专利名称：油环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能降低滑动摩擦并能降低润滑油消耗的内燃机用油环。
背景技术：
以往，在内燃机上，为了提高燃油效率，重要的是降低活塞内的摩擦。特别是内燃机的活塞环，为了降低摩擦力，要求提高压力环及油环的质量。另外，还要求降低摩擦力同时降低润滑油的消耗。
例如，油环，具有刮落润滑油的功能，又负有控制润滑油消耗量的润滑油调节功能，为了提高油环的这些功能，开发了减薄油环轴向宽度的技术。
传统的被减薄的油环实例，如图4所示，油环1是被腹板4连结了两个环轨2、3的截面略呈I字形的零件。在该实例中，出示了两个环轨2、3被形成为对称的实例。这样的油环1具有其前端设具有与缸筒20内壁21滑动面6滑动的滑动部凸起5、形成该滑动部凸起5外侧部分的滑动部凸起外侧面7、和形成内侧部分的滑动部凸起内侧面8。另外，由腹板4连结两个环轨2、3而形成的外周槽9是容纳被滑动面6从缸筒内壁21刮下的油的槽，并且，容纳于外周槽9内的油，通过设于腹板4上的多个油孔16，向油环1的内周侧移动。
在这样结构的油环上，从降低润滑油消耗量的观点出发，通过减薄油环轴向的宽度、即图4所示的h高度，能提高油环的润滑油调节功能。由于h尺寸越小越能降低摩擦，所以有利于降低润滑油的消耗量，但两段油环的滑动面与3段油环不同，通常由于其是与缸孔平整接触的构造，所以能长期维持初期形成的靠接面。
由于在平整的面上没有施加楔的效果，所以滑动面的油膜厚度薄，且在平整的宽面上剪断了油膜时会加大摩擦力。即使称作油环，由于在运转过程的全部区域是以流体润滑进行运转，当油膜薄时加大了油膜的速度梯度，由于速度梯度越大则剪断力越大，所以，由宽的平整面而产生高剪断力的区域，会加大跨越整个面的摩擦。
为了避免这种情况的发生，最重要的是减小滑动面接触的宽度。
另外，在实公昭46-12405号公报上，公开了在活塞环轴向宽度具有厚的上下环轨的活塞环上，在随着活塞的上下运动活塞产生左右摆动的摇头等不适时，为了防止因在与缸筒内壁接触的活塞环棱边部分施加过大的压力而产生的活塞环烧熔等，开发了将活塞环的滑动面形状形成为鼓形的技术。
另外，作为润滑油消耗低的油环，在特开2002-71021号公报上公开了在油环的上下环轨上分别设有第一锥面及第二锥面，并且，加大了与上环轨角度比、和下环轨侧滑动面连续的第二锥面的角度，由此，在环上升时加大油膜厚度，在环下降时减薄油膜厚度，以此降低润滑油消耗。使用该油环，有须要加工上下不同锥面或在组装时需要判断油环的朝向等烦杂操作的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种即使在活塞的高速运转区域、也能通过降低滑动摩擦的油环而有利于润滑油消耗并容易加工的油环。
为达到上述目的，本发明的油环，是用柱部连结两个环轨、截面略呈I字形的油环，由上述两个环轨形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，其特正在于上述滑动部凸起外侧面的倾斜角度在10°～60°的范围内；上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱部被形成为曲面状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部。
在本发明中，通过将滑动部凸起形成为上述形状，当在油环上产生倾斜且相对于缸筒内壁产生斜靠的不适时，由于可在与缸筒内壁接触的外侧棱边部能以曲面接触，所以能抑制过度的压力集中于外侧棱边部，能降低滑动摩擦。
在本发明中，是用柱部连结两个环轨、截面略呈I字形的油环，由上述两个环轨形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，其特正在于上述滑动部凸起外侧面，上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱边部的至少一部分被形成为曲面状；上述外侧棱边部被形成为曲面形状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部。
