[發明專利]活塞環

有效

• 申請號: 201280007911.6
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN103518087A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 杉本考平;渡邊良成;林利勝;小原亮
• 申請（專利權）人: 株式會社理研
• 主分類號: F16J9/26
• 分類號: F16J9/26;F02F5/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;褚瑤楊

技術領域

本發明涉及一種活塞環，更詳細地說，本發明涉及一種內燃機用的活塞環。

背景技術

汽油發動機的第一道活塞環附近因燃料的燃燒會達到200℃以上的高溫。在內燃機中，在這樣的高溫下，活塞環和活塞的活塞環槽表面(以下稱作“環槽表面”)之間因燃燒壓力而反復發生碰撞，同時活塞環表面與環槽表面在圓周方向發生滑動。

環槽表面上以0.2mm間隔存在有利用車刀進行車削加工而產生的高度約為1μm的突起。為了使車體輕量化，通常使用鋁合金作為活塞材，但鋁系材料的耐熱性低，若超過200℃則硬度下降。其在這樣的高溫下與活塞環碰撞、滑動，因而環槽表面產生疲勞破壞，表面突起脫落，環槽表面上出現活性鋁合金的新生表面。并且，脫落的鋁合金片或出現在環槽內的鋁合金的新生表面隨著與活塞環的碰撞而與活塞環上面、下面等接觸，進一步承受滑動。由此，發生“鋁粘附”，鋁合金片粘附(cohesion)于活塞環側面或活塞環主體粘固于活塞的新生鋁合金表面。只要新生鋁合金面持續出現，鋁粘附就會持續產生，隨著鋁粘附的加劇，則活塞環在環槽內粘固于活塞，活塞環的密封性能受損。作為密封性能之一的氣封功能喪失，因而產生高壓燃燒氣體從燃燒室向曲軸室流出的漏氣(blow?by)現象，導致發動機功率降低。另外，油封功能喪失，因而導致油耗增加。進一步，隨著鋁粘附的進行，環槽磨損加劇，活塞環上下面和環槽表面之間的密封性受損，導致漏氣量的増加。

為了防止鋁粘連，以往提出了很多使作為母材的鋁合金不與活塞環、特別是第一道活塞環直接接觸的方法和緩和活塞環對環槽的攻擊的方法。

作為活塞方面的應對方法，專利文獻1記載了對環槽表面實施陽極氧化處理(鋁陽極化處理，alumite)，進而在由該處理生成的微細孔中充填潤滑性物質的方法。通過鋁陽極化處理，在環槽表面形成以氧化鋁為主要成分的硬質皮膜，因此可以防止作為活塞母材的鋁合金的脫落，抑制對活塞環的粘連。然而，對活塞進行陽極氧化處理所需要的成本高，并且氧化鋁為硬質材料，因而存在初期磨合性差的問題。

另一方面，作為活塞環方面的應對方法，例如專利文獻2中記載有下述方法：在活塞環側面形成了在聚酰胺、聚酰亞胺等耐熱性樹脂中分散有作為固體潤滑劑的二硫化鉬等的皮膜。在專利文獻2的結構中，因皮膜中的固體潤滑劑裂開、磨損，從而使皮膜的摩擦系數下降，緩和了對環槽的攻擊性，抑制了鋁粘附。

另外，專利文獻3中記載了在活塞環側面形成了由含有銅系粉末的耐熱樹脂構成的表面皮膜的方法。在專利文獻3中，通過添加銅系粉末，可以向活塞環表面上形成的表面皮膜賦予耐磨損性，可以長期發揮由耐熱樹脂產生的潤滑性的功能。

進一步，專利文獻4中披露了下述內容：通過在具有預定的表面粗糙度的條痕的滑動部件的滑動面上形成了以聚酰胺酰亞胺樹脂作為主要成分的被覆層，所述被覆層的組成包括含有聚酰胺酰亞胺樹脂的涂膜改性劑和含有氧化鋁等硬質顆粒的干性被膜潤滑劑，可以提高滑動部件的耐磨損性和密合性，同時能夠降低摩擦系數。并且記載有，從平衡耐磨損性和其接觸對象磨損的方面考慮，優選預定硬度的氧化鋁或氮化硅作為硬質顆粒。

近年來，為了改善油耗(gas?mileage)，正在進行發動機的高燃燒壓力化，相應地，第一道活塞環附近的到達溫度進一步上升。在這種情況下，更容易產生由活塞強度下降而導致的疲勞破壞，也難以長期維持被覆在活塞環上的樹脂制皮膜。專利文獻2中，添加固體潤滑劑作為必需成分，如上所述，固體潤滑劑自身會裂開、磨損，從而使皮膜的摩擦系數降低，緩和了對環槽的攻擊性。因此，皮膜的耐磨損性低，難以長期維持皮膜，并且難以持續鋁粘附防止效果。另外，為了抑制這樣的皮膜的磨損，固體潤滑劑的添加量存在極限，并且皮膜的摩擦系數的降低也存在極限。因此，在高溫下，硬度下降的活塞材的表面變得粗糙，有可能引起進一步的鋁粘附的發生。

專利文獻3和4的皮膜也是樹脂膜，因此耐磨損性存在極限，在高溫下皮膜有可能因磨損或熱分解而消失，難以長期持續鋁粘附防止效果。

如上所述，現階段尚未得到在高功率發動機中長期維持高的鋁粘附防止效果的活塞環。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1日本特開63-170546號公報

專利文獻2日本特開62-233458號公報

專利文獻3WO2007/099968

專利文獻4日本專利第4151379號公報

發明內容

發明要解決的問題