活塞环制造技术

为了提供一种即使在压力、热负荷增大的苛刻的使用环境下也表现出优异的耐擦伤性及耐磨损性的活塞环，而且能够避免边缘载荷的活塞环，使通过活塞环的中心轴且与所述中心轴平行的截面中呈现的外周滑动面的第一曲面向外凸出，所述第一曲面的曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧连续地增加或减少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活塞环
本专利技术涉及活塞环，尤其是涉及具有桶面形状的外周滑动面的压力环。
技术介绍
包含船舶用发动机的大型柴油发动机伴随着地球环境问题的明显化，近年来处于越发高输出化、高效率化(CO2降低)的倾向。具体而言，计划了缸有效压力或最高压力的上升、由热负荷增大产生的作用应力的增大、或者平均活塞速度的上升等，尤其是计划了缸内最高压力达到22MPa，将来进一步上升至30MPa的情况。将第一压力环(以下也称为“顶环”)压紧于缸套面的载荷(以下也称为“环载荷”)与该缸内最高压力大致成比例地增大，因此压力环的使用环境非常苛刻。另外，在上述那样的苛刻的使用环境下，活塞的环槽由于活塞上部的基于热膨胀的热变形或燃烧压力的影响、活塞槽的磨损而处于从与轴向垂直的方向稍向下(与燃烧室相反的方向)变形的倾向，此外，顶环由于缸内压力而成为向下(与燃烧室相反的方向)倒下的倾向。即，顶环成为在比外周滑动面的轴向宽度的中央位置靠燃烧室侧处与缸壁进行滑动接触的倾向。在极端的情况下，有时也会发生顶环的抵碰面从外周滑动面脱离的所谓边缘载荷(也称为“外周上抵碰”)。大型柴油发动机中的故障集中于包含活塞环的活塞、缸套，尤其是由于活塞环与缸套的擦伤的问题而导致重大损伤的情况较多。擦伤在上述那样环载荷增大时，发生边缘载荷时，另外在上止点及下止点的附近成为交界润滑状态时容易发生。目前为止的大型柴油发动机用顶环通过镀敷或喷镀而在外周滑动面上包覆硬质保护膜，此外研磨加工成桶面形状，实现了耐久性和油膜生成功能的提高。例如，日本实开昭57-196238公开了一种活塞环，其特征在于，外周滑动面的截面形状由从上方起的第一、第二及第三的不同曲率半径的圆弧组成的复合面构成，第二曲率半径比第一及第三曲率半径大，且由第二曲率半径划定的第二外周滑动面的轴向宽度为活塞环的轴向宽度的大致1/2，第二外周滑动面的截面圆弧的曲率中心在活塞环的轴向宽度内位于宽度中央以下的位置，且第一、第二及第三外周滑动面以在其交界部未形成凹部的状态相连。另外，日本特开2002-39384是在外周滑动面为桶形状且在与上下侧面交叉的部分具有进行了倒角加工的拐角部的活塞环中，以提供一种在外周滑动面上形成有氮化层、PVD层的表面处理层的情况下在桶面与拐角部的交界的边缘部不会产生表面处理层的裂纹或剥离的活塞环为目的，公开了如下的活塞环：拐角部呈半径0.05mm以上且比桶面半径小的曲面形状，并且拐角部与桶部不存在棱线部而连续地相连形成。另外，日本特开2009-91927以提供一种防止活塞环的外周面与缸套的滑动面之间的气封能力不足引起的漏气量的增大，防止活塞环背部的污垢、漏气中的亚硫酸气体引起的缸套的腐蚀，且降低接触压力的活塞环为目的，公开了将活塞环的外周面设定为曲率半径R＝1.18D～1.35D(D：缸内径)的圆弧外形的活塞环。具有如下的特征：考虑到表示气封能力的泄漏流量Q与圆弧外形的曲率半径R的立方成反比例的情况而增大曲率半径R。然而，日本实开昭57-196238、日本特开2002-39384及日本特开2009-91927的活塞环利用平滑的曲线将外周桶面与拐角部连接，或者与以往相比都增大了桶面的曲率半径，但是并未采取关注于活塞或活塞环的行迹的擦伤对策或边缘载荷对策，因此处于无法说是充分的状况。
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术的课题在于提供一种即使在压力、热负荷增大的苛刻的使用环境下，也表现出优异的耐擦伤性及耐磨损性的活塞环，而且能够避免边缘载荷的活塞环。用于解决课题的方案本专利技术者们对于活塞环的外周滑动面的形状进行仔细研究的结果是，想到了能够提供一种降低环抵碰面的赫兹应力的形状、避免边缘载荷并能够进行充分的油膜形成的形状的耐擦伤性及耐磨损性优异的活塞环。即，本专利技术的活塞环的特征在于，在通过活塞环的中心轴且与所述中心轴平行的截面中呈现的外周滑动面的第一曲面向外凸出，所述第一曲面的曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧连续地增加或减少。优选在所述截面中呈现的所述第一曲面的顶点位于比轴向宽度的中央位置靠曲柄室侧处。优选所述第一曲面的在所述截面中呈现的曲线由对渐开线曲线进行了变形的曲线表示，所述曲线更优选使用如下关系式表示：x＝a(cosθ+θb·sinθ)/αy＝a(sinθ-θcosθ)/βa、b、α、β为常数。