CN114109639A - 汽缸套用隔热环和内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的汽缸套用隔热环以及使用该隔热环的内燃机，不易产生源于绝热空气层形成用槽部的破损；在该汽缸套用隔热环(10)以及使用该隔热环(10)的内燃机(200)中，构成隔热环(10)的环状构件(20)的外周面(30)上设置的槽部(34)的剖面形状是：选自由(1)呈V字形的第一剖面形状、(2)将第一剖面形状中的角部附近变圆滑而形成为曲线的第二剖面形状、(3)仅由圆弧形的曲线形成的第三剖面形状以及(4)呈U字形的第四剖面形状构成的群中的任意一种以上的剖面形状。

Description

汽缸套用隔热环和内燃机

技术领域

本发明涉及汽缸套用隔热环和内燃机。

背景技术

已知有：为了减少内燃机的热损失，在汽缸套的燃烧室侧端部附近的内周面上设有隔热环的技术(例如，参照专利文献1、2等)。在如专利文献1、2所例示的现有的隔热环中，为了形成绝热用空气层，在隔热环的外周面上设有与圆周方向垂直的剖面中的剖面形状呈方形的槽部。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利、实公平05-12527号公报

专利文献2：日本专利、特开2007-32401号公报

发明内容

(发明所要解决的课题)

但是，在现有的具有绝热空气层形成用槽部的隔热环中，有时通过在内燃机内的使用，产生源于槽部的破损。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于提供一种：不易产生源于槽部的破损的汽缸套用隔热环以及使用该隔热环的内燃机。

(用于解决课题的方案)

上述课题通过以下的本发明而实现。即，

本发明的汽缸套用隔热环具有如下特征。

该汽缸套用隔热环具有环状构件，在环状构件的与圆周方向垂直的剖面中，环状构件的外周面包含与环状构件的轴向平行的平坦部和相比平坦部更向环状构件的内周侧凹陷的槽部，槽部的剖面形状是选自由以下(1)～(4)的剖面形状构成的群中的任意一种以上的剖面形状：

(1)仅由两条直线和成为两条直线的交点的一个角部形成的呈V字形的第一剖面形状，

(2)将第一剖面形状中的角部附近变圆滑而形成为曲线的第二剖面形状，

(3)仅由圆弧形的曲线形成的第三剖面形状，

(4)呈U字形的第四剖面形状。

在本发明的汽缸套用隔热环的一实施方式中，优选：在第一剖面形状和第二剖面形状中，两条直线所形成的角度为45度～160度。

在本发明的汽缸套用隔热环的另一实施方式中，优选：满足以下的算式(1)，

算式(1)：0.85≥Sr/(Dr×Wr)≥0.5；

在上述算式(1)中，Sr表示环状构件的与圆周方向垂直的剖面中的槽部的剖面面积(㎜²)，Dr表示槽部的最大槽深度(㎜)，Wr表示环状构件轴向上的槽部的最大开口宽度(㎜)。

在本发明的汽缸套用隔热环的另一实施方式中，优选：满足以下的算式(2)，

算式(2)：0.41≥Dr/Wr；

在上述算式(2)中，Dr表示槽部的最大槽深度(㎜)，Wr表示环状构件轴向上的槽部的最大开口宽度(㎜)。

在本发明的汽缸套用隔热环的另一实施方式中，优选：满足以下的算式(3)，

算式(3)：0.57≥Dr/Tr；

在上述算式(3)中，Dr表示槽部的最大槽深度(㎜)，Tr表示环状构件的径向厚度(㎜)。

在本发明的汽缸套用隔热环的另一实施方式中，优选：满足以下的算式(4)，

算式(4)：0.55≥Fr/Hr；

在上述算式(4)中，Fr表示环状构件轴向上的平坦部的长度(㎜)，Hr表示环状构件的轴向高度(㎜)。

在本发明的汽缸套用隔热环的另一实施方式中，优选：环状构件的内径为84㎜～247㎜，径向厚度Tr为1.5㎜～8.0㎜，轴向高度Hr为5.0㎜～70.0㎜。

在本发明的汽缸套用隔热环的另一实施方式中，优选：该汽缸套用隔热环是积碳刮除环。

本发明的内燃机具有如下特征。

该内燃机至少具备：汽缸套，其具有圆筒状构件，圆筒状构件的内周面由圆筒状构件的轴向一端侧附近的第一区域和一端侧附近以外的第二区域构成，第一区域中的内径大于第二区域中的内径；隔热环，其具有环状构件，并且，被嵌合在汽缸套的第一区域中。

在环状构件的与圆周方向垂直的剖面中，环状构件的外周面包含与环状构件的轴向平行的平坦部和相比平坦部更向环状构件的内周侧凹陷的槽部。

槽部的剖面形状是选自由以下(1)～(4)的剖面形状构成的群中的任意一种以上的剖面形状：

(1)仅由两条直线和成为两条直线的交点的一个角部形成的呈V字形的第一剖面形状，

(2)将第一剖面形状中的角部附近变圆滑而形成为曲线的第二剖面形状，

(3)仅由圆弧形的曲线形成的第三剖面形状，

(4)呈U字形的第四剖面形状。

在本发明的内燃机的一实施方式中，优选：环状构件的内径小于第二区域的内径。

在本发明的内燃机的另一实施方式中，优选：该内燃机是柴油机。

(发明效果)

