本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)等使用的活塞環(huán)，尤其是涉及配置在頂環(huán)與油環(huán)之間的活塞環(huán)。

背景技術(shù)：

汽車等的內(nèi)燃機(jī)使用的活塞環(huán)設(shè)置于例如活塞外周面的環(huán)槽，具有抑制液壓缸內(nèi)壁的油從曲軸室側(cè)進(jìn)入燃燒室側(cè)的情況(油上升)和竄氣從燃料室側(cè)進(jìn)入曲軸室側(cè)的情況的功能。作為具有這樣的功能的活塞環(huán)，存在例如專利文獻(xiàn)1記載的活塞環(huán)。該以往的活塞環(huán)也稱為第二道環(huán)，具有設(shè)置于外周面中的上側(cè)面?zhèn)鹊腻F形部和與活塞的軸向平行的平坦部。并且，由錐形部與平坦部形成的角部及由平坦部與下側(cè)面形成的角部分別成為帶有圓角的形狀。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2011-169388號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

上述那樣的第二道環(huán)在活塞的壓縮行程中，隨著環(huán)的慣性力而從環(huán)槽的下表面向上表面移動。通過該第二道環(huán)的移動，由頂環(huán)、第二道環(huán)、活塞及液壓缸內(nèi)壁形成的空間(第二槽脊)的壓力下降，頂環(huán)與環(huán)槽的下表面緊貼。由此，發(fā)揮油上升及竄氣量的抑制作用。

然而，伴隨著近年來的發(fā)動機(jī)的高性能化，取代以往的鑄鐵制的第二道環(huán)而使用鋼制的第二道環(huán)。鋼制的第二道環(huán)如果因薄幅化而其慣性重量下降，則在壓縮行程時，無法進(jìn)行以往那樣的第二道環(huán)的從環(huán)槽下表面向上表面的移動。

這樣第二道環(huán)不從環(huán)槽的下表面向上表面移動的情況下，第二槽脊的壓力無法充分下降，頂環(huán)不會緊貼于環(huán)槽的下表面，可能會產(chǎn)生該頂環(huán)的上浮現(xiàn)象(顫振)。當(dāng)顫振產(chǎn)生時，可能會產(chǎn)生導(dǎo)致竄氣量的增大和第二槽脊內(nèi)的氣體及油霧的逆流引起的油消耗量的增大的問題。

本發(fā)明的目的在于提供一種通過防止頂環(huán)的顫振而能夠充分地抑制竄氣量和油的消耗量的活塞環(huán)。

用于解決課題的方案

為了解決上述課題，本發(fā)明的一形態(tài)的活塞環(huán)具備環(huán)狀的主體部，該主體部具有：彼此相對的上側(cè)面和下側(cè)面；及彼此相對的內(nèi)周面及外周面，在主體部，在由下側(cè)面與外周面形成的第一角部設(shè)置切口部，切口部具有朝向外周面?zhèn)鹊牡谝幻婧统蛳聜?cè)面的第二面，由第一面與下側(cè)面形成的角度θ1為鈍角，由第二面與外周面形成的第二角部在主體部的寬度方向上位于下側(cè)面與上側(cè)面之間。

在該活塞環(huán)中，在由主體部的下側(cè)面與外周面形成的第一角部設(shè)有切口部。例如在活塞的壓縮行程中，利用第二角部從液壓缸內(nèi)壁刮掉的油經(jīng)由該切口部向下側(cè)面與環(huán)槽的下表面之間流入。此時，在該活塞環(huán)中，由下側(cè)面與切口部中的朝向外周面?zhèn)鹊牡谝幻嫘纬傻慕嵌圈?成為鈍角，因此上述油容易流入到下側(cè)面與環(huán)槽的下表面之間。由此，活塞環(huán)下側(cè)面與活塞槽下表面之間的附著力減弱而容易分離，因此在活塞的壓縮行程中，即使因薄幅化而環(huán)的慣性力下降，也容易產(chǎn)生活塞環(huán)的從環(huán)槽的下表面向上表面的移動。通過將這樣的活塞環(huán)使用于例如頂環(huán)與油環(huán)之間的第二道環(huán)，在活塞的壓縮行程中，由頂環(huán)、第二道環(huán)、活塞及液壓缸內(nèi)壁形成的空間(第二槽脊)的壓力充分下降，能夠防止頂環(huán)的顫振。由此，能夠充分地抑制竄氣量和油的消耗量。

