CN214616794U - 一种不对称刮片环及三组合活塞环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种不对称刮片环及三组合活塞环，包括上、下面相互平行的刮片环基体；所述刮片环基体外圆面由第一过渡圆弧段、大圆弧段、小圆弧段、第二过渡圆弧段依次连接构成，所述第一过渡圆弧段与所述刮片环基体上顶面相连，所述第二过渡圆弧段与所述刮片环基体下底面相连；所述刮片环基体内圆面设置有内圆圆弧,所述内圆圆弧与所述刮片环基体的上顶面、下底面通过第三过渡圆弧连接。本实用新型通过刮片环外圆面不对称桶面结构的参数的设计，实现外圆上侧布油面积增大，增加了在缸壁上的油膜厚度和均匀性，降低了环与缸壁的磨损；通过内圆圆弧的参数及过渡圆弧设计，增大刮片环内圆面圆弧与衬环接触面，降低了接触面压，有效改善了衬环的磨损。

Description

一种不对称刮片环及三组合活塞环

技术领域

本实用新型涉及活塞环领域，具体是一种不对称刮片环及三组合活塞环。

背景技术

三组合油环具有优越的侧面密封性和可以实轻量化设计等特点被更广泛采用，尤其在汽油机、气体机等高速机上成为主流设计。

三组合活塞环油环由上、下一对刮片环和中间衬环组成，通过中间衬环对刮片环提供向外的张力，使得刮片环外圆与气缸壁始终保持高度贴合，上下运动时起到对缸壁刮油的功能。油环随着活塞的往复上下运动，刮片环的内圆面与衬环的耳部支撑部位始终充分接触并形成摩擦副，刮片的外圆面与气缸壁形成摩擦副。现有的刮片环是由一个矩形和两个半圆形组成的近似椭圆形结构。随着汽车爆发压力的提升和对对摩擦要求的提升，这种刮片环存在以下不足之处：1)目前常见的刮片环外圆面为对称的半圆形结构，刮片环上行布油面与下行刮油面对称，由于刮片环非常薄(一般在0.3～0.6mm),这使得布油面很小，在缸壁上形成的润滑油膜厚度均匀性差，越靠近油环上止点，油膜越薄，甚至出现无油膜现象，影响润滑效果，容易引起刮片环和缸套磨损大而且拉缸风险高；2)由于刮片环内圆面与衬环耳部一直处于摩擦，造成了衬环耳部的过度磨损，衬环耳部磨损后，环的组合张力会出现减少，影响刮油效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种不对称刮片环及三组合活塞环，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种不对称刮片环及三组合活塞环，包括：

上、下面相互平行的刮片环基体；所述刮片环基体外圆面由第一过渡圆弧段、大圆弧段、小圆弧段、第二过渡圆弧段依次连接构成，所述第一过渡圆弧段与所述刮片环基体上顶面相连，所述第一过渡圆弧段半径为R3，所述第二过渡圆弧段与所述刮片环基体下底面相连,所述第二过渡圆弧段半径为R4，所述大圆弧段半径为R1，大圆弧段顶端到所述刮片环基体下底面的距离为h2，大圆弧段的水平宽度为t1，所述小圆弧段半径为R2，小圆弧段顶端至所述刮片环基体下底面的距离为h1，所述小圆弧段底端至所述刮片环基体下底面的距离为h3，小圆弧段的水平宽度为t2；所述刮片环基体内圆面设置有内圆圆弧,所述内圆圆弧与所述刮片环基体的上顶面、下底面通过第三过渡圆弧连接，所述内圆圆弧半径为 R5，所述第三过渡圆弧半径为R6；具有以下关系式：