根据本发明，能够提供一种：不易产生源于槽部的破损的汽缸套用隔热环以及使用该隔热环的内燃机。

附图说明

图1是表示本实施方式的汽缸套用隔热环的一例以及本实施方式的内燃机的一例的模式剖面图。

图2是表示本实施方式的汽缸套用隔热环的另一例以及本实施方式的内燃机的另一例的模式剖面图。

图3是表示本实施方式的汽缸套用隔热环的又一例以及本实施方式的内燃机的又一例的模式剖面图。

图4是表示本实施方式的汽缸套用隔热环的又一例以及本实施方式的内燃机的又一例的模式剖面图。

图5是表示对现有的设有剖面呈方形的槽部的汽缸套用隔热环中的应力分布和温度分布进行了模拟分析的结果的一例的图。

其中，图5中的(A)是表示使用于模拟分析的隔热环的剖面形状的剖面图，图5中的(B)是表示图5的(A)中所示隔热环和汽缸套的温度分布的图，图5中的(C)是表示图5的(A)中所示隔热环的应力分布的图。

图6是表示对本实施方式的汽缸套用隔热环中的应力分布和温度分布进行了模拟分析的结果的一例的图。

其中，图6中的(A)是表示使用于模拟分析的隔热环的剖面形状的剖面图，图6中的(B)是表示图6的(A)中所示隔热环和汽缸套的温度分布的图，图6中的(C)是表示图6的(A)中所示隔热环的应力分布的图。

图7是表示对未设有槽部的隔热环中的温度分布进行了模拟分析的结果的一例的图。

其中，图7中的(A)是表示使用于模拟分析的隔热环的剖面形状的剖面图，图7中的(B)是表示图7的(A)中所示隔热环和汽缸套的温度分布的图。

图8是表示具有第一剖面形状的槽部的一例的放大剖面图。

图9是表示具有第二剖面形状的槽部的一例的放大剖面图。

图10是表示具有第三剖面形状的槽部的一例的放大剖面图。

其中，图10中的(A)是表示槽部的剖面形状形成为半圆形的圆弧时的情况的图，图10中的(B)是表示槽部的剖面形状形成为相比半圆形的圆弧更加缓和地弯曲的圆弧时的情况的图。

图11是表示具有第四剖面形状的槽部的一例的放大剖面图。

图12是表示本实施方式的汽缸套用隔热环的另一例以及本实施方式的内燃机的另一例的模式剖面图。

(符号说明)

10、10A、10B、10C、10D、10E：隔热环

12：隔热环

14：隔热环

20：环状构件

30：外周面

32：平坦部

34、34A、34B、34C、34D：槽部

36：槽部

36B：槽部底面

36C：角部

38：缺口部(倒角部)

40A、40B：直线

42：角部

44：曲线

50、50A、50B：圆弧

52：直线

60：内周面

102：汽缸套

120：圆筒状构件

130：内周面

130A：第一区域(燃烧室侧端部附近的内周面)

130B：第二区域

200、200A、200D：内燃机

300：活塞

310：顶岸

400：积碳

具体实施方式

＜汽缸套用隔热环＞

图1～图4是表示本实施方式的汽缸套用隔热环(以下，简称为隔热环)的一例的模式剖面图，且是表示隔热环的与圆周方向垂直的剖面的结构的图。需要说明的是，图1～图4中示出的是隔热环被安装于汽缸套的燃烧室侧端部附近的内周面上的状态。另外，图1～图4以及其他附图中所示的Y方向是指与隔热环和汽缸套的轴向平行的方向，与Y方向垂直的X方向是指与隔热环和汽缸套的径向平行的方向。

图1～图4中所示的隔热环10具有环状构件20，在环状构件20的与圆周方向垂直的剖面(图中的纸面)中，环状构件20的外周面30包含：与环状构件20的轴向平行的平坦部32、以及相比平坦部32更加朝向环状构件20的内周侧凹陷的槽部34。

在图1～图4所示的例子中，隔热环10被安装于汽缸套102的燃烧室侧端部附近的内周面130A(第一区域)上。因此，外周面30中的平坦部32与汽缸套102的内周面130A接触。另外，在图1～图4所示的例子中，设有两个槽部34和三个平坦部32，一个槽部34位于两个平坦部32之间。进一步地，在图1～图4所示的例子中，外周面30的轴向两端侧上还设有缺口部(倒角部)38。但是，缺口部(倒角部)38也可以省略。另外，优选槽部34在隔热环10的圆周方向上连续地设置，但也可以非连续地设置。另外，当在隔热环10的圆周方向上连续地设置槽部34时，可以以槽部34与圆周方向平行的方式连续地设置，也可以以槽部34与圆周方向交叉从而形成规定的角度(例如，超过0度且30度以下的角度)的方式连续地设置。

在此，在图1中所示的隔热环10A(10)的外周面30上，设有具有V字形的剖面形状(第一剖面形状)的槽部34A(34)，其中，该V字形的剖面形状仅由两条直线和成为两条直线的交点的一个角部形成，在图2中所示的隔热环10B(10)的外周面30上设有槽部34B(34)，该槽部34B(34)具有将第一剖面形状中的角部附近变圆滑而形成为曲线的剖面形状(第二剖面形状)。

另外，在图3中所示的隔热环10C(10)的外周面30上设有槽部34C(34)，该槽部34C(34)具有仅由圆弧形的曲线形成的剖面形状(第三剖面形状)，在图4中所示的隔热环10D(10)的外周面30上设有槽部34D(34)，该槽部34D(34)具有U字形的剖面形状(第四剖面形状)。需要说明的是，在图1～图4所示的隔热环10中，槽部34是在环状构件20的轴向上隔开规定的间隔(Fr2)而配置。但是，也可以构成为：尽量减小轴向上相邻的两个槽部34之间的间隔(Fr2)，从而将多个槽部34设置为呈锯齿状。

