CN100510367C - 组合油环 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的是提供一种即使在采用由形状记忆合金形成的螺旋胀簧的情况下，也可以得到足够的拉力，并具有良好的油刮落功能、油调节功能的组合油环。为了达到上述目的，本发明提供的组合油环，是由通过柱部连接2个轨道的、剖面大致I字形的油环和螺旋胀簧而构成的组合油环，其中，该螺旋胀簧，被配置在形成于连接上述油环的2个轨道的柱部内周侧的内周槽上并向其直径方向外方推压油环，其特征在于，上述螺旋胀簧由形状记忆合金形成，并通过剖面形状为矩形状的异型线材而形成。

Description

组合油环

技术领域

本发明涉及一种在内燃机的活塞上使用的组合油环。

背景技术

在内燃机中，由于产生各种各样的摩擦力损耗，所以，通过降低这样的摩擦力损耗可以提高燃料的燃烧率。例如，在内燃机中的活塞环上，要求降低与气缸衬套进行滑动时的摩擦力。具体而言，为了降低摩擦力，降低拉力是有效的。

虽然在活塞环上具有压缩环和油环，尤其是通过将油环的拉力(向其直径方向外方扩张活塞环的力)设为比压缩环的高5～12倍，可满足油环的功能，即，满足油刮落功能以及油调节功能。例如，共计拉力比，是将共计活塞环(压缩环+油环)的拉力的环的共计拉力用缸径来除所得出的比，若观察该共计拉力比，则在1984年为0.6～1.0N/mm，但由于要求低摩擦力，所以这个比渐渐降低，现在降低为0.2～0.6N/mm，要求与此对应的对策。

所以，虽然该数值变为1984年当时的约一半，但在这样的背景中，还要求满足油环的功能性。

作为活塞环的对策，实行了与拉力的降低相应的活塞环的接触面积的减小和薄幅化。由于油环与压缩环相比具有油刮落功能，而且通过减小接触宽度，可减小接触面积而使面压上升，从而提高密封性、油刮落性。

但是，若从发动机启动时，将油环的拉力设在上述范围内，即，设为与充分驱动发动机时的相同程度，则相反，油环过度发挥其作用而破坏发动机的启动性的危险较高。这是因为：在发动机启动时，润滑油的温度以及发动机的温度处于渐渐上升的阶段，与从发动机的启动起经过一些时间而充分地驱动后的情况相比，这些温度较低，并处于润滑油的粘度较高的状态。因此，希望在从发动机的启动转移至充分驱动发动机的状态期间，随着润滑油的温度以及发动机的温度的上升，使油环的功能也渐渐发挥出来，其面压也逐渐增加。

例如，在实公平3—41078号公报中已公开了以下的技术，即，使用Ni—Ti系的形状记忆合金来形成螺旋胀簧，在使用该螺旋胀簧的油环中，按照螺旋胀簧在低温时处于收缩状态、在高温时处于伸展的状态的方式进行处理。

这样，通过使用形状记忆合金形成螺旋胀簧来形成，可根据温度使向其直径方向外方推压油环的力发生变化，所以可提高发动机的启动性。但是，形状记忆合金件的横弹性系数在Ni—Ti系的2元系中，在处于收缩状态的情况为5000～10000Mpa左右，在伸展的状态约为20000Mpa左右。该数值与由通常使用的钢线材而构成的螺旋胀簧比较，由于仅为1/4左右，所以，为了得到与钢线材的情况相同程度的拉力，必须将由形状记忆合金构成的线材的粗度设为钢线材的粗度的4倍。另一方面，在最近的油环中，有为了提高追随性而进行薄幅化的倾向，从尺寸的限制来看，难以在实用上提供使用形状记忆合金而形成的螺旋胀簧。

而且，在实公平7—43540号公报中也公开了通过Ni—Ti系的2元系的形状记忆合金形成螺旋胀簧的技术，但所要解决的问题是除去粘附在柴油发动机活塞环槽上的碳，而不是提高组合油环的功能。

而且，虽然不是使用形状记忆合金而形成的螺旋胀簧，但作为可以对应被薄幅化的油环、可显示足够的拉力的螺旋胀簧，在特开2001—208200号公报中公开了使用胀簧的技术，该胀簧是将矩形剖面的板材沿板厚方向成形为波状，进而将其成形为环状。但是，胀簧显示的拉力在发动机启动时，由于发动机充分驱动的状态不改变而导致在启动性上存在问题。假定使用形状记忆合金的矩形材、并使其在轴方向呈波状形成时，在后处理中，在进行记忆热处理(对材料使形状记忆的处理)时，由于要装在夹具上，因此导致生产性明显恶化。

发明内容

本发明鉴于上述问题点，其主要目的是提供一种组合油环，这种组合油环，即使在采用使用形状记忆合金而形成的螺旋胀簧的情况下，也可以得到足够的拉力，具有良好的油刮落功能、油调节功能，以及还提供一种组合油环，该组合油环，可以对应被薄幅化的油环，并具有良好的追随性，可以降低摩擦力，还具有良好的生产性。

