组合油环的制作方法

1.本发明涉及组合油环，特别涉及具备上下一对侧轨和配置在它们之间的间隔扩展器的三件结构的组合油环。


背景技术：

2.一直以来，已知有刮掉附着在内燃机的缸体内壁面上的多余的发动机油，形成适度的油膜，防止伴随内燃机的运转的活塞的烧结，并且实现油环与缸体的滑动接触面的磨损的减少的油环。这样的油环已知有各种形态，例如，如下述的专利文献1所记载的那样，在具备上下一对侧轨和配置在它们之间的间隔扩展器的组合油环中，已知有一种组合油环，该组合油环具有滑动部的沿着活塞的轴向的截面形状为从活塞的上方朝向下方呈直线状扩展的锥形状的侧轨。
3.另外，例如，如专利文献2所记载的那样，公知有构成为如下的形状：即使在高负压条件下等特定的条件下，为了不使油环槽上下表面的密封性降低，也相对于侧轨具有倾斜面地按压间隔扩展器的形状。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2016
‑
035326号公报
7.专利文献2：日本特开平7
‑
119832号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的课题
9.但是，当降低如专利文献1所记载的具有所谓锥形状的侧轨的组合油环的张力时，如图10所示，由于侧轨111的滑动部从侧轨111的轴向宽度的中心向下方偏移，因此当侧轨111伴随活塞的上下运动而与缸体内壁滑动接触时，来自缸体的反作用力的产生部位成为滑动部，因此在侧轨111上产生以侧轨支承部119外周侧的附近为支点的扭矩力m，通过该扭矩力m，以使侧轨111的外周侧向下方运动的方式作用，有时侧轨111的外周成为向下方倾斜的状态。
10.这样，在侧轨111的外周向下方倾斜的状态下，侧轨111的下表面与油环槽下表面的油封性能降低，存在无法发挥期望的性能的问题。
11.因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种组合油环，即使在降低组合油环的张力的情况下，也不会降低侧轨的下表面与油环槽下表面的油封性能，能够降低发动机油的油消耗量。
12.用于解决课题的方案
13.本发明的油环具备：上下一对侧轨，其安装在活塞的油环槽中，形成为平板且环状，并且具有与缸体滑动接触的滑动接触部；间隔扩展器，其配置在所述上下一对侧轨之间，并且具有由将所述侧轨向外方按压的上侧耳部以及下侧耳部构成的耳部；所述上下一
对侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状的最外径部分配置在比所述侧轨的轴向宽度的中心更靠下方，在所述上侧耳部以及下侧耳部与所述侧轨的内周侧接触的位置具备防止因与所述缸体的滑动接触导致的所述侧轨的倾斜的倾斜防止机构。
14.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述倾斜防止机构的所述上侧耳部以及所述下侧耳部的与所述上侧的侧轨以及下侧的侧轨各自的抵接面具有沿着所述活塞的轴向的截面形状相对于所述活塞的轴向倾斜规定的角度的上侧倾斜面以及下侧倾斜面，所述上侧倾斜面的倾斜角度θ1形成为2～18
°
，所述下侧倾斜面的倾斜角度θ2形成为7～23
°
，所述上侧面的倾斜角度θ1形成为比所述下侧倾斜面的倾斜角度θ2小。
15.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上侧倾斜面与所述下侧倾斜面的倾斜角度之差(δθ＝θ2
‑
θ1)形成为至少5
°
以上且20
°
以下。
16.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述倾斜防止机构的所述上侧的侧轨以及下侧的侧轨与所述上侧耳部以及所述下侧耳部的各自的内周侧抵接的抵接面相对于与所述活塞的水平方向大致平行的中心线形成为非对称形状。
