本發(fā)明大體上涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，并且更具體地涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的活塞環(huán)組。

背景技術(shù)：

一般地，用在動力、海運和工業(yè)(p、m和i)應(yīng)用的發(fā)動機(jī)不斷經(jīng)受更加嚴(yán)格的排放水平。這些應(yīng)用中的發(fā)動機(jī)典型地包括為滿足三級排放標(biāo)準(zhǔn)而研發(fā)的活塞和氣缸襯套。活塞環(huán)組的具體環(huán)的磨損可以導(dǎo)致不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，許多情況下比期望的磨損更快。

例如，活塞環(huán)組的增加的磨損率能夠因為在p、m和i操作(并且甚至是軌道操作)下的環(huán)至活塞槽側(cè)面余隙而導(dǎo)致。p、m和i操作因其在相對高的發(fā)動機(jī)輸出下的極高服務(wù)水平而公知。包括展現(xiàn)不規(guī)則高的環(huán)至活塞槽的活塞壓縮環(huán)和活塞上的油環(huán)的動力組件可以經(jīng)受相對高的磨損率。因此活塞壓縮環(huán)和油環(huán)在用戶期望生命周期之前頻繁更換。活塞壓縮環(huán)和油環(huán)的頻繁更換能夠?qū)е掠脩舨粷M意。這種過早移除可以增加保修成本，并且當(dāng)未即時檢測或補(bǔ)救時能夠造成顯著相關(guān)后續(xù)的發(fā)動機(jī)損害和發(fā)動機(jī)可用性損失，更不用說不符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

中國專利公開第204344302號描述了一種發(fā)動機(jī)活塞組件。發(fā)動機(jī)活塞組件設(shè)置有活塞結(jié)構(gòu)和與活塞結(jié)構(gòu)匹配的活塞環(huán)組?；钊Y(jié)構(gòu)、活塞環(huán)組和氣缸的內(nèi)壁一起形成了剩余間隙槽道，剩余間隙槽道設(shè)置有至少一個或多個環(huán)狀突然擴(kuò)張膨脹空腔并且具有多級節(jié)流膨脹的功能。當(dāng)發(fā)動機(jī)中的混合氣體為燃燒而壓縮和點燃并且為進(jìn)行工作而膨脹時，剩余間隙槽道將生成流動阻力和能量耗散效應(yīng)，以防止高壓混合氣體和高溫高壓燃料氣體從發(fā)動機(jī)的燃燒室和氣缸逃離和泄露至曲軸箱，僅有少量烴排放物從剩余間隙逸出。發(fā)動機(jī)活塞組件被提供以減少發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的碳沉積物和尾氣排放中的烴排放物。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括汽缸，汽缸包括襯套和襯套上的保護(hù)層。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)進(jìn)一步包括設(shè)置在汽缸內(nèi)的活塞，活塞包括冠部和具有六個凹槽的一組凹槽。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)進(jìn)一步包括具有在凹槽組的對應(yīng)凹槽中設(shè)置的六個活塞環(huán)的一組活塞環(huán)。一組活塞環(huán)的六個活塞環(huán)從離冠部最近的地方到離冠部最遠(yuǎn)的地方依次由以下環(huán)組成。六個活塞環(huán)包括第一壓縮環(huán)、第二壓縮環(huán)、第三壓縮環(huán)、第四壓縮環(huán)、第一油環(huán)和第二油環(huán)，第一壓縮環(huán)包括限定第一端部間隙的自由端，第二壓縮環(huán)包括限定第二端部間隙的自由端。第一壓縮環(huán)具有徑向上的0.295±0.01英寸的標(biāo)稱壁厚。第一壓縮環(huán)的第一端部間隙為或約為0.050±0.01英寸。第二壓縮環(huán)的第二端部間隙為或約為0.045±0.01英寸。

在本發(fā)明的另一個方面中，提供了用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一組活塞環(huán)。一組活塞環(huán)包括第一壓縮環(huán)、第二壓縮環(huán)和第一油環(huán)，第一壓縮環(huán)具有限定第一端部間隙的自由端，第二壓縮環(huán)具有限定第二端部間隙的自由端。第一壓縮環(huán)具有徑向上的0.295±0.01英寸的標(biāo)稱壁厚。第一壓縮環(huán)的第一端部間隙為或約為0.050±0.01英寸。第二壓縮環(huán)的第二端部間隙為或約為0.045±0.01英寸。第一壓縮環(huán)配置為布置在活塞上，使得第一壓縮環(huán)設(shè)置成最接近活塞的冠部并且使得第二壓縮環(huán)設(shè)置成第二接近冠部。

