CN104334937B - 组合润滑油控制环 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种即使在长期的发动机运转中，也不会发生衬套扩展器与侧轨间的粘合，能维持优异的油控制功能的汽车发动机用的组合润滑油控制环，在由上下两个侧轨和在轴向波形形成有山部和谷部的衬套扩展器构成的组合润滑油控制环中，所述衬套扩展器的将所述山部与所述谷部连结的腿部包含从轴向起的倾斜角度(θ)成为15°以上的部分。

Description

组合润滑油控制环
技术领域
本发明涉及在内燃机的活塞上装配的组合润滑油控制环，尤其是涉及由上下两个侧轨和在轴向波形中形成有山部和谷部的衬套扩展器构成的组合润滑油控制环。
背景技术
在汽车发动机中，伴随着长时间的运转，润滑油被加热，暴露于窜气，由此润滑油中成为烃的未燃烧物质、油添加剂的改性物(以下将它们总称为“油泥”。在此油泥也包含粘性比较低的油泥的先驱体。)混杂的状态。当油泥附着/堆积于发动机零件时，会使零件磨损或堵塞润滑油的通路，有时会给组合润滑油控制环(以下，只要没有特别说明，就称为“油环”)等发动机零件的功能带来障碍。在油环中，尤其是严重的情况下，衬套扩展器与侧轨发生粘合，阻碍分离的侧轨的移动而无法充分发挥油控制功能。
如图6(a)～图6(c)所示，以往的组合油环(101)包括：具有开口的一对圆环状侧轨(120a、120b)；对侧轨(120a、120b)进行支承的衬套扩展器(101)。而且，衬套扩展器(101)在轴向波形中包括山部(102)和谷部(103)、以及将山部(102)与谷部(103)连结的腿部(104)。在山部(102)及谷部(103)的内周侧形成有耳部(105a、105b)，在外周侧形成有对侧轨(120a、120b)进行支承的突起部(106a、106b)，在耳部(105a、105b)与突起部(106a、106b)之间形成有凹陷的中间部(107a、107b)。当将衬套扩展器(101)与侧轨(120a、120b)组合时，在耳部(105a、105b)、突起部(106a、106b)、中间部(107a、107b)、侧轨(120a、120b)之间形成有间隙(108a、108b)。
油环根据衬套扩展器(101)的耳部(105a、105b)的角度，侧轨(120a，102b)由半径方向及轴向的分力按压，在液压缸壁面及活塞的环槽侧面处发挥密封功能。尤其是减小了轴向宽度尺寸(h1)的薄幅油环对于液压缸壁面的追随性良好，也具有侧密封功能，因此即便是低张力，也能够不会增加油消耗地减少摩擦损失。然而，在油环中，在前述的衬套扩展器与侧轨之间的间隙(108a、108b)容易堆积油泥，尤其在薄幅化时，间隙(108a、108b)非常窄，因此由于堆积的油泥而侧轨(120a、120b)与衬套扩展器(101)粘合的可能性升高。当发生粘合时，侧轨(120a、120b)向液压缸壁面的追随性极端下降，因此油消耗量急剧增大。
作为油泥向油环的附着及堆积防止方法，公开了对衬套扩展器、侧轨的表面实施粘合防止用的涂敷的方法、形成为在衬套扩展器难以结构性地堆积油泥的形状的情况。
例如，在日本特开2002-310299、日本特开2003-254155中公开了氟系的树脂覆膜或含有氟系树脂的树脂覆膜，在日本特开2000-027995中公开了包含氟烷基置换醇盐的覆膜，在日本特开2006-258110中公开了包含无机聚硅氮烷的先驱体聚合物的亲水性覆膜，在WO2011/043364A1中公开了涂敷表面自由能量和氢结合力低的金属覆膜的方法。这些覆膜是基于着眼于疏水疏油性、或与之相反的亲水性的覆膜、或油泥的附着力而研究的粘合防止方法的覆膜。
另一方面，作为结构上的对策，在日本实开昭59-127856中公开了一种为了使铅化合物等杂质通过的充分大小的孔以未影响到波形的上升部的方式穿设在衬套扩展器的山部及谷部的各中央部分(中间部)的油环，而且在美国专利5195758或日本特开2011-185383中公开了一种在中间部沿径向形成槽，在耳部形成有与该槽连通的贯通孔作为油的流出口，且油泥难以堆积的结构的衬套扩展器。
