[发明专利]用于稳定活塞环的方法和实施该方法的装置及其应用

说明书

技术领域

根据第一发明构思，本发明涉及一种用于稳定至少一个活塞环的方法，该活塞环能够以径向和轴向间隙容纳在往复式活塞内燃机的活塞的相配的活塞环槽中，其中所述活塞环能通过其径向的外圆周表面贴靠在接纳活塞的汽缸套的工作面上并且在其径向的内圆周表面上被在其上侧产生的气体压力加载，并且所述活塞环和/或活塞环槽的断面这样地构造，即：在活塞环未受负荷的或略微地被上侧的气体压力加载的相对冷的状态下，所述活塞环的底面与相配的活塞环槽的相对置的下支承面在活塞环底面的朝向活塞轴线的区域内接触，并且从这里开始在活塞环底面和活塞环槽的相对置的下支承面之间形成一个沿径向方向朝向外部在高度上开口的缝隙。

此外，本发明还涉及用于实施上述方法的装置，其形式为活塞环、活塞和/或用于制造分别具有至少一个活塞环槽的活塞的部件，以及所述方法的应用。

背景技术

在运转时，往复式活塞发动机的活塞在其外部的与燃烧室相邻的表面区域内被热量加载并且在其内部表面区域通过循环的冷却剂来冷却。在此，各区域产生不同的温度。这些温度差导致活塞的热变形，其中，环形壁向内下凹地变形，以致每个定位在活塞下部区域的活塞环槽朝向汽缸壁倾斜向上地延伸。对此，在当前的活塞环和活塞槽构造方式下，也就是说在活塞环和活塞环槽的矩形断面的情况下产生以下的情形，与向外部朝上倾斜的活塞环槽相配的活塞环贴靠在构成活塞环槽的与汽缸壁相邻的棱边的材料上，从而活塞环底面的大部分被在其径向内部圆周表面区域内产生的气体压力加载。出于这个原因，活塞环由于在其上侧和径向内圆周表面上产生的气体压力而不稳定，因为活塞环底面的大部分处在气体压力下。活塞环底面的缺少的支承由于活塞环和汽缸套表面之间的摩擦而导致活塞环的旋转或扭转。所述旋转或扭转与所述的摩擦力成比例。这些旋转或扭转的后果是，活塞环槽的迅速磨损以及活塞的使用寿命相应地缩短，这将导致高额的运营成本。

从专利DE 101 18 910 A1已知一种活塞环构造，其中，在未负载的状态下，在活塞环底面和活塞环槽下支承面之间设有朝径向外部的在高度上开口的缝隙。在此，从以下的要求出发，即：所述的缝隙在活塞热的时候如同在冷的状态下相同地存在。当然这在考虑上述通过热变形而引起的活塞形状改变的情况下是不适合的。更确切的说存在以下危险，即：在冷却状态时存在的缝隙当活塞被加热到工作温度时消失，从而活塞环通过来自于上面的压力加载而首先贴靠到活塞环槽的径向外部棱边上，并且相应地产生上述缺点。此外，对此会使活塞环的开口受阻，并且因此使下游的活塞环的压力加载受阻。总的来说，因此会产生较大的磨损危险。

发明内容

因此本发明的目的是，避免上述的缺点以保证长的活塞使用寿命。

为了实现该目的，建议：在所述活塞上，当未被上侧气体压力加载的活塞的温度从冷的环境状态上升至工作温度时，至少一个活塞环槽的下支承面的径向外部的远离轴线的区域相对于径向内部的靠近轴线的区域向上偏移，其中在活塞环槽下支承面和相配的活塞环底面之间的、在径向方向上朝径向外部开口的缝隙的高度相对于其在冷的状态下的高度减小，为了补偿含有活塞环槽的活塞区域的在与工作条件相应的高的温度时存在的热变形，活塞环和活塞环槽的断面相互协调地构造，使得上述的缝隙在活塞环的未被上侧的气体压力加载的状态下即使在温度升高的情况下也不沿径向方向朝活塞轴线开口，并且活塞环槽的断面这样地构造，使得该活塞环在其径向的内圆周表面上被在其上侧产生的气体压力加载，而与以其形状来限定上述的缝隙的元件的任何类型的温度和变形无关。

这些措施确保，在不利的框架条件时，例如，在具有高的活塞冠和在活塞裙的下边缘上设有的活塞环槽的活塞，其中热变形会导致活塞环槽在热状态下径向向内上升地延伸，在从上方对活塞环加载压力的情况下，在活塞环底面和活塞环槽的相互对置的下支承面之间的初始接触至少在活塞环底面的朝向活塞轴线的区域中开始，并且阻止活塞环在活塞环槽的下支承面的径向外部棱边上的摩擦。从上面被气体压力加载的活塞环因此从初始接触位置开始逐渐地贴靠到活塞环槽的下支承面上，从而与温度无关地确保使气体压力从上方作用到整个压力面，这样活塞环的底面可以相对于活塞环槽的下支承面稳定。由此导致在活塞环底面和相配的活塞环槽的相对置的下支承面之间构成的缝隙无论如何也不会朝径向内部开口，而是一直朝径向外部开口，活塞环槽以有利的方式在轴向方向也足够大，以便在任何情况下确保活塞环径向内部圆周表面被在活塞环上侧产生的压力加载，并且因此确保活塞环的可靠的开口。