内燃机用活塞环的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于内燃机活塞的活塞环(10，110，210，310，410，510，610)，包含环接触面(14)、环背(11)、上环侧面(12)、下环侧面(13)以及两个被间隙隔开的环对接端(15)。根据本发明，所述环接触面(14)中设置有至少一个开口(17，117，121，217，223，325，427)，其构成所述环接触面(14)与所述环背(11)或者与一个环侧面(12，13)的流体连接。
【专利说明】内燃机用活塞环
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃机活塞的活塞环，其包含环接触面、环背、上环侧面、下环侧面以及两个被间隙隔开的环对接端。
【背景技术】
[0002]在内燃机工作期间，经涂布的活塞环的环接触面，特别是活塞环的环对接端的区域，容易磨损。这是因为这些环对接端对气缸壁的抵靠程度加大。针对这种磨损的已知措施是:至少在环对接端的区域内增加涂层的厚度，但这会提高制造成本和材料成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是，对同类型的活塞环进行进一步研发，从而以尽可能简单的方式延长其环对接端的区域的磨损寿命。
[0004]本发明用以达成上述目的的解决方案是，所述环接触面中设置有至少一个开口，其构成所述环接触面与所述环背或与一个环侧面的流体连接。
[0005]在装入状态下，本发明的活塞环以已知方式容置在活塞的环形槽中。亦即，根据本发明，在活塞装入内燃机的气缸后，为气缸容积与所述环形槽建立流体连接。这样一来，内燃机工作中能够因燃烧气体的进入而产生压力补偿，从而对在所述环对接端的区域内径向向外作用的压紧力进行补偿，进而减少磨损。亦即，无需以复杂的方式涂布附加的涂层并对其进行后续加工。与现有技术的不同之处在于，本发明的活塞环用以延长活塞环的环对接端区域的磨损寿命的方案与环接触面的涂层结构无关。这样便能任意构建所述涂层，并更好地使本发明的活塞环与不同内燃机类型的工作条件相匹配。
[0006]本发明的有利改进方案参阅从属权利要求。
[0007]本发明中的开口可以采用不同的构建方案。
[0008]优选地，至少一个开口构建为沿一个环对接端的至少一个端面从所述环接触面径向延伸至所述环背的沟槽。采用这种形式时，本发明中的开口制造起来特别简单。
[0009]一种进一步优选的实施方式是，所述至少一个开口构建为从所述环背或一个环侧面的区域延伸至所述环接触面的钻孔。采用这种方式时，本发明中的开口能够视内燃机工作中的条件设置在本发明的活塞环的周向区域内的任意位置上。
[0010]一种特别优选的改进方案是，所述环接触面中设有至少一个沿周向延伸的凹槽。该凹槽的特别优势在于，在燃烧冲程中，作用于所述环接触面上的燃烧气体进入所述凹槽，从而在该运动阶段中施加径向向内作用的压力，这有助于降低所述活塞环的环对接端区域施加于气缸接触面的径向向外作用的压紧力。这样便能进一步降低本发明的活塞环的磨损负荷。
[0011]该优选措施的副效应是，在活塞环运动期间，润滑油能够在内燃机工作状态下进入所述凹槽，从而沿气缸接触面进一步减少摩擦。
[0012]所述至少一个凹槽优选配设有或连接有至少一个开口，其构成所述环接触面与所述环背或与一个环侧面的流体连接。这样便能以特别有利的方式将上述两种用于降低活塞环中的磨损负荷的机制相结合。
[0013]如前所述，所述至少一个开口可以采用各种构建方式，例如:将所述至少一个凹槽与所述活塞环的所述端面和/或一个环侧面连通、至少一个以至少一个凹槽为出发点与所述环侧面中的一个连通的凹口、沿一个环对接端的至少一个端面从至少一个凹槽径向延伸至所述环背的沟槽，以及/或者构建为从所述环背或所述环侧面中的一个的区域延伸至至少一个凹槽的钻孔。特别是在所述至少一个凹槽与一个环侧面(优选为本发明的活塞环的所述上环侧面)连通时，能够特别有效地协助气压进入以实现减压。
