CN103711607B - 一种用于内燃机的三件式控油环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞凹槽中的三件式控油环，包括与膨胀元件(4)相关联的第一环形部分(2)和第二环形部分(3)，其中膨胀件具有基本上环形形状并包括当环安装在活塞上时面对槽内壁的第一端(4a)、以及第二相反端(4b)，其中：‑该环进一步包括中间部分(5)，其具有用于与第一和第二环形部分(2，3)相关联至少一个突起(5a，5b)；和‑第一端(4a)具有第一厚度值(E1)，第二端(4b)具有第二厚度值(E2)，且基本上中间部分(5)具有第三厚度值(E3)，其中第一厚度值(E1)基本上比三厚度值(E3)更小、并且小于或接近于第二厚度值(E2)，第一厚度值(E1)与三厚度值(E3)之间的差基本上大于第一厚度值(E1)与第二厚度值(E2)之间的差。

Description

一种用于内燃机的三件式控油环

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞凹槽上的三件式控油环，包括第一上环形部分和第二下环形部分，其关联至一种具备有呈现一定厚度的几何形状的中间膨胀元件，膨胀元件相邻的内端(较小直径)基本上小于与第一及第二环形部分相关联的区域中的厚度。

膨胀元件的几何形状避免了与由活塞凹槽所限定的内壁和上下边缘(倒角)之间不期望的接触，从而降低了此部件制造过程中所需的公差精度。由此，实现了降低活塞的制造成本以及在膨胀件与凹槽之间的较小数量的不协调，将所谓″跳出″情况的发生减少为0，也就相当于，当环处于不被限制／约束于气缸内的自由状态时，环内径相对于靠近容纳所述环的凹槽侧面／侧翼的外径壁之间的距离。跳出的越大，则发生不当安装的风险就越大，其导致环变形并在将活塞和环插入气缸的时刻锁死。

背景技术

内燃机是一种由大多数机动车辆所使用的能量转换机构，且基本包括两个主要部分：一个或多个气缸盖以及发动机机体。气缸盖的底部上定位有燃烧室(柴油机中，燃烧室一般设置在活塞头处)，且在发动机机体中定位有气缸和曲轴组件。曲轴组件由活塞、连杆和曲轴组成。

发动机将由燃烧室中混合物(燃料和空气)的燃烧所产生的能量转化为能够驱动车轮的机械能。

由于用于移动所述机动车所需的驱动力来自燃烧室中空气／燃料混合物的燃烧，且为了确保均匀燃烧，不燃烧油，且还防止气体从气缸至油盘的过多通路，则必需使用环来提供存在于活塞与汽缸壁之间的间隙的良好密封。

目前最新的依据奥托和狄赛尔循环而运行的内燃机中，采用了三个环，其中 两个是压缩环和一个是控油环(刮环)。压缩环具有防止气体从燃烧流通到油盘内的功能，油环具有从气缸壁上刮除过多的油并使其返回油盘内的功能，控制了油膜的厚度，从而使得发动机在设计和操作范围内运行。

上述环的另一重要功能就是作为用于从活塞到气缸壁／气缸套的热传递的桥接，其中通过冷却系统导致发生热量散失。

刮油环可以是一个、两个或三个件。目前的方案已经发展为呈三件环的形式，通常，具有第一上环部分和第二下环形部分，关联至中间膨胀元件，其以受控的方式将上环部分和下环部分压抵在汽缸壁上。膨胀元件，相当于一个弹性元件，可计算其所施加的压力以使得汽缸壁上的油膜将具有期望的厚度。

虽然本发明的内燃机的设计者详细描述了三件式刮油环，但是其构造本身也带来一些不利的特性，其中最大的问题就是需要对膨胀元件进行设计从而使得其将不会与内活塞壁以及由活塞凹槽(第三凹槽，远离该凹槽)所限定的上下边缘(倒角)之间发生干涉/触动。

在大多数情况下，这通过更大程度地减少公差的偏差而实现，也就是对上下凹槽边缘的尺寸而言为0.3毫米。从这种低尺寸偏差出发，膨胀元件被设计成使得：其比例，在考虑其制造公差的情况下，将不导致与考虑了公差偏差的最临界尺寸下的凹槽之间产生不期望的干扰。换句话说，凹槽和膨胀件的尺寸应设计得即便在最临界情形下也将不会相互干扰／碰撞。

