CN107429842B - 组合控油环 - 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产生间隔扩张器与侧轨间的固定，能维持优异的油控制功能的汽车发动机用的组合控油环，在由上下一对侧轨及在轴向波形形成有山部和谷部的间隔扩张器构成的组合控油环中，使所述间隔扩张器的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，与所述侧轨相对的所述中间部具有至少一个槽部，所述槽部在大致圆周方向上延长且在半径方向上为凹形状。

Description

组合控油环
技术领域
本发明涉及在内燃机的活塞装配的组合控油环，尤其是涉及由上下一对侧轨和在轴向波形形成有山部和谷部的间隔扩张器构成的组合控油环。
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，曝露在窜气下，由此在润滑油中成为烃的未燃烧物质或油添加剂的改性物(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前驱体。)混杂的状态。当油泥附着/堆积于发动机零件时，使零件磨损或将润滑油的通路闭塞，有时会给组合控油环(以下，只要未特别说明就称为“油环”。)等发动机零件的功能造成障碍。在油环中，在特别严重的情况下，间隔扩张器与侧轨发生固定，阻碍分离的侧轨的动作而无法充分地发挥油控制功能。
如图4(b)所示，以往的油环由具有开口的一对圆环状侧轨(120a、120b)和对侧轨进行支承的间隔扩张器(101)构成。而且，如图4(a)所示，间隔扩张器在轴向波形由山部(102)、谷部(103)、以及将山部和谷部连结的腿部(104)构成。在山部及谷部的内周侧形成有耳部(105a、105b)，在外周侧形成有对侧轨进行支承的突起部(106a、106b)，在耳部与突起部之间形成有凹陷的中间部(107a、107b)。当将间隔扩张器与侧轨组合时，在耳部、突起部、中间部、侧轨之间形成间隙(108a、108b)。
油环利用间隔扩张器(101)的耳部(105a、105b)的角度，利用半径方向及轴向的分力来按压侧轨(120a、120b)，在缸壁面及活塞的环槽侧面发挥密封功能。尤其是减小了轴向宽度尺寸(h1)的窄幅油环由于对于缸壁面的追随性良好且也具有侧密封功能，因此即使在低张力下也不会使油消耗增加而能够降低摩擦损失。然而，在油环中，在前述的间隔扩张器与侧轨之间的间隙(108a、108b)容易堆积油泥，尤其是在窄幅化的情况下该间隙非常窄，因此由于堆积的油泥而侧轨(120a、120b)固定于间隔扩张器(101)的可能性升高。当固定发生时，侧轨的向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，现有技术公开了在间隔扩张器或侧轨的表面实施固定防止用的涂层的方法、使间隔扩张器在构造上成为油泥难以堆积的形状的方法。
例如，专利文献1或专利文献2公开了涂敷氟系的树脂覆膜或含有氟系树脂的树脂覆膜的方法，专利文献3公开了涂敷包含氟烷基置换醇盐的覆膜的方法，专利文献4公开了涂敷包含无机聚硅氮烷的前驱体聚合物的亲水性覆膜的方法，专利文献5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讨的固定防止方法。
另一方面，作为构造上的对策，在专利文献6公开了将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间隔扩张器的山部及谷部的各中央部分(中间部)的油环，在专利文献7或专利文献8公开了在中间部沿径向形成有槽且在耳部形成有与该槽连通的贯通孔作为油的流出口的构造的间隔扩张器，专利文献9公开了将山部与谷部连结的腿部的从轴向起的倾斜角度θ为15°以上，且通过缩短山部和谷部的圆周方向长度而使油泥难以堆积于中间部与侧轨之间的间隙的构造的间隔扩张器。
然而，在专利文献1～5的实施涂层的方法中，多余的工序增加而导致成本上升，即便是专利文献6的穿设方法也是加工困难且高价。而且，在专利文献7～8那样的在中间部形成槽的方法中，在发动机停止时，油滞留于槽部，因此油泥容易堆积，在使发动机的运转停止反复那样的运转模式下，耐久性无法说是充分的。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-310299号公报
专利文献2：日本特开2003-254155号公报
专利文献3：日本特开2000-027995号公报
专利文献4：日本特开2006-258110号公报
专利文献5：WO2011/043364A1号公报
专利文献6：日本实开昭59-127856号公报
专利文献7：美国专利第5195758号公报
专利文献8：日本特开2011-185383号公报
专利文献9：日本特开2013-245780号公报
