CN106471292A

CN106471292A - 组合油环

Info

Publication number: CN106471292A
Application number: CN201580032842.8A
Authority: CN
Inventors: 川崎将隆; 宫本护; 杉英司; 一杉英司; 新井健寿
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-03-01
Also published as: EP3176474A4; JP2016035326A; EP3176474A1; JP6122901B2; US10724636B2; US20170227126A1; WO2016017499A1; EP3176474B1

Abstract

本发明提供一种进一步降低发动机油的油耗量的组合油环。该组合油环具备：上下一对侧轨，其安装于活塞的油环槽，形成为平板且环状，并且具有与缸滑动接触的滑动接触部；间隔扩展器，其配置于所述上下一对侧轨之间，其中，所述上下一对侧轨的至少上侧的侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状是从所述活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状，所述锥形状相对于所述间隔扩展器的中心轴具有5～30°的角度，所述锥形状的顶点位于距所述侧轨的下端0.15mm以内的位置，下端侧从所述顶点的位置起形成为曲率为R0.01～0.5的曲线形状。

Description

组合油环

技术领域

本发明涉及组合油环，特别是涉及具备上下一对侧轨和配置于它们之间的间隔扩展器的三部分结构的组合油环。

背景技术

一直以来，公知的是将附着在内燃机的缸内壁面的多余的发动机油刮掉，形成适度的油膜，以防止伴随内燃机的运转而导致活塞的烧粘，同时实现减少油环与缸的滑动接触面的磨损的油环。这样的油环已知有各种形式，例如，已知有如下述专利文献所提及的组合油环，其具备上下一对侧轨和配置于它们之间的间隔扩展器，其中，侧轨的行走面在横截面上观察，在第1分区，按照由h(x)＝ax+bx2表示的2次多项式的非对称的形状，在作为边缘构成的支承的顶点h(x)之后，在第3分区，按照函数h(x)＝cx2(其中，c作为b的倍数被定义)的非对称的形状。

专利文献1:(日本)特表2007－504416号公报

另外，组合油环如上述，将附着于内燃机的缸内壁面的多余的发动机油刮掉，形成适度的油膜，以防止活塞的烧粘，但由于附着在内燃机的燃烧室的发动机油燃烧形成废气向内燃机外排出，因此，为了降低油耗量需要保持活塞环的密封性，可靠地刮掉多余的发动机油。

但是，现有组合油环通过设定各种侧轨的滑动面的形状或活塞环的张力而刮掉发动机油，实现性能的改善，但是在近年来的低油耗化、环境对应为背景，希望进一步降低燃油率。但是根据上述的专利文献1所提及的油环的形状，有时在初始滑动中接触面积增大，不能充分得到刮掉发动机油的功能。

发明内容

于是，本发明是鉴于上述问题而创立的，其目的在于，提供进一步减少了发动机油的油耗量的组合油环。

本发明的组合油环具备：具备：上下一对侧轨，其安装于活塞的油环槽，形成为平板且环状，并且具有与缸滑动接触的滑动接触部；间隔扩展器，其配置于所述上下一对侧轨之间，其特征在于，所述上下一对侧轨的至少上侧的侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状为，从所述活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状，所述锥形状相对于所述间隔扩展器的中心轴具有5～30°的角度，所述锥形状的顶点位于距所述侧轨的下端0.15mm以内的位置，下端侧从所述顶点的位置起形成为曲率为R0.01～0.5的曲线形状。

另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上下一对侧轨的下侧的侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状为，从所述活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状。

另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上下一对侧轨的下侧的侧轨沿着所述活塞的轴向的截面形状为，形成为圆弧状的鼓形状。

另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上下一对侧轨具备表面背面识别单元。

另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上下一对侧轨及所述间隔扩展器的至少一个实施表面处理。

发明效果

本发明的组合油环，上下一对侧轨的至少上侧的侧轨沿着活塞的轴向的截面形状是从活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状，锥形状相对于间隔扩展器的中心轴具有5～30°的角度，锥形状的顶点位于距侧轨的下端0.15mm以内，下端侧自顶点的位置起形成为曲率为R0.01～0.5的曲线形状，因此，可以实现进一步的油耗量的降低。

