CN108730065B - 压力环 - Google Patents

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Abstract

压力环具备：第1压力环，该第1压力环被安装于活塞的第1环槽；和第2压力环，该第2压力环被安装于所述活塞的第2压力环槽，并位于所述第1压力环与油环之间。所述第2压力环具备从内周侧朝向外周侧横截表面的槽，所述槽构成为，槽宽和槽深中的至少一方随着从所述内周侧朝向所述外周侧而变大。

Description

压力环
技术领域
本发明涉及被安装于内燃机的活塞的压力环，特别涉及被配置于第1压力环与油环之间的第2压力环的构造。
背景技术
以往，在例如日本特开平3-213643中，公开了一种与被安装于内燃机的活塞的环槽的活塞环中的、被配置于第1压力环与油环之间的第2压力环有关的技术。在日本特开平3-213643的技术中，在第2压力环的上表面以及下表面，形成从内周侧向外周侧通过的多个槽。第2压力环通过由活塞上下运动产生的惯性力从而在环槽的宽度的范围内上下移动。根据日本特开平3-213643的第2压力环的构造，在内燃机的高负荷运转时，在第2压力环在槽上表面移动了时以及在槽下表面移动了时这双方，该槽成为泄漏(英文：blow-by)通路，进行由泄漏引起的油的排出(英文：blow-down)。由此，可抑制内燃机的高负荷运转时的油上升。
发明内容
如上所述，第2压力环在从环槽的上表面到环槽的下表面之间上下移动。更详细地说，进气行程以及膨胀行程的后半段，汽缸内的活塞的下降速度下降。因此，向与活塞一起在汽缸内下降了的油以及第2压力环，赋予下方向的惯性力。在该情况下，如果第2压力环向环槽的下表面侧迅速移动，则能够使油回到环槽的上表面与第2压力环之间的槽。
然而，第2压力环并不一定对于惯性力的作用而良好响应地进行移动。因为第2压力环通过油的附着力而贴附于环槽的面。在上述日本特开平3-213643的技术中，以第2压力环迅速上下移动为前提，没有任何对在第2压力环产生向环槽的附着力的考察。这样，如果能够使第2压力环对于惯性力的作用而良好响应地进行移动，则能够期待油消耗量的进一步的降低。
本发明提供一种能够抑制油消耗的压力环。
与本发明的第1技术方案有关的压力环，具备：第1压力环，该第1压力环被安装于活塞的第1环槽；和第2压力环，该第2压力环被安装于活塞的第2环槽，并位于第1压力环与油环之间。第2压力环具备从内周侧朝向外周侧横截表面的槽。该槽构成为，槽宽和槽深中的至少一方随着从内周侧朝向外周侧而变大。
第2压力环所具备的槽构成为，其槽宽和槽深中的至少一方随着从内周侧朝向外周侧而变大。第2压力环的面与活塞的第2环槽的面接触的面积越大，则这些面之间的附着力越大，另外，这些面的距离越近，则这些面之间的附着力越大。因此，根据本发明的上述技术方案中的槽的构成，能够随着从第2压力环的内周侧朝向外周侧而减小附着力。由此，在受到惯性力作用的第2压力环，产生将外周侧向惯性力方向扭转的扭矩，所以能够将贴附到第2环槽的表面的第2压力环剥落而良好响应地进行移动。由此，能够良好响应地使油回到第2压力环与第2环槽之间的间隙，所以能够抑制油消耗。
此外，在本发明的上述技术方案中，也可以构成为，槽被设置于第2压力环的上表面。
另外，在本发明的上述技术方案中，也可以构成为，槽被设置于第2压力环的下表面。
而且，在本发明的上述技术方案中，也可以构成为，第2压力环具备多个槽。
附图说明
以下将参照附图来说明本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业重要性，其中同样的附图标记表示同样的部件，并且附图中：
图1是对适用了本发明的实施方式1所涉及的压力环的内燃机的活塞的截面构造进行说明的图。
图2是对被安装到第2压力环槽的以往的第2压力环的截面构造进行说明的图。