在本实施方式的隔热环10中，外周面30上设置的槽部34的剖面形状，可以为选自由上述第一剖面形状、第二剖面形状、第三剖面形状以及第四剖面形状构成的群中的任意一种以上的剖面形状。例如，当外周面30上设置的槽部34的数量仅为一个时，槽部34的剖面形状为选自由第一剖面形状、第二剖面形状、第三剖面形状以及第四剖面形状构成的群中的任意一种剖面形状。另外，当外周面30上设置的槽部34的数量为两个以上时，关于槽部34的剖面形状，(a)可以如图1～图4中所例示，仅为选自由第一剖面形状、第二剖面形状、第三剖面形状以及第四剖面形状构成的群中的任意一种剖面形状，(b)也可以将两种以上进行组合。

与专利文献1、2中所例示的现有隔热环的外周面上设置的剖面呈方形的槽部相比，具有选自第一～第四剖面形状的任意一种剖面形状的槽部34，不易造成隔热环的破损。以下，对其理由进行说明。

首先，内燃机进行工作时，缸内压力作用于隔热环的内周面上。因此，从隔热环的内周侧朝向外周侧的较强的力作用于隔热环上。因此，若为了形成绝热用空气层而在隔热环的外周面上设置槽部，则难以避免在该槽部或其附近处容易产生局部的应力集中的问题。

因此，本申请发明人们为了研究在现有的设有剖面呈方形的槽部的隔热环中容易因为槽部而发生破损的原因，对隔热环剖面的应力分布进行了研究。图5是表示对现有的设有剖面呈方形的槽部的隔热环中的应力分布和温度分布进行了模拟分析的结果的一例的图。

其中，图5中的(A)是表示使用于模拟分析的隔热环的剖面形状的剖面图。在图5的(A)中，示出的是隔热环12被安装于汽缸套102的内周面130A上的状态。在图5的(A)中所示的隔热环12的外周面30上，代替图1～图4中所示的两个槽部34而设有剖面呈方形的两个槽部36，其中，关于槽部36以外的隔热环12的其他各部分的尺寸形状，与后述的图6的(A)中所示的隔热环10B相同。另外，图5中的(C)是表示图5的(A)中所示隔热环12的应力分布的图，图5中的(B)是表示图5的(A)中所示的隔热环12和汽缸套102的温度分布的图。

另外，在图5的(A)所示的隔热环12和汽缸套102中，主要部分的尺寸设定为如下。另外，关于尺寸形状，在图5的(A)和后述的图6的(A)中，仅槽部36和槽部34B的尺寸形状不同，在图5的(A)及后述的图6的(A)和后述的图7的(A)中，仅在是否具有槽部36、34B这一点上不同。

构成隔热环12的环状构件的径向厚度：2.3㎜；

构成隔热环12的环状构件的轴向高度：9.9㎜；

环状构件轴向上的槽部36的最大开口宽度：3.15㎜；

槽部36的最大槽深度：0.5㎜；

构成汽缸套102的圆筒状构件(其中的对应于第一区域130A的部分)的径向厚度：2.7㎜；

构成汽缸套102的圆筒状构件(其中的对应于第一区域130A的部分)的轴向长度：9.9㎜。

图5中所示的模拟分析是使用市场上出售的强度及热分析软件实施。在进行模拟分析时，是在如下的条件下实施：将隔热环12和汽缸套102的材质设为铸铁(FC250)，另外，内燃机中的一般的缸内压力和燃烧热从隔热环12的内周侧发挥作用，并且，环境温度设为室温。其中，在图5的(C)中，白～黑示出的灰度显示表示应力的大小，越白则应力越大，越黑则应力越小。另外，对于图5中的(B)，之后进行说明。另外，在图5的(A)和图5的(B)中，省略了对于相比隔热环12的剖面更加里侧的图示。

从图5的(C)中明确地确认到：在剖面呈方形的槽部36的两个角部36C以及槽部底面36B的中央部上，存在有由极强的应力作用的层(图中的最白部分)和微弱的应力作用的层(图中的最黑部分)直接接触而形成的界面(应力集中部)。在这样的应力集中部中，分别作用于界面的一侧和另一侧的应力的强度极端地不同。因此，可以推断为：应力集中部成为产生隔热环12断裂的原因。

基于上述知识，可以认为：在槽部的剖面形状中，(a)减少成为应力集中部的产生原因的角部36C的数量或者消除该角部36C，(b)通过将成为应力集中部的产生原因的槽部底面36B的中央部形成为朝向内周方向呈凸状的弓形或者V字形，从而将局部作用于槽部底面36B的中央部上的较强的应力分散于周围，是非常重要的。基于此，本申请发明人们发明了具有图1～图4中所例示的槽部34的本实施方式的隔热环10。在此，具有第一剖面形状的槽部34A的角部的数量为一个，槽部34A的底面中央部形成为V字形。另外，具有第二～第四剖面形状的槽部34B、34C、34D中不存在角部36C，槽部34B、34C、34D的槽部底面的中央部形成为由以朝向内周方向呈凸状的方式弯曲的曲线构成的弓形。