然而，在日本特开2002-310299、日本特开2003-254155、日本特开2000-027995、日本特开2006-258110及WO2011/043364A1的实施涂敷的方法中，多余的工序增加而导致成本上升，在日本实开昭59-127856的穿设的方法中，也成为难以加工且高价的结构。而且，在美国专利5195758及日本特开2011-185383那样的在中间部形成槽的方法中，在发动机停止时，由于油滞留于槽部而油泥容易堆积，在反复进行发动机的运转停止的运转模式下，耐久性不充分。
发明内容
发明要解决的课题
本发明为了解决上述问题而作出，其课题在于提供一种即使在长期的发动机运转中，也不会发生衬套扩展器与侧轨间的粘合，能维持优异的油控制功能的汽车发动机用的组合润滑油控制环。
用于解决课题的方案
在本发明中，想到了基本上通过形成为使油从衬套扩展器的中间部向其两侧的圆周方向容易流动的结构，即使在薄幅、低张力规格的组合润滑油控制环中，也能够防止油泥的堆积。
即，本发明的组合润滑油控制环由上下两个侧轨和在轴向波形形成有山部和谷部的衬套扩展器构成，其特征在于，所述衬套扩展器的将所述山部与所述谷部连结的腿部包含从轴向起的倾斜角度(θ)成为15°以上的部分。所述倾斜(θ)优选处于25°以上的范围。
此外，优选的是，所述山部及所述谷部由对所述侧轨的内周面进行按压的耳部、对所述侧轨进行支承的突起部、及所述耳部与所述突起部之间的中间部构成，至少在所述中间部存在大致平面的平坦部，所述平坦部的圆周方向长度(L)相对于所述波形的间距(P)之比(L/P)为40％以下。所述比(L/P)更优选为30％以下，进一步优选为20％以下。
或者，优选的是，所述山部及所述谷部由对所述侧轨的内周面进行按压的耳部、对所述侧轨进行支承的突起部、及所述耳部与所述突起部之间的中间部构成，至少所述中间部为朝向相对的所述侧轨凸出的凸形状。所述凸形状的曲率半径(R)更优选处于0.3～3mm的范围，进一步优选处于0.5～1.5mm的范围。
此外，优选的是，所述中间部以朝向所述耳部而远离相对的所述侧轨的方式倾斜。
发明效果
本发明的组合润滑油控制环中，在轴向波形形成有山部和谷部的衬套扩展器的将山部与谷部连结的腿部的从轴向起的倾斜角度θ设为15°以上，即，缩短山部及谷部的圆周方向长度，由此在衬套扩展器的中间部与侧轨之间的间隙难以堆积油泥，能够防止侧轨与衬套扩展器的粘合。而且，若中间部朝向相对的侧轨为凸形状，则油泥容易向中间部的圆周方向两侧流动，而且若中间部以朝向耳部侧从侧轨远离的方式倾斜，则油泥容易向内周侧流动，油泥的堆积防止效果进一步提高，即使在薄幅、低张力规格的组合润滑油控制环中，也能够防止油泥的堆积。进而，构成本发明的组合润滑油控制环的衬套扩展器也不需要涂敷、开孔加工那样的附加的工序，通过通常的齿轮成形能够制造。当然，在结构上，即使在发动机停止时，油也不会滞留于衬套扩展器与侧轨之间的间隙，即使在反复进行发动机的运转停止那样的运转模式中，也能够显示出充分的耐久性。
附图说明
图1示出构成本发明的组合润滑油控制环的衬套扩展器的一例，是其一部分的从外周侧观察到的图。
图2示出构成本发明的组合润滑油控制环的衬套扩展器的另一例，是其一部分的从外周侧观察到的图。
图3示出构成本发明的组合润滑油控制环的衬套扩展器的再一例，是其一部分的从外周侧观察到的图。
图4示出构成本发明的组合润滑油控制环的衬套扩展器的又一例，是其一部分的从外周侧观察到的图。
图5是表示本发明的组合润滑油控制环的又一例的剖视图。
图6(a)是表示以往的衬套扩展器的一部分的立体图。
图6(b)是以往的衬套扩展器的一部分的从外周侧观察到的图。