另外，本发明的组合油环的上下一对侧轨的下侧的侧轨，其滑动接触部的沿着活塞的轴向的截面形状是从活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状，因此，可以实现更进一步的油耗量的降低。

另外，本发明的组合油环的上下一对侧轨的下侧的侧轨，其沿着活塞的轴向的截面形状是形成为圆弧状的鼓形状，因此，不必进行表面背面识别就可以组装下侧的侧轨，从而可以消除伴随表面背面识别的作业的复杂化。

另外，本发明的组合油环的上下一对侧轨具备表面背面识别单元，所以在组合油环的装配及将组合油环安装在活塞槽时，可以防止表面背面的反装造成的误组装作业，可以防止伴随误组装导致的油耗量的增加。

另外，本发明的组合油环对上下一对侧轨实施表面处理，所以，可以降低其与缸的滑动阻力及抑制组合油环的磨损。

附图说明

图1是组装有本发明的实施方式的组合油环的内燃机的沿缸轴向切断进行表示的主要部分剖面图；

图2是表示本发明的实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的一部分的立体图；

图3是组装有本发明的另一实施方式的组合油环的内燃机的沿缸轴向切断进行表示的主要部分剖面图；

图4是表示本发明的另一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的一部分的立体图；

图5是本发明的实施方式的组合油环所使用的侧轨的在沿内燃机的缸轴向切断进行表示的剖面图；

图6是表示本发明的实施方式的组合油环的表面背面识别单元的变形例的图；

图7是表示本发明的实施方式的组合油环的变形例的主要部分剖面图；

图8表示本发明的实施方式的组合油环的油耗量的图。

具体实施方式

以下，对用于实施本发明的最佳实施方式，使用附图进行说明。此外，以下的实施方式不限定于各请求范围的发明，另外，并不限定实施方式中说明的特征的组合的全部在发明的解决单元中是必不可少的。

图1是组装有本发明的实施方式的组合油环的内燃机的沿缸轴向切断进行表示的主要部分剖面图，图2是表示本发明的实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的一部分的立体图，图3是组装有本发明的另一实施方式的组合油环的内燃机的沿缸轴向切断进行表示的主要部分剖面图，图4是表示本发明的另一实施方式的组合油环的间隔扩展器的一部分的立体图，图5是本发明的实施方式的组合油环所使用的侧轨的在内燃机的沿缸轴向切断进行表示的剖面图，图6是表示本发明的实施方式的组合油环的表面背面识别单元的变形例的图，图7是表示本发明的实施方式的组合油环的变形例的主要部分剖面图，图8是表示本发明的实施方式的组合油环的油耗量的图。此外，在本说明书中，所谓上下方向定义为图1及图3中的沿着纸面上方、下方的方向。

如图1所示，本实施方式的组合油环10是组装于内燃机的活塞2的外周面所形成的油环槽3内，通过与缸1的内壁滑动接触，刮掉附着在缸1的内壁的多余的发动机油，在缸1的内壁形成适当的油膜的部件。

组合油环10由上下一对的侧轨(side rail)11、11和配置于该上下一对的侧轨11、11之间的间隔扩展器(spacer expander)12构成。这些侧轨11、11及间隔扩展器12由钢等构成，侧轨11构成为具备接口(未图示)的平板的环状环。

如图2所示，间隔扩展器12是对钢材进行塑性加工而形成，沿着轴向成为凹凸形状(波形形状)，并且在周向构成为大体圆形状。利用该轴向的凹凸形状，在轴向的端部形成有上片13及下片14。即，间隔扩展器12具备在轴向及周向分离且在周向交替配置多个的上片13及下片14，相互邻接的上片13和下片14通过连结片15相连结。

另外，如图1所示，在间隔扩展器12的上片13及下片14的内周侧端部，以拱形(arch)立设形成有向外周侧推压侧轨11、11的耳部16。此外，如图2所示，在耳部16沿径向形成有贯通孔18。