由于这样的尺寸设计，也可产生相反的情形，即当凹槽和膨胀件的尺寸使得两者间将产生最大间隙这种相反的情形，这可导致如上所述的不期望的″跳出″现象。

存在各种与三件式刮油环有关的现有技术，提出了一些关于建设性构思的改进，下面列举其中的一些。

文献US7,854,191涉及一种三件式刮油环，设计目的是减少润滑油消耗量并增强密封性能。膨胀元件具有支撑部分(搁置突起)以使得能对两个环形段进行定位和固定。为了使环能按照期望的方式工作，则搁置突起与竖直方向呈现介于10与20度之间的角度，且呈现了几何关系2X／Y在0.04与0.15之间，其中2X对应于该段的相应支撑突起在轴向的突出长度，且Y为介于突起的远端面之间的轴向距离。

文献US2006／0061043涉及一种三件式刮油环，其膨胀件具有(其与环形段相接触)由奥氏体不锈钢制成的并涂覆有渗氮涂层的突起。

最后，文献US4,798,391涉及一种三件式润滑油刮油环，其膨胀件具有槽和肋条，其有助于获得期望的刚度值，减少配备有该刮油片的发动机的润滑油消耗量。

上述三个文献示出了改进三件式刮油环的不同方法，目的在于增强其性能，并降低了润滑油消耗量。然而任何一篇文献，都没有提到与发动机装配时毫无疑问地带来缺点的″跳出″现象的发生以及凹槽尺寸公差相关的膨胀件横截面的形状。

除了本发明，没有三件式刮油环已发展成通过设计膨胀件的几何结构，来避免活塞凹槽对大公差控制的需求，而同时减少跳出现象的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于内燃机的活塞凹槽中的三件式环，具备膨胀元件，其几何结构能避免与由活塞凹槽所限定的内壁和上下边缘(倒角)之间不期望的接触，从而无需过多地减少在此部件制造过程中的公差偏差，将发动机组装期间″跳出″现象的发生减少为0，并实现活塞的制造成本的降低。

本发明还具有目的在于提供一种用于内燃机的活塞凹槽中的三件式环，除上述段落中所提到的所有优点之外，还确保润滑油消耗量(降低)、耐用性和密封性且有最佳性能。

发明的简要说明

本发明的目的是借助于一种用于内燃机的活塞凹槽中的三件式控油环，包括第一环形部分和第二环形部分，与膨胀元件相关联，其中膨胀件具有大体上环形形状并包括了当环安装在活塞上时面对着凹槽内壁的第一端，以及第二相反端。

该环进一步包括基本上中间部分，其具有至少一个用于与第一和第二环形部分相关联的突起。

第一端呈现第一厚度值(E1)，第二端呈现第二厚度值(E2)，且基本上中间部分(E2)呈现第三厚度值(E3)，其中值(E1)基本上比值(E3)更小，并且类似于或小于值(E2)，值(E1)与值(E3)之间的差基本大于值(E1)与值(E2)之间的差。

除了本发明的其它方面之外，可通过参考以下对附图的详细说明而更好地理解上述特征。

附图说明

下面将参考附图中所示实施例的实例而详细描述本发明。附图示出：

图1是现有技术中三件式刮油环的剖面图，其示出了处于正常状态的活塞凹槽，其中膨胀件的内端与槽边缘之间不发生干扰／接触。

图2是现有技术中三件式刮油环的剖面图，其装配在处于正常状态的活塞凹槽上，这是在不希望情形下的，其中由于不期望的公差偏差，但不幸地，膨胀件内端与凹槽边缘之间可能会发生干扰／接触。

图3是本发明的三件式刮油环的剖面图，其安装在活塞凹槽中。

具体实施方式

图1和2示出了现有技术中的三件式刮油环，其位于第三活塞凹槽(部分示出)的内部。如图可见，该三件式环包括与在中间布置的膨胀件相关联的第一上环形部分部分和第二下环形部分，膨胀件以受控的方式将上下部分压抵着气缸壁。

