专利名称：带有用于接收润滑剂的装置的气缸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于活塞式发动机的气缸，其包括用于接收润滑 剂的装置。
背景技术：
在大型两沖程或四冲程发动机中，润滑剂的分布由于需要润湿大 的表面而证明是非常关键的。润滑剂穿过设置在气缸周边的有限数量 的进料孔而进入到气缸的内部空间中。为了使液体润滑剂均匀地分布
在气缸的内壁上，提供了沿周边延伸的凹槽，诸如，例如在FR1174532 中所示的那样。然而，已经显示在发动机的长期运行过程中，这些凹 槽会受到显著的磨损，尤其是在气缸高度负荷的部分，该部分从最上 面的活塞环的上死点处起，在活塞的下死点方向上延伸可高达大约 15%的距离。通过这个区域中的可高达200巴的经常性的高压，以及 可达到300。C以上的高温，将由于热膨胀而发生活塞横截面以及活塞 环横截面的增大。通过压力将*>散放置的活塞环压向朝向气缸内壁的 方向，这是合乎在燃烧室中积聚压力的需要的，但是其还通过剪切力 而与气缸内壁的重负荷相关联。由于这些剪切力，由沿周边延伸的凹 槽形成的剖面在长期运行过程中受到磨损或变平。由此，其结果必然 是不再能保证润滑剂在长期运行过程中的均勾分布。如果缺少了润滑 剂的均匀分布，就会至少局部地发生固体材料摩擦，即活塞环外表面 和气缸壁之间的直接接触，^^而不仅损害了滑动特征，而且还可导致 上述磨损，以及对气缸内壁的进一步损害。为了解决这个问题，在 W098/53192中建议在气缸高度负荷部分中提供凹部，该凹部设计成 设置于气缸周边处的环状凹槽或设计成为凹槽截面。这样，在气缸壁的高负荷区域中可真正地实现更均匀的润滑剂分布。然而，这种改进 限于前述从最上面的活塞环的上死点起、至可高达15%的长度区域。 而且环状凹槽还具有其它缺点。活塞环的边缘由凹槽的边缘接合，所 以这些边缘受到强烈的磨损，这种磨损可导致对它们的损伤。
出于所有这些原因，润滑剂的实际消^^超过了用于活塞-气缸滑动 副润滑所需的润滑剂的量。除了成本(该成本对于大型柴油发动机是相 当大的)以外，润滑剂的消耗还代表了环境负担。排放的废气颗粒的较 大一部分来源于润滑剂。
发明内容
因而本发明的目的是在气缸的全长、至少从最上面的活塞环的上 死点向下到下死点的长度上实现润滑剂的均匀分布，同时使得对润滑 剂的消耗降低。在这方面，关于进料孔数量和位置不需要作出变化。 润滑剂的任务，尤其是对于两冲程发动机，不仅包括确保活塞的足够 润滑，而且还包括中和通过含硫燃料的燃烧而进入到燃烧室中的硫 酸。
通过活塞式发动机的、包括用于接收润滑剂的装置的气缸来解决 这个问题，其中，该气缸包括用于活塞的滑动面，该滑动面具有上死 点区和设置在气缸中的一排净化槽。上死点区限定为平面，最上面的 活塞环的死点处在该平面中。这个滑动面具有多个槽状凹部。这些槽
状凹部具有长度和宽度以及深度，其中，该深度达到超过0.4mm。槽 状凹部设于气缸表面的环状区域(其具有从上死点区起测量可高达滑 动面长度15%的长度)下面。令人惊讶的是，已经显示不必在气缸的承 受最高负荷的区域设有任何槽状凹部，而有利的是在最高负荷区域(即
塞环与润滑剂相接合，并将润滑剂沿着其路径输送到最高负荷区域。 对于润滑剂的均匀分布而言，使该最高负荷区域保持没有槽状凹部的 确是有利的。根据一个有利的实施例，这种槽状凹部还可设于冲洗槽的区域 中，并且还可设于其下面。
这些槽状凹部的宽度介于0.5与3mm之间，然而在所有情况下， 都应该小于最窄活塞环的宽度的80%(优选70%,尤其优选60%)。这 样就确保了活塞环不会在凹部中发生倾斜，并且确保其可无接触地在 凹部上滑动。
