刮碳环、气缸套、气缸、燃气发动机及燃气发动机操作方法与流程

本发明涉及一种刮碳环，该刮碳环用于在燃气发动机中使用的气缸的气缸套，用于刮除活塞的顶岸上的碳质残留物，刮碳环包括环体、顶端、底端和面向燃烧的侧面，面向燃烧的侧面被配置为在操作期间与燃烧产物直接接触。本发明还涉及一种包括这种刮碳环的气缸套。此外，本发明还涉及一种包括这种气缸套的气缸、一种包括这种气缸的燃气发动机以及一种燃气发动机操作方法。

背景技术：

1、在燃气发动机运行期间，源自润滑油中提供的添加剂或燃烧过程本身的碳质沉积物往往积聚在燃烧室的内表面上。受这种碳质沉积物影响的一个主要表面区域是气缸活塞的顶岸。在气缸工作期间，沉积在顶岸的碳质残留物会抛光气缸套，这可能会损害发动机性能和气缸寿命。

2、为了避免这种气缸套抛光，可以将防抛光环或刮碳环引入气缸中，用作气缸套和邻近活塞之间的占位器。当气缸活塞经过固定的刮碳环时，超出气缸活塞与刮碳环内表面之间的间隙的所有碳质残留物均被刮碳环刮除。

3、已知的刮碳环通常被设计成具有平行于活塞的表面，以将死空间减少到最小。例如de 10 2016 003 004 a1建议使用具有内表面的刮碳环，该内表面面向气缸的燃烧室，该刮碳环被对齐使得其平行于活塞。

4、从现有技术中已知的使用刮碳环的固有缺点是，由于所提供的间隔小，气缸活塞和刮碳环之间的间隙内的压力被急剧阻塞。同时，增加间隙会导致死空间(即不会发生燃烧的容积)增加。

5、当点火过程中活塞位于上止点区域时，燃烧室内的压力预计最高。点火压力波传播到活塞腔中，并通过活塞腔对活塞施加应力。其结果是，活塞的疲劳强度会降低。这种由压力引起的损坏会导致活塞变形，并导致燃气发动机故障或昂贵的维修。

6、本发明的刮碳环、气缸套、气缸、燃气发动机及燃气发动机操作方法解决了上述一个或多个问题。

技术实现思路

1、从现有技术出发，本发明的目的是提供一种简单、成本有效的刮碳环，能够有效刮除碳质残留物，同时提供更均匀的压力分布，以防止活塞损坏。

2、这个目的通过具有权利要求1的特征的刮碳环、具有权利要求12的特征的气缸套、具有权利要求15的特征的气缸和具有权利要求16的特征的燃气发动机来实现。本说明书、附图以及从属权利要求中阐述了优选实施例。

3、因此，本发明提供了一种刮碳环，该刮碳环用于在燃气发动机中使用的气缸的气缸套，用于刮除活塞的顶岸上的碳质残留物，刮碳环包括环体、顶端、底端和面向燃烧的侧面，面向燃烧的侧面被配置为在操作期间与燃烧产物直接接触。刮碳环还包括位于底端处的刮环段和凹陷环段，凹陷环段被配置为在面向燃烧的侧面中提供凹陷。

4、进一步地，还提供了一种包括这种刮碳环的气缸套。

5、此外，还提供了一种包括这种气缸套的气缸。

6、进一步地，还提供了一种包括这种气缸的燃气发动机。

7、最后，提供了一种燃气发动机操作方法，包括连续刮除气缸活塞的顶岸上的碳质残留物。该方法包括以下步骤：组装气缸活塞、根据本发明的刮碳环、气缸套、曲轴箱和气缸盖以获得准备就绪的气缸；操作气缸，同时刮除气缸活塞的顶岸上多余的碳质残留物；以及观察气缸活塞上无压力引起的变形。

技术特征：

1.一种刮碳环(10)，所述刮碳环(10)用于在燃气发动机(300)中使用的气缸(200)的气缸套(100)，用于刮除活塞(220)的顶岸(210)上的碳质残留物(r)，所述刮碳环(10)包括环体(12)、顶端(14)、底端(16)和面向燃烧的侧面(18)，所述面向燃烧的侧面(18)被配置为在操作期间与燃烧产物直接接触，

