专利名称：组合油环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于润滑油调节的组合油环，其被安装在往复式内燃机和压缩机等内部的活塞上。
背景技术：
内燃机中使用由一个油环和一个撑涨器组成的两件组合式钢制组合油环。组合油环通常用在柴油发动机中。不过，由于它们具有良好的耐久性，且张力因磨损下降的速度慢，近来也常将组合油环用在汽油发动机中。近年来对低燃料消耗上的需要也导致了，即便在油环中也需要低摩擦。为减小油环中的摩擦而采取的措施包括降低张力和进行外圆周表面和上下表面的低摩擦表面处理。
如图6A和6B所示，两件式组合油环4A的油环5A具有通过一块连接板(web)9连接的上、下刮轨7A和8A。多个油孔22形成在连接板9中，从而容许通过刮轨刮擦下的油通过。上刮轨7A的外圆周突起10A形成在一个大致为梯形的横截面中，该横截面由一个外圆周表面11A和上、下表面12A、13A限定，该外圆周表面11A形成一平面，而该上、下表面12A、13A形成一对与该表面11A连接的倾斜表面。外圆周表面11A和上、下表面12A、13A形成了锐角。下刮轨8A上刮轨7A相同地成形。附图标记1表示一个活塞，2表示一个气缸，3表示一个环槽，6表示一个螺旋撑涨器。
现有技术中公开了一种组合油环，其通过使刮轨外圆周表面形成为一个最高点位于刮轨轴向宽度中心的圆弧表面来减小润滑油的消耗并提高耐磨损性(见日本实用新型特许公开No.4-95169)。
现有技术中还公开了一种组合油环，其通过使刮轨外圆周表面形成为一个平面和一个锥形面来限制活塞向上滑动时的刮油效应(见日本专利特许公开No.9-144881)。
上述现有技术中的组合油环在安装于活塞环槽中的同时在气缸中作轴向滑动运动期间存在下列问题。现有技术的组合油环中，刮轨外圆周表面仅形成为一个平面的组合油环存在的问题在于，摩擦时有增加，因为刮轨外圆周上的锐角因活塞副运动在局部与气缸的内圆周表面接触。现有技术中刮轨外圆周表面形成为圆弧表面的组合油环存在的问题在于，因为在外周边与气缸的内圆周表面线接触，接触压力太高，并且摩擦时有增加。现有技术中刮轨外圆周表面形成为一平面和一锥形面的组合油环存在的问题在于，摩擦因活塞下行冲程期间下刮轨外圆周表面上的下角而时有增加。而且，当活塞倾斜或上升时，上刮轨外圆周上的上锐角在局部与气缸的内圆周表面接触，并且摩擦时有增加。
发明内容
由上述相关技术的问题看来，本发明的目的在于，提供一种减小摩擦且具有良好刮油性能的组合油环。
为了实现上述目的，本发明采用了下列装置。也就是说，组合油环由一个油环和一个撑涨器组成，该油环具有上、下刮轨，该撑涨器用于径向向外地将接触压力施加到油环上，其中油环上刮轨的外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面，一个与平面的上端和上刮轨的上表面相接的曲面，以及一个与平面的下端和上刮轨的下表面相接的曲面；下刮轨的外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面，一个与平面的上端和下刮轨的上表面相接的曲面，以及一个与平面的下端和下刮轨的下表面相接的曲面。
上述结构抑制了在气缸孔内滑动运动期间，因刮轨外圆周角在局部发生的摩擦的增加，并且减小了摩擦。通过使与气缸的内圆周表面接触的外圆周平面的轴向宽度为0.05-0.3毫米，减小了外圆周滑动面上的原有磨损，并稳定了油耗。原有磨损在轴向宽度小于0.05毫米时增加，而刮油性能在轴向宽度超过0.3毫米时很差。
曲面的径向宽度优选为25-75微米。摩擦在径向宽度小于25微米时增加，而油耗在径向宽度超过75微米时增加。
本发明还可以如下所述地构成。换句话说，组合油环是由一个油环和一个撑涨器组成的，该油环具有上、下刮轨，该撑涨器用于径向向外地将接触压力施加到油环上，其中油环上刮轨的外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面和一个与平面的上端和上刮轨的上表面相接的曲面；下刮轨的外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面和一个与平面的下端和下刮轨的下表面相接的曲面。
