专利名称：填密函环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于两冲程十字头大型柴油机的填密函的填密函环。
用作例如船舶的主传动装置的纵向换气的两冲程大型柴油机通常具有多个气缸，每个气缸内设置一个往复移动的活塞。该活塞通过活塞杆与可移动地支承在柴油机壳体内的滑动轨道上的十字头相连接，该十字头的另一端通过推杆与柴油机曲轴相连接，为了使活塞杆穿过而进入气缸，设置一种填密函，该填密函通常含有多个相对于活塞杆的纵轴线一个接一个地排列并组成填密函管壳的填密函环。
根据功能不同，有各种类型的填密函环。在填密函的面对气缸一侧的端部设置一个或多个刷环，其主要作用是刷除污物例如燃烧残渣或来自活塞杆的磨损的或者说磨蚀的颗粒，使这些污物不进入曲轴室。紧接着这些刷环，设置多个密封环，其主要作用是使下侧活塞室或者说进气室对于曲轴室密封，以便使换入的或者通入的空气不会从进气室沿活塞杆漏泄出去。紧接着上述密封环，设置一个或多个刷油环，用于防止过多的(也就是多于润滑活塞杆所需要的)油沿活塞杆流入进气室内。
现有的大型柴油机的填密函环通常用有色金属或灰口铸铁制造。这些环具有例如一个或多个凸缘，其径向内界面构成在工作时沿活塞杆滑动的工作面。由于两冲程大型柴油机的功率很大(因而需要活塞杆的直径也大，例如30cm或更大)，以及由于工作时引起的活塞杆与填密函环之间的磨损，这种类型柴油机中的填密函环必须用相当大量的材料十分坚固地制成。因此，现有的填密函环仅具有很有限的适应性(如果真要有的话)，因为这些环很难弯曲。因此，现有的填密函环常常用3个环段组装而成，以便使这些环基本上与活塞杆的整个圆周相接触(至少在新的状态下是如此)。上述的环段由一个沿圆周方向包围它们并对活塞杆施加偏压力的弹簧支持在一起。
关于磨损，现有的两冲程大型柴油机用的填密函环有不足之处。由于活塞杆磨蚀、磨损产生的坚硬颗粒或其他的在活塞杆上的污物，在活塞杆穿过填密函环而移动时便压入填密函环的工作面内，这就会产生剧烈增大活塞杆磨损的磨蚀效应，这对于活塞杆尤其严重，但填密函环也会发生这种效应。
影响填密函环的刷除作用和密封作用的效率的决定性因素是比表面压力，该压力就是填密函环的凸缘或者说工作面对活塞杆施加的压力。但是，该比表面压力不必太大，尤其是在两冲程大型柴油机中，要考虑活塞杆与填密函环两种材料之间的咬接问题。较低的比表面压力会降低刷除和密封作用的效率。另外，由于环段的刚性很大，故沿活塞杆的圆周看，填密函环处于与活塞杆的非均匀接触状态。
上述的刷除和密封效率降低的情况是十分有利的，尤其是对于在活塞速度高、进气压力大的条件下工作的现代的两冲程大型柴油机更是如此。例如会损失大量的从活塞杆流入进气室的润滑油。
根据现有技术的问题，本发明的目的是提出一种用于具有十字头的两冲程大型柴油机的填密函环，该填密函环分别具有改进的刷除和密封作用的效率。
满足上述目的填密函环由独立权利要求的特征来表征。
因此，按照本发明提出了一种用于两冲程柴油机的填密函的填密函环，所述柴油机具有内部设置有一个往复移动的活塞的气缸，该活塞通过活塞杆与十字头相连接，上述的填密函用于使活塞杆从储气室穿过它进入曲轴室，上述填密函环的在工作时沿活塞杆滑动的工作面具有坚硬而耐磨的涂层。
通过上述工作面的涂层可以显著增加填密函环的工作面压在活塞杆上的比表面压力，而不会发生工作面与活塞杆之间的咬接现象。由于增大了比表面压力，故可明显增加填密函环各自的刷除作用和密封作用。这就使得由于减少了油的渗透而导致有利地降低油耗，而且由于减少了污物对填密函的入侵而减少活塞杆与填密函环之间的磨损，这样，活塞杆和填密函的工作寿命都可延长。
此外，由于改善了刷除污物的效率而且涂层坚硬，便可避免颗粒嵌入填密函环工作面内的不利情况，所以不会发生有害的磨蚀效应。因此，也减少活塞杆与填密函环的磨损。
上述的工作面涂上铬涂层或含铬的陶瓷涂层是特别有利的，因为这类涂层十分坚硬而且耐磨。作为与当今制造活塞杆的材料例如钢配对的材料，铬和含铬陶瓷具有十分良好的运行性能或者说滑动性能，而且具有很低的咬接性能。
