控油环的制作方法

本发明涉及控油环(以下也称为“油环”)，尤其是涉及在柴油发动机等中使用的附带胀圈器的控油环。

背景技术：

关于在柴油发动机中使用的控油环，非专利文献1、非专利文献2规定的附带胀圈器的油环为主流。图14(a)及图14(b)是附带胀圈器的油环100的俯视图及主视图，图14(c)是图14(b)的截面x部的放大图。附带胀圈器的油环100由胀圈器102和具有开口103的油环主体101构成，油环主体101由胀圈器102朝向缸体内壁而向径向外方按压施力。油环主体101具有在外周侧轴向上下形成的一对轨道部104、104、在内周侧收容胀圈器102的凹部105、将外周侧和内周侧贯通的油窗106，轨道部104、104以规定的面压与缸体内壁接触，将过剩的润滑油刮落，形成适当的油膜。刮落后的过剩的润滑油通过油窗106，经由收容油环100的活塞的环槽后方的油孔(未图示)而向油盘返回。

然而，由于一对轨道部104、104与油环主体101一体地形成，因此在使用于正圆度恶化的缸体的情况、活塞进行了摇头运动的情况下，例如图15所示，即使一对轨道部104、104中的仅一方(上部轨道104)与缸体内壁201接触，另一方的轨道部(下部轨道104)也不追随缸体内壁201，具有刮油功能变得不充分这样的本质性的缺陷。

另外，由胀圈器产生的按压力的方向是与油环主体的轴向垂直的方向，不具有环槽侧面的密封功能，因此如图16所示，环槽内的油通过活塞300的环槽301和油环主体101之间的间隙而向燃烧室内流入，也存在油消耗量增大的缺点。

上述的附带胀圈器的油环在小径的汽车用油环中，由钢(steel)线材利用塑性加工而制造的i字型截面的钢制主体成为主流，但是在标称直径(d1)超过200mmφ的大径的船舶用油环中，利用铸造而制造的铸铁制油环主体为主流。钢制的i字型油环主体与铸铁制的油环主体相比，强度、韧性高，并能够缩小截面积，因此能够提高追随性。然而，上述的一对轨道部为一体，因此无法进行独立自如的动作的情况和不具有环槽侧面的密封功能的情况依然没有解决。此外，为了由钢线材来制造大径的油环，需要截面积大的线材，处理不容易，轧机、热处理装置大型化，因此实际情况是由线材来成形大径环的钢化未取得进展。

专利文献1以提供一种具有能够适用于柴油发动机等产生高压的发动机的形状，并提高追随性，环槽侧面的密封功能也提高的组合油环为目的，公开了一种取代一对轨道部而使用与油环主体(在专利文献1中为支承环)分体的一对侧轨道，而且使支承环的耳部具有角度而环槽侧面的密封功能也提高的油环。

专利文献2以解决同样的课题的情况为目的，公开了一种将侧轨道的支承环排除，在内外周面均为中间高且具有上下对称的截面形状的上方环及同样地内外周面均为中间高且具有上下对称的截面形状的下方环的内侧，配置与所述上方环、下方环的内周面相接的胀圈器而形成的附带膨胀器的油环。

然而，专利文献1的油环由4个部分构成，专利文献2的油环由不具有支承环的3个部分构成，都残留有向活塞的环槽的装配、向缸体的组装不容易这样的问题。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-231540号公报

专利文献2：日本特开平8-261325号公报

专利文献3：日本特开2014-237152号公报

非专利文献

非专利文献1：jisb8032-12“内燃机-小径活塞环-第12部：附带胀圈器的控油环”，1998年。

非专利文献2：jisb8037-8“内燃机-大径活塞环-第8部：附带胀圈器的控油环”，1998年。

技术实现要素：

发明要解决的课题

鉴于上述问题，本发明的课题在于提供一种一对轨道部各自的独立性和追随性优异，且环槽的侧面密封功能也优异的油环。

用于解决课题的方案

本发明者们关于柴油发动机用的油环仔细研究的结果是想到了，将上下一对轨道部作为分体的环，分别具备胀圈器，并且得到沿径向能够独立自如地扩展的追随性优异的油环的情况，而且，通过在上下一对环之间具备沿轴向具有扩展力的弹性体而得到环槽的侧面密封功能也优异的油环的情况。

即，本发明的控油环将具有开口的一对独立的圆环状的上部环和下部环沿轴向上下地组合，其特征在于，所述上部环及所述下部环分别具有与缸体内壁滑动接触的轨道部和将所述轨道部向所述缸体内壁按压施力的环状的胀圈器，在所述上部环的下侧面及所述下部环的上侧面中的至少一方具备多个通油槽。