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，也不会产生间隔扩张器与侧轨间的固定，能维持优异的油控制功能的汽车发动机用的组合控油环。
用于解决课题的方案
本发明者们关于在装配有油环的活塞的油环槽滞留的油向形成于油环槽内径侧的油返回孔流入的状况进行了数值流体解析，其结果是，发现了油的流速或流量与间隔扩张器的中间部和侧轨之间的间隙的体积存在密切的关系。此外，考虑到油返回孔的个数远少于间隔扩张器的山部及谷部的个数的情况，着眼于为了防止油泥的堆积而间隔扩张器的圆周方向的油的流动比半径方向的油的流动更重要的情况，从而能够想到使间隔扩张器的中间部和侧轨的间隙的体积比较大，且与间隔扩张器的半径方向相比还不如使油沿圆周方向容易流动的构造的本发明的组合控油环。
即，本发明的组合控油环由上下一对侧轨及在轴向波形形成有山部和谷部的间隔扩张器构成，其特征在于，所述间隔扩张器的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，与所述侧轨相对的所述中间部具有至少一个槽部，所述槽部在大致圆周方向上延长且在半径方向上为凹形状。所述槽部的深度(d)优选相对于组合宽度尺寸(h1)为0.5～20％。
另外，所述槽部优选在大致圆周方向上为凸形状。这种情况下，所述槽部的凸形状顶点的槽深度(d’)也优选相对于组合宽度尺寸(h1)为0.5～20％。
另外，所述槽部虽然也可以由曲面构成，但是为了可靠地取得凹部或凸部的斜度而优选由多个平面构成。
发明效果
本发明的油环在间隔扩张器的中间部具有在大致圆周方向上延长且在半径方向上为凹形状的槽部，由于该槽部的存在，能够实质上扩大中间部与侧轨之间的间隙。而且，通过使油的流动成为中间部的圆周方向，与专利文献7或专利文献8中作为油的流出孔而公开的耳部的贯通孔相比，能够使油向远大于该贯通孔的空间的间隔扩张器的谷部流动，能够防止油的滞留。如果所述槽部在大致圆周方向上为凸形状，则中间部的油容易向圆周方向两侧流动，如果与固定防止用的树脂被膜或Ni等的金属被膜组合，则发挥更优异的油的滞留防止效果。由此，即使在窄幅、低张力规格的油环中，也能够防止油泥的堆积。在构造上，即使在使发动机停止时，油也不会滞留于间隔扩张器与侧轨之间的间隙，在使发动机的运转停止反复这样的运转模式下也能够表现出充分的耐久性。
附图说明
图1(a)是表示构成本发明的油环的间隔扩张器的一例的一部分的立体图。
图1(b)是表示将图1(a)的间隔扩张器与侧轨组合而成的本发明的油环的剖视图。
图2是表示构成本发明的油环的间隔扩张器的另一例的一部分的立体图。
图3(a)是表示构成本发明的油环的间隔扩张器的又一例的一部分的立体图。
图3(b)是表示将图3(a)的间隔扩张器与侧轨组合而成的本发明的油环的剖视图。
图4(a)是表示以往的间隔扩张器的一部分的立体图。
图4(b)是表示以往的油环的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的油环的实施方式。
图1(a)及图1(b)示出构成本发明的油环的间隔扩张器的一实施方式。间隔扩张器(11)与以往的间隔扩张器同样，山部及谷部由耳部(12a、12b)、突起部(13a、13b)及中间部(14a、14b)构成，但是与侧轨相对的中间部构成一个槽部，该槽部是在大致圆周方向上穿过的凹槽，在半径方向上具有圆弧状的凹形状。在该结构中，槽部由曲面构成。通过该形状，间隔扩张器中间部与侧轨之间的间隙(15a、15b)扩大。作为表示所述间隙的大小的一指标，可列举槽部的深度(d)，但是槽部的深度(d)优选相对于组合标称宽度(h1)而为0.5～20％。具体而言，优选为0.05mm以上，作为上限而优选不超过0.5mm。
图2示出另一实施方式的中间部具有多个槽部的间隔扩张器(21)。
图3(a)及图3(b)示出进而又一实施方式的间隔扩张器(31)，中间部(34a、34b)形成由多个平面构成的槽部，在大致圆周方向上呈倒V形状的凸形状，而且在半径方向上呈V形状的凹形状。基本上通过半径方向V形的凹形状而使间隔扩张器中间部与侧轨之间的间隙(35a、35b)扩大，另一方面，通过在大致圆周方向上形成为凸形状而使中间部的油容易向圆周方向两侧流动。所述槽部的凸形状顶点的槽深度(d’)优选相对于组合宽度尺寸(h1)而为0.5～20％。具体而言，优选为0.05mm以上，作为上限而优选不超过0.5mm。
上述的间隔扩张器通过对线材的塑性加工而能够形成。
实施例
实施例1
由0.35mm×1.72mm的SUS440线材来成形侧轨，由0.25mm×1.9mm的SUS304线材来成形间隔扩张器，制造了组合油环的标称直径(d1)成为71mm、组合标称宽度(h1)成为2.0mm、组合厚度(a1)成为2.3mm的组合油环。从间隔扩张器的山部(谷部)至山部(谷部)的间距为2.7mm，中间部的槽部为图1(a)及图1(b)所示的曲面形状，槽部的深度(d)为0.1mm。需要说明的是，间隔扩张器中间部的槽部最深部与侧轨之间的间隙(15a、15b)为0.2mm。