17.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上侧的侧轨以及下侧的侧轨的内周侧的抵接面被划分为比所述中心线位于更靠上侧的内周上侧部和位于更靠下侧的内周下侧部，所述内周上侧部具有内周上侧圆弧部，所述内周下侧部具有内周下侧圆弧部，所述内周上侧圆弧部的半径r比所述内周下侧圆弧部的半径r大。
18.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，在所述内周上侧部以及所述内周下侧部的连续的位置具有与所述轴向大致平行的直线部。
19.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述内周上侧圆弧部的半径r形成为所述侧轨的轴向尺寸的1/3以上。
20.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述上下一对侧轨的所述滑动接触部的沿着所述活塞的轴向的截面形状为从所述活塞的上方朝向下方呈直线状扩展的锥形状，所述锥形状相对于所述活塞的轴向具有8～12
°
的角度，所述锥形状的顶点位于距所述侧轨的下端0.15mm以内。
21.另外，在本发明的组合油环中，优选的是，所述锥形状的顶点形成为与所述活塞的轴向大致平行地延伸的直线部。
22.发明效果
23.本发明的组合油环的上下一对侧轨的滑动接触部的沿着活塞的轴向的截面形状的最外径部分配置在比所述侧轨的轴向宽度的中心更靠下方，在上侧耳部以及下侧耳部与侧轨的内周侧接触的位置具备倾斜防止机构，该倾斜防止机构防止因与缸体的滑动接触导致的侧轨的倾斜，因此，具有倾斜防止机构，该倾斜防止机构即使在活塞与缸体套滑动的情况下，也能够降低对侧轨施加的扭矩力，或者在侧轨受到扭矩力的情况下，施加将侧轨的内径侧向下方按压的力，从而克服该扭矩力而防止侧轨的前端朝向下方，因此能够防止刮油性能的降低，防止燃烧室负压时的吸油，实现油消耗量的降低。
附图说明
24.图1是用缸体轴向切断表示组装了本发明的第一实施方式的组合油环的内燃机的主要部分剖面的概要图。
25.图2是用图3中的线a
‑
a剖面切断表示本发明的第一实施方式的组合油环的剖视图。
26.图3是示出本发明的第一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的一部分的立体图。
27.图4是示出本发明的第一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的变形例的一部分的立体图。
28.图5是示出本发明的第一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的剖视图。
29.图6是示出用内燃机的缸体轴向切断表示的本发明的第二实施方式的组合油环的剖视图。
30.图7是本发明的第二实施方式的组合油环所使用的侧轨的轴向剖视图。
31.图8是示出本发明的第二实施方式的组合油环所使用的侧轨外周侧的变形例的轴向剖视图。
32.图9是示出本发明的第二实施方式的组合油环所使用的侧轨内周侧的变形例的剖视图。
33.图10是用活塞的轴向切断表示现有的组合油环的剖视图。
34.图11是对本发明的第一实施方式的组合油环和现有的油环的油消耗量进行比较的测定结果。
35.图12是对本发明的第二实施方式的组合油环和现有的油环的油消耗量进行比较的测定结果。
具体实施方式
36.以下，使用附图，对用于实施本发明的优选的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的实施方式不限定各权利要求的发明，另外，在实施方式中说明的特征的所有组合对于发明的解决方案不是必须的。
37.[第一实施方式]
[0038]