在本发明中，由于与上述发明同样地在滑动面上设有曲面滑动部，所以能降低滑动摩擦。并且，在滑动部凸起外侧面上，从外侧棱边起的至少一部分被形成为曲面状部分，因此，可以将外侧棱边部形成更圆滑的曲面状。因此，当在油环上产生倾斜且相对于缸筒内壁产生斜靠的不适时，能抑制过度的压力集中于外侧棱边部，所以以此能获得降低滑动摩擦的效果。
在上述发明中，理想的是上述曲面滑动部与上述滑动部凸起内侧面接合。由于通过将滑动面整体作为曲面滑动部，滑动面可总是以曲面与缸筒内壁接触，因此具有良好的与缸筒内壁的追随性，能有效地降低滑动摩擦。
在上述发明中，从上述曲面滑动部与上述滑动部凸起外侧面接触的部分、到上述滑动面与上述滑动部凸起内侧面接触的部分的油环径向的宽度，为3μm～100μm。
若具有上述范围内的宽度，则无损于油环的刮落润滑油的功能及润滑油调节功能，并能降低滑动摩擦。
在上述发明中，上述滑动部凸起内侧面与上述滑动面接触的内侧棱边部被形成为曲面形状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的内侧曲面滑动部。
在上述发明中，上述滑动部凸起内侧面的倾斜角度在0°～30°的范围内。通过将上述滑动部凸起内侧面的倾斜角度设在上述范围内，可在滑动面与滑动部凸起内侧面的接合部分确保滑动面与滑动部凸起内侧面构成油环内的大角度，因此能避免过度压力的集中，结合滑动面的形状，具有降低滑动摩擦的效果。
图1是表示本发明油环一实例的概略截面图。
图2是表示本发明的滑动部凸起一实例的说明图。
图3是表示本发明的滑动部凸起其他实例的说明图。
图4是表示传统油环一实例的概略截面图。
图5是表示在传统油环上产生倾斜时外侧棱边部与缸筒内壁接触状态的概略截面图。
图6是表示本发明油环其他实施例的概略截面图。
图7是表示即使在本发明油环上产生倾斜、棱边也不接触的概略截面图。
图8是表示本发明油环其他实施例的概略截面图。
图9是表示本发明的滑动部凸起其他实施例的说明图。
图10是表示本发明实施例的针对发动机转速油环的机械损失(FMEP)的曲线图。
图11是表示本发明实施例的油环润滑油消耗量比例曲线图。
具体实施例方式
以下，详细说明本发明的油环。本发明的油环，因形成滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面的形状不同而分为两个实施例。首先，说明第一实施例。
A.第一实施例第一实施例，是用柱部连结两个环轨的截面略呈I字形的油环，其特正在于在上述两个环轨所形成的滑动部凸起，具有形成上述滑动部凸起的外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，上述滑动部凸起外侧面的倾斜角度在10°～60°的范围内，上述滑动部凸起的外侧面与上述滑动面接合的外侧棱部被形成为曲面状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部。
在本实施例中，通过将滑动部凸起形成为上述形状，当在油环上产生倾斜且相对于缸筒内壁产生了斜靠的不好情况时，由于在与缸筒内壁接触的外侧棱边部能以曲面接触，所以能抑制过度的压力集中于外侧棱边部，能降低滑动摩擦。
下面，参照附图，具体地说明具有这样优点的本实施例的油环。
图1是本实施例油环的一实例的概略截面图。该实例所示的油环1，是由柱状态腹板4连结两个环轨2、3的截面略呈I字形且对称形成两个环轨2、3的油环。
该油环1具有前端形成有滑动于缸筒20的内壁21的滑动面6的滑动部凸起5，该滑动部凸起5具有形成其外侧部分的滑动部凸起外侧面7、形成其内侧部分的滑动部凸起内侧面8。另外，用腹板4连结环轨2及3所形成的外周槽9，是容纳被滑动面6从缸筒内壁21刮下的润滑油的槽，并且，容纳于外周槽9内的润滑油，通过设置于腹板4上的多个油孔16，向油环1的内周侧移动。
具有这样结构的本实施例的油环1，其特征在于作为滑动面6与滑动部凸起外侧面7接合部分的外侧棱边部10被形成为曲面状，并且，滑动面6具有与滑动部凸起外侧面7接合并被形成为缓坡曲面状的曲面滑动部11，并且，滑动部凸起外侧面7的斜度，被形成于规定的范围内。
根据本实施例，由于将滑动部凸起5的形状形成为这样的形状，因此，当在油环1上产生倾斜时，能抑制因外侧棱边部10与缸筒内壁21强力接触而增大所产生的滑动摩擦。
