組合油環的製作方法

2023-08-10 03:27:51 2

本發明涉及組合油環，特別是涉及具備上下一對側軌和配置於它們之間的間隔擴展器的三部分結構的組合油環。

背景技術：

一直以來，公知的是將附著在內燃機的缸內壁面的多餘的發動機油刮掉，形成適度的油膜，以防止伴隨內燃機的運轉而導致活塞的燒粘，同時實現減少油環與缸的滑動接觸面的磨損的油環。這樣的油環已知有各種形式，例如，已知有如下述專利文獻所提及的組合油環，其具備上下一對側軌和配置於它們之間的間隔擴展器，其中，側軌的行走面在橫截面上觀察，在第1分區，按照由h(x)＝ax+bx2表示的2次多項式的非對稱的形狀，在作為邊緣構成的支承的頂點h(x)之後，在第3分區，按照函數h(x)＝cx2(其中，c作為b的倍數被定義)的非對稱的形狀。

專利文獻1:(日本)特表2007－504416號公報

另外，組合油環如上述，將附著於內燃機的缸內壁面的多餘的發動機油刮掉，形成適度的油膜，以防止活塞的燒粘，但由於附著在內燃機的燃燒室的發動機油燃燒形成廢氣向內燃機外排出，因此，為了降低油耗量需要保持活塞環的密封性，可靠地刮掉多餘的發動機油。

但是，現有組合油環通過設定各種側軌的滑動面的形狀或活塞環的張力而刮掉發動機油，實現性能的改善，但是在近年來的低油耗化、環境對應為背景，希望進一步降低燃油率。但是根據上述的專利文獻1所提及的油環的形狀，有時在初始滑動中接觸面積增大，不能充分得到刮掉發動機油的功能。

技術實現要素：

於是，本發明是鑑於上述問題而創立的，其目的在於，提供進一步減少了發動機油的油耗量的組合油環。

本發明的組合油環具備：具備：上下一對側軌，其安裝於活塞的油環槽，形成為平板且環狀，並且具有與缸滑動接觸的滑動接觸部；間隔擴展器，其配置於所述上下一對側軌之間，其特徵在於，所述上下一對側軌的至少上側的側軌的所述滑動接觸部的沿著所述活塞的軸向的截面形狀為，從所述活塞的上方朝向下方直線狀擴展的錐形狀，所述錐形狀相對於所述間隔擴展器的中心軸具有5～30°的角度，所述錐形狀的頂點位於距所述側軌的下端0.15mm以內的位置，下端側從所述頂點的位置起形成為曲率為R0.01～0.5的曲線形狀。

另外，在本發明的組合油環中，優選的是，所述上下一對側軌的下側的側軌的所述滑動接觸部的沿著所述活塞的軸向的截面形狀為，從所述活塞的上方朝向下方直線狀擴展的錐形狀。

另外，在本發明的組合油環中，優選的是，所述上下一對側軌的下側的側軌沿著所述活塞的軸向的截面形狀為，形成為圓弧狀的鼓形狀。

另外，在本發明的組合油環中，優選的是，所述上下一對側軌具備表面背面識別單元。

另外，在本發明的組合油環中，優選的是，所述上下一對側軌及所述間隔擴展器的至少一個實施表面處理。

發明效果

本發明的組合油環，上下一對側軌的至少上側的側軌沿著活塞的軸向的截面形狀是從活塞的上方朝向下方直線狀擴展的錐形狀，錐形狀相對於間隔擴展器的中心軸具有5～30°的角度，錐形狀的頂點位於距側軌的下端0.15mm以內，下端側自頂點的位置起形成為曲率為R0.01～0.5的曲線形狀，因此，可以實現進一步的油耗量的降低。

另外，本發明的組合油環的上下一對側軌的下側的側軌，其滑動接觸部的沿著活塞的軸向的截面形狀是從活塞的上方朝向下方直線狀擴展的錐形狀，因此，可以實現更進一步的油耗量的降低。

另外，本發明的組合油環的上下一對側軌的下側的側軌，其沿著活塞的軸向的截面形狀是形成為圓弧狀的鼓形狀，因此，不必進行表面背面識別就可以組裝下側的側軌，從而可以消除伴隨表面背面識別的作業的複雜化。

另外，本發明的組合油環的上下一對側軌具備表面背面識別單元，所以在組合油環的裝配及將組合油環安裝在活塞槽時，可以防止表面背面的反裝造成的誤組裝作業，可以防止伴隨誤組裝導致的油耗量的增加。

