[发明专利]气缸与活塞环的组合

说明书

本发明提供一种气缸与活塞环的组合，与应用于气缸内周面的材料无关地能够根据其硬度来减少形成活塞环的外周面的硬质碳皮膜的磨损量。本公开为一种气缸与活塞环的组合，其具有内燃机的气缸和在该气缸的内周面滑动的活塞环，其特征在于：所述活塞环的与所述气缸的内周面滑动的外周面由实质上不含氢的非晶碳皮膜形成，所述非晶碳皮膜的维氏硬度Hd和所述气缸的内周面的维氏硬度Hb满足Hd+Hb≤2500HV，使用拉曼分光法测量所述非晶碳皮膜而得到的拉曼分光光谱中的D带的峰强度相对于G带的峰强度的比ID/IG为0.60以上且1.33以下。

技术领域

本发明涉及具有内燃机的气缸和在该气缸的内周面滑动的活塞环的气缸与活塞环的组合。

背景技术

近年来，对于以汽车发动机为中心的内燃机，强烈要求提高燃油效率。因此，广泛地开展了以小型化、轻量化、减少摩擦损失等为目的的研究开发。例如，尝试在气缸中采用比重小的铝合金，在活塞环的外周滑动面覆盖低摩擦系数的硬质碳皮膜。

作为该硬质碳皮膜，可举例示出称作类金刚石(Diamond Like Carbon：DLC)的非晶碳。DLC的结构性本质是作为碳键而混合了金刚石键(sp³键)和石墨键(sp²键)。因此，DLC一方面具有与金刚石类似的硬度、耐磨损性、导热性、化学稳定性，另一方面具有与石墨类似的固体润滑性，因此适合作为活塞环的保护膜。

另一方面，在铝合金气缸中，有在与活塞环直接滑动的内周面镶铸了铸铁制衬套的气缸、在该内周面热喷涂铁系合金粉末而形成铁系热喷涂皮膜的气缸。特别是可期待通过提高导热性能而实现的缸孔整体温度的降低及均匀性的改善、相对于活塞环的耐磨损性及抗擦伤性的提高的缸孔热喷涂技术备受瞩目。

在对比文件1中，将“采用通过通常的压铸得到的铝合金铸件能够使用的缸孔热喷涂技术，即使对发动机施加高负荷而成为苛刻的滑动条件，也会提供抗擦伤性、耐磨损性优异且低摩擦损失的缸孔与活塞环的组合”作为技术问题，记载有“一种气缸与活塞环的组合，其具有内燃机的气缸和在该气缸的内周面滑动的活塞环，所述气缸的至少滑动面侧由铝合金形成，所述铝合金含有8质量％以上且22质量％以下的Si并且含有粒径为3μm以上的选自Si、Al₂O₃和SiO₂中的一种以上的颗粒，在所述活塞环的至少外周面覆盖有仅由氢和碳构成的硬质碳皮膜”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2013/137060号。

发明内容

发明要解决的问题

以往，关于在活塞环的外周面形成的DLC皮膜，可以认为它的硬度越高，耐磨损性越高，由与缸孔面的滑动导致的DLC皮膜的磨损量越少，一般使用维氏硬度为3000～4000HV的高硬度的DLC皮膜。另一方面，本发明人进一步研究的结果，明确了当使在外周滑动面形成了具有弹性变形能力并具有规定的硬度的DLC皮膜的活塞环与由铝合金以外的材料形成的气缸、例如在缸孔面形成了铁系热喷涂皮膜的气缸进行滑动时，则DLC皮膜的磨损量增加。

因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种气缸与活塞环的组合，与应用于气缸内周面的材料无关地能够根据其硬度来减少形成活塞环的外周面的硬质碳皮膜的磨损量。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明人进行了深入研究，得到如下见解：

(i)使用实质上不含氢的非晶碳皮膜(DLC皮膜)形成活塞环的外周面；

(ii)将非晶碳皮膜的维氏硬度与气缸的缸孔面的维氏硬度之和设为2500HV以下；以及

(iii)使用拉曼分光法测量非晶碳皮膜而得到的拉曼分光光谱中的D带的峰强度相对于G带的峰强度的比ID/IG为0.60以上且1.33以下，