图6是表示对本实施方式的隔热环中的应力分布和温度分布进行了模拟分析的结果的一例的图。其中，图6中的(A)是表示使用于模拟分析的隔热环的剖面形状的剖面图，且是除了将各部分的尺寸设定为规定值以外，与图2中所示的隔热环10B实际上相同的剖面图。另外，图6中的(C)是表示图6的(A)中所示的隔热环10B的应力分布的图，图6中的(B)是表示图6的(A)中所示的隔热环10B和汽缸套102的温度分布的图。除了隔热环10B的槽部34B和隔热环12的槽部36的剖面形状不同以外，图6中所示的模拟分析，是以与图5中所示的模拟分析相同的条件实施。即，关于缸内压力朝向汽缸套102侧传递的汽缸套102和隔热环10B、12的接触部(平坦部32)的位置、数量、面积，在隔热环10B和隔热环12中是相同的。另外，槽部34B和槽部36的最大开口宽度和最大槽深度也是相同。因此，可以认为：图5的(C)和图6的(C)中的应力分布的差异，实际上是源于隔热环10B的槽部34B和隔热环12的槽部36的剖面形状的不同。另外，对于图6中的(B)，之后进行说明。另外，在图6的(A)和图6的(B)中，省略了对于相比隔热环10B的剖面更加里侧的图示。

另外，在图6的(A)所示的隔热环10B中，隔热环10B的主要部分的尺寸设定为如下。另外，汽缸套102的主要部分的尺寸设定为与图5中的(A)相同。另外，槽部34B的剖面形状相对于从槽部34B的底面中央部通过且与环状构件20的径向平行的直线呈线对称。

构成隔热环10B的环状构件20的径向厚度：2.3㎜；

构成隔热环10B的环状构件20的轴向高度：9.9㎜；

环状构件20轴向上的槽部34B的最大开口宽度：3.15㎜；

槽部34B的最大槽深度：0.5㎜；

槽部34B的底面中央附近处的曲线的曲率半径：1.0㎜。

从图6的(C)中明确可知，本实施方式的隔热环10B中也存在应力分布，但是，并未确认到如图5的(C)中所示的明显的应力集中部。该结果证明了：相比图5中所示的槽部36，图1～图4中所示的槽部34A、34B、34C、34D中更不易产生源于槽部的破损。

另外，被槽部和汽缸套围住的空间(绝热空气层)内，填满了导热性极低的气体(空气、燃烧废气或者其混合气体)，因此，绝热空气层对基于隔热环的绝热性的发挥的贡献很大。基于该点，可以认为绝热空气层的容积越大，对于绝热性的提高更加有利。但是，本申请发明人们对绝热空气层的容积和隔热环的绝热性之间的关系进行研究后，发现了：若只是单纯地增大绝热空气层的容积，有时绝热性也不会大幅提高。以下，对其理由进行说明。

图7是表示对未设有槽部的隔热环中的温度分布进行了模拟分析的结果的一例的图。在图7的(A)中，示出的是隔热环14被安装于汽缸套102的内周面130A上的状态。图7的(A)中所示的隔热环14，除了在外周面30上未设有槽部之外，其材质和尺寸形状与图5的(A)中所示的隔热环12以及图6的(A)中所示的隔热环10B相同。另外，图7中的(B)是表示图7的(A)中所示的隔热环14和汽缸套102的温度分布的图。除了隔热环14不具有槽部之外，图7中所示的模拟分析是以与图5和图6中所示的模拟分析相同的条件实施。在此，在图5的(B)、图6的(B)以及图7的(B)中，白～黑示出的灰度显示表示温度的差异，越白则温度越高，越黑则温度越低。

另外，在图7的(A)所示的隔热环14中，隔热环14的主要部分的尺寸设定为如下。另外，汽缸套102的主要部分的尺寸设定为与图5中的(A)相同。

构成隔热环14的环状构件20的径向厚度：2.3㎜；

构成隔热环14的环状构件20的轴向高度：9.9㎜。

从图7的(B)中明确可知，在不具有槽部的隔热环14中，热是从燃烧室侧经由隔热环14顺畅地传递至汽缸套102。即，在不具有槽部的隔热环14中，几乎没有绝热效果。

另外，进一步参照图5中的(B)和图6中的(B)，在隔热环10B、12中，由于槽部34B、36(绝热空气层)的存在，相比隔热环14，隔热环10B、12自身变为高温。但是，基于此，汽缸套102侧的温度则成为更加低的温度。在此，对隔热环10B和隔热环12进行比较可知，相比隔热环12，隔热环10B的绝热性稍差，但是，当以隔热环14为基准时，隔热环10B和隔热环12的绝热性上并没有明显的差异。

另一方面，在设置于隔热环10B的槽部34B和设置于隔热环12的槽部36中，最大开口宽度、最大槽深度以及槽部的数量相同，两者的差别仅在于槽部的剖面形状以及基于此的剖面面积(绝热空气层的容积)的不同。然后，槽部34B的剖面面积(绝热空气层的容积)是槽部36的剖面面积(绝热空气层的容积)的约1/2。即，从图5的(B)、图6的(B)以及图7的(B)中所示的模拟分析结果可知，有时并不能说绝热性单纯地与绝热空气层的容积呈比例地提高。另外，根据这些结果，可以认为：相比绝热空气层的容积，绝热性实际上更加大幅依赖于槽部34B、36的最大开口宽度，换言之，成为从隔热环10B、12向汽缸套102侧的导热路径的平坦部32的剖面长度。

在此，当剖面呈方形的槽部36和具有第一～第四剖面形状的槽部34A、34B、34C、34D具有相同的最大开口宽度和最大槽深度时，相比槽部36，槽部34A、34B、34C、34D的剖面面积(绝热空气层的容积)更小，另外，与剖面面积变小相对应地，构成隔热环10的材质部分(实际厚度部分)增大。

根据这些情况，可以认为：关于具有第一～第四剖面形状的槽部34A、34B、34C、34D，当以具有与其相同的最大开口宽度和最大槽深度的剖面呈方形的槽部36作为基准时，(a)发挥与槽部36大致相等程度的绝热效果，(b)相对于槽部36，能够发挥源于槽部剖面形状的差异所产生的隔热环10的强度提高效果，(c)相对于槽部36，能够发挥源于实际厚度部分的增大所产生的隔热环10的强度提高效果。