另外，本發明的組合油環對上下一對側軌實施表面處理，所以，可以降低其與缸的滑動阻力及抑制組合油環的磨損。

附圖說明

圖1是組裝有本發明的實施方式的組合油環的內燃機的沿缸軸向切斷進行表示的主要部分剖面圖；

圖2是表示本發明的實施方式的組合油環所使用的間隔擴展器的一部分的立體圖；

圖3是組裝有本發明的另一實施方式的組合油環的內燃機的沿缸軸向切斷進行表示的主要部分剖面圖；

圖4是表示本發明的另一實施方式的組合油環所使用的間隔擴展器的一部分的立體圖；

圖5是本發明的實施方式的組合油環所使用的側軌的在沿內燃機的缸軸向切斷進行表示的剖面圖；

圖6是表示本發明的實施方式的組合油環的表面背面識別單元的變形例的圖；

圖7是表示本發明的實施方式的組合油環的變形例的主要部分剖面圖；

圖8表示本發明的實施方式的組合油環的油耗量的圖。

具體實施方式

以下，對用於實施本發明的最佳實施方式，使用附圖進行說明。此外，以下的實施方式不限定於各請求範圍的發明，另外，並不限定實施方式中說明的特徵的組合的全部在發明的解決單元中是必不可少的。

圖1是組裝有本發明的實施方式的組合油環的內燃機的沿缸軸向切斷進行表示的主要部分剖面圖，圖2是表示本發明的實施方式的組合油環所使用的間隔擴展器的一部分的立體圖，圖3是組裝有本發明的另一實施方式的組合油環的內燃機的沿缸軸向切斷進行表示的主要部分剖面圖，圖4是表示本發明的另一實施方式的組合油環的間隔擴展器的一部分的立體圖，圖5是本發明的實施方式的組合油環所使用的側軌的在內燃機的沿缸軸向切斷進行表示的剖面圖，圖6是表示本發明的實施方式的組合油環的表面背面識別單元的變形例的圖，圖7是表示本發明的實施方式的組合油環的變形例的主要部分剖面圖，圖8是表示本發明的實施方式的組合油環的油耗量的圖。此外，在本說明書中，所謂上下方向定義為圖1及圖3中的沿著紙面上方、下方的方向。

如圖1所示，本實施方式的組合油環10是組裝於內燃機的活塞2的外周面所形成的油環槽3內，通過與缸1的內壁滑動接觸，刮掉附著在缸1的內壁的多餘的發動機油，在缸1的內壁形成適當的油膜的部件。

組合油環10由上下一對的側軌(side rail)11、11和配置於該上下一對的側軌11、11之間的間隔擴展器(spacer expander)12構成。這些側軌11、11及間隔擴展器12由鋼等構成，側軌11構成為具備接口(未圖示)的平板的環狀環。

如圖2所示，間隔擴展器12是對鋼材進行塑性加工而形成，沿著軸向成為凹凸形狀(波形形狀)，並且在周向構成為大體圓形狀。利用該軸向的凹凸形狀，在軸向的端部形成有上片13及下片14。即，間隔擴展器12具備在軸向及周向分離且在周向交替配置多個的上片13及下片14，相互鄰接的上片13和下片14通過連結片15相連結。

另外，如圖1所示，在間隔擴展器12的上片13及下片14的內周側端部，以拱形(arch)立設形成有向外周側推壓側軌11、11的耳部16。此外，如圖2所示，在耳部16沿徑向形成有貫通孔18。

進而，如圖2所示，在上片13的上面及下片14的下面(未圖示)，沿著徑向分別形成有槽17。另外，在間隔擴展器12的上片13及下片14的外周側端部，形成有比槽17高一階而形成的側軌支承部19。

此外，如圖3及圖4所示，間隔擴展器12a在槽17內也可以形成沿著徑向的截面形狀形成為V形狀或R形狀的凹部17a。該情況下，貫通孔18的開口面積因凹部17a而增大，所以能夠增大流經貫通孔18的油流量。

這樣，通過在間隔擴展器12a形成槽17，能夠使發動機油從活塞的外周側向內周側順暢地流動，使由活塞環刮掉的發動機油回流到發動機內部，並且防止向燃燒室洩漏，由此實現油耗量(LOC)的降低。

此外，間隔擴展器12在組裝於活塞2的油環槽3的狀態下，以接口對應且周向被壓縮的狀態組裝。因此，以通過間隔擴展器12的張力向徑向外方產生擴張力的方式進行組裝，所以利用上片13、下片14的側軌支承部19、19沿軸向上下隔離保持上下的側軌11、11，並且耳部16通過分別推壓側軌11的內周面，使上下的側軌11、11的外周面與缸1的內壁面密接。

如圖5(a)所示，上下一對側軌的至少上側的側軌11具備與缸滑動接觸的滑動接觸部，該滑動接觸部的沿著活塞1的軸向的截面形狀具備從側軌上面21朝向側軌下面22直線狀擴展的錐形狀的側面23和以規定的曲率形成為曲線狀的曲面24。另外，在截面形狀中，在曲面24上形成有位於徑向的最外端的頂點24a。此外，頂點24a形成於距側軌11的下面22的高度H為0.15mm以內的位置。另外，優選曲面24以曲率R0.01～0.5(mm)形成。