另外，上述活塞環(huán)也可以為第二道環(huán)。這種情況下，能夠充分地抑制竄氣量和油的消耗量。

另外，由第一面與第二面形成的角度θ2也可以為鈍角。這種情況下，能抑制朝向下側(cè)面與環(huán)槽的下表面之間流動的油停滯在切口部內(nèi)的情況，該油更容易流入到下側(cè)面與環(huán)槽的下表面之間。而且，用于形成切口部的工具的前端成為鈍角，切口部的加工變得容易。

另外，由第一面與寬度方向的面形成的角度θ3也可以大于由第二面與下側(cè)面形成的角度θ4。這種情況下，切口部內(nèi)的油的流動難以受到第一面的阻礙，該油更容易流入到下側(cè)面與環(huán)槽的下表面之間。而且，用于形成切口部的工具的前端成為鈍角，切口部的加工變得容易。

另外，由下側(cè)面與第一面形成的第三角部也可以為帶有圓角的形狀。這種情況下，朝向下側(cè)面與環(huán)槽的下表面之間流動的油容易流動，在活塞的壓縮行程中，從環(huán)槽的下表面向上表面的第二道環(huán)的移動容易產(chǎn)生。

另外，由第一面與第二面形成的第四角部也可以為帶有圓角的形狀。這種情況下，第四角部周邊的油的流動變得良好，隨著油慣性的從環(huán)槽的下表面向上表面的第二道環(huán)的移動容易產(chǎn)生。

另外，第二角部也可以為帶有圓角的形狀。這種情況下，能夠抑制第二角部的破裂等，并能夠防止液壓缸內(nèi)壁的僅特定的部分損傷的情況。

另外，在外周面也可以形成有硬質(zhì)被膜。這種情況下，硬質(zhì)被膜不會阻礙切口部內(nèi)的油的流動，能夠進(jìn)一步確保主體部的耐磨損性及耐擦傷性。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的一形態(tài)，能夠提供一種通過防止頂環(huán)的顫振而能夠充分地抑制竄氣量和油的消耗量的活塞環(huán)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的本實施方式的第二道環(huán)的立體圖。

圖2是圖1的ii-ii線向視剖視圖。

圖3是表示使用了比較例的第二道環(huán)的活塞的動作的一例的示意圖。

圖4是表示使用了本實施方式的第二道環(huán)的活塞的動作的一例的示意圖。

圖5是本發(fā)明的變形例的第二道環(huán)的主體部的剖視圖。

圖6是本發(fā)明的變形例的第二道環(huán)的主體部的剖視圖。

圖7是本發(fā)明的變形例的第二道環(huán)的主體部的剖視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。需要說明的是，在以下的說明中，對于同一要素或具有同一功能的要素，使用同一標(biāo)號，省略重復(fù)的說明。

圖1是本實施方式的活塞環(huán)的立體圖。圖1所示的活塞環(huán)例如在汽車的內(nèi)燃機(jī)中被使用作為設(shè)置于活塞外周面的環(huán)槽的第二道環(huán)。在該第二道環(huán)1中，外周面2d相對于液壓缸內(nèi)壁進(jìn)行滑動，由此發(fā)揮抑制液壓缸內(nèi)壁的油從曲軸室側(cè)向燃燒室側(cè)的進(jìn)入(油上升)和竄氣從燃料室側(cè)向曲軸室側(cè)的進(jìn)入的功能。

第二道環(huán)1具有環(huán)狀的主體部2和形成在主體部2的一部分上的開口部3。主體部2具有：寬度方向的端面即彼此相對的側(cè)面(上側(cè)面)2a及側(cè)面(下側(cè)面)2b；厚度方向的端面即彼此相對的內(nèi)周面2c及外周面2d。該主體部2使用例如含有多個金屬元素的鑄鐵或鋼(steel)，以充分的強(qiáng)度、耐熱性及彈性形成。而且，也可以對主體部2的表面實施基于例如硬質(zhì)鉻鍍敷層、pvd層或鐵的氮化物層等的表面改性。通過將這樣的表面改性層(表面處理膜)至少形成于側(cè)面2b，能夠提高主體部2相對于活塞的環(huán)槽的耐磨損性。

