專利名稱：用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的具有小于2.0毫米高的含鐵本體的油控制環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由達(dá)2. 0毫米高的含鐵本體形成的油控制環(huán)，理想地用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且其允許對于接觸壓力的分布的改進(jìn)和由此對于刮油的改進(jìn)，給定其構(gòu)造設(shè)計(jì)和其材料基礎(chǔ)的彈性特征和/或彈性膨脹元件的輔助的聯(lián)合，從而提供環(huán)的與氣缸壁更好的
一致性。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)為由大量的機(jī)動(dòng)車使用的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，并且基本包括兩個(gè)主要部分一個(gè)或者多個(gè)氣缸蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體。在氣缸蓋的基部設(shè)置燃燒室(在柴油機(jī)中通常燃燒室為活塞頭部)，而在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體中設(shè)置氣缸和曲軸組合。旋轉(zhuǎn)組件由活塞、桿和曲軸組成。發(fā)動(dòng)機(jī)將在燃燒室中混合物(燃料和空氣)的燃燒所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為能夠產(chǎn)生車輪運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。由于驅(qū)動(dòng)汽車所需的驅(qū)動(dòng)力來自燃燒室中空氣/燃料混合物的燃燒，并且為了確保均勻燃燒和不燃燒油，并且還為了避免氣體從氣缸到殼箱的過多的通過，有必要使用環(huán)來確保對存在于活塞和氣缸壁之間的間隙良好密封。通常，使用三個(gè)環(huán)，其中兩個(gè)為壓縮環(huán)，一個(gè)為油環(huán)。壓縮環(huán)用于防止燃燒氣體進(jìn)入殼箱，油環(huán)用于刮下來自氣缸的過量油并將其返回殼箱。環(huán)的另一個(gè)重要的作用是用作從活塞到氣缸壁/外殼的傳熱橋，在此熱通過冷卻系統(tǒng)消散。油環(huán)可包括一片、兩片或者三片，后兩種類型在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)里最為普遍。作為主要特征，一片式環(huán)采用對于材料基礎(chǔ)固有的彈性特性以便滿足對于應(yīng)用所需求的膨脹力，而兩片式環(huán)基本上包括本體和彈性構(gòu)件，三片式環(huán)基本上包括支撐體和兩個(gè)為了同樣目的的環(huán)片段。目前，當(dāng)前技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的油環(huán)具有沿本體外圍截面分布的狹縫或者孔。這些狹縫或孔的功能在于泄放累積在環(huán)的兩個(gè)外部工作面之間過量的油，并通過減小包含狹縫的截面的堅(jiān)固性來增加其柔性，以提供部件/聯(lián)合體關(guān)于氣缸壁的更大的一致性。然而，如今，受到更高能效驅(qū)動(dòng)的促進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)趨勢已經(jīng)朝生產(chǎn)更小的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展，并且減少由摩擦帶來的功率損失。伴隨著這些發(fā)展，油環(huán)的高度已經(jīng)被不斷降低，以及更小的載荷和/或膨脹力。此外，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作中降低磨損的趨勢，可以在交界環(huán)/氣缸上保持適當(dāng)?shù)慕佑|壓力，減小環(huán)接觸面積，甚至在降低的膨脹載荷的致動(dòng)下。然而，制造上的困難，零件的處理，甚至工作中潛在的破壞，是在為降低油控制環(huán)的接觸面積所設(shè)計(jì)的方案中必須克服的
一些障礙。巴西專利申請PI 9202268中定義的環(huán)被設(shè)計(jì)用來解決減小接觸面積的問題，其