优选所述上部环的开口的位置与所述下部环的开口的位置偏离地组合。

而且，优选所述下部环的所述上侧面的通油槽以使截面积从外周侧向内周侧扩大的方式倾斜。

而且，优选在所述上部环与所述下部环之间夹有具有开口的圆环状的弹性体，优选所述弹性体是波形弹簧。

另外，优选所述上部环及所述下部环中的一方具有销，另一方具有收容所述销的销孔或切口，在将所述销直接地或通过所述弹性体的所述开口地收容于所述销孔或所述切口时，所述销孔或所述切口沿径向具有所述上部环及所述下部环的轨道部能够追随缸体内壁的充分的间隙。特别优选在所述下部环的所述上侧面具有所述销，在所述上部环的所述下侧面具有所述销孔或所述切口。此外，优选所述上部环的所述下侧面的所述通油槽与所述下部环的所述上侧面的所述通油槽相对配置。

另外，优选所述控油环为钢制，在所述控油环的标称直径超过200mmφ且为1000mmφ以下时特别有效。

发明效果

本发明的控油环将上下一对轨道部作为分体的上部环及下部环，而且，分别具备胀圈器，因此能够沿径向独立自如地扩展，不会影响活塞的摇头运动那样的二次运动，将滞留于缸体内壁的过剩的油刮落，发挥充分的油控制功能，能够有助于油消耗量的降低。当然，由于分割成分体的上部环及下部环并缩小截面积，因此向缸体壁的追随性提高的效果也大。仅向上部环及下部环的侧面的一方的通油槽的形成能提高环槽的侧面密封性。如果在上部环与下部环之间夹有波形弹簧那样的弹性体，则能够进一步提高侧面密封性。如果利用滚轧扩孔加工来推进标称直径超过200mmφ的大径环的钢化，则能够缩小轴向环宽度、径向环厚度，提高追随性，对于大径环的油消耗降低、由低张力化产生的燃油经济性提高作出较大贡献。

附图说明

图1是表示本发明的控油环的一例的剖视图。

图2(a)是构成本发明的控油环的上部环的一例，是表示从轴向观察到的俯视图的图。

图2(b)是构成本发明的控油环的上部环的一例，是表示a-a剖视图的图。

图3(a)是构成本发明的控油环的下部环的一例，是表示从轴向观察到的俯视图的图。

图3(b)是构成本发明的控油环的下部环的一例，是表示b-b剖视图的图。

图4是表示将本发明的控油环装配于活塞的环槽时，以上部环和下部环向外打开的方式配置，并将环槽侧面密封的情况的图。

图5是表示将本发明的控油环装配于活塞的环槽，即使产生活塞的摇头运动，上部环和下部环这两方也追随缸体内壁而滑动的情况的图。

图6是表示本发明的控油环的下部环的通油槽倾斜的另一例的剖视图。

图7是表示缩小了本发明的控油环的径向环厚度a1的又一例的剖视图。

图8是表示在本发明的控油环的上部环与下部环之间夹有弹性体的再一例的剖视图。

图9是表示将本发明的控油环装配于活塞的环槽且追随缸体内壁而滑动时，由于夹有弹性体而环槽侧面也被密封的情况的图。

图10(a)是构成本发明的控油环的弹性体(波形弹簧)的一例，是表示从轴向观察的俯视图的图。

图10(b)是构成本发明的控油环的弹性体(波形弹簧)的一例，是表示从径向观察的主视图的图。

图11是构成本发明的控油环的下部环的另一例，是表示具有销的情况的剖视图。

图12是构成本发明的控油环的上部环的另一例，是表示具有销孔的情况的剖视图。

图13是本发明的控油环的另一例的从径向观察的局部主视图，是表示下部环的销收容于上部环的销孔，上部环的油槽与下部环的油槽相对配置，波形弹簧的开口端在与销及销孔相邻的油槽内终结的情况的图。

图14(a)是以往的附带胀圈器的控油环的一例，是表示从轴向观察的俯视图的图。

图14(b)是以往的附带胀圈器的控油环的一例，是表示从径向观察的主视图的图。

图14(c)是以往的附带胀圈器的控油环的一例，是表示截面x的放大图的图。

图15是表示以往的附带胀圈器的控油环装配于活塞的环槽且活塞一边进行摇头运动一边与缸体内壁进行滑动时，一方的轨道部(下部轨道)无法追随缸体内壁的情况的图。

图16是表示以往的附带胀圈器的控油环装配于活塞的环槽且追随缸体内壁而滑动时，环槽的侧面未被密封的情况的图。

具体实施方式

图1是表示通过本发明的实施方式的控油环的轴的中心且与轴向平行的截面的图，具有开口的一对独立的圆环状的上部环1和下部环6沿轴向上下地组合，上部环1和下部环6分别在外周侧具备与缸体内壁进行滑动接触的轨道部2、7，在内周侧的胀圈器收容槽4、9具备将轨道部2、7向缸体内壁进行按压施力的环状的胀圈器11、12。而且，在上部环1的下侧面形成的多个通油槽3与在下部环6的上侧面形成的多个通油槽8配置在相对的位置。

