[发明专利]用于内燃机的控油环

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制内燃机活塞中的油流的环结构，该环结构属于由多个零件形成的类型并包括膨胀件和环段。

背景技术

使用高转速发动机和在内燃机中引入加压润滑系统要求使用特定的环形件或油流控制环，以便控制通过连杆甩在汽缸壁上的大量的油。

油流控制环在其外表面上具有与汽缸壁接触的两个表面，这两个表面通过用于油流排放的包含径向槽的通道分隔开。

油流控制环必须具备两个主要功能特性：从汽缸壁朝向发动机曲轴箱刮除油以及为油流控制环上方的压缩环保持足够量的油，以便始终保持控油环和汽缸之间的油膜。

在一些已知构造中，控油环由膨胀件和一对平行的环段形成，环段通过膨胀件彼此隔开，膨胀件使环段保持作用在汽缸壁上。

控油环的合力由环段的力加上因胀环安装到汽缸上时的挠曲而引起的力构成。胀环用作弹性件。在静止条件下，胀环的直径大于汽缸的直径。当被压缩至汽缸的直径时，胀环与环段一起挠曲。

由于要求内燃机具有更小间隙和更加受控制的磨损，所以有必要避免发生胀环和环段之间的相对运动，该相对运动会增大轴向间隙。

近来，在测功器中或在现场进行的发动机试验已经表明，越来越需要保持胀环和环段之间的间隙或控制该间隙的增大。

多个控油环的胀环和环段之间的相对运动用至少一个环段绕胀环的旋转来表征，该旋转是因环段和活塞槽之间的轴向间隙的增大而造成的，该轴向间隙的增大是由磨损以及随之发生的胀环不能沿轴向挠曲而引起的。胀环不能够使环段利用轴向力克服这种间隙增大，而是任其在气体、油膜和磨损的作用下自由地绕胀环旋转。

因而，控油环的径向密封受到损害，减小了环段和汽缸之间的接触力，加速了发动机的退化，从而增大了例如润滑油消耗量等发动机指标，过多的润滑油未适时地刮除到曲轴箱，受到热气的作用，从而在燃烧室中燃烧或被带到排气系统，使该系统在摩擦学意义上容易损坏。

除不提供充分的控油环-汽缸密封之外，控油环的组成部件之间的相对运动会增加环段-胀环对的磨损，该磨损通常发生在环段的内径和间隔支架之间。这种磨损还与胀环挠曲的减小相关联，减小了汽缸上的密封力。

在将环段和胀环组装在活塞槽中时，环段施加在胀环的止动件上的力在胀环主体中引起挠曲，从而将环段推压在槽侧面上(称为侧向密封)。随着磨损，胀环的弯曲力、胀环将环段推压在槽壁上的力以及环段在汽缸的侧壁上的径向力会不断减小，从而增大了旋转的可能性，允许环段相对于胀环旋转，进一步增加了磨损。

存在于环段和胀环之间的相对旋转运动在相互支承表面上，即在每个环段的内表面和胀环支架之间引起磨损，这种磨损称为二次磨损，由于二次磨损使相互接触的零件的两种材料磨损，所以这种二次磨损会在具有相对运动的零件之间产生间隙，从而减小控油环的挠度并降低其强度。

这种磨损随时间而变化，由于弯曲量减小，所以对于控油环来说，胀环和汽缸壁之间的直径差会减小控油环的切向力，从而减小刮除力。

除减小力之外，相对运动还在用于材料硬化的表面加强涂层上引起磨损，胀环和环段通过利用硝化作用处理各自表面来接受所述表面加强涂层。这种磨损成为导致发动机制造商拒绝由多个零件制成的控油环的因素。

在一些已知构造中，通过提供一种防旋转结构在环段和胀环之间进行旋转锁定，在该防旋转结构中，胀环的端部通常具有弯曲部以形成轴向凸出片，该轴向凸出片作用在限定于环段中的槽中。在这些解决方案中，上述弯曲部可以是胀环的一个或两个端部的径向宽度的一部分或全部(参见JP332156，JP525064)。

虽然上述解决方案实现了环段相对于胀环的旋转锁定，但是其具有一些缺点，例如：在控油环经过上述处理的情况下，由于弯曲部所在区域中硝化作用降低而导致的该区域的机械脆性以及控油环的操作脆性。

上述控油环构造为控油环的环段给出两种解决方案：环段由设置有铬涂层的钢制成，或者对环段进行硝化处理，例如在日本专利JP332156和JP525064中披露的控油环，在对环段进行硝化处理的情况下，环段的整个外周在硝化前要接受处理。在这些构造中，如果在设置弯曲部之后进行硝化处理，则弯曲区域中的应力水平会增大在该区域中产生裂纹的可能性，裂纹会因硝化作用而增加。

另一方面，在对控油环进行硝化处理之后设置弯曲部会损害环段的表面硬化，妨害控油环与活塞和汽缸的接触。

发明内容