CN105934612A - 活塞环以及具有该活塞环的发动机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可抑制燃烧气体以高压以及高速在第1舌部和第2舌部的非重叠区域中吹过、且提高了耐久性的气密形式的活塞环以及具有该活塞环的发动机，活塞环(10)具有：主体部(10a)；第1舌部(12)，从主体部(10a)的一端向另一端延伸，在主体部(10a)的径向外侧且在轴线方向的一侧形成有沿着周向延伸的嵌合槽(12c)；第2舌部(13)，从主体部(10a)的另一端向一端延伸，通过嵌合于嵌合槽(12c)而与第1舌部(12)一起形成开口部(11)；连通槽(G1、G2)，在沿着轴线的方向上在第1舌部(12)和第2舌部(13)没有重叠的非重叠区域(S1、S2)中设于第1舌部(12)的外周面(12d)以及第2舌部(13)的外周面(13d)中的至少一方，该连通槽(G1、G2)沿着轴线方向连通。

Description

活塞环以及具有该活塞环的发动机

技术领域

本发明涉及活塞环以及具有该活塞环的发动机。

背景技术

活塞环被安装在形成于活塞外周部的活塞环槽。活塞环具有弹性，具有如下功能：通过以适度的表面压力与汽缸的内周面滑动接触，来保持由活塞、汽缸内周面以及汽缸盖形成的燃烧室内的压力。

活塞环具有环形状，但在周向上的一部分设置有被称为开口部的不连续部分。例如专利文献1所记载那样的气密形式的开口部由在活塞环的周向上设于一端侧的凹部和设于另一端侧的凸部构成，凹部和凸部以重叠的方式嵌合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7－332496号公报

发明内容

发明要解决的课题

在发动机运转过程中，活塞环被燃烧气体加热，因此，成为高温。此时活塞环的外周侧与相对低温的汽缸内周面滑动接触，因此，活塞环的内周侧的温度高于外周侧的温度。因此，内周侧的活塞环的热膨胀量大于外周侧的活塞环的热膨胀量，活塞环的开口部以向活塞环的径向外方鼓出的方式热变形。

由于这样的热变形，构成开口部的凹部(第1舌部)以及凸部(第2舌部)与汽缸内周面的接触表面压力变高，在开口部附近，汽缸内周面产生不均匀磨损。另一方面，由于热变形而导致第1舌部以及第2舌部这两者的顶端侧要向径向外方鼓出，从而第1舌部以及第2舌部这两者的曲率半径大于汽缸内周面的曲率半径，第1舌部以及第2舌部这两者的根部侧容易与汽缸内周面分开。

因此，在由于热变形而在汽缸内周面产生了不均匀磨损的情况下，有时在热变形后的第1舌部以及第2舌部这两者的根部侧与汽缸内周面之间产生微小的间隙。于是，高温的燃烧气体在第1舌部以及第2舌部这两者的根部附近、换言之在第1舌部和第2舌部没有重叠的区域(非重叠区域)中从燃烧室侧向曲轴室侧以高压以及高速吹过该产生的微小的间隙。由于该燃烧气体的吹过，在非重叠区域中，产生活塞环的外周面受到损伤这样的不良情况。

本发明是为了解决上述问题而做成的，目的在于提供一种抑制燃烧气体以高压以及高速在第1舌部和第2舌部的非重叠区域中吹过、且提高了耐久性的气密形式的活塞环以及具有该活塞环的发动机。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的活塞环具有：

主体部，沿着绕轴线的周向延伸；

第1舌部，从所述主体部的一端向另一端延伸，在所述主体部的径向外侧且所述轴线的方向的一侧形成有沿着所述周向延伸的嵌合槽；

第2舌部，从所述主体部的所述另一端向所述一端延伸，通过嵌合于所述嵌合槽而与所述第1舌部一起形成开口部；

连通槽，在所述第1舌部和所述第2舌部没有重叠的非重叠区域设于所述第1舌部的外周面以及所述第2舌部的外周面中的至少一方，该连通槽沿着所述轴线方向连通。

根据该结构，通过在非重叠区域预先积极地在第1舌部的外周面以及第2舌部的外周面中的至少一方设置连通槽，能够使燃烧气体经由连通槽逸出，抑制高温的燃烧气体以高压以及高速在非重叠区域吹过的情况。其结果，非重叠区域中的损伤受到抑制，活塞环的耐久性得以提高。