槽状凹部的长度达到介于10与100mm之间，并且优选达到介于 10与50mm之间，尤其优选达到介于10与30mm之间。
可将多个槽状凹部设置成一排。根据槽状凹部的长度以及两个相 邻的槽状凹部之间的间距，这排槽状凹部的数量优选达到10-150个。 优选选择槽状凹部的长度和间距，使得槽状凹部所造成的切口影响处 于容许的气缸弱化范围内。根据一个特别有利的实施例，间距的长度 大于槽状凹部的长度。
该排具有优选比活塞环高度相应的倾斜度更小的倾斜度。因此， 一排槽状凹部的倾斜角可高达1° 。这种措施同样用于提高活塞环的 运行平滑度。因而槽状凹部的边缘和活塞环之间的接触始终只发生在 一点处。因此，通过这个倾斜角，避免了活塞环边缘在槽状凹部边缘 上的面接触，从而不会将剪切力引入到槽状凹部的边缘中，因而在边 缘处几乎不会发生任何材料磨损。因而，通过保持倾斜度，可实现气 缸工作寿命的提高。
例如，如果气缸直径达到190mm，并且活塞环具有介于5与10mm 之间的宽度，那么将产生最大0.96。的倾斜角。
对于400mm的气缸直径和具有介于10与15mm之间宽度的活塞 环，将产生最大0.68。的倾斜角。
槽状凹部的数量和/或深度和/或长度和/或宽度可彼此不同。有利
的是，相邻排的槽状凹部的尺寸设置成彼此有所偏离。通过这种偏离， 在对气缸套产生尽可能最小的弱化的条件下，可获得润滑剂对气缸壁
内壁的理想润湿。槽状凹部的数量大于或等于每平方米滑动面300个。每平方米滑 动面的槽状凹部的数量是可变的，因为滑动面部分必须承受不同的负 荷。
根据前述实施例，气缸中用于接收润滑剂的装置的制造方法包括 通过机械加工方法制造槽状凹部的步骤。
这种气缸用于大型柴油发动机，例如两冲程发动机或四冲程发动机。
以下将参照附图更准确地解释本发明，其中
图l是贯穿气缸的剖面，
图2a是气缸的展开，
图2b是详细的槽状凹部布置，
图3是活塞环和气缸内壁的滑动副的示意图。
具体实施例方式
图1显示贯穿了设置在活塞式发动机中的气缸1的剖面。该活塞 式发动机是一种两冲程发动机或四冲程发动机，特别是大型柴油发动 机。这种大型柴油发动机普遍装备有气缸，这种气缸的内径大都大于 190mm。典型的直径介于250与1000mm之间。活塞在气缸内部往复 运动，并且经由连杆而连接到可旋转的驱动轴上。活塞的这种往复运 动发生在上死点和下死点之间。图1显示了处于上死点位置的活塞。 如果穿过最上面的活塞环的上死点来放置垂直于气缸轴线的一个剖 面，那么该平面将沿着某条线而与气缸内壁相交，这条线在后文中被 称为上死点区8。在气缸的垂直布置下，上死点区8形成了滑动面7 的最上边界。如果穿过最下面的活塞环的下死点来放置类似的剖面， 那么将以相同的方式获得下死点区15。长度L(13)表示上死点区8和 下死点区15之间的距离，并且对应于滑动面的长度。滑动面可具有l至4m的长度。滑动面的宽度由上死点区8处的周边以及下死点区15 处的周边形成。滑动面在上死点区8处的宽度大于滑动面在下死点区 15处的宽度，因为气缸的内部空间通常不是圆柱形的，而是略微成圆 锥形的。这种圆锥度在不同的温度下具有其原点，在滑动面的各区域 中存在不同的温度。在下死点区中，从环境中吸入空气，从而在这个 区域中存在某些运行温度，这些运行温度并未显著地不同于发动机空 间中的空气的环境温度。然而，在上死点区的区域中，可存在大于300 。C的温度。