CN1333859A

CN1333859A - 活塞式机械

Info

Publication number: CN1333859A
Application number: CN99815460A
Authority: CN
Inventors: 莱赫·莫丘尔斯基; 杰斯珀·韦斯·福格
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2002-01-30
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: WO2000040850A1; CN1116510C; JP2002534635A; KR20010089772A; GB2361982B; GB0115516D0; KR100411867B1; NO20013177L; NO20013177D0; DE19900386C1; JP3636664B2; GB2361982A; PL349134A1; AU2100800A

Abstract

在一具有至少一个气缸的活塞式机械中,其气缸衬套(2)在其面向配置的活塞(6)的滑动面(4)的区域内设有至少一个用于形成油室(8)的沟槽(9),通过使沟槽(9)配置一填料(10),其中沟槽的深度至少相当于气缸衬套(2)的最大磨损厚度,并且形成沟槽(9)的填料(10)的材料比气缸衬套(2)的基体材料具有较小的耐磨性,可以达到特别保养的操作方式并从而获得特别长的使用寿命的气缸衬套(2)。

Description

活塞式机械

本发明涉及一种活塞式机械，特别是大型二冲程柴油机，其具有至少一个气缸，其气缸衬套在其面向配属的活塞的滑动面的区域内设有至少一个用于形成油室的沟槽。

由GB 1473058已知这样一种活塞式内燃机。在该已知设备中油室或多油室的横截面相当于各个配属的、在气缸衬套上切出的沟槽之横截面。沟槽的深度随着渐增的气缸衬套的磨损而减小。在该已知设备中也以同样的程度减小由沟槽本身形成的油室的深度。因此随着使用时间的延长其工作情况不断恶化。而已知的设备的另一很特别的缺点在于，由于可能的热腐蚀等从气缸衬套上剥落的材料颗粒不可能驻留于已知设备的沟槽中。因此存在这样的危险，该材料颗粒落到气缸衬套与活塞之间并在其中被粉碎或搓碎，这可能导致损坏和强烈的局部发热并从而加速热腐蚀和/或咬死。因此证明该已知设备的操作是不够可靠的。

因此由此出发，本发明的目的是，在避免所述缺点的条件下以简单的和节省成本的方式改进同一类设备，使其达到长期的高度操作可靠性。

这个目的按照本发明这样来达到，沟槽配置了一填料，沟槽的深度至少相当于气缸衬套的最大磨损厚度，并且形成沟槽的填料的材料比气缸衬套的基体材料具有较小的耐磨性。

在新的情况下，沟槽可以由配置的填料完全填满。因此得到一光滑的非成型的外表面，其易于加工。然而在磨合期由于填充材料的磨损比基体材料的快已经形成要求的油室，其深度无疑小于沟槽的深度并且随着气缸衬套渐增的磨损发展到取决于该磨损的程度。因此虽然沟槽深度逐渐减小，但在经过长时期以后形成关于油室的横截面的相当大程度的均匀的状态，这在经过长时期以后保证在气缸衬套的有关区域的可靠的润滑并从而可靠地避免热腐蚀和咬死。形成的油室或多油室的深度与磨损的强度有关。磨损越大各油室越深并从而润滑越强，反之亦然。因此实际上形成一种自动调整的型式。因此还有可能减少单位耗油量。但是按照本发明的措施的另一很特别的优点在于，因气缸衬套不可避免的磨损所剥落的材料颗粒可以被压入较软的填充材料内并就地固定住。因此通过设有填料的沟槽阻止了这种材料颗粒的***。因此按照本发明设有填料的沟槽还起着高度有效的阻止槽的作用。因此借助本发明的措施还可以有效地防止由气缸衬套剥落的材料颗粒所造成的损坏和故障，例如材料焊接或材料粘结，其导致加速热腐蚀和咬死。因此借助本发明的措施以有利的方式保证了长的使用寿命。

在从属权利要求中说明了上述措施的有利的结构和符合目的的进一步构成。这样，形成沟槽的填料的材料可以适当地比气缸衬套的基体材料具有更强的热膨胀。借此可使在过热的情况下填料比基体材料更快地膨胀，因此可以使活塞稳定并由此防止所谓的咬死。当填充材料还以有利的方式具有干润滑性能时更突出了这个优点。

在上述措施的有利的进一步发展中，沟槽的填料可以至少部分地由铝和/或铝青铜和/或石墨构成，其中优选可以采用含9～11％Al、0.5～2％Fe、其余为Cu的铝青铜。这种材料具有上述的要求的优越的性能。然而也有可能采用例如优选含15～25％的石墨和75～85％的铝青铜的石墨合金。这种材料也具有要求的很高水平的性能。

