[发明专利]用于具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的活塞中的环组件中的活塞环

说明书

一种在活塞环组件中使用的活塞环。活塞环包括：环本体，该环本体具有轴向距离为环高的第一侧面和第二侧面、在整个环高上轴向地延伸的外周向面、内周向面、以及位于环形分隔件处的第一端部部分和第二端部部分。第一过渡部，该第一过渡部位于外周向面与第一侧面之间；第二过渡部，该第二过渡部位于外周向面与第二侧面之间。外周向面的轴向范围的中间部分，该中间部分具有第一硬度。外周向面的轴向范围的第一外周部分，该第一外周部分从中间部分延伸至第一过渡部，该第一外周部分具有第二硬度。外周向面的轴向范围的第二外周部分，该第二外周部分从中间部分延伸至第二过渡部，该第二外周部分具有第二硬度，并且第一硬度大于第二硬度。

技术领域

本公开内容涉及活塞环，该活塞环用于在具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的活塞中的环凹槽中的环组件中使用，特别地涉及在外周向面上设置有硬质覆层的活塞环。

背景技术

具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式发动机通常用于船舶的推进系统中或作为发电厂中的主要动力。通常，这些发动机使用重燃油或船用柴油、或者使用例如天然气或石油气的气态燃料来工作。

发动机活塞设置有环组件，该环组件对抗燃烧压力而进行密封，以防止燃烧气体渗透到扫气空间。另外，活塞环确保气缸油均匀分布，以在气缸套的内侧上形成润滑膜。环组件中的活塞环对以大约10m/sec的速度往复运动的活塞进行密封，以用于在约250bar压力的压力且约400℃的温度处的压缩空气和燃烧气体，并且活塞环在发动机每转一圈仅使用几滴气缸油作为润滑，并且所有活塞环的预期使用寿命为数千小时。因此，对活塞环的主要要求是较高的抗磨损和抗腐蚀，并且在高温处弹性的下降较小。

由于在使用重燃油工作时产生的燃烧气体的侵蚀性，气缸套的内壁用特殊的气缸润滑油进行润滑，该润滑油保护气缸套的内壁免受燃烧气体的侵蚀成分的影响。所涉及的气缸润滑的提供和部件的尺寸、例如直径在25cm与108cm之间的活塞是大型二冲程涡轮增压单流扫气式发动机的环组件与小型四冲程内燃发动机的环组件不同的原因。一个主要的区别是以下事实：大型单流扫气式内燃发动机的环组件需要对通过气缸套供给的气缸油进行分配，而小型四冲程内燃发动机的环组件需要确保在活塞朝向下止点(BDC)的冲程期间将润滑油从气缸套刮去，以避免润滑油最终进入燃烧室，而造成过多的润滑油消耗以及来自燃烧室中的润滑油的不期望的燃烧产物。因此，用于四冲程内燃发动机的活塞环具有位于外周向表面与面向曲轴的侧面之间的锋利的边缘/过渡部，以确保刮擦效果。与此相反，用于大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的活塞环的外周向面与面向曲轴的侧面之间的过渡部需要是倒圆的边缘/过渡部，以避免在活塞朝向下止点的冲程期间从气缸套的内表面刮擦气缸油。同样，出于使气缸油分配在气缸套上的相同原因，在面向燃烧室的侧面中的外周向面之间的过渡部也需要是倒圆的，从而保护气缸套。在这两种情况下，倒圆的过渡部具有气缸油的漏斗效应，即与刮擦效应相反。

具有十字头的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的环组件通常包括三个或四个活塞环。特别地，顶部活塞环可以是受控泄压环(CPR环)，即相关的活塞环或相关的活塞中的凹槽设置有泄压凹槽，该泄压凹槽允许对从燃烧室流动至顶部活塞环的底侧的热气进行明确限定和控制，从而减少顶部环上的压降，并将负载分配于环组件中的多个环上。通常，最低的活塞环不是CPR环，即是气密的。此外，在一些大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机中，包括顶部环的所有活塞环都是气密的，从而使下部活塞环或多或少地处于被动状态。

活塞环的外周外侧涂覆有硬质覆层，该硬质覆层可以延长活塞环的寿命并旨在用于减少气缸套的擦伤。然而，燃烧室中不断增加的压力和新类型的燃料、比如例如为天然气的气体燃料，对抗擦伤能力提出了更高的要求。

发明内容

本公开的目的是提供能够克服或至少减少上述问题的活塞环。

前述和其他目的是通过独立权利要求的特征来实现的。另外的实施方案从从属权利要求、说明书和附图是明显的。