TWI274810B - Spacer expander - Google Patents

Description

1274810 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於内燃機中的活塞，進行控油等三片式組合活 塞環的襯套擴展器。 【先前技術】 圖9所表不係為内燃機中活塞所裝設的—般活塞環剖面構成 圖。於活塞100由插入活塞環的環溝11〇、12〇、13〇所形成。而 此些環溝中，由以封住氣體為主要目的的2枝壓力環200、210以 及由控油並封油為主要目的的3片斷油環22〇所插入。伴隨著活 塞100反復動作，此些環的外周滑動面會與氣缸(cylinder)細 的内壁滑動。 二片式之活基環220，由軸方向上下一對的側執23〇、24〇， 與於其間所組成。將側執230、240由内側加以施壓，於側執23〇、 240所產生張力以形成襯套擴展器25〇。關於此些各部份的形狀， 乃記載於非專利文獻1中的第3〜5頁。 侧執230、240係藉由於襯套擴展器250軸方向形成具有角度 的耳部252,乃面向氣缸㈣inder)壁面的半徑方向以及面向環溝 上下面的軸方向，藉由分力（comP〇nent force)加以施壓。因此， 側軌230、240能在氣缸(cylinder)壁面以及環溝13〇的上下面發 揮密封（seal)效能。 此些組合活塞環的襯套擴展器構成，乃揭示於專利文獻〗中。 1274810 由=讀較金屬板_輪纽，於财向軸波紋，並藉 /文部分的張力，將側執外周銜接氣虹(cyiin㈣内周面，以 j其密封性。且，波紋部形成油的出入口，能有效防止其枯著 ，襯套擴展n_周巾，將條施駐半徑方向外側，形成 活塞軸方向突出部(耳部），則外周則形成—支撐側軌軸 起部。 近年來隨著引擎低耗油化，活塞環的薄體化、輕量化也為大 眾所期待。以三片式注環油轴方向薄體化為例者乃揭示於專利文 獻2中。此種活塞環的擴展器，為軸方向呈波紋之鋼製帶狀板所 構成上方片和下方片離間於軸方向成環狀相互配置，兩者乃朝 軸方向延伸於帽片接續。擴展ϋ不插人於兩賴，而是藉由設 於擴展③外周的上下-對錐面，由内側將上下軌加以施壓，讓執 道接觸至氣的ylinder)關面。擴展關為無插人上下執間， 故可以縮小活塞環的軸方向的幅度。 於專利文獻3中乃揭#了由剖面略呈橫倒τ字型鋼材所形成 的薄體化3以活塞獅姆擴展ϋ。此機套擴展^，在外側 隆起處上下形成織支撐面，其_端面上下交錯曲折，將側執 加以施壓形成上下的襯墊(pad)。襯墊部是藉由塑性加I曲折所形 成者’故4度薄且剛性低，所以變形自由度大。藉由襯墊部的彈 性將側執加壓至氣缸(cylinder)内周面，故嵌合性優異，與習知 之活塞環相比較，即使其張力低亦可維持高度密封性效能。 1274810 再者’如專利文獻4中所揭示的一獅見套擴展器，其外側為 厚内侧為薄的鋼板内側和外側交互切人的切縫口（si⑴；而夾 住外侧切縫口（Sllt)的外侧部分以及夾侧侧切縫口（Μ⑴的内 側口P刀父互上下崎，朝向外側面支撐側執_體3片式活塞環。 此襯套擴展器，其内側部分的剛性高容易產生彈性變形，故側執 對於氣缸(cylinder)關面的凹凸而言，可以確實地嵌合。 【非專利文獻1】

「内燃機—小孔徑活塞環—第13部：鋼製組合控油環」、瓜B 8〇32一13、平成 10 年 12 月 20 日制定、ρ· ：[-14 【專利文獻1】特開平6—8195〇號 【專利文獻2】特開平4—300467號 【專利文獻3】特開平5-87240號 【專利文獻4】特開平5-106734號 【發明内容】 如專利文獻1所示之組合活塞射，料織的内周面與概 套擴展器的蝴目狀纟贼；射，雜合日輪方向的幅度， =會依，連結襯套擴展器的波紋上方片和下方片連結部轴方向的 幅f °因此，若能夠將襯套擴展器連結部的軸方向幅度縮小的話， 亦月b將襯套擴展②'和側軌組合時的軸方向幅度縮小。