由于这些相当大的温差，可产生热膨胀，其尤其导致定位 在活塞2上的活塞环3的膨胀，其将在下死点区的区域中不容许压入 气缸的内壁中，并从而妨碍润滑膜的形成。对抗气缸内壁和活塞环之 间的不希望有的固体材料摩擦所采取的措施自然是引入润滑剂，该润 滑剂在滑动面7的区域中作为润滑膜而覆盖了气缸的内壁。润滑剂经 由润滑剂进料口 4而供给到气缸空间中。可提供分布在气缸周边上的 多个进料孔16。从进料孔开始，通道17沿着气缸的内壁延伸，通过 该通道可输送和分布润滑剂。在气缸垂直定向时，润滑剂润湿该通道 下面的整个滑动面。当活塞2在膨胀状态下经过进料孔时，润滑剂由 在气釭内壁上滑动的活塞环3随着该活塞环移送，并且不再可用于进 一步的润滑。这样，就造成润滑剂消耗的增加，这代表一项成本因素， 因为这样大的表面有待被润滑剂润湿，所以该项成本因素是不能被忽 略的。
气缸1包括用于接收润滑剂的装置5，其设置在用于活塞2的滑 动面7上。滑动面延伸于上死点区8和下死点区15之间。在垂直布 局下，下死点区15位于设置在气缸上的一排净化槽6下方。多个槽 状凹部5设置在滑动面7上。这些槽状凹部用作润滑剂容器。如果润 滑剂通过进料孔16进行供给，则其沿着气缸壁向下流动，并进入槽 状凹部中，在该凹部中形成了润滑剂储备。当活塞环滑动经过槽状凹 部时，定位在进料孔上方的槽状凹部被润滑剂填充。活塞环在其运动 过程中随其自身输送润滑剂，并且当活塞环经过这种槽状凹部时，润滑剂偏离到其中，并且填充这些槽状凹部。这些槽状凹部具有长度1(9)
和宽度b(10)以及深度t(11),在图2中，在缸体表面展开图的剖面中 对其进行了详细显示。深度11达到超过0.4mm,这就确保即便当气 缸内壁经受磨损时，在运行若干年后，槽状凹部仍保持完好无损。较 大的槽状凹部的深度具有更进一步的优势，即由活塞环推入的润滑剂 在整个其它冲程期间流动到气缸内壁上，并且利用润滑膜润湿它。通 过设置多个槽状凹部，可确保整个滑动面或至少其设有这种槽状凹部 的那部分被润湿。槽状凹部5特别地设于气缸表面的环状区域(12)(从 上死点区8处起测量，该区域的长度可高达滑动面7的长度L(13)的 15%)的下方。通过这种设置，不仅极大地降低了润滑剂的消耗，而且 还提高了气缸表面的工作寿命。降低润滑剂消耗的主要原因在于润滑 剂存储在槽状凹部中。因而在工作循环之后该润滑剂不会流走，或者 不会净皮活塞环排出，而是有一大部分保留在槽状凹部中。因此，该润 滑剂可用于进一步的工作循环。气缸表面工作寿命的提高源于在最高 负荷区域不设有或者至多只设有数量大幅减少的槽状凹部，因而，气 缸内壁的该最高负荷区域不会被多个较小的切口(即槽状凹部)、或被 本技术领域中已知的沿周边延伸的凹槽所削弱。
在之前所排除的、从上死点区起测量可高达滑动面15%的区域(即 最高负荷区域)中，槽状凹部的使用是受限的，因为这里磨损太高，以 致于即便深度超过0.4mm的槽状凹部也将在气缸的工作寿命结束之 前消失。由于上面所指出的相当重要的原因，省却尤其是该最高负荷 区域中的槽状凹部可以是有利的，以便不削弱气缸的内壁。但是，令 人惊讶的是，已经发现更为有利的是在该所述区域之外的区域中提供 凹部，从而使那些区域中可用的润滑剂可^皮活塞环输送到最高负荷区 域中。具体地说，该区域1达到25%，优选10至25%,尤其优选15 至20%。在图1中，显示最高负荷的区域(即环状区域12)没有槽状凹 部。在活塞的下面，显示了三排槽状凹部，并且，为了清晰的原因， 省却了直到润滑剂进料口 4的其它几排槽状凹部的更详细的表示。为了确保润滑剂的足够供给，当整个表面7除了最高负荷区域之外都设