2.根据权利要求1所述的刮碳环(10)，其中所述凹陷环段(22)的所述凹陷(23)沿着所述面向燃烧的侧面(18)的整个圆周延伸。

3.根据权利要求2所述的刮碳环(10)，其中所述凹陷环段(22)的所述凹陷(23)延伸至所述顶端(14)，使得刮碳环横截面(bcsr)呈l形。

4.根据权利要求2所述的刮碳环(10)，其中所述凹陷环段(22)的所述凹陷(23)在所述底端(12)处的所述刮环段(20)与所述顶端(14)处的另一刮环段(24)之间延伸，使得刮碳环横截面(bcsr)呈c形。

5.根据权利要求1所述的刮碳环(10)，其中所述凹陷环段(22)的所述凹陷(23)包括设置在所述面向燃烧的侧面(18)上的多个凹陷元件(23')。

6.根据权利要求5所述的刮碳环(10)，其中至少一个凹陷元件(23')部分或全部突入到所述环体(12)中，其中所述凹陷元件各自的横截面由下列组成：矩形、圆形、三角形和/或其组合。

7.根据权利要求6所述的刮碳环(10)，其中所述凹陷元件(23')具有圆角矩形横截面，其中所述凹陷元件(23')定向在所述面向燃烧的侧面(18)上以垂直、平行和倾斜或之字形配置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的刮碳环(10)，其中所述环体(12)设置为一件式。

9.根据前述权利要求中任一项所述的刮碳环(10)，其中所述刮环段(20)包括刮除表面(21)，所述刮除表面(21)被配置为当所述刮碳环处于组装状态时平行于活塞气缸延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的刮碳环(10)，其中所述刮环段(20)的高度(hsrs)在1mm至1.5mm之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的刮碳环(10)，包括铸铁和/或钢。

12.一种气缸套(100)，包括根据前述权利要求中任一项所述的刮碳环(10)。

13.根据权利要求12所述的气缸套(100)，其中气缸套内径(idcl)与刮环段内径(idsrs)的差值在0.2mm至1mm之间。

14.一种气缸(200)，包括根据权利要求12至13所述的气缸套(100)、气缸盖(230)和曲轴箱(240)，优选地，其中刮环段截面内径(idsrs)与气缸盖外径(odc)的差值为3mm或更小。

15.一种燃气发动机(300)，包括根据权利要求14所述的气缸(200)。

16.一种燃气发动机操作方法，包括从气缸活塞(220)的顶岸(210)连续刮除碳质残留物，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种刮碳环(10)，刮碳环(10)用于在燃气发动机(300)中使用的气缸(200)的气缸套(100)，用于刮除活塞(220)的顶岸(210)上的碳质残留物(R)，刮碳环(10)包括环体(12)、顶端(14)、底端(16)和面向燃烧的侧面(18)，面向燃烧的侧面(18)被配置为在操作期间与燃烧产物直接接触。刮碳环还包括位于底端(16)处的刮环段(20)和凹陷环段(22)，凹陷环段(22)被配置为在面向燃烧的侧面(18)中提供凹陷(23)。本发明还涉及一种包括这种刮环(10)的气缸套(100)、一种包括这种气缸套(100)的气缸(200)、一种包括这种气缸(200)的燃气发动机(300)，以及一种燃气发动机操作方法，该方法包括连续刮除气缸活塞(220)的顶岸(210)上的碳质残留物，包括以下步骤：组装(S10)气缸活塞(220)、刮碳环(10)、气缸套(100)、曲轴箱(240)和气缸盖(230)以获得准备就绪的气缸(200)，操作(S20)气缸(200)，同时从气缸活塞的顶岸刮除多余的碳质残留物，以及观察(S30)气缸活塞(220)上无压力引起的变形。技术研发人员：O·伯杰,F·卡尔,F·基弗,I·吉萨索拉受保护的技术使用者：卡特彼勒能源方案有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20