图3是对被安装到第2压力环槽的以往的第2压力环的截面构造进行说明的图。
图4是用于对以往的第2压力环的相对于曲轴角的举动进行说明的图。
图5是实施方式1的第2压力环的正视图。
图6是放大地示出实施方式1的第2压力环的槽的正视图。
图7是沿着VII-VII将图6的槽切断了的剖视图。
图8是用于对实施方式1的第2压力环的作用及其效果进行说明的图。
图9是示出由第2压力环的槽的有无引起的油消耗量的差的一例的图。
图10是示出形成于第2压力环的槽的构造的变形例的图。
图11是示出形成于第2压力环的槽的构造的其他的变形例的图。
图12是示出由第2压力环的槽的配置引起的油消耗量的差的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。不过，在以下所示的实施方式中，在提及到各要素的个数、数量、量、范围等的数的情况下，除了特别明示了的情况和/或原理上明确地特定于该数的情况之外，本发明并不限定于该提及了的数。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造，除了特别明示了的情况和/或原理上特定于上述构造的情况之外，对于该发明而言不一定是必须的。
以下，参照附图对本发明的实施方式1进行说明。
图1是对适用了本发明的实施方式1所涉及的压力环的内燃机(发动机)的活塞的截面构造进行说明的图。如该图所示，活塞1形成为具有顶面2的大致圆筒状，并被配置成能够在缸孔的轴向上上下运动。此外，在以下的说明中，将缸孔的轴向中的使活塞1上升的方向称为上方向，将使活塞1下降的方向称为下方向。
在活塞1的外周面，从顶面2侧依次分别遍及整周地形成有第1压力环槽(第1环槽)4、第2压力环槽(第2环槽)6、以及油环槽8。在第1压力环槽4安装有第1压力环10。在第2压力环槽6安装有第2压力环12。另外，在油环槽8安装有油环14。在活塞1，形成有将油环槽8与曲轴箱连通的回油孔16。
第1压力环10以及第2压力环12均形成为圆环状，并具有通过抵接于缸孔的内壁从而保持燃烧室的气密性的功能。另外，第1压力环10以及第2压力环12也具有将活塞1通过燃烧室内的燃烧而承受的热向缸孔的内壁传递的功能、以及将通过油环14而向顶面2侧移动的油刮掉的功能。油环14形成为圆环状且其截面形成为大致コ字型。油环14成为适合用于将缸孔的内壁与活塞的外周面之间的油刮掉的构造。
第1压力环槽4、第2压力环槽6、油环槽8的宽度形成为分别比所安装的第1压力环10、第2压力环12、油环14的厚度宽的宽度。即，第1压力环10、第2压力环12、油环14构成为能够在被安装到第1压力环槽4、第2压力环槽6、油环槽8的状态下在槽间上下运动。此外，在以下的说明中，将活塞1的周面中的、比第1压力环槽4靠顶面2侧的面称为“第1槽岸(英文：land)”，将第1压力环槽4与第2压力环槽6之间的面称为“第2槽岸”，将第2压力环槽6与油环槽8之间的面称为“第3槽岸”。
接下来，对实施方式1的压力环的特征进行说明。实施方式1的压力环包括第1压力环10和第2压力环12，在第2压力环12的构成上具有特征。在此，在对第2压力环12的特征进行说明之前，首先对以往的第2压力环的功能、及其技术问题进行说明。
图2是对被安装到第2压力环槽的以往的第2压力环的截面构造进行说明的图。如上所述，活塞1在缸孔内上下运动。更详细地说，在内燃机的进气行程以及膨胀行程中活塞1下降，在压缩行程以及排气行程中活塞1上升。因此，在活塞1，在内燃机的进气行程以及膨胀行程的后半段作用有下方向的惯性力，在压缩行程以及排气行程的后半段作用有上方向的惯性力。在该图所示的例子中，示出了在进气行程的后半段在活塞1作用有下方向的惯性力以及上方向的摩擦力的情形。在活塞1作用有下方向的惯性力时，在被安装于活塞1的第2压力环12以及附着于第2槽岸的油也作用有相同方向的惯性力。在第2压力环受到惯性力而下降时，第2压力环的下表面落座于第2压力环槽的下表面，并且第2压力环的上表面与第2压力环槽的上表面之间的间隙变大。附着于第2槽岸的油通过惯性力的作用而下降，并从该间隙向第2压力环槽的内部返回。由此，能够抑制附着于第2槽岸的油向燃烧室上升，所以可抑制油消耗。