为了达到上述目的，本发明提供一种组合油环，在第1方式中，包括：油环，其通过柱部连接2个轨道而形成剖面大致呈I字形；螺旋胀簧，其被配置在形成于连接所述油环的2个轨道的柱部内周侧的内周槽上，并向其直径方向外方推压油环，其特征在于：所述螺旋胀簧，由形状记忆合金形成，并通过剖面形状为矩形状的异型线材形成，形成所述的螺旋胀簧的异型线材的剖面形状的厚度和宽度的比在1：2～1：3.5的范围内，对由所述形状记忆合金形成的螺旋胀簧进行处理，使得在所述螺旋胀簧自身的温度比所述形状记忆合金的马氏体相变温度高时，沿其长度方向伸长，所述油环的轴方向宽度在1.0mm～2.0mm的范围内。

在本发明中，通过采用由形状记忆合金构成、使用剖面形状为矩形状的异型线材而形成的螺旋胀簧，如图4所示，螺旋直径d7与线材厚度35的比率(螺旋直径/线材厚度＝比率)在比2.8～3更低的区域的制造比较困难，所以，在相同的螺旋直径时设为相同的拉力的设计的情况下，相对圆形状，异型线材可以使胀簧线的线材厚度35变小，即，使上述比率变大，所以对制造性是有利的。因此，即使在尺寸上有制约的薄幅化的油环也可以对应，可以得到具有良好的油刮落功能以及油调节功能的组合油环。而且，由于使用了形状记忆合金，所以，即使是在发动机的启动时的油的粘度高的状态，也可以实现低摩擦化。

在上述记载的本发明中，优选对由上述形状记忆合金形成的螺旋胀簧进行处理，使得在上述螺旋胀簧自身的温度比上述形状记忆合金的马氏体相变温度高时，沿其长度方向伸长。通过实施这样的处理，在从发动机启动经过一定时间达到充分驱动发动机的状态，润滑油的温度以及发动机的温度上升，若螺旋胀簧自身的温度超过马氏体相变温度，则螺旋胀簧沿其长度方向伸长，所以，与发动机启动时比较拉力增加。由于伴随与此的油环的面压也增加，所以，可以得到为刮落气缸内的多余的润滑油的充分的作用。

而且，在本发明中，优选形成上述螺旋胀簧的异型线材的剖面形状的厚度和宽度的比在1：1～1：4的范围内。若是在具有上述范围内的厚度和宽度的比的异型线材，则在以给定的节距卷绕成螺旋状异型线材而形成螺旋胀簧时，可以得到所需的拉力。

而且，本发明提供一种组合油环，在第2方式中，包括：油环，其通过柱部连接2个轨道而形成剖面大致呈I字形；螺旋胀簧，其被配置在形成于连接上述油环的2个轨道的柱部内周侧的内周槽上，并向其直径方向外方推压油环，其特征在于：上述的油环的轴方向宽度在0.3mm～3mm的范围内，上述螺旋胀簧，由形状记忆合金构成，并被处理为在螺旋胀簧自身的温度比上述形状记忆合金的马氏体相变温度高时沿螺旋胀簧的长度方向伸长。

在本方式中，通过采用处于上述范围内的被薄幅化的油环和由实施上述处理的形状记忆合金而构成的螺旋胀簧的组合油环，可以更进一步提高追随性。这是由于：本发明对螺旋胀簧进行处理，使得若螺旋胀簧自身的温度超过马氏体相变温度，则沿其长度方向伸长，所以，充分驱动了发动机状态与发动机的启动时相比，可以使螺旋胀簧显示的拉力提高，所以可以使伴随与此的油环的追随性提高。因此，通过被薄幅化的油环和由形状记忆合金形成的螺旋胀簧的两者的作用，可以得到具有良好的追随性的组合油环，而且，即使在发动机的启动时的油的粘度高的状态也可以实现低摩擦化。

在上述记载的本发明中，上述油环的轴方向宽度优选在1.0mm～3.0mm的范围内。在采用具有上述范围内的轴方向宽度的油环的情况下，通过螺旋胀簧的马氏体相变而追随性得到显著提高，可以得到具有更加良好的追随性的组合油环。

而且在本发明中，优选使用异型线材来形成由上述形状记忆合金形成的螺旋胀簧。通过以螺旋状卷绕异型线材，在螺旋胀簧的制造性良好的范围内可以得到所需的拉力。

而且在本发明中，形成上述螺旋胀簧的异型线材的剖面形状的厚度和宽度的比优选在1：1～1：4的范围内。只要是在具有上述范围内的厚度和宽度的比的异型线材，则在以给定的节距以螺旋状卷绕异型线材而形成螺旋胀簧时，可以得到所需的拉力。

根据本发明的第1方式，通过采用由形状记忆合金而构成、使用剖面形状为矩形状的异型线材来形成的螺旋胀簧，无需将螺旋胀簧的螺旋直径变大便可以得到所需的拉力。所以，即使是在尺寸上有限制的被薄幅化的油环也可以对应，可以得到具有良好的油刮落功能以及油调节功能的组合油环。而且，通过使用形状记忆合金，即使是发动机启动时的油的粘度高的状态也可以实现低摩擦化。

另外，根据本发明的第2方式，通过采用组合了油环和螺旋胀簧的组合油环，可以进一步提高追随性，其中，该油环是油环的轴方向宽度处于规定范围内的油环，该螺旋胀簧是由形状记忆合金形成并且实施了处理，使得在螺旋胀簧自身的温度比马氏体相变温度高时沿其长度方向伸长，可进一步提高追随性。这是由于：本发明的螺旋胀簧，通过进行上述的处理，充分驱动了发动机的状态与发动机的启动时相比，可以使螺旋胀簧显示的拉力提高，所以可以使伴随与此的油环的追随性提高。因此，通过被薄幅化的油环和由形状记忆合金形成的螺旋胀簧的两者的作用，可得到具有良好的追随性的组合油环，而且，即使在发动机的启动时的油的粘度高的状态也可以起到实现低摩擦化的效果。

