的中心点。
31.附图标记
32.2活塞
33.4刮油活塞环槽
34.6环体
35.8上环侧面
36.10下环侧面
37.12环内侧
38.14环外侧
39.16、18邻接表面
40.20上刮油轨
41.22下刮油轨
42.24油道
43.26凹槽
44.28刮油环间隙
45.30刮油环的中心点
46.32沿圆周方向运行的凹槽

技术特征：
1.一种用于内燃机的活塞(2)的刮油环，其中所述活塞(2)的刮油活塞环槽(4)设置成不具有至少一个排油孔，所述刮油环包括：环体(6)，包括：上环侧面(8)，下环侧面(10)，环内侧(12)，环外侧(14)，以及两个邻接表面(16、18)，其中在所述环外侧(14)上布置有上刮油轨(20)和下刮油轨(22)，所述上刮油轨(20)和所述下刮油轨(22)在轴向方向上彼此隔开地沿圆周方向延伸，并且从所述环外侧(14)径向向外延伸，其中沿径向运行的油道(24)布置在所述上刮轨(20)和所述下刮轨(22)之间的区域中，并且其中沿径向运行的至少一个凹槽(26)形成在所述下环侧面(10)上。2.根据权利要求1所述的刮油环，其中所述至少一个凹槽(26)具有固定深度和/或固定宽度。3.根据权利要求1或2所述的刮油环，其中所述至少一个凹槽(26)具有沿径向从内向外减小的深度或宽度。4.根据前述权利要求中任一项所述的刮油环，其中所述至少一个凹槽(26)具有半圆形横截面。5.根据权利要求1-3中任一项所述的刮油环，其中所述至少一个凹槽(26)的槽底以半圆形方式形成，并且槽侧面平行于相对定位的槽侧面对齐。6.根据前述权利要求中任一项所述的刮油环，其中设置有多个凹槽(26)，所述凹槽(26)沿圆周方向以均匀的角距离布置在所述下环侧面(10)上。7.根据前述权利要求中任一项所述的刮油环，其中在数量n＞1个凹槽(26)的情况下，每个凹槽(26)与所述至少一个凹槽(26)中的另一个凹槽(26)以360/(n+1)
°
的角距离布置，并且，其中位于最靠近刮油环间隙(28)的凹槽(26)同样在刮油环平面或刮油环凸起中，基于所述刮油环的中心点(30)，分别与所述刮油环间隙具有360/(n+1)
°
的角距离。8.根据前述权利要求中任一项所述的刮油环(2)，其中六个凹槽(26)布置在所述刮油环上，其中以所述中心点(30)为基准，所述六个凹槽(26)分别在刮油环平面或刮油环凸起中与所述邻接表面(16)或与所述邻接表面(18)成14.5
°
至30.5
°
、104.5
°
至120.5
°
、149.5
°
至165.5
°
、194.5
°
至210.5
°
、239.5
°
至255.5
°
、329.5
°
至345.5
°
，优选17.5
°
至27.5
°
、107.5
°
至117.5
°
、152.5
°
至162.5
°
、197.5
°
至207.5
°
、242.5
°
至252.5
°
、332.5
°
至342.5
°
，特别优选20.5
°
至24.5
°
、110.5
°
至114.5
°
、155.5
°
至159.5
°
、200.5
°
至204.5
°
、245.5
°
至249.5
°
、335.5
°
至339.5
°
的角距离布置。9.根据前述权利要求中任一项所述的刮油环，其中所述刮油环在所述环内侧(12)上设有沿圆周方向运行的凹槽(32)，膨胀弹簧，优选管状弹簧，插入所述凹槽(32)中。10.一种活塞(2)，包括至少一个刮油活塞环槽(4)，其中所述活塞(2)在曲轴箱的方向上不具有从所述刮油活塞环槽(4)的排油开口，其中根据前述权利要求中任一项所述的刮
油环布置在所述刮油活塞环槽(4)中，其中所述活塞由钢或铝制成。11.一种内燃机，包括至少一个根据权利要求10所述的活塞(2)。12.根据权利要求11所述的内燃机，其中所述活塞由钢或铝制成或由钢或铝组成。

技术总结
本发明公开了一种用于内燃机的活塞(2)的刮油环，其中活塞(2)的刮油活塞环槽(4)设置成不具有至少一个排油孔，刮油环包括：环体(6)，包括：上环侧面(8)、下环侧面(10)、环内侧(12)，环外侧(14)以及两个邻接表面(16、18)，其中在环外侧(14)上布置有上刮油轨(20)和下刮油轨(22)，上刮油轨(20)和下刮油轨(22)在轴向方向上彼此隔开地沿圆周方向延伸，并且从环外侧(14)径向向外延伸，其中沿径向运行的油道(24)布置在上刮轨(20)和下刮轨(22)之间的区域中，以及其中沿径向运行的至少一个凹槽(26)形成在下环侧面(10)上。在下环侧面(10)上。在下环侧面(10)上。


技术研发人员：理查德
受保护的技术使用者：辉门布尔沙伊德公司
技术研发日：2021.05.31
技术公布日：2023/9/23