[发明专利]活塞环

说明书

本申请是申请号为200810188706.X、发明名称为“活塞环”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞环，更具体而言，涉及一种能有效防止铝粘附(沉积)到活塞环上的活塞环。

背景技术

通常，一个压缩环和一个油环作为一套活塞环被安装到作往复运动的活塞上。压缩环的作用是防止在高压燃气从燃烧室侧吹入曲轴室侧过程中的漏气(blow-by)现象。另一方面，油环的主要功能是抑制油上窜(oil-up)现象，在这种上窜现象中，粘附在汽缸内壁表面的过量润滑剂从曲轴室侧侵入燃烧室侧并被浪费了。在活塞环的现有标准组合中，公知有一种三个环的组合，包括一个顶环(one top ring)和一个副环共两个压缩环以及一个油环。

近来，由于对内燃机的轻重量和高功率输出的日益需求，迫切需要一种具有高质量的活塞环。在提高内燃机活塞环耐久性的现有技术下，提出了耐磨损表面处理，如氮化处理、离子电镀处理、或者镀硬铬处理。

在这些表面处理中，氮化处理具有很高的评价，并被广泛用于在苛刻环境下工作的活塞环的表面处理中，因为氮化处理能提供优秀的耐磨损性能。

但是，虽然经过氮化处理的活塞环在耐磨性上非常优秀，但在将其用于铝合金活塞时，活塞的环槽的磨损将会增加。另外，如图1A至图1C所示，会发生使铝从铝合金制成的活塞槽的下表面粘附到活塞环1的下表面3上的现象。

(参见图1C)

图2A至图2C用图表显示了通过使用触针式表面粗糙度测试机得出的活塞的环槽的上、下表面2和3的表面状态的变化。如图2所示，活塞环槽的上、下表面2和3的表面状态从图2A中所示的正常状态经过图2B中的活塞环槽粗糙状态变成图2C中所示的铝粘附状态。

在图2A至图2C中，横坐标轴表示活塞的位置，纵坐标轴表示活塞槽的表面波纹，在图中，字母F代表前方向，AT代表止推方向，R代表后方向，T代表推力方向。

另外，图3A至图3C示出了铝粘附的机制，其中图3A示出了活塞环1的下表面3和铝合金活塞10的槽的下表面11通过形成在这两个表面上的厚度低于0.2微米的氧化膜8互相接触，图3B示出了互相接触的氧化膜8的局部的应力升高，这种应力升高破坏了氧化膜8，活塞环1的下表面3上的铁和铝合金活塞10的槽的下表面11上的铝连在一起，图3C示出了铝合金20熔到活塞环1的下表面3。

另外，图4示出了铝粘附部分的放大视图，在图4中，附图标记20代表粘附的铝，附图标记21代表铝和铁的连结部分。

如前面所述，由于活塞环的垂直运动，因而当在活塞槽的预定部分发生熔焊现象所导致的局部磨损时，泄漏气体(blow-by gas)的泄漏就导致内燃机密封性能的下降，进而降低了功率输出。这种现象在短时间内发生在活塞环槽下侧，并且对内燃机的耐久性产生很大的影响。所以，已经针对活塞槽的磨损提出了一些对策。

例如，作为对抗活塞槽磨损的手段，为了防止活塞和活塞环彼此直接接触，对活塞进行活塞内的基质强化处理、阳极氧化膜涂层处理或者电镀处理，另一方面，对活塞环进行磷盐薄膜涂层处理或者电镀处理，或者如图5A和图5B所示，对活塞10和活塞环1的表面进行树脂(例如，Defric(由KAWAMURA KENKYUSHO制造))涂层处理。

另外，为了解决上述问题，研究并提供了一种活塞环，在其上下表面或者只在活塞环的下表面形成有诸如氮化层或电镀铬层的抗磨损处理层，在所述抗磨损处理层的一个表面上形成有含固体润滑剂的聚苯并咪唑(polybenzoimidazol)树脂薄膜(参见专利公开文献1：JP-H7-063266)。

另外，除本申请的申请人以外还有其他人研究并提供了一种活塞环，该活塞环表面上涂敷了含固体润滑剂的耐热树脂(参见专利公开文献2和3：JP-H10-246149和JP-H11-246823)。

但是，上述对抗活塞槽磨损的现有技术手段可能对在活塞使用的初始阶段中所产生的铝粘附有效，但对活塞的长期使用却是不够的，所以需要提高耐久性。

更具体地说，例如，虽然前述专利文献1披露了一种由聚苯并咪唑树脂和固体润滑剂(石墨或MoS₂)组成的表面涂膜。在涂膜的形成阶段，所述聚苯并咪唑树脂在还处于液体树脂时很容易被氧化，而且会随着时间变质。所以，在使用上要注意。另外，聚苯并咪唑的品质很难长时间地保持稳定。