即，当油环1在活塞22的槽内抬起而产生不稳定状态的颤动干扰等情况时，油环1在活塞22的槽内上下动并产生倾斜。由于当在油环1上产生这样的倾斜时，上下环轨2、3任意一侧的外侧棱边部10都被强烈地压在缸筒内壁21上，所以产生了增大滑动摩擦的问题。并且这样的增大滑动摩擦，会导致产生增加润滑油的消耗量、降低润滑油调节功能的好的情况。
图7是表示在本实施例的油环上产生了倾斜时外侧棱边部与缸筒内壁接触状态的概略截面图。如图7所示，当在本实施例中在油环1上产生倾斜时，上下环轨的外侧棱边部10以曲面与缸筒内壁21接触，所以能避免过度的压力集中于外侧棱边部10。因此，根据本实施例的油环，可以降低滑动摩擦。
另外，在图1上，表示了与具有上述结构油环1的内周侧接触且对油环1向油环1径向外方施加力并将油环压在缸筒内壁21上的螺旋膨胀器12，是由油环1和螺旋膨胀器12构成的两段油环的实例。
以下，详细说明具有优点的这样的本实施例的油环及其他膨胀器。
1.油环一般，油环是用于刮落缸筒内壁的多余润滑油并将润滑油的消耗量控制在适当水准而设置的部件。本实施例的油环，用柱部连结两个环轨从而截面略呈I字形，并且由两个环轨形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部起外侧面、形成了上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、和上述滑动部凸起与缸筒内壁滑动的滑动面。
关于这样的本实施例油环，首先说明滑动部凸起的形状。
首先，在形成滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面上，其倾斜角度必须在10°～60°的范围内，其中，最好在15°～45°的范围内。此时所说的滑动部凸起外侧面倾斜角度，意味着滑动部凸起的外侧倾斜面相对于油环径向的角度，具体地如图2所示，是指与油环径向平行方向的直线A与滑动部凸起外侧面7所夹的角度α。
在本实施例中，当将这样的滑动部凸起外侧面倾斜角度设在上述范围以外时，由于在向缸筒内组装油环时，有在滑动部凸起上产生豁口的很大可能性，因此会在缸筒内壁上产生划痕，并使密封性恶化，所以最好不要这样。
另外，通过将该滑动部凸起外侧面倾斜角度设在上述范围以内，可以确保外侧棱边部的角度、即、如图2所示，滑动部凸起外侧面7与滑动面6形成的部件侧角度γ为大角度，所以即使在油环产生倾斜且外侧棱边部对缸筒壁强力推压时，也能防止在狭窄面积上集中高压力，所以，可避免增大滑动摩擦。
另一方面，形成滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面的锥角，最好在0°～30°的范围内。此时所说的滑动部凸起内侧面倾斜角度，意味着滑动部凸起的内侧倾斜面相对于油环径向的角度，具体地如图2所示，是指与油环径向平行方向的直线B与滑动部凸起内侧面8所夹的角度β。通过将这样的滑动部凸起内侧面倾斜角度设在上述范围以内，可以确保滑动面和滑动部凸起内侧面接合部分的角度、即、如图2所示，滑动部凸起内侧面8和滑动面6构成部件侧的角度δ为大角度，所以能防止在以该接合部分接触缸筒内壁时压力集中在该部分上，并能实现降低滑动摩擦。另外，由于容易加工而有利于提高制造效率。
另外，在本实施例中，作为滑动部凸起外侧面与滑动面接合部分的外侧棱边部被形成为曲面状。过去，如图4所示，外侧棱边部10的形状被形成为方状。若设置这样方状的外侧棱边部，则当在油环上产生倾斜、与缸筒内壁斜靠时，如图5所示，外侧棱边部10会以棱边部分与缸筒内壁21接触。因此，在外侧棱边10上，集中了过度的压力，有大幅度增加滑动摩擦的问题。但是，在本实施例中，由于外侧棱边部的形状为曲面状，所以能防止对外侧棱边部的极度压力集中，其结果是，能降低滑动摩擦。并且，利用上述滑动部凸起外侧面斜度的效果，能进一步提高抑制滑动摩擦增大的效果。
另外，本实施例的滑动面，是具有与滑动部凸起外侧面接合并形成为缓坡曲面状的曲面滑动部的滑动面。作为该曲面滑动部，只要是能与滑动部凸起外侧面接合并形成为曲面状即可，没有特殊的限定。另外，作为该曲面滑动部的设置，只要设在从外侧棱边部跨越滑动面的至少一部分上即可，没有特殊的限定。例如，如图2所示，可以以整个滑动面6作为曲面滑动部11，也可以如图3所示，从外侧棱边部10跨越一部分形成曲面滑动部11，将剩余部分作为被形成平面状的平面滑动部13的滑动面6。
