CN215213707U - 一种具有dlc涂层的台阶油带油环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有DLC涂层的台阶油带油环，油环内侧面有弹簧槽，外侧面有集油槽；外侧面设有两条刮油带，分别位于集油槽两侧，刮油带横截面为台阶面，台阶面上有DLC涂层，DLC涂层与基体之间有铬制成的过渡层。台阶面包括第一台阶面和第二台阶面，第一台阶面为工作面，第一台阶面和第二台阶面由过渡面连接，第二台阶面和过渡面为锥面。本实用新型能够减小实际工作油带宽度，在保证接触压力的前提下降低了切向弹力，进而降低了环与气缸的摩擦功耗；通过外圆面上具有低摩擦系数和自润滑性能、坚硬耐磨的涂层进一步降低摩擦功耗并且提高耐磨性，满足整机长寿命的要求。

Description

一种具有DLC涂层的台阶油带油环

技术领域

本实用新型涉及一种用于内燃机的油环，尤其涉及一种具有DLC涂层的台阶油带油环。

背景技术

内燃机活塞环通常由三道环组成，包括第一道压缩环、第二道压缩环和油环。活塞环是发动机内的运动件，内燃机工作时活塞环做往复高速运动，它需要由机油进行润滑并具有长期可靠的使用性能。油环的功能是控制机油消耗，防止过多的机油用于各道环的润滑并窜入燃料室被烧尽，否则将带来机油耗过大和颗粒排放超标的问题。随着排放法规的严格化和对燃料经济性的重要考量，现代新型内燃机要求使用极低粘度的机油、极浅网纹的气缸、极低弹力的活塞环，以减小摩擦功耗和提高机械效率，同时还要达到极低的机油耗指标，以降低颗粒排放。因此，各道环都承担了更加重要的责任，其中油环的改善潜力最大，因为油环在各道环中的弹力占比最大、结构也最复杂，根据油环的技术发展规律，其总体改善方向是：降低弹力、提高耐磨性和提高可靠性。

传统的油环，在ISO6625、ISO6626、ISO6626-2、ISO6626-3标准中已有描述，现有技术中已有采用异形刮油带、采用新的涂层等改善手段；如公告号为CN208381290U的实用新型专利提供了一种低弹力高刮油能力的铸铁油环，其外圆刮油带工作面具有耐磨涂层，比如镀铬层、铬与陶瓷复合镀层、铬与金刚石复合镀层、DLC层、PVD层之中的至少一种，但该结构的实际工作油带宽度较大，会导致油环与气缸的摩擦功耗较大；公告号为CN202250455U的实用新型专利提供了一种锥面活塞油环，其刮油刃为阶梯状凸台，表面有镀、氮化、CKS或PVD涂层，但其所用涂层不能满足高耐磨的要求。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种耐磨性能优良的油环。

技术方案：本实用新型的具有DLC涂层的台阶油带油环内侧面有弹簧槽，外侧面有集油槽；油环外侧面设有两条刮油带，刮油带分别位于集油槽两侧，刮油带横截面为台阶面，台阶面上有厚度为0.015mm～0.04mm的DLC涂层。

台阶面包括第一台阶面和第二台阶面，第一台阶面为工作面，第一台阶面和第二台阶面由过渡面连接；其中，第二台阶面为与油环的径向夹角为0～12°的锥面；过渡面为与第一台阶面夹角为20～40°的锥面；刮油带的名义宽度为h5＝0.18～0.42mm，第一台阶面宽度为h55＝0.03～0.18mm。

油环的基体在环高h1≤2.5时，由球墨铸铁制成；环高h1＞2.5时，采用球墨铸铁或具有合金成分的合金铸铁材料制成，DLC涂层与基体之间有铬制成的过渡层，过渡层厚度不大于2μm。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：减小了实际工作油带宽度，在保证接触压力的前提下降低了切向弹力，进而降低了环与气缸的摩擦功耗；通过外圆面上具有低摩擦系数和自润滑性能、坚硬耐磨的涂层进一步降低摩擦功耗并且提高耐磨性，满足整机长寿命的要求，对于重卡柴油机而言，能够达到150万公里以上的B10寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的的结构剖面图；

图2为本实用新型实施例一的刮油带结构图；

图3为本实用新型的工作位置示意图；

图4为本实用新型的耐磨性试验结果图；

图5为本实用新型实施例二的刮油带结构示意图；

图6为本实用新型实施例三的刮油带结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1-3所示，本实用新型是一种具有DLC涂层的台阶油带油环，安装在内燃机活塞的环槽中，其内表面有容纳弹簧的弹簧槽，外表面具有集油槽，集油槽两侧有刮油带，当装有弹簧的油环装入气缸后，弹簧受到压缩，从而向油环施加张力，使刮油带的工作面抵接在气缸壁上，从而能够刮除机油。