图1是用缸体轴向切断表示组装了本发明的第一实施方式的组合油环的内燃机的主要部分剖面的概要图，图2是用图3中的线a
‑
a剖面切断表示本发明的第一实施方式的组合油环的剖视图，图3是示出本发明的第一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的一部分的立体图，图4是示出本发明的第一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的变形例的一部分的立体图，图5是示出本发明的第一实施方式的组合油环所使用的间隔扩展器的剖视图。需要说明的是，在本说明书中，上下方向定义为沿着图1中的纸面上方、下方的方向。
[0039]
如图1所示，本实施方式的组合油环10是以下部件：组装在形成于内燃机的活塞2的外周面的油环槽3中，通过与缸体1的内壁滑动接触，刮落附着在缸体1的内壁上的多余的发动机油，在缸体1的内壁上形成适当的油膜。
[0040]
组合油环10由上下一对侧轨11、11和配置在该上下一对侧轨11、11之间的间隔扩展器12构成。这些侧轨11、11以及间隔扩展器12由钢等构成，侧轨11构成为具备合口(未图示)的平板的环状环。
[0041]
如图3所示，间隔扩展器12通过对钢材进行塑性加工而形成，沿着轴向成为凹凸形
状(波形形状)，并且在周向上构成为大致圆形状。通过该轴向的凹凸形状，在轴向的端部形成有上片13以及下片14。即，间隔扩展器12具有沿轴向以及周向分开且沿周向交替配置多个的上片13以及下片14，相互邻接的上片13和下片14通过连结片15连结。
[0042]
另外，如图1所示，在间隔扩展器12的上片13以及下片14的内周侧端部，将侧轨11、11向外周侧按压的耳部16以拱状竖立设置而形成。耳部16具有将上侧的侧轨11向外周侧推压的上侧耳部16a和将下侧的侧轨11向外周侧推压的下侧耳部16b。
[0043]
进一步地，如图3所示，在耳部16，沿着径向形成有贯通孔18，在上片13的上表面以及下片14的下表面(未图示)，分别沿着径向形成有槽17。另外，在间隔扩展器12的上片13以及下片14的外周侧端部，形成有比槽17高一级地形成的侧轨支承部19。
[0044]
另外，本实施方式的间隔扩展器12在槽17中形成有凹部17a，该凹部17a的沿着径向的截面形状形成为v形状或r形状。通过在槽部17中形成凹部17a而使贯通孔18开口面积变大，因此能够增大在贯通孔18中流通的油流量。
[0045]
这样，通过在间隔扩展器12上形成槽17，能够使发动机油从活塞的外周侧向内周侧顺畅地流动，使由活塞环刮掉的发动机油回流到发动机内部，并且防止向燃烧室漏出，由此实现油消耗量(loc)的降低。
[0046]
需要说明的是，如图4所示，作为变形例，实施方式的间隔扩展器12a也可以不在槽17中形成凹部17a，而形成为平坦面，该凹部17a的沿着径向的截面形状形成为v形状或r形状。
[0047]
需要说明的是，间隔扩展器12在组装到活塞2的油环槽3中的状态下，以配合开口并沿周向收缩的状态组装。因此，由于以通过间隔扩展器12的张力向径向外方产生扩张力的方式组装，因此，利用上片13、下片14的侧轨支承部19、19沿着轴向上下隔离保持上下侧轨11、11，并且耳部16分别按压侧轨11的内周面，由此使上下侧轨11、11的外周面与缸体1的内壁面紧贴。
[0048]
如图2所示，上下一对侧轨11具备与缸体滑动接触的滑动接触部，该滑动接触部的沿着活塞2的轴向的截面形状为外周面23从侧轨上表面21朝向侧轨下表面22呈直线状扩展的锥形状，气缸侧端面的最外径(位于径向的最外端的顶点24)配置在比侧轨11的轴向宽度的中心更靠下方。需要说明的是，该锥形状优选设定为相对于活塞的轴向5～30
°
，更优选为8～12
°
，最外径(顶点24)的位置优选形成在距侧轨11的下表面22的高度为0.15mm以内的位置。
[0049]