R1＝1.8H～2.3H

R2＝0.1～0.3H

R3＝0.05～0.1mm

R4＝0.05～0.3mm

h1＝0.2H～0.35H

h2＝0.65H～0.85H

h3＝0.15H～0.3H

t1＝10～35μm

t2＝1～8μm

R5＝0.3～0.4mm

R6＝0.05～0.15mm

其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.6mm。

作为本实用新型进一步的方案：所述不对称刮片环的宽度为T,T的范围为 1.4mm～3.8mm。

作为本实用新型进一步的方案：所述刮片环基体外圆面的第一过渡圆弧段、大圆弧段、小圆弧段、第二过渡圆弧段表面设置有耐磨涂层。

作为本实用新型进一步的方案：所述耐磨涂层为氮化层、镀铬层、陶瓷复合镀层、类金刚石涂层中的任一种。

作为本实用新型进一步的方案：所述刮片环基体内圆面的内圆圆弧、第三过渡圆弧表面设置有氮化耐磨层。

作为本实用新型进一步的方案：所述刮片环基体的上顶面及下底面设置有磷化或氧化保护层。

一种三组合活塞环，包括：工字型的衬环，以及设置在所述衬环上下表面的如上述所述的不对称的刮片环。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构新颖，通过刮片环外圆面不对称桶面结构的参数的设计，实现外圆上侧布油面积增大，储油量增大，增加了在缸壁上的油膜厚度和均匀性，提高了润滑条件，降低了环与缸壁的摩擦磨损，保护了环与缸套的摩擦面而且降低摩擦噪音，刮片下行时布油面积小，使得缸套表面油膜厚度减少，降低残余润滑油，且使得外圆面与缸套壁的接触面减少，接触面压增大，提高了刮片环的刮油效果，进一步降低了发动机的机油耗；通过内圆圆弧的参数及过渡圆弧设计，增大刮片环内圆面圆弧与衬环接触面，降低了接触面压，有效改善了衬环的磨损。

附图说明

图1为本实用新型刮片环尺寸示意图；

图2为本实用新型刮片环截面示意图；

图3为刮片环的装配示意图；

图4为传统刮片环截面示意图。

图中：1-刮片环基体、2-第一过渡圆弧段、3-大圆弧段、4-小圆弧段、5- 第二过渡圆弧段、6-内圆圆弧、7-第三过渡圆弧、8-衬环、9-刮片环、10-缸套。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1、2，本实用新型实施例中，一种不对称刮片环，包括上、下面相互平行的刮片环基体1；所述刮片环基体外圆面由第一过渡圆弧段2、大圆弧段3、小圆弧段4、第二过渡圆弧段5依次连接构成，所述第一过渡圆弧段2与所述刮片环基体1上顶面相连，所述第一过渡圆弧段半径为R3，所述第二过渡圆弧段5与所述刮片环基体1下底面相连,所述第二过渡圆弧段半径为R4，所述大圆弧段3半径为R1，大圆弧段顶端到所述刮片环基体下底面的距离为h2，大圆弧段的水平宽度为t1，所述小圆弧段4半径为R2，小圆弧段顶端至所述刮片环基体下底面的距离为h1，所述小圆弧段底端至所述刮片环基体下底面的距离为h3，小圆弧段的水平宽度为t2；所述刮片环基体1内圆面设置有内圆圆弧 6,所述内圆圆弧与所述刮片环基体的上顶面、下底面通过第三过渡圆弧7连接，所述内圆圆弧半径为R5，所述第三过渡圆弧半径为R6；具有以下关系式：