进而，如图2所示，在上片13的上面及下片14的下面(未图示)，沿着径向分别形成有槽17。另外，在间隔扩展器12的上片13及下片14的外周侧端部，形成有比槽17高一阶而形成的侧轨支承部19。

此外，如图3及图4所示，间隔扩展器12a在槽17内也可以形成沿着径向的截面形状形成为V形状或R形状的凹部17a。该情况下，贯通孔18的开口面积因凹部17a而增大，所以能够增大流经贯通孔18的油流量。

这样，通过在间隔扩展器12a形成槽17，能够使发动机油从活塞的外周侧向内周侧顺畅地流动，使由活塞环刮掉的发动机油回流到发动机内部，并且防止向燃烧室泄漏，由此实现油耗量(LOC)的降低。

此外，间隔扩展器12在组装于活塞2的油环槽3的状态下，以接口对应且周向被压缩的状态组装。因此，以通过间隔扩展器12的张力向径向外方产生扩张力的方式进行组装，所以利用上片13、下片14的侧轨支承部19、19沿轴向上下隔离保持上下的侧轨11、11，并且耳部16通过分别推压侧轨11的内周面，使上下的侧轨11、11的外周面与缸1的内壁面密接。

如图5(a)所示，上下一对侧轨的至少上侧的侧轨11具备与缸滑动接触的滑动接触部，该滑动接触部的沿着活塞1的轴向的截面形状具备从侧轨上面21朝向侧轨下面22直线状扩展的锥形状的侧面23和以规定的曲率形成为曲线状的曲面24。另外，在截面形状中，在曲面24上形成有位于径向的最外端的顶点24a。此外，顶点24a形成于距侧轨11的下面22的高度H为0.15mm以内的位置。另外，优选曲面24以曲率R0.01～0.5(mm)形成。

此外，如图1所示，组合油环10以上下一对侧轨11、11分别成为相同方向的方式组装。即，上下一对侧轨11、11均以顶点24a位于下端侧的方式与间隔扩展器12组合，构成组合油环10。

另外，如图5(b)所示，在侧轨上面21也可以形成有作为表面背面识别单元的凹部25。该凹部25只要能够识别侧轨上面21即可，所以在侧轨上面11也可以形成为环状，也可以形成点状。此外，关于凹部25的形成方法，也可以在侧轨上通过冲压、压花或激光加工而形成，例如也可以与辊轧或模轧等线材的拉拔加工同时形成。另外，也可以不设置凹部25而是在侧轨上面21或下面22涂布间断或连续的涂料，或改变上面21或下面22的任一方的表面粗糙度，例如也可以以通过将上面21进行平滑处理，并且将下面22进行粗糙处理，根据触摸感进行表面背面识别的方式形成。该情况下，由于不是依据通过视觉进行识别，因此，即使是作业场所的亮度不足的情况下，也能够可靠地进行表面背面识别。此外，侧面23相对于间隔扩展器12的中心轴C倾斜规定的角度θ。该角度θ优选设定为5～30°，更优选设定未8～12°。

另外，如图6(a)所示，作为表面背面识别单元可应用各种形式。例如，以通过朝向侧轨的侧面23的接口30在左右任一方涂布涂料26，一直将涂料26配置在接口30的例如右侧的方式进行组装，由此可以进行侧轨的表面背面识别。

另外，如图6(b)所示，通过在接口30的两侧分别将一方涂布第1涂料26a、将另一方涂布利用与第1涂料26a不同的色彩着色的第2涂料26b，例如，在将第1涂料26a着色为白色、将第2涂料26b着色为红色的情况下，通过以白色配置在右的方式进行组装，可以进行侧轨的表面背面识别。

另外，如图6(c)所示，通过在接口30的位于侧面23的相反端的内周侧端部的一方设置倒角27，例如通过以倒角27配置在接口30的右侧的方式进行组装，可以进行侧轨的表面背面识别。