接下来，对本实施方式的隔热环10的优选形态进行说明。

图8是表示具有第一剖面形状的槽部34A的一例的放大剖面图。图9是表示具有第二剖面形状的槽部34B的一例的放大剖面图。槽部34A的剖面形状形成为V字形的剖面形状，其中，该V字形的剖面形状仅由两条直线40A、40B和成为该两条直线40A、40B的交点的一个角部42形成，槽部34B的剖面形状形成为将槽部34A的剖面形状中的角部42附近变圆滑而形成为曲线44的剖面形状。

在此，关于两条直线40A、40B所形成的角度θ1，只要由两条直线40A、40B所形成的形状呈V字形，便没有特别的限制，但优选45度～160度，更优选90度～160度，进一步优选120度～150度，尤其优选135度～145度。为了在角度θ1小于45时，足够确保隔热环10A、10B的绝热性，需要(a)增加外周面30上设置的、环状构件20的每单位轴向高度中的槽部34A、34B的数量，或者，(b)进一步增大槽部34A、34B的最大槽深度Dr以及最大开口宽度Wr。但是，在前者(a)的情况下，制造隔热环10A、10B时，槽部34A、34B的加工变得更加烦杂。另外，在后者(b)的情况下，实际厚度部分大幅减少，因此，有时隔热环10A、10B的强度容易降低。另外，当角度θ1超过160度时，相对于最大开口宽度Wr，绝热空气层的厚度相对极端地变薄，因此，有时隔热环10A、10B的绝热性容易降低。

另一方面，关于直线40A和平坦部32所形成的角度θ2A以及直线40B和平坦部32所形成的角度θ2B，只要能够得到所希望的角度θ1，便没有特别的限制，通常，优选角度θ2A和角度θ2B相同。另外，在图8和图9所示的例子中，角度θ2A和角度θ2B被设定为相同。另外，(ⅰ)关于角度θ2A和角度θ2B，分别优选为90度～170度，更优选100度～170度，进一步优选120度～170度；(ⅱ)关于角度θ2A和角度θ2B之和(θ2A+θ2B)，优选225度～340度，更优选240度～320度。进一步地，(ⅲ)关于角度θ2A和角度θ2B的绝对差|θ2A-θ2B|，优选0度～45度，更优选0度～30度，进一步优选0度～15度，最优选0度。

另外，(a)当角度θ2A(或者角度θ2B)为90度以上且小于100度，并且，(b)|θ2A-θ2B|超过30度时，槽部34A、34B的剖面形状的非对称性变大，并且，直线40A(或者直线40B)与径向平行或者大致平行。在具有这种剖面形状的槽部34A、34B中，有时通过切削加工等形成槽部34A、34B时的加工变困难。因此，从使槽部34A、34B的加工更加容易的观点出发，更优选：即使是在满足上述条件(ⅰ)～(ⅲ)的范围内，也是在满足上述条件(a)和(b)的范围以外，适当地选择角度θ2A和角度θ2B。但是，在能够利用加工性出色的加工方法或者存在其他优点的情况等下，根据需要，当然也可以设置满足条件(a)和(b)的槽部34A、34B。

另外，曲线44的曲率半径并没有特别的限定，但优选0.2㎜～4.0㎜，更优选0.5㎜～1.5㎜，尤其优选0.8㎜～1.5㎜。

图10是表示具有第三剖面形状的槽部34C的例子的放大剖面图。其中，图10的(A)中，示出的是：槽部34C的剖面形状呈半圆形的圆弧50A(50)时(2×最大槽深度Dr＝最大开口宽度Wr时)的例子，图10的(B)中，示出的是：槽部34C的剖面形状呈圆弧50B(50)时(2×最大槽深度Dr＜最大开口宽度Wr时)的例子，其中，该圆弧50B(50)相比半圆形的圆弧50A更加缓和地弯曲。

图11是表示具有第四剖面形状(剖面U字形)的槽部34D的例子的放大剖面图。剖面U字形的槽部34D的剖面形状形成为：将如图10中所例示的圆弧50和从圆弧50的两端朝向隔热环10D的外周侧方向延伸的两条直线52进行组合后的形状。

在图1～图4以及图8～图11中所例示的槽部34以及具有槽部34的隔热环10中，优选满足以下算式(1)～(4)中的至少一个算式，更优选同时满足任意两个算式，进一步优选同时满足任意三个算式，尤其优选同时满足所有四个算式。

算式(1)：0.85≥Sr/(Dr×Wr)≥0.5

算式(2)：0.41≥Dr/Wr

算式(3)：0.57≥Dr/Tr

算式(4)：055≥Fr/Hr

其中，算式(1)～算式(4)中的各数值参数的含义如下。

Dr：槽部34的最大槽深度(㎜)

Wr：环状构件20轴向上的槽部34的最大开口宽度(㎜)

Sr：环状构件20的与圆周方向垂直的剖面中的槽部34的剖面面积(㎜²)

Tr：环状构件20的径向厚度(㎜)

Fr：环状构件20轴向上的平坦部32的长度(㎜)

Hr：环状构件20的轴向高度(㎜)

另外，平坦部32的长度Fr表示各平坦部32的长度Fr1～Frn的总长度。例如，在图1～图4所示的隔热环10中，存在有：位于环状构件20轴向上的燃烧室侧的平坦部32、位于中央部的平坦部32、以及位于曲轴箱侧的平坦部32这共计三个平坦部32。因此，将这三个平坦部32的长度Fr1、Fr2、Fr3的总计值设为平坦部32的长度Fr。