附图说明

图1是表示本发明的组合油环的一例的概略剖视图。

图2是说明本发明的螺旋胀簧(coil expander)的说明图。

图3是说明本发明的螺旋胀簧的说明图。

图4是关于形成螺旋胀簧的线材，说明将其剖面形状设为圆形状以及矩形形状时两者不同之处的说明图。

图5是表示本发明的组合油环的其他的例子的概略剖视图。

图6是表示调查马氏体相变前后的螺旋胀簧的拉力变化的结果的图表。

图7是表示室温时以及高温时的油环可追踪量的曲线图。

图8是表示室温时以及高温时的油环的可追踪量的变化量和油环轴方向宽度的关系的曲线图。

图9是表示对于本发明的实施例的螺旋胀簧的异型线材的剖面形状的横比率的可变拉力范围的变化的图表。

具体实施方式

下面，对本发明的组合油环分成第1方式和第2方式分别加以说明。

A.第1方式

首先，对本发明的第1方式的组合油环加以说明。

本方式的组合油环，由通过柱部连接2个轨道的剖面大致为I字形的油环和螺旋胀簧构成，该螺旋胀簧，配置在形成于连接上述油环的2个轨道的柱部内周侧的内周槽上并向其直径方向外方推压油环，其特征是，上述螺旋胀簧用形状记忆合金形成，并通过剖面形状为矩形状的异型线材而形成。

在本方式中，由形状记忆合金而成，使用其剖面形状为矩形状的异型线材而形成螺旋胀簧，由此，无需将螺旋胀簧的螺旋直径变大，便可以得到足够的拉力。通过下述理由进行解释。

图4是表示螺旋胀簧剖面的说明图。为了说明，在图中左端面使节距p一致，重叠○线和□线而进行标记。考虑到制造性(螺旋直径d7/线材厚度35的比率为2.8以下的区域的制造性困难)和确保通过线圈内周的连接线空间而对内径d17进行设定。

为了对应薄幅环，需要较小地设定螺旋直径d7，上述的螺旋直径d7和内d17受到制约。对于○线的情况，必须将设定较大拉力的情况的○线尺寸d35变大，在螺旋直径d7为一定的情况，必须将内径d17变小。而且，在确保内径d17的情况下内径d7变大。相对与此，在□线的情况下由于无需改变螺旋直径d7和内径d17，相对线材厚度35可以较大地设定线材宽32，所以，即使是相同的节距也可以得到所需的拉力。

所以，在本方式中，由于通过设为由形状记忆合金而构成、使用剖面形状为矩形状的异型线材而形成的螺旋胀簧，如图4所示，而使螺旋直径d17和线材厚度35的比率(螺旋直径/线材厚度＝比率)比2.8～3更低的区域的制造比较困难，因此，以在相同的螺旋直径时设为相同的拉力的设计，相对圆形状，可以将异型线材的胀簧线的线材厚度35设定得较小，即，使上述比率变大，所以对制造性是有利的。所以，即使在尺寸上有限制的薄幅化的油环也可以对应，可以得到具有良好的刮落油功能以及油调节功能的组合油环。而且，由于使用了形状记忆合金，即使是在发动机的启动时油的粘度高的状态，也可以实现低摩擦化。

对具有上述优点的本方式的组合油环，通过附图加以具体的说明。

图1是表示本方式的组合油环的一例的概略剖视图。首先，油环1呈通过柱状的辐板4连接2个导轨2、3的剖面大致I字形，并通过对称配置2个导轨2、3而形成。

该油环1具有在前端形成有在气缸筒20的内壁21上滑动的滑动面6的滑动部突起5。而且，通过辐板4连接轨道2以及3而形成的外周槽7，是接收从气缸内壁21通过滑动面6刮出的润滑油的槽，而且，在外周槽7所接收的润滑油，通过设置在辐板4上的多个油孔8，向油环1的内周侧移动。

而且，在具有上述构成的油环1中，在通过辐板4连接轨道2以及3并形成在内周侧的内周槽9上配置有螺旋胀簧10，该螺旋胀簧10将油环1向油环1的直径方向外方推压并在气缸内壁21上压住油环。

在本方式中，通过采用由形状记忆合金而构成、呈螺旋状卷绕剖面形状为矩形状的异型线材而形成该螺旋胀簧10，即使在设置了具有可以配置在被薄幅化了的油环的内周槽的程度的螺旋直径的螺旋胀簧的情况下，由于可以得到足够的拉力，因此，能得到良好的油刮落功能以及油调节功能的组合油环。

此外，在图1中，作为本方式的组合油环的一例，虽然表示由油环1和螺旋胀簧10而构成的2片油环的例子，但并非限定于图1所示的2片油环，也可以将本方式的组合油环设为3片油环、4片油环。

下面，对上述的本方式的组合油环，对螺旋胀簧以及油环进行各详细的说明。

1.螺旋胀簧

螺旋胀簧，在组合油环中，通过辐板连接油环的轨道并被配置在形成在内周侧的内周槽上，通过将油环向其直径方向外方推压，可得到用于油环的刮落的功能等的可靠的功能而被设置。