为了制造方便，填密函环的工作面最好采用电镀法涂层，具体说就是牢固地电镀镀铬。
也可以采用喷涂法或等离子法或激光涂敷法尤其是采用激光包层法对上述工作面涂上涂层。
本发明的填密函环最好设计成分段的，也就是说，这种环具有至少两个环段，该环段沿圆周方向毗邻排列，因而彼此互补组成一个环。这种分段的设计可保证填密函环与活塞杆之间有尽可能紧密的接触，因此对于填密函环的密封和刷除功能都有积极的作用。
由于本发明的填密函环减小了磨损并显著增大了工作时的比表面压力，故可将其径向宽度和/或轴向高度设计成比现有技术的填密函环的小。采用这一措施的结果是使环的弯曲刚度减小，从而具有更大的适应性。由于填密函环与活塞杆更好地并被认为是沿整个圆周更均匀地相接触，故导致填密函环有利地分别增大刷除作用和密封作用。并在长的工作时间内基本保持恒定的密封作用，即使在活塞杆在工作中发生磨损时也是如此。
由于改善了适应性，故可设计完全只有两个环段而不会对填密函环与活塞杆的接触产生负面影响的实施例。只用两个环段的措施是特别有利的，因为这样就可以减少锁合部的数目(也就是相邻环段间的平接头的数目)，这对于改善填密函环的刷除作用和密封作用都有积极的影响。
按照本发明的最佳实施例，填密函环的径向宽度至多等于活塞杆直径的7％，最好是至多等于活塞杆直径的5％，以便可使填密函环对活塞杆具有良好的适应性，并且具有高而且均匀的比表面压力。
为了将填密函环压紧在活塞杆上，并且在分段环的实施例中将各环段维持在一起，最好设置一个包围填密函环并使填密函环压在活塞杆上的弹簧。
采用本发明的填密函环可使得用于两冲程十字头大型柴油机的填密函具有比现有的填密函显著增强的刷除作用和密封作用。在这种类型的填密函中，其一个、多个或最好是全部填密函环都可按本发明设计。由于填密函环和活塞杆都提高了效率、减少了磨损，故使装有本发明的填密函的大型柴油机提高了长期工作性能。尤其是，填密函环的弹性可保证它们保持其良好的刷除作用和密封作用，即使在活塞杆或填密函环各自发生磨损时也是如此。
另外，由于填密函环刷除污物和刷除油的效率以及密封作用的效率提高，故可将填密函环的数目减少到比现有填密函的少，这就有利于将填密函在整体上设计得小些，从而也可降低大型柴油机的高度。而且，填密函环的数目减少也有利于降低成本。
在次级权利要求中规定了本发明的其他的有利措施和优选实施例。
下面参看附图结合典型实施例更详细地说明本发明，附图(未按比例)中
图1是具有本发明的填密函环的典型实施例的填密函的剖视简图；图2是本发明的填密函环的典型实施例的平面图；图3是沿图2中III-III线剖切的图2典型实施例的剖视图；图4是沿图2中IV-IV线剖切的图2典型实施例的剖视图；图5是与图4相当的剖视图，但表示本发明的填密函环的不同的典型实施例；和图6是与图4相当的剖视图，但表示本发明的填密函环的又一个典型实施例。
按照本发明提出一种用于两冲程十字头大型柴油发动机的填密函的填密函环。众所周知，这种类型的用作例如船舶传动装置的柴油发动机具有多个气缸，在每个气缸内设置一个往复移动的活塞，该活塞通过活塞杆3(见图1)与一个十字头相连接，十字头的另一端通过一个推杆与曲轴相连接。十字头可线性移动地支承在滑动轨道上，该滑动轨道固定在发动机壳体的曲轴室5内，位于气缸通常工作位置之下面。上述的填密函用于使活塞杆3从曲轴室5穿过它而到达进气室4。
图1示出一个用于纵向换气的两冲程十字头大型柴油机的填密函的典型实施例的剖视图，该填密函总的用标号1表示。填密函1具有一个相对于柴油机机壳(未示出)是固定的并包围活塞杆3的壳体2。在该壳体2内有多个填密函环10、11、12，它们按公知的方式沿活塞杆3的纵轴线一个接一个地排列，并在任何情况下都包围着活塞杆3且在工作时沿活塞杆3滑动。设置在上部并且位于填密函1的面对进气室4的端部上的两个填密函环10用作刷环10，其主要作用是刷去污物例如燃烧残渣或从活塞杆3上磨损的或者说磨蚀的颗粒。紧接着上述的填密函环10的是多个(这里是4个)密封环11，其主要作用是使进气室4相对于曲轴室5密封，以便使换入的空气或者说进入的空气都不会沿活塞杆3漏出气缸外。紧接着上述的密封环11设置了多个(这里是10个)刷油环12，用于防止过多的油(也就是多于润滑所需的油)沿活塞杆3流入进气室4。在填密函1的另一端即面对曲轴室5的端部又设置一个刷环10，用于防止油从曲轴室5流至进气室4内。
