[发明专利]用于内燃机活塞的活塞环及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造内燃机活塞的活塞环的方法，该活塞环具有环背、上部环侧壁、下部环侧壁和工作面。本发明此外还涉及一种这样的活塞环。

背景技术

现代的汽油发动机和柴油发动机中已降低了活塞的总高度从而降低了活塞的压缩高度，以节省重量。此外还力求降低最上部的活塞环（密封环）的高度，以使摩擦损耗降至最低。为了使摩擦损耗降至最低，同样降低活塞环的径向贴合压力，特别是在挡油环上。而活塞头区域中的循环最大压力和温度以及转速和活塞每分钟的提升运动的次数得到提高。因此必须控制机油消耗量，为了一方面避免润滑油的供应不足并且另一方面避免在活塞环的区域中以及环形槽的区域中形成油积炭。

活塞环、特别是密封环在发动机运转时不允许将油膜向上向燃烧室剥去，这是因为，否则会严重增加内燃机的机油消耗量。此外还有油积炭形成以及活塞环卡住的风险。经验显示，在具有圆柱形的工作面的矩形活塞环中较长时间的运行之后由于通过本身磨损而产生的活塞侧击会出现凸球状的工作面以及从而出现所希望的楔形间隙。由于这个经验今天成批地有制成具有凸球状的工作面的活塞环可供使用。应用具有对称或不对称凸球状的工作面的活塞环。

在发动机运转时活塞环和气缸壁之间的油膜具有重要的密封性能。在不对称凸球状的工作面上形成非常显著的油压屏障。从环背开始作用在活塞环上的气体压力这样挤压油膜，即，最大的“阻塞压力”出现在靠近活塞环的底边的区域中。因此气体不能够流向曲轴箱的方向。

同时，这种活塞环在活塞向下运动的过程中将剩余的机油向曲轴箱方向剥去。从而避免将剩余的机油运送到燃烧室或者积聚在活塞环或者环形槽的区域中。

发明内容

本发明的目的在于，这样进一步扩展这种方法，即，获得在发动机运转时将剩余的机油特别有效地向曲轴箱方向剥去的活塞环。

实现方案在于具有以下特征的方法中：（a）提供一种具有环背、上部环侧壁、下部环侧壁和外部侧面的环形钢坯，（b）沿着外部侧面成型不对称凸球状的轮廓并且在下部环侧壁的区域中的外部侧面中成型径向向外延伸的突出部，（c）用涂料涂覆外部侧面，（d）切除突出部从而以过渡到涂层中的环绕面的形式使环形钢坯的材料暴露出来并且形成环绕面和下部环侧壁之间的挡油边缘，（e）将已涂层的环形钢坯精加工和/或最后加工成完成的活塞环。

借助根据本发明的方法，以特别简单和有效的方式获得具有不对称凸球状的工作面的活塞环，该活塞环设有显著的挡油边缘并且在发动机运转时保证将剩余的机油特别有效地向曲轴的方向运送。因为在不对称凸球状的轮廓和上部环侧壁之间的外部侧面的区域中形成斜边或凸弧状的边径或者凹弧状的边径，所以在处理过程中达到外部侧面的涂层和上部环侧壁之间平坦而齐平的过渡（参阅下面的步骤（d））。斜边或者边径具有轴向高度B=0.10-0.30mm，断裂的边缘B=-0.4mm。

根据本发明可获得的活塞环特别良好地适合用作密封环。特别是根据本发明的活塞环的特征在于，该活塞环形成为单侧具有孔隙的活塞环（参阅ISO6621-4），即，具有单侧具有孔隙的工作面，该工作面设有薄层。因此借助根据本发明的方法这是首次能够制造出具有以薄层（即，借助PVD工艺、CVD工艺或DLC工艺可获得的层）的形式进行了涂层的工作面的、在单侧具有孔隙的环。此外这种活塞环实现了尖利的挡油边缘的制造，该挡油边缘是没有涂层的。可以借助根据本发明的方法以小的高度来实施该挡油边缘，以此改善密封件以防止所谓的“漏气”，即，防止在压缩步骤的过程中在活塞环上向曲轴的方向流过的燃烧气体。

本发明能够适用于所有类型的汽油发动机（例如直接喷射汽油发动机、跑车发动机）和所有类型的汽车柴油发动机和载货车柴油发动机，也适用于跑车发动机。

有利的扩展方案由从属权利要求给出。

借助根据本发明的方法可以使用具有任意的横截面形状的环形钢坯。例如具有一侧的梯形断面活塞环、两侧的梯形断面活塞环或者矩形活塞环形状的环形钢坯是特别合适的。