本方式具有如下特征，使用由形成记忆合金而构成的线材形成这样的螺旋胀簧，而且，上述线材采用其剖面形状为矩形状的异型线材。

一般来说，形状记忆合金，在室温时为马氏体状态(M相)，在高温时变为奥氏体状态(A相)。从该马氏体状态向奥氏体状态的相变被称为逆马氏体相变，从奥氏体状态向马氏体状态的相变被称为马氏体相变。产生这样的相变的温度，在下面被称为马氏体相变温度。该马氏体相变温度具有温度范围，并通过差示热分析而由吸热反应以及放热反应的峰值而求得。

这样的形状记忆合金，具有：在马氏体相变温度以下，除去使合金变形的负荷后，通过在某温度(例如，在Ti—Ni系中马氏体相变温度为—10℃～100℃)以上进行加热而回到原来的形状的现象，即，具有形状记忆效果。对于这样的形状记忆效果，使合金回到预先记忆的形状的温度，被称为马氏体相变温度。

在本方式中，利用这样的形状记忆效果，螺旋胀簧自身的温度在为比马氏体相变温度高时，优选按照沿其长度方向伸长的方式处理螺旋胀簧。首先，在发动机启动时，润滑油的温度以及发动机温度处于渐渐上升的阶段，与从发动机的启动经过某一段时间充分地驱动后的情况相比，这些温度较低，并处于润滑油的粘度较高的状态。另外，此时的温度，比本方式的马氏体相变温度低。由于通常的螺旋胀簧，即使在发动机启动时，也会出现和发动机充分驱动的状态相同程度的拉力，所以，在发动机启动时，油环过度发挥其作用而成为破坏发动机的启动性的主要原因。但是，在本方式中，由于发动机启动时的发动机温度等比马氏体相变温度低，所以，螺旋胀簧不会沿其长度方向伸长，不发挥足够的拉力。因此，由于不会因降低启动性而使油环的面压升高，所以具有可以提高发动机的启动性的效果。

另一方面，在发动机充分驱动的阶段，为了得到油环的油刮落功能以及油调节功能，期望较高的面压，但随着发动机温度的上升，螺旋胀簧自身的温度若超过马氏体相变温度，则由于螺旋胀簧沿其长度方向伸长，可以增加作为弹簧的反力，并使拉力增加。其结果，对于油环，可以得到可充分显示其功能的面压。根据上述原因，在本方式中，在螺旋胀簧自身的温度变为比马氏体相变温度高时，优选按照沿螺旋胀簧的长度方向伸长的方式处理螺旋胀簧自身的温度。

这样，关于马氏体相变后的螺旋胀簧的拉力的增加，图6表示通过实际的试验而得到的结果。此外，实验按照下述进行：将使用Ni—Ti系(50～51原子％Ni)形状记忆合金形成螺旋胀簧的螺旋直径为1.1mm，将异型线材的剖面形状的厚度和宽度的比设为1：3(厚度0.3mm、宽度0.9mm)、油环(公称直径φ79mm)的轴方向宽度h1设为1.5mm。

从图6所示的结果可知：相对室温时的螺旋胀簧带来的拉力，马氏体相变后的螺旋胀簧带来的拉力上升了约65.3％，发动机温度上升，在与马氏体相变温度相比，螺旋胀簧自身的温度变高时，可以得到足够的拉力。

而且，本方式的螺旋胀簧的拉力，在马氏体相变前，例如，在h1尺寸2.0mm以下使用的螺旋胀簧的情况为1N～20N的范围内，其中，优选1N～10N的范围内。在马氏体相变前，由于发动机处于暖机状态，发动机温度处于渐渐上述的阶段，所以，只要是具有上述范围的拉力的螺旋胀簧，就可以提高发动机的启动性。

而且，马氏体相变后的拉力，只要是不损坏油环的功能的程度，不做特别限定，具体而言，例如，在h1尺寸2.0mm以下使用的螺旋胀簧的情况为3N～30N的范围内，其中，优选3N～20N的范围内。一般来说，为了降低摩擦力，降低油环的面压是有效的，但通过在上述范围内调整螺旋胀簧的马氏体相变后的拉力，可以实现摩擦力的降低，可以提高燃料的燃烧率。

而且，作为形成本方式的螺旋胀簧的材料，只要采用形状记忆合金，则不做特别限定。具体而言，可以举出Ti—Ni系、Cu—Zn—Al系、Fe—Mn—Si系等。其中，在本方式中，Ti—Ni系的作为理想的系，最优选Ti—Ni系。这是因为从强度、耐疲劳、反复特性、耐蚀性的观点来看比较理想。

在使用由Ti—Ni构成的形状记忆合金时，作为其比率，优选Ti—50原子％Ni～Ti—51原子％Ni。

而且，作为Ti—Ni系以及Fe—Mn—Si系的情况的马氏体相变温度，优选从—10℃至200℃的范围，例如，在是Ti—Ni系时，是从—10℃至100℃，其中，优选30℃至100℃的范围内。虽然通过形状记忆合金的组成或者制造形状记忆合金时的热处理可以使马氏体相变温度变化，但通过在上述范围内调整马氏体相变温度，在需要充分发挥油环的功能程度的面压温度下，可以在螺旋胀簧上产生马氏体相变，可得到足够的拉力。

而且，本方式的螺旋胀簧的特征在于，使用其端面形状为矩形的异型线材形成。由此，即使是在可以设置在被薄幅化的油环的内周槽的程度而使螺旋胀簧的螺旋直径变小时，也可以显示出足够的拉力，可以解决由形状记忆合金构成的螺旋胀簧的拉力不足的问题。