另外，通过设置连通槽，第1舌部以及第2舌部中的至少一方的刚性降低，活塞环的相对于汽缸内周面的接触表面压力被均匀化。作为其结果，活塞环、汽缸内周面2a的不均匀磨损受到抑制，活塞环的耐久性得以提高。

在几个实施方式中，

所述连通槽设置于所述第1舌部的外周面以及所述第2舌部的外周面这双方。

根据该结构，通过在非重叠区域中在第1舌部的外周面以及第2舌部的外周面这双方设置连通槽，抑制高温的燃烧气体以高速以及高压在这两个非重叠区域中的吹过，能够进一步防止活塞环的损伤。

在几个实施方式中，径向上的所述连通槽的截面形成为半圆形状。

根据该结构，通过将与轴线正交的截面上的连通槽的截面形状设为半圆形状，连通槽附近的截面形状的变化变得流畅。其结果，连通槽附近的应力集中得以缓和，能够谋求活塞环的耐久性提高。

在几个实施方式中，径向上的所述连通槽的截面积沿所述轴线的方向从一侧朝向另一侧增大。

根据该结构，通过在沿着轴线的方向上使连通槽的截面积从一侧朝向另一侧增大，在燃烧气体从一侧朝向另一侧流动的情况下，能够使从连通槽的另一侧流出的燃烧气体的速度降低。因此，在活塞环的附近配置有其他活塞环的情况下，能够减轻燃烧气体对其他活塞环的碰撞压力，其他活塞环的耐久性得以提高。

本发明的发动机具有上述任一个活塞环。

根据该结构，在活塞环中，可抑制燃烧气体以高压以及高速在第1舌部和第2舌部的非重叠区域中吹过，活塞环的耐久性得以提高，从而发动机的耐久性也得以提高。

在几个实施方式中，构成为，径向上的所述连通槽的截面积沿所述轴线的方向从发动机的燃烧室侧朝向曲轴室侧增大。

根据该结构，在燃烧气体欲从燃烧室侧朝向曲轴室侧流动时，能够使从连通槽的曲轴室侧流出的燃烧气体的速度降低。

因此，在活塞环的曲轴室侧配置有其他活塞环的情况下，能够减轻燃烧气体对其他活塞环的碰撞压力，其他活塞环的耐久性得以提高。

发明效果

根据本发明，可提供一种可抑制燃烧气体以高压以及高速在第1舌部和第2舌部的非重叠区域中吹过、且提高了耐久性的气密形式的活塞环以及具有该活塞环的发动机。

附图说明

图1是应用了本发明的活塞环的发动机的概略的剖视图。

图2是表示本发明的第1实施方式的活塞环的概略的外观的立体图。

图3是将汽缸的一部分与图2的区域A放大而概略地表示的俯视图。

图4是将图2的区域A放大而概略地表示的立体图。

图5是本发明的第2实施方式的活塞环的相当于图4的立体图。

图6是本发明的第3实施方式的活塞环的相当于图4的立体图。

图7是本发明的第4实施方式的活塞环的相当于图4的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。

但是，实施方式所记载的构成零部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别特定的记载，主旨并不是将本发明的范围仅限定于此，只不过是单纯的说明例。

(第1实施方式)

图1是概略地表示应用了本发明的第1实施方式的活塞环10的发动机1的构成的剖视图。发动机1是例如船舶用2循环大型柴油发动机等。

发动机1具有汽缸2、以往复移动自由的方式配置于汽缸2内的活塞3以及覆盖汽缸2的一端的汽缸盖4。在汽缸2的一端侧，由汽缸2、活塞3以及汽缸盖4划分出燃烧室5。

发动机1例如具有十字头构造，从活塞3的与燃烧室5相反的一侧延伸有活塞杆3a，活塞杆3a在汽缸2的另一端侧贯通。活塞杆3a的与活塞3相反的一侧借助十字头以及连结杆与曲轴室内的曲轴连结，对此并未图示。在发动机1是例如单流扫气形式的情况下，在汽缸盖4设置有排气口，在汽缸2的另一端侧设置有未图示的扫气口。

