CN101253352A - 用于内燃机的控油环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于内燃机的控油环,所述控油环安装在活塞(P)的相应槽(10)的侧壁之间,并且所述控油环包括:两个环段(20);以及环形胀环(30),其布置在两个环段(20)之间,胀环(30)具有为每个环段(20)限定支承平面的支撑体(31),所述控油环还包括:至少一个胀环部分(40),其从胀环(30)的支撑体(31)沿轴向凸出,超出环段(20)的至少一个支承平面;以及至少一个表面不规则部(50),其设置在至少一个环段(20)中,并且具有这样的尺寸,即:使其包含在相应环段(20)的厚度内,并与至少一个胀环部分(40)干涉,以便相对于胀环(30)旋转锁定环段(20)。

Description

用于内燃机的控油环
技术领域
本发明涉及用于控制内燃机活塞中的油流的环结构,该环结构属于由多个零件形成的类型并包括膨胀件和环段。
背景技术
使用高转速发动机和在内燃机中引入加压润滑系统要求使用特定的环形件或油流控制环,以便控制通过连杆甩在汽缸壁上的大量的油。
油流控制环在其外表面上具有与汽缸壁接触的两个表面,这两个表面通过用于油流排放的包含径向槽的通道分隔开。
油流控制环必须具备两个主要功能特性:从汽缸壁朝向发动机曲轴箱刮除油以及为油流控制环上方的压缩环保持足够量的油,以便始终保持控油环和汽缸之间的油膜。
在一些已知构造中,控油环由膨胀件和一对平行的环段形成,环段通过膨胀件彼此隔开,膨胀件使环段保持作用在汽缸壁上。
控油环的合力由环段的力加上因胀环安装到汽缸上时的挠曲而引起的力构成。胀环用作弹性件。在静止条件下,胀环的直径大于汽缸的直径。当被压缩至汽缸的直径时,胀环与环段一起挠曲。
由于要求内燃机具有更小间隙和更加受控制的磨损,所以有必要避免发生胀环和环段之间的相对运动,该相对运动会增大轴向间隙。
近来,在测功器中或在现场进行的发动机试验已经表明,越来越需要保持胀环和环段之间的间隙或控制该间隙的增大。
多个控油环的胀环和环段之间的相对运动用至少一个环段绕胀环的旋转来表征,该旋转是因环段和活塞槽之间的轴向间隙的增大而造成的,该轴向间隙的增大是由磨损以及随之发生的胀环不能沿轴向挠曲而引起的。胀环不能够使环段利用轴向力克服这种间隙增大,而是任其在气体、油膜和磨损的作用下自由地绕胀环旋转。
因而,控油环的径向密封受到损害,减小了环段和汽缸之间的接触力,加速了发动机的退化,从而增大了例如润滑油消耗量等发动机指标,过多的润滑油未适时地刮除到曲轴箱,受到热气的作用,从而在燃烧室中燃烧或被带到排气系统,使该系统在摩擦学意义上容易损坏。
除不提供充分的控油环-汽缸密封之外,控油环的组成部件之间的相对运动会增加环段-胀环对的磨损,该磨损通常发生在环段的内径和间隔支架之间。这种磨损还与胀环挠曲的减小相关联,减小了汽缸上的密封力。
在将环段和胀环组装在活塞槽中时,环段施加在胀环的止动件上的力在胀环主体中引起挠曲,从而将环段推压在槽侧面上(称为侧向密封)。随着磨损,胀环的弯曲力、胀环将环段推压在槽壁上的力以及环段在汽缸的侧壁上的径向力会不断减小,从而增大了旋转的可能性,允许环段相对于胀环旋转,进一步增加了磨损。
存在于环段和胀环之间的相对旋转运动在相互支承表面上,即在每个环段的内表面和胀环支架之间引起磨损,这种磨损称为二次磨损,由于二次磨损使相互接触的零件的两种材料磨损,所以这种二次磨损会在具有相对运动的零件之间产生间隙,从而减小控油环的挠度并降低其强度。
这种磨损随时间而变化,由于弯曲量减小,所以对于控油环来说,胀环和汽缸壁之间的直径差会减小控油环的切向力,从而减小刮除力。
除减小力之外,相对运动还在用于材料硬化的表面加强涂层上引起磨损,胀环和环段通过利用硝化作用处理各自表面来接受所述表面加强涂层。这种磨损成为导致发动机制造商拒绝由多个零件制成的控油环的因素。