该结构抑制了在气缸孔内滑动运动期间，因刮轨外圆周角在局部发生的摩擦的增加，并且减小了摩擦。通过使与气缸的内圆周表面接触的外圆周平面的轴向宽度为0.05-0.3毫米，减小了外圆周滑动面上的原有磨损，并稳定了油耗。原有磨损在轴向宽度小于0.05毫米时增加。刮油性能在轴向宽度超过0.3毫米时变差。上刮轨下端上的角有助于刮油。
曲面的径向宽度优选为25-75微米。摩擦在径向宽度小于25微米时增加，而油耗在径向宽度超过75微米时增加。
本发明还可如下所述地构造。也就是说，组合油环是由一个油环和一个撑涨器组成的，该油环具有上、下刮轨，该撑涨器用于径向向外地将接触压力施加到油环上，其中油环上刮轨的外圆周表面包括一个与上刮轨的上表面相接的曲面，其中径向刮轨宽度自上刮轨的下端减小；下刮轨的外圆周表面包括一个与下刮轨的下表面相接的曲面，其中径向刮轨宽度自下刮轨的上端减小。
该结构抑制了在气缸孔内滑动运动期间，因刮轨外圆周角在局部发生的摩擦的增加，并且减小了摩擦。上刮轨下端上的角促进了刮油性能。油环在外周边与气缸的内圆周表面线接触，不过防止了摩擦的增加，因为油膜是在活塞上冲程期间形成的。
曲面的径向宽度优选为25-75微米。摩擦在径向宽度小于25微米时增加，而油耗在径向宽度超过75微米时增加。
本发明可具有下列结构。换句话说，组合油环是由一个油环和一个撑涨器组成的，该油环具有上、下刮轨，该撑涨器用于径向向外地将接触压力施加到油环上，其中油环上、下刮轨的外圆周表面包括一个不对称筒形曲面，其最高点位于在轴向上自刮轨轴向宽度中心靠下边。
该结构抑制了在气缸孔内滑动运动期间，因刮轨外圆周角在局部发生的摩擦的增加，并且减小了摩擦。而且，提高了刮油性能和耐磨损性。油环在外周边与气缸的内圆周表面线接触，不过防止了摩擦的增加，因为油膜是在活塞上冲程期间形成的。
不对称筒形曲面上部的径向宽度优选为25-75微米，下部的径向宽度优选为1-20微米。当上部径向宽度小于25微米时，摩擦增加，并且油耗因为刮油的原因也增加。当上部径向宽度超过75微米时，油耗增加。当下部径向宽度小于1微米时，摩擦增加，且容易发生磨损。当下部径向宽度超过20微米时，油耗增加。
低摩擦表面处理优选被施加于在气缸上滑动的上、下刮轨的外圆周表面上。低摩擦表面处理包括形成一层氮化层、一层CrN或Cr2N的物理气相沉积薄膜或一层菱形碳膜。该表面处理加工提高了抗磨损性能并减小了摩擦。在物理气相沉积薄膜或菱形碳膜的情况下，薄膜的内侧优选形成有一层氮化层。
图1A至1C示出本发明的第一实施例；图1A是一俯视横断面图，示出安装在气缸内活塞上的组合油环；图1B是一放大横断面图，示出上刮轨的一部分；图1C是一放大横断面图，示出下刮轨的一部分；图2A至2C示出本发明的另一实施例；图2A是一俯视横断面图，示出安装在气缸内活塞上的组合油环；图2B是一放大横断面图，示出上刮轨的一部分；图2C是一放大横断面图，示出下刮轨的一部分；图3A至3C示出本发明的又一实施例；图3A是一俯视横断面图，示出安装在气缸内活塞上的组合油环；图3B是一放大横断面图，示出上刮轨的一部分；
图3C是一放大横断面图，示出下刮轨的一部分；图4A至4C示出本发明的又一实施例；图4A是一俯视横断面图，示出安装在气缸内活塞上的组合油环；图4B是一放大横断面图，示出上刮轨的一部分；图4C是一放大横断面图，示出下刮轨的一部分；图5是一示出电动机回转试验单元的视图；图6A和6B示出现有技术中的组合油环；图6A是一俯视横断面图，示出安装在气缸内活塞上的组合油环；图6B是一放大横断面图，示出上刮轨的一部分。
具体实施例方式
接下来参照附图对本发明的第一优选实施例进行描述。
在图1中，附图标记1表示一个活塞，附图标记2表示一个气缸。组合油环4被安装在形成于活塞1外圆周上的环槽3内。组合油环4为一种两件组合式的钢制组合油环。组合油环4由一个油环5和一个螺旋撑涨器(coil expander)6组成。
油环5是一个横截面通常为I形的钢环，且具有间隙。油环5是由一对延伸到周边的上、下刮轨(rail)7和8以及一块延伸到周边并连接该上、下刮轨7和8的直连接板9组成的。