在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種方法。該方法包括提供具有限定第一端部間隙的自由端的第一壓縮環(huán)。該方法進(jìn)一步包括提供具有限定第二端部間隙的自由端的第二壓縮環(huán)。第一壓縮環(huán)包括第一壓縮環(huán)的第一端部間隙的標(biāo)稱值，其大于第二壓縮環(huán)的第二端部間隙的標(biāo)稱值。關(guān)于包含第一壓縮環(huán)和第二壓縮環(huán)的環(huán)組，第一壓縮環(huán)配置為設(shè)置成最接近活塞的冠部，并且第二壓縮環(huán)配置為設(shè)置成第二接近冠部。

通過以下的描述和附圖，本發(fā)明的其它特征和方面將顯而易見。

附圖說明

結(jié)合于此并構(gòu)成說明書一部分的附圖圖示了一個或多個實施例并且同描述一起解釋了實施例。附圖不一定按比例繪制。進(jìn)一步地，附圖中的任何值或尺寸僅用于圖示目的并且能夠或能夠不代表實際或優(yōu)選值的值或尺寸。在適用時，某些或所有選擇特征能夠不被圖示以有助于對下面特征的描述和理解。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一部分的橫截面視圖，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有汽缸和接收在其中的活塞；

圖2是圖1的部分“p”的放大視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一組活塞環(huán)的分解視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的圖3的一組活塞環(huán)的第一壓縮環(huán)的平面圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的圖3的一組活塞環(huán)的第二壓縮環(huán)的平面圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一組活塞環(huán)的分解視圖；以及

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的提供多個活塞環(huán)的方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖陳述的描述旨在作為所述主題的各個實施例的描述，而不一定旨在代表僅有實施例。在某些情況下，描述包括特定細(xì)節(jié)，目的在于提供所述主題的理解。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，沒有這些特定細(xì)節(jié)也能夠?qū)嵺`這些實施例。在某些情況下，為了避免模糊所述主題的概念，公知的結(jié)構(gòu)及部件以方框圖的形式示出。在可能的情況下，相應(yīng)或相似的附圖標(biāo)記在所有的附圖中將用于表示相同或相應(yīng)的配件。

在說明書中，任何關(guān)于“一個實施例”或“某個實施例”的引用都是指與這個實施例相關(guān)的具體特征、結(jié)構(gòu)、特性、操作或功能被包含在至少一個實施例中。因此，說明書出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”或“在某個實施例中”不一定指相同實施例。進(jìn)一步地，具體特征、結(jié)構(gòu)、特性、操作或功能能夠在一個或多個實施例中以任何適宜的方式相互結(jié)合，本發(fā)明旨在所述主題的實施例可以并且確實涵蓋所述實施例的修改和變化。

還必須注意，如在說明書、所附權(quán)利要求書和摘要中所使用的，除非上下文另作明確規(guī)定，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)對象。也就是說，除非另外明確指明，如本文所使用的詞語“一”和“一個”及類似詞語表示“一個或多個”。此外，應(yīng)當(dāng)理解，諸如“左”、“右”、“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“側(cè)面”、“高度”、“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“內(nèi)部”、“外部”、“內(nèi)”和“外”的術(shù)語及能夠在本文使用的類似術(shù)語僅僅描述參考點并且不一定將所述主題的實施例限制為任何具體定向或配置。另外，諸如“第一”、“第二”和“第三”等的術(shù)語僅僅標(biāo)識本文所述的多個部分、部件、參考點、操作或功能中的一個，并且同樣不一定將所述主題的實施例限制為任何具體配置、定向或者功能或操作的順序。

圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100的一部分的橫截面視圖。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100能夠體現(xiàn)為諸如柴油發(fā)動機(jī)的壓縮點火發(fā)動機(jī)。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)理解，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100還能夠體現(xiàn)為包括但不限于火花點火發(fā)動機(jī)的其它發(fā)動機(jī)。例如，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100能夠是四沖程柴油發(fā)動機(jī)、二沖程或四沖程汽油發(fā)動機(jī)、或者二沖程或四沖程氣體動力發(fā)動機(jī)。

內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100包括汽缸體102。汽缸體102包括設(shè)置在汽缸體102內(nèi)的襯套104。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100進(jìn)一步包括連接至汽缸體102以封閉襯套104的端部的的汽缸蓋106。汽缸體102包括在汽缸膛110內(nèi)的活塞108?；钊?08可滑動地設(shè)置在汽缸膛110內(nèi)并且沿著襯套104設(shè)置?；钊?08與襯套104和汽缸蓋106一起限定了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100的燃燒室107。應(yīng)當(dāng)理解，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100能夠包括任何數(shù)目的汽缸膛110。進(jìn)一步地，汽缸膛110能夠以包括但不限于“軸向式”配置、“v”形配置、對置活塞配置或任何其它配置的各種配置來設(shè)置。