另外，如图5所示，间隔扩展器12的耳部16与侧轨11的抵接面具有沿着活塞的轴向的截面形状相对于活塞的轴向倾斜规定的角度的上侧倾斜面21a以及下侧倾斜面21b。上侧倾斜面21a以及下侧倾斜面21b分别相对于上侧的侧轨11以及下侧的侧轨11，在上侧倾斜面21a以有下侧倾斜面21b的法线方向p、p’上施加来自间隔扩展器12的张力，通过径向分力r、r’，以将侧轨11向气缸推压的方式施加向外方按压的力。
[0050]
另外，上侧倾斜面21a的倾斜角度θ1优选形成为相对于活塞的轴向倾斜2～18
°
，下侧倾斜面21b的倾斜角度θ2优选形成为相对于活塞的轴向倾斜7～23
°
。需要说明的是，如图5所示，上侧倾斜面21a的倾斜角度θ1形成为比下侧倾斜面21b的倾斜角度θ2小，根据该倾斜角度的不同构成倾斜防止机构，关于该张力的轴向分力q、q’，下侧的侧轨11承受的向下的轴向分力q’比上侧的侧轨11承受的向上的轴向分力q’大，能够在组合油环10整体上施加向
下的力，该向下的力克服扭矩力，从而防止下侧的侧轨11受到扭矩力而倾斜。
[0051]
需要说明的是，上侧倾斜面21a和下侧倾斜面21b的倾斜角度之差δθ＝θ2
‑
θ1优选至少具有5
°
以上20
°
以下，更优选为12
°
以上18
°
以下。在该情况下，例如，优选使上侧倾斜面21a的倾斜角度θ1相对于活塞的轴向倾斜5
°
，使下侧倾斜面21b的倾斜角度θ2相对于活塞的轴向倾斜20
°
。
[0052]
[第二实施方式]
[0053]
以上说明的第一实施方式的组合油环对将间隔扩展器的耳部的上侧倾斜面21a的倾斜角度θ1形成为比下侧倾斜面21b的倾斜角度θ2小而构成倾斜防止机构的情况进行了说明。接着说明的第二实施方式的组合油环是对具有与第一实施方式不同的方式的倾斜防止机构进行说明的组合油环。需要说明的是，对于与上述第一实施方式的情况相同或类似的部件，标注相同的附图标记并省略详细的说明。
[0054]
图6是示出用内燃机的缸体轴向切断表示的本发明的第二实施方式的组合油环的剖视图，图7是本发明的第二实施方式的组合油环所使用的侧轨的轴向剖视图，图8是示出本发明的第二实施方式的组合油环所使用的侧轨外周侧的变形例的轴向剖视图，图9是示出本发明的第二实施方式的组合油环所使用的侧轨内周侧的变形例的剖视图。
[0055]
如图6所示，本实施方式的组合油环10’在上下一对侧轨11’上形成有倾斜防止机构。具体而言，与上述的第一实施方式的组合油环10的侧轨11同样，具备与缸体滑动接触的滑动接触部，该滑动接触部的沿着活塞2的轴向的截面形状为外周面23从侧轨上表面21朝向侧轨下表面22呈直线状扩展的锥形状，气缸侧端面的最外径(位于径向的最外端的顶点24)配置在比侧轨11’的轴向宽度的中心更靠下方。需要说明的是，该锥形状优选设定为相对于活塞的轴向5～30
°
，更优选为8～12
°
，最外径(顶点24)的位置优选形成在距侧轨下表面22的高度为0.15mm以内的位置。
[0056]
需要说明的是，如图8所示，也可以将上下一对侧轨11’的最外径的形状形成为直线部24’，将锥形状的顶点形成为与活塞的轴向大致平行地延伸的直线部24’。这样的最外径的直线部24’通过在轴向上进行研磨加工而形成，外周面周向的正圆度提高，容易追随缸体，从运转初期就能够实现油消耗量的降低。
[0057]
如图7所示，侧轨11’的内周侧的抵接面(与耳部16a、16b对置的面)相对于与活塞的水平方向大致平行的中心线c为非对称的形状，由该非对称形状构成倾斜防止机构。
[0058]
对本实施方式的倾斜防止机构进行详细说明，侧轨11’的内周侧的中心线c的上侧的内周上侧部25具有内周上侧圆弧部ru，中心线c的下侧的内周下侧部26具有内周下侧圆弧部rl。在此，内周上侧圆弧部ru的半径r形成为比内周下侧圆弧部r1的半径r大，例如，内周上侧圆弧部ru的半径r优选形成为侧轨11’的轴向高度h的1/3以上，内周下侧圆弧部r1的半径r例如优选设定为r0.1mm。更优选地，内周上侧圆弧部ru的半径r形成为侧轨11’的轴向高度h的1/3以上2/3以下。
