[發(fā)明專利]氣缸與活塞環(huán)的組合

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380013433.4
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN104169555B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辻勝啟;筱原章郎;諸貫正樹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社理研
• 主分類號(hào): F02F5/00
• 分類號(hào): F02F5/00;F02F1/00;F16J9/26;F16J10/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 蔣亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的氣缸與在該氣缸的內(nèi)周面滑動(dòng)的活塞環(huán)的組合。

背景技術(shù)

以降低二氧化碳排放量為目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)油耗的改善、發(fā)動(dòng)機(jī)的小型輕量化，汽車等的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)在高輸出化的同時(shí)推進(jìn)著鋁制化。具體來說，使氣缸部為鋁合金、在相對(duì)活塞環(huán)滑動(dòng)的內(nèi)周面實(shí)施鍍敷等表面處理，或者使含有滑動(dòng)面的氣缸部整體為鋁合金。另外，這樣的氣缸通常是對(duì)含有高濃度Si的鋁合金進(jìn)行鑄造來制造。

另外，由于鋁合金比較軟，因此一直以來在氣缸內(nèi)周面安裝氣缸套。此外，鑄造氣缸體后，通過電解蝕刻僅對(duì)滑動(dòng)面?zhèn)鹊匿X基質(zhì)進(jìn)行選擇性地蝕刻，使析出的Si粒子在表面露出而使耐磨損性提高的技術(shù)被實(shí)用化(專利文獻(xiàn)1)。

另一方面，對(duì)于這樣的與鋁合金制氣缸滑動(dòng)的活塞環(huán)，提出了在自身的外周面被覆硬質(zhì)碳被膜，降低摩擦系數(shù)并提高耐燒熔(焼き付き)性的方案。

例如，報(bào)道了將含有5～30原子％的Si或W且硬度Hv：700～2000的硬質(zhì)碳被膜形成于活塞環(huán)外周面的技術(shù)(專利文獻(xiàn)2)。另外，報(bào)道了使包含Si、Ti、W、Cr、Mo、Nb和V的組的元素的碳化物分散且硬度Hv：700～2000的硬質(zhì)碳被膜形成于活塞環(huán)外周面的技術(shù)(專利文獻(xiàn)3)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2008－180218號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求13)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008－95966號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2001－280497號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

但是，相對(duì)于在鋁合金中配合Si使Si粒子析出、或使Al₂O₃、SiO₂粒子等析出而強(qiáng)化滑動(dòng)面的氣缸，若使用在外表面設(shè)置了硬質(zhì)碳被膜的耐燒熔性高的活塞環(huán)，則存在以下問題：氣缸內(nèi)周面這些粒子缺損或脫落，不能夠長(zhǎng)期平滑地保持氣缸內(nèi)周面的形狀，耐磨損性降低。

此外，本發(fā)明人經(jīng)過潛心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若含有W等金屬成分的硬質(zhì)碳被膜相對(duì)氣缸內(nèi)周面的鋁合金滑動(dòng)，則氣缸的滑動(dòng)面產(chǎn)生微細(xì)的凸凹而成為梨皮面狀。這被認(rèn)為是，金屬彼此產(chǎn)生借助自由電子而相互作用的金屬鍵，硬質(zhì)碳被膜中所含的金屬成分與構(gòu)成滑動(dòng)對(duì)象的鋁合金的Al發(fā)生金屬鍵合而形成微細(xì)的磨損粉，該磨損粉是由于攻擊構(gòu)成相對(duì)軟質(zhì)的鋁合金的Al部分而產(chǎn)生的。

本發(fā)明是解決上述問題的方案，目的在于提供一種氣缸與活塞環(huán)的組合，在對(duì)由鋁合金構(gòu)成的氣缸，組合在外表面設(shè)置了硬質(zhì)碳被膜的活塞環(huán)時(shí)，能夠長(zhǎng)期保持氣缸內(nèi)周面的平滑的形狀和耐磨損性。

用于解決課題的方法

即，本發(fā)明的氣缸與活塞環(huán)的組合，具備內(nèi)燃機(jī)的氣缸和在該氣缸的內(nèi)周面滑動(dòng)的活塞環(huán)，所述氣缸的至少滑動(dòng)面?zhèn)扔射X合金構(gòu)成，所述鋁合金含有8質(zhì)量％以上且22質(zhì)量％以下的Si，并且含有粒徑為3μm以上且選自Si、Al₂O₃和SiO₂中的1種以上的粒子，在所述活塞環(huán)的至少外周面被覆有僅由氫和碳構(gòu)成的硬質(zhì)碳被膜。

根據(jù)該構(gòu)成，硬質(zhì)碳被膜自身具有彈性，因此即使氣缸的內(nèi)周面的硬質(zhì)的粒子被壓入硬質(zhì)碳被膜表面，被膜自身進(jìn)行彈性變形而承接該力。接著，若活塞環(huán)移動(dòng)而該力被釋放，則硬質(zhì)碳被膜發(fā)生彈性變形而恢復(fù)原狀。按照這樣，不會(huì)使氣缸的內(nèi)周面的粒子脫落，且硬質(zhì)碳被膜自身也未受到損傷。因此，能夠長(zhǎng)期保持氣缸內(nèi)周面的平滑的形狀和耐磨損性。

另外，本發(fā)明的氣缸與活塞環(huán)的組合，具備內(nèi)燃機(jī)的氣缸和在該氣缸的內(nèi)周面滑動(dòng)的活塞環(huán)，所述氣缸的至少滑動(dòng)面?zhèn)扔射X合金構(gòu)成，所述鋁合金含有8質(zhì)量％以上且22質(zhì)量％以下的Si，并且含有粒徑為3μm以上且選自Si、Al₂O₃和SiO₂中的1種以上的粒子，在所述活塞環(huán)的至少外周面被覆有由氫、碳和氮構(gòu)成的硬質(zhì)碳被膜。

根據(jù)該構(gòu)成，硬質(zhì)碳被膜自身具有彈性，因此即使氣缸的內(nèi)周面的硬質(zhì)的粒子被壓入硬質(zhì)碳被膜表面，被膜自身進(jìn)行彈性變形而承接該力。接著，若活塞環(huán)移動(dòng)而該力被釋放，則硬質(zhì)碳被膜發(fā)生彈性變形而恢復(fù)原狀。按照這樣，不會(huì)使氣缸的內(nèi)周面的粒子脫落，且硬質(zhì)碳被膜自身也未受到損傷。因此，能夠長(zhǎng)期保持氣缸內(nèi)周面的平滑的形狀和耐磨損性。