3采用梨形接觸表面輪廓。作為對比，美國專利US 7，117，594中的對象被設(shè)計(jì)用來解決以上提到的問題，其采用以階梯形式的階梯形接觸表面輪廓。在任一情況中，與降低高度和載荷的這種趨勢關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)改變，如當(dāng)前技術(shù)中提出的，也會(huì)隨之帶來其它不合期望的影響，例如在沿著環(huán)的截面具有或沒有狹縫的區(qū)域之間在柔性上的差異從而使得施加到氣缸壁的接觸壓力的變化，其可能產(chǎn)生環(huán)與氣缸壁甚至在兩片式環(huán)的情況下與環(huán)相關(guān)的彈性構(gòu)件之間不足或者不平衡的接觸。北美專利US 6，454，271描述了一種組合的油環(huán)，在截面中沒有孔或狹縫，具有I 型的本體，其采用矩形或者梯形的膨脹器，具有較低的軸向高度并仍然能夠達(dá)到高壓水平， 利用排油的泄放區(qū)域來實(shí)現(xiàn)所提出設(shè)計(jì)的構(gòu)造。日本專利申請JP 2007170455描述了一種兩部分油環(huán)，其具有降低的外圍截面間距(0. 6毫米或者更小)，其中油泄放區(qū)域的減小允許環(huán)的更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，值得注意的是還沒有形成如下的油控制環(huán)，即其具有達(dá)2. 0毫米的最大厚度且具有外圍截面致密，也就是說，沒有用于油流動(dòng)的孔或者狹縫，來解決環(huán)表面關(guān)于氣缸壁和/或環(huán)關(guān)于彈性構(gòu)件一致性的困難，如果其如此使用的話，還能夠保持合適水平的接觸壓力，甚至在由于使用提供環(huán)的與氣缸界面減小的接觸的輪廓所引起的低載荷下。發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的由高度小于2. 0毫米的含鐵本體并由彈性構(gòu)件形成的油控制環(huán)，其中本體的外圍截面為致密的，也就是說，其表面上沒有狹縫或孔。本發(fā)明的目的還在于提供一種油控制環(huán)，由于使用具有減小的接觸表面的外圍工作面以及在其本體中不存在孔和狹縫，所以該油控制環(huán)允許更好的壓力分配，從而保證在環(huán)與氣缸壁之間合適厚度的油膜，使得能夠降低環(huán)設(shè)計(jì)的壓力，并因而相應(yīng)降低由于摩擦造成的系統(tǒng)中的功率損失。本發(fā)明的另一目的在于提供一種油控制環(huán)，其中使用具有減小的接觸表面的外圍工作面輪廓，結(jié)合利用接觸面與氣缸內(nèi)壁之間更大的錐角，其被設(shè)計(jì)成最小化增加接觸面的軸向?qū)挾鹊膹较蚰p，因而保持設(shè)計(jì)壓力，并且因此在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命期間環(huán)與氣缸壁之間油膜控制。另外，本發(fā)明通過提供在環(huán)的本體中不存在狹縫或者孔的情況下可在沒有涉及環(huán)流出區(qū)域的機(jī)加工的處理步驟時(shí)使用的油控制環(huán)而可以降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的通過一種油控制環(huán)來實(shí)現(xiàn)，該油控制環(huán)由用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的具有小于2. 0毫米高的含鐵本體形成，包括兩個(gè)外部接觸表面，其中每個(gè)都包括第一端部背脊部和第二端部背脊部；兩個(gè)傾斜面，每個(gè)都包括第三端部背脊部；面向氣缸壁的外圍截面；和面向活塞側(cè)的內(nèi)部，每個(gè)接觸表面具有在第一端部背脊部和第二端部背脊部之間的包括達(dá)最大0. 15毫米的高度；每個(gè)傾斜面的角度包括在8和12度之間，并且同時(shí)外圍截面為致密的，也就是，具有孔和狹縫。此外，本發(fā)明的目的通過一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油控制環(huán)來實(shí)現(xiàn)，該油控制環(huán)由小于2.0毫米高的含鐵本體形成，其包括兩個(gè)外部接觸表面等，每一個(gè)表面具有由至多 0. 15mm的平行部分結(jié)合傾斜在8和12度之間的第二面形成的輪廓，其還包括面向活塞通道的圓形部和側(cè)置面，使得外圍截面致密，不具有狹縫、孔或者任何其它形式的油泄放區(qū)。以上提到的特征，以及本發(fā)明的其它方面，將通過舉例方式和隨后的附圖的詳細(xì)描述得到更好的理解。