[0059]
另外，本实施方式的倾斜防止机构通过使侧轨11’的内周侧相对于中心线c为非对称形状，如图6所示，能够使耳部16a、16b与侧轨11’的内周侧面的抵接点piu、pil为下侧。这样，与侧轨11’的内周侧的耳部的抵接点piu以及pil相对于耳部16a、16b位于下侧，由此，在侧轨11’的外周侧形状为锥形状的情况下，抑制成为与缸体的滑动点的顶点24向下侧下降而产生的扭矩力，防止侧轨11’的倾斜。
[0060]
需要说明的是，内周上侧部25以及内周下侧部26不限定于使内周上侧圆弧部ru以及内周下侧圆弧部r1具有单一的半径r的情况，例如，如图9所示，也可以在内周上侧部25和内周下侧部26连续的位置形成直线部27。另外，通过设为非对称形状，只要能够降低内周侧的抵接点piu以及pil即可，例如，内周上侧部25也可以设为锥形状，侧轨11’的内周侧的形状也可以设为所谓的斜面形状。
[0061]
需要说明的是，本实施方式的组合油环10’所使用的侧轨11’，由于与耳部16a、16b抵接的内周侧形状为包含圆弧形状的形状，因此侧轨11’的内周侧与耳部16a、16b成为更宽的面接触，因此对间隔扩展器12’的耳部16a、16b的攻击性降低，能够减轻该耳部16a、16b的磨损。
[0062]
实施例
[0063]
接着，为了更具体地说明本发明，列举实施例以及比较例，对本实施方式的组合油环10、10’实施了功能试验。功能试验使用排气量2.5升直列4缸的汽车用汽油发动机进行。试验条件是，以发动机转数6000r/min、wot(宽开节流阀)测定现有例和本发明的组合油环中的油消耗量(loc)，以现有例值为1的方式利用相对比率进行了确认。
[0064]
图11是对第一实施方式的组合油环10和现有的油环的油消耗量进行比较的测定结果，图12是对第二实施方式的组合油环10’和现有的油环的油消耗量进行比较的测定结果。
[0065]
在第一压力环以及油环的侧轨的外周面上，形成由cr
‑
n构成的离子镀被膜。油环的外周面在形成离子镀被膜之后，进行研磨处理，以外周面凸部和锥部成为平滑的方式形成。
[0066]
需要说明的是，其它试验条件如下所述。
[0067]
活塞缸膛径：87.5mm，
[0068]
转数：6000r/min，
[0069]
活塞冲程：103.4mm，
[0070]
侧轨半径方向的厚度：1.70mm
[0071]
侧轨轴向的厚度：0.35mm
[0072]
侧轨的外周角度θ：10
°
，
[0073]
油环轴向宽度：2.0mm。
[0074]
另外，实施例1将间隔扩展器的耳角度分别设定为上侧倾斜面的倾斜角度为2
°
、下侧倾斜面的倾斜角度为7
°
，实施例2将间隔扩展器的耳角度分别设定为上侧倾斜面的倾斜角度为18
°
、下侧倾斜面的倾斜角度为23
°
，实施例3将间隔扩展器的耳角度分别设定为上侧倾斜面的倾斜角度为5
°
、下侧倾斜面的倾斜角度为20
°
，比较例1将间隔扩展器的耳角度分别设定为上侧倾斜面的倾斜角度为18
°
、下侧倾斜面的倾斜角度为15
°
，比较例2将间隔扩展器的耳角度分别设定为上侧倾斜面的倾斜角度为23
°
、下侧倾斜面的倾斜角度为30
°
，比较例3将间隔扩展器的耳角度分别设定为上侧倾斜面的倾斜角度为0
°
、下侧倾斜面的倾斜角度为5
°
。现有例1将间隔扩展器的耳角度设定为上侧倾斜面的倾斜角度以及下侧倾斜面的倾斜角度都均为10
°
。
[0075]
如图11所示，如果将上侧倾斜面的倾斜角度形成为比下侧倾斜面的倾斜角度小，则从实施例1和实施例2可以确认，油消耗量比良好5％～10％左右。进一步地，通过将上侧
倾斜面的倾斜角度与下侧倾斜面的倾斜角度之差设为15
°
，能够确认与现有相比油消耗量比大约良好20％。
[0076]
