压缩油控制活塞环的制作方法

本发明涉及一种活塞环，特别是一种具有油控制作用的压缩活塞环。

背景技术

四冲程发动机的主要问题之一在于由曲轴箱油对活塞环和活塞系统的控制和密封。为此，使用活塞环，所述活塞环用于将燃烧室尽可能好地与曲轴箱内的油密封隔开，所述活塞环为用于尽可能好地密封隔开燃烧室以避免气体(也被称为漏气)大量泄漏的所谓的油环或油控制环、以及压缩环。通常，在燃烧室侧使用两个压缩环，并且在曲轴箱侧使用一个油控制环。近来，愈发期望第二压缩环，也就是中间的环，满足一种类型的双重作用：该环用于在一侧提供压缩功能并且在另一侧提供油控制功能。

通常，具有尽可能最锋利的下部外边缘的用于刮油的锥面环或钩形环被用作第二压缩环。在高增压式发动机的情况下，这些环的缺陷在于延伸面上的高压可能造成不稳定性，从而导致气缸壁的径向提升。从气缸壁上刮擦的功能只能通过活塞向气缸壁抛回大量的油来实现。在这里，应该注意的是这些大量的油应该被供应到油环，但由于小的连接件，油环不能将这些大量的油向曲轴箱传输。

需要具有足够的油控制能力并且同时避免气缸壁径向提升的压缩活塞环。

技术实现要素：

通过根据本发明的活塞环来解决该问题，该活塞环的外延伸面被分成在延伸面的不同的轴向高度区域上围绕周向延伸的区域：在燃烧室侧的上延伸面区域、在曲轴箱侧的下延伸面区域、以及在上延伸面区域和下延伸面区域之间的中间延伸面区域。在上延伸面区域和中间延伸面区域之间的边界线形成刮擦线，并且中间延伸面区域和下延伸面区域之间的边界线形成峰线，刮擦线比峰线更径向向外延伸。上延伸面区域和下延伸面区域从轴向截面来看是向外凸出地弯曲的。中间延伸面区域具有在周向上交替的凸部分和凹部分，该凸部分从轴向截面来看是向外凸出地弯曲的，该凹部分从轴向截面来看是至少部分地向内凹陷地弯曲的。

根据本发明的一方面，峰线可以位于比凹部分的至少一个径向最内点更径向向外的位置。

根据另一方面，刮擦线与凹部分的所述至少一个径向最内点之间的径向距离小于五倍的刮擦线与峰线之间的径向距离。

根据另一方面，在每个轴向截面视图中，延伸面为平滑没有边缘的。

根据另一方面，中间延伸面区域的凹部分和凸部分平滑地彼此接合而不形成边缘。

根据另一方面，中间延伸面区域在周向上具有3至30个、优选地8至24个、更优选地12至18个凹部分。

根据另一方面，每个凸部分在周向上延伸至少5°的角度。

根据另一方面，延伸面的邻近环间隙的端部具有凸部分。

根据另一方面，刮擦线和峰线在周向上具有距活塞环侧面基本上恒定的距离。

根据另一方面，在周向上，刮擦线和峰线之间的径向距离是基本上恒定的。

根据另一方面，从曲轴箱侧上的侧面测量，刮擦线延伸活塞环的总轴向高度的45％至70％、优选地50％至60％的轴向高度。

根据另一方面，延伸面形成封闭的面，不存在通过活塞环延伸至活塞环内侧的开口。

在这里，使用常用的术语，其中，术语“轴向”指的是活塞的对应方向，也就是该活塞来回移动的方向；或者指的是活塞-气缸的对应轴线。环轴线为在轴向方向上延伸通过该活塞环的中心点并且在安装状态下与活塞的中心轴线一致的轴线。相应地，径向方向为平行于环平面朝向或远离环轴线延伸的方向。轴向截面意味着环轴线所位于的截面平面中的截面。

附图说明

以下参考附图更详细地描述本发明的示例性实施方式，在附图中：

图1示出了活塞环的轴向截面图；以及

图2示出了活塞环的俯视图和相关的部分平坦图案。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的活塞环1的实施方式的轴向截面图。在该图中，两次示出了延伸面2的轮廓，左侧示出的轮廓和右侧示出的轮廓在形状上不同并且在周向上属于不同的部分。活塞环1的延伸面2在轴向方向上被分成三个区域：上延伸面区域bo、中间延伸面区域bm和下延伸面区域bu。在这种情况下，顶部指的是活塞环1的朝向燃烧室的这一侧，并且底部对应指的是活塞环1的朝向曲轴箱的这一侧。

延伸面区域bo、延伸面区域bm、延伸面区域bu邻接的线形成位于顶部的在燃烧室侧的刮擦线p1和位于底部的在曲轴箱侧的峰线p2。峰线p2与刮擦线p1径向向内地间隔开，即，如图所示，峰线p2到参考线的距离r2小于刮擦线p1到同一参考线的距离r1。优选地，峰线p2在周向上以距刮擦线p1基本上恒定的径向距离r1-r2延伸。刮擦线p1为活塞环1的径向最外面的区域；在此，在轴向截面图中，形成枢轴点。活塞环1当被安装时，将在刮擦线p1处并在刮擦线p1周围的狭窄区域中抵靠气缸壁，并且当活塞向下移动时活塞环1从气缸壁向下刮油。