上刮轨7的外圆周边上的一个突起10形成在大致为梯形形状的横截面中，其由一个外圆周表面11和一对与该外圆周表面11相接的倾斜上下表面12和13限定。突起10的宽度朝着外圆周表面变窄。外圆周表面11包括一个平面11a、一个弧形曲面11b以及一个弧形曲面11c，其中，该平面11a用于在气缸2的内圆周表面2a上滑动，该弧形曲面11b与平面11a的上端和上刮轨7的上表面12平滑相接，该弧形曲面11c与平面11a的下端和上刮轨7的下表面13平滑相接。平面11a的轴向宽度A为0.05-0.3毫米。弧形曲面11b和11c的径向宽度B为25-75微米。
下刮轨8与上刮轨7相同地成形。在下刮轨8上，附图标记14是一个位于外圆周上的突起，附图标记15是一个外圆周表面，附图标记16和17是一对与该外圆周表面15相接的倾斜上下表面。外圆周表面15包括一个平面15a、一对上下弧形曲面15b和15c。
低摩擦表面处理被施加到油环5的上、下刮轨7和8的外圆周表面11和15上，或者换句话说，被施加到平面11a、15a和上下成对的弧形曲面11b、11c、15b、15c。在该实施例中，这些外圆周表面被覆盖有一层由CrN或Cr2N组成的物理气相沉积薄膜，或一层菱形碳膜(diamond-like carbon film)18和19，且一层氮化层18a形成在内侧上。该氮化层18a盖住了油环5的整个表面。
螺旋撑涨器6被安装在形成于油环5的内圆周边上的内圆周槽20内。螺旋撑涨器6径向向外地将接触压力施加在油环5上，并将油环5压到气缸内圆周表面2a上。
通过螺旋撑涨器6被朝着气缸内圆周表面2a挤压的油环5沿着气缸内圆周表面2a滑动。从气缸内圆周表面2a上刮下的油沿着上、下刮轨7和8的外圆周边上的突起10和14之间的外圆周槽21流动，并通过多个间隔开地沿着连接板9的圆周成形的油孔22，从而移动到油环5的内圆周边，并通过形成在活塞1内的回油孔23返回到一个油盘中。
即便此时活塞1中发生倾斜，因刮轨外圆周角产生的局部摩擦的增加得到抑制，实现了低摩擦。此外，外圆周滑动表面上的原有磨损减小了，油耗通过规定的轴向宽度的外圆周平面11a和15a得以稳定。
图2示出作为本发明另一优选实施例的第二实施例。该第二实施例与第一实施例的区别点仅在于，油环的外圆周形状有所不同。在所有其它的方面，结构与第一实施例中的相同。
在第二实施例中，油环5的刮轨7的外圆周表面11包括一个平面11a和一个弧形曲面11b，其中，该平面11a用于在气缸内圆周表面2a上滑动，该弧形曲面11b与平面11a的上端和上刮轨7的上表面12平滑相接。平面11a的轴向宽度A为0.05-0.3毫米。弧形曲面11b的径向宽度B为25-75微米。
下刮轨8的外圆周表面15包括一个平面15a和一个弧形曲面15c，其中，该平面15a用于在气缸内圆周表面2a上滑动，该弧形曲面15c与平面15a的下端和下刮轨8的下表面17平滑相接。平面15a的轴向宽度为0.05-0.3毫米。弧形曲面15c的径向宽度为25-75微米。
同样在第二实施例中，即便活塞1中发生倾斜，因刮轨外圆周角产生的局部摩擦的增加得到抑制，实现了低摩擦。外圆周滑动表面上的原有磨损减小了，油耗通过规定的轴向宽度的外圆周平面11a和15a得以稳定。上刮轨7的下端上的锐角有助于提高刮油性能。
图3示出作为本发明又一优选实施例的第三实施例。该第三实施例与第一实施例的区别点仅在于，油环的外圆周形状有所不同。在所有的其它方面，结构与第一实施例中的相同。
在第三实施例中，油环5的上刮轨7的外圆周表面11是由一个弧形曲面11b组成的，该弧形曲面11b与上刮轨7的上表面12平滑相接，上刮轨7的径向刮轨宽度从其下端减小。弧形曲面11b的径向宽度B为25-75微米。
下刮轨8的外圆周表面15是由一个弧形曲面15c组成的，其与下刮轨8的下表面17平滑相接，下刮轨8的径向刮轨宽度从其上端减小。弧形曲面15c的径向宽度为25-75微米。
同样在该第三实施例中，即便活塞1中发生倾斜，因刮轨外圆周角产生的局部摩擦的增加得到抑制，实现了低摩擦。上刮轨7的下端上的锐角有助于提高刮油性能。
图4示出作为本发明又一优选实施例的第四实施例。该第四实施例与第一实施例的区别点仅在于，油环的外圆周形状有所不同。在所有的其它方面，结构与第一实施例中的相同。
在第四实施例中，油环5的上刮轨7的外圆周表面11是由一个不对称筒形曲面11d组成的，该不对称筒形曲面11d的最高点位于轴向上自上刮轨7的轴向宽度中心靠下边，并与上刮轨7的上表面12平滑相接。不对称筒形曲面11d上部的径向宽度C为25-75微米，而下部的径向宽度D为1-20微米。