与此相对，如比较例1那样，如果将上侧倾斜面的倾斜角度形成为比下侧倾斜面的倾斜角度大，则由于下侧的侧轨的分力小，因此下侧的侧轨更倾斜，油容易进入油环槽，因此增加10％左右。另外，如比较例2那样，在上侧倾斜面的倾斜角度设为23
°
、下侧倾斜面的倾斜角度设为30
°
的情况下，倾斜面的倾斜角度变大而倾斜面的轴向分力变大，但由于上侧的侧轨与下侧的侧轨的轴向分力之差变小，因此也难以发挥防止倾斜的效果。另外，由于增大倾斜面的倾斜角度会增加高速旋转时的油消耗，因此可以确认，仅通过增大角度是无法解决的，相对于现有例，油消耗量比增加。另外，如比较例3那样，在上侧倾斜面的倾斜角度设为0
°
、下侧倾斜面的倾斜角度设为5
°
的情况下，倾斜面的倾斜角度变小，高速下的往复运动引起的侧轨的惯性力的影响变大，下侧的侧轨的倾斜变大，因此能够确认油容易进入油环槽，增加10％左右。
[0077]
接着，实施例4将侧轨的内周侧的抵接面设为相对于与活塞的水平方向大致平行的中心线不对称的形状，将内周上侧圆弧部的曲率半径设定为r0.11mm，将内周下侧圆弧部的曲率半径设定为r0.1mm，实施例5将内周上侧圆弧部的曲率半径设定为r0.13mm，将内周下侧圆弧部的曲率半径设定为r0.1mm，实施例6将内周上侧圆弧部的曲率半径设定为r0.165mm，将内周下侧圆弧部的曲率半径设定为r0.1mm，实施例7将内周上侧圆弧部的曲率半径设定为r0.2mm，将内周下侧圆弧部的曲率半径设定为r0.1mm，现有例2将内周上侧圆弧部以及内周下侧圆弧部的曲率半径设定为r0.1mm，比较了油消耗量。
[0078]
如图12所示，如果将内周上侧圆弧部的曲率半径形成为比内周下侧圆弧部的曲率半径大，则与现有相比能够降低油消耗量比，特别是在实施例5中能够确认降低了约35％的油消耗量，在实施例6以及实施例7中能够确认降低了约50％的油消耗量。
[0079]
需要说明的是，在上述的本实施方式的组合油环10、10’的侧轨上表面21上，也可以形成未图示的作为表里判别机构的凹部等。该凹部只要能够判别侧轨上表面21即可，因此可以在侧轨上表面21形成为环状，也可以形成为点状。需要说明的是，凹部的形成方法可以通过冲压、冲刻或激光加工形成在侧轨上，也可以与例如辊轧或拉模等线材的拉拔加工同时形成。另外，也可以不设置凹部而在侧轨上表面21或下表面22涂敷断续或连续的涂料，也可以改变上表面21或下表面22的任一方的表面粗糙度，例如平滑地处理上表面21，并且粗糙地处理下表面22，从而通过触感进行表里判别。在该情况下，由于不依赖于基于视觉的判别，因此即使在车间的亮度不充分的情况下也能够可靠地进行表里判别。
[0080]
另外，上述的本实施方式的组合油环10、10’也可以在侧轨的外周面实施硬质碳皮膜(dlc：diamond like carbon)等表面处理。根据权利要求书的记载可知，进行了这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。
[0081]
附图标记说明
[0082]
1缸体
[0083]
2活塞
[0084]
3油环槽
[0085]
10、10’组合油环
[0086]
11、11’侧轨
[0087]
12、12’间隔扩展器
[0088]
16耳部
[0089]
16a上侧耳部
[0090]
16b下侧耳部
[0091]
19侧轨支承部
[0092]
21侧轨上表面
[0093]
21a上侧倾斜面
[0094]
21b下侧倾斜面
[0095]
22侧轨下表面
[0096]
23外周面
[0097]
24顶点
[0098]
25内周上侧部
[0099]
26内周下侧部
[0100]
θ1上侧倾斜面的倾斜角度
[0101]
θ2下侧倾斜面的倾斜角度
[0102]
δθ倾斜角度之差
[0103]
c中心线
[0104]
piu内周上侧圆弧部
[0105]
pil内周下侧圆弧部。