[0014]本发明的另一优选技术方案是，所述至少一个凹槽部分填充有涂层剂。特别是在所述环接触面涂布有涂层剂(特定而言为减摩层)时，也可以为所述至少一个凹槽一同实施涂布。在此情形下，视需要必须将所述涂层剂的一部分重新去除，因为所述凹槽中的所述涂层剂的表面相对所述涂布有涂层的环接触面的表面有所凹进。这样便能确保作用于环接触面上的燃烧气体在燃烧冲程中进入所述凹槽，并确保对本发明的活塞环施加期望的径向向内作用的压力。替代方案是，实施涂布前可以以某种方式设置所述至少一个凹槽，使得所述凹槽深度大于所述涂层的厚度，从而在涂布完毕后仍存在槽状的凹陷。
[0015]替代方案是，可以在为所述环接触面涂布涂层剂前使用掩模将所述至少一个凹槽遮盖，从而防止所述涂层剂进入所述凹槽。
[0016]一般而言，例如采用PVD法涂布厚度为5μπι至30μπι，优选为20 μ m的涂层。
[0017]所述凹槽的长度优选为所述环接触面的轴向高度的两倍至十倍，以便可靠地为所述环接触面的在所述环对接端附近的负荷特别大的区域减负。出于同一原因，所述凹槽的深度为10 μ m至30 μ m，以及/或者，所述凹槽的宽度为所述环接触面的轴向高度的10%至60%。
[0018]所述凹槽可以在其整个长度上具有恒定的深度，但也可以在其整个长度上具有从所述环对接端出发递减或递增的深度，视具体要求而定。相应地，所述凹槽可以在其整个长度上具有恒定的宽度或者具有从所述环对接端出发递减或递增的宽度。
[0019]下面结合附图对本发明的若干实施例进行详细说明。附图不按实际比例绘制。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的活塞环的第一实施例在环对接端的区域内的透视详图；
[0021]图2为本发明的活塞环的另一实施例在环对接端的区域内的透视详图；
[0022]图3为本发明的活塞环的另一实施例在环对接端的区域内的透视详图；
[0023]图4为本发明的活塞环的另一实施例在环对接端的区域内的透视详图；
[0024]图5为本发明的活塞环的另一实施例在环对接端的区域内的透视详图；
[0025]图6为完成对环接触面的涂布和精加工完毕后，本发明的活塞环的另一实施例的凹槽的截面图；以及
[0026]图7为图6所示内容在本发明的另一实施例中的示意图。
【具体实施方式】
[0027]图1示出本发明的活塞环10的第一实施例。活塞环10以已知方式具有设置有斜面Ila的环背11、上环侧面12、下环侧面13以及环接触面14。环接触面14通过边缘21与上环侧面12邻接。活塞环10还具有两个自由的环对接端，其以已知方式界定间隙或环接缝。图1示出设有端面15a的环对接端15。端面15a通过边缘16与环接触面14邻接。为清楚起见，环接触面13通常设有的、使用涂层剂涂布的涂层(特定而言为减摩层)未予示出。
[0028]本发明的活塞环10具有至少一个开口，其构成环接触面14与环背11的流体连接。在内燃机的安装完毕的活塞-气缸机构中，所述至少一个开口为气缸容积与所述活塞的容置有本发明的活塞环10的环形槽建立流体连接。
[0029]图1所示实施例中设置有三个开口 17。在该实施例中，这些开口 17构建为边缘16中的若干凹口，所述凹口将环对接端15的端面15a与环接触面14相连。
[0030]可通过在边缘16的区域内实施简单的材料去除来制成开口 17。本实施例中，环接触面14中设有三个相互平行并沿周向延伸的凹槽18，所述凹槽与环对接端15的端面15a连通，从而构成所述若干开口 17。当然，也可以在环接触面14中设置任意数目的凹槽，以及，不强制要求两个或两个以上凹槽相互平行。
[0031]凹槽18的尺寸取决于活塞环10的尺寸以及内燃机工作中对活塞环10的要求，并且由本领域技术人员决定。在图1所示实施例中，每个凹槽18均具有从环对接端15的区域出发递减的深度和递减的宽度。当然，凹槽18也可以具有恒定的深度或宽度、从环对接端15的区域出发递增的深度或宽度，以及上述特征的任意组合。凹槽18的长度通常为环接触面14的轴向高度的两倍至十倍。凹槽18的深度通常为10 μ m至50 μ m。凹槽18的宽度通常为环接触面14的轴向高度的10%至60%。
[0032]图2示出本发明的活塞环110的另一实施例。活塞环110大致对应图1所示的活塞环10，因此，相同的结构元件用同一附图标记表示，并相应参照对图1的描述。