但，習知的 襯套擴展17511由絲加福作呈波錄；所以，在製造上難以 2…卩的㈣向幅度縮小，因此組合時縮怖方向幅度乃有界 限。 1274810 且’專利文獻2所示的擴展轉狀，赌(rail)和擴展器的 接觸部分只有軌道(rail)關面和擴展器的錐面，所啡以控制 氣虹㈣inder)内上下執道(rail)外周錄方向的移動量。氣缸 (cylinder)内周面中’軌道(rail)外周面移動量大者，軌道加⑴ 外周面和氣缸㈣inder)關_容易產生振動絲，不僅因薄 體化得不至降低油耗的效果，更會形成產生異音的原因。 再者’棚如專利文獻3及4所示的鋼材方法中，通常鋼材 本身價格高，而且外侧及内侧交互形成切縫口㈤⑴幅度和數 量，因有必要調整襯套擴展器的張力，故加工工程複雜且自由度 乃降低。再者，因為鋼材树的厚度和重量，所以薄體化和輕量 化乃有所限制。 因此本發狀目的係為提供胁齡性和蚊性 =工f至低耗油化提供低成本有效果的轴方向薄體二活塞 裱的襯套擴展器為目的。 本發明係為襯套擴展器和由一對側執構成可薄體化轴方向的 、、且a活塞環襯套擴展器’其特徵係：藉由平板狀金屬，1内周將 Γ加壓至半徑方向外側以形成活塞軸方向突出部，鄰接轴方向 σ乃形成支撐側執軸方向的突起部。 ^發明之襯套擴展器其特徵係：内側透過接續部分在轴方向 又互形成關突出部，關突出部的外侧設有切縫口 8 1274810 (slit)，接續部分則面向外側延伸。复 軸方向突出以形成上下支持部為一續4分的外側乃朝 乃為錐面。 4適且。另外，峨出部的外側 本發明之概套擴展器係由帶狀 外側形成調整張力用的波紋形狀。因此，组、 ==Γ總和與構心^ ^ 々尺寸，所以比起使用習知襯套擴 其 =情料，關術_崎觸__度， 二果:能細舌塞小型化、輕量化，且能夠實現引擎低油耗化。 且’接㈣分延伸至外側，故乃具有優異的安裝性和安定性，再 Γ藉由為續織而形成於襯套擴展器的上下支持部，更能夠 付到優異的安定性和嵌合性。 【實施方式】 以下乃針對本發明之實施型態，藉由圖面加以詳細說明。 實施例 β圖1係有關於本發明之實施例中，表示3片式樣的組合活塞 =、成。J面圖圖2係為襯套擴展器的部分擴大斜視圖，圖3 係為圖2之Χ—Χ線的概套擴展器縱剖面圖。圖1中，於活塞10的 活塞環溝12内中，因為油封⑽及控油之故，故安裝活塞 環20。 於’舌基10的活塞環溝12内裝上組合活塞環2〇時，一對側執 9 1274810 30、40的外周面乃 面。 乂疋的面壓來接觸氣缸(cylinder)14的内周 襯套擴展哭Sn，，π -如圖2所示為帶狀金屬板的加工，故苴内側 以一定的間隔突出於秋㈣』側 基的軸方向（以下稱軸方向），以具有複數 個的内周突出部51。内周突出部5ι具有細弧狀突出面突出於上 方的内周上側突出部52，和朝下方突出的内周下侧突出部53，此

些大出4 52、53會透過平坦的接續部分阳交互配置於周邊方向， 形成波紋狀（以下稱内周波紋）。 内周上下突出部52、即的外側設有矩形切縫口（线)54。接 續部分55的外側形成外周突出部56。外周突出部56，由接續部 分55突出於轴方向上方的外周上側突出部57,和突出於轴方向下 方的外周下側突出部58所構成。如圖2所示之例，其外周上側突 出部57和外周下側突出部58乃形成於接續部分阳的外側，鄰接 接、、’貝口P刀55之中’上侧突出部57和下側突出部明會反轉，複數 對的接績部分55以-組或-對的鄰接接續部分阳配置至周邊方 向。上側突出部57和下側突出部58，其各自具有平坦的突出面， 藉由此面以支撐側執。 圖中接續部分55 #在平坦的外側前端部形成上下突出部（支 持部）56，但本發明並不僅限於此構造。例如，即使上下支持部尚 未形成平坦接續部分，若是延伸至相者，敎合轉環活塞的 附著性亦會提高，其側執的安定性亦會相對提高。