[0027]当参考附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，其中，同样的标记在所有附图中表示同样的部件，其中:
图1为发动机驱动的发电系统的一部分的实施例的示意性框图；
图2为定位在发动机的缸内的活塞的实施例的截面视图；
图3为具有形成在活塞的端环槽脊中的径向通道的活塞的实施例的一部分的侧视图；图4为具有定位在活塞的顶槽内的锥形外面的顶部活塞环的实施例的一部分的侧视截面视图；
图5为具有定位在活塞的顶槽内的部分锥形的外面的顶部活塞环的实施例的一部分的侧视截面视图；以及
图6为具有形成在顶部活塞环中的径向通道和形成在活塞的端环槽脊中的轴向通道的活塞的实施例的一部分的侧视截面视图。
【具体实施方式】
[0028]将在下面描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到，在任何此类实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的，如符合系统相关且商业相关的约束，这可从一个实施变化到另一个实施。此外，应当认识到，此类开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的日常工作。
[0029]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0030]根据本公开的用于往复式发动机(例如，往复式内燃机)的动力缸系统可包括一个或更多个活塞，其均构造成在缸(例如，衬套)内线性地移动，以将由燃烧气体施加的压力和活塞的线性运动转换成旋转运动来对一个或更多个负载提供功率。各个活塞可具有围绕活塞沿周向延伸的顶槽(例如，顶环槽或最顶端环槽)，并且顶环(例如，顶部活塞环)可设置在顶槽内。顶环可有利地具有非对称的轮廓(例如，非对称截面)，如，锥形轮廓或部分锥形的轮廓，其构造成在活塞的下冲程(例如，膨胀冲程)期间从缸的内壁有效且高效地刮油。该非对称轮廓(例如，非对称截面)，如，锥形轮廓或部分锥形的轮廓，还具有减小衬套上的压力负载的有利效果，这减小摩擦。然而，锥形轮廓或部分锥形的轮廓可引起横跨顶环(例如，在顶环的外面与内面之间)的压力梯度。在没有公开的实施例的情况下，例如，横跨顶环的一定压力梯度继而可引起径向环溃缩(例如，顶环远离缸的内壁的移动)、增加油消耗、增加未燃烃的渗漏、增加排放物和/或增大顶环与缸的内壁之间的摩擦。因此，本公开的实施例包括用以将高压燃烧气体传递至顶环的内面附近的空间的一个或更多个通道，使得燃烧气体将沿径向向外定向的力施加在顶环的内面上。有利地，具有本文中公开的特征的活塞可从缸的内壁有效且高效地刮润滑剂(如，油)，同时阻止径向环溃缩，并且减少渗漏、油消耗、排放物和/或构件之间的摩擦，例如，这可导致较少磨损和刮伤。
[0031]转到附图，图1示出了发动机驱动的发电系统8的一部分的实施例的框图。如下文详细描述的，系统8包括发动机10 (例如，往复式内燃机)，其具有一个或更多个燃烧室
12(例如，1，2，3，4，5，6，7，8，10，12，14，16，18，20个或更多个燃烧室12)。空气源14构造成提供加压氧化剂16至各个燃烧室12，如，空气、氧、富氧空气、氧减少空气或它们的任何组合。燃烧室12还构造成从燃料源19接收燃料18 (例如，液体和/或气态燃料)，并且燃料空气混合物点燃并且在各个燃烧室12内燃烧。热加压燃烧气体引起各个燃烧室12附近的活塞20在缸26内线性地移动，并且将气体施加的压力转换成旋转运动，这引起轴22旋转。活塞20和缸26在一起可形成用于发动机10的动力缸系统。此外，轴22可联接于负载24，其经由轴22的旋转来提供功率。例如，负载24可为可经由系统10如发电机的旋转输出生成功率的任何适合的装置。此外，尽管以下论述提到了空气作为氧化剂16，但任何适合的氧化剂可与公开的实施例一起使用。类似地，燃料18可为任何适合的气态燃料，如，例如，天然气、相关联的石油气、丙烷、生物气体、沼气、垃圾气体、煤矿气体。