有槽状凹部时是有利的。具体地说，槽状凹部还可设于净化槽6的区
域中及其下方。在这个区域中，过去同样发现过由于磨损而引起的损 伤。这种磨损同样归因于由于润滑剂不均匀而引起的润滑剂供给不充
分。由润滑剂进料口 4引入的润滑剂在图1所示的活塞位置中循环地、 便利地供给，因为此时不需要在压力下供应润滑剂。润滑剂沿着气缸 的内壁向下延伸，之后由处于膨胀状态的活塞的活塞环3来移动。当 在直到最下面的活塞环的最低位置的净化槽区域中也设有槽状凹部 时，当活塞位于下死点时，润滑剂的一部分诚然可到达净化槽6，但 只是存储在那里。如果这些槽状凹部不存在，那么活塞环将排出剩余 量的润滑剂，并且该量的润滑剂将不再可用于进一步的润滑。此外， 该缺点导致当活塞开始其压缩行程时，在净化槽的区域中将不再存在 任何润滑剂。因此，活塞环3在压缩行程起动时将开始千式运行。对 比而言，存储在槽状凹部中的润滑剂可分布在气缸内壁的净化槽区域 中，并因而确保用于压缩4亍程的充分润滑。
图2a显示了气缸的展开，其具有槽状凹部的其它可行的设置，并 且在图2b中，以放大形式显示了这种槽状凹部5 。槽状凹部由长度1(9), 宽度b(10)以及深度t(ll)所限定。槽状凹部的宽度以有利的方式介于 0.5与3mm之间。宽度b必须足够大，从而可以将足够量的润滑剂存 储在凹部中。另一方面，宽度b必须小于活塞环的宽度，从而使活塞 环不祐:槽状凹部的边缘所接合，并且，乂人而没有来自压缩空间的气体 通过槽状凹部而到达吸气空间。如果允许通过凹部的这种气体泄漏 流，则将使在压缩空间中所积聚的压力发生变化，并因此而降低发动 机的效率。槽状凹部的长度达到介于10与100mm之间，并且优选在 10与50mm之间，尤其优选在10与30mm之间。多个槽状凹部有利 地设置成一排，其可具有一定的倾斜度。该倾斜度由于结合凹部宽度 小于活塞环宽度所指出的原因而受到限制。槽状凹部的倾斜角18可 高达1° 。 一排中的槽状凹部的数量可不同于相邻排的槽状凹部的数量。槽状凹部的数量和/或深度t(ll)和/或长度1(9)和/或宽度b(10)可彼
此不同。
在所有的图1-3中，相邻排的槽状凹部设置成相对彼此至少部分 地偏离。这样，可增加每平方米滑动面的槽状凹部的数量，从而保证 尽可能均匀的润滑剂分布。槽状凹部的数量优选大于或等于每平方米 滑动面300个。在运行中，当滑动面区域具有更高的或较低的润滑剂 需求时，可以可变地选择每平方米滑动面上的槽状凹部的数量。例如， 如图2中所示，可提供较少量的槽状凹部或相邻排槽状凹部之间更大 的间距。
图3显示了用于前述实施例的活塞环与气缸内壁滑动副的示意 图。在这种情况下，没有槽状凹部位于环状区域12中，该环状区域 12可高达滑动面的15%并且直接设置在上死点区8的下方。活塞2位 于环状区域12下面的某位置。尤其有利的是，使区域12增大至可高 达滑动面的25%。特别地，区域12达到10至30%,优选达到15至 30%,并且该区域尤其优选大于25%、可高达并且包括30%。
槽状凹部通过机械加工工艺而制成。其包括缺口成形工艺，例如 铣削，然而不包括在热影响下操作的方法，例如通过激光进行的结构 加工。激光结构加工方法主要用于制造孩史米级的凹槽，并不适合于制 造具有毫米级深度的槽状凹部。
以装备槽状凹部。尤其是在大型柴油发动机机中使用的气缸中，通过 有意的槽状凹部的改装可减少对润滑剂的需求。
权利要求