此外，在此所说的矩形状是指正方形以及长方形等，而且，整体作为矩形状也包括可以获得的程度，从加工精度的问题等也包括角带有一些圆角的情况。

具体而言，形成螺旋胀簧的异型线材，其剖面形状的厚度(图3的厚度35)和宽度(图3的宽度32)的比在1：1～1：4的范围内，其中，优选在1：2～1：3.5的范围内，其中，还优选在1：2～1：3的范围内。按照上述范围，在宽度和长度的比率大的情况下，需要将节距变大，由于有在规定的曲率下难以进行弯曲的情况而不优选。另一方面，若按照上述范围将宽度的比变小，在以规定的节距卷曲时，由于在邻接的线材之间形成的空隙变大而使弹簧常数变小，有时不能得到足够的拉力而不优选。

另外，异型线材的厚度，例如在h1尺寸为2mm以下的螺旋胀簧中，在0.2mm～0.5mm的范围内，其中优选在0.3mm～0.4mm的范围内。若按照上述范围变薄，作为弹簧的反力变弱而不能得到足够的拉力，所以不优选，另一方面，若按照上述范围变厚，则由于不能得到规定的螺旋直径的螺旋胀簧而不优选。另外，宽度在0.2mm～2.0mm的范围内，其中，优选在0.45mm～1.0mm的范围内。

此外，在此所说的节距是指，在以螺旋状卷绕线材时，从线材一旋转的线材的中心至邻接线材的中心的长度。具体而言，指的是如图2所示，在从A至B的一旋转中，从A的位置的线材的中心至B的位置的线材的中心的间隔p。根据螺旋胀簧的螺旋直径，在大致规定的范围内决定该节距。另外，在此所说的螺旋胀簧的螺旋直径，是指在螺旋胀簧的直径方向的长度中最外测的长度，虽然具体而言指的是图2所示的d7，但具体而言作为该螺旋直径，在例如h1尺寸为2mm以下的螺旋胀簧中，是在0.3mm～1.8mm的范围内，其中，优选0.4mm～1.4mm的范围内。只要是上述范围内的螺旋直径，则即使是被薄幅化的油环也可以对应。作为将螺旋胀簧的螺旋直径设在上述范围内时，节距大致被规定在：例如在h1尺寸为2mm以下的螺旋胀簧中，是在0.3mm～1.8mm的范围内，其中，大致规定在0.3mm～1.4mm的范围内。本方式的螺旋胀簧，是通过以上述范围内的节距呈螺旋状地卷绕异型线材而形成的胀簧，但优选节距是均匀的。此外，在本说明书中所述的规定的节距的情况是指处于上述范围内的情况。

另外，作为以螺旋状卷绕异型线材而形成螺旋胀簧时的卷绕方法，优选以形成螺旋胀簧的周方向的方式卷绕异型线材的剖面形状的长边侧，。上述的卷绕方法，使螺旋胀簧的螺旋直径为最小，且由于可以充分显示作为弹簧的反力，所以可以得到所需的拉力。

通过附图对上述的卷绕方法进行具体的说明。图3表示在其长度方向切断本方式的螺旋胀簧时的概略剖视图。如图3所示，在形成螺旋胀簧的异型线材的剖面形状31中，将具有宽度32以及厚度35的面33卷绕形成箭头34所示的周方向。在由端面形状为矩形状而形成的异型线材中，这样的卷绕方法是使螺旋胀簧的螺旋直径为最小的卷绕方法，即使是尺寸上具有限制的被薄幅化的油环的内周槽也可以进行配置，而且可以得到所需的足够的拉力。另外，合缝也可以通过紧密卷绕或收卷的方式形成。

2.油环

接着，对油环加以说明。一般来说油环是用于可以刮落气缸内壁的余下的润滑油、适合标准地抑制润滑油的消耗量而设置。

本方式的油环，只要是呈通过柱部连接2个轨道的剖面大致I字形、连接2个轨道并可以在形成在内周侧的内周槽内配置上述的螺旋胀簧的结构，则不做特别限定。具体而言，可以举出在一般的组合油环中被使用的油环。例如，作为其整体的形状可以举出：如图1所示的呈台形状形成滑动部突起5的剖面形状的形状、或如图5(A)所示的呈阶梯状形成滑动部突起5的内侧部分的形状、或如图5(B)所示的将滑动部突起5设置在油环1的轴方向的内侧并在轴方向外侧有一般被称作肩30的部分的形状等。

这样的油环，在本方式中，优选使用被薄幅化了的油环。这是因为有良好的追随性。另外，上述的螺旋胀簧可以对应在尺寸上有限制的被薄幅化的油环，可以显示足够的拉力，所以可以最大限度地发挥本方式的效果。

此外，在此所说的薄幅化，是指使油环轴方向宽度变薄。在此所说的油环轴方向宽度，是指在构成油环的上下轨道中，从上轨道的上面到下轨道的下面的油环轴方向的油环的宽度，具体而言是指如图1所示，从上轨道2的上面到下轨道3的下面的油环轴方向的宽度h1。

具体而言，作为油环轴方向宽度，为3mm以下，其中，优选1.0mm～2mm的范围内。若是油环轴方向宽度处于上述范围内的薄幅化的油环，则可提高追随性，可以实现活塞环的轻量化以及降低润滑油的消耗量。这是由于被薄幅化的油环，例如在使活塞高速旋转的油环上产生倾斜时等，可以缩小从气缸内壁离开的距离，所以减小这样不适的影响，其结果可以使追随性提高。