[0033]本发明的活塞环110具有至少一个开口，其构成环接触面14与环背11的流体连接。在内燃机的安装完毕的活塞-气缸机构中，所述至少一个开口为气缸容积与所述活塞的、容置有本发明的活塞环110的环形槽建立流体连接。
[0034]图2所示实施例中设置有三个开口 117以及一个开口 119。在该实施例中，这些开口 117构建为边缘16中的若干凹口，所述凹口将环对接端15的端面15a与环接触面14相连。
[0035]可通过在边缘16的区域内实施简单的材料去除来制成开口 117。本实施例中，环接触面14中设有三个相互平行并沿周向延伸的凹槽118，所述凹槽与环对接端15的端面15a连通，从而构成所述若干开口 117。
[0036]在该实施例中，开口 119构建为边缘21中的凹口，所述凹口将环接触面14与活塞环110的上环侧面12连接。可通过在边缘21的区域内实施简单的材料去除来制成开口119。本实施例中，环接触面14中还设有另一轴向延伸的凹口 122，所述凹口一侧与凹槽118连通，且另一侧与本发明的活塞环110的上环侧面12连通，从而构成所述若干开口 119。当然，并不强制要求凹口 122与凹槽118连通。本发明还涉及一种活塞环，其仅具有一个这种凹口，或者，除一个这种凹口外还具有若干平行延伸且与环对接端15间隔一定距离的凹槽。
[0037]凹槽118的尺寸取决于活塞环110的尺寸以及内燃机工作中对活塞环110的要求，并且由本领域技术人员决定。在图2所示实施例中，每个凹槽118均具有以环对接端15的区域为出发点恒定的深度和恒定的宽度。凹槽118的长度通常为环接触面14的轴向高度的两倍至十倍。凹槽118的深度通常为10 μ m至50 μ m。凹槽118的宽度通常为环接触面14的轴向高度的10%至60%。
[0038]图3示出本发明的活塞环210的另一实施例。活塞环210大致对应图1所示的活塞环10，因此，相同的结构元件用同一附图标记表示，并相应参照对图1的描述。
[0039]本发明的活塞环210具有至少一个开口，其构成环接触面14与环背11的流体连接。在内燃机的安装完毕的活塞-气缸机构中，所述至少一个开口为气缸容积与所述活塞的、容置有本发明的活塞环210的环形槽建立流体连接。
[0040]图3所示实施例中设置有两个开口 217以及一个开口 223。在该实施例中，这些开口 217构建为边缘16中的若干凹口，所述凹口将环对接端15的端面15a与环接触面14相连。可通过在边缘16的区域内实施简单的材料去除来制成开口 217。本实施例中，环接触面14中设有两个相互平行并沿周向延伸的凹槽218，所述凹槽与环对接端15的端面15a连通，从而构成所述若干开口 217。
[0041]在该实施例中，开口 223构建为边缘21中的凹口，所述凹口将环接触面14与活塞环210的上环侧面12连接。可通过在边缘21的区域内实施简单的材料去除来制成开口223。本实施例中，环接触面14中还设有另一沿周向延伸的凹槽224，所述凹槽与本发明的活塞环210的上环侧面12连通，从而构成开口 223。本发明还涉及一种活塞环，其仅具有一个与边缘21连通的凹槽，或者，除所述与边缘21连通的凹槽外还具有若干平行延伸的且与环对接端15间隔一定距离的凹槽。
[0042]凹槽218、224的尺寸取决于活塞环210的尺寸以及内燃机工作中对活塞环210的要求，并且由本领域技术人员决定。在图3所示实施例中，凹槽218具有从环对接端15的区域出发递减的深度和递减的宽度。凹槽218、224的长度通常为环接触面14的轴向高度的两倍至十倍。凹槽218、224的深度通常为1ym至50μπι。凹槽218、224的宽度通常为环接触面14的轴向高度的10%至60%。
[0043]图4示出本发明的活塞环310的另一实施例。活塞环310大致对应图1所示的活塞环10，因此，相同的结构元件用同一附图标记表示，并相应参照对图1的描述。
[0044]本发明的活塞环310具有至少一个开口，其构成环接触面14与环背11的流体连接。在内燃机的安装完毕的活塞-气缸机构中，所述至少一个开口为气缸容积与所述活塞的、容置有本发明的活塞环310的环形槽建立流体连接。