然而，在上述以往的第2压力环的构造中存在以下的技术问题。图3是对被安装到第2压力环槽的以往的第2压力环的截面构造进行说明的图。在该图所示的例子中，示出了在进气行程的后半段在活塞1作用有下方向的惯性力以及上方向的摩擦力的情形。在第2压力环的上表面，大致均等地作用有附着于第2压力环槽的上表面的附着力。在这样的状况下，即使在第2压力环作用有下方向的惯性力也有可能不会良好响应地向下方移动。在图所示的例子中，示出了通过由摩擦力产生的扭矩作用于第2压力环从而第2压力环被从内周侧剥落的情形。然而，在近些年的开发中，要求了进一步减小活塞与缸孔的摩擦而使燃料经济性提高。因此，希望不利用摩擦力地使扭矩作用于第2压力环。
图4是用于对以往的第2压力环的相对于曲轴角的举动进行说明的图。此外，该图中的(a)示出了惯性力的相对于曲轴角的变化，该图中的(b)示出了第2压力环与第2压力环槽的间隙的相对于曲轴角的变化。如该图的区域(A)所示，可知，即使作用于第2压力环的惯性力从上方向向下方向变化，第2压力环也不会向第2压力环槽的下表面侧良好响应地进行移动。
实施方式1的第2压力环在被设置于第2压力环的上表面的槽的形状上具有特征。图5是实施方式1的第2压力环的正视图。如该图所示，在第2压力环12的上表面侧形成有多个槽20。槽20被设置成从第2压力环12的内周侧朝向外周侧横截上表面。槽20的个数以及配置没有特别限定。在图5所示的例子中，从环中心辐射状地均等地设有8处槽20。
图6是放大地示出第2压力环的槽的正视图。另外，图7是沿着VII-VII将图6的槽切断了的剖视图。如图6所示，槽20构成为其宽度随着从内周侧朝向外周侧而变大。另外，如图7所示，槽20构成为其槽深恒定。在此，相对于厚度1mm的第2压力环12形成有深度5μm的槽20。
接下来，参照图8，对通过上述的构造得到的第2压力环的作用及其效果进行说明。图8是用于对实施方式1的第2压力环的作用及其效果进行说明的图。在该图所示的例子中，示出了在进气行程的后半段在活塞1作用有下方向的惯性力以及上方向的摩擦力的情形。如上所述，槽20构成为其宽度随着从内周侧朝向外周侧而变大，所以第2压力环12的上表面与第2压力环槽6的上表面接触的面积随着从内周侧朝向外周侧而变小。因此，作用于第2压力环12的附着力随着从内周侧朝向外周侧而变小。在外周侧的附着力变小时，在第2压力环12作用有将外周侧向下方向扭转的方向的扭矩。由此，能够以更小的力将第2压力环12从第2压力环槽6的上表面剥落，所以能够使第2压力环12对于惯性力的作用而良好响应地进行移动。
图9是示出由第2压力环的槽的有无引起的油消耗量的差的一例的图。在该图中，(A)示出了使用了不具备槽20的第2压力环12的情况下的油消耗量，(B)示出了使用了具备槽20的第2压力环12的情况下的油消耗量。如该图所示，可知，在第2压力环12的上表面具备槽20的构造中，在稳定运转时以及过渡运转时这双方，可抑制油消耗。这样，根据实施方式1的第2压力环12的构造，能够使第2压力环12向第2压力环槽6的下表面侧良好响应地进行移动，所以能够实现油消耗量的进一步的降低。
另外，根据上述的第2压力环12，能够不依赖与缸孔之间的摩擦力地产生扭矩，所以也能够减小与缸孔之间的摩擦而实现燃料经济性的提高。
另外，上述的第2压力环12的槽20构成为外周侧的槽宽比内周侧的槽宽大，所以能够使附着于第2槽岸的油高效地向该槽20返回而降低附着力。