再者，此種組 1274810 嫩:Γ 為適合上下側軌轴方向幅度和襯套擴展- _板厚度的尺寸’可大幅地_化。a，形成上 ^ 55 ；, 二==上下徑方向的溝形成放射狀。此溝從接續部分μ的 亦=至_端’可轉成於财向全區_成於财向之部分 ▲内周上下突出部52、53侧面中，切縫口（sm)側側面59，換 …乃和側執接觸的外侧側面59中形成錐面。錐面的錐角Θ、 =圖3所示’對軸方向的垂線略傾斜，最適#值為1{)。〜3〇。範圍 :但於本發明的襯套擴展器中，即使只有内周波紋亦能夠對外 (:予)張力’所以不將側面當錐面，而能夠在軸方向形成水平面 本實施例的襯套擴展器50，乃藉由内周上下突出部52、53 所構成的内周波紋對外側施予張力，所以切縫口⑽⑽波及至 張奴影響乃微乎其微。因此，如專利文獻3和4所示，在内外 :乂域切縫口（空處）’不需要調整張力’且因僅需在外側形 成^縫n(sm)，故能簡化其力^程。#然，即使在本實施例 襯套擴展ϋ 5G中，亦可在關形成姆吨⑽。 襯套擴展H 5_力，_是藉由⑴關波紋的雜、⑵ 内周波紋_方向幅度、⑶關波紋财向幅度、以及⑷帶狀 i屬厚度來峨。圖4(a)、⑹為襯套擴展施略平面及概略側面 i2748l〇 圖’並參考此圖來說明各部分的尺寸。 二内周:紋的節鴨ρ ’如圖4所示，為 或内周下側突出部53中心，至内周下側突 出 出部52中心的幅度。為了減Ύ上側大 物「 略哪亂不堪，最好將内周 波、、，文的即數㈣50以上，以7〇以上為 以設，-般而言其節⑽為2.5ram〜3 5mm。 此加 ⑵内周U雜方向域，亦即，以接續部分阳為基準時， 即仙周上側突出部52以及下賴部53軸方向最大值的幅度 (兩度)H不同’也能夠控制襯套擴展器的張力。為了施予張力，故 最好將内周波紋的軸方向幅度H加大。但是，如圖ι所示，敝 合活塞環20組絲環溝12的狀態時，侧㈣、4()的上下面必須 比内周波紋的突出面更來的突出。 ⑶襯套擴展器的張力，可藉由内周波紋的徑方向幅度d來控 制。内周波紋的半徑方向幅度D，比侧執半徑方向幅度和活塞環溝 12的半徑方向幅度更適合設計。 ⑷為了得到最適合的張力，構成襯套擴展器的帶狀金屬板其 厚度乃以0.10mm〜0.25麵為佳。未達〇·ΐ刪者，則可能產生襯套 擴展器剛性強度問題，若超過〇·25μι者，則難以充分表現出張力。 本實把例的概套擴展器50 ’如圖2所示，將内周波紋上下突 出部52、53突出面形狀設成圓孤狀(R形狀），但不一定都是此種 形狀。如圖6、圖7所示，可設成臺面(mesa)形狀，但考慮到和侧 12 1274810 軌產生摩耗、應力等關係，所以也可設成三角形、矩形的突出部 再參考圖1，使用襯套擴展器50，將2條側執3〇、4〇組合而 成的活塞環20安裝至活塞環溝12内時，侧執3〇、4〇會各自 至環溝12的上面16、下面18之側邊。側執3〇、4〇的内周面 觸至襯套擴展器50内周突出部52、53的錐面59，因應錐角θ接-會施壓至半徑方向外侧及軸方向。同時，麵擴展㈣相 · 部57、58，接觸至側執30、40 _係，所以轴方向會支揮著= 加、4〇。像這樣，侧執30、40能對氣缸(cylinder)i4内周牙面^ 到油動作和封住活塞環溝12的上下面16、18。 · 將側執組合至襯套擴展器50時的斜視圖如圖5所示。組合活 塞環的軸方向幅度W’成為外周突出部56的突出高度(上側^部 57上端至下側突出部58下端的高度)和側軌加、撕侧執2條份） 軸方向幅度的和，所以能夠將組合活塞環的軸方向幅度縮為極小。 藉由外周突出部56的突出高度來決定組合活塞環2〇轴方向 幅度w。外周突出部56的突出高度最好為·mi2〇卵。若未滿籲 則油的流通道會太小，容易產生崎(如⑻。若超過⑽ _的話’則軌道(rail)軸方向移動量會加大，容易產生異音。 