CN107002872A - 油环 - Google Patents

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Abstract

在具有油环主体(10)和胀圈器(20)的油环(1)中，在油环主体(10)的一对轨道部(12)的外周端分别设置从轨道部(12)朝向径向外侧突出的台肩(30)，台肩(30)具有：一对轴向侧部(31、32)，分别朝向轴向；锥状部(33)，在轴向的一端经由第一弯曲部(35)而与一方的轴向侧部(31)相连；突起部(34)，在轴向的一端与锥状部(33)的轴向的另一端相连，在轴向的另一端经由第二弯曲部(36)而与另一方的轴向侧部(32)相连，并且相对于锥状部(33)向与该锥状部(33)垂直的方向突出。

Description

油环
技术领域
本发明涉及在往复式发动机(往复移动内燃机)的活塞中使用的油环，尤其是涉及在形成为具备开口部的开口环形状的油环主体的径向内侧部分装配胀圈器而成的双构件类型的组合油环。
背景技术
以往，在往复式发动机的活塞中，除了装配有用于对燃烧气体进行密封的压缩环之外，还装配有用于对润滑用的油进行密封的油环。
油环包括主要使用于汽油发动机的三构件类型的结构和主要使用于柴油发动机的双构件类型的结构，但是由于低燃料消耗率化等的要求，在汽油发动机中，也逐渐开始使用能够使轴向宽度更薄型化的双构件类型的油环。
作为这样的双构件类型的油环，已知有由油环主体和胀圈器这两个零件构成的结构，该油环主体包括具有通油孔的腹板部和在该腹板部的轴向两侧(上下)一体地设置的一对轨道部，该胀圈器装配于该油环主体的径向内侧部分而对油环主体朝向径向外侧施力。这种情况下，油环主体形成为具备开口部的开口环形状，通过由胀圈器朝向径向外侧施力而能够扩张(扩径)。并且，油环主体由胀圈器施力而扩张，各轨道部的朝向径向外侧的滑动接触面与缸体的内周面以一定的接触压力(面压)接触，由此，在活塞往复移动时，将滞留于一对轨道部之间的油涂布于缸体的内周面，并通过轨道部刮落多余的油并使其通过通油孔而返回曲轴室，从而在缸体的内周面形成适当的厚度的油膜。
近年来，伴随着低燃料消耗率、低油耗等市场要求产生的内燃机用发动机的性能提高，油环也被要求具有如下性能：通过活塞上升行程时的油拢起作用的控制或油刮落作用的增强，能减少相对于缸体的内周面的摩擦并能减少油消耗量。为了应对这样的要求，提出了设定朝向径向外侧的外周面为各种形状的油环。
例如，专利文献1记载了一种油环，该油环使上下的轨道部的外周面成为在其燃烧室侧的一部分设有朝向该燃烧室侧逐渐缩径的锥状的部分的形状。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平9-144881号公报
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
然而，在上述的以往的油环中，各轨道部相对于缸体的内周面进行滑动接触的滑动接触面的面积变小，因此该滑动接触面的相对于缸体的内周面的面压升高，由此能够抑制油上升而减少油消耗量，但是另一方面，滑动接触面由于其面压升高而容易磨损，当长期使用时，油刮落作用降低而油消耗量增加。而且，当各轨道部的与缸体的内周面进行滑动接触的滑动接触面的面积变小时，在该滑动接触面产生的面压升高，由此相对于缸体的内周面的摩擦升高，使用该油环的发动机的燃料消耗率会恶化。
本发明以解决这样的问题为课题，其目的在于提供一种能够长期地减少油消耗量并减少发动机的燃料消耗率的油环。
【用于解决课题的方案】
本发明的油环具有：油环主体，具备腹板部和在该腹板部的轴向两侧一体地设置的一对轨道部，并形成为具备开口部的开口环形状；及胀圈器，装配于该油环主体的径向内侧部分而对所述油环主体朝向径向外侧施力，所述油环的特征在于，在一对所述轨道部的外周端分别设置从该轨道部朝向径向外侧突出的台肩，所述台肩具有：一对轴向侧部，分别朝向轴向；锥状部，在轴向的一端经由第一弯曲部而与一方的所述轴向侧部相连；及突起部，在轴向的一端与所述锥状部的轴向的另一端相连，在轴向的另一端经由第二弯曲部而与另一方的轴向侧部相连，并且相对于所述锥状部而向与该锥状部垂直的方向突出。
需要说明的是，在上述结构中，“具备开口部的开口环形状”是指油环主体形成为在其周向的一部分被切断而该切断部分成为开口部的C字形状。而且，“轴向”是沿着开口环形状的油环主体的轴心的方向。