汽缸體102的襯套104可以包括保護(hù)層112。保護(hù)層112能夠適于保持保護(hù)層112的內(nèi)表面103上的油膜(未示出)的期望厚度(未示出)。在一個或多個實施例中，保護(hù)層112可以包括約40-100微英寸的核心/內(nèi)核(rk)范圍，約50微英寸的最大峰值高度(rpk)，和/或約32-100微英寸的谷底深度范圍(rvk)。在一個或多個實施例中，油膜的期望厚度能夠在約0.0001-0.001英寸的范圍內(nèi)。

活塞108配置為在汽缸膛110內(nèi)的襯套104內(nèi)在下死點(bdc)(未示出)與上死點(tdc)(未示出)之間復(fù)運動?；钊?08包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100的位于頂部部分的朝向tdc的冠部114和位于底部部分的朝向bdc的從冠部114延伸的裙部117?；钊?08可樞轉(zhuǎn)地連接至連桿109，其則能夠可樞轉(zhuǎn)地連接至曲軸(未示出)。

圖2示出了汽缸體102的部分“p”和圖1的活塞108的放大視圖。汽缸體102的部分“p”可以包括襯套104和襯套104上的保護(hù)層112，以及活塞108的冠部114。活塞108能夠具有包括冠部114上的一組凹槽116的圓柱形結(jié)構(gòu)。一組凹槽116在冠部114的環(huán)形外表面115處形成。一組凹槽116適于容納一組活塞環(huán)118。當(dāng)然，圖1和圖2顯示了六個凹槽，但是所公開主題的實施例并不局限于此，這意味著能夠設(shè)置多于六個的凹槽或者設(shè)置少于六個的凹槽。一組活塞環(huán)118包括至少兩個壓縮環(huán)和一個或多個油環(huán)或刮油環(huán)。至少兩個壓縮環(huán)可以在限定在活塞108的冠部114中的一組凹槽116中接收。在本實施例中，壓縮環(huán)是開口環(huán)。如同上述凹槽一樣，所公開主題的實施例不限于六個環(huán)，這意味著能夠設(shè)置多于六個的環(huán)或者設(shè)置少于六個的環(huán)。

在所示實施例中，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100是包括總共六個活塞環(huán)的柴油發(fā)動機(jī)。六個活塞環(huán)包括一組壓縮環(huán)120和一組油環(huán)122。一組壓縮環(huán)120包括四個壓縮環(huán)，盡管在一個或多個實施例中只能夠設(shè)置兩個壓縮環(huán)。四個壓縮環(huán)體現(xiàn)為第一壓縮環(huán)124、第二壓縮環(huán)126、第三壓縮環(huán)128和第四壓縮環(huán)130。一組活塞環(huán)118適于密封活塞108與保護(hù)層112之間的徑向間隙“g1”，從而在燃燒過程中保持燃燒室107內(nèi)的氣體的期望壓力。

一組油環(huán)122包括第一油環(huán)132和第二油環(huán)134。一組油環(huán)122允許油穿過一組壓縮環(huán)120并且潤滑保護(hù)層112的內(nèi)表面103。一組壓縮環(huán)120從冠部114的頂部部分定位。一組油環(huán)122定位在一組壓縮環(huán)120之下并且離冠部114最遠(yuǎn)。

活塞108的冠部114容納在一組凹槽116的對應(yīng)凹槽處的一組壓縮環(huán)120和一組油環(huán)122。一組凹槽116包括第一凹槽136、第二凹槽138、第三凹槽140、第四凹槽142、第五凹槽144和第六凹槽146。一組活塞環(huán)118設(shè)置在一組凹槽116的對應(yīng)凹槽中。進(jìn)一步地，一組活塞環(huán)118從離活塞108的冠部114最近的地方到離活塞108的冠部114最遠(yuǎn)的地方依次設(shè)置。