[0032]本文中公开的系统8可适合于用在静止应用中(例如，在工业发电发动机中)或在移动应用中(例如，在车辆或飞行器中)。发动机10可为二冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机或六冲程发动机。发动机10还可包括任何数量的燃烧室12、活塞20和相关联的缸(例如，1-24个)。例如，在某些实施例中，系统8可包括具有在缸中往复的4，6，8，10，16，24个或更多个活塞20的大型工业往复式发动机。在一些此类情况中，缸和/或活塞20可具有大约13.5到34厘米(cm)之间的直径。在一些实施例中，缸和/或活塞20可具有大约10到40cm、15到25cm或大约15cm的直径。在某些实施例中，活塞20可为钢活塞或铝活塞，其中镍耐蚀环插入在活塞20的顶环槽中。系统8可生成10kW到10MW范围的功率。在一些实施例中，发动机10可在小于大约1800转每分钟(RPM)下操作。在一些实施例中，发动机10可在小于大约2000RPM、1900RPM、1700RPM、1600RPM、1500RPM、1400RPM、1300RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM下操作。在一些实施例中，发动机10可在大约800到200RPM、900到1800RPM，或1000到1600RPM之间操作。在一些实施例中，发动机10可在大约1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM下操作。例如，示例性发动机10 可包括 General Electric 公司的 Jenbacher 发动机(例如，Jenbacher2 型、3 型、4 型、6 型或 J920 FleXtra)或 Waukesha 发动机(例如，Waukesha VGF、VHP、APH、275GL)。
[0033]图2为具有设置在往复式发动机10的缸26 (例如，发动机缸)内的活塞20的活塞组件25的实施例的侧视截面视图。缸26具有限定圆柱形腔30的内部环形壁28。活塞20可参照轴向轴线或方向34、径向轴线或方向36以及周向轴线或方向38来描述。活塞20包括顶部40 (例如，端环槽脊)和围绕活塞20沿周向(例如，沿周向方向38)延伸的第一环形槽42 (例如，顶槽或顶端环槽)。第一环44 (例如，顶环或顶部活塞环)可定位在顶槽42中。顶环44可构造成响应于顶环44在系统10的操作期间经受的高温和高压燃烧气体来膨胀和收缩。如所示，活塞20包括围绕活塞20沿周向延伸且与顶槽42和与彼此沿轴向轴线34间隔开的多个附加槽46 (例如，附加环槽)。附加活塞环48定位在附加环槽46中的各个中。关于顶槽42和顶环44在本文中公开了各种特征。然而，应当理解的是，多个附加槽46和对应附加活塞环48可具有多种构造中的任一种。例如，多个附加槽46和/或对应附加环48中的一个或更多个可包括下文公开的特征中的一些或所有，或者例如可具有不同构造、形状、尺寸和/或功能。
[0034]如所示，活塞20经由连接杆52和销54附接于曲轴50。曲轴50使活塞24的往复线性运动转化成旋转运动。燃烧室12定位在活塞24的端环槽脊40附近。燃料喷射器56将燃料18提供至燃烧室12，并且阀58控制空气16至燃烧室12的输送。排气阀60控制排气从发动机10的排放。然而，应当理解的是，用于将燃料18和空气16提供至燃烧室12和/或用于排放排气的任何适合的元件和/或技术可被使用。
[0035]在操作中，燃料18与空气16在燃烧室12中的燃烧引起活塞20以往复方式(例如，来回)沿轴向方向34在缸26的腔30内移动。当活塞20移动时，如上文所述，曲轴50旋转来向负载24(图1中所示)提供功率。空隙78(例如，限定环形空间的径向空隙)设在缸26的内壁28与活塞20的外表面80之间。顶环44构造成从顶槽42沿径向向外突出到空隙78中，并且接触缸26的内壁28。顶环44大体上阻止燃料18和空气16或燃料空气混合物82从燃烧室12逸出，并且/或者便于保持适当压力来实现热燃烧气体膨胀，以引起活塞20的往复运动。此外，顶环44大体上便于润滑剂(例如，油)的刮取和分配，例如