活塞环10安装于活塞3的外周部。具体而言，在活塞3的外周部形成有活塞环槽6，活塞环10嵌合于活塞环槽6。此外，活塞环10与汽缸2以及活塞3同轴地配置，活塞环10的轴线CL与汽缸2以及活塞3的轴线一致。

活塞环10在活塞3的径向上从活塞3的外周面向外方突出，具有与汽缸2的内周面(汽缸内周面)2a滑动接触的外周面。因而，汽缸内周面2a和活塞3的外周面之间的间隙被活塞环10封闭，能够利用活塞环10保持燃烧室5的压力。

此外，在本实施方式中，除了活塞环10之外，3个活塞环60、70以及80以在沿着轴线CL的方向(以下也称为轴线方向)上隔开间隔的方式安装于活塞3。活塞环10在轴线方向上配置得最靠近燃烧室5。活塞环的总数并不限定于4个，例如也可以是3个。

图2是概略地表示活塞环10的立体图。如图2所示，活塞环10具有主体部10a以及用于形成开口部11的第1舌部12以及第2舌部13。

主体部10a沿着绕轴线CL的周向延伸。

图3是概略地表示图2中的区域A的俯视图，图4是概略地表示图2中的区域A的立体图。

如图3以及图4所示，第1舌部12在周向上从主体部10a的一端延伸。第1舌部12具有形成活塞环10的内周侧的内周片12a和从内周片12a的轴线方向上的燃烧室5侧向主体部10a的径向外方突出的抵接片12b。内周片12a以及抵接片12b在与周向正交的截面上具有L字的截面形状，形成有沿着周向延伸的嵌合槽12c。嵌合槽12c位于主体部10a的径向外侧，且位于轴线方向上的十字头侧(曲轴室侧)。

第2舌部13在周向上从主体部10a的另一端延伸。在与周向正交的截面上，第2舌部13的截面形状形成为矩形形状，第2舌部13具有分别与内周片12a的径向外侧的面以及抵接片12b的轴线方向十字头侧的面相对的两个侧面。在活塞环10安装于活塞3的状态下，通过使第2舌部13嵌合于嵌合槽12c，第1舌部12以及第2舌部13形成气密形式的开口部11。在开口部11中，活塞环10的外周面由第1舌部12的侧面12d以及第2舌部13的侧面13d形成。此外，第1舌部12的侧面12d是抵接片12b的侧面。

第1舌部12的侧面12d在主体部10a的径向上位于外侧，朝向径向外方。并且，侧面12d沿着周向延伸，在活塞环10安装于活塞3的状态下，侧面12d与汽缸内周面2a相对。以下，也将第1舌部12的侧面12d称为外周面12d。此外，第1舌部12的外周面12d是抵接片12b的侧面。

同样地，第2舌部13的侧面13d在主体部10a的径向上位于外侧，朝向径向外方。并且，侧面13d沿着周向延伸，在活塞环10安装于活塞3的状态下，侧面13d与汽缸内周面2a相对。以下，也将第2舌部13的侧面13d称为外周面13d。

在第2舌部13嵌合到第1舌部12的嵌合槽12c的状态下，主体部10a的一端侧的端面10b和第2舌部13的顶端面13f隔开间隙地相对，第1舌部12的顶端面12f和主体部10a的另一端侧的端面10c隔开间隙地相对。即使活塞环10由于燃烧室5的燃烧气体的热量而膨胀，活塞环10沿着周向伸长，也能够利用这些间隙吸收该周向的伸长。

通过将这样的间隙设于主体部10a的端面10b和第2舌部13的顶端面13f之间，在开口部11处，第1舌部12和第2舌部13没有沿着轴线方向重叠的非重叠区域S1存在于第1舌部12的根部附近。在该非重叠区域S1中的第1舌部12的外周面12d、即抵接片12b的外周面形成有连通槽G1。连通槽G1沿着轴线方向延伸，在轴线方向上在第1舌部12的抵接片12b的两侧开口。因而，连通槽G1在轴线方向上将燃烧室5侧和曲轴室侧连通。另外，连通槽G1在径向上朝向外方开口。