第一壓縮環(huán)124設(shè)置在第一凹槽136處，離冠部114最近。在一個或多個實施例中，第一壓縮環(huán)124包括徑向上的約0.295±0.01英寸的標(biāo)稱壁厚“r1”。第一壓縮環(huán)124容納在一組凹槽116的第一凹槽136中，其能夠具有約0.38英寸的徑向厚度“t1”。第二壓縮環(huán)126設(shè)置在第二凹槽138處，第三壓縮環(huán)128設(shè)置在第三凹槽140處，第四壓縮環(huán)130設(shè)置在第四凹槽142處，第一油環(huán)132設(shè)置在也稱為“第一油環(huán)凹槽”的第五凹槽144處，并且第二油環(huán)134設(shè)置在也稱為“第二油環(huán)凹槽”的第六凹槽146處。

活塞108的冠部114包括一組凹槽116，以容納一組壓縮環(huán)120和一組油環(huán)122。一組凹槽116的每個凹槽都包括徑向厚度“t1”，某些或所有的徑向厚度能夠為約0.38英寸并且軸向厚度“t2”為約0.196英寸。在一個或多個實施例中，一組凹槽116的每個凹槽的徑向厚度“t1”是均勻的并且是矩形橫截面形狀?？蛇x擇地，在一個或多個實施例中，一組凹槽116的每個凹槽的徑向厚度“t1”能夠是非均勻的，或者同其它凹槽相比至少一個凹槽能夠具有不同的徑向厚度。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一組活塞環(huán)118的分解視圖。一組活塞環(huán)118包括一組壓縮環(huán)120和一組油環(huán)122。在圖3中，一組壓縮環(huán)120包括四個壓縮環(huán)。四個壓縮環(huán)包括第一壓縮環(huán)124、第二壓縮環(huán)126、第三壓縮環(huán)128和第四壓縮環(huán)130。第一壓縮環(huán)124包括限定第一端部間隙“e1”(如圖4所示)的自由端135，其能夠是平坦的且朝向彼此。第一壓縮環(huán)124的第一端部間隙“e1”被稱為第一壓縮環(huán)124的自由端135之間的間隙。第一壓縮環(huán)124的第一端部間隙“e1”為或約為0.050±0.01英寸。第一壓縮環(huán)124包括徑向上的約0.295±0.01英寸的標(biāo)稱壁厚“r1”(如圖4所示)。第二壓縮環(huán)126包括限定第二端部間隙“e2”(如圖5所示)的自由端141，其能夠是平坦的且朝向彼此。第二壓縮環(huán)126的第二端部間隙“e2”被稱為第二壓縮環(huán)126的自由端141之間的間隙。第二壓縮環(huán)126的第二端部間隙“e2”為或約為0.045±0.01英寸。在一個或多個實施例中，第一壓縮環(huán)124的第一端部間隙“e1”與第二壓縮環(huán)126的第二端部間隙“e2”的比在約1.0-1.2的范圍內(nèi)。因此，第一端部間隙e1的標(biāo)稱值可以大于第二端部間隙e2的標(biāo)稱值。

在圖3中，第一壓縮環(huán)124的每個自由端135都包括朝向彼此的平坦表面131。當(dāng)然，自由端135能夠不是平坦的，但例如具有點。相似地，第二壓縮環(huán)126的每個自由端141都包括朝向彼此的平坦表面133。當(dāng)然，自由端141能夠不是平坦的，但例如具有點。

第一壓縮環(huán)124包括限定內(nèi)圓周143的內(nèi)表面125。一般來說，內(nèi)表面125平行于一組凹槽116的第一凹槽的外表面137，第一壓縮環(huán)124設(shè)置在第一凹槽內(nèi)。第二壓縮環(huán)126包括限定內(nèi)圓周145的內(nèi)表面127。一般來說，內(nèi)表面127平行于一組凹槽116的第二凹槽138的外表面139，第二壓縮環(huán)126設(shè)置在第二凹槽138內(nèi)。第一壓縮環(huán)124包括限定外圓周147的外表面123。一般來說，外表面123可以平行于保護(hù)層112的內(nèi)表面103(如圖1所示)。第二壓縮環(huán)126還包括限定外圓周151的外表面129。一般來說，外表面129可以平行于保護(hù)層112的內(nèi)表面103。在一個或多個實施例中，一組活塞環(huán)118能夠由鐵基材料制成。