由于利用这样地在滑动面上设置曲面滑动部，可以使外侧棱边部的形状成为曲面，所以，加上上述滑动部凸起外侧面上的斜度的效果，能获得进一步降低滑动摩擦的效果。
在这样的滑动面上，其中，曲面滑动部与滑动部凸起内侧面最好接合。即，如图2所示，最好整个滑动面6成为曲面滑动部11。由于通过这样将滑动面的形状形成整体的曲面状，滑动面总是能以曲面与缸筒内壁接触，所以对缸筒内壁的追随性好，并能提高润滑油的刮落功能及润滑油调节功能，也具有降低滑动摩擦的效果。
而且，在本实施例中，除了上述的曲面滑动部以外，也可以将内侧曲面滑动部设为滑动面。该内侧曲面滑动部，只要是与滑动部凸起内侧面接合并被形成为曲面即可，没有特殊限定。另外，作为该内侧曲面滑动部的设置，只要设在从作为滑动面与滑动部凸起内侧面接合部分的内侧棱边部跨越滑动面的至少一部分上即可，没有特殊的限定。例如，如图9所示，可以由从外侧棱边部10跨越一部分所形成的曲面滑动部11、与该曲面滑动部11连接且作为被形成为平面状部分的平面滑动部13、与上述平面滑动部13接合并被形成为缓坡曲面状的内侧曲面滑动部14形成滑动面6，或不设图9所示的平面滑动部13而连续形成曲面滑动部11和内侧曲面滑动部14、并将滑动面6从外侧棱边部10跨越内侧棱边部15成为整体的曲面状等。由于能这样地通过设置内侧曲面滑动部14而将内侧棱边部15形成为曲面状，所以当在油环上产生倾斜、产生与缸筒内壁斜靠等不适时，能抑制过度的压力集中于一点，能降低滑动摩擦。
另外，在本实施例中，如图3及图9所示，在将平面滑动部13设为滑动面6的一部分时，该平面滑动部13的油环轴向长度在5μm～100μm的范围内，其中最好为50μm～100μm的范围内。此时所谓的平面滑动部的油环轴向长度，在图3所示的情况下是指通过接合平面滑动部13及曲面滑动部11部分的、与油环径向平行引出的直线C，与通过滑动面6及滑动部凸起内侧面8的接合部分、即通过内侧棱边部15的与油环径向平行引出的直线D之间的间隔a。另一方面，在图9所示的情况下是指设有内侧曲面滑动部14，但通过接合平面滑动部13及曲面滑动部11的部分且与油环径向平行引出的直线C，与通过接合滑动面6及滑动部凸起内侧面8的部分、即通过内侧棱边部15的与油环径向平行引出的直线D之间的间隔a。
在这样将平面滑动部设为滑动面的一部分时，当油环以正常的状态上下运动时，以该平面滑动部与缸筒内壁接触。这样，通过将平面滑动部的油环轴向长度控制在上述范围内，能减少导致润滑油刮落功能及润滑油调节功能等的功能障碍。
在这样的滑动面上，从曲面滑动部与滑动部凸起外侧面接合的部分到滑动面与滑动部凸起内侧面接合部分的油环径向宽度，具体的如图2所示，曲面滑动部11与滑动部凸起外侧面7接合的部分，即，从外侧棱边部10到滑动面6与滑动部凸起内侧面8接合部分的油环径向宽度x，在3μm～100μm的范围内，其中也可以在3μm～30μm的范围内，特别是最好在10μm～20μm的范围内。通过将滑动面的油环径向宽度设置在上述的范围内，可以无损于油环的功能，并能获得降低滑动摩擦的效果。
另一方面，在具有内侧曲面滑动部时的曲面滑动部的油环径向宽度，即，如图9所示，通过外侧棱边部10且平行于油环轴向引出的直线E、与通过曲面滑动部11中最靠油环径向外方位置的部分且平行于油环轴向引出的直线F之间的间隔b，在3μm～100μm的范围内，其中也可以在3μm～50μm的范围内，在3μm～30μm的范围内更好，最好在10μm～20μm的范围内。
并且，内侧曲面滑动部的油环径向宽度，即，如图9所示，通过内侧棱边部15且与油环径向平行引出的直线G、与通过位于内侧曲面滑动部14中的最靠油环径向外侧位置的部分且平行于油环轴向引出的直线F之间的间隔c，在3μm～100μm的范围内，其中在3μm～50μm的范围内更好，特别是在3μm～30μm的范围内为好，最好是在为5μm～15μm的范围内。
并且在设有内侧曲面滑动部时，上述曲面滑动部的油环径向宽度与内侧曲面滑动部的油环径向宽度之间的关系，即图9所示的间隔b及间隔c的关系，没有特殊的限定，但间隔b最好比间隔c宽。据此，能更有利于降低滑动摩擦，并且容易加工。