開口部3是主體部2的一部分被截斷而成的部分。開口部3作為使用第二道環(huán)1時的以第二道環(huán)1與液壓缸之間的溫度差為起因的主體部2的熱膨脹部分的避讓部發(fā)揮作用。在本實施方式中，例示出開口端面3a相對于內(nèi)周面2c及外周面2d垂直地形成的直角開口。然而，也可以是開口端面3a相對于內(nèi)周面2c及外周面2d傾斜地形成的傾斜開口，還可以是以一方的開口端面3a的側(cè)面2a和另一方的開口端面的側(cè)面2b側(cè)相互向?qū)Ψ絺?cè)突出的方式形成的階梯開口。

接下來，更詳細(xì)地說明上述的主體部2。圖2是圖1的ii-ii線向視剖視圖，是沿著第二道環(huán)1的徑向的主體部2的剖視圖。如圖2所示，主體部2的外周面2d呈從側(cè)面2a朝向側(cè)面2b而向外方側(cè)傾斜的形狀(錐形形狀)。即，外周面2d越接近側(cè)面2b而越向外方側(cè)傾斜。通過外周面2d具有這樣的形狀，該外周面2d在相對于液壓缸內(nèi)壁進(jìn)行滑動時能夠良好地刮掉液壓缸內(nèi)壁上的油。主體部2的內(nèi)周面2c相對于側(cè)面2a及側(cè)面2b大致垂直。主體部2的各尺寸及角度可以使用接觸式或非接觸式(例如激光)的形狀測定裝置(包括表面粗糙度測定裝置)進(jìn)行測定。

如圖2的假想線所示，在主體部2，在由側(cè)面2b與外周面2d形成的角部(第一角部)31遍及整周地設(shè)有切口部21。即，切口部21設(shè)置在側(cè)面2b側(cè)且外周面2d側(cè)的主體部2的一部分。例如通過切削用、磨削用或研磨用的工具等，對于側(cè)面2b側(cè)且外周面2d側(cè)的主體部2的一部分遍及整周地進(jìn)行切口，由此形成切口部21。而且，也可以通過軋制或拉深加工等對主體部2的上述一部分進(jìn)行塑性加工，來形成作為切口部21的部分。

切口部21具有朝向外周面2d側(cè)的第一面21a和朝向側(cè)面2b的第二面21b。第一面21a在沿著徑向的主體部2的剖面中，與外周面2d不平行。第一面21a從側(cè)面2b朝向第二面21b而向外方側(cè)傾斜。由第一面21a與側(cè)面2b形成的角部(第三角部)33成為鈍角。角度θ1成為例如90°～135°。

第二面21b在沿著徑向的主體部2的剖面中，與側(cè)面2b大致平行。第二面21b與第一面21a形成作為鈍角的角度θ2的角部(第四角部)34。例如角度θ2成為90°～135°。需要說明的是，例如在第一面21a上形成表面處理膜的情況下，角度θ2相當(dāng)于從表面處理膜的表面至第二面21b的角度。

由第二面21b與外周面2d形成的角部(第二角部)32在主體部2的寬度方向上位于側(cè)面2a與側(cè)面2b之間。角部32位于主體部2的寬度方向的中央側(cè)，偏向側(cè)面2b側(cè)。

接下來，說明將本實施方式的活塞環(huán)作為第二道環(huán)1而實際裝配于活塞的環(huán)槽時的作用效果。

圖3是表示使用了比較例的活塞環(huán)的活塞的動作的一例的示意圖。如圖3(a)～圖3(c)所示，在設(shè)置于比較例的活塞40的環(huán)槽41～43中分別裝配有頂環(huán)102、第二道環(huán)101及油環(huán)103。頂環(huán)102、第二道環(huán)101及油環(huán)103分別與液壓缸內(nèi)壁45進(jìn)行滑動接觸。該比較例的第二道環(huán)101除了由側(cè)面2b與切口部121的第一面121a形成的角度θ11成為直角以下的情況以外，具有與本實施方式的第二道環(huán)1相同的形狀。

在將這樣的第二道環(huán)101裝配于環(huán)槽42的情況下，在圖3(a)～(c)所示的活塞40的壓縮行程中，液壓缸內(nèi)壁45的油被角部32刮掉，油通過慣性力而向箭頭44所示的方向流動。該油被切口部121的第一面121a遮擋，難以流入到側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a之間。