例如為了在保護(hù)層112上生成均勻受控的油層，第一壓縮環(huán)124和第二壓縮環(huán)126的環(huán)表面能夠具有對稱的筒形。第一壓縮環(huán)124和第二壓縮環(huán)126的環(huán)表面能夠表面涂覆有陶瓷鉻鍍層以維持環(huán)的長期操作。在一個或多個實施例中，第一壓縮環(huán)124的標(biāo)稱壁厚“r1”(如圖4所示)與第一凹槽136的徑向厚度“t1”(如圖4所示)的比能夠在約0.5-0.9英寸的范圍內(nèi)，第一凹槽136具有設(shè)置在其中的第一壓縮環(huán)124。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一組活塞環(huán)148的分解視圖。一組活塞環(huán)148包括一組壓縮環(huán)150。該組還能夠包括油環(huán)152。一組壓縮環(huán)150包括第一壓縮環(huán)154和第二壓縮環(huán)156。一組活塞環(huán)148可以從離活塞108的冠部114最近的地方到離活塞108的冠部114最遠(yuǎn)的地方依次設(shè)置。更特別地，至少壓縮環(huán)154配置為最接近活塞108的冠部114，并且壓縮環(huán)156配置為第二接近冠部114。

第一壓縮環(huán)154包括限定第一端部間隙“e3”的自由端155。第二壓縮環(huán)156包括限定第二端部間隙“e4”的自由端157。此外，第一端部間隙e1可以大于第二端部間隙e2。例如，第一壓縮環(huán)154的第一端部間隙“e3”可以為或約為0.050±0.01英寸，并且第二壓縮環(huán)156的第二端部間隙“e4”可以為或約為0.045±0.01英寸。在一個或多個實施例中，第一壓縮環(huán)154的第一端部間隙“e3”與第二壓縮環(huán)156的第二端部間隙“e4”的比可以在約1.0-1.2的范圍內(nèi)。第一壓縮環(huán)154可以包括徑向上的約0.295±0.01英寸的標(biāo)稱壁厚“r2”。在一個或多個實施例中，第一壓縮環(huán)154和第二壓縮環(huán)156由金屬或合金制成。

工業(yè)實用性

本發(fā)明描述的一組活塞環(huán)118、148和具有保護(hù)層112的襯套104用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)100，具體用于柴油發(fā)動機(jī)，以在燃燒過程中減少微粒物質(zhì)排放和竄漏燃燒氣體。微粒物質(zhì)排放和竄漏燃燒氣體可以通過保持保護(hù)層112上的油膜來減少，即在一組活塞環(huán)118、148和保護(hù)層112的接觸表面上。一組活塞環(huán)118、148的一組壓縮環(huán)120、150適于徑向擴(kuò)張，一組壓縮環(huán)120、150的每個的外表面可以符合保護(hù)層112的表面，即保護(hù)層112的內(nèi)表面103。每個壓縮環(huán)120、150能夠用于密封燃燒室107并且因此以防止氣體從燃燒室107傳遞至曲軸箱。每個壓縮環(huán)120、150還能夠用于支撐從活塞108至襯套104的熱量傳遞，并且用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)油消耗。

圖7示出了提供一組活塞環(huán)的方法200的流程圖，諸如如上討論的一組活塞環(huán)118、148。一組活塞環(huán)118是為了圖示本發(fā)明。

方法200在步驟202處包括提供諸如一組壓縮環(huán)120的壓縮環(huán)124的第一壓縮環(huán)。任選地，第一壓縮環(huán)124能夠設(shè)置在活塞108的冠部114的第一凹槽136內(nèi)。第一壓縮環(huán)124包括限定第一端部間隙“e1”的自由端135。第一壓縮環(huán)124設(shè)置成最接近活塞108的冠部114。方法200能夠進(jìn)一步包括以這樣的方式即徑向的第一壓縮環(huán)124的標(biāo)稱壁厚“r1”為約0.295±0.01英寸來提供第一壓縮環(huán)124。第一壓縮環(huán)124中的第一端部間隙“e1”能夠為或約為0.050±0.01英寸。

進(jìn)一步地，在步驟204處，方法200包括提供諸如壓縮環(huán)126的第二壓縮。任選地，第二壓縮環(huán)能夠設(shè)置在第二凹槽138中。第二壓縮環(huán)126還包括限定第二端部間隙“e2”的自由端141。第二壓縮環(huán)126緊貼在第一壓縮環(huán)124之下設(shè)置。第一壓縮環(huán)124的第一端部間隙“e1”的標(biāo)稱值可以大于第二壓縮環(huán)126的第二端部間隙“e2”的標(biāo)稱值。方法200能夠進(jìn)一步包括提供具有為或約為0.045±0.01英寸的第二端部間隙“e2”的第二壓縮環(huán)126。

雖然本發(fā)明的方面已經(jīng)參照上述實施例進(jìn)行了具體顯示和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，通過所公開機(jī)械、系統(tǒng)和方法的修改能夠構(gòu)思各種另外的實施例而不偏離所公開的范圍。應(yīng)當(dāng)理解，如根據(jù)權(quán)利要求及其任何等價物所確定的，這種實施例落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。