下刮轨8的外圆周表面15与上刮轨7的外圆周表面11相同地成形。外圆周表面15是由一个不对称筒形曲面15d组成的，该不对称筒形曲面15d的最高点位于轴向上自下刮轨8的轴向宽度中心靠下边，并与下刮轨8的下表面17平滑相接。
同样在该第四实施例中，即便活塞1中发生倾斜，因刮轨外圆周角产生的局部摩擦的增加得到抑制，实现了低摩擦。而且，提高了刮油性能和耐磨损性。
本发明的组合油环和现有技术中的组合油环被分别安装在具有单个气缸的发动机中，且执行电动机回转试验。
如图5所示，在该电动机回转试验中，发动机25被电动机24驱动。因摩擦造成的发动机25中的损失通过一个扭矩检测器26测量，以测量一个周期中的摩擦损失。试验条件如下1、缸盖开口2、分开的水泵和油泵的驱动机构3、油5W304、油和水温度80℃表1中给出了电动机回转试验中测量摩擦损失得到的结果。在表1中，相对于现有技术的摩擦比被设定为1。如表1所示，与现有技术中的组合油环相比，本发明的组合油环具有低摩擦力，且实现了低摩擦。此外，该表还示出，与外圆周表面的最外表面为氮化层时的情况相比，物理气相沉积(PVD)薄膜或菱形碳(DLC)膜具有较低的摩擦。
表1
权利要求
1.一种组合油环，它包括一个带有上、下刮轨的油环和一个径向向外地将接触压力施加到所述油环上的撑涨器，其特征在于，所述油环的所述上、下刮轨具有多个外圆周表面，其包括下列项(a)至(d)中描述的任何结构(a)所述上刮轨的一个外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面，一个与所述平面的上端和所述上刮轨的上表面相接的曲面，以及一个与所述平面的下端和所述上刮轨的下表面相接的曲面；所述下刮轨的一个外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面，一个与所述平面的上端和所述下刮轨的上表面相接的曲面，以及一个与所述平面的下端和所述下刮轨的下表面相接的曲面；(b)所述上刮轨的一个外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面和一个与所述平面的上端和所述上刮轨的上表面相接的曲面；所述下刮轨的一个外圆周表面包括一个轴向宽度为0.05-0.3毫米的平面和一个与所述平面的下端和所述下刮轨的下表面相接的曲面；(c)所述上刮轨的一个外圆周表面包括一个与所述上刮轨的上表面相接的曲面，所述上刮轨的径向刮轨宽度自所述上刮轨的下端减小；所述下刮轨的一个外圆周表面包括一个与所述下刮轨的下表面相接的曲面，所述下刮轨的径向刮轨宽度自所述下刮轨的上端减小；(d)所述上刮轨的一个外圆周表面包括一个不对称筒形曲面，其最高点位于在轴向上自刮轨轴向宽度中心靠下边；所述下刮轨的一个外圆周表面包括一个不对称筒形曲面，其最高点位于在轴向上自刮轨轴向宽度中心靠下边。
2.如权利要求1所述的组合油环，其特征在于，在所述项(a)至(c)中描述的所述曲面的径向宽度为25-75微米。
3.如权利要求1所述的组合油环，其特征在于，在所述项(d)中描述的所述曲面的上部的径向宽度为25-75微米，而下部的径向宽度为1-20微米。
4.如权利要求1、2或3所述的组合油环，其特征在于，所述上、下刮轨的外圆周表面经受到低摩擦表面处理。
全文摘要
一种组合油环(4)，它包括一个油环(5)和一个撑涨器(6)，该油环(5)具有上、下刮轨(7)和(8)，该撑涨器(6)用于径向向外地将接触压力施加在油环(5)上。油环(5)的上刮轨(7)的外圆周表面(11)包括一个轴向宽度为0.05－0.3毫米的平面(11a)、一个与该平面(11a)的上端和上刮轨(7)的上表面(12)相接的曲面(11b)以及一个与该平面(11a)的下端和上刮轨(7)的下表面(13)相接的曲面(11c)。下刮轨(8)是以相同的方式成形的。
文档编号F16J9/06GK1514125SQ20031012230
公开日2004年7月21日 申请日期2003年12月18日 优先权日2002年12月18日
发明者胜丸昌計, 田牧清治, 川崎昌美, 治, 美, 胜丸昌 申请人:帝国活塞环株式会社