图2(a)及图2(b)示出上部环1，图3(a)及图3(b)示出下部环6。从环槽的侧壁密封的观点出发，通油槽3、8不形成于活塞的环槽的侧壁侧，即，在上部环1中不形成于上侧面，在下部环6中不形成于下侧面。另一方面，仅向上部环1的下侧面及下部环6的上侧面的通油槽3、8的形成附随性地进一步提高侧面密封性。即，这是因为，上部环1的重心比径向中心线向上方偏离，下部环6的重心比径向中心线向下方偏离，因此如图4所示，基于胀圈器11、12的按压方向表现出在上部环1中轨道部2从径向稍向上方倾斜且在下部环6中轨道部7从径向稍向下方倾斜的倾向。

另外，上部环1的下侧面及下部环6的上侧面的通油槽3、8的存在将上部环1与下部环6之间的接触面积缩小，降低摩擦力。由此，能确保上部环1和下部环6的向缸体内壁的追随的独立性。

如上所述，上部环1与下部环6沿径向能够独立自如地扩展，因此如图5所示，即使在产生了活塞的摇头运动的情况下，上部环1的轨道部2和下部环6的轨道部7也分别独立自如且紧密地追随缸体200的内壁201而滑动，有助于油消耗的降低。

另外，通油槽3、8的开口比率能够取得比较大，能够设为10～20％的开口比率。

此外，如图6所示，下部环6的通油槽8如果以使截面积从外周侧向内周侧扩大的方式倾斜，则进入到通油槽8的润滑油容易向环槽的底侧流动，难以滞留在上部环1与下部环6之间。通油槽8的倾斜角度相对于与环轴垂直的方向而优选为3～10°，更优选为5～8°。

本发明的控油环与以往的附带胀圈器的控油环相比，轴向宽度h1缩小。而且，径向厚度a1也如图7所示只要能确保上部环1与下部环的组合稳定性及向环槽的装配稳定性即可，可以缩小至极限的a1*。即，本发明的控油环与以往的附带胀圈器的控油环相比能够缩小截面积，因此相比以往能进一步提高控油环的向缸体内壁的追随性，能够有助于降低油消耗量。

另外，本发明的控油环通过向一方的侧面的通油槽的形成，能够进行环槽的侧面密封，但是为了进一步提高侧面密封性，如图8所示，可以将具有圆环状的开口的弹性体13夹在上部环1与下部环6之间。弹性体13沿轴向扩展，如图9所示，对上部环1向环槽的上侧面侧进行按压施力，对下部环6向环槽的下侧面侧进行按压施力。弹性体13为了避免增大上部环1与下部环6的摩擦力而优选接触面积小的例如板簧、图10(a)及图10(b)所示那样的波形弹簧20。波形弹簧20具有沿周向交替地形成的多个谷部21及山部22、开口23。优选以谷部21与下部环6的上侧面相接且山部22与上部环1的下侧面相接的方式考虑通油槽的配置。

此外，本发明的控油环优选向上部环1和下部环6加入防旋构造，以避免上部环1和下部环6沿周向自如旋转而上部环1的开口5与下部环6的开口10不一致的情况。例如，下部环6优选如图11所示在上侧面侧具有用于与上部环1结合的销14，上部环1优选如图12所示在下侧面侧具有用于与下部环6的销14结合的销孔或切口15。优选在销14与销孔或切口15结合时，即，销14收容于销孔或切口15时，销孔或切口15沿径向具有上部环1及下部环6的轨道部2、7能够追随缸体内壁的充分的间隙。关于这一点，相比销孔而切口更优选。而且，在上部环1与下部环6之间夹有弹性体(波形弹簧20)的情况下，如图13所示，销14优选通过波形弹簧20的开口而收容于销孔或切口15。

另外，特别优选上部环1的通油槽3与下部环6的通油槽8相对配置的组合。通过相对配置，通油槽的截面积扩大为2倍，成为油容易流入到通油槽的形态。图1、图4～图9、图13都示出上部环1与下部环6的通油槽3、8相对配置的情况。