R1＝1.8H～2.3H

R2＝0.1～0.3H

R3＝0.05～0.1mm

R4＝0.05～0.3mm

h1＝0.2H～0.35H

h2＝0.65H～0.85H

h3＝0.15H～0.3H

t1＝10～35μm

t2＝1～8μm

R5＝0.3～0.4mm

R6＝0.05～0.15mm

其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.6mm。

具体的，本实用新型的刮片环9的宽度为T,T的范围为1.4mm～3.8mm，所述刮片环基体1的上顶面及下底面设置有磷化或氧化保护层。

具体的，所述刮片环基体1外圆面的第一过渡圆弧段2、大圆弧段3、小圆弧段4、第二过渡圆弧段5表面设置有耐磨涂层，所述耐磨涂层为氮化层、镀铬层、陶瓷复合镀层、类金刚石涂层中的任一种，所述刮片环基体外圆面由第一过渡圆弧段2、大圆弧段3、小圆弧段4、第二过渡圆弧段5依次连接构成，所述刮片环基体1外圆面与所述缸套10的内壁相接触，通过对第一过渡圆弧段2、大圆弧段3、小圆弧段4、第二过渡圆弧段5的尺寸选择，减小了外圆面与缸套 10内壁的接触面，增大了接触面压，从而提高了刮片环的刮油效果，且由于大圆弧段3与小圆弧段4的参数选择所得到的外圆面不对称桶面结构，实现外圆上侧布油面积增大，储油量增大，增加了在缸壁上的油膜厚度和均匀性，提高了润滑条件，降低了环与缸壁的摩擦磨损，保护了环与缸套的摩擦面而且降低摩擦噪音，刮片下行时布油面积小，使得缸套表面油膜厚度减少，降低残余润滑油，进一步降低了发动机的机油耗。

具体的，所述刮片环基体1内圆面与衬环8相接，所述刮片环基体1的内圆圆弧6、第三过渡圆弧7表面设置有氮化耐磨层，所述内圆圆弧6半径R5＝0.3～0.4mm，其与所述刮片环基体1上顶面、下底面通过第三过渡圆弧7相连，第三过渡圆弧R6＝0.05～0.15mm，通过内圆圆弧与第三过渡圆弧的半径参数选择，使得内圆圆弧6与衬环8接触面增大、接触面压降低，有效改善了衬环的磨损情况。

请参阅图3，一种三组合活塞油环，包括工字型的衬环8，以及设置在所述衬环上下表面的如上述所述不对称的刮片环9。

实施例1

实施例1采用的刮片环尺寸如下：刮片环高H＝0.3mm，刮片环宽度T＝1.4mm，大圆弧段R1＝0.54mm，小圆弧段R2＝0.03mm,第一过渡圆弧段R3＝0.05mm,第二过渡圆弧段R4＝0.05mm，内圆圆弧R5＝0.30mm,第三过渡圆弧R6＝0.05mm,大圆弧段的水平宽度t1＝10um，小圆弧段的水平宽度t2＝1μm，小圆弧段顶端至所述刮片环基体下底面的距离h1＝0.06mm，大圆弧段顶端到所述刮片环基体下底面的距离 h2＝0.195mm，小圆弧段底端至所述刮片环基体下底面的距离h3＝0.045mm。

实施例2

实施例1采用的刮片环尺寸如下：刮片环高H＝0.4mm，刮片环宽度T＝1.8mm，大圆弧段R1＝0.8mm，小圆弧段R2＝0.12mm,第一过渡圆弧段R3＝0.08mm,第二过渡圆弧段R4＝0.18mm，内圆圆弧R5＝0.35mm,第三过渡圆弧R6＝0.1mm,大圆弧段的水平宽度t1＝23um，小圆弧段的水平宽度t2＝5μm，小圆弧段顶端至所述刮片环基体下底面的距离h1＝0.1mm，大圆弧段顶端到所述刮片环基体下底面的距离 h2＝0.51mm，小圆弧段底端至所述刮片环基体下底面的距离h3＝0.08mm。

实施例3

实施例1采用的刮片环尺寸如下：刮片环高H＝0.6mm，刮片环宽度T＝3.8mm，大圆弧段R1＝1.38mm，小圆弧段R2＝0.3mm,第一过渡圆弧段R3＝0.1mm,第二过渡圆弧段R4＝0.3mm，内圆圆弧R5＝0.4mm,第三过渡圆弧R6＝0.15mm,大圆弧段的水平宽度t1＝35um，小圆弧段的水平宽度t2＝8μm，小圆弧段顶端至所述刮片环基体下底面的距离h1＝0.21mm，大圆弧段顶端到所述刮片环基体下底面的距离 h2＝0.51mm，小圆弧段底端至所述刮片环基体下底面的距离h3＝0.18mm。

对比例1

请参阅图4，为传统刮片环的截面示意图，其刮片环的内圆面和外圆面均为半圆形，该半圆形的半径为该传统油环刮片环高的0.5倍，该传统刮片环的高度为0.3mm、宽度为1.4mm、内圆侧圆弧半径为0.15mm，外圆侧圆弧半径为0.15mm。

