[發明專利]一種碳素活塞環

無效

• 申請號: 200910075437.0
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101649905A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 王季明;劉獻豐;李征兵;劉津東
• 申請（專利權）人: 石家莊金剛內燃機零部件集團有限公司
• 主分類號: F16J9/28
• 分類號: F16J9/28
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務所
• 代理人: 劉謨培

技術領域

本發明涉及一種活塞環，特別是指一種碳素材料的活塞環。

背景技術

活塞環安裝在活塞頭部的環槽內，是內燃機中最為關鍵的零件之一，它起到密封燃燒室的作用，它在氣缸內高速運動，直接和氣缸內壁產生摩擦，是內燃機中的易損零件，因此其性能的好壞直接影響著發動機的性能和維修周期。目前市場上的活塞環多為鑄鐵材料或者鋼質材料，為了提高活塞環的耐磨性能，通常還要對活塞環的摩擦表面進行鍍鉻等表面硬化處理，還有一些是采用多層鍍附金屬元素或者非金屬元素。如中國專利200680022896.7公開了一種至少部分覆蓋有層狀結構的活塞環，該活塞環至少包括四層，它是在金屬基體上先鍍附一層IVB、VB和VIB族元素中至少一種元素，然后再在此層沉積一層包含類金剛石的納米復合材料組合物作為第二中間層，在第二中間層上在沉積一層類金剛石的碳層。

活塞環的工作條件相當惡劣，一是承受高溫，其工作溫度達350℃～380℃，正常工作時活塞和活塞環都會發生較大的體積膨脹；二是承受高壓，汽油機、氣體機燃氣最大爆發壓力高達4～7Mpa，柴油機燃氣最大爆發壓力高達14～18Mpa，三是高速往復運動，其運動速度達12～16m/s。因此需要活塞環具有良好耐磨性能和潤滑條件。目前鋼鐵材料或者復合的活塞環，由于這些金屬材料的密度大，熱膨脹系數大，因此在設計過程中必須考慮正常運轉時活塞環與活塞環裝配槽之間的間隙，也必須正確設計剛剛啟動時活塞環與缸套內壁之間的潤滑條件。由于必須保證內燃機的正常運行，所以，在非工作狀態或者說是內燃機停止時、溫度為大氣環境溫度的情況下，活塞環與活塞環裝配槽之間都存在很大的間隙，造成啟動的初期內燃機無力，漏氣量大，有效功率低，并且燃油消耗和潤滑油消耗高，浪費大量的能源。所以一般的內燃機必須經過一段時間的預熱后才能正常工作；在到達正常工作溫度后，活塞和活塞環的體積膨脹，又增加了活塞與缸套之間的摩擦損耗，而且由于一般材料抗熱負荷疲勞能力不強，較易造成熱疲勞失效破壞。目前的活塞環的動力性、經濟性、節能環保性能及其壽命都存在著很大不足。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種耐高溫、耐摩擦、在高溫和常溫兩種狀況下體積變化比較小的活塞環。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一種碳素活塞環，這種活塞環由碳素材料制成。

本發明的進一步改進在于：所述活塞環的碳素材料為碳基體材料或者碳纖維材料。

上述技術方案的進一步改進在于：所述碳基體材料是在石墨基體中滲入金屬的石墨-金屬的互滲體。

上述技術方案的進一步改進在于：所述金屬包括鋁、鎂、銀、銅、銻、鈦、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇中的至少一種。但不僅限于這幾種金屬。

由于采用了上述技術方案，本發明所取得的技術進步在于：

本發明的活塞環由碳素材料制成，由于碳素材料的耐高溫性能好，熱膨脹系數低，與金屬活塞環相比可降低50％。內燃機在開始工作時，活塞環的溫度在由正常的環境溫度變到350℃～380℃的正常工作溫度過程中，體積膨脹小，因此活塞環就能夠和缸套進行嚴密的配合?；钊h和環槽之間的初始間隙可以做的更小，在全熱工作過程中尤其是內燃機工作的初始階段，可以大大減少活塞環與環槽之間的漏氣量，降低油耗、節約能源、減少污染，并提高壓縮比及有效功率的輸出，進而提高發動機的穩定性，減少咬缸機率。使內燃機能夠很快的進入正常工作狀態，減少磨合時間和預熱時間。通過優化可大大減少活塞、活塞環和缸套之間的摩擦，從而提高發動機壽命和系統穩定性，降低工作噪聲。

碳基體材料和碳纖維材料具有優良的摩擦特性，由于碳材料的特殊性，活塞環在工作時，會自動產生一層耐磨的微小顆粒，可進一步提高其耐磨強度，減少了工作時活塞環的磨損，延長使用壽命，降低發動機油耗，其中燃油消耗量可下降10％，潤滑油的消耗量可減少40％。還可以減少廢氣的排放量，其中CO釋放量可減少50％。用石墨為原料制造活塞環，碳材料是可再生資源，可對其進行循環利用，進而達到節能環保和可持續發展的目的，適應了節能減排、可持續發展以及環保政策的要求。

在活塞環選用碳素材料的同時，活塞也可以采用碳素材料，可以進一步提高性能，節約能源?；钊^部選用石墨-金屬的互滲體制成的碳素材料，其重量輕、耐磨、抗磨性能好，尤其活塞環的韌性和強度可以大大提高，更有利于發揮活塞的最大功效。

附圖說明

圖1為一種碳素活塞環的示意圖。

其中：1.活塞環，2.開口，3.截面。

具體實施方式