在一些已知构造中,通过提供一种防旋转结构在环段和胀环之间进行旋转锁定,在该防旋转结构中,胀环的端部通常具有弯曲部以形成轴向凸出片,该轴向凸出片作用在限定于环段中的槽中。在这些解决方案中,上述弯曲部可以是胀环的一个或两个端部的径向宽度的一部分或全部(参见JP332156,JP525064)。
虽然上述解决方案实现了环段相对于胀环的旋转锁定,但是其具有一些缺点,例如:在控油环经过上述处理的情况下,由于弯曲部所在区域中硝化作用降低而导致的该区域的机械脆性以及控油环的操作脆性。
上述控油环构造为控油环的环段给出两种解决方案:环段由设置有铬涂层的钢制成,或者对环段进行硝化处理,例如在日本专利JP332156和JP525064中披露的控油环,在对环段进行硝化处理的情况下,环段的整个外周在硝化前要接受处理。在这些构造中,如果在设置弯曲部之后进行硝化处理,则弯曲区域中的应力水平会增大在该区域中产生裂纹的可能性,裂纹会因硝化作用而增加。
另一方面,在对控油环进行硝化处理之后设置弯曲部会损害环段的表面硬化,妨害控油环与活塞和汽缸的接触。
发明内容
本发明的一般目的在于提供一种用于内燃机的控油环,该控油环使环段和胀环之间发生的相对运动特别是上述部件之间相对旋转运动最少,以减少其间的磨损。
本发明的另一个目的在于提供一种如上所述的控油环,但不会削弱其结构或损害其与活塞和汽缸相关的性能。
本发明的又一个目的在于提供一种如上所述的控油环,该控油环可以以最少量的制造操作来制造。
如上所述,本发明包括用于内燃机的控油环,该控油环安装在活塞的相应槽的侧壁之间,该活塞在内燃机的汽缸内部往复运动,该控油环包括两个环段和环形胀环,环形胀环布置在这两个环段之间以便将环段沿径向推压在汽缸上并沿轴向推压在槽的相邻侧壁上,该胀环具有为每个环段限定支承平面的支撑体。本发明的控油环还包括:至少一个胀环部分,其从胀环的支撑体沿轴向凸出,并超出环段的支承平面中的至少一个支承平面;以及至少一个表面不规则部,其设置在至少一个环段中,并且具有这样的尺寸,即:使其包含在相应环段的厚度内,并与至少一个胀环部分干涉,以便相对于胀环旋转锁定环段。
作为与公知现有技术的多个控油环相比新颖、有利的方面,上述本发明的多个控油环提出以下事实:通过变形部来促进形成控油环的胀环和环段之间的干涉,在一种情况下,该变形部由环段的与胀环的凸出部作用的径向凸出部来限定;在另一种情况下,该变形部由设置在环段中并与胀环的端部凸出部作用的凹进部来限定。
在本发明的解决方案中,不形成弯曲部,因此也不形成受应力作用的区域,避免了发生公知现有技术解决方案中削弱控油环的裂纹。
此外,本发明允许作为控油环制造工序的最后步骤来进行硝化处理。
附图说明
下面参考附图借助实例描述本发明,在附图中:
图1示意性示出控油环的横截面视图,该控油环由多个零件制成,并安装在内燃机的活塞槽的侧壁之间,所述活塞设置在内燃机的汽缸内部;
图2示意性示出本发明的控油环的第一构造的上部平面图;
图3示意性示出根据本发明的第二种实施方式的两个环段的横截面视图,所述环段安装为通过间隔件彼此隔开并被锁定而不能彼此相对运动;以及
图4示意性示出本发明的控油环的第三构造的上部平面图。
具体实施方式
下面关于例如如下活塞P对本发明进行描述,所述活塞P设计为在内燃机的汽缸C内往复运动并属于图1所示类型,通常由铝或其合金制成,并具有多个周槽10,每个周槽容纳相应的活塞环,一个活塞环为控油环,其通常由多个零件形成并包括一对环段20(或片段)和环形胀环30。
环段20由例如钢、铸铁或烧结金属合金等比活塞P的材料更硬的材料制成,每个环段通常为具有确定厚度的环形体并包括一对相对的端面(外端面)21、内表面22和外表面23,端面21通常彼此平行并与控油环的轴向轴线垂直,外表面23靠在汽缸C的内表面上,以便在发动机的运转过程中刮除被引导到该区域的润滑油。