此外，如圖1所示，組合油環10以上下一對側軌11、11分別成為相同方向的方式組裝。即，上下一對側軌11、11均以頂點24a位於下端側的方式與間隔擴展器12組合，構成組合油環10。

另外，如圖5(b)所示，在側軌上面21也可以形成有作為表面背面識別單元的凹部25。該凹部25隻要能夠識別側軌上面21即可，所以在側軌上面11也可以形成為環狀，也可以形成點狀。此外，關於凹部25的形成方法，也可以在側軌上通過衝壓、壓花或雷射加工而形成，例如也可以與輥軋或模軋等線材的拉拔加工同時形成。另外，也可以不設置凹部25而是在側軌上面21或下面22塗布間斷或連續的塗料，或改變上面21或下面22的任一方的表面粗糙度，例如也可以以通過將上面21進行平滑處理，並且將下面22進行粗糙處理，根據觸摸感進行表面背面識別的方式形成。該情況下，由於不是依據通過視覺進行識別，因此，即使是作業場所的亮度不足的情況下，也能夠可靠地進行表面背面識別。此外，側面23相對於間隔擴展器12的中心軸C傾斜規定的角度θ。該角度θ優選設定為5～30°，更優選設定未8～12°。

另外，如圖6(a)所示，作為表面背面識別單元可應用各種形式。例如，以通過朝向側軌的側面23的接口30在左右任一方塗布塗料26，一直將塗料26配置在接口30的例如右側的方式進行組裝，由此可以進行側軌的表面背面識別。

另外，如圖6(b)所示，通過在接口30的兩側分別將一方塗布第1塗料26a、將另一方塗布利用與第1塗料26a不同的色彩著色的第2塗料26b，例如，在將第1塗料26a著色為白色、將第2塗料26b著色為紅色的情況下，通過以白色配置在右的方式進行組裝，可以進行側軌的表面背面識別。

另外，如圖6(c)所示，通過在接口30的位於側面23的相反端的內周側端部的一方設置倒角27，例如通過以倒角27配置在接口30的右側的方式進行組裝，可以進行側軌的表面背面識別。

另外，上下一對側軌也可以如圖7所示，上側的側軌11形成錐形狀，並且下側的側軌11′設定為在軸向截面中沿徑向突出的圓弧狀的鼓形狀(barrel)。該情況下，鼓形狀不需要表面背面識別就可以組裝成組合油環，因此，可以減輕伴隨上述的表面背面識別的作業負擔。

實施例

接著，為了更具體地說明本發明，列舉實施例及比較例，對本實施方式的組合油環10實施功能試驗。使用排氣量2.4升直列四缸汽車用汽油發動機進行功能試驗。試驗條件是使活塞速度為16m/s～23m/s，在WOT(節氣門完全打開)下測定現有例(鼓形狀)和本發明的組合油環的油耗量(LOC)，以在22.6m/s下的現有例值為1的方式按相對比率進行確認。

在第1壓力環及油環的側軌的滑動面，形成由Cr－N構成的離子鍍膜。油環的滑動面形成離子鍍膜後，進行研磨處理，以使滑動面凸部和錐形部變得光滑的方式形成，曲面24的頂點24a的位置設定為距側軌下面22為0.15mm以下。

此外，其它試驗條件如以下。

活塞孔(piston bore)徑：87mm，

第1壓力環的滑動面形狀：鼓面(barrel face)，

第2壓力環的滑動面形狀：錐形切底(taper under cut)。

本試驗中，作為實施例，使用圖5(a)所示的形狀的側軌11，間隔擴展器使用圖2的形狀。油環的形狀使用以下尺寸的形狀。

間隔擴展器的EA：10°，

側軌半徑方向的厚度：1.9mm，

側軌軸向的厚度：0.4mm，

側軌的外周角度θ：10°，

油環軸向寬度：2.0mm。

如圖8所示，實施例在活塞速度為22m/s和22.6m/s的情況下，與比較例比較時，可以確認油耗量比現有降低約40％。

此外，如本實施例，通過以一對側軌的頂點位置成為下側的方式進行配置，得到優異的油耗量，但使側軌的頂點位置成為上側的情況，確認油的濺起增多，油耗量變差。

這樣，對使用現有的鼓形狀的側軌的組合油環和本實施方式的組合油環10的油耗量進行比較，結果是，通過形成本實施方式的形狀，可確認油耗量被抑制約40％的效果。

另外，上述本實施方式的組合油環10也可以對側軌實施硬質炭素皮膜(DLC：Diamond Like Carbon)等表面處理。另外，表面背面識別單元如圖5(b)所示，不僅形成凹部25，而且也可以對側軌上面21或側軌下面22的任一方實施圖案處理。當然，根據請求範圍的記載內容可知，施加這種變更或改進的方式也包含於本發明的技術範圍。

符號說明

1缸，2活塞，3油環槽，10組合油環，11側軌，12間隔擴展器，21側軌上面，22側軌下面，23側面，24曲面，24a頂點，25凹部。