在本方式中，作为形成油环的材料，是具有适度的韧性而且不会因螺旋胀簧的拉力而产生变形的材料，具体而言，只要是被用于以往的油环的钢材，则不作特别限定。其中，可以适当地使用马氏体不锈钢(SUS440、SUS410材料)，10Cr、8Cr、合金工具钢(SKD材料)、SKD61、SWOSC—V、相当SWRH材料等。

3.组合油环

本方式的组合油环的特征是：在形成于上述油环的柱部内周侧的内周槽中配置上述螺旋胀簧，使用形状记忆合金而形成上述螺旋胀簧，由其剖面形状为矩形状的异型线材而形成。

在这样的本方式中，通过采用由形状记忆合金构成并且剖面形状为矩形状的异型线材而形成的螺旋胀簧，无需将螺旋胀簧的螺旋直径变大便可以得到所需的拉力。所以，由于即使是在尺寸上有限制的被薄幅化的油环也可以对应，可以得到具有良好的油刮落功能以及油调节功能的组合油环。而且，通过使用形状记忆合金，即使是发动机启动时的油的粘度高的状态，也可以实现低摩擦化。

这样的本发明的组合油环的拉力只要可以良好地推压在气缸内壁上则不作特别限定，具体而言，用缸径除组合油环的拉力的拉力比在0.5N/mm以下的较为理想，其中，优选在0.2N/mm以下。具有上述范围内的拉力的组合油环，一般被称作低拉力组合油环，通过这样的低拉力组合油环可以使摩擦力降低。

B.第2方式

接着，对本发明的第2方式的组合油环加以说明。

本方式提供的组合油环，是具有下述特征的组合油环：由通过柱部连接2个轨道的剖面大致I字形的油环和螺旋胀簧构成，该螺旋胀簧，配置在形成于连接上述油环的2个轨道的柱部内周侧的内周槽上，并向其直径方向外方推压油环，其中，上述的油环的轴方向宽度在0.3mm～3mm的范围内，上述螺旋胀簧，由形状记忆合金构成，以若螺旋胀簧自身的温度比上述形状记忆合金的马氏体相变温度高、则按照沿螺旋胀簧的长度方向伸长的方式进行处理。

在本方式中，通过采用处于上述范围内的、被薄幅化的油环和由实施上述处理的形状记忆合金而构成的螺旋胀簧的组合油环，可以更好地提高追随性。这是由于：对本方式的螺旋胀簧进行了处理，使其在自身的温度超过马氏体相变温度时可沿其长度方向伸长，因此，充分驱动了发动机状态与发动机的启动时相比，可以使螺旋胀簧显示出拉力升高，所以可以提高伴随与此的油环的追随性。因此，通过被薄幅化的油环和由形状记忆合金形成的螺旋胀簧的两者的作用，可以得到具有良好的追随性的组合油环，另外，即使在发动机的启动时的油的粘度高的状态，也可以实现低摩擦化。

以下，对具有这样的优点的本方式的组合油环，通过附图加以说明。

图1是图示本方式的组合油环的一例的概略剖视图。由于本方式的组合油环的概略的构造与上述第1方式相同，在此省略其说明。

本方式的油环被形成为将油环轴方向宽度h1设在上述的范围内。而且，在本方式中，通过形状记忆合金形成该螺旋胀簧10，而且进行了处理，使得在螺旋胀簧自身的温度比马氏体相变温度高时沿螺旋胀簧的长度方向伸长。由此，在马氏体相变后，由于随着螺旋胀簧的拉力增大，可以提高油环的追随性。因此，通过被薄幅化的油环和由形状记忆合金形成的螺旋胀簧两者的作用，可以得到具有良好的追随性的组合油环。

此外，在图1中，作为本方式的组合油环的一例，虽然表示了油环1和由螺旋胀簧10构成的2片油环的例子，但将本方式的组合油环并非限定于图1所示的2片油环，也可以设为3片油环、4片油环。

下面，对上述的本方式的组合油环，对油环以及螺旋胀簧进行各详细的说明。

1.油环

首先，对油环加以说明。一般来说，油环用于刮落气缸内壁的多余的润滑油、适合标准地抑制润滑油的消耗量而设置。

在本方式中，这样的油环呈通过柱部连接2个轨道的剖面大致I字形、在形成于连接2个轨道的柱部内周侧的内周槽中可以配置下述螺旋胀簧，而且，被形成为其轴方向宽度处于规定的范围内。

此外，在此所说的油环轴方向宽度，是指在构成油环的上下轨道中，从上轨道的上面至下轨道的下面的油环轴方向的油环的宽度，具体而言，是指如图1所示，从上轨道2的上面到下轨道3的下面的油环轴方向的宽度h1。

这样的油环轴方向宽度，是在0.3mm～3mm的范围内，其中，优选在1.0mm～3.0mm的范围内。更进一步优选在1.0mm～2.0mm的范围内。油环轴方向宽度处于上述范围内的油环作为被薄幅化的油环，具有提高了追随性的效果。因此，可以提高油环的功能，可降低润滑油的消耗量。而且，也有活塞环的轻量化的效果。

