CN104704268B

CN104704268B - 单件式控油圈

Info

Publication number: CN104704268B
Application number: CN201380052355.9A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·费拉勒斯; 拉斐尔·安东尼奥·布鲁诺; 鲁道夫·许格尔
Original assignee: Mahle Metal Leve SA; Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle Metal Leve SA; Mahle International GmbH
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: WO2014066965A1; CN104704268A; DE112013004767T5; US20150292621A1; US9574663B2; DE112013004767B4; BR102012028094A2; BR102012028094B1; BR102012028094B8

Abstract

本发明为“单件式控油圈”。本发明涉及一种安装在活塞槽中的单件式控油圈，包括主体，所述主体限定了面向内燃机的气缸壁(C)的至少一个上部分(2)和一个下部分(2’)，每个所述部分限定了第一表面(4)和第二表面(5)，所述第一表面大致垂直于所述主体，大致倾斜的所述第二表面(5)从所述第一表面突出，所述第一表面限定了与所述气缸壁接触的第一区域(A1)，所述圈的特征在于，在初始安装所述发动机的过程中所述第一区域(A1)的至少95％接触所述气缸壁。

Description

单件式控油圈

技术领域

本发明涉及单件式控油圈，其呈现低切向力值，甚至在发动机操作开始期间也是如此，同时保持降低油耗。由于切向力是低值，该圈提供了显著降低的燃料消耗，从而使本申请对于新发动机非常有优势，也可以作为售后市场的零件。

背景技术

内燃机是大部分机动车辆使用的能量转换机构，基本上包括两个主要部分：一个或多个发动机缸盖以及发动机组。燃烧室位于缸盖的底部(对于柴油发动机，燃烧室通常位于活塞头中)，气缸和曲柄轴组件位于发动机组上。曲柄轴组件包括活塞、杆以及曲柄轴。

发动机将燃烧室中(燃料以及空气)混合物的燃烧所产生的能量转为为能够使车轮移动的机械能量。

因为移动机动车所需的驱动功率来自燃烧室中空气/燃料混合物的燃烧以及为了确保同质燃烧而不是燃烧油，以及还为了防止过量气体从气缸到达曲柄箱，所以需要使用圈来促进对活塞和气缸壁之间现有的间隙的良好密封。

根据奥托和狄塞尔循环作业的大多数现代内燃机使用三个圈，其中的两个是压缩圈，一个是控油(刮油)圈。压缩圈具有的功能是防止燃烧气体进入曲柄箱，油圈具有的功能是从气缸壁刮掉多余油以及使其返回至曲柄箱，从而控制油膜的厚度，使得发动机的操作将在假设的设计以及操作内进行。

这些圈的另一重要功能是，用作将热从活塞传递至气缸壁/衬套的桥梁，卡路里的散热通过冷却***进行。

刮油圈可以由一个、两个或者三个部分组成。

大量的应用中采用的是两件或者三件式刮油圈，这是由于它们良好的全局性能。

两件式圈包括：环形主体，其设置有面向气缸套筒的两个梯形的环形突起；以及均匀的环形内部同心膨胀元件。

三件式圈反而通常具有第一上环形段和第二下环形段以及它们所关联的中间膨胀元件，中间膨胀元件以可控方式挤压上段和下段贴靠气缸壁。该膨胀元件(其仅是弹性元件)所施加的力可被计算，使得气缸壁上的油膜将具有期望的厚度。

单件式圈反而具有更有限的应用，这是由于其在设计上具有很大的固有柔性，这一方面在操作中给圈施加良好顺应性，从而易于调节，另一方面使得其表面磨光更难，这需要圈施加更大切向力至气缸壁以确保其在发动机运行期间将顺应气缸套筒。

该高切向力引起发动机的燃料消耗很高，甚至在运行期间更高，这使得单件式圈相对于两件或者三件式等同结构来说在很大范围内不被考虑。

直到现在还没有人开发出这样的单件式刮油圈，即由于其柔性以及顺应性、甚至在发动机运行期间施加低切向力故能够易于顺应气缸，从而确保正确的油膜厚度以及降低发动机的燃料消耗以及CO2释放。

发明内容

本发明的目的

本发明的目的是提供一种单件式刮油圈，其具有对抗属性：由于其柔性以及顺应性、甚至在发动机运行期间施加低切向力故能够易于顺应气缸，从而确保正确的油膜厚度以及以不可忽略的方式降低发动机的燃料消耗以及CO2释放。

本发明的目的是依靠安装在活塞槽中单件式刮油圈实现的，其包括主体，主体限定了至少一个上部分和一个下部分，它们都面向内燃机的气缸壁，每个部分限定了第一表面和第二表面，第一表面大致垂直于主体，大致倾斜的第二表面从第一表面突出，第一表面限定了与气缸壁接触的第一区域，其中，在初始安装发动机的过程中第一区域的至少85％接触气缸壁。