本发明以上述结构为基础，优选的是，所述突起部的外周面形成为半筒形状。
本发明以上述结构为基础，优选的是，所述突起部的外周面形成为与轴向平行的圆筒面形状。
本发明以上述结构为基础，优选的是，以所述突起部与所述锥状部的连接部分为基准的所述突起部的径向高度为0.018mm以上。
本发明以上述结构为基础，优选的是，所述锥状部形成为相对于轴向以55°以下的角度倾斜的圆锥面形状。
本发明以上述结构为基础，优选的是，所述第一弯曲部的外周面的半径及所述第二弯曲部的外周面的半径分别为0.12mm以下。
本发明以上述结构为基础，优选的是，所述锥状部的轴向长度为0.05mm以上。
【发明效果】
根据本发明，通过使突起部与缸体的内周面以高面压抵接而抑制油上升，能够减少使用该油环的发动机的油消耗量。而且，通过锥状部与缸体的内周面之间产生的楔形效果而容易向突起部与缸体的内周面之间供给油，能够长期地抑制突起部的磨损并减少突起部的相对于缸体的内周面的摩擦。因此，能够提供一种能够长期减少油消耗量并减少发动机的燃料消耗率的油环。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的油环的俯视图。
图2是表示图1所示的油环的使用状态的纵剖视图。
图3是将图1所示的油环的台肩的部分放大表示的放大剖视图。
图4是表示图3所示的台肩的变形例的放大剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，更具体地例示说明本发明。
图1所示的本发明的一实施方式的油环1也被称为油控制环，例如装配于在柴油发动机的活塞的外周面形成的环槽而使用。该油环1成为双构件类型，具有油环主体10和胀圈器20。
如图1所示，油环主体10形成为具备开口部10a的开口环形状。即，油环主体10形成为周向的一部分被切断而该切断部分成为开口部10a的C字形状。油环主体10可以为例如钢(钢材)制。油环主体10通过形成开口部10a，以使该开口部10a沿周向分离的方式进行弹性变形，能够朝向径向外侧扩张(扩径)。而且，油环主体10以装配于活塞的状态配置在缸体内时，成为开口部10a闭合的大致圆环状，能够在活塞的整周对油进行密封。
如图2所示，油环主体10具有腹板部11和一对轨道部12，其截面成为大致M字形状。
腹板部11形成为薄壁的圆筒状，在其轴向的中央位置，沿径向贯通该腹板部11的多个通油孔13沿周向空出间隔地并列设置。这些通油孔13可以形成为例如长孔或圆形孔。
一对轨道部12分别在腹板部11的轴向的一方侧及另一方侧与该腹板部11一体地设置。各个轨道部12的径向厚度尺寸比腹板部11的径向厚度尺寸大，腹板部11在各轨道部12的径向中间部位与该轨道部12相连。
在油环主体10的径向内侧部分(内周面)设有用于装配胀圈器20的装配槽14。该装配槽14具有从腹板部11至两轨道部12的半圆形的凹截面，沿着周向在油环主体10的整周延伸。
虽然在图1中简化表示，但是胀圈器20通过将由钢材等形成的线材卷成线圈状的两端连接而形成为圆环状来构成。该胀圈器20朝向径向内外方向弹性变形自如，其自然状态下的外径尺寸比油环主体10的内径尺寸大。并且，如图2所示，胀圈器20以沿缩径方向弹性变形的状态装配于油环主体10的装配槽14，对油环主体10朝向径向外侧施力。
需要说明的是，胀圈器20的从与周向垂直的方向观察的半径比油环主体10的装配槽14的半径稍小。
在一对轨道部12的朝向径向外侧的外周端，分别一体地设有台肩30。这些台肩30分别从对应的轨道部12的外周端朝向径向外侧突出并形成为在轨道部12的整周延伸的环状。
接下来，基于图3，说明台肩30的详情。需要说明的是，在上侧的轨道部12设置的台肩30与在下侧的轨道部12设置的台肩30基本上具有同一形状，因此以下，基于在上侧的轨道部12设置的台肩30进行说明。
台肩30具有朝向轴向的一方侧(燃烧室侧)的上侧的轴向侧部31和朝向轴向的另一方侧(曲轴室侧)的下侧的轴向侧部32。而且，在上述的轴向侧部31、32之间具有锥状部33和突起部34。
锥状部33形成为随着从将该油环1装配于活塞P时成为燃烧室侧的轴向的一方侧(在图3中为上侧)朝向轴向的另一方侧(在图3中为下侧)而逐渐扩径的锥形状。活塞P在压缩行程及排气行程中向图2中的上方移动时，在锥状部33与缸体C的内周面之间能够产生楔形效果。通过该楔形效果，能够容易向突起部34与缸体C的内周面之间供给油而有效地抑制突起部34的磨损。