关于通过对这样的油环的轴方向宽度进行薄幅化可提高追随性的效果的原因，使用表示追随性的公式在下面加以说明。

通过下述的公式可以求出表示追随性的程度的Pk(追随性系数)。

此外，Pk值是指该值越大追随性增加、越小追随性降低。

Pk＝3×Ft×d12(E×h1×a13×K)

上述公式的各文字表示的是：Pk—追随性系数、Ft—拉力、d1—缸径、E—扬氏模量、h1—油环轴方向宽度、a1—油环直径方向宽度、K—形状系数。

此外，在此所说的缸径是指油环滑动的气缸的直径。而且，所谓的油环直径方向宽度，是指油环的直径方向的厚度，以油环的最外侧的直径和最内侧的直径的差求得。具体而言，是指图1所示的a1。

在此，将d1、E以及K设为常数，若预先使α＝3d12/(E×K)，则上述公式可转换成

Pk＝Ft/(h1×a13)×α。

从上述公式可知：若Ft变大，则Pk值也变大，或者，若h1或a1变小，则Pk值变大。

而且，a1和h1一般处于大致正比的关系，若将规定的数值设为s，则可以转换成a1＝h1×s。由此，上述公式可变为

Pk＝Ft/(h14×s3)×α

h1尺寸，即，油环轴方向宽度的4次方和追随性系数是反比例的关系。通过图7的室温时的数据，对于h1＝3时，在h1＝1.5时、进而h1＝1.0时，通过进行薄幅化而提高向缸筒的追随性。

根据上述内容，通过上述公式可知油环轴方向宽度的变化对追随性有较大影响，因此油环轴方向宽度的薄幅化对追随性的提高是有效果的。

另外，在本方式的组合油环中，关于对于气缸筒的变形量油环可以以怎样的程度追随进行了实验，图7表示高温时(相变后)的结果。将油环的轴方向宽度h1设为3.0mm、2.0mm、1.5mm、1.0mm而进行了实验。将温度条件设为室温时以及高温时，在高温时，本方式的螺旋胀簧产生在其长度方向伸长的马氏体相变。

由图7所示的结果可知，随着油环轴方向宽度h1变薄，油环的可追随量变大。而且，在本方式中，下述的螺旋胀簧使用形状记忆合金而形成，并施行了处理，使得在螺旋胀簧自身的温度超过形状记忆合金的马氏体相变温度时沿其长度方向伸长，在高温时，通过该形状记忆效果的作用，提高了追随性。尤其，由下述可得到启发：在h1尺寸为3mm的情况下，在室温时，在该发动机变形量以下是可追随量，在高温时，在该发动机变形量以上是可追随量，由此，通过被薄幅化的油环以及实施了上述处理的螺旋胀簧的两者的作用，可得到充分的追随性。

另外，图8是基于图7的油环的可追随量的结果而表示沿各油环轴方向宽度的室温时以及高温时其变化量的曲线图。由图8所示的结果可知：油环轴方向宽度从2.0mm左右，通过倾斜发生较大变化，在油环轴方向宽度变为2.0mm以下时，在螺旋胀簧的马氏体相变后，追随性显著提高。

接着，对油环轴方向的滑动面宽加以说明。在此所说的滑动面宽，是指如图1所示，表示与气缸内壁21接触的滑动面6的、与轴方向平行的方向的宽度x，且将2个轨道的两方的宽度加起来的数值。这样的滑动面宽在0.1mm～1mm的范围内，其中，优选在0.1mm～0.5mm的范围内。如上所述，在被薄幅化的油环中，若滑动面宽在上述范围内，则可以进行充分地对应。

而且，作为本方式的油环的整体的形状，呈由柱部连接2个轨道的剖面大致I字形，只要可以在形成于连接2个轨道的内周侧的内周槽上配置上述的螺旋胀簧便不作特别限定。例如，可以举出：如图1所示呈台形状形成滑动部突起5的剖面形状的形状，如图5(A)所示呈阶梯状形成滑动部突起5的内侧部分的形状，如图5(B)所示将滑动部突起5设置在油环1的轴方向的内侧并在轴方向外侧有一般被称作肩30的部分的形状等。

在本方式中，作为形成油环的材料，由于与第1方式相同，所以省略说明。

2.螺旋胀簧

接着，对本方式的螺旋胀簧加以说明。

在组合油环中，在通过辐板连接油环的轨道而形成在内周侧的内周槽上配置螺旋胀簧，并通过沿其直径方向外方推压油环，可得到可靠的油环的油刮落功能等而配置螺旋胀簧。

使用由形状记忆合金而构成的线材形成本方式的这样的螺旋胀簧，且进行处理，使得在螺旋胀簧的自身的温度比形状以及合金的马氏体相变温度高时，沿其长度方向伸长。

在本方式中，利用这样的形状记忆效果，例如，在从发动机启动时经过暖机状态至充分驱动发动机的状态，发动机的温度等比本方式的马氏体相变温度高，由此螺旋胀簧产生马氏体相变，与发动机启动时比较，可以增加其拉力。伴随与此的油环的面压也上升，由此，螺旋胀簧的马氏体相变后，可以进一步提高追随性。所以，通过上述的油环和这样的螺旋胀簧的两者的作用可以实现充分的追随性，可以得到具有良好油环的功能的组合油环。