可以有利地设置至少一个螺旋式沟槽。由此得到油沿气缸衬套的较大区域内的特别好的分布和特别好的输送并从而获得特别高的可靠性。

按照上述措施的另一个有利的发展，填料按照所采用的材料的适用性可以构成为焊接层或喷涂层。这以简单方式保证了无孔隙的填料在基体材料上的可靠粘结。

上述措施的其他的有利的发展和符合目的的进一步构成见其余的从属权利要求并由以下借助于附图对实例的描述可更详细地得知。

在以下描述的附图中：

图1示出大型二冲程柴油机的一个气缸的局部剖面；

图2示出气缸衬套滑动面的设有按照本发明的沟槽的区域的放大图；

图3示出关于沟槽横截面的一个方案，以及

图4示出关于沟槽横截面的另一方案。

本发明应用于优选以慢运行的大型二冲程柴油机的活塞式机械，特别是活塞式内燃机中。这种设备的结构和操作方式就其本身而言是已知的，因此在本文中不再需要更详细地说明。

图1中所示大型二冲程柴油机的气缸包括一设有多个进气口1的气缸衬套2，其上安装一包括一其中未详细示出的排气装置的气缸盖3。气缸衬套2的内面构成为滑动面4，其与一周边设有活塞环5的往复活塞6协同操作。滑动面4经由润滑油输入管7供给以润滑油。

为了使按经验润滑油供给不足的区域，例如滑动面4的上部区域获得良好的润滑油分布和特别是良好的润滑油供给，该区域设有合适的、在图1中只暗示出的各油室8。

为此，如由图2可最清楚地看出的，在滑动面4的区域设置至少一个切入的沟槽9，其中构成一配置的油室8。沟槽9包含一填料10，其由耐磨性比气缸衬套的基体材料的耐磨性较小的材料构成。气缸衬套通常由铸钢构成。可以有利地采用铝青铜来形成填料10。如实验所证明的，该铝青铜应该包含至少2～20％，优选9～11％Al、0.5～8％，优选0.5～2％Fe和其余为Cu。特定的成分针对各个情况存在的条件。其中Fe含量越高，材料的硬度越高。在大型二冲程柴油机的气缸衬套中采用包含以下成分的铝青铜获得良好的结果：

2～20％，优选9～11％Al，

0.5～8％，优选0.5～2％Fe，

0.1～8％Mn，0.1～2％Si，0.1～1％Ni，

0.1～2％C，分别具有最高5～20％含量的Sb、Co、Be、Cr、Sn、Cd、Zn和Pb中至少一种成分，其余为Cu。

但是也可能采用石墨合金如镍石墨或硅石墨或铝石墨或铝青铜石墨，其分别包含5～60％，优选15～25％的石墨和分别包含其他成分的40～95％，优选75～85％含量。采用铝青铜石墨合金可以获得特别好的抗腐蚀和咬死的性能。其中铝青铜的成分可以按照上述的成分。

填料10可以有利地通过激光喷涂法或电弧喷涂法如等离子喷涂法涂覆的喷涂层加进先前制成的沟槽9中。当然沟槽9的填料10也可以制成焊接层。含有9～11％Al、1～3％Fe、4～6％Ni、1～2％Mn和其余Cu的铝青铜特别适用于这个目的。

对此沟槽9的填料适当地达到滑动面4的水平。然后滑动面4可以经过全面地加工，例如珩磨。由于形成填料10的材料比气缸衬套2的基体材料的耐磨性较小，填料10的磨损在磨合期已比气缸衬套2的磨损较大。磨下的材料被润滑油冲走。因此形成要求的油室8，其在气缸衬套的整个使用期间始终保持着。

图2中用d示出的沟槽9的深度因此至少相当于气缸衬套2的磨损厚度并优选稍大一些。然而因为这样深的沟槽9设有填料10，其随着气缸衬套的磨损也磨损，只是其磨损稍快一些，并形成在气缸衬套2的整个使用期间内相当大程度均匀的、不同于沟槽9本身横截面的油室8的横截面外形。

为了形成填料10可以有利地采用这样的材料，其具有在受热时比气缸衬套的基体材料更强的膨胀的性能。以上建议的材料具有这样的性能。因此在局部过热的情况下填料10比气缸衬套2的基体材料更强的膨胀，由此可以使活塞6稳定，如图2中所示用虚线表示的膨胀线11。以上建议的填料10的材料还具有良好的干润滑性能，这特别是在过热的情况下获得有利的支承。但是也可能在填充材料中结合或置入另外具有良好干润滑性能的材料。