現(xiàn)將根據(jù)圖中表現(xiàn)的實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述本發(fā)明。圖示圖1-為當(dāng)前技術(shù)中用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)的截面圖。圖2-為當(dāng)前技術(shù)中用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)的階梯式工作面輪廓的視圖。圖3A-為環(huán)的在環(huán)制造階段期間與活塞形成接觸的區(qū)域的視圖。圖3B-為當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)和/或在環(huán)處理操作期間由于油泄放狹縫區(qū)域而不接觸活塞的環(huán)的區(qū)域的視圖。圖4-為采用或者不采用狹縫和/或油泄放區(qū)的油環(huán)截面的慣量改變的對比圖。圖5A-為當(dāng)前技術(shù)的油環(huán)的接觸表面的輪廓的詳圖。圖5B為本發(fā)明目標(biāo)的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)的接觸表面的輪廓的詳圖。圖6-為本發(fā)明目標(biāo)的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)的截面示意圖。圖7-為本發(fā)明目標(biāo)的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)的接觸表面的輪廓的詳圖。圖8-為本發(fā)明目標(biāo)的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油環(huán)的接觸表面的第二實(shí)施例的輪廓的詳圖。圖9-為裝配有油環(huán)的活塞在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部的截面示意圖。圖10-為裝配有當(dāng)前技術(shù)的油環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)和裝配有作為本發(fā)明目標(biāo)的油環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)在潤滑油消耗上的對比圖。圖11-為通過當(dāng)前技術(shù)的油環(huán)和作為本發(fā)明目標(biāo)的油環(huán)的摩擦而降低磨損的對比圖。
具體實(shí)施例方式巴西專利申請PI 9202268定義了一種油控制環(huán)100，其通過梨形接觸表面11提供了有效的刮油。如圖1所示，其還具有用于將油回流到發(fā)動(dòng)機(jī)殼箱的長方形的切口 16。但是，隨著近年來油控制環(huán)的寬度和切向載荷的降低，以及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)及其組件的技術(shù)提升，被環(huán)刮去的潤滑油的量明顯地減少。流出區(qū)現(xiàn)在可用作潤滑油的路線，其從活塞通道流向氣缸壁且不像最初設(shè)計(jì)的那樣反之亦然。另外，隨著環(huán)的截面減小，通過由流出區(qū)(狹縫或孔)的影響所產(chǎn)生的動(dòng)量或者慣性矩變化帶來的優(yōu)勢，被極大地最小化，如圖4中可以清楚地看到。比這更糟糕的是，將來，隨著在低摩擦環(huán)中所施加的切向載荷和高度更低的值，狹縫或者孔30的存在可能造成過分地降低環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，導(dǎo)致沿外圍的局部變形，產(chǎn)生當(dāng)環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)中工作時(shí)的“不接觸”區(qū)域，如圖3B中所能看到的，這是極其不希望的。提供油流出區(qū)的更好分布的努力，增加其頻率并降低其尺寸，這通過利用先進(jìn)的制造技術(shù)，例如激光，仍然不能適當(dāng)?shù)貙?shí)施或操作，更別提這些環(huán)的高昂的制造成本。為了增加與氣缸壁沿其整個(gè)長度接觸的環(huán)的一致性，在制造上引入了一些改進(jìn)， 例如，在生產(chǎn)過程的末期磨制環(huán)的接觸面，以便保證環(huán)的在其整個(gè)外圍與氣缸壁的接觸。但是，甚至經(jīng)過該操作后得到了好的結(jié)果，不等的接觸可能會(huì)在操作過程中發(fā)生，因?yàn)闅飧状嬖趫A周變形，而環(huán)磨制是在近乎完全的氣缸內(nèi)執(zhí)行，并且在一些情況下通過比工作中更大的載荷。圖IBB例示了在磨制過程中由于環(huán)的流出區(qū)或者切口引起的缺少環(huán)接觸研磨面的問題。在該過程中，即使環(huán)略過研磨環(huán)形面以便分布接觸，狹縫區(qū)域30不會(huì)接觸研磨面例如所示的橋區(qū)31，因?yàn)榄h(huán)本體中存在狹縫導(dǎo)致截面的不均衡性和其制造過程導(dǎo)致的潛在的易變性。甚至在適當(dāng)調(diào)節(jié)磨制操作的參數(shù)(載荷，研磨，包裝，時(shí)間)的情況下，狹縫區(qū)域 30被人工地“推”向研磨面(形成的接觸線可以直觀地示出在如圖3A中例證的接觸)，但是，一旦力被移去，具有狹縫的區(qū)域的表面返回到它們的初始形態(tài)，并且，因此，在狹縫區(qū)域缺少接觸的不利的和不合希望的事件在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生(正如圖3B所示)。