另外，所述第一曲面与燃烧室侧上侧面及所述第一曲面与曲柄室侧下侧面之间优选分别具有倒角部，或者优选分别具有向外凸出的第二曲面及第三曲面。另外，从在所述截面中呈现的所述第一曲面的顶点至燃烧室侧端的在半径方向上的后退量(t)(以下，也仅称为“半径方向的后退量”或者“燃烧室侧的外周滑动面的后退量”)优选为活塞环的标称直径(d1)的0.001％以上且0.015％以下。专利技术效果本专利技术的第一活塞环的外周滑动面的第一曲面形状的曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧而连续地增加，因此燃烧室侧的曲率半径大，即使负荷缸内最高压力而在燃烧室侧与缸壁发生滑动接触，由于增大了燃烧室侧的曲率半径，因此也能够降低由环载荷产生的接触(赫兹)应力，避免擦伤，能够避免造成重大损伤的情况。而且，如果燃烧室侧的曲率半径大，则油膜也形成得厚，因此油残留于上止点附近，进而对于擦伤的避免也能作出贡献。而且，本专利技术的第二活塞环的外周滑动面的第一曲面形状的曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧而连续地减少，因此燃烧室侧的曲率半径比较小，由此半径方向的后退量也增大，因此能够避免负荷缸内最高压力的燃烧行程时的边缘载荷，能够避免造成重大损伤的情况。而且，如果燃烧室侧的半径方向的后退量大，则在活塞下降时从裙部侧流入的油容易蓄积，因此该蓄积的油残留至上止点附近，对于擦伤的避免也能作出贡献。另一方面，曲柄室侧的曲率半径大，降低由环载荷产生的赫兹应力，油膜也形成得厚，因此能够表现出优异的耐磨损性。此外，无论是第一活塞环还是第二活塞环，第一曲面形状如果由例如对渐开线曲线进行了变形的曲线表示，则能够使曲率半径在所希望的范围内连续地变化，此外，能够通过基于数值控制的加工来形成，或者能够通过利用数值控制形成的形状的砂轮进行成形加工，从而能够可靠且高效地形成曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧连续地增加或减少的第一曲面。附图说明图1是本专利技术的实施方式的活塞环的剖视图(外周滑动面由第一曲面构成)。图2是本专利技术的另一实施方式的活塞环的剖视图(外周滑动面的顶点位于下侧面侧端)。图3是本专利技术的另一实施方式的活塞环的剖视图(在第一曲面与燃烧室侧上侧面及曲柄室侧下侧面之间分别具有倒角部)。图4是本专利技术的另一实施方式的活塞环的剖视图(在第一曲面与燃烧室侧上侧面及曲柄室侧下侧面之间分别具有向外凸出的第二及第三曲面)。具体实施方式图1～图4示出本专利技术的实施方式的轴向宽度(h1)、径向厚度(a1)的活塞环(1)的截面。截面是通过活塞环(1)的中心轴且与中心轴平行的截面，外周滑动面包含向外凸出的第一曲面(2)。并且，该第一曲面(2)的曲率半径(R)从曲柄室侧(图的下部)向燃烧室侧(图的上部)连续地增加(本专利技术的第一活塞环)或从曲柄室侧(图的下部)向燃烧室侧(图的上部)连续地减少(本专利技术的第二活塞环)。由此，在本专利技术的第一活塞环中，第一曲面(2)的燃烧室侧的曲率半径增大，即使在第一曲面(2)的燃烧室侧与缸壁进行滑动接触，也能降低由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞环，其特征在于，在通过活塞环的中心轴且与所述中心轴平行的截面中呈现的外周滑动面的第一曲面向外凸出，所述第一曲面的曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧连续地增加或减少。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.27 JP 2014-132184;2014.06.27 JP 2014-132181.一种活塞环，其特征在于，在通过活塞环的中心轴且与所述中心轴平行的截面中呈现的外周滑动面的第一曲面向外凸出，所述第一曲面的曲率半径从曲柄室侧向燃烧室侧连续地增加或减少。2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，在所述截面中呈现的所述第一曲面的顶点位于比轴向宽度的中央位置靠曲柄室侧处。3.根据权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，所述第一曲面的在所述截面中呈现的曲线由对渐开线曲线进行了变形的曲线表示。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：川西实，掛川聪，清水大志，
申请(专利权)人：株式会社理研，
类型：发明
国别省市：日本,JP