虽然目前广泛采用此类型的环，且随着根据奥托和狄赛尔循环而运行的内燃机的发展，其也已经一并得到了改进，然而直到现在仍然必需对膨胀元件进行设计，从而使得与由活塞凹槽所限定的内壁和上下边缘(倒角)之间将绝不发生干涉。

通常，设计所述膨胀元件时针对于把上下槽边缘的尺寸中的公差偏差的端点限定在0.3毫米作为很关键的设计前提。考虑到制造中的最大公差，膨胀件的尺寸被设计成使得在其最临界尺寸的情况下也不会导致与凹槽发生不期望的干涉。

如果膨胀件的尺寸不对，可能就会发生严重的干扰情况，其中其内端将会与由槽限定的内壁和上下边缘(倒角)之间发生干涉，这可减少该部件的耐久性，甚至在极端情况下，导致环受到损坏，从而需要极其昂贵的发动机维修。这个紧要／临界的情况如图2所示。

按这样的用法来确定膨胀件的尺寸则引起负面问题(side prob1em)，即当槽和膨胀件的尺寸使得两者之间将出现最大间隙的情形，这可导致以上提到的不期望 的″跳出″问题。

直到目前为止，还没有人已开发出一种三件式刮油环以通过不同的方法解决公差干扰以及″跳出″问题，除了仅公差参数的大小调整和对其进行控制之外，这始于膨胀件的更弹性和概念上的变化。利用这样一个新的构思，本发明创造了一种环，其已将膨胀件与凹槽内壁之间的干扰以及不期望的″跳出″情形的发生率降低为零。

现在，在对本发明的详细说明中，图3示出了由本发明所开发的环1的优选但非限制性实施例。

环1包括第一环形部分2和第二环形部分3，两者基本上水平且彼此平行，且关联至膨胀元件4。

显然，部分1和2的特定尺寸、制造材料以及它们可包含的可能的表面涂层这些特征不会影响本发明的保护范围，例如，根据由其所应用于的发动机燃烧的燃料类型以及甚至是发动机设计参数以及发动机运行而改变。

膨胀元件4，继而，是本发明最大的创新之处。它也具有基本上环形的形状，如可在图3中看出，包括当环安装在活塞上时面对凹槽内壁的第一端4a、第二相反端4b、和基本上中间部分5，中间部分包括至少一个突起5a、5b(上下分别一个)，用于与第一和第二环形部分2、3相关联。

当环1安装时，突起5a、5b中的每个均充当用于相应环形部分2、3的水平止动件。以第一环形部分2为例，图3完全地示出了它的位置，其中它被约束在上凹槽表面、膨胀元件的主体和上突起5a之间。

因而，第二下环形部分3被约束在上凹槽表面、膨胀元件主体以及下突起5b之间。

下面进行更为详细的描述，每个部分2、3的侧面都操作性地基本上与相应突起5a、5b的侧壁相关联。因而，当活塞／环组件安装在发动机气缸的内部时，膨胀件4以受控的方式(根据其作为弹性元件而施加的弹性力)将上下部分2、3压抵着气缸壁(图3中以附图标记7所示出)。

计算出由膨胀元件所施加的力从而使得气缸壁上的油膜将具有期望的厚度，进一步防止压力过大而导致气缸壁自身各部分的加速的劣化。

膨胀件的最大创新在于，当存在着两个突起5a、5b用于确保部分2、3与气缸 壁之间形成足够接触的同时，使得面对活塞凹槽内壁的第一端4a所具有的厚度远远小于中间部分5(突起5a，5b所处的位置)以及小于活塞凹槽的总高度。

如在图3中可见，活塞高度与第一端4a厚度之间的差是非常明显的，从而使得后者不可能接触着凹槽的上下边缘(倒角)处，边缘在上文中进行了进一步限定并在图中以附图标记6a、6b示出。

根据图3进一步详细描述，第一端4a具有第一厚度值E1，第二端4b具有第二厚度值E2，且基本中间部分5具有第三厚度值E3。

显然，中间层5的厚度值E3更高一些，这是由于突起5a、5b的主要功能，即：突起充当一种止动件，来阻止所述部分2、3在凹槽内水平移动、并且基于膨胀件的移动而迫使两个部分抵靠在气缸壁上。

