[發明專利]活塞圈

有效

• 申請號: 201480024648.0
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN105190126B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 保羅·若澤·達·羅沙·莫爾登特;保羅·羅伯特·維埃拉·德·莫賴斯;若澤·瓦倫廷·利馬·薩拉班多
• 申請（專利權）人: 馬勒金屬立夫有限公司;馬勒國際有限公司
• 主分類號: F16J9/14
• 分類號: F16J9/14;F16J9/26
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司11335
• 代理人: 翟國明

技術領域

本發明涉及一種用于使用在內燃機上的活塞圈，更尤其涉及一種設置有金屬基底的圈，其中，其端部的外部部分接收隨后施加的兩個層以提供較大耐磨性。

背景技術

一般而言，每個內燃機無論其在2沖程或者4沖程中以狄塞爾循環還是奧托循環操作，均包括至少一個具有其相應圈的活塞。

活塞圈是執行密封發動機套筒和活塞之間的空間、隔離其他內部發動機部件與燃燒室的功能的零件。該元件徑向布置在活塞頂部，防止燃燒氣體朝向曲柄箱體逃出燃燒室并且防止發動機油在反向方向上滲透燃燒室。存在多于一個圍繞單個活塞的活塞圈，使用平行布置在活塞頂部的三個圈是很常見的。

通常，現有技術的活塞圈10'包括兩個端部4'之間的開口，甚至當它們安裝在活塞上并且被氣缸限制時，正如此文獻的圖1所示。在其他功能之中，在繞著活塞(圖中未示出)安裝現有技術的活塞圈10'期間開口是有用的。開口提供了訪問至構造為打開圈10'的工具，從而擴大其內徑超出活塞的外部徑向限制，因而能夠使其訪問至圈凹槽，即，凹槽在收納圈的活塞的外面。

總之，活塞圈應該具有良好的密封能力，為了在發動機的整個壽命中保證該特性，活塞圈應該呈現適當的機械穩定性、斷裂強度，還應該相對于其摩擦對呈現適當的耐磨性，摩擦對即用于其接觸面的氣缸和用于其側接觸面的活塞凹槽。側面以及接觸面的過度磨損最終引起燃燒室的密封主要功能的退化，并且導致發動機的功能條件突然退化。

對活塞圈的磨損提供解決方案的許多努力已經導致開發了涂層和表面處置，它們給予更好耐磨性，同時直接影響發動機的耐久性。

而且，還公知的是，活塞圈的設計(也即，其三維幾何學形式)能夠通過控制活塞圈的磨損并且提供適當的壓力分配來貢獻于發動機的較長使用壽命，因而提供沿著活塞圈的周表面或者功能表面的較大磨損同質性。

在活塞圈、尤其壓縮圈(或者第一凹槽圈)的磨損方面，部件的最受影響零件是接觸氣缸的圈表面的區域。整個該接觸表面(下文稱為外徑向面)存在承受甚至比該外徑向面承受的平均磨損更大的磨損的指定部分：靠近圈端部的區域(稱為關鍵區域11見圖4)。尤其是，由于三個主要因素，這增加了磨損，三個主要因素即：制造圈的處理、發動機的機械加載、以及在發動機的操作期間應用至該圈的加熱條件。

考慮到目前發動機在環境影響和輸出方面承受更高需求，所有發動機部件應該執行它們的功能，但是以要求更高的方式，由于更嚴格的作業條件或者在操作之后積聚在部件上的更低水平的最終破壞，在本文的內容中活塞圈也不例外。在這方面，需要延長活塞圈的使用壽命，更尤其在端部區域。該磨損特別標記在重型柴油機發動機(HDD)中。

使用在現有技術中以給予這些零件較大表面阻力的一種表面處置操作是物理氣相沉積處理，例如，其能夠在周表面上沉積大約30微米的氮化鉻層，該周表面接觸包括圈10'的端部區域4'的氣缸。

文獻US2004056425提出了一種現有技術，該現有技術提議嘗試解決磨損活塞圈端部的問題，該文獻描述了低成本的圈制造方法并且提供了用于端部的磨損的對抗措施。在該技術中，膜沉積至外表面或者滑動表面，此處在端部區域處的膜厚度(頂點)大于相鄰區域(見圖1)的膜厚度。能夠通過物理氣相沉積(PVD/DFV)或者通過化學氣相沉積(CVP/DQV)施加涂層，其中，為了保證在端部的較大涂層厚度，端部區域比圈的剩余區域暴露地更長。

但是，應該注意的是，PVD/CVD處理在涂層的最終厚度方面具有較大限制。雖然存在參考具有較大厚度的涂層的一些情況，但是，通常，厚度不大于30微米。無論如何，因為由于厚度涂層承受增加的張力，所以較厚涂層將具有較差性能，還損失層的材料的屬性，當人們獲得厚度大于30cm的層時該層會妨礙耐磨性。而且，雖然文獻提到采用低成本的處理，但是公知的是，PVD/CVD處理相對昂貴，并且顯然的是厚度越大對最終價格的影響越大。

為解決在活塞圈的端部區域過度磨損的問題還進行了其他嘗試。這種解決方案能夠發現在文獻JP2000120866、DE102008035148、US2010090416和US200204107中，這些文獻提到幾何學關系，所用的觀點是減小在作業條件期間在活塞圈的端部中的接觸壓力面積，考慮的這些解決方案能夠在活塞圈的所述端部區域降低磨損。

雖然該理論看起來具有合理的技術基礎，但是，公知的是，這種途經不能解決在圈端部高磨損的問題。換句話說，利用PVD/CVD涂層強加于圈的基底材料的解決方案是使用幾何學途經的解決方案。

發明內容