[发明专利]内燃机活塞环组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机，具体地说是一种内燃机活塞环组件，特别是涉及一种活塞头部和环槽底部应力集中降低的内燃机活塞环组件。

背景技术

内燃机活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴，从而完成预定的工作。在活塞头部加工有多道安装活塞环的环槽，其作用防止高温、高压燃气从燃烧室窜入曲轴箱，同时阻止机油窜入燃烧室。活塞环数量取决于密封的要求，一般采用2～4道气环、1道油环，其中远离燃烧室端的活塞环为油环，其他的活塞环为气环。

在内燃机活塞设计中，为减少活塞头部、头部活塞环区和发动机缸体壁上的裂纹，应尽量减小头部活塞环区的高度。为此，手段之一是可采用减小活塞环的高度，但是，这样的设计使头部的活塞环暴露于更高的温度。为了加强活塞头部的散热，对邻近环槽的活塞头部的冷却室的优化，使设置在活塞头部的内部冷却室可以将热量带走，这样又可能会引起发动机运行时由燃烧压力产生的活塞头部和环槽底部的应力集中。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞头部和环槽底部应力集中降低的内燃机活塞环组件。

活塞环的装配端隙即活塞环装到气缸内后，在开口处呈现的间隙，以防活塞环受热膨胀后卡死。一般为0.29～0.49㎜，油环为0.50～1.0㎜。活塞环的装配侧隙（边隙）指活塞环在环槽内的上下间隙；侧隙过大会影响活塞的密封作用，侧隙过小活塞环会卡死在环槽内；一般第一道气环的侧隙为0.05～0.11㎜，其余两道气环及油环均为0.03～0.09㎜。活塞环的装配背隙是指活塞装入气缸后活塞环背面与活塞环槽直边底部之间的间隙，一般用槽深与环厚之差来表示，一般在0～0.75㎜范围，是活塞环在工作时靠燃烧时的高压气体进入背隙对活塞环产生压力，来加强活塞环与气缸工作面的密封作用。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种内燃机活塞环组件，它包括安装在活塞头部的活塞环，活塞头部至少设有用于安装活塞环的三道环槽，所述活塞环包括由金属材料制成的基体，与燃烧室相邻的第二道活塞环的装配侧隙为0.15㎜～0.65㎜。

本发明第二道活塞环的装配侧隙优选为0.35㎜～0.65㎜。

本发明第二道活塞环的装配侧隙最优为0.35㎜～0.45㎜。

为进一步降低活塞环环槽底部的应力集中，本发明所述环槽底部为圆弧底形状。

为提高活塞环的密封性，本发明所述活塞环上安装有膨胀环。

为降低活塞环高度并减少油耗，本发明在远离燃烧室端最下面一个环槽的上部和下部以及相邻的环槽的下部，沿活塞的周向均匀开有连通到活塞外圆表面的油槽上回油孔、油槽下回油孔和气槽下回油孔，所述油槽上回油孔、油槽下回油孔和气槽下回油孔均为盲孔，孔深超过环槽底部。

本发明活塞上开设有使油槽上回油孔、气槽下回油孔连通的回油槽；油槽下回油孔与活塞内空腔连通。

为方便润滑油的流出，本发明活塞的径向分别与油槽下回油孔和气槽下回油孔的轴线之间的夹角大于0 º，小于等于20º。

为提高活塞环的强度，本发明活塞环基体与活塞接触部表面设有耐磨涂层，所述耐磨涂层为采用物理气相沉积方法沉积的钨钴合金和碳化铬涂层；以重量百分比计，钨钴合金的重量比为60﹪～80﹪，碳化铬的重量比为20﹪～40﹪，各组分之和为100﹪，其中钴元素为总组分的25﹪～45﹪；所述耐磨涂层的厚度为10μm～50μm，耐磨涂层的孔隙度为3﹪～12﹪，耐磨涂层的硬度为维氏1850～2350。

为提高基体与耐磨涂层之间的结合力和耐磨涂层的承载能力，本发明活塞环基体与耐磨涂层之间设有对活塞环基体与缸体接触部表面进行渗碳处理后形成的硬化涂层，所述硬化涂层的厚度为5μm～25μm，硬化涂层的孔隙度小于6﹪。

本发明所述耐磨涂层的晶状结构为柱状晶体结构，是钨钴合金和碳化铬的组合晶相。