第2压力环12的构造并不限定于上述的构造，也可以应用例如如以下那样变形了的构造。此外，以下的变形例并不否定与其他的变形例的组合，也可以采用与其他的变形例适当组合了的构造。
图10是示出形成于第2压力环的槽的构造的变形例的图。该图所示的槽22形成为，从面向内周侧的1点朝向外周侧辐射状地打开。通过这样的构造的槽22，也能够起到与上述的槽20同样的作用以及效果。
图11是示出形成于第2压力环的槽的构造的其他的变形例的图。此外，图11与图7同样地是沿着VII-VII将槽24切断了的剖视图。该图所示的槽24形成为，槽深随着从内周侧朝向外周侧而逐渐变深。根据这样的槽24，与第2压力环槽6的上表面的间隙随着从槽24的内周侧朝向外周侧而变大，所以作用于第2压力环12的附着力随着从内周侧朝向外周侧而变小。由此，在第2压力环12作用有将外周侧向下方向扭转的方向的扭矩，所以能够使第2压力环12对于惯性力的作用而良好响应地进行移动。另外，第2压力环12的槽24构成为外周侧的槽深比内周侧的槽深深，所以能够使附着于第2槽岸的油高效地向该槽24返回而降低附着力。槽24的槽宽可以随着从槽24的内周侧朝向外周侧而变大，也可以为恒定。即，槽24也可以构成为，槽宽和槽深中的至少一方随着从内周侧朝向外周侧而变大。
也可以为除了第2压力环12的上表面的槽20以外或者代替槽20地、在第2压力环12的下表面具备与槽20同样的槽的构成。根据这样的构成，在内燃机的压缩行程或排气行程的后半段作用有上方向的惯性力的情况下，能够使第2压力环12向第2压力环槽6的上表面侧良好响应地进行移动。由此，能够减少从第3槽岸通过第2压力环槽6而向第2槽岸上升的油量，所以能够抑制油消耗。
图12是示出由第2压力环的槽的配置引起的油消耗量的差的一例的图。在该图中，(A)示出了使用了不具备槽20的第2压力环12的情况下的油消耗量，(B)示出了使用了在下表面具备槽20的第2压力环12的情况下的油消耗量，(C)示出了使用了在上表面具备槽20的第2压力环12的情况下的油消耗量，并且，(D)示出了使用了在上表面以及下表面具备槽20的第2压力环12的情况下的油消耗量。在该图所示的例子中，可知，在第2压力环12的上表面或下表面具备槽20的构成中，与不具备槽的构成相比，可抑制油消耗，另外，在第2压力环12的上表面以及下表面具备槽20的构成中，可进一步抑制油消耗。

Claims (10)

1.一种压力环，其特征在于，具备：
第1压力环，该第1压力环被安装于活塞的第1环槽；和
第2压力环，该第2压力环被安装于所述活塞的第2压力环槽，并位于所述第1压力环与油环之间，其中，
所述第2压力环具备从内周侧朝向外周侧横截表面的槽，
所述槽构成为，槽宽和槽深中的至少一方随着从所述内周侧朝向所述外周侧而变大。
2.根据权利要求1所述的压力环，其特征在于，
所述槽构成为，所述槽宽随着从所述内周侧朝向所述外周侧而变大，所述槽深恒定。
3.根据权利要求1所述的压力环，其特征在于，
所述槽构成为，所述槽深随着从所述内周侧朝向所述外周侧而变大，所述槽宽恒定。
4.根据权利要求1至3中任1项所述的压力环，其特征在于，
所述槽被设置于所述第2压力环的上表面。
5.根据权利要求1至3中任1项所述的压力环，其特征在于，
所述槽被设置于所述第2压力环的下表面。
6.根据权利要求4所述的压力环，其特征在于，
所述槽被设置于所述第2压力环的下表面。
7.根据权利要求1至3中任1项所述的压力环，其特征在于，
所述第2压力环具备多个所述槽。
8.根据权利要求4所述的压力环，其特征在于，
所述第2压力环具备多个所述槽。
9.根据权利要求5所述的压力环，其特征在于，
所述第2压力环具备多个所述槽。
10.根据权利要求6所述的压力环，其特征在于，
所述第2压力环具备多个所述槽。
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