例如图3中所示，锥状部33可以形成为随着从轴向的一方侧朝向另一方侧而逐渐扩径的圆锥面形状。这种情况下，锥状部33的相对于轴向的角度α优选为大于0°且55°以下。通过设为这样的角度范围，能够使锥状部33与缸体C的内周面之间有效地产生楔形效果，能够高效率地向突起部34与缸体C的内周面之间供给油。
需要说明的是，锥状部33并不局限于圆锥面形状，也可以采用例如弯曲成凹形状或凸形状的锥面形状等各种形状。
锥状部33的轴向长度L优选为0.05mm以上。由此，能够使锥状部33与缸体C的内周面之间有效地产生楔形效果，能够高效率地向突起部34与缸体C的内周面之间供给油。
锥状部33的轴向的一端经由第一弯曲部35而与上侧的轴向侧部31相连。另一方面，锥状部33的轴向的另一端与突起部34的轴向的一体相连，该突起部34的轴向的另一端经由第二弯曲部36而与下侧的轴向侧部32相连。
第一弯曲部35形成为将上侧的轴向侧部31与锥状部33之间平滑地相连的弯曲面，第二弯曲部36形成为将下侧的轴向侧部32与突起部34之间平滑地相连的弯曲面。这些弯曲部35、36的周向的垂直的截面处的外周面的形状能够成为圆弧状。这种情况下，各个弯曲部35、36的外周面的半径R优选为0.12mm以下。
突起部34的外周面例如图3所示，可以设为该外周面34a为半筒形状的结构。即，突起部34可以设为与周向垂直的截面形状成为半圆形状并形成为在轨道部12的整周延伸的环状的结构。
突起部34相对于锥状部33向与该锥状部33垂直的方向突出。因此，台肩30在突起部34处与缸体C的内周面进行滑动接触。需要说明的是，根据油环1的工作状态，除了突起部34之外，锥状部33有时也会与缸体C的内周面进行滑动接触。
这样，台肩30成为在其外周面具备锥状部33和突起部34并在突起部34处与缸体C的内周面进行滑动接触的结构，因此能够使突起部34与缸体C的内周面以高面压抵接。因此，通过突起部34，能够可靠地刮落附着于缸体C的内周面的油，能够减少使用该油环1的发动机的油上升即油消耗量。
另外，如上所述，在突起部34相邻地设置锥状部33，通过在该锥状部33与缸体C的内周面之间产生的楔形效果，能有效地向突起部34与缸体C的内周面之间供给油。因此，即便使突起部34以高面压与缸体C的内表面抵接，通过丰富地供给的油能够有效地抑制突起部34的磨损，由此，能够长期地减少油消耗量并减少发动机的燃料消耗率。
以突起部34与锥状部33的连接部分为基准的突起部34的径向高度H优选为0.018mm以上。由此，能够得到长期防止突起部34的磨损引起的消失，而长期地减少油消耗量并减少发动机的燃料消耗率的效果。
突起部34并不局限于图3所示的半筒形状，也可以例如图4所示，构成为其外周面34a为与轴向平行的圆筒面形状的形状。通过这样的结构，能够得到突起部34难以磨损，更长期地减少油消耗量并减少发动机的燃料消耗率的效果。
如图2所示，各轨道部12的外周端的未设置台肩30的部分形成为分别从轨道部12的朝向轴向外侧的侧面朝向台肩30而逐渐扩径的锥面40。通过上述的锥面40与缸体C的内周面之间产生楔形效果，能够更有效地向台肩30供给油。
在油环主体10的台肩30的表面也可以形成硬质层(硬质皮膜)。作为硬质层，可以采用例如具备氮化处理层、PVD处理层、硬质镀铬处理层及DLC层中的至少任1个层的结构。通过设置这样的硬质层，能够得到长期地防止突起部34的磨损引起的消失，而长期地减少油消耗量并减少发动机的燃料消耗率的效果。
需要说明的是，“PVD处理层”是指“通过物理气相生长(Physical VaporDeposition)而形成的层”，“DLC(Diamond Like Carbon)层”是指主要由烃或碳的同素异形体构成的非晶质的硬质碳膜。
【实施例】
为了确认本发明的效果，准备了本发明的实施例1、2的油环和用于与本发明进行比较的比较例的油环，对于上述的油环进行摩擦损失的测定试验和油消耗量的测定试验，并将其试验结果进行了比较。
实施例1的油环在图1～图3所示的形状中，设第一弯曲部的半径R为0.06mm，锥状部的相对于轴向的角度α为2°，锥状部的轴向长度L为0.05mm，突起部的径向高度H为0.018mm，第二弯曲部的半径R为0.06mm。
实施例2的油环在图1～图3所示的形状中，设第一弯曲部的半径R为0.12mm，锥状部的相对于轴向的角度α为55°，锥状部的轴向长度L为0.11mm，突起部的径向高度H为0.200mm，第二弯曲部的半径R为0.12mm。