在此，关于算式(1)中所示的Sr/(Dr×Wr)，当其值为1时，表示槽部是剖面形状呈方形的槽部36，当其值为0.5时，表示槽部是剖面形状呈V字形的槽部34A，随着该值从0.5向1增加，槽部的剖面形状从V字形(第一剖面形状)依次变化为将V字形的角部变圆滑而形成为曲线的第二剖面形状、圆弧形(第三剖面形状)、U字形(第四剖面形状)以及方形。当满足算式(1)时，能够更加容易地得到与具有剖面呈方形的槽部36的隔热环12相比，能够维持大致相等程度的绝热性且强度提高的隔热环10。另外，从进一步改进强度的观点出发，Sr/(Dr×Wr)更优选0.50～0.84，进一步优选0.53～0.70，尤其优选0.54～0.68。

另外，算式(2)中所示的Dr/Wr是表示槽部34的纵横比的参数，算式(3)中所示的Dr/Tr是表示相对于隔热环10的槽部34的深度比的参数。当满足算式(2)时，能够更加容易地得到与具有剖面形状呈方形的槽部36的隔热环12相比，能够维持大致相等程度的绝热性且强度提高的隔热环10。然后，满足算式(3)时，也相同。

Dr/Wr的下限值并未特别限定，但从实用方面出发，优选0.10以上，Dr/Tr的下限值也并未特别限定，但从实用方面出发，优选0.15以上。另外，关于Dr/Wr，从使绝热性和强度更具平衡地并存的观点出发，更优选0.16～0.41，进一步优选0.16～0.21。另外，关于Dr/Tr，从使绝热性和强度更具平衡地并存的观点出发，更优选0.22～0.57，进一步优选0.22～0.29。

进一步地，算式(4)中所示的Fr/Hr表示平坦部32的长度Fr相对于隔热环10的轴向高度Hr的比率。另外，考虑到缺口部(倒角部)38相对于轴向高度Hr的比率相对非常小，Fr/Hr也可以说是ΣWr/Hr(最大开口宽度Wr的总和相对于轴向高度Hr的比率)的反函数。当满足算式(4)时，能够更加容易地得到与具有剖面形状呈方形的槽部36的隔热环12相比，能够维持大致相等程度的绝热性且强度提高的隔热环10。Fr/Hr的下限值并未特别限定，但从实用方面出发，优选0.10以上。另外，当与强度相比更加希望改进绝热性时，Fr/Hr更优选0.18以上且小于0.37，当与绝热性相比更加希望改进强度时，Fr/Hr更优选0.37～0.55。

另外，在本实施方式的隔热环10中，从抑制隔热环10的强度降低的观点出发，还优选满足以下的算式(5)。

算式(5)：Tr-Dr≥1.0㎜

作为构成本实施方式的隔热环10的环状构件20的材质，并未特别限定，例如，可以举出：铁、铁合金(SUH等的耐热钢、SUS等的不锈钢、铸铁(尤其是与汽缸套102相同材质的铸铁)等)、镍合金(镍铬铁耐热耐蚀合金等)。

另外，关于构成本实施方式的隔热环10的环状构件20的外观尺寸，并未特别限定，但一般来说，其内径优选84㎜～247㎜，更优选107㎜～234㎜，进一步优选111㎜～147㎜；径向厚度Tr优选1.5㎜～8㎜，更优选1.5㎜～3.0㎜；轴向高度Hr优选5.0㎜～70.0㎜，更优选6.5㎜～18.0㎜。另外，关于第一～第四剖面形状中共同的尺寸即最大开口宽度Wr和最大槽深度Dr，并未特别限定，例如，最大开口宽度Wr优选1.0㎜～40㎜左右，最大槽深度Dr优选0.2㎜～4.0㎜左右。

在环状构件20的与圆周方向垂直的剖面中，设置于外周面30上的槽部34的数量并未特别限制，只要是环状构件20的每轴向高度全域中一个以上，便可以选择任意的个数。但是，关于槽部34的数量，更优选环状构件20的每轴向高度10㎜中两个～五个，进一步优选两个～三个，尤其优选两个。当在槽部34的数量为环状构件20的每轴向高度全域中一个的情况下，欲进一步满足算式(4)时，在环状构件20的轴向上，应力容易集中在位于一个槽部34两侧的两个狭窄的平坦部32上。即，以下动作更容易变困难：从确保隔热环10的强度的观点出发，使应力适当地分散于环状构件20的轴向上。另外，当槽部34的数量为环状构件20的每轴向高度10㎜中六个以上时，位于环状构件20的轴向上相邻的两个槽部34之间的平坦部32的宽度(轴向长度)变狭窄。因此，当利用切削加工形成槽部34时，容易产生平坦部32的破损。

另外，本实施方式的隔热环10是以降低内燃机的热损失为目的而利用的构件，但是，除了该目的之外，也可以用作以刮除附着于活塞的顶岸(top land)上的积碳为目的的构件(积碳刮除环(carbon scraper ring))。当将隔热环10还用作积碳刮除环时，构成隔热环10的环状构件20的内径，被设定为稍小于安装隔热环10的汽缸套102的内径(相比安装隔热环10的部位更加曲轴箱侧的部位中的内径)。另一方面，当不将本实施方式的隔热环10用作积碳刮除环时，构成隔热环10的环状构件20的内径，也可以设定为大致相等或大于安装隔热环10的汽缸套102的内径(相比安装隔热环10的部位更加曲轴箱侧的部位中的内径)。