[0045]图4所示实施例中设置有正好一个开口 325。在该实施例中，开口 325构建在上环侧面12中。当然，开口 325也可以构建在环背11中。开口 325构成钻孔326的一部分，所述钻孔将上环侧面12与本发明的活塞环310的环接触面14连接。
[0046]本实施例中，环接触面14中还设有三个相互平行并沿周向延伸的凹槽318，其与端面15a或环对接端15间隔一定距离。本实施例中，钻孔326与所述凹槽318中的一个连通。但这并非强制要求，因为钻孔326可在任选的点上与环接触面14连通。本发明还涉及活塞环，其仅具有一个钻孔326，或者，除所述钻孔326外还具有若干平行延伸的、与环对接端15的所述端面连通的凹槽。
[0047]凹槽318的尺寸取决于活塞环310的尺寸以及内燃机工作中对活塞环310的要求，并且由本领域技术人员决定。在图4所示实施例中，凹槽318具有从环对接端15的区域出发递增的深度和递增的宽度。凹槽318的长度通常为环接触面14的轴向高度的两倍至十倍。凹槽318的深度通常为10 μ m至50 μ m。凹槽318的宽度通常为环接触面14的轴向高度的10%至60%。
[0048]图5示出本发明的活塞环410的另一实施例。活塞环410大致对应图1所示的活塞环10，因此，相同的结构元件用同一附图标记表示，并相应参照对图1的描述。
[0049]本发明的活塞环410具有至少一个开口，其构成环接触面14与环背11的流体连接。在内燃机的安装完毕的活塞-气缸机构中，所述至少一个开口为气缸容积与所述活塞的、容置有本发明的活塞环410的环形槽建立流体连接。
[0050]图5所示实施例中设置有正好一个开口 427。在该实施例中。开口 427构建在环对接端15的端面15a中。开口 427构建为沿一个环对接端的端面15a从环接触面14径向延伸至环背11的沟槽428，所述沟槽将环背11与本发明的活塞环410的环接触面14连接。
[0051]本实施例中，环接触面14中还设有三个相互平行并沿周向延伸的凹槽418，其与端面15a或环对接端15间隔一定距离。本发明还涉及一种活塞环，其沟槽428与所述凹槽418中的一个连通，或者所述活塞环具有若干平行延伸的、与环对接端15的所述端面连通的凹槽。
[0052]凹槽418的尺寸取决于活塞环410的尺寸以及内燃机工作中对活塞环410的要求，并且由本领域技术人员决定。在图5所示实施例中，凹槽418具有从环对接端15的区域出发恒定的深度和恒定的宽度。凹槽418的长度通常为环接触面14的轴向高度的两倍至十倍。凹槽418的深度通常为10 μ m至50 μ m。凹槽418的宽度通常为所述环接触面14的轴向高度的10%至60%。
[0053]图6和图7示出本发明的活塞环510、610的另外两个实施例，其中环接触面14涂布有涂层剂529、629，以及，其中环接触面14中设有至少一个凹槽518、618。所述凹槽518、618部分填充有涂层剂529、629。相应凹槽518、618中的涂层剂529、629的表面相对涂布在环接触面14上的涂层剂529、629的表面有所凹进。凹进部531、631例如可呈截球形(参阅图6)或矩形或梯形(参阅图7)。凹进部531、631确保所述作用于环接触面14上的燃烧气体在燃烧冲程中进入相应凹槽518、618，并确保对本发明的活塞环510或610施加期望的径向向内作用的压力。一般而言，例如采用PVD法涂布厚度为5μπι至30μπι，优选为20 μ m的涂层。
【权利要求】
1.一种用于内燃机活塞的活塞环(10，110，210，310，410，510，610)，包含环接触面(14)、环背(11)、上环侧面(12)、下环侧面(13)以及两个被间隙隔开的环对接端(15)，其特征在于，所述环接触面(14)中设置有至少一个开口(17，117，121，217，223，325，427)，其构成所述环接触面(14)与所述环背(11)或者与一个环侧面(12，13)的流体连接。
2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个开口(427)构建为沿一个环对接端(15)的至少一个端面(15a)从所述环接触面(14)径向延伸至所述环背(11)的沟槽(428)。