而且，通过使用形状记忆合金，在发动机的启动性的提高上也有效果。其理由如下。

首先，在发动机启动时，润滑油的温度以及发动机温度处于渐渐上升的阶段，与从发动机的启动经过一定时间充分地驱动后的情况比较，这些温度较低，并处于润滑油的粘度较高的状态。另外，此时的温度比本方式的马氏体相变温度低。通常的螺旋胀簧，即使在发动机启动时，通过显示和发动机充分驱动的状态相同程度的拉力，在发动机启动时，油环过度发挥其作用而成为破坏发动机的启动性的主要原因。但是，在本方式中，由于发动机启动时的发动机温度等比马氏体相变温度低，所以，螺旋胀簧不会沿其长度方向伸长，不发挥足够的拉力。所以，不会因降低启动性而使油环的面压升高，在发动机的启动时具有可以得到低摩擦力的效果。本方式的螺旋胀簧的拉力、马氏体相变后的拉力、进而形成螺旋胀簧的材料与第1方式的“1.螺旋胀簧”相同，所以省略说明。

优选剖面形状使用异型线材而形成螺旋胀簧。由此，即使在以设置在被薄幅化的油环的内周槽的程度而使螺旋胀簧的螺旋直径变小的时候，也可以显示足够的拉力。关于其原因，如“A.第1方式”基于图4所示。

此外，在此所说的异型线材是指线材的剖面形状不包含圆形状的情况。而且，若不使整体为圆形，则从加工精度的问题等也包含角带有一些圆角的情况。具体而言作为异型线材，其剖面形状可以举出正方形或长方形等矩形状的线材。

在形成螺旋胀簧的异型线材中，关于其剖面形状的厚度和宽度的比、异型线材的厚度、节距、卷绕方法与第1方式相同，所以在此省略说明。

3.组合油环

本方式的组合油环的特征是：在形成在上述的油环的柱部内周侧的内周槽上配置上述螺旋胀簧，油环轴方向宽度在0.3mm～3mm的范围内，通过形状记忆合金形成上述的螺旋胀簧，并进行处理，使得在螺旋胀簧的自身的温度比形状记忆合金的马氏体相变温度高时，沿螺旋胀簧的长度方向伸长。

在这样的本方式中，通过采用处于上述范围内的被薄幅化的油环和由实施了上述处理的形状记忆合金而构成的螺旋胀簧，可以提高追随性。这是由于：本方式的螺旋胀簧，通过进行处理，使得在其自身的温度超过马氏体相变温度时沿其长度方向伸长，因此，充分驱动了发动机状态，与发动机的启动时相比，可以使螺旋胀簧显示的拉力提高，所以可使相伴与此的油环的追随性提高。因此，通过被薄幅化的油环和由形状记忆合金形成的螺旋胀簧的两者的作用，可以得到具有良好的追随性的组合油环。

这样的本方式的组合油环的拉力，如第1方式油环所述。

此外，本发明并非限定与上述实施方式。上述实施方式为示例，并具有与在本发明的技术方案的范围记载的技术的思想实际的相同的构造，并起到同样的作用效果，无论是怎样的结构都包含在本发明的技术范围内。

(实施例)

接着，表示实施例并对本发明做进一步详细的说明。形状记忆合金使用Ti—Ni系合金(50～51原子％合金)。

对于螺旋胀簧的异型线材的剖面形状的厚度和宽度的比(横比率)的可变拉力范围的变化进行研究。图9表示通过实际的实验得到的结果。此外，在1.1mm～1.5mm的范围内变化螺旋胀簧的螺旋直径(图2的d7尺寸)、在0.7mm～1.4mm的范围内变化节距(图2的p)、在0.3mm～0.4mm的范围内变化异型线材的剖面形状中的厚度(图3的35)、在0.45mm～1.00mm的范围内变化宽度(图3的32)而进行实验。弹簧变形是由环尺寸以及拉力来设定异型线材的剖面形状的厚度(图3的35)和螺旋胀簧的螺旋直径(图2的d7)以及收缩量(胀簧自由状态—设置在环上的状态)。表1表示此时使用的各种的横比率的样品的胀簧的弹簧变形、公称直径(外径尺寸)、油环轴方向宽度(图1的h1)以及可变拉力范围。并根据下面的公式求出在使各自的样品进行马氏体相变后得到的拉力。

(可变后张力一可变前张力)/可变前张力×100＝可变张力范围(％)

根过以上结果，通过将螺旋胀簧的尺寸比设在1：1～1：3.5的范围内，可得到变拉力范围得到20％以上的数值。尤其通过将比率设为1：2～1：3.5，可得到约60％以上的可变拉力范围。也就是说若在马氏体相变后的高温时将(高旋转区域)预先设为可以满足油消耗的拉力，则可将常温时的拉力较低地设定为约40％(100/1.6＝0.625)的缘故，可以实现摩擦力的降低。

表1

Claims (1)

1.一种组合油环，包括：

油环，其通过柱部连接2个轨道而形成剖面大致呈I字形；

螺旋胀簧，其被配置在形成于连接所述油环的2个轨道的柱部内周侧的内周槽上，并向其直径方向外方推压油环，其特征在于：

所述螺旋胀簧，由形状记忆合金形成，并通过剖面形状为矩形状的异型线材形成，

形成所述的螺旋胀簧的异型线材的剖面形状的厚度和宽度的比在1：2～1：3.5的范围内，

对由所述形状记忆合金形成的螺旋胀簧进行处理，使得在所述螺旋胀簧自身的温度比所述形状记忆合金的马氏体相变温度高时，沿其长度方向伸长，

所述油环的轴方向宽度在1.0mm～2.0mm的范围内。

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