而且，本发明的目的是依靠安装在活塞槽中单件式刮油圈实现的，其包括面向内燃机的气缸壁的至少一个上部分以及一个下部分，每个部分限定了第一表面和第二表面，第一表面大致垂直于主体，大致倾斜的第二表面从第一表面突出，第二表面限定了与第一表面的延伸之间的角度(α)，其中，上部分或者下部分中的至少一个具有的第一表面的高度低于0.15mm。角度(α)是等于或者大于30度的锐角。

附图说明

现在将参考附图中图示的实施例的示例更详细描述本发明。附图示出了：

图1是本发明的单件刮油圈的立体图；

图2是第一示意横截面图，放大了本发明的单件刮油圈的外周上边界；

图3是第二示意横截面图，放大了本发明的单件刮油圈的外周上边界；

图4是第三示意横截面图，放大了本发明的单件刮油圈的外周上边界；

图5是比较图，现有技术的两件式或者三件式刮油圈以及本发明的单件刮油圈施加的油耗以及切向力(应力)的比较；

图6是活塞的示意图，指示出其压缩高度(KH)。

具体实施方式

根据优选实施例，如图1所示，本发明的单件刮油圈包括主体，主体设置有多个可操作的关联段S，每个段具有相对于彼此移动的自由度，这向该圈1提供了更大的柔性，结果，提供了适应/顺应气缸形状的更大能力，因而确保了在发动机操作的大多数可变情况下维持足够的油膜。

首先应该注意的是，发动机的操作将生成很多热，这主要是源自接近气缸盖的气缸部中的空气燃料混合物的***。在该区域，随着其移开气缸，温度比气缸的温度更高。气缸壁中的不同温度的该特性使得将因不同热膨胀值而产生很多变形，在该情形下单件式刮油圈的良好顺应能力是有利的。

另一方面，该圈1的良好创新和竞争优势在于这样的事实：其不具有当前使用的类似圈的缺点，即难以执行表面磨光操作，在发动机运行周期期间具有高切向力，这将增加燃料的消耗。

主体由多个段S形成，限定了至少一个上部分2和一个下部分2’，当圈1安装在活塞槽上时上部分2和一个下部分2’面向内燃机的气缸壁C。上部分和下部分2、2’对应于“C”的自由端，这对应于它们的横截面形状。

显然，根据采用的发动机类型，圈1的具体几何形状可以稍微改变，只要可以观察到少量的投影条件即可，以下将进行评述。因而，无论上和下部分2、2’的具体几何形状如何，它们每个均限定了第一表面4和第二表面5，第一表面4大致垂直于主体(见尤其图2)，大致倾斜的第二表面5从第一表面4突出，使得第二表面5限定了与第一表面4的延伸的角度α。

由于上和下部分2、2’的该构造几何形状，第一表面4限定了与气缸壁接触的第一接触区域A1，如果表面5与其限定的角度为零，则第一接触区域A1小于限定的面积。

本发明的圈的良好创新在于，具有的几何学布置以及制造处理可确保在初始安装发动机的过程中第一区域A1的至少95％将接触气缸壁。换句话说，甚至在发动机运行周期的初始时刻，可确保第一区域A1的至少95％接触气缸壁，结果，可确保在已经运行期间正确的控制油膜。

因此，十分需要设计该圈，使得其将施加高切向力至活塞壁，直到现在还是如此做，因为在当前使用的圈上在A1和气缸壁之间无法实现高比例的接触。

如已经讨论的，本发明的圈1所施加的低切向力可实现降低摩擦以及伴随着更低的燃料消耗及C02释放，这是非常重要的，如果考虑到平均来说不小于10％(包括改变气体以及助剂)的发动机内部摩擦是由圈产生的，这些30％中的50％至70％来自刮油圈。

因此，至少一个上或者下部分2、2’的第一表面4具有的高度是0.15mm，由第二表面5与第一表面4的延伸所形成的角度α是等于或者大于30度的锐角。这些值是完全不同于当前公知的单件式刮油圈所具有的值的，确保了本发明的较大效率。

该几何形状能够将圈1施加的切向力降低50％，从而确保第一区域A1的至少95％将接触气缸壁，根据推理，本发明的圈比当前公知的产品具有显著的功能优势。图5中的图表示出了十分清楚的比较图，该圈1所施加的切向力降低，而不会增加润滑油的消耗。

此外关于圈1的形状，应该注意的是，其由可操作地关联至彼此的多个段构成，每个段具有大致C形横截面，其中，两个连续的关联段限定用于润滑油通过的至少一个孔口。用于润滑油通过的孔口具有至少一个直形状或者圆形边缘或者任何功能性的其他形状。

关于圈1的表面磨光的处理，需要重点指出的是一些重要的区别。对于公知的单件式刮油圈，由于它们的很大柔性，难以像对气缸壁一样对它们进行表面磨光。结果，高切向力被施加以确保在发动机运行状态期间油耗方面的适当性能。此外，该高力导致该运行周期(气缸壁和圈表面之间的适应)尽可能快地结束。

对于本发明的圈来说，其几何构造使得能够获得适当的表面磨光，这确保了相对于气缸壁的至少95％的所述初始接触区域。另一产生的优势是施加涂层至该圈1的第一表面4的可能性，因为由于低切向力在运行时不会有很大的磨损。