以下，说明油环轴向的滑动面宽度。此时所谓的油环轴向的滑动面宽度，是指从外侧棱边部到滑动面与滑动部凸起内侧面的接合部分的油环轴向宽度，具体的如图2所示，是通过外侧棱边部10且平行于油环径向引出的直线A、与通过滑动面和滑动部凸起内侧面的接合部分且平行于油环径向引出的直线B之间的宽度y，并且，在本实施例中，是合计上下两个环轨两方宽度的数值。这样油环轴向的滑动面宽度，在本实施例中，在0.05mm～0.3mm的范围内，其中，最好是在0.1mm～0.2mm的范围内。为了实现活塞环的轻量化及降低润滑油消耗，一般最好在油环上减薄油环轴向宽度，对于这样的要求只要在上述的范围内就可以充分地应对。并且，随着油环宽度薄形化，特别是在活塞的高速运转区域，加大了在油环上产生颤动干扰的可能性，有增大滑动摩擦的危险，但在本实施例中，能充分地防止特别是因油环宽度薄形化而产生这样的问题。
另外，本实施例的油环轴向宽度，只要不妨碍油环刮落润滑油的功能或润滑油的调节功能，就没有特别的限定。
并且，此时所谓的油环轴向宽度，是指在构成油环的上下环轨上，从上环轨的上面到下环轨下面的油环轴向上的油环宽度，具体的如图1所示，是指从上环轨2的上面到下环轨3下面的油环轴向上的油环宽度i。在本实施例中，这样的油环轴向宽度，具体的是在1mm～3mm的范围内，理想的是在1.2mm～2mm的范围内。如上所述，为了实现减轻活塞环的重量及降低润滑油的消耗量，最理想的是减薄油环轴向宽度。另外，本实施例，是在上述范围内减薄了的油环，对于在活塞高速运转时特别产生的大多因油环倾斜而导致的增大滑动摩擦，具有能降低滑动摩擦的效果。
另外，本实施例油环的张力，只要能对缸筒内壁良好地施加压力即可，没有特别的限定，但更具体的是，油环张力(N)除以环内径(mm)的值、油环张力比例(N/mm)最好为0.5N/mm以下，其中最好在0.2N/mm以下。具有上述范围张力的油环，一般被称为低张力油环，但在这样的低张力油环上，在活塞低转速区域难于在油环上产生颤动干扰，但在高速运转区域产生的可能性大，因此可以充分有效利用本实施例的效果。
以下，作为本实施例油环整体的形状，是用柱部连结两个环轨的略呈I字形截面、并且滑动部凸起的形状只要是上述形状则没有特别的限定。例如，可例举出如图6(A)所示，滑动部凸起5的内侧部分被形成为台阶状的形状，或如图6(B)所示，是将滑动部凸起5设在油环1轴向的内侧并在轴向外侧形成一般被称为肩30部分的形状等。
另外，在本实施例中，作为对滑动面及滑动凸起部实施的表面处理保护膜，最好形成气体氮化膜、离子氮化膜、离子镀敷膜、类金刚石碳膜或含金属的硬质碳膜。气体氮化膜只要不遮掩(masking)则可以形成于整个圆周，但在本实施例中可以只形成于外圆周，也可以形成于整个圆周，可以适当选择形成之处。
上述表面处理中，离子氮化膜或离子镀敷膜最好只形成于外圆周面上。作为离子镀敷膜种类的具体实例，有Cr-N系列或Cr-B-N系列，以及Ti-N系列等。
在形成上述的硬质膜时，若将滑动面与其下侧的滑动面凸起内侧面成为尖锐棱边，则容易形成切口或剥落，所以最好是缓坡的曲面状(R面)。
在本实施例中，作为形成油环的材料，可使用具有适当韧性、并且，在两段油环时，不会因膨胀器的张力而变形的材料，具体的是，只要是以往用于油环的钢材，没有特殊的限定。其中，可以适当地使用相当于马氏体不锈钢(SUS440、SUS410材料)、10Cr、8Cr、合金工具钢(SKD材料)、SKD61、SWOSC-V、SWRH的材料等。
2.其他本实施例的油环，适用于只由具有上述结构的油环构成的一段油环的情况，进而也适用于将本实施例的油环与向油环径向外侧施加弹力的膨胀环组合的两段油环的情况。
例如，作为在两段油环时所用的膨胀环，只要能成产生向油环径向外侧的扩张力，没有特别的限定。例如，可以是将截面为圆形的线材卷成螺旋状并对螺旋膨胀环的外圆周面进行磨削处理而形成环状的膨胀环等。另外，图1所示的螺旋膨胀环实例是截面为圆形的形状，但其形状不仅仅局限于上述形状。该膨胀环也可以用板式膨胀环取代螺旋膨胀环。
