[發明專利]銅合金活塞壓縮環

在審

• 申請號: 201780087690.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN110366599A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 大衛·J·克魯斯;斯蒂芬·麥克;安德魯·J·惠特克
• 申請（專利權）人: 美題隆公司
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;F16J9/26
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 唐述燦

由銅?鎳?硅?鉻合金制成活塞環。這種材料允許活塞的頂部壓縮環移動得更靠近活塞頂，從而減小縫隙體積并減小提前點火的趨勢。點火正時提前可以通過安裝環并使ECU在傳感器允許的情況下提前正時來實現，從而提高效率。同樣，較短的活塞和較長的連桿也是可能的。較短的活塞減小了發動機中的往復質量，而較長的連桿減少了由推動活塞抵靠襯套的徑向力引起的摩擦損失。減小體積和提前點火的趨勢均提高了發動機效率。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年1月6日提交的美國臨時專利申請No.62/443,462的優先權，其全部內容通過引用整體并入本文。

背景技術

本公開內容涉及由銅合金制成的壓縮環(compression ring)。壓縮環可用于活塞中(例如，用于內燃機)。所述環可以表現出高導熱性、良好的耐磨性和熱穩定性。

提高發動機效率(大致理解為單位耗油量行駛的距離，或每加侖英里數)是許多發動機制造商和汽車原始設備制造商的目標。在汽車比賽中，這涉及到使馬力最大化的問題。在乘用車方面，即將出臺的歐盟溫室氣體排放標準使發動機效率成為歐洲原始設備制造商(original equipment manufacturer，OEM)的優先考慮事項。然而，市場期望不降低性能，因此期望較小的發動機產生與較大的發動機一樣大的馬力和扭矩。對功率密度(馬力/升)和制動平均有效壓力(brake mean effective pressure，BMEP)進行提升需要渦輪增壓(turbocharging)或機械增壓(supercharging)，這提高了發動機內的壓力和溫度。

發動機氣缸中的縫隙體積(crevice volume)是活塞和氣缸套之間從頂部壓縮環(top compression ring)到活塞頂(piston crown)的間隙的環空體積。因為縫隙中的燃料不會經歷燃燒，所以使縫隙體積最小化會提高發動機效率。減小縫隙體積的一種方法是將頂部壓縮環移動得更靠近活塞頂。然而，隨著頂部壓縮環移動得更靠近正發生燃燒的活塞頂，頂部壓縮環槽(ring groove)的溫度升高，這降低了活塞材料的屈服強度和疲勞強度。當頂部壓縮環槽達到給定溫度時(取決于所使用的活塞合金)，由熱導致的活塞強度降低將導致槽磨損。過度的槽磨損可帶來其他方面的低效率，例如竄漏。這些低效率會抵消將頂部壓縮環移動得更靠近活塞頂的優點，并且最壞的情況是，導致發動機故障。

目前使用的活塞壓縮環材料限制了設計者通過移動頂部壓縮環的位置來提高效率的能力。具有良好耐磨性和熱穩定性的合金，如通常用于活塞環的鑄鐵和鋼材，通常具有低導熱性。提供具有高導熱性、良好耐磨性和熱穩定性的壓縮環是合乎期望的。

發明內容

本公開內容涉及由包含銅、鎳、硅和鉻的含銅合金制成的活塞環。該活塞環可用于活塞中(例如，用于內燃機)。該活塞環表現出高導熱性、良好的耐磨性和熱穩定性。還公開了制造包含該環的活塞組件(assembly)的方法。

在多個實施方案中公開了由包含銅、鎳、硅和鉻的含銅合金形成的活塞環。

在特定實施方案中，含銅合金是銅-鎳-硅-鉻合金，其包含：約5wt％至約9wt％的鎳；約1wt％至約3wt％的硅；約0.2wt％至約2.0wt％的鉻；以及余量的銅。

在另一些實施方案中，銅-鎳-硅-鉻合金包含：約6wt％至約8wt％的鎳；約1.5wt％至約2.5wt％的硅；約0.3wt％至約1.5wt％的鉻；以及余量的銅。

在更具體的實施方案中，銅-鎳-硅-鉻合金包含：約6.4wt％至約7.6wt％的鎳；約1.5wt％至約2.5wt％的硅；約0.6wt％至約1.2wt％的鉻；以及余量的銅。

活塞環可基本上由含銅合金組成。活塞環可以是未經涂覆的。