实施例2
除了图3(a)及图3(b)所示那样的将间隔扩张器的中间部的槽部设为由4个平面构成的在周向上为凸形状的槽部以外，与实施例1同样地制造了组合油环。在此，所述槽部的凸形状顶点的槽深度(d’)为0.1mm。需要说明的是，在间隔扩张器中间部的最深部形成的顶点部与侧轨之间的间隙(15a、15b)为0.2mm。
比较例1
除了图4(a)及图4(b)所示那样的平坦且不具有槽部的中间部的以往的间隔扩张器以外，与实施例1同样地制造了组合油环。在此，从突起部的侧轨支承面至中间部的距离为0.1mm。
实施例3
对于实施例1中使用的间隔扩张器用SUS304线材实施使用了氨基磺酸浴的由半光泽Ni镀敷和光泽Ni镀敷构成的Ni镀敷，进行了600℃、30秒的软化热处理。得到的Ni镀敷被膜为膜厚5μm、硬度214HV0.01。除了使用该Ni镀敷被膜包覆线材以外，与实施例1同样地制造了组合油环。
实施例4
除了使用实施例3使用的Ni镀敷被膜包覆线材以外，与实施例2同样地制造了组合油环。
[1]实机试验
将实施例1～2及比较例1的组合油环分别装配于1升3气缸发动机的第一个气缸至第三个气缸。使用该发动机反复进行规定的模式的运转条件而进行实机试验。在250小时之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。试验次数关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，外周面氮化铬离子喷镀处理
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
关于实施例3～4及比较例1的组合油环，使用上述1升3气缸发动机，与实施例1～2及比较例1的情况同样地进行了实机试验。
[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，在将活塞从缸拔出的状态下，测定油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)(实机试验前与自由状态的开口间隙相等)之比(S2/S1)。关于上下各自的侧轨，求出S2/S1，算出了3次(关于比较例1为6次)的实机试验的平均值。
(2)油泥附着量的测定
在实机试验结束后，从活塞拆下油环，在电气炉中以200℃进行1小时干燥，在干燥器中冷却至室温，之后测定了油环的质量。算出与预先测定出的实机试验前的油环的质量之差，将3次(关于比较例1为6次)的实机试验的平均值作为油泥附着量。
实施例1～4及比较例1的实机试验结果如表1所示。关于开口间隙，将比较例1的S2/S1设为100而以相对值来表示，关于油泥附着量，也将比较例1的碳泥附着量设为100而以相对值表示。
[表1]
S<sub>2</sub>/S<sub>1</sub> 附着量
实施例1 220 78
实施例2 300 49
实施例3 255 54
实施例4 320 43
比较例1 100 100
根据表1，与比较例1的实机试验后的开口间隙及油泥附着量相比，开口间隙在实施例1～2中增大为约2.2～3.0倍，在实施例3～4中增大为2.55～3.2倍，油泥附着量在实施例1～2中降低至49～78％，在实施例3～4中降低至43～54％。在比较例1中，因油泥的堆积而侧轨受到限制，因此即使在将活塞从缸拔出的状态下，开口也难以返回(扩展为)原来的状态，相对于此，在实施例1～4中，油泥的附着/堆积降低，由此，油环的限制的程度减少，可认为与比较例1相比更接近运转前的状态而扩展。而且如实施例2及4那样通过将槽部在大致圆周方向上形成为凸形状，进而如实施例3及4那样通过与具有固定防止功能的Ni被膜的组合，观察到显著的油泥附着量的减少。
标号说明
11、21、31 间隔扩张器
12a、12b、32a、32b、105a、105b 耳部
13a、13b、33a、33b、106a、106b 突起部
14a、14b、34a、34b、107a、107b 中间部
15a、15b、35a、35b、108a、108b 间隙
102 山部
103 谷部
104 腿部
120a、120b 侧轨

Claims (3)

1.一种组合控油环，由上下一对侧轨及在轴向波形形成有山部和谷部的间隔扩张器构成，所述组合控油环的特征在于，
所述间隔扩张器的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，与所述侧轨相对的所述中间部具有至少一个槽部，所述槽部在大致圆周方向上延长且在半径方向上为凹形状，
所述槽部在大致圆周方向上为凸形状。
2.根据权利要求1所述的组合控油环，其特征在于，
所述槽部的凸形状顶点的槽深度(d’)相对于组合宽度尺寸(h1)为0.5～20％。
3.根据权利要求1或2所述的组合控油环，其特征在于，
所述槽部由多个平面构成。
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