由于活塞环1比通常用作中间活塞环的锥面环或钩形环更向上抵靠气缸壁，因此，例如，在气缸壁和活塞环之间相对于锥面环更小的、用于燃烧室气体穿透进入气缸壁并将活塞环推离气缸壁的区域(即更小的面积)是可用的。相应地，存在由气压引起并将活塞环推离气缸壁的较小的向内的作用力，并且因此减小了从气缸壁上径向提升的可能性并且改善了活塞环的密封性能。

上延伸面区域bo和下延伸面区域bu具有向外的凸曲率，从轴向截面来看，该凸曲率在周向上保持不变。在这种情况下，向外凸出地弯曲意味着，对于该区域中的每个点，可绘制经过该点的圆且其曲率等于在轴向截面图中位于该点的延伸面的曲率，并且该圆在该点的周围基本上与延伸面的轴向截面图一致，从该延伸面来看，该圆的中心点位于朝向活塞环的内侧，也就是朝向环轴线，或(如果曲率相对较小)则在环轴线的另一侧上。向内凹陷地弯曲类似地意味着该圆的中心点位于朝向外部。

中间延伸面区域bm在周向上具有交替的两种类型的部分：凸部分ax和凹部分av。在凸部分ax中，从轴向截面来看，延伸面2是向外凸出地弯曲的；这适用于中间延伸面区域bm的整个轴向高度。由于延伸面区域bo、延伸面区域bm、延伸面区域bu之间的过渡优选为平滑的，这意味着从横截面来看，位于凸部分ax内的延伸面2在其整个轴向高度上为向外凸出地弯曲的，也就是为冠形的。平滑意味着在截面图中没有形成边缘、拐角；因此该曲线可由可微函数来描述。

在凹部分av中，从轴向截面来看，延伸面2至少部分地向内凹陷地弯曲。从而相对于在凸部分ax中的凸出的冠形的延伸面，形成了向内的凹陷。因此，在这些部分中活塞环的轮廓稍微回缩，形成了轮廓凹陷。通常，延伸面将在凹部分av中仅部分地向内凹陷地弯曲，以允许在延伸面区域bo、延伸面区域bm、延伸面区域bu之间平滑过渡而没有边缘。

所讨论的凹部分av的径向最内点，也就是凹陷的最深点优选地比峰线p2更径向向内。另一方面，该至少一个最内点距刮擦线p1的径向距离n应不超过五倍的刮擦线p1和峰线p2之间的径向距离r1-r2。该径向距离n和凸部分ax的数量描述了当活塞向下移动时可在其中容纳的油的容量。

(在中间延伸面区域bm内具有绕圆周交替的凸部分ax和凹部分av的)活塞环1的延伸面2的形状引起油中的流体动力学压力差异并因此引起油在周向上的分布差异。由在凹部分av中的轮廓凹陷提供的容量可同时容纳油；因此，当活塞向下移动时，由于与气缸壁接触的刮擦线p1(例如与锥面环相比)被布置地相对更向上，并且因此相对较大的区域可用于油穿透气缸壁并将该活塞环推离气缸壁，因此气缸壁上的油不只是“越过”(这有可能发生)。

优选地，在每个轴向截面图中，延伸面是平滑没有边缘的，也就是说具有恒定的切线。更优选地，也在周向上平滑地形成没有边缘的延伸面；因此，特别地，凹部分av和凸部分ax平滑地彼此接合而不形成边缘。如果两者都适用，则在更数学化的术语中，例如在柱坐标系中，延伸面因此形成可微函数。

在图1中，刮擦线p1被设置为略高于活塞环1的轴向高度的中部。刮擦线p1优选地被设置于该中部的附近或该中部的上方。更精确地，距下部的活塞环侧面3的轴向距离优选地为活塞环的总轴向高度的45％-70％、更优选地为活塞环的总轴向高度的50％-60％。

图2示出根据本发明的活塞环1的示例性实施方式的俯视图(顶部)和相关的部分平坦图案(底部)。以上图1中所给出的信息也适用于此。可以在该俯视图中看到在周向上交替的凹部分av和凸部分ax。还示出了至少一个最内点距刮擦线p1(位于向外的最远处)的径向距离n。为了保持可见，利用夸张的深度示出了凹陷；为此，还利用非虚线示出了凹陷，虽然从上面来看，凹陷是不可见的。

在该示例性附图中示出了14个凹部分av。延伸面在周向上优选地具有3-30个、优选地8-24个、更优选地12-18个凹部分av。此外，延伸面优选地以在环间隙两侧上的凸部分ax结束，以防止油被推向环间隙。优选地，每个凸部分在周向上还覆盖至少5°的角度范围。因此，延伸面为冠形的，其具有轮廓凹陷，该轮廓凹陷产生流体动力学压力以分配油且提供用于容纳油的容积。

部分的平坦图案(利用虚线)还示出了刮擦线p1和峰线p2。虽然在这里被示出为连续的，但是峰线p2只在凹部分av处发生支承，在此处，在图1的轴向截面图中形成第二枢轴点。在示出的优选的实施方式中，在周向上，刮擦线p1和峰线p2距下部的活塞环侧面3的轴向距离基本上为恒定的。此外，不存在通过活塞环主体延伸至活塞环的内侧的开口。