可以设置一个或多个沟槽9。根据迄今的经验将它们符合目的地设置在有润滑不足的危险并从而有热腐蚀等危险的地方。这特别是在滑动面4的上部区域的情况。在图1中在由第一和第二活塞环5在活塞6的上部死点位置限定的滑动面4的区域内设置一具有相应的油室8的环形的沟槽。另一配置有油室8的沟槽设置在最下面的活塞环5的下方的区域中。在所示实例中还示出了其他的更深的配置的油室8。

作为油室8的基础的沟槽9可以构成为环形的径向沟槽。但是，另外或代替地也可以设置一个或多个配置有油室8的螺旋式延伸的沟槽9。它们可以沿滑动面4的一个区域或沿其全长延伸。

图2是以一螺旋式延伸的沟槽9为基础。该沟槽9用P表示的导程可以为滑动面4的直径D的1.5％～20％。导程P可以沿沟槽全长是常数。但是也有可能是变化的导程以便在特别易受损害的区域比在不大易受损害的区域获得较大的油室密度。上述沟槽9的深度d适当地处于直径D的0.1％～0.4％的范围内。出口宽度W适当地为直径D的1％～2％

在所示实例中沟槽9具有从出口宽度W起逐渐向内变窄的横截面。这是考虑到磨损速率随着渐增的使用时间而增加。图2中沟槽9具有大致U形横截面，其具有相对于槽底倾斜的侧面。侧面用α表示的倾斜角可以处于30°～60°的范围内。槽底与槽侧面之间的过渡适当地形成圆角，如由半径箭头所示。

上述尺寸数据也适用于其他的根据图3和4的方案。图3示出一V形沟槽9，其具有配置的包括油室8的填料10。图4中的沟槽9具有一圆弧形横截面。在这里也形成向内逐渐变窄的横截面并从而形成填料10与其中形成的油室8的向内逐渐减小的宽度。

Claims

1.活塞式机械，特别是大型二冲程柴油机，其具有至少一个气缸。其气缸衬套(2)在其面向配置的活塞(6)的滑动面(4)的区域内设有至少一个用于形成油室(8)的沟槽(9)，其特征在于，沟槽(9)配置了一填料(10)，沟槽的深度至少相当于气缸衬套(2)的最大磨损厚度，并且形成沟槽(9)的填料(10)的材料比气缸衬套(2)的基体材料具有较小的耐磨性。

2.按照权利要求1所述的活塞式机械，其特征在于，形成沟槽(9)的填料(10)的材料比气缸衬套(2)的基体材料具有较强的热膨胀。

3.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于形成沟槽(9)的填料(10)的材料具有干润滑性能。

4.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于形成沟槽(9)的填料(10)的材料至少部分地由铝和/或铝青铜和/或石墨构成。

5.按照权利要求4所述的活塞式机械，其特征在于为形成沟槽(9)的填料(10)所采用的铝青铜至少包含铝、铁和铜。

6.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于，为形成沟槽(9)的填料(10)所采用的铝青铜至少包含以下合金部分：

2～20％，优选9～11％Al，

0.5～8％，优选0.5～2％Fe，

其余为Cu。

7.按照权利要求5或6所述的活塞式机械，其特征在于，为形成沟槽(9)的填料(10)所采用的铝青铜包含以下合金部分：

2～20％，优选9～11％Al，

0.5～8％，优选0.5～2％Fe，

0.1～8％Mn，0.1～2％Si，0.1～1％Ni，0.1～2％C，分别具有最高5～20％含量的Sb、Co、Be、Cr、Sn、Cd、Zn和Pb中至少一种成分，其余为Cu。

8.按照权利要求4～7之一项所述的活塞式机械，其特征在于，形成沟槽(9)的填料(10)的材料包括5～60％，优选15～25％的石墨和40～95％，优选75～85％的铝和/或铝青铜和/或镍和/或硅。

9.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于设置至少一个螺旋式沟槽(9)。

10.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于，至少在气缸衬套(2)的上部区域中设置至少一个沟槽(9)。

11.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于，至少在由第一和第二活塞环(5)在活塞(6)的上部死点位置限定的滑动面(4)的区域设置至少一个沟槽(9)。

12.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于，至少在最下面的活塞环(5)的下方在活塞(6)的上部死点位置的区域设置至少一个沟槽(9)。

13.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于至少一个沟槽(9)沿滑动面(4)的导向长度连续延伸。

14.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于螺旋式沟槽(9)的导程为滑动面(4)的直径的1.5％～20％。

15.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于沟槽(9)的深度为滑动面(4)的直径的0.1％～0.4％。

16.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于沟槽(9)的出口宽度为滑动面(4)的直径的1％～2％。

17.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于沟槽(9)具有向内逐渐变窄的横截面。

18.按照上述权利要求之一项所述的活塞式机械，其特征在于沟槽(9)的填料(10)构成为焊接层或喷涂层。