对比例2

本对比例传统刮片环的内圆面和外圆面均为半圆形，该半圆形的半径为该传统油环刮片环的0.5倍，该传统刮片环的高度为0.4mm、宽度为1.8mm、内圆侧圆弧半径为0.2mm，外圆侧圆弧半径为0.2mm。

对比例3

本对比例传统刮片环的内圆面和外圆面均为半圆形，该半圆形的半径为该传统油环刮片环的0.5倍，该传统刮片环的高度为0.6mm、宽度为3.8mm、内圆侧圆弧半径为0.3mm，外圆侧圆弧半径为0.3mm。

实验

将实施例1的刮片环与对比例1的刮片环置于同款发动机上进行500小时的台架测试；将实施例2的刮片环与对比例2的刮片环置于同款发动机上进行400 小时的台架测试；将实施例3的刮片环与对比例3的刮片环置于同款发动机上进行500小时的台架测试，得到如下表1结果：

表1

由表1可以看出，本实用新型通过选择各部位恰当的尺寸范围进而改善发动机的机油耗、降低刮片环外圆面磨损和衬环耳部磨损，本实用新型相比和其同尺寸的传统活塞环，油耗、刮片环外圆面磨损量、与刮片环配对的衬环耳部磨损量均得到了降低。

本实用新型结构新颖，运行稳定，本实用新型在使用时，如图3，将不对称的两个刮片环9和中间的衬环8组合在一起，放入活塞油环凹槽处即可。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种不对称刮片环，其特征在于，包括：

上、下面相互平行的刮片环基体(1)；所述刮片环基体外圆面由第一过渡圆弧段(2)、大圆弧段(3)、小圆弧段(4)、第二过渡圆弧段(5)依次连接构成，所述第一过渡圆弧段(2)与所述刮片环基体(1)上顶面相连，所述第一过渡圆弧段半径为R3，所述第二过渡圆弧段(5)与所述刮片环基体(1)下底面相连,所述第二过渡圆弧段半径为R4，所述大圆弧段(3)半径为R1，大圆弧段顶端到所述刮片环基体下底面的距离为h2，大圆弧段的水平宽度为t1，所述小圆弧段(4)半径为R2，小圆弧段顶端至所述刮片环基体下底面的距离为h1，所述小圆弧段底端至所述刮片环基体下底面的距离为h3，小圆弧段的水平宽度为t2；所述刮片环基体(1)内圆面设置有内圆圆弧(6),所述内圆圆弧与所述刮片环基体的上顶面、下底面通过第三过渡圆弧(7)连接，所述内圆圆弧半径为R5，所述第三过渡圆弧半径为R6；具有以下关系式：

R1＝1.8H～2.3H

R2＝0.1～0.3H

R3＝0.05～0.1mm

R4＝0.05～0.3mm

h1＝0.2H～0.35H

h2＝0.65H～0.85H

h3＝0.15H～0.3H

t1＝10～35μm

t2＝1～8μm

R5＝0.3～0.4mm

R6＝0.05～0.15mm

其中，H为所述刮片环基体高，H的取值范围为0.3mm～0.6mm。

2.根据权利要求1所述的一种不对称刮片环，其特征在于，不对称刮片环的宽度为T,T的范围为1.4mm～3.8mm。

3.根据权利要求1所述的一种不对称刮片环，其特征在于，所述刮片环基体(1)外圆面的第一过渡圆弧段(2)、大圆弧段(3)、小圆弧段(4)、第二过渡圆弧段(5)表面设置有耐磨涂层。

4.根据权利要求3所述的一种不对称刮片环，其特征在于，所述耐磨涂层为氮化层、镀铬层、陶瓷复合镀层、类金刚石涂层中的任一种。

5.根据权利要求1所述的一种不对称刮片环，其特征在于，所述刮片环基体(1)内圆面的内圆圆弧(6)、第三过渡圆弧(7)表面设置有氮化耐磨层。

6.根据权利要求1所述的一种不对称刮片环，其特征在于，所述刮片环基体(1)的上顶面及下底面设置有磷化保护层或氧化保护层。

7.一种三组合活塞环，其特征在于，包括：工字型的衬环(8)，以及设置在所述衬环上下表面的如上述权利要求1-6任一项所述的不对称刮片环(9)。

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