另外，上下一对侧轨也可以如图7所示，上侧的侧轨11形成锥形状，并且下侧的侧轨11′设定为在轴向截面中沿径向突出的圆弧状的鼓形状(barrel)。该情况下，鼓形状不需要表面背面识别就可以组装成组合油环，因此，可以减轻伴随上述的表面背面识别的作业负担。

实施例

接着，为了更具体地说明本发明，列举实施例及比较例，对本实施方式的组合油环10实施功能试验。使用排气量2.4升直列四缸汽车用汽油发动机进行功能试验。试验条件是使活塞速度为16m/s～23m/s，在WOT(节气门完全打开)下测定现有例(鼓形状)和本发明的组合油环的油耗量(LOC)，以在22.6m/s下的现有例值为1的方式按相对比率进行确认。

在第1压力环及油环的侧轨的滑动面，形成由Cr－N构成的离子镀膜。油环的滑动面形成离子镀膜后，进行研磨处理，以使滑动面凸部和锥形部变得光滑的方式形成，曲面24的顶点24a的位置设定为距侧轨下面22为0.15mm以下。

此外，其它试验条件如以下。

活塞孔(piston bore)径：87mm，

第1压力环的滑动面形状：鼓面(barrel face)，

第2压力环的滑动面形状：锥形切底(taper under cut)。

本试验中，作为实施例，使用图5(a)所示的形状的侧轨11，间隔扩展器使用图2的形状。油环的形状使用以下尺寸的形状。

间隔扩展器的EA：10°，

侧轨半径方向的厚度：1.9mm，

侧轨轴向的厚度：0.4mm，

侧轨的外周角度θ：10°，

油环轴向宽度：2.0mm。

如图8所示，实施例在活塞速度为22m/s和22.6m/s的情况下，与比较例比较时，可以确认油耗量比现有降低约40％。

此外，如本实施例，通过以一对侧轨的顶点位置成为下侧的方式进行配置，得到优异的油耗量，但使侧轨的顶点位置成为上侧的情况，确认油的溅起增多，油耗量变差。

这样，对使用现有的鼓形状的侧轨的组合油环和本实施方式的组合油环10的油耗量进行比较，结果是，通过形成本实施方式的形状，可确认油耗量被抑制约40％的效果。

另外，上述本实施方式的组合油环10也可以对侧轨实施硬质炭素皮膜(DLC：Diamond Like Carbon)等表面处理。另外，表面背面识别单元如图5(b)所示，不仅形成凹部25，而且也可以对侧轨上面21或侧轨下面22的任一方实施图案处理。当然，根据请求范围的记载内容可知，施加这种变更或改进的方式也包含于本发明的技术范围。

符号说明

1缸，2活塞，3油环槽，10组合油环，11侧轨，12间隔扩展器，21侧轨上面，22侧轨下面，23侧面，24曲面，24a顶点，25凹部。

Claims

1.一种组合油环，具备：

上下一对侧轨，其安装于活塞的油环槽，形成为平板且环状，并且具有与缸滑动接触的滑动接触部；

间隔扩展器，其配置于所述上下一对侧轨之间，其特征在于，

所述上下一对侧轨的至少上侧的侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状为，从所述活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状，

所述锥形状相对于所述间隔扩展器的中心轴具有5～30°的角度，所述锥形状的顶点位于距所述侧轨的下端0.15mm以内的位置，

下端侧从所述顶点的位置起形成为曲率为R0.01～0.5的曲线形状。

2.如权利要求1所述的组合油环，其特征在于，

所述上下一对侧轨的下侧的侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状为，从所述活塞的上方朝向下方直线状扩展的锥形状。

3.如权利要求1所述的组合油环，其特征在于，

所述上下一对侧轨的下侧的侧轨沿着所述活塞的轴向的截面形状为，形成为圆弧状的鼓形状。

4.如权利要求1～3中任一项所述的组合油环，其特征在于，

所述上下一对侧轨具备表面背面识别单元。

5.如权利要求1～4中任一项所述的组合油环，其特征在于，

所述上下一对侧轨及所述间隔扩展器的至少一个实施表面处理。