如前所述，在運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸從其圓形變形以及環(huán)可變的一致性，使獲得接觸以及由此沿部件整個(gè)圓周上的密封更成問題。為了增加產(chǎn)品在密封方面的強(qiáng)度，本發(fā)明的解決方案是可以在磨制操作中更大徑向切除21而不明顯增加接觸范圍，假定更大錐角的輪廓。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，平坦部102保證合適的接觸范圍并最小化如果頂被維持21則會(huì)發(fā)生的成片剝落的風(fēng)險(xiǎn)。氣缸碾磨和拋光操作中的改進(jìn)，結(jié)合低載荷環(huán)，會(huì)導(dǎo)致增加對于“磨合”零件來說的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作時(shí)間。需要“磨合”周期是因?yàn)?，盡管為制造相合的零件考慮到全部，但制造的內(nèi)在變化性和發(fā)動(dòng)機(jī)操作變形要求一些磨損在零件滑動(dòng)表面匹配之前發(fā)生。新發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑油的消耗在完成合適的調(diào)整前是大的。如圖5A中所能看到的，當(dāng)前技術(shù)提出了油環(huán)的解決方案，其中接觸表面16的輪廓具有傾斜的面17 (在30’到4°之間)，其中所述布置僅允許在背脊部18中與氣缸壁的精確 (punctual)接觸，并可能使其破裂，從而對氣缸壁產(chǎn)生損壞，另外更容易由于徑向磨損造成的接觸區(qū)域的增加。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例并如從圖5B中所能看到的，作為本發(fā)明目標(biāo)的油控制環(huán)1是由含鐵本體12和由回彈的/彈性的構(gòu)件8形成，該含鐵本體12為例如鑄鐵或任何種類的鋼， 小于2. 0毫米高，該構(gòu)件8為例如螺旋彈簧、板簧或其他膨脹裝置，或者甚至通過利用其材料基礎(chǔ)的恰好的機(jī)械特征來提供對于這種應(yīng)用類型所需的膨脹力。環(huán)1在其本體12上還具有兩個(gè)外部接觸表面2，每一個(gè)包括三角形的區(qū)域21 (其隨后將在最終磨制過程中被移除)，平行接觸面102，傾斜面3，面向氣缸壁5的外圍截面部 4和面向活塞7的側(cè)部的圓形部6。當(dāng)組件安裝時(shí)表面2朝氣缸壁突出。如圖5B中所能看到的，油控制環(huán)1的每個(gè)接觸表面2初始地表示具有形成為從背脊部22到背脊部23的0. 15mm的最大規(guī)格的距離3，斜面3從背脊部23處開始。斜面3的角度相對于環(huán)的軸向長度應(yīng)當(dāng)在8到12度之間，優(yōu)選地為10度。
6
在環(huán)制造過程中，通過磨制接觸面或者其他類似的處理，三角形端部21被移除從而油環(huán)得到其終端形式。替代地，可以用具有希望輪廓的由鋼或者其他材料制成的帶子。修整或者移除過程由去除大約25 μ m (微米)的接觸表面2的三角形端部21組成， 限定接觸表面102為平坦形式，平行于氣缸壁，其可從0. 10毫米變化到0. 15毫米。圖6說明了本發(fā)明的油環(huán)1的截面，其外圍部4不具有狹縫或者孔外流(其為致密的或持續(xù)的)，和當(dāng)前技術(shù)中的所描述的對比，其提供環(huán)一致于更單一和有效的氣缸。外圍截面4持續(xù)或者致密提供了環(huán)和氣缸之間和/或環(huán)與彈性構(gòu)件之間改善的接觸，在兩片式環(huán)的情況下，消除由環(huán)中狹縫造成的過分的柔性和非一致性。作為這種改善接觸的結(jié)果，在兩片式環(huán)2的情況下在環(huán)通道中，由于操作過程中的自然磨損引起的，與工作面的非一致性接觸相關(guān)的故障以及潛在的彈簧鑲嵌，被極大地降低。另外，通過去除狹縫或孔，本發(fā)明生產(chǎn)起來更便宜，從而消除了對于流出區(qū)(狹縫或孔)的制造和修整操作的需要。圖7示出了本發(fā)明的環(huán)1的接觸表面102的細(xì)節(jié)。接觸表面102定位為使得在組件中，按照方向標(biāo)示9，斜面3的所述兩個(gè)第一區(qū)域面向彼此，也就是，不相稱，主要關(guān)注接觸表面關(guān)于氣缸壁的磨損的降低。圖8示出了接觸表面102的另一實(shí)施例，其中接觸表面102定位為使得兩個(gè)斜面 3面向同一方向，也就是，不相稱，按照方向標(biāo)示10。除使得能夠降低零件工作時(shí)的磨損外， 該組件通過氣缸壁中的環(huán)提供了改善的刮油，意味著更低的潤滑劑消耗。