图6(c)是表示以往的组合润滑油控制环的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的组合润滑油控制环的实施方式。图1的衬套扩展器(11)与以往的衬套扩展器相比，腿部(14)相对于轴向的倾斜角度(θ)为15°以上，较大，因此能够使山部(12)及谷部(13)的中间部平坦部(16a、16b)的圆周方向长度(L)比较短。当然，也可以取代平坦部(16a、16b)，如图2所示使中间部(26a、26b)具有朝向相对的侧轨为凸形状的曲率(1/R)。通过形成为这样的形状，油泥难以滞留于衬套扩展器与侧轨之间的间隙，能够避免油泥的堆积、进而避免衬套扩展器与侧轨之间的粘合。平坦部(16a、16b)的圆周方向长度(L)与衬套扩展器的腿部(14)的倾斜角度(θ)密切相关，若增大倾斜角度(θ)，则平坦部(16a、16b)的圆周方向长度(L)处于缩短的倾向。倾斜角度优选处于25°以上的范围。另一方面，若以平坦部的圆周方向长度(L)来表现，则在相对于衬套扩展器的波形的间距(P)的比率下优选为40％以下，更优选为30％以下，进一步优选为20％以下。在中间部(26a、26b)具有凸形状的曲率时，曲率半径(R)优选为0.3～3mm，更优选为0.5～1.5mm。
在油泥的排出性(滞留的难度)这样的观点上，平坦部的圆周方向长度(L)越短或凸部的曲率半径(R)越小，腿部的倾斜角度(θ)越小，越有效。然而，在图1及图2所示的实施方式的情况下，为了缩短平坦部而需要增大腿部的倾斜角度(θ)，因此无法期待减小腿部的倾斜角度(θ)产生的油泥排出性的效果。在图3及图4所示的实施方式中，仅在山部及谷部的附近减小腿部的倾斜角度，在山部和谷部的中间的腿部增大倾斜角度(θ)。通过形成为这样的方式，缩短平坦部(36a、36b)的圆周方向长度(L)(图3)或减小凸部的曲率半径(R)(图4)，并且使从平坦部起的腿部的倾斜角度陡峭(大)，由此油泥的排出性变得极高。
此外，图5所示的组合润滑油控制环的衬套扩展器以中间部朝向耳部而从相对的侧轨远离的方式倾斜。当然，反之，也可以以朝向突起部而从相对的侧轨远离的方式倾斜。通过该倾斜，油泥变得更难以滞留。
实施例
实施例1～5及比较例1
成形出组合油环的标称直径(d1)71mm、组合标称宽度(h1)1.5mm、组合厚度(a1)1.9mm的SUS304制的衬套扩展器和宽度0.4mm的SUS440制侧轨。衬套扩展器将从山部(谷部)向山部(谷部)的间距设为2.7mm，以成为表1所示的腿部的倾斜角度(θ)、平坦部的圆周方向长度(L)的方式由SUS304制的带材进行基于齿轮成形的局部的弯曲加工，在基于轴向的波形及剪切的耳部成形之后，为了成形为规定的耳角度(20°)而实施滚压加工，最后通过卷绕法而成形为圆形状。
[表1]
P：2.7mm
[1]实机试验
将实施例1～3的组合润滑油控制环分别装配于1升3气缸发动机的第一个气缸至第三个气缸。使用该发动机反复规定模式的运转条件而进行了实机试验。在250小时后，按照以下的评价方法，进行了侧轨的开口间隙的测定和油泥附着量的测定。进而，实施例4～5及比较例1取代装配组合润滑油控制环的气缸，在与实施例1～3相同的运转条件下进行了实机试验。试验次数对于各实施例及比较例进行了3次。在此，顶环及第二环使用了如下的规格的结构。
(1)顶环
材质：SWOSC-V，外周面氮化铬离子镀敷处理
尺寸：d1＝71mm，h1＝1.0mm，a1＝2.3mm
(2)第二环
材质：SWOSC-V，整面磷酸锌处理
尺寸：d1＝71mm，h1＝1.0mm，a1＝2.3mm
[2]评价方法
在实机试验结束后进行了以下的评价。
(1)侧轨开口间隙的测定
在实机试验结束后，在将活塞从液压缸拔出的状态下，测定组合润滑油控制环的上下的侧轨的开口间隙(S2)，求出了与实机试验前的组装于活塞的状态的开口间隙(S1)之比(S2/S1)。关于上下各自的侧轨，求出S2/S1，算出了3次实机试验的平均值。
(2)油泥附着量的测定
在实机试验结束后，从活塞将组合润滑油控制环拆下，利用丙酮进行了清洗。在清洗后，在电气炉中以120℃进行1小时的干燥，在干燥器中冷却至室温，测定了之后的组合润滑油控制环的质量。算出与预先测定出的实机试验前的组合润滑油控制环的质量之差，将3次实机试验的平均值作为油泥附着量。