然而，第一端4a的厚度E1比中间层的厚度E3小很多，而不像图1和2中分别所示的现有技术膨胀件中的膨胀件所发生的情况。

此外，应当注意的是，膨胀件第一端4a的厚度E1基本上与膨胀件4的第二端4b的厚度E2相同。此第二端应当强制性地／规定地比E3更低，从而使得能够存在着突起5a、5b，并且部分2、3能保持约束于突起、凹槽和膨胀件主体之间。

在此情况下，E1基本上与E3相等，则因而所配置的环与当前已知的产品(参看图1和2)接近，并且背离了当前所提出的构思，因为如图2所示的与凹槽的干涉变得不符合现实可能性。为此，在本发明的构思中，除了值E1基本上小于值E3且基本上类同于值E2之外，值E1与值E3之间的差值也基本上大于值E1与值E2之间的差值，形成的关系排除了厚度E1相对于E3的极小变化。

显然，应确定膨胀件的剖面的宽度尺寸L，以便以使得无论厚度E1多小，第一端4a都不会触及凹槽的内壁。然而，这个尺寸已经影响到了当前使用的环。

将创新的几何形状应用到膨胀件4上，可防止第一端4a与由活塞凹槽所限定的上下边缘(倒角)的接触，使得无需使用制造工艺用于将活塞制造成所具有的公差减少至凹槽的尺寸，否则将相当昂贵并显著地增加此部件的成本，从而确保在膨胀件与凹槽之间的不协调性的较少量，且将″跳出″现象的发生减少为零。

如同针对部件2、3所述，制造所述膨胀件的材料以及它们可具有的可能表面涂层等这些特征不会影响本发明的保护范围，例如，根据由它们所应用于的发动机 燃烧的燃料类型以及甚至是由于发动机的设计参数以及发动机运行而改变。

本文已经对优选实施例进行了描述，应当理解本发明的范围包括其它可能的变化，例如，出于改善其耐磨生、防腐性的特征并减少摩擦力的目的，可采用表面处理以及陶瓷和金属覆层，仅可由附属权利要求的内容进行限定，其包括可能的等效替换。

Claims (3)

1.一种用于内燃机的活塞凹槽中的三件式控油环，所述环包括：

第一环形部分（2），其具有面对活塞凹槽内壁的第一端；以及

第二环形部分（3），其平行于第一环形部分（2）并且与第一环形部分（2）间隔开第一距离，并且具有面对活塞凹槽内壁的第一端，所述第一和第二环形部分（2，3）与膨胀元件（4）相关联，所述膨胀元件（4）具有环形形状并包括当环安装在活塞上时面对活塞凹槽内壁的第一端（4a）、以及第二相反端（4b），

其中：

-所述膨胀元件（4）还包括中间部分（5），所述中间部分（5）定位于所述膨胀元件的第一端（4a）与第二相反端（4b）中间，所述中间部分（5）包括至少两个突起（5a，5b），所述至少两个突起中每个突起的至少一部分分别与第一和第二环形部分（2，3）的第一端相接触；

-第一端（4a）具有第一厚度值（E1），第二相反端 (4b) 具有第二厚度值（E2），且中间部分（5）具有第三厚度值（E3），第三厚度值（E3）大于第一距离从而使得所述至少两个突起（5a，5b）的一部分分别与所述第一和第二环形部分（2，3）的第一端相接触；

第一厚度值（E1）比第三厚度值（E3）更小、并且为小于或接近于第二厚度值（E2）这两种情况中的至少一种；以及

第一厚度值（E1）与第三厚度值（E3）之间的差大于第一厚度值

（E1）与第二厚度值（E2）之间的差。

2.根据权利要求1所述的环，其特征在于，第一厚度值（E1）和第二厚度值（E2）具有相同的值。

3.根据权利要求1所述的环，其特征在于，第一厚度值（E1）小于第三厚度值（E3），以防止膨胀元件（4）的第一端（4a）接触到由活塞凹槽所限定的内壁和上下边缘。