1. 一种用于活塞式发动机的气缸(1)，其包括用于接收润滑剂的装置(5)，其中，所述气缸包括用于活塞(2)的滑动面(7)，所述滑动面具有上死点区(8)和设置在所述气缸上的一排净化槽(6)，其中，所述滑动面(7)具有多个槽状凹部(5)，所述槽状凹部具有长度(9)和宽度(10)以及深度(11)，所述深度(11)达到超过0.4mm，其特征在于，所述槽状凹部(5)设于气缸表面的环状区域的下方，所述环状区域具有从其上死点区(8)起测量可高达所述滑动面(7)的长度(13)的15％的长度。
2. 根据权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述槽状凹部还设 于所述净化槽区域中，并且还设于所述净化槽区域的下方。
3. 根据权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述槽状凹部的宽 度(10)介于0.5与3mm之间。
4. 根据权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述槽状凹部的长 度(9)达到介于10与100mm之间，优选达到介于10与50mm之间， 尤其优选达到介于10与30mm之间。
5. 根据权利要求1所述的气缸，其特征在于，多个槽状凹部设置 成一排。
6. 根据权利要求5所述的气缸，其特征在于，所述排具有倾角。
7. 根据权利要求6所述的气缸，其特征在于，所述槽状凹部的倾 角角度可高达l。。
8. 根据权利要求5-7中任一项权利要求所述的气缸，其特征在于， 相邻排的所述槽状凹部设置成相对于彼此互相偏离。
9. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的气缸，其特征在 于，不同排的所述槽状凹部的数量和/或所述槽状凹部的深度(11)和/ 或长度(9)和/或宽度(10)彼此是不同的。
10. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的气缸，其特征在 于，所述槽状凹部的数量大于或等于每平方米滑动面300个。
11. 根据权利要求8所述的气缸，其特征在于，每平方米滑动面 的所述槽状凹部的数量是可变的。
12. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的气缸，其特征在 于，所述气缸具有大于190mm的直径。
13. —种用于制造根据前述权利要求中任一项权利要求所述的用 于在气缸中接收润滑剂的装置的方法，其特征在于，所述槽状凹部通 过机械加工工艺制造而成。
14. 根据前述权利要求中任一项权利要求所述的气缸在大型柴油 发动机中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种带有用于接收润滑剂的装置的气缸。一种用于活塞式发动机的气缸(1)包括用于接收润滑剂的装置(5)。该气缸包括用于活塞(2)的滑动面(7)，该滑动面具有上死点区(8)和设置在气缸上的一排净化槽(6)。这个滑动面(7)具有多个槽状凹部(5)，这些槽状凹部具有长度(9)和宽度(10)以及深度(11)，且深度(11)达到超过0.4mm。槽状凹部(5)设于气缸表面(12)的环状区域的下方，该环状区域具有从其上死点区(8)起测量可高达滑动面(7)的长度(13)15％的长度。
文档编号F02F1/18GK101413457SQ200810169770
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月15日 优先权日2007年10月16日
发明者H·森登 申请人:瓦特西拉瑞士股份有限公司