此時，在活塞的壓縮行程中，第二道環(huán)101的側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a的附著力比第二道環(huán)101的慣性力強(qiáng)，因此有時會產(chǎn)生不從環(huán)槽42的下表面42a向上表面42b移動的現(xiàn)象。在該現(xiàn)象產(chǎn)生的情況下，伴隨著燃燒時的燃燒室s2的壓力上升，由頂環(huán)102、第二道環(huán)101、活塞40及液壓缸內(nèi)壁45形成的空間(第二槽脊)s1的壓力也上升，在圖3(c)所示的活塞的壓縮行程的后半，空間s1的壓力比燃燒室s2的壓力升高。需要說明的是，在第二道環(huán)101薄幅化時及第二道環(huán)101為鋼制時，第二道環(huán)101的慣性重量減少，因此上述現(xiàn)象特別容易產(chǎn)生。

在活塞的壓縮行程的后半而空間s1的壓力比燃燒室s2的壓力升高時，頂環(huán)102未緊貼于環(huán)槽41的下表面41a，可能會產(chǎn)生頂環(huán)102的上浮現(xiàn)象(顫振)。當(dāng)顫振產(chǎn)生時，會導(dǎo)致竄氣量的增大及空間s1內(nèi)的氣體及油霧的逆流引起的油消耗量的增大。

另一方面，圖4是表示使用了本實施方式的活塞環(huán)的活塞的動作的一例的示意圖。如圖4(a)～(c)所示，在第二道環(huán)1中，由側(cè)面2b與切口部21的第一面21a形成的角度θ1成為鈍角。由此，在圖4(a)～(c)所示的活塞40的壓縮行程中，利用角部32從液壓缸內(nèi)壁45刮掉的油經(jīng)由切口部21而容易流入到側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a之間。在活塞40的壓縮行程中，如箭頭46所示，通過向第二道環(huán)1的側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a之間導(dǎo)入油而第二道環(huán)1相對于環(huán)槽42的附著力減弱。由此，容易產(chǎn)生第二道環(huán)1的從環(huán)槽42的下表面42a向上表面42b的移動。通過使用這樣的第二道環(huán)1，從而在活塞40的壓縮行程中，空間s1的壓力充分下降，能夠防止頂環(huán)102的顫振。由此，能夠充分地抑制竄氣量和油的消耗量。

另外，在第二道環(huán)1中，由第一面21a與第二面21b形成的角度θ2成為鈍角。這種情況下，能抑制朝向側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a之間流動的油停滯在切口部21內(nèi)的情況，該油更容易流入到側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a之間。而且，能夠容易地準(zhǔn)備用于形成切口部21的工具，因此切口部21的加工變得容易。

接下來，說明上述實施方式的變形例。

例如，在上述實施方式中，例示了在主體部2的表面上未形成保護(hù)膜等的第二道環(huán)，但是也可以如圖5所示，在主體部2的外周面2d上和切口部21的第一面21a上及第二面21b上形成硬度比主體部2高的硬質(zhì)被膜51。通過將該硬質(zhì)被膜51設(shè)置在外周面2d上及第一面21a上，能夠進(jìn)一步確保主體部2的耐磨損性及耐擦傷性。硬質(zhì)被膜51的厚度為例如0.5μm～40μm。因此，例如即使在第一面21a上設(shè)有硬質(zhì)被膜51的情況下，硬質(zhì)被膜51也不會阻礙切口部21內(nèi)的油的流動。需要說明的是，外周面2d上的硬質(zhì)被膜51的膜厚比第一面21a上的硬質(zhì)被膜51的膜厚大。

硬質(zhì)被膜51只要僅設(shè)置在外周面2d上或第一面21a上的一方即可，也可以不設(shè)置在第二面21b上。而且，硬質(zhì)被膜51除了外周面2d上或第一面21a上的至少一個之外，也可以設(shè)置于側(cè)面2a、2b上、內(nèi)周面2c上及第二面21b上的至少一個。即，硬質(zhì)被膜也可以設(shè)置在主體部2及切口部21的表面的任意的部位。通過在主體部2的表面形成硬質(zhì)被膜51，能夠進(jìn)一步確保主體部2的規(guī)定的表面的耐磨損性及耐擦傷性。需要說明的是，第二面21b上的硬質(zhì)被膜51的膜厚可以比外周面2d上的硬質(zhì)被膜51的膜厚及第一面21a上的硬質(zhì)被膜51的膜厚小，也可以與第一面21a上的硬質(zhì)被膜的膜厚相同。