每个填密函环10、11、12都受到通过至少一个弹簧6所施加的相对于活塞杆3是向内的偏压力，上述弹簧6沿其圆周包围填密函环10或11或12，因此以比表面压力压紧活塞杆3，压力的大小取决于填密函环的类型而有所不同。
图2、3和4示出按图1位于最上面的刷环10的细节，它是作为本发明的填密函环的典型实施例而设计的。图2示出上述刷环10的从纵轴线A方向看去的平面图，图3示出沿图2的剖面线III-III通过刷环10的剖视图，图4示出沿图2的剖面线IV-IV的刷环10的剖面图，并示出了活塞杆3以便更好地理解本发明的内容。
刷环10具有两个基本相同的环段101，该两环段101沿圆周方向彼此相邻地排列。设计为径向伸长间隙的平接头或者说锁合部102在任何情况下都位于环段101的互相面对的端部之间，在每个环段101的内侧至少具有两个径向向内凸出的凸缘103，该凸缘103在每种情况下都沿圆周方向沿整个环段101延伸并沿规定活塞杆3的纵轴线A的轴线方向互相隔开。凸缘103的两个径向向内展现的分别具有轴向高度H1和H2的界面一起构成刷环10的工作面30，在工作时该工作面30沿活塞杆3滑动。因此工作面30的轴向高度为H＝H1+H2。
在每个环段101的外侧面设置两个在每种情况下都沿圆周方向延伸的沟槽105用于承接弹簧6(见图1)。在每种情况下，上述沟槽105都相对于轴线方向设置成使它所承接的弹簧可在大致位于凸缘103的高度上对刷环10施加偏压力。
按照本发明，刷环10的工作面30涂有一种坚硬的耐磨涂层20。该涂层的维氏硬度至少为800HVI，并由磨损性比制造填密函环的本体材料低的材料构成，此外，涂层20还具有十分良好的在制造活塞杆3的材料上运行的特性。对于主体上硬化的活塞杆3(这是当今的两冲程大型柴油机是常见的)来说，业已证明铬和含铬陶瓷是特别适用作工作面30的涂层20的材料。铬涂层最好用电镀法施加，例如，工作面30按电镀法牢固地镀铬。业已证明，涂层20的厚度至少为0.3mm才是有效的，在本文说明的典型实施例中涂层20的厚度为0.3-0.7mm。
涂层20也可用其他的对活塞杆3具有良好运行特性的坚硬的耐磨材料制成，例如，斯太立特硬质合金、特立勃劳埃合金(tribaloy)、镍磷合金或相当的材料都是适用的。除了上述的电镀法以外，可根据所用的材料选用其他合适方法来涂敷涂层20，例如喷涂法、等离子法或激光涂敷法尤其是激光包层法。
具体地说，所有的通常用于制造两冲程大型柴油机中的填密函环的材料都适合于作为制造刷环10的本体材料，例如灰口铸铁、钢、有色金属材料如含铅青铜、铜-铝合金、铜-铅合金和铜-锡合金。
用本体材料制出刷环10或分别制出环段101之后，在其工作面30上镀上涂层20。
由于有了坚硬的耐磨涂层20。本发明的刷环10具有比现有的填密函环满意得多的磨耗值因此有较长的工作寿命。另外，由于没有坚硬颗粒嵌入工作面30，故不会发生磨蚀效应。活塞杆3的磨损现象也明显减轻。再者，涂层20可以使刷环10以较高的比表面压力压紧活塞杆3，而不会在工作面30与活塞杆3之间发生咬接划伤。通过减小工作面30的总高度H(与现有技术的刷环相比较)和/或采用更强的置于刷环10的环形沟槽105中的弹簧6可以增大上述的比表面压力。在上述的典型实施例中，刷环10压向活塞杆3的比表面压力至少为30N/cm2。这就明显改善了刷环10的刷除作用。
具体地说，由于明显减小了磨损，故可将刷环的径向宽度B设计成比现有技术的刷环小得多。刷环10的径向宽度B最好是至多等于活塞杆3的直径的7％，特别有利的是至多等于活塞杆3的直径的5％。采取上述的措施后，除了节约材料之外，还有一个优点是刷环10更富有弹性且更加适应于活塞杆3的外形，从而进一步增大刷环10的刷除作用。另外，刷环10的弹性使它可以仅制成两个环段101，这就可减少锁合部102的数目，这对于达到高的刷除效率也有积极作用。较高弹性的再一个优点是，若从圆周考虑，工作面30可施加更为恒定的压力，即使在工作中发生磨损时仍可保持较恒定的压力。