如图1所示，实施例一的油环刮油带位于集油槽两侧，截面为台阶面，台阶面上有DLC涂层，包括第一台阶面和第二台阶面，其中第一台阶面为工作面，第一台阶面和第二台阶面由过渡面连接。

本实用新型在环高h1≤2.5时，采用球墨铸铁作为基体材料；环高h1＞2.5时，采用球墨铸铁或具有合金成分的合金铸铁作为基体材料。

本实用新型是采用基体材料制成油环的基本结构后，对第一台阶面进行DLC(类金刚石碳膜)涂层处理而成的，涂层具有以下特征：

1、具有碳黑色的外观。

2、系采用多弧离子镀的方式将碳膜沉积于油环的外圆面。

3、涂层中不含氢，涂层金相组织为非晶态。

4、涂层硬度：2000～3000HV0.025。

5、涂层与基体材料之间有一厚度不超过2.0μm的铬层，它作为过渡层，以提高涂层与基体材料之间的结合强度。

成品的涂层总厚度：0.015mm～0.04mm，优选0.02～0.03mm。

油环的名义油带宽度h5＝0.18～0.42mm，优选0.18～0.32mm；实际与气缸接触的油带宽度，即第一台阶面的宽度h55＝0.03～0.18mm，优选0.05～0.15mm。

台阶面的台阶深度t＝0.01～0.08mm，优选0.03～0.07mm。

DLC层的厚度：0.015mm～0.04mm，优选0.02～0.03mm。

第二台阶面为锥面，与第一台阶面成夹角α＝0～12°，优选4～12°。

过渡面与环的端面成夹角β＝20～40°，优选25～35°。

本实用新型的适用缸径为60～160mm。

第一台阶面两侧的棱边加工有倒圆，圆弧半径R＝0.02～0.1mm。

除了外圆油带外，外圆槽、外倒角斜面处也可有DLC涂层，上述结构的设置使得加工过程中可以对整个外圆暴露表面同时实施DLC处理，提升了加工的方便性。弹簧槽形状、油孔形状、弹簧类型可根据实际需求设置。

图4为结构相同但工作面涂层不同的油环耐磨性能的实验数据，采用转速为800rpm，行程为110mm的快速磨损试验机；掺入了万分之六的500目的Al₂O₃磨粒，富油状态的机油在110mm缸径、硬度300HB、由贝氏体材料制成且具有平台珩磨网纹的气缸套中对除涂层不同外其余状态相同的油环进行16h的磨损试验，通过检查试验前后的闭口间隙差值来评估耐磨性，根据实验数据可见，采用DLC涂层的本实用新型经过上述试验，闭口间隙几乎没有增大，而采用其他涂层的油环，闭口间隙均有不同程度的增大，因此本实用新型具有优于采用其他涂层油环的磨损性能。

在具体实施过程中，油带的具体结构可根据实际需求设置，如图5-图6分别为本实用新型实施例二和实施例三的刮油带结构示意图，图中两个刮油带以弹簧槽和集油槽的中心线为轴对称设置，实施例二的第一台阶面位于内侧，第二台阶面位于外侧；实施例三的第一台阶面位于外侧，台阶面位于内侧。

Claims (9)

1.一种具有DLC涂层的台阶油带油环，所述油环内侧面有弹簧槽，外侧面有集油槽；其特征在于，所述油环外侧面设有两条刮油带，所述刮油带分别位于集油槽两侧，所述刮油带横截面为台阶面，所述台阶面包括第一台阶面和第二台阶面，所述第一台阶面为工作面，所述第一台阶面和第二台阶面由过渡面连接。

2.根据权利要求1所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述台阶面上有DLC涂层。

3.根据权利要求1所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述第二台阶面为与第一台阶面成夹角为0～12°的锥面。

4.根据权利要求1所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述过渡面为与环的端面成夹角为20～40°的锥面。

5.根据权利要求1所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述刮油带的名义宽度为h5＝0.18～0.42mm，第一台阶面宽度为h55＝0.03～0.18mm。

6.根据权利要求1所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述油环的基体在环高h1≤2.5时，由球墨铸铁制成；环高h1＞2.5时，采用球墨铸铁或具有合金成分的合金铸铁材料制成。

7.根据权利要求2所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述DLC涂层与基体之间有铬制成的过渡层。

8.根据权利要求7所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述过渡层厚度不大于2μm。

9.根据权利要求2所述的具有DLC涂层的台阶油带油环，其特征在于，所述DLC涂层厚度为0.015mm～0.04mm。

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