硬質(zhì)被膜51使用例如利用了物理蒸鍍(pvd)法的被膜(pvd層)。更具體而言，硬質(zhì)被膜51是通過ti及cr的至少一方及c、n、o的至少一種形成的離子鍍膜。作為這樣的膜，可列舉例如ti-n膜、ti-c-n膜、cr-n膜、cr-c-n膜及cr-o-n膜。其中，在重視耐磨損性及耐擦傷性的情況下，優(yōu)選使用cr-n膜。而且，為了提高主體部2與硬質(zhì)被膜51的緊貼性，也可以對主體部2實施cr膜或ti膜等的底涂層。此外，也可以使用dlc(類金剛石碳)膜，為了提高初期磨合性，也可以在crn系離子鍍膜或tin系離子鍍膜上包覆dlc膜。

另外，如圖6所示，切口部21a的第二面21b與主體部2a的側(cè)面2b不平行。在主體部2a中，由第二面21b(更準(zhǔn)確而言，從第二面21b向外方側(cè)延伸的面54)與側(cè)面2b(更準(zhǔn)確而言，從側(cè)面2b側(cè)向外方側(cè)延伸的面53)形成的角度θ4小于由第一面21a與寬度方向的面52形成的角度θ3。由此，與圖2所示的主體部2同樣，角度θ2維持在鈍角的范圍。這種情況下，切口部21a內(nèi)的油的流動難以受到第一面21a的阻礙，該油容易流入到側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a(參照圖4)之間。而且，能夠容易地準(zhǔn)備用于形成切口部21a的工具，因此切口部21a的加工變得容易。需要說明的是，寬度方向的面52是在圖6所示的沿著徑向的主體部2a的剖面中，從第一面21a與第二面21b的交點沿著寬度方向延伸的假想的面。而且，角度θ4成為例如0°～30°。

在圖6所示的主體部2a的情況下，在主體部2a的寬度方向上，角部32相比角部34而位于側(cè)面2b側(cè)。由此，主體部2a的厚度方向上的角部32的突出量比圖1所示的主體部2的角部32大，主體部2a對油的刮掉性能進(jìn)一步提高。

另外，如圖7所示，主體部2b的角部32a～34a也可以分別是帶有圓角的形狀。這種情況下，在圖7所示的沿著徑向的主體部2b的剖面中，角部32a的曲率半徑r1為例如1μm～100μm，角部33a的曲率半徑r2為例如100μm～500μm，角部34a的曲率半徑r3為例如100μm～500μm。由于角部32a為帶有圓角的形狀，因此能夠抑制角部32a的破裂等，并能夠防止液壓缸內(nèi)壁的僅特定的部分損傷的情況。由于角部33a為帶有圓角的形狀，朝向側(cè)面2b與環(huán)槽42的下表面42a(參照圖4)之間流動的油容易流動，隨著油慣性的從環(huán)槽42的下表面42a向上表面42b的第二道環(huán)1的移動更可靠地產(chǎn)生。由于角部34a為帶有圓角的形狀，因此角部34a周邊的油的流動變得良好，隨著油慣性的從環(huán)槽42的下表面42a向上表面42b的第二道環(huán)1的移動更可靠地產(chǎn)生。

上述的各構(gòu)成要素可以任意組合。例如，也可以將圖5所示的硬質(zhì)被膜51設(shè)置在圖6所示的主體部2a及圖7所示的主體部2b的表面。而且，圖1所示的主體部2的角部32～34也可以是帶有圓角的形狀。

另外，本實施方式的活塞環(huán)除了第二道環(huán)以外，例如也可以使用作為柴油發(fā)動機(jī)的第三道環(huán)。

標(biāo)號說明

1…第二道環(huán)，2、2a、2b…主體部，2a、2b…側(cè)面，2c…內(nèi)周面，2d…外周面，21、21a…切口部，21a…第一面，21b…第二面，31～34、32a～34a…角部，51…硬質(zhì)被膜，52～54…面。