在发动机1的运转过程中，活塞环10被燃烧气体加热，因此成为高温。此时活塞环10的外周侧与相对低温的汽缸内周面2a滑动接触，因此，活塞环10的内周侧的温度高于外周侧的温度。因此，内周侧的活塞环10的热膨胀量大于外周侧的活塞环10的热膨胀量，活塞环10的开口部11以向活塞环10的径向外方鼓出的方式热变形。

由于这样的热变形，构成开口部11的第1舌部12以及第2舌部13与汽缸内周面2a的接触表面压力变高，在开口部11附近，汽缸内周面2a产生不均匀磨损。另一方面，由于热变形，第1舌部12以及第2舌部13这两者的顶端侧欲向径向外方鼓出，从而第1舌部12以及第2舌部13这两者的曲率半径大于汽缸内周面2a的曲率半径，第1舌部12以及第2舌部13这两者的根部侧容易与汽缸内周面2a分开。

因此，在由于热变形而在汽缸内周面2a产生了不均匀磨损的情况下，有时在热变形后的第1舌部12以及第2舌部13这两者的根部侧与汽缸内周面2a之间产生微小的间隙δ1、δ2(参照图3)。在没有设置连通槽G1的情况下，高温的燃烧气体在第1舌部12的根部附近、换言之在第1舌部12和第2舌部13没有重叠的非重叠区域S1中从燃烧室5侧向十字头侧以高压以及高速吹过该产生了的微小的间隙δ1。由于该燃烧气体的吹过，在非重叠区域S1中，产生活塞环10的外周面受到损伤这样的不良情况。

相对于此，根据上述的结构，通过在非重叠区域S1中预先积极地在第1舌部12的外周面12d设置连通槽G1，能够使燃烧气体经由连通槽G1逸出，可抑制高温的燃烧气体以高压以及高速在非重叠区域S1中吹过。其结果，非重叠区域S1中的损伤受到抑制，活塞环10的耐久性得以提高。

另外，通过设置连通槽G1，第1舌部12的刚性降低，活塞环10相对于汽缸内周面2a的接触表面压力被均匀化。作为其结果，活塞环10、汽缸内周面2a的不均匀磨损受到抑制，活塞环10的耐久性得以提高。

而且，在本实施方式中，与轴线CL正交的截面上的连通槽G1的截面形状形成为半圆形状。根据该结构，通过将与轴线CL正交的截面上的连通槽G1的截面形状设为半圆形状，连通槽G1附近的截面形状的变化变得流畅。其结果，连通槽G1附近的应力集中得以缓和，能够谋求活塞环10的耐久性提高。

(第2实施方式)

以下，对本发明的第2实施方式的活塞环20进行说明。此外，在以下的实施方式的说明中，对于与之前已说明的实施方式相同或类似的构成标注相同的名称或符号，省略或简化说明。

图5是将活塞环20的一部分放大而概略地表示的立体图。与第1实施方式的不同点在于，活塞环20在第1舌部12和第2舌部13沿着轴线方向没有重叠的第2舌部13的根部附近的非重叠区域S2中且在第2舌部13的外周面13d形成有连通槽G2。

连通槽G2沿着轴线方向延伸，在轴线方向上且在第2舌部13的两侧开口。另外，连通槽G2在主体部10a的径向上朝向外方开口。

根据该结构，通过在非重叠区域S2中且在第2舌部13的外周面13d预先积极地设置连通槽G2，能够使燃烧气体经由连通槽G2逸出，可抑制高温的燃烧气体以高压以及高速在非重叠区域S2中吹过。其结果，非重叠区域S2中的损伤受到抑制，活塞环20的耐久性得以提高。

另外，通过设置连通槽G2，第2舌部13的刚性降低，活塞环20相对于汽缸内周面2a的接触表面压力被均匀化。作为其结果，活塞环20、汽缸内周面2a的不均匀磨损受到抑制，活塞环20的耐久性得以提高。

而且，在本实施方式中，与轴线CL正交的截面上的连通槽G2的截面形状形成为半圆形状。根据该结构，通过将与轴线CL正交的截面上的连通槽G2的截面形状设为半圆形状，连通槽G2附近的截面形状的变化变得流畅。其结果，连通槽G2附近的应力集中得以缓和，能够谋求活塞环20的耐久性提高。

(第3实施方式)