本发明的控油环的上部环1和下部环6可以由铸铁制造，但也可以由钢(steel)制造。由钢线材进行卷绕而制造的情况如上所述由于装置大型化而变得困难，但专利文献3公开了如下情况：从圆柱状的钢原料通过包含滚轧扩孔加工的热锻而成形出圆筒状钢原料，从该圆筒状钢原料通过横穿或切断、内外旋、侧面研磨等机械加工而能够制造出大径钢环。

在本发明中，在控油环的上部环1和下部环6中，关于大径钢环也适用了专利文献3的见解，通过上述的包含滚轧扩孔加工的热锻能够制造。当然，小径环利用以往的卷绕钢线材的方法能够制造。

本发明的控油环的材质没有特别限定，在钢(steel)的情况下，优选为从碳钢、低合金钢、弹簧钢、轴承钢、马氏体系不锈钢中选择的钢(steel)。如果为碳钢，则优选使用c为0.6～0.8质量％左右的高碳钢，如果为弹簧钢，则优选使用sup9、sup10、sup12等，如果为轴承钢，则优选使用suj2，如果为马氏体系不锈钢，则优选使用sus420j2、sus440b。根据高温强度、导热率、耐热疲劳性等要求的要求特性而选择合适的钢材。

实施例

实施例1

从材料组成以质量％计为c：0.45％、si：0.23％、mn：0.78％、cr：1.04％、v：0.21％、外径为110mm、长度为200mm的棒钢，通过滚轧扩孔加工而制造筒状原料，实施机械加工，制造了标称直径(d1)为330mm、宽度(h1)为5mm、厚度(a1)为10mm的上部环及下部环。在此，轨道部的长度(a4)为2.5mm且对表面实施了约100μm的硬质铬镀敷，内径侧的胀圈器收容槽的直径设为2.9mmφ，在上部环中在下侧面形成了12个槽宽度40mm、槽深度1.5mm的通油槽，在下部环中在上侧面形成了12个槽宽度40mm、槽深度1.5mm的通油槽。此外，在下部环的与从开口起逆时针第二个通油槽相邻的上侧面部分安装销，在上部环的与从开口起顺时针第四个通油槽相邻的下侧面部分形成销孔。而且，将线圈直径2.8mmφ的swp-b材胀圈器以使面压成为0.7mpa的方式进行调整并组合于各环。

比较例1

作为比较例1，制造了图14所示的附带胀圈器的控油环的形状、标称直径(d1)为330mm、宽度(h1)为10mm、厚度(a1)为7.9mm的以往的灰铸铁制油环主体。在此，窗数为20。而且，对轨道部实施了与实施例1同样的硬质铬镀敷。胀圈器使用线圈直径5.1mmφ的swp-b材料，以成为与实施例1同样的面压0.7mpa的方式进行调整并组合于油环主体。

实机试验

以实施例1的组合油环及比较例1的以往的附带胀圈器的油环为油环，使用缸径330mm的6气缸4冲程中速柴油发动机，以规定的运转条件进行200小时的实机试验，测定了油消耗量。在此，油环以外的顶环、第二环、第三环使用了以往使用的活塞环。实机试验进行各2次，使用了2次的平均值作为油消耗量。如果将比较例1的油消耗量设为100，则实施例1的油消耗量为74。

实施例2

除了将径向厚度(a1)设为8mm以外，与实施例1同样地制造了上部环和下部环。与实施例1同样地进行实机试验，进行了油消耗量的测定的结果是实施例2的油消耗量为39。由于径向厚度(a1)的缩小而油消耗量大幅降低。

实施例3

除了在上部环与下部环之间装配了冷却时的宽度为0.6mm的板簧以外，与实施例1同样地进行了实机试验。在此，使上部环的销孔及下部环的销的位置对应于板簧的开口位置而进行了组合。与实施例1同样地进行了油消耗量的测定的结果是实施例3的油消耗量为65。

实施例4

除了在上部环与下部环之间装配了外径为325mmφ、内径为310mmφ、板厚为0.2mm、自由高度为1.0mm、波数为12的波形弹簧以外，与实施例1同样地进行了实机试验。但是，活塞的油环槽的槽宽度扩展成附带波形弹簧的本发明的油环能够插入的程度。与实施例1同样地进行了油消耗量的测定的结果是实施例4的油消耗量为61。

标号说明

1上部环

2、7轨道部

3、8通油槽

4、9胀圈器收容槽

5、10开口

6下部环

11、12胀圈器

13弹性体

14销

15销孔

20波形弹簧

21谷部

22山部

100附带胀圈器的控油环

101油环主体

102胀圈器

103开口

104轨道部

105凹部

106油窗

200缸体

201缸体内壁

300活塞

301环槽。