3.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个开口(325)构建为从所述环背(11)的区域或一个环侧面(12，13)的区域延伸至所述环接触面(14)的钻孔(326)。
4.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，所述环接触面(14)中设有至少一个沿周向延伸的凹槽(18，118，218，224，318，418，518，618)。
5.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个凹槽(18，118，218，224，318)配设有或连接有至少一个开口(17，117，217，223，325)，其构成所述环接触面(14)与所述环背(11)或者与一个环侧面(12，13)的流体连接。
6.根据权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个开口(17，117，217，223)通过将至少一个凹槽(18，118，218，224)与所述环对接端的端面(15a)以及/或者一个环侧面(12)连通的方式形成。
7.根据权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个开口(121)由至少一个凹口(122)构成，所述凹口从至少一个凹槽(318)出发与所述环侧面(12，13)中的一个连通。
8.根据权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个开口(427)由沿一个环对接端(15)的至少一个端面(15a)从至少一个凹槽径向延伸至所述环背(11)的沟槽(428)构成。
9.根据权利要求5所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个开口(325)构建为从所述环背(11)的区域或所述环侧面(12，13)中的一个的区域延伸至至少一个凹槽(318)的钻孔(326)。
10.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个凹槽(518，618)部分填充有涂层剂(529，629)。
11.根据权利要求10所述的活塞环，其特征在于，所述环接触面(14)涂布有涂层剂(529，629)，以及，所述填充过的凹槽(518，618)中的所述涂层剂(529，629)的表面相对所述环接触面(14)上的所述涂层剂(529，629)的表面有所凹进。
12.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个凹槽(18，118，218，224，318，418，518，618)的长度为所述环接触面(14)的轴向高度的两倍至十倍，以及/或者，所述至少一个凹槽(18,118,218,224,318,418,518,618)的宽度为所述环接触面(14)的轴向高度的10%至60%，以及/或者，所述至少一个凹槽(18,118,218,224,318,418,518,618)的深度为10 μ m至50 μ m。
13.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个凹槽(18，118，218，224，318，418，518，618)在其整个长度上具有从所述环对接端(15)的区域出发恒定的深度或者递减的深度或递增的深度。
14.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个凹槽(118，418)在其整个长度上具有恒定的宽度。
15.根据权利要求4所述的活塞环，其特征在于，所述至少一个凹槽(18，218，224，318)在其整个长度上具有从所述环对接端(15)的区域出发递减或递增的宽度。
【文档编号】F16J9/14GK104160189SQ201380013496
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月8日 优先权日:2012年2月8日
【发明者】沃尔夫冈·伊斯勒, 丹尼尔·洛佩斯, 若泽·瓦伦廷·利马·萨拉班达 申请人:马勒国际公司