[发明专利]具有局部氮化涂层的活塞圈有效
申请号: | 201480003902.9 | 申请日: | 2014-01-15 |
公开(公告)号: | CN105074295B | 公开(公告)日: | 2017-09-08 |
发明(设计)人: | 约翰·C.·拉尔曼 | 申请(专利权)人: | 马勒国际有限公司 |
主分类号: | F16J9/26 | 分类号: | F16J9/26;F16J9/20 |
代理公司: | 北京汇信合知识产权代理有限公司11335 | 代理人: | 翟国明 |
地址: | 德国斯*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 具有 局部 氮化 涂层 活塞 | ||
技术领域
内燃机的动力气缸组件大致包括布置在柱形腔室或者气缸内的往复活塞,腔室或者气缸具有一个关闭端部以及一个开口端。活塞的上端部或者塞冠与气缸的关闭端部一起限定了燃烧室,在燃烧室中发生燃料的燃烧。
背景技术
内燃机用的许多活塞具有三个活塞圈,每个活塞圈位于环形凹槽中,该环形凹槽限定在活塞靠近冠部的壁的端部。最靠近冠部的两个活塞圈公知作为压缩圈。最上方的压缩圈在燃烧空气燃料混合物期间密封燃烧室防止渗漏以及从燃烧室传递热至气缸壁。在三个活塞圈中,上压缩圈操作于在压力、温度以及最小润滑方面残酷的环境中。
活塞中的上压缩圈大致是裂口圈。其被压缩以安装在气缸内。当发动机操作时,活塞以及活塞圈遭受极限残酷条件,包括高压以及高温以及重复的急速往复移动。随着活塞在气缸内移动,活塞圈接触气缸壁并且抵靠气缸壁上下移动。活塞和活塞圈在气缸内的往复运动连同高操作压力以及高温会使活塞圈受到磨损以及可能发生故障。因为当活塞处于内燃机中适当位置时活塞圈难以访问,所以替换活塞圈会是非常贵且耗时的。因此,重要的是,活塞圈要是耐久的以及耐刮擦和磨损的。
为了增加活塞圈的耐久性以及使活塞圈承受它们所遭受的残酷条件,非常硬的材料可以用来涂覆活塞圈的外周。压缩圈可以碰到最高温度以及压力,通常涂覆有氮化铬或者类似硬涂层以增加耐久性。该硬的外涂层可以通过物理气相沉积(PVD)或者通过其他公知机构施加。
活塞圈上的硬涂层直接沉积在活塞圈相对软的衬底材料上,从而创建了各层间急剧的硬度过渡。这会导致增加活塞圈的硬外层破裂的风险。此外,涂层材料可能是脆性的,因此容易破裂,尤其是在活塞圈的外拐角处。一旦破裂开始形成在活塞圈中,它们会传播,并且能够最终导致活塞圈的断裂以及故障。
活塞圈外拐角处的韧性表面可以增加活塞圈的耐久性。但是,还重要的是要保持硬表面在活塞圈的外周的剩余部分以降低磨损。
附图说明
现在参考附图讨论本公开系统的示意方案以及详细示出了方法。虽然附图代表一些可能方案,但是附图不必须是成比例的,特定特征可以夸大、移除或者局部分解以更好地图示以及解释本公开。此外,此处提出的说明不旨在是排他性的,或者将权利要求限制为附图示出及以下详细说明公开的精确形式和构造。通过参考以下附图详细描述示范示例:
图1是使用公开的处理制造的示范活塞圈的一部分的立体图;
图2是描述制造示范活塞圈中使用的这些步骤的流程图;
图3是使用公开的处理制造的示范活塞圈的一部分的立体图,示出了活塞圈的外周壁的面中的环形腔室;
图4是图3的示范活塞圈的立体图,在氮化转换层已经布置在活塞圈上之后,但在最终磨削以及通过物理气相沉积沉积氮化物层之前;以及
图5是图4的示范活塞圈的立体图,在对其执行第二磨削之后,从而从拐角区域移除氮化转换层。
具体实施方式
参考图1,活塞圈100是大致环形的裂口圈,具有上面110、下面112、内周壁113以及外周壁114。外周壁114绕活塞圈100的外周从上面110延伸至活塞圈100的下面112。活塞圈100的上拐角118沿活塞圈100的外周壁114的长度延伸,并且由外周壁114和活塞圈100的上面110的接合限定。类似地,活塞圈100的下拐角120沿着活塞圈100的外周壁114延伸并且由外周壁114和活塞圈100的下面112的接合限定。
氮化转换层122可以封闭活塞圈100的很多外表面,包括活塞圈100的内周壁113、上面110以及下面112。氮化转换层122的带124可以沿着活塞圈100的外周壁114的长度延伸。转换层122的带124具有上边缘132和下边缘134,它们都可以沿着转换层122的带124以及活塞圈100的外周壁114之间的边界沿着外周壁114的长度延伸。带124可以具有大致共面于外周壁114的外表面140。转换层122的带124可以具有顶表面142以及底表面144以及周表面146,顶表面142以及底表面144都大致垂直于外周壁114,周表面146大致平行于外周壁114。
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