如在圖7和8中描述的接觸表面輪廓的利用，連同圖6中油泄放區(qū)(狹縫或孔) 的去處，展示了關(guān)于油控制的較好的解決方案，避免了圖2的當(dāng)前技術(shù)中出現(xiàn)的問題，其中接觸面200的階梯式輪廓用作油聚積器，儲(chǔ)存流體并促使油聚積在油環(huán)的上部。通過提出的解決方案，潤滑油不會(huì)聚積(或者較少聚積)在上部并沿活動(dòng)區(qū)域更好地重新分配。在圖10所示的圖表中，可看到通過作為本發(fā)明目標(biāo)的油環(huán)所實(shí)現(xiàn)的在潤滑油消耗方面的顯著降低。對于所施加的相同的切向力并且在局部載荷下，裝配有本發(fā)明的環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)，沒有用于油的通道/泄放的孔或者狹縫，與裝配有常規(guī)環(huán)、具有所述狹縫的相同發(fā)動(dòng)機(jī)相比，展示了潤滑油消耗少大約10%。如果相同的發(fā)動(dòng)機(jī)在全部載荷下運(yùn)行，油消耗的降低甚至更為顯著，達(dá)到不小于33%。繼而，圖11所示的圖表展現(xiàn)了 由于切向力的變化，由當(dāng)前技術(shù)的油環(huán)和作為本發(fā)明目標(biāo)的油環(huán)的摩擦在磨損中40%的減小，其提供了在相同的運(yùn)行條件下可觀的更長的耐用性。已經(jīng)描述了兩個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，應(yīng)該理解本發(fā)明的范圍涵蓋其他可能的變化， 例如，利用表面處理以及陶瓷和金屬涂層，以便改進(jìn)抗磨損、腐蝕和減小摩擦力的特性，僅受限于隨附權(quán)利要求的內(nèi)容，其包括了可能的等同替換。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油控制環(huán)(1)，由小于2.0毫米高的含鐵本體(12)形成，包括 兩個(gè)外部接觸表面(102)，每個(gè)包括第一端部背脊部0 和第二端部背脊部03)； 兩個(gè)斜面(3)，每個(gè)包括第三端部背脊部(32)；面向氣缸壁(5)的外圍截面；以及面向活塞(7)側(cè)的內(nèi)部(6)；所述環(huán)(1)的特征在于每個(gè)接觸表面(10 具有在第一端部背脊部0 和第二端部背脊部之間的包括達(dá)最大0. 15毫米的高度(h)；每個(gè)斜面(3)的角度包括在8和12 度之間，另外，外圍截面(4)不具有孔和狹縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)(1)，其特征在于所述斜面C3)定位為非相稱的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)(1)，其特征在于所述斜面C3)定位為相稱的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)(1)，其特征在于接觸表面(10 的在第一端部背脊部 (22)和第二端部背脊部03)之間的距離(dl)為至多0. 15毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的環(huán)(1)，其特征在于控制斜面(3)的角度為10度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)(1)，其特征在于利用彈性構(gòu)件(8)作為膨脹力產(chǎn)生載體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)(1)，其特征在于所述面(102)在用于制造所述環(huán)的帶子中獲得。
全文摘要
描述了一種理想地用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的油控制環(huán)(1)，其由小于2.0毫米高的含鐵本體形成，其包括兩個(gè)外部接觸表面(102)，其中每個(gè)表面(102)包括第一端部背脊部(22)和第二端部背脊部(23)；兩個(gè)斜面(3)，其中每個(gè)斜面(3)包括第三端部(32)；面向氣缸壁(5)的外圍截面(4)和面向活塞(7)側(cè)的內(nèi)部圓形部(6)，其中每個(gè)接觸表面(102)具有在第一端部背脊部(22)和第二端部背脊部(23)之間的達(dá)0.15毫米的高度(h)，斜面(3)的角度包括8和12度之間，另外外圍截面(4)為致密的，不存在狹縫、孔和/或其他形式的油泄放區(qū)。環(huán)(1)允許環(huán)與氣缸壁的結(jié)合體的接觸壓力的改善分配并從而環(huán)與氣缸壁之間的更好一致性。
文檔編號(hào)F16J9/20GK102483160SQ201080024106
公開日2012年5月30日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者R·D·拉比泰 申請人:馬勒金屬制品有限公司