该圈的另一有利特性是降低活塞的压缩高度(HP)的可能性(见图6)，这降低了该零件的轴向惯性扭矩，结果，增加了对于气缸上存在的变形的顺应能力。

优选地，上和下部分2、2’呈现根据前述说明的几何形状，但十分可能想到的是这样的圈1，在该圈1上，仅一部分以这种方式构造，这并不超出附随权利要求的范围。此外，应该注意的是，虽然角度α应该是锐角并且等于或者大于30度，更优选地，其可以呈现的值在45度至70度之间。

当上和下部分2、2’具有根据本发明的几何形状时，它们都可以以如下方向定向：(i)两个相应的第二表面5将面对彼此，也即它们将是对称的，形成的组件主要关注于降低相对于气缸壁的接触表面的摩擦；或者，可替换地，(ii)定向成使得两个相应的第二表面5将面向相同方向，也即它们将是不对称的，形成的组件除了能够在各部件起作用期间降低摩擦之外，还能够通过气缸壁上的圈更好地刮油，实现润滑剂的低消耗。

该圈优选被冲印在钢上，但显然，如果需要或者期望的话，可以使用其他机械顺应处理以及材料。

已经描述了优选的示例实施例中，应该理解的是，本发明的范围覆盖其他可能变化，仅由附随权利要求的内容限定，包括可能的等同结构。

Claims

1.一种在活塞槽中作业的单件式控油圈，包括主体，所述主体限定了面向内燃机的气缸壁(C)的至少一个上部分(2)和一个下部分(2’)，所述上部分(2)和所述下部分(2’)分别限定了第一表面(4)和第二表面(5)，所述第一表面大致垂直于所述主体，大致倾斜的所述第二表面(5)从所述第一表面突出，所述第一表面(4)限定了与所述气缸壁接触的第一区域(A1)，所述单件式控油圈的特征在于，在初始安装所述内燃机的过程中所述第一区域(A1)的至少95％接触所述气缸壁；

所述主体由可操作地关联至彼此的多个段(S)构成，每个段具有相对于彼此移动的自由度，每个段具有大致C形横截面；

所述上部分(2)和所述下部分(2’)的最大厚度与所述主体的其他部分的厚度相同，所述上部分(2)和所述下部分(2’)均只限定所述第一表面(4)和所述第二表面(5)两个表面，且对所述单件式控油圈进行表面磨光处理。

2.根据权利要求1所述的单件式控油圈，其特征在于，两个连续的关联段(S)限定用于润滑油通过的至少一个孔口。

3.根据权利要求2所述的单件式控油圈，其特征在于，用于润滑油通过的所述孔口具有至少一个直的或者圆形的边缘。

4.根据权利要求1、2或3所述的单件式控油圈，其特征在于，所述第二表面(5)限定了与所述第一表面(4)的延伸之间的锐角(α)，所述锐角(α)等于或者大于30度。

5.根据权利要求4所述的单件式控油圈，其特征在于，与所述第一表面(4)的延伸之间的所述锐角(α)呈现的值在45度至70度之间。

6.根据权利要求1至3任一项所述的单件式控油圈，其特征在于，所述上部分(2)或者下部分(2’)中的至少一个具有的第一表面(4)的高度低于0.15mm。

7.根据权利要求1至3任一项所述的单件式控油圈，其特征在于，所述单件式控油圈被冲印在钢上。

8.一种在活塞槽中作业的单件式控油圈，包括主体，所述主体限定了面向内燃机的气缸壁(C)的至少一个上部分(2)和一个下部分(2’)，每个所述部分限定了第一表面(4)和第二表面(5)，所述第一表面大致垂直于所述主体，大致倾斜的所述第二表面(5)从所述第一表面突出，所述第二表面(5)限定了与所述第一表面(4)的延伸之间的角度(α)，所述单件式控油圈的特征在于，所述上部分(2)或者下部分(2’)中的至少一个具有的第一表面(4)的高度低于0.15mm；并且所述角度(α)是等于或者大于30度的锐角；

主体由可操作地关联至彼此的多个段(S)构成，每个段具有相对于彼此移动的自由度，每个段具有大致C形横截面；

所述上部分(2)和所述下部分(2’)的最大厚度与所述主体的其他部分的厚度相同，所述上部分(2)和所述下部分(2’)均只限定所述第一表面(4)和所述第二表面(5)两个表面，且对所述单件式控油圈进行磨光处理。

9.根据权利要求8所述的单件式控油圈，其特征在于，与所述第一表面(4)的延伸之间的所述锐角(α)呈现的值在45度至70度之间。

10.根据权利要求9所述的单件式控油圈，其特征在于，两个连续的关联段(S)限定用于润滑油通过的至少一个孔口。

11.根据权利要求10所述的单件式控油圈，其特征在于，用于润滑油通过的所述孔口具有至少一个直的或者圆形的边缘。

12.根据权利要求8、9或10所述的单件式控油圈，其特征在于，所述单件式控油圈被冲印在钢上。