控油环安装在活塞P的相应槽10中,使得在将控油环安装在所述槽10中时,每个环段20的外端面21靠在相应槽10的相邻侧壁11上。如上所述,随着发动机的运转和控油环的磨损,如图1所示,在槽10的上侧壁11和相邻环段20的外端面21之间产生轴向间隙。
例如如图1和图3所示,上述控油环在环段20之间具有胀环30,该胀环通常由金属弹性件来限定,该金属弹性件具有这样的尺寸,即:将确定的径向膨胀力施加在环段20上。
胀环30具有设置有一对端部32的环形支撑体31,该支撑体限定一对各自包含在相应的支承平面中的相对的支承表面33,所述支承平面通常是平行的,每个支承表面33支承相应环段20,在组装控油环时,支撑体31保持在两个环段20之间,以便将每个所述环段20沿径向推压在汽缸C上。
如下所述,胀环30以这样的方式构造,即:沿轴向将每个环段20推压在槽10的相邻侧壁11上。
在例如图1所示的一种已知的胀环30构造中,胀环30在周向内侧边缘处带有胀环肩部或支架34,该支架靠在每个环段20的内表面22的周向内侧边缘上,以便将力施加在环段上以使环段径向靠在汽缸C的壁上,从而在所述壁上形成刮除力。
胀环支架34通常设计为其高度大于与其保持接触的每个环段20的厚度的二分之一。
为了避免一个或两个环段相对于胀环30旋转,本发明在环段和胀环中的至少一个零件中设置锁定部和锁定接收部,该锁定部和锁定接收部配合以阻止上述部件之间的相对旋转。
在本发明中,通过控油环实现了环段20和胀环30之间的旋转锁定,该控油环包括:至少一个胀环部分40,其从胀环30的支撑体31沿轴向凸出,超出支撑体31的包含相应支承表面33的至少一个支承平面,该支承表面33支承相应的环段20;以及至少一个表面不规则部50,其设置在至少一个环段20中,例如一体地结合在环段中,并且其尺寸做成使其包含在相应环段20的厚度内,并与至少一个胀环部分40干涉,以便相对于胀环30旋转锁定所述环段20。
根据本发明,例如,胀环部分40一体地结合在支撑体31上,并设置成支承至少一个环段20的径向内周边缘。
在本发明的实施方式中,每个环段20具有表面不规则部50,该表面不规则部由结合在相应环段20的周向内侧边缘中的至少一个径向凸出部24来限定。径向凸出部24具有这样的尺寸,即:使其具有与相邻胀环部分40的宽度的至少一部分对应的径向伸出量,以便限制其中设置有径向凸出部24的环段20和胀环30之间的相对旋转运动。
在图2所示结构中,径向凸出部24具有通过冲压或冲孔中的一种工序获得的凸周缘,径向凸出部24限定在相应环段20的厚度内。
通过这种构造,使得在利用硝化作用进行处理之前,环段20可以制造成带有其径向凸出部24,从而防止环段20形成具有硝化缺陷的区域,该硝化缺陷在发动机的运转过程中会改变控油环在汽缸C的壁附近的刮除功能。
在本发明的实施例中,胀环30的作用在径向凸出部24上的胀环部分40可以包括凸耳,该凸耳设置在胀环30的周边上,可以固定或结合在胀环30上,并限定靠近胀环30的连续体或分段体。
根据本发明的优选实施例,如图1和图2所示,胀环部分40例如由胀环30的胀环支架34来限定。在这种构造中,每个径向凸出部24具有这样的尺寸,即:使得在组装本发明的控油环时,该径向凸出部保持配合在胀环30的两个支架34之间。
在本发明的另一种实施方式中,每个环段20具有表面不规则部50,该表面不规则部由在相应环段20中形成的至少一个轴向凹陷部分来限定,以便接收和接合相应的胀环部分40,从而锁定环段20以使其不能相对胀环30运动。本发明的轴向凹陷部分可以形成在相应环段20的全部或部分径向宽度上。
在一种实现该结构的特别方式中,如图3所示,轴向凹陷部分由轴向凹进部25来限定,该轴向凹进部设置在相应环段20的厚度内并向胀环30的相邻胀环部分40敞开,以便接合胀环部分40。
根据本发明的一种构造形式,如图4所示,轴向凹陷部分采取窗口26的形式,该窗口沿着相应环段20的径向凸出部设置在相应环段20的厚度内。