如上述’襯套擴展器50會藉由内周波紋來調整張力，故外 側的切縫nCsht^C空處）的形狀，尺寸能夠從強度、輕量化等 觀點來設計’所以有很大的自域。如圖2所示，襯套擴展器的 切縫口（siit)54的形狀為矩形，但其他形狀也可以 。比如說，圖 13 1274810 1^=1^(_543崎賴切字型，内 由設定㈣，二寬，外側則將周邊方向的幅度變窄。藉 接^面稽1面將觀套擴展器輕量化’在外側則確保和側軌的 接觸^趣軸術__败㈣雜效能。 再^圖2所示’外周上側突出部57和外周下側突出部兄 列。1形成於接續部分55的外周端部，但並不僅限定於此種排 咖的則2個下側突出部58，鄰接接續部分阪的接續部分 57故^端部，則形成下側突出部58和其兩側2個上侧突出部 樣將接續部分55a、55b唯一對的接續部分亦可排列於 外周突出部57、58的形狀，為確保和侧執的接觸面積，乃以 、]旦面為佳，但亦可以使用除此之外的彎曲形狀。 次者，將本翻之襯套擴展器料知之襯套擴展騎使用的 、、且δ活塞環之性能來作一比較。 於比較例中，使用厚度〇. 2mm的帶狀金屬板，藉由齒輪加工， ^卜側連結部形成波紋形狀之習知襯套擴展器。此節幅為2· 5麵、 即數為9卜軸方向幅度為2. _、徑方向為2. 2咖。此襯套擴展器 方向長度L 93mm、軸方向幅度〇· 3刪的2條側軌組合。所 得到的組合活塞環’張力為、環徑為75. 〇咖，組合半徑方向 長度為2· 55mm ’組合軸方向幅度為2. 〇mm。 14 1274810 實施例中，使用厚度0.2晒的帶狀金屬板藉由加壓加工，如. 圖2所示，形成襯套擴展器。在此，節幅為3.-、節數為78、. 軸方向幅度為0. 89咖、徑方向幅度2. 45腿。此襯套擴展器和比較 例一樣的2條側軌所組合。所得到的組合活塞環的張力為謂、環 徑為75. Omni、組合半徑方向長度為2. 55麵、組合轴方向幅度為 1· 0mm 0 引擎’使用比較例和實施例巾組合活塞環，以排 氣里1988CC、直列式4氣缸、全負荷量引擎迴轉數_Q_、水鲁 溫（出口）90°C、油溫i〇(KC運轉1〇〇小時。 圖8中為表示引擎運轉後的油品消耗量。使用實施例的概套 擴展器，測驗3次的平均值為28. 3(g/Hr)，比較例的襯套擴展器， 測驗3次的平均值為34. 3(g愚），她之下乃減少1?屬油品 消耗量。且’使用實施例的組合活塞環的情形下也和比較例一樣， 會因軌道(rai 1)外周面和氣缸(cyl inder)關面_振動現象而 不會產生異音現象。 _ 以上係針對本發明最佳實施狀態加以詳述，但本發明並非僅 限於特疋的實施型態，凡符合本發明所記載於專利請求的範圍， 亦可作各種適當的能變更、變化。 藉由本發明，可一邊保持安定的後合性，一邊能夠將組合活 基環朝軸方向薄體化。其絲，能夠達成活塞的小型化、輕量化， 並能夠提供低油耗率的内燃機引擎用組合活塞環。 15 Ϊ274810 【圖式簡單說明】 圖1係有關於本發明實施綱組合活塞環之勤構成圖。 圖2係表示圖i中襯套擴展器的部份擴大斜視圖。 圖3係表示於圖2之χ_χ線的縱剖面圖。 圖4係表示襯套擴展器各部分的概略平面圖和概略側面圖。 圖5係表不襯套擴展器和側執組合時的斜視圖。 圖6係表示襯套擴展器變形例的示意圖。 圖7係表示本發明之襯套擴展器的其他變化例的示意圖。 圖8係表不比較油品消耗性能測驗的示意圖。 圖9係表示一習知活塞環之剖面圖。 【符號說明】 10活塞 12活塞環溝 14 氣缸(cylinder) 16上面 16

Claims (1)

1274810 $ 十、申清專利範園·· h種襯套魏n，其特徵係：内舰過接卿分雜方向上下 =形成内周突出部，内周突出部的外側則設有切縫口 2.二，伸;其中，前述之接續部分乃朝外侧延伸: 續部==項所述之襯套擴展器，其特徵係:前述接 丨刀朝輛方向突出以形成上下支持部。 • °申請專利範圍第丨或第2項所 前塊内周突崎的機_。贿祕^其特徵係：