B.第二实施例以下说明第二实施例。本实施例是用柱部连结两个环轨、截面略呈I字形的油环，上述两个环轨所形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，其特正在于上述滑动部凸起外侧面，从上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱边部起的至少一部分被形成为曲面状，上述外侧棱边部被形成为曲面状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面状的曲面滑动部。
在本实施例中，与第一实施例一样，通过在滑动面上设置曲面滑动部，当在油环上产生倾斜且产生与缸筒内壁斜靠的不适时，由于可以在与缸筒内壁接触的外侧棱边部以曲面接触，所以能抑制过度的压力集中于外侧棱边部，能降低滑动摩擦。
另外，在本实施例中，滑动部凸起外侧面至少外侧棱边部的一部分被形成为曲面状。由于在这样的滑动部凸起外侧面上，将外侧棱边部的至少一部分形成为曲面状，所以能将滑动部凸起外侧面与曲面滑动部接合的部分、即在外侧棱边部上，形成更圆滑的曲面状。
在本实施例中，滑动部凸起外侧面中的被形成为曲面状的部分，只要是从与外侧棱边部接合的部分起、滑动部凸起外侧面的至少一部分即可，没有特别限定，如图8所示，可以将滑动部凸起外侧面7的整体形成为曲面状，另外，也可以从外侧棱边部10起将其一部分形成曲面状。
在具有这样被形成为曲面状部分的滑动部凸起外侧面上，被形成为曲面状部分的油环径向厚度，即，如图8所示，通过被形成为曲面状部分的滑动部凸起外侧面7当中、位于最靠近油环径向内侧的部分且向平行于油环轴向引出的直线H，与通过外侧棱边部10且向平行于油环轴向引出的直线I之间的间隔d，最好在50μm～500μm的范围内。另一方面，被形成为曲面状部分的滑动部凸起外侧面上油环轴向的宽度，即，如图8所示，通过被形成为曲面状的部分的滑动部凸起外侧面7当中、位于最靠油环径向内方的部分且平行于油环径向引出的直线j，与通过外侧棱边部10且平行于油环径向引出的直线K之间的间隔e，最好在10μm～200μm的范围内。通过将被形成为曲面状部分的滑动部凸起外侧面形状设在上述的范围内，可以容易地将外侧棱边部加工成更圆滑的曲面状。
另外，本发明，不局限于上述实施例。上述实施例是示例，具有与本发明所记载的范围的所述技术思想实质相同的结构且起到同样作用效果的发明，都包括在本发明的技术范围内。
以下叙述实施例来进一步说明本发明。
首先，对本发明的油环，求出利用单体试验机的摩擦力的机械损失(FMEP)。此时的试验方法，是将油环装在活塞上，在进行了磨合运转后，在油温80℃时变化相当于发动机速度的转数，并测定摩擦力。
本实施例所用的油环，使用的是由Cr8.0wt％、C0.72wt％、Si0.25wt％、Mn0.28wt％、P0.02wt％、S0.01wt％、其他不可避免不纯物构成的活塞环用线材。对于该活塞环用线材，施加拔丝加工及众所周知的加工法(磨削加工等)，然后，再在表面实施气体氮化处理而形成厚度为100μm的Hv700以上扩散层。滚筒量的调整，是利用调整安装工具的角度及处理时间，对外圆周滑动面进行圆滚筒抛光加工。
用上述方法制造的活塞环规格如下所示(关于y、α、β请参照图2)。
油环d181mm，h12mm，a12mm，环轨的宽度y＝0.2mm倒角角度α25°，倒角角度β10°开口间隙0.1mm油环张力比为0.19N/mm
另外，膨胀器是用φ0.6mm的线材制成，膨胀器直径为1.5mm，间距为0.6mm。
在本实施例中，对没有进行滚筒抛光处理的(STD)、如图2所示的[x]值为8μm、15μm、25μm的四种进行了FMEP的测定。测定结果如图10所示。
根据图10，在任何旋转区域与STD比较，具有圆筒面油环的FMEP值较低，且与圆筒高度无关地降低。考虑到维持小的接触宽度，则希望圆筒量大。以上表明，将滑动面形成为圆筒形状，可以减小摩擦。
然后，对上述油环，在排气量2694cc、缸径φ95mm的4缸汽油发动机上进行润滑油消耗量的确认。
此时活塞环的组合，1st环是对由10Cr材料构成的h11.2mm、a12.9mm环实施气体氮化处理，2nd环是由FC材料构成的h11.2mm、a13.4mm环。油环使用的是在单体试验中所用的外圆周形状规格(STD及圆筒)，且1st环及2nd环规格一定，只变化油环进行试验。油环，使用的是[x]值为15～20μm范围内的圆筒形状油环。
