[發明專利]活塞環

無效

• 申請號: 201110267991.6
• 申請日: 2008-08-25
• 公開（公告）號: CN102337983A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 為貝悅夫;石川裕三;仮屋智孝;靏田誠
• 申請（專利權）人: 日本活塞環株式會社;STT株式會社
• 主分類號: F02F5/00
• 分類號: F02F5/00;F16J9/26
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 曲瑩

本申請是申請號為200810188706.X、發明名稱為“活塞環”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種用于內燃機的活塞環，更具體而言，涉及一種能有效防止鋁粘附(沉積)到活塞環上的活塞環。

背景技術

通常，一個壓縮環和一個油環作為一套活塞環被安裝到作往復運動的活塞上。壓縮環的作用是防止在高壓燃氣從燃燒室側吹入曲軸室側過程中的漏氣(blow-by)現象。另一方面，油環的主要功能是抑制油上竄(oil-up)現象，在這種上竄現象中，粘附在汽缸內壁表面的過量潤滑劑從曲軸室側侵入燃燒室側并被浪費了。在活塞環的現有標準組合中，公知有一種三個環的組合，包括一個頂環(one?top?ring)和一個副環共兩個壓縮環以及一個油環。

近來，由于對內燃機的輕重量和高功率輸出的日益需求，迫切需要一種具有高質量的活塞環。在提高內燃機活塞環耐久性的現有技術下，提出了耐磨損表面處理，如氮化處理、離子電鍍處理、或者鍍硬鉻處理。

在這些表面處理中，氮化處理具有很高的評價，并被廣泛用于在苛刻環境下工作的活塞環的表面處理中，因為氮化處理能提供優秀的耐磨損性能。

但是，雖然經過氮化處理的活塞環在耐磨性上非常優秀，但在將其用于鋁合金活塞時，活塞的環槽的磨損將會增加。另外，如圖1A至圖1C所示，會發生使鋁從鋁合金制成的活塞槽的下表面粘附到活塞環1的下表面3上的現象。

(參見圖1C)

圖2A至圖2C用圖表顯示了通過使用觸針式表面粗糙度測試機得出的活塞的環槽的上、下表面2和3的表面狀態的變化。如圖2所示，活塞環槽的上、下表面2和3的表面狀態從圖2A中所示的正常狀態經過圖2B中的活塞環槽粗糙狀態變成圖2C中所示的鋁粘附狀態。

在圖2A至圖2C中，橫坐標軸表示活塞的位置，縱坐標軸表示活塞槽的表面波紋，在圖中，字母F代表前方向，AT代表止推方向，R代表后方向，T代表推力方向。

另外，圖3A至圖3C示出了鋁粘附的機制，其中圖3A示出了活塞環1的下表面3和鋁合金活塞10的槽的下表面11通過形成在這兩個表面上的厚度低于0.2微米的氧化膜8互相接觸，圖3B示出了互相接觸的氧化膜8的局部的應力升高，這種應力升高破壞了氧化膜8，活塞環1的下表面3上的鐵和鋁合金活塞10的槽的下表面11上的鋁連在一起，圖3C示出了鋁合金20熔到活塞環1的下表面3。

另外，圖4示出了鋁粘附部分的放大視圖，在圖4中，附圖標記20代表粘附的鋁，附圖標記21代表鋁和鐵的連結部分。

如前面所述，由于活塞環的垂直運動，因而當在活塞槽的預定部分發生熔焊現象所導致的局部磨損時，泄漏氣體(blow-by?gas)的泄漏就導致內燃機密封性能的下降，進而降低了功率輸出。這種現象在短時間內發生在活塞環槽下側，并且對內燃機的耐久性產生很大的影響。所以，已經針對活塞槽的磨損提出了一些對策。

例如，作為對抗活塞槽磨損的手段，為了防止活塞和活塞環彼此直接接觸，對活塞進行活塞內的基質強化處理、陽極氧化膜涂層處理或者電鍍處理，另一方面，對活塞環進行磷鹽薄膜涂層處理或者電鍍處理，或者如圖5A和圖5B所示，對活塞10和活塞環1的表面進行樹脂(例如，Defric(由KAWAMURA?KENKYUSHO制造))涂層處理。

另外，為了解決上述問題，研究并提供了一種活塞環，在其上下表面或者只在活塞環的下表面形成有諸如氮化層或電鍍鉻層的抗磨損處理層，在所述抗磨損處理層的一個表面上形成有含固體潤滑劑的聚苯并咪唑(polybenzoimidazol)樹脂薄膜(參見專利公開文獻1：JP-H7-063266)。

另外，除本申請的申請人以外還有其他人研究并提供了一種活塞環，該活塞環表面上涂敷了含固體潤滑劑的耐熱樹脂(參見專利公開文獻2和3：JP-H10-246149和JP-H11-246823)。

但是，上述對抗活塞槽磨損的現有技術手段可能對在活塞使用的初始階段中所產生的鋁粘附有效，但對活塞的長期使用卻是不夠的，所以需要提高耐久性。

更具體地說，例如，雖然前述專利文獻1披露了一種由聚苯并咪唑樹脂和固體潤滑劑(石墨或MoS₂)組成的表面涂膜。在涂膜的形成階段，所述聚苯并咪唑樹脂在還處于液體樹脂時很容易被氧化，而且會隨著時間變質。所以，在使用上要注意。另外，聚苯并咪唑的品質很難長時間地保持穩定。