实施例1～5及比较例1的实机试验结果如表2所示。开口间隙将比较例1的S2/S1设为100，油泥附着量也是将比较例1的碳泥附着量设为100，以相对值表示。
[表2]
S<sub>2</sub>/S<sub>1</sub> 附着量
实施例1 170 34
实施例2 148 80
实施例3 162 40
实施例4 168 35
实施例5 165 32
比较例1 100 100
根据表2，与比较例1的实机试验后的开口间隙及油泥附着量相比，在实施例1～5中，开口间隙增大为约1.5～1.7倍，油泥附着量减少至32～80％。在衬套扩展器的腿部的倾斜角度为10°的比较例1中，由于油泥的堆积而侧轨受到限制，因此即使将活塞从液压缸拔出的状态下，开口也难以返回(扩展成)基本的状态，相对于此，在实施例1～5中，油泥的附着/堆积减少，由此，油环的限制的程度减少，与比较例1相比，可认为接近于运转前的状态而扩展。当实施例3的衬套扩展器腿部的倾斜角度成为25°以上时，明显观察到油泥附着量的减少。
实施例6
在衬套扩展器的成形中，除了取代衬套扩展器的中间部具有平坦部而使衬套扩展器的中间部朝向相对的侧轨成为曲率半径1mm的凸形状的方式成形以外，与实施例1同样地制作组合润滑油控制环，向3气缸发动机的各气缸装配，与实施例1同样地进行了实机试验。结果使用了各气缸的结果的平均值。与比较例1相比，开口间隙为1.6倍，油泥附着量为32％。
实施例7
在衬套扩展器的成形中，除了仅在山部及谷部的附近将腿部的倾斜角度设为18°，山部与谷部的中间的腿部的倾斜角度设为50°，以使中间部的平坦部的圆周方向长度成为0.5mm的方式成形以外，与实施例1同样地制作组合润滑油控制环，向3气缸发动机的各气缸装配，与实施例1同样地进行了实机试验。结果使用了各气缸的结果的平均值。与比较例1相比，开口间隙为1.7倍，油泥附着量为35％。
实施例8～10
在衬套扩展器的成形中，除了仅在山部及谷部的附近将腿部的倾斜角度设为18°，山部与谷部的中间的腿部的倾斜角度设为50°，取代中间部的平坦部而朝向相对的侧轨成为表3所示的曲率半径的凸形状的方式成形以外，与实施例1同样地制作组合润滑油控制环，向3气缸发动机的各气缸装配，与实施例1同样地进行了实机试验。结果使用3次实机试验结果的平均值，如表3所示。
[表3]
*山部及谷部的中间的腿部的倾斜角度
实施例8～10的开口间隙及油泥附着量均显示出优异的特性。根据其结果可知，山部与谷部的中间的腿部的倾斜角度(θ)为50°，较大，而仅在山部及谷部的附近将腿部的倾斜角度较小地设为18°，由此减小中间部凸部的曲率半径(R)且从中间部起的倾斜角度陡峭(大)，因而油泥的排出性变得极高。
实施例11
在衬套扩展器的成形中，除了中间部朝向耳部以从相对的侧轨远离的方式倾斜3°以外，与实施例2(倾斜角度(θ)：20°，平坦部的圆周方向长度(L)：1.2mm，L/P：44％)同样地制作组合润滑油控制环，向3气缸发动机的各气缸装配，与实施例2同样地进行了实机试验。结果使用了各气缸的结果的平均值。与比较例1相比，开口间隙为1.61倍，油泥附着量为33％，与实施例2相比得到较大改善。

Claims (2)

1.一种组合润滑油控制环，由上下两个侧轨和在轴向波形形成有山部和谷部的衬套扩展器构成，所述组合润滑油控制环的特征在于，
所述山部及所述谷部由对所述侧轨的内周面进行按压的耳部、对所述侧轨进行支承的突起部、及所述耳部与所述突起部之间的中间部构成，在所述中间部与所述侧轨之间形成有间隙，
所述衬套扩展器的将所述山部与所述谷部连结的腿部包含从轴向起的倾斜角度(θ)成为15°以上的部分，
至少在所述中间部存在大致平面的平坦部，所述平坦部的圆周方向长度(L)相对于所述波形的间距(P)之比(L/P)为20％以下。
2.根据权利要求1所述的组合润滑油控制环，其特征在于，
所述中间部以朝向所述耳部而远离相对的所述侧轨的方式倾斜。
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