另外，根据需要，也可以对构成本实施方式的隔热环10的环状构件20的表面实施各种表面处理、或者形成各种皮膜。例如，对于环状构件20的表面，可以通过喷镀处理形成喷镀膜、或者通过磷酸锰皮膜处理形成磷酸锰皮膜等。虽然也依赖于皮膜的形成方法，但这些皮膜可以选择性地形成于环状构件20表面的一部分(外周面30、内周面60等)上、或者形成为覆盖环状构件20的表面整体。另外，一般来说，喷镀膜或者磷酸锰皮膜的绝热性出色，因此，从提高隔热环10的绝热性的观点出发，喷镀膜或者磷酸锰皮膜优选形成于环状构件20的至少外周面30上。

关于本实施方式的隔热环10，只要是具备可以安装隔热环10的汽缸套的内燃机，便可以利用于任何类型的内燃机中。关于这样的内燃机，作为其代表可以举出汽油机、柴油机。另外，当在燃烧室中容易产生积碳的柴油机中使用本实施方式的隔热环10时，本实施方式的隔热环10优选还用作积碳刮除环。

＜内燃机＞

本实施方式的内燃机至少具备汽缸套和本实施方式的隔热环10。图1～图4是表示本实施方式的内燃机200A(200)的一例的模式剖面图。图1～图4中所示的内燃机200A至少具备汽缸套102和本实施方式的隔热环10。汽缸套102具有圆筒状构件120，圆筒状构件120的内周面130由圆筒状构件120的轴向一端侧(燃烧室侧)附近的第一区域130A和一端侧附近以外的第二区域130B构成。另外，第一区域130A中的内径被设定为大于第二区域130B中的内径。然后，隔热环10被嵌合在汽缸套102的内周面130朝向外周侧局部凹陷的部分、即汽缸套102的第一区域130A中。

图12是表示本实施方式的内燃机的另一例的模式剖面图，且是具备还作为积碳刮除环发挥作用的本实施方式的隔热环10的内燃机200的一例的示意图。图12中所示的内燃机200D(200)至少具备与图1～图4中所例示相同的汽缸套102和嵌合在该汽缸套102的第一区域130A中的本实施方式的隔热环10E(10)。在此，图12中所示的隔热环10E，除了其内径小于图2中所示的隔热环10B的内径之外，具有与图2中所示的隔热环10B相同的尺寸形状。在图12所示的内燃机200D中，构成隔热环10E的环状构件20的内径，小于构成汽缸套102的圆筒状构件120的第二区域130B中的内径。因此，环状构件20的内周面60被配置为：相对于汽缸套102的第二区域130B，更加朝向汽缸套102的中心轴侧突出。因此，在积碳400附着于活塞300的顶岸310的外周面上的情况下，当活塞300在汽缸套102内朝向上止点移动时，积碳400被隔热环10E刮除。另外，构成隔热环10E的环状构件20的内径，被设定为大于活塞300的顶岸310的外径。

另外，在图1～图4所例示的内燃机200A中，构成隔热环10A、10B、10C、10D的环状构件20的内周面60和汽缸套102的第二区域130B处于同一水平面上。即，第二区域130B的内径和环状构件20的内径相同。因此，在内燃机200A中，隔热环10A、10B、10C、10D不具有作为积碳刮除环的功能。

本实施方式的内燃机200可以为任何类型的内燃机，作为代表性的内燃机，优选汽油机或者柴油机。

另外，根据需要，可以对构成汽缸套102的圆筒状构件120的内周面130实施各种表面处理、或者形成各种皮膜。例如，对于圆筒状构件120的内周面130，可以通过喷镀处理形成喷镀膜、或者通过磷酸锰皮膜处理形成磷酸锰皮膜等。虽然也依赖于皮膜的形成方法，但这些皮膜可以选择性地形成于圆筒状构件120的内周面130的一部分(第一区域130A、第二区域130B等)上、或者形成为覆盖内周面130整体。另外，一般来说，喷镀膜或者磷酸锰皮膜的绝热性出色，因此，从提高安装了隔热环10的部位附近的绝热性的观点出发，喷镀膜或者磷酸锰皮膜优选至少形成于第一区域130A上。

【实施例】

以下，根据实施例具体地说明本发明。但是，本发明并非仅限定于以下所示的实施例。

在实施例1～9以及比较例1的隔热环中，对基于算式(1)～算式(4)中所示的参数：Sr/(Dr×Wr)、Dr/Wr、Dr/Tr、Fr/Hr所产生的、隔热环的内周面温度以及槽部径向最大位移量的变动倾向实施了模拟分析。将其结果示于表1～表3中。另外，在所有实施例和比较例中，隔热环的外观尺寸、槽部的数量以及材质均相同。另外，表中所示的隔热环的各部分的尺寸的单位均为㎜。进一步地，关于两个槽部，如图1等所例示，在隔热环的轴向上呈等间隔地设置。另外，内周面温度是：表示其值越大则隔热环的绝热性越出色的评价项目，槽部径向最大位移量是：表示其值越小则隔热环内产生的应力越小，从而不易产生隔热环的疲劳断裂的评价项目。

另外，表1～表3中所示的模拟分析是使用市场上出售的强度及热分析软件实施。在进行模拟分析时，是在如下的条件下实施：将隔热环以及与其组合使用的汽缸套的材质设为铸铁(FC250)，另外，内燃机中的一般的缸内压力和燃烧热从隔热环的内周侧发挥作用，并且，环境温度设为室温。

在此，表1中示出的是：在槽部的最大开口宽度Wr和最大槽深度Dr相同的情况下，对基于Sr/(Dr×Wr)所引起的内周面温度以及槽部径向最大位移量进行了评价的结果。另外，在槽部的最大开口宽度Wr和最大槽深度Dr相同的情况下，改变Sr/(Dr×Wr)的值，等同于改变槽部的形状，可以说是将剖面形状定义为定量参数。因此，关于表1，也可以说是对基于槽部剖面形状所引起的内周面温度以及槽部径向最大位移量进行了评价的结果。

