[發(fā)明專(zhuān)利]銅鈹合金活塞壓縮環(huán)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780087697.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110352257A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大衛(wèi)·J·克魯斯;斯蒂芬·麥克;羅伯特·E·庫(kù)斯納;查德·A·芬克貝涅;邁克爾·J·格德翁;阿南德·V·薩曼特;安德魯·J·惠特克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 美題隆公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C9/06
• 分類(lèi)號(hào): C22C9/06;C22C9/00;F02F5/00;F16J9/00
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 唐述燦

由銅?鈹合金制成活塞環(huán)。這種材料允許活塞的頂部壓縮環(huán)移動(dòng)得更靠近活塞頂，從而減小縫隙體積并減小提前點(diǎn)火的趨勢(shì)。點(diǎn)火正時(shí)提前可以通過(guò)安裝環(huán)并使ECU在傳感器允許的情況下提前正時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而提高效率。同樣，較短的活塞和較長(zhǎng)的連桿也是可能的。較短的活塞減小了發(fā)動(dòng)機(jī)中的往復(fù)質(zhì)量，而較長(zhǎng)的連桿減少了由推動(dòng)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(diǎn)火的趨勢(shì)均提高了發(fā)動(dòng)機(jī)效率。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2017年1月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.62/443,448的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。

背景技術(shù)

本公開(kāi)內(nèi)容涉及由銅合金制成的壓縮環(huán)(compression ring)。壓縮環(huán)可用于活塞中(例如，用于內(nèi)燃機(jī))。所述環(huán)可以表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性。

提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率(大致理解為單位耗油量行駛的距離，或每加侖英里數(shù))是許多發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和汽車(chē)原始設(shè)備制造商的目標(biāo)。在汽車(chē)比賽中，這涉及到使馬力最大化的問(wèn)題。在乘用車(chē)方面，即將出臺(tái)的歐盟溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)使發(fā)動(dòng)機(jī)效率成為歐洲原始設(shè)備制造商(original equipment manufacturer，OEM)的優(yōu)先考慮事項(xiàng)。然而，市場(chǎng)期望不降低性能，因此期望較小的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生與較大的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣大的馬力和扭矩。對(duì)功率密度(馬力/升)和制動(dòng)平均有效壓力(brake mean effective pressure，BMEP)進(jìn)行提升需要渦輪增壓(turbocharging)或機(jī)械增壓(supercharging)，這提高了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的壓力和溫度。

發(fā)動(dòng)機(jī)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(huán)(top compression ring)到活塞頂(piston crown)的間隙的環(huán)空體積。因?yàn)榭p隙中的燃料不會(huì)經(jīng)歷燃燒，所以使縫隙體積最小化會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。減小縫隙體積的一種方法是將頂部壓縮環(huán)移動(dòng)得更靠近活塞頂。然而，隨著頂部壓縮環(huán)移動(dòng)得更靠近正發(fā)生燃燒的活塞頂，頂部壓縮環(huán)槽(ring groove)的溫度升高，這降低了活塞材料的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。當(dāng)頂部壓縮環(huán)槽達(dá)到給定溫度時(shí)(取決于所使用的活塞合金)，由熱導(dǎo)致的活塞強(qiáng)度降低將導(dǎo)致槽磨損。過(guò)度的槽磨損可帶來(lái)其他方面的低效率，例如竄漏。這些低效率會(huì)抵消將頂部壓縮環(huán)移動(dòng)得更靠近活塞頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，并且最壞的情況是，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

目前使用的活塞壓縮環(huán)材料限制了設(shè)計(jì)者通過(guò)移動(dòng)頂部壓縮環(huán)的位置來(lái)提高效率的能力。具有良好耐磨性和熱穩(wěn)定性的合金，如通常用于活塞環(huán)的鑄鐵和鋼材，通常具有低導(dǎo)熱性。提供具有高導(dǎo)熱性、良好耐磨性和熱穩(wěn)定性的壓縮環(huán)是合乎期望的。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)內(nèi)容涉及由包含銅和鈹?shù)暮~合金制成的活塞環(huán)。該活塞環(huán)可用于活塞中(例如，用于內(nèi)燃機(jī))。活塞環(huán)表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性。還公開(kāi)了制造包含該環(huán)的活塞組件(assembly)的方法。

在多個(gè)實(shí)施方案中公開(kāi)了由包含銅和鈹?shù)暮~合金形成的活塞環(huán)。

在一些實(shí)施方案中，含銅-鈹合金進(jìn)一步包含鈷。另外一些含鈷的含銅-鈹合金還包含鋯。另外一些含鈷的含銅-鈹合金還包含鎳，并且可以還包含鐵。

在另一些實(shí)施方案中，含銅-鈹合金進(jìn)一步包含鎳。另外一些含鎳的含銅-鈹合金還包含鈷。

在一些特定實(shí)施方案中，含銅合金是銅-鈹-鈷-鋯合金，其包含：約0.2wt％至約1.0wt％的鈹；約1.5wt％至約3.0wt％的鈷；約0.1wt％至約1.0wt％的鋯；以及余量的銅。

在另一些實(shí)施方案中，含銅合金是銅-鈹-鈷-鎳合金，其包含：約0.2wt％至約1.0wt％的鈹；約0.5wt％至約1.5wt％的鈷；約0.5wt％至約1.5wt％的鎳；以及余量的銅。