但是，很显然，本发明的填密函环10、11、12也可由3个、4个或更多个环段组成。
上面对于图2-4所示的本发明填密函环的典型实施例所做的说明对于两冲程大型柴油机的填密函中的密封环11和刷油环12或其他类型的填密函环也具有相似性。
图5示出与图4类似的设计作为本发明填密函环的密封环11的典型实施例的局部剖视图。图中的标号与上面已说明的意思相同。在密封环11中，整个径向向内展现的界面形成带有涂层20的工作面30。由于该密封环11具有良好的密封性能，故特别适用于分别在高的换气压力或进气压力的条件下工作的大型柴油机。
与图4所示相类似，图6示出作为本发明的填密函环中的刷油环12的典型实施例的剖视图，图中标号的意思与上面已说明的相同。在刷油环12中，以类似于刷环10的方式设置两个凸缘123，其径向向内展现的界面一起构成具有涂层20的工作面30。
在图1所示的用于两冲程十字头大型柴油机的填密函1中，全部的填密函环10、11、12都可按本发明来设计。但是，填密函1的实施例也可以只有一个或几个填密函环的工作面30具有涂层20。
因此，按照本发明提出了用于两冲程十字头大型柴油机的其工作面30具有坚硬而耐磨的涂层20的填密函环10、11、12。通过这种工作面可以施加较高的比表面压力。本发明的填密函环比现有的填密函环分别具有好得多的刷除性和密封性，因此显著减小活塞杆与填密函之间的磨损并降低油耗。
权利要求
1.一种用于两冲程大型柴油机的填密函的填密函环，所述柴油机具有多个气缸，该气缸内设置一个往复移动的活塞，该活塞通过活塞杆(3)与一个十字头相连接，上述的填密函(1)用来使活塞杆(3)从进气室(4)穿过它到达曲轴室(5)，其特征在于，上述的填密函环(10、11、12)的在工作时沿活塞杆(3)滑动的工作面(30)具有一层坚硬而耐磨的涂层(20)。
2.根据权利要求1的填密函环，其特征在于，上述的涂层(20)是一种铬的涂层或一种含铬的陶瓷涂层。
3.根据权利要求1或2的填密函环，其特征在于，上述环的工作面(30)要进行电镀涂层。
4.根据权利要求1或2的填密函环，其特征在于，上述的涂层(20)采用喷涂法、或等离子法或激光涂敷法特别是激光包层法涂敷到工作面(30)上。
5.根据上述权利要求中任一项的填密函环，其特征在于，含有至少两个环段(101)，该环段(101)沿圆周方向毗邻排列，彼此互补而构成一个环(10、11、12)。
6.根据上述权利要求中任一项的填密函环，其特征在于，上述的填密函环由两个环段(101)组成。
7.根据上述权利要求中任一项的填密函环，其特征在于，上述填密函环的径向宽度(B)至多等于活塞杆直径的7％，最好是，至多等于活塞杆直径的5％。
8.根据上述权利要求中任一项的填密函环，其特征在于，上述的填密函含有一个包围填密函环(10、11、12)的圆周并将填密函环(10、11、12)压到活塞杆(3)上的弹簧(6)。
9.一种用于两冲程十字头大型柴油机的填密函(1)，该填密函含有至少一个按上述权利要求中任一项的填密函环(10、11、12)。
10.含有根据权利要求1-8中任一项的填密函环(10、11、12)或含有根据权利要求9的填密函(1)的两冲程十字头大型柴油机。
全文摘要
提出一种用于两冲程大型柴油机的填密函的填密函环,所述柴油机具有多个其内部设置有可往复移动的活塞的气缸,该气缸内的活塞通过活塞杆(3)与十字头相连接,上述的填密函(1)用来使活塞杆(3)从进气室(4)穿过它而到达曲轴室(5)。上述的填密函环(10、11、12)的在工作时沿活塞杆(3)滑动的工作面(30)具有一层坚硬而耐磨的涂层(20)。
文档编号F02B3/06GK1270288SQ0010646
公开日2000年10月18日 申请日期2000年4月11日 优先权日1999年4月12日
发明者G·P·冯塔纳 申请人:瓦特西拉Nsd施韦兹公司