表2中示出的是：在槽部的剖面形状和最大开口宽度Wr相同的情况下，对基于最大槽深度Dr所引起的内周面温度以及槽部径向最大位移量进行了评价的结果。其中，可以认为：最大槽深度Dr对于绝热性和机械强度的影响，并不是由最大槽深度Dr的绝对值引起的，而是通过在隔热环整体中所占的最大槽深度Dr的相对比例而产生较强的影响。因此，表2中示出的是：对基于将最大开口宽度Wr和径向厚度Tr作为基准值时的最大槽深度Dr的比率、即Dr/Wr(槽部的纵横比)、Dr/Tr(相对于隔热环的槽部的深度比)所引起的、内周面温度以及槽部径向最大位移量进行了评价的结果，其中，该最大开口宽度Wr是隔热环的主要轴向尺寸，该径向厚度Tr是隔热环的主要径向尺寸。

表3中示出的是：对基于平坦部长度Fr(或者，可以说是平坦部长度Fr的实际上的反函数的最大开口宽度Wr)所引起的、内周面温度以及槽部径向最大位移量进行了评价的结果。其中，可以认为：平坦部长度Fr对于绝热性和机械强度的影响，并不是由平坦部长度Fr的绝对值引起的，而是通过在隔热环整体中所占的平坦部长度Fr的相对比例而产生较强的影响。因此，表3中示出的是：对基于将轴向高度Hr作为基准值时的平坦部长度Fr的比率、即Fr/Hr所引起的、内周面温度以及槽部径向最大位移量进行了评价的结果，其中，该轴向高度Hr是隔热环的主要轴向尺寸。Fr/Hr可以说是轴向上的平坦部的占有比率。

【表1】

【表2】

【表3】

Claims (10)

1.一种汽缸套用隔热环，其特征在于，

所述汽缸套用隔热环具有环状构件，

在所述环状构件的与圆周方向垂直的剖面中，所述环状构件的外周面包含与所述环状构件的轴向平行的平坦部和相比所述平坦部更向所述环状构件的内周侧凹陷的槽部；

所述槽部的剖面形状是选自由以下(1)～(4)的剖面形状构成的群中的任意一种以上的剖面形状：

(1)仅由两条直线和成为所述两条直线的交点的一个角部形成的呈V字形的第一剖面形状，

(2)将所述第一剖面形状中的角部附近变圆滑而形成为曲线的第二剖面形状，

(3)仅由圆弧形的曲线形成的第三剖面形状，

(4)呈U字形的第四剖面形状。

2.根据权利要求1所述的汽缸套用隔热环，其特征在于，

在所述第一剖面形状和所述第二剖面形状中，所述两条直线所形成的角度为45度～160度。

3.根据权利要求1或2所述的汽缸套用隔热环，其特征在于，

满足以下的算式(1)，

算式(1)：0.85≥Sr/(Dr×Wr)≥0.5；

在所述算式(1)中，

Sr表示所述环状构件的与圆周方向垂直的剖面中的所述槽部的剖面面积(㎜²)，

Dr表示所述槽部的最大槽深度(㎜)，

Wr表示所述环状构件的轴向上的所述槽部的最大开口宽度(㎜)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的汽缸套用隔热环，其特征在于，

满足以下的算式(2)，

算式(2)：0.41≥Dr/Wr；

在所述算式(2)中，

Dr表示所述槽部的最大槽深度(㎜)，

Wr表示所述环状构件的轴向上的所述槽部的最大开口宽度(㎜)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的汽缸套用隔热环，其特征在于，

满足以下的算式(3)，

算式(3)：0.57≥Dr/Tr；

在所述算式(3)中，

Dr表示所述槽部的最大槽深度(㎜)，

Tr表示所述环状构件的径向厚度(㎜)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的汽缸套用隔热环，其特征在于，

满足以下的算式(4)，

算式(4)：0.55≥Fr/Hr；

在所述算式(4)中，

Fr表示所述环状构件的轴向上的所述平坦部的长度(㎜)，

Hr表示所述环状构件的轴向高度(㎜)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的汽缸套用隔热环，其特征在于，

所述汽缸套用隔热环是积碳刮除环。

8.一种内燃机，其特征在于，

所述内燃机至少具备：

汽缸套，其具有圆筒状构件，所述圆筒状构件的内周面由所述圆筒状构件的轴向一端侧附近的第一区域和所述一端侧附近以外的第二区域构成，所述第一区域中的内径大于所述第二区域中的内径，以及

隔热环，其具有环状构件，并且，被嵌合在所述汽缸套的所述第一区域中；

在所述环状构件的与圆周方向垂直的剖面中，所述环状构件的外周面包含与所述环状构件的轴向平行的平坦部和相比所述平坦部更向所述环状构件的内周侧凹陷的槽部；

所述槽部的剖面形状是选自由以下(1)～(4)的剖面形状构成的群中的任意一种以上的剖面形状：

(1)仅由两条直线和成为所述两条直线的交点的一个角部形成的呈V字形的第一剖面形状，

(2)将所述第一剖面形状中的角部附近变圆滑而形成为曲线的第二剖面形状，

(3)仅由圆弧形的曲线形成的第三剖面形状，

(4)呈U字形的第四剖面形状。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其特征在于，

所述环状构件的内径小于所述第二区域的内径。

10.根据权利要求8或9所述的内燃机，其特征在于，

所述内燃机是柴油机。

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