在图3所示构造中,胀环30的支撑体31的至少一个端部32的伸出部具有这样的尺寸,即:使其配合在相邻环段20的轴向凹进部25中或窗口26中。
例如图3所示,在本发明解决方案的一种变型中,胀环30的每个端部32具有固定或结合在其上的相应伸出部,该伸出部配合在设置于相邻环段20中的相应轴向凹陷部分中,每个这样限定的伸出部面向相邻环段20并与设置在环段20中的轴向凹陷部分接合。
尽管未示出,但在本发明的另一种可选方案中,在至少一个环段20中的呈现轴向凹进部25或窗口26形式的表面不规则部可以设置在前面在环段20中限定的径向凸出部24中,以便配合胀环30的例如呈现胀环30的相邻端部32的伸出部的形式的胀环部分40。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的控油环,所述控油环安装在活塞(P)的相应槽(10)的侧壁之间,所述活塞在内燃机的汽缸(C)内部往复运动,
所述控油环包括:
两个环段(20);以及
环形胀环(30),其布置在所述两个环段(20)之间,以便将所述环段沿径向推压在汽缸(C)上并沿轴向推压在所述槽(10)的相邻侧壁(11)上,胀环(30)具有为每个环段(20)限定支承平面的支撑体(31),
其特征在于,所述控油环还包括:
至少一个胀环部分(40),其从胀环(30)的支撑体(31)沿轴向凸出,并超出环段(20)的支承平面中的至少一个支承平面;以及
至少一个表面不规则部(50),其设置在至少一个环段(20)中,并且其具有这样的尺寸,即:使其包含在相应环段(20)的厚度内,并与至少一个胀环部分(40)干涉,以便相对于胀环(30)旋转锁定环段(20)。
2.根据权利要求1所述的控油环,其特征在于,
胀环部分(40)一体地结合在胀环(30)的支撑体(31)上。
3.根据权利要求1所述的控油环,其特征在于,
环段(20)一体地结合有表面不规则部(50)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控油环,其中,
每个环段(20)具有相应的径向内周边缘,
其特征在于,胀环部分(40)支承至少一个环段(20)的所述径向内周边缘。
5.根据权利要求4所述的控油环,其特征在于,
环段(20)具有表面不规则部(50),表面不规则部(50)由径向凸出部(24)限定,径向凸出部(24)结合在所述环段(20)的径向内周边缘中。
6.根据权利要求5所述的控油环,其特征在于,
胀环部分(40)限定胀环支架(34),胀环支架(34)将相应环段(20)沿径向推压在汽缸(C)上。
7.根据权利要求5所述的控油环,其特征在于,
径向凸出部(24)具有凸周缘。
8.根据权利要求7所述的控油环,其特征在于,
径向凸出部(24)由冲压和冲孔中的一种工序限定。
9.根据权利要求1或2所述的控油环,其中,
胀环(30)具有两个端部(32),
其特征在于,胀环部分(40)从胀环(30)的一个端部(32)凸出。
10.根据权利要求1或9所述的控油环,其特征在于,
环段(20)具有表面不规则部(50),表面不规则部(50)由轴向凹陷部分限定,所述轴向凹陷部分设置为接收和接合相应的胀环部分(40)。
11.根据权利要求10所述的控油环,其特征在于,
所述轴向凹陷部分由轴向凹进部(25)限定,轴向凹进部(25)设置在环段(20)的厚度内并向胀环(30)敞开。
12.根据权利要求10所述的控油环,其特征在于,
所述轴向凹陷部分采取位于相应环段(20)的径向厚度内的窗口(26)的形式。
13.根据权利要求10所述的控油环,其特征在于,
所述轴向凹陷部分设置在相应环段(20)的径向凸出部(24)的径向厚度内。
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