将用WOT(满负荷)在发动机转数为5200rpm时、使用STD油环的润滑油消耗量(g/h)数值作为1，作为指数而求出使用圆筒形状油环的试验结果(润滑油消耗量比)。其结果如图11所示。
根据该结果可知，润滑油消耗量比，使用圆筒形状油环的试验结果，显示了低数值并获得了良好的结果。其数值之差约为11％。
根据本发明，由于滑动部凸起外侧面的倾斜角度在10°～60°的范围内，而且，上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱部被形成为曲面状，上述滑动面具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部，所以当在油环上产生倾斜且相对于缸筒内壁产生斜靠的不适时，由于在与缸筒内壁接触的外侧棱边部能以曲面接触，所以能抑制过度的压力集中于外侧棱边部，能降低滑动摩擦，并且，能起到减小润滑油消耗量的效果。
权利要求
1.一种油环，是用柱部连结两个环轨、截面略呈I字形的油环，由上述两个环轨形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，其特正在于上述滑动部凸起外侧面的倾斜角度在10°～60°的范围内，上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱部被形成为曲面状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部。
2..一种油环，是用柱部连结两个环轨、截面略呈I字形的油环，由上述两个环轨形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，其特正在于上述滑动部凸起外侧面，上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱边部的至少一部分被形成为曲面状，上述外侧棱边部被形成为曲面形状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部。
3.根据权利要求1或2所述的油环，其特正在于上述曲面滑动部与上述滑动部凸起内侧面接合。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的油环，其特正在于从上述曲面滑动部与上述滑动部凸起外侧面接触的部分、到上述滑动面与上述滑动部凸起内侧面接触的部分的油环径向的宽度，为3μm～100μm。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的油环，其特正在于上述滑动部凸起内侧面与上述滑动面接触的内侧棱边部被形成为曲面形状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的内侧曲面滑动部。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的油环，其特正在于上述滑动部凸起内侧面的倾斜角度在0°～30°的范围内。
全文摘要
本发明提供一种即使在活塞高速运转区域内也能够降低滑动摩擦、由此能降低润滑油消耗的油环。为了达到上述目的，本发明的油环是用柱部连结两个环轨、截面略呈I字形的油环，由上述两个环轨形成的滑动部凸起具有形成上述滑动部凸起外侧部分的滑动部凸起外侧面、形成上述滑动部凸起内侧部分的滑动部凸起内侧面、与缸筒内壁滑动且形成上述滑动部凸起前端部分的滑动面，其特征在于上述滑动部凸起外侧面的倾斜角度在10°～60°的范围内；上述滑动部凸起外侧面与上述滑动面接合的外侧棱部被形成为曲面状，上述滑动面，具有与上述滑动部凸起外侧面接合且被形成为缓坡曲面形状的曲面滑动部。
文档编号F16J9/20GK1708656SQ20038010231
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月28日 优先权日2002年10月29日
发明者阿部友昭, 南野圭史, 柴田士郎, 一杉英司 申请人:丰田自动车株式会社, 日本活塞环株式会社