相对于上述的实施例1、2的油环，比较例的油环在各轨道部的外周端未设置台肩，各轨道部的外周端以0.2mm的触抵宽度与缸体C的内周面进行滑动接触。
需要说明的是，实施例1、2的油环的触抵宽度根据表1所示的其他的尺寸而唯一决定，因此省略其记载。
实施例1、2及比较例的油环都装配于柴油发动机的活塞使用，其油环主体为JISSWRH77B相当的钢材制，其标称直径为φ86。而且，实施例1、2及比较例的油环都以使滑动接触面的面压成为2.0MPa的方式设定了油环主体与垫片膨胀器的组合张力。
摩擦损失的测定试验试验浮动内衬式的环单体往复移动试验机(孔径86mm，行程72mm)进行，通过摩擦平均有效压(FMEP：Friction Mean Effective Pressure)进行了评价。在该试验机中，作为油环的外周面进行滑动的对方件，使用了面粗糙度以十点平均粗糙度(Rz)成为2～4μm的铸铁的缸体内衬。
在该试验机的活塞依次装配实施例1、2的油环及比较例的油环，通过载荷测定用传感器测定了在活塞进行往复移动时从油环向缸体内衬施加的摩擦力。设测定时的转速为1500rpm，向缸体内衬的内表面供给的油的温度为25℃。
另一方面，油消耗量的测定试验使用水冷4循环的自然进气式的汽油发动机(4气缸，排气量2000cc)，通过在该发动机的活塞依次装配实施例1、2的油环及比较例的油环的实机试验来进行。试验条件为转速6500rpm，进行了全负载(WOT：Wide Open Throttle)运转及模式运转的反复。油消耗量根据进行了规定时间的测定试验的前后的油量来算出。
表1示出摩擦损失(摩擦平均有效压)和油消耗量的试验结果。任何的试验结果都以比较例为基准，以设该比较例的试验结果为100时的与该基准的比率表示。
【表1】
根据表1可知，本发明的实施例1、2的油环与比较例的油环相比都能够减少摩擦损失(摩擦平均有效压)及油消耗量。
另外，根据实施例1与实施例2的比较可知，通过使锥状部相对于轴向的角度α增加并使突起部的径向高度H增加，能够提高突起部对于磨损的耐久性，能够长期地减少油消耗量。
本发明没有限定为所述实施方式，在不脱离其主旨的范围内当然能够进行各种变更。
例如，在所述实施方式中，说明了将本发明的油环1装配于柴油发动机的活塞的情况，但是并不局限于此，在装配于汽油发动机的活塞的油环中也可以适用本发明。
另外，油环主体10的材质并不局限于钢材，也可以为其他的材质。
【标号说明】
1 油环
10 油环主体
10a 开口部
11 腹板部
12 轨道部
13 通油孔
14 装配槽
20 胀圈器
30 台肩
31 上侧的轴向侧部
32 下侧的轴向侧部
33 锥状部
34 突起部
34a 外周面
35 第一弯曲部
36 第二弯曲部
40 锥面
P 活塞
α 角度
C 缸体
L 轴向长度
R 半径
H 径向高度

Claims (7)

1.一种油环，具有：油环主体，具备腹板部和在该腹板部的轴向两侧一体地设置的一对轨道部，并形成为具备开口部的开口环形状；及胀圈器，装配于该油环主体的径向内侧部分而对所述油环主体朝向径向外侧施力，所述油环的特征在于，
在一对所述轨道部的外周端分别设置从该轨道部朝向径向外侧突出的台肩，
所述台肩具有：
一对轴向侧部，分别朝向轴向；
锥状部，在轴向的一端经由第一弯曲部而与一方的所述轴向侧部相连；及
突起部，在轴向的一端与所述锥状部的轴向的另一端相连，在轴向的另一端经由第二弯曲部而与另一方的轴向侧部相连，并且相对于所述锥状部而向与该锥状部垂直的方向突出。
2.根据权利要求1所述的油环，其特征在于，
所述突起部的外周面形成为半筒形状。
3.根据权利要求1所述的油环，其特征在于，
所述突起部的外周面形成为与轴向平行的圆筒面形状。
4.根据权利要求1所述的油环，其特征在于，
以所述突起部与所述锥状部的连接部分为基准的所述突起部的径向高度为0.018mm以上。
5.根据权利要求1所述的油环，其特征在于，
所述锥状部形成为相对于轴向以55°以下的角度倾斜的圆锥面形状。
6.根据权利要求1所述的油环，其特征在于，
所述第一弯曲部的外周面的半径及所述第二弯曲部的外周面的半径分别为0.12mm以下。
7.根据权利要求1所述的油环，其特征在于，
所述锥状部的轴向长度为0.05mm以上。
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