[发明专利]活塞环

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机用活塞环，更具体地说，本发明涉及防止作为活塞母材的铝合金因为活塞与活塞环的碰撞/滑动而粘附在活塞环上的技术。

背景技术

在内燃机中，通过燃烧室中的燃料的爆炸，活塞往复运动，与此相伴，活塞环槽部的活塞表面(以下称作“环槽表面”)与活塞环之间反复发生碰撞。另外，活塞环在运转中可在其圆周方向自由旋转，环槽表面与活塞环表面在圆周方向发生滑动。

通过爆炸，汽油机的第一道活塞环附近的温度达到190℃～220℃的程度。近年来，随着高功率化，汽油机的第一道活塞环附近的温度上升到了250℃左右，在柴油机中，有时会上升到更高的温度。活塞的环槽表面在这样的高温下受到活塞环的撞击时，容易发生疲劳破坏，产生表面剥离，活塞母材的铝合金小片发生脱落。脱落下来的铝合金片或因脱落而出现在环槽内的铝合金的新生表面随着与活塞环的碰撞而与活塞环上面、下面等接触、进而还发生滑动时，会引起脱落的铝合金片粘附在活塞环侧面、活塞环主体固着在活塞的新生铝合金表面的现象。这种现象被称作“铝粘附”。

随着铝粘附的发展，活塞环在活塞环槽内固着在活塞上，损伤了活塞环的密封性能。如果作为密封性能之一的气体密封功能丧失，则产生高压燃烧气体从燃烧室向曲柄室流出、即所谓的漏气的现象，导致发动机功率降低。另外，如果油封功能丧失，则导致油耗增大。另一方面，铝合金片粘附在活塞环的上面、下面等而导致活塞环表面隆起或者环槽表面变粗糙，由此损害了活塞环上下面等与活塞环槽部的活塞表面之间的密封性。由此也导致了漏气量的增加。

为了防止铝粘附，以往提出了很多使作为活塞母材的铝合金不与第一道活塞环直接接触的方法。

作为活塞侧的措施，可举出对环槽表面实施阳极氧化处理(氧化铝膜处理)、进而在由该处理生成的微细孔中填充润滑性物质的方法(例如参见专利文献1)。通过氧化铝膜处理，在环槽表面生成了以氧化铝为主成分的硬质的氧化皮膜。因此，可防止作为活塞母材的铝合金的脱落，避免发生在活塞环上的粘附。但是，对活塞进行氧化铝膜处理的成本较高。并且，处理后的表面是高硬质的，所以难以消除加工伤痕。因此，其存在初期的漏气量大的缺点。

作为活塞环侧的措施，例如提出了下述的活塞环：在活塞环下面上形成磷酸盐皮膜或四氧化三铁皮膜，在其上形成分散有固体润滑剂(例如二硫化钼、石墨、碳、氮化硼等)的四氟乙烯树脂或羟基苯甲酰聚酯树脂等耐热、耐磨损性树脂系皮膜的活塞环(例如参见专利文献2)；在活塞环的上下面形成有在环氧类树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂等耐热树脂中分散有二硫化钼等固体润滑剂的皮膜的活塞环(例如参见专利文献3)。此处，优选作为固体润滑剂的二硫化钼的含量为60质量％～95质量％，并已报道了通过添加固体润滑剂来降低活塞环槽与活塞环侧面之间的摩擦系数的技术。

上述现有技术均包含通过自身的裂开、磨损来降低作为皮膜的摩擦系数的固体润滑剂(例如二硫化钼、石墨)，所以存在皮膜在较短时间内就磨尽的可能性。近年，基于环境净化等目的的高燃烧压化和活塞端环槽脊(piston top land)缩小得到了进一步地发展，与以往的发动机相比，在近年来的发动机中的第一道活塞环槽周边的温度变得更高。因此，存在在活塞环和环槽表面磨合好之前，皮膜就磨尽了的可能性。另外，高温下，铝合金容易发生软化，所以近年来的发动机更容易发生铝粘附。

还有提案提出了一种通过用高耐热树脂制成施加在活塞环上的树脂系皮膜来提高耐铝粘附性的活塞环(例如参见专利文献4)。通过使用耐热性或者耐磨损性更高的树脂，得到了一定程度的效果。但是，由于分散颗粒是固体润滑剂，皮膜较快地磨尽，因此难以长期维持防止铝粘附的效果。

专利文献1：日本特开昭63-170546号公报

专利文献2：日本实开昭60-82552号公报

专利文献3：日本特开昭62-233458号公报

专利文献4：日本特开平07-63266号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种活塞环，其安装在铝合金制活塞的环槽内，并能长期防止铝粘附。

为了解决上述课题，本发明的特征在于，在活塞环的上面和/或下面形成含有炭黑颗粒和固体润滑剂颗粒的树脂系皮膜，相对于树脂系皮膜全体的体积，炭黑颗粒的含量为0.5％～20％、固体润滑剂颗粒的含量为3％～30％。