以下，对本发明的第3实施方式的活塞环30进行说明。

图6是将活塞环30的一部分放大而概略地表示的立体图。与第1实施方式以及第2实施方式的不同点在于，活塞环30在第1舌部12和第2舌部13沿着轴线方向没有重叠的非重叠区域S1、S2中且在第1舌部12的外周面12d以及第2舌部13的外周面13d形成有连通槽G1、G2。

根据该结构，通过在非重叠区域S1、S2中且在第1舌部12的外周面12d以及第2舌部13的外周面13d这双方设置连通槽G1、G2，可抑制高温的燃烧气体以高速以及高压在这两个非重叠区域S1、S2中吹过，能够进一步防止活塞环30的损伤。

(第4实施方式)

以下，对本发明的第4实施方式的活塞环40进行说明。

图7是将活塞环40的一部分放大而概略地表示的立体图。在本实施方式中，如图7所示，与轴线CL正交的截面上的连通槽G3、G4的截面积(主体部10a的径向上的连通槽G3、G4的截面积)在沿着轴线CL的方向上从一侧朝向另一侧增大。

此外，连通槽G3、G4沿着轴线方向延伸，在轴线方向上分别在第1舌部12的抵接片12b以及第2舌部13的两侧开口。另外，连通槽G3、G4在主体部10a的径向上朝向外方开口。

根据该结构，通过使连通槽G3、G4的截面积在沿着轴线CL的方向上从一侧朝向另一侧增大，在燃烧气体从一侧朝向另一侧流动的情况下，能够使从连通槽G3、G4的另一侧流出的燃烧气体的速度降低。例如，通过使连通槽G3、G4的截面积从燃烧室5侧朝向十字头侧(曲轴室)增大，在燃料从燃烧室5侧朝向曲轴室侧流动的情况下，能够使从连通槽G3、G4的十字头侧流出的燃烧气体的速度降低。

因此，在如图1所示那样在活塞环10的附近、例如曲轴室侧配置有另一活塞环60的情况下，能够减轻燃烧气体对另一活塞环60的碰撞压力，另一活塞环60的耐久性得以提高。

本发明并不限定于上述的第1实施方式～第4实施方式，也包括对这些实施方式施加了变形而成的形态、组合这些实施方式而成的形态。

例如，作为连通槽G1、G2的截面形状，优选半圆形状，也可以是V字形状、矩形形状等。

另外，本发明的活塞环适于船舶用2循环大型柴油发动机，但当然也可以应用于其他发动机等。

符号说明

1…发动机，2…汽缸，2a…汽缸内周面，3…活塞，3a…活塞杆，4…汽缸盖，5…燃烧室，6…活塞环槽，10…活塞环，10a…主体部，10b…端面，10c…端面，11…开口部，12…第1舌部，12a…内周片，12b…抵接片，12c…嵌合槽，12d…外周面，12f…顶端面，13…第2舌部，13d…外周面，13f…顶端面，G1、G2、G3、G4…连通槽，S1、S2…非重叠区域，δ1、δ2…间隙。

Claims (6)

1.一种活塞环，其特征在于，具有：

主体部，沿着绕轴线的周向延伸；

第1舌部，从所述主体部的一端向另一端延伸，在所述主体部的径向外侧且所述轴线的方向的一侧形成有沿着所述周向延伸的嵌合槽；

第2舌部，从所述主体部的所述另一端向所述一端延伸，通过嵌合于所述嵌合槽而与所述第1舌部一起形成开口部；以及

连通槽，在所述第1舌部和所述第2舌部没有重叠的非重叠区域设于所述第1舌部的外周面以及所述第2舌部的外周面中的至少一方，该连通槽沿着所述轴线的方向连通。

2.根据权利要求1所述的活塞环，其特征在于，

所述连通槽设于所述第1舌部的外周面以及所述第2舌部的外周面这双方。

3.根据权利要求1或2所述的活塞环，其特征在于，

径向上的所述连通槽的截面是半圆形状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的活塞环，其特征在于，

径向上的所述连通槽的截面积沿所述轴线的方向从一侧朝向另一侧增大。

5.一种发动机，其特征在于，具有权利要求1～4中任一项所述的活塞环。

6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，

所述径向上的所述连通槽的截面积沿所述轴线的方向从燃烧室侧朝向曲轴室侧增大。