內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種安裝于內(nèi)燃機(jī)用活塞的活塞環(huán)。尤其是，本發(fā)明設(shè)及一種能夠適 用于高壓縮比的汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一道環(huán)及二道環(huán)的高導(dǎo)熱性活塞環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，考慮到環(huán)境問題，正致力于提高汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的燃耗率的 提高。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的形式也呈現(xiàn)高壓縮化的傾向，W能夠發(fā)揮更高的熱效率，取得更 大的運(yùn)動(dòng)能量。汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣量和投入燃料量相同的條件下，壓縮比越高，則按 壓活塞的壓力越大，因此，相較于壓縮比較低的發(fā)動(dòng)機(jī)，更有利于高輸出及大扭矩。但是，汽 車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)提高壓縮比，活塞上死點(diǎn)處的燃燒室內(nèi)的溫度及壓力增高，導(dǎo)致在 適當(dāng)?shù)匦纬扇剂虾涂諝獾幕旌蠚怏w之前著火。因此，在壓縮比高的汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃 燒室內(nèi)局部產(chǎn)生燃燒，活塞上死點(diǎn)附近的燃料難W燃燒，將產(chǎn)生爆震化nocking)。該情況 下，汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法得到所需的輸出及扭矩，易導(dǎo)致NOx(氮氧化物)的生成及黑煙的 產(chǎn)生。
[0003] 此外，在汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了理想地進(jìn)行活塞上死點(diǎn)附近的燃燒，可舉出降 低燃燒室壁的溫度運(yùn)一對(duì)策。在此，為了降低該燃燒室壁的溫度，有效的方法是降低直接承 受伴隨活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的爆炸壓力的活塞頂面的溫度。作為降低活塞頂面的溫度的方法，例 如，可舉出提高安裝于活塞的活塞環(huán)所要求的導(dǎo)熱功能的方法，通過(guò)將該活塞受到的燃燒 熱高效地傳遞至氣缸，能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行活塞上死點(diǎn)附近的燃燒。綜上所述可知，尤其是用于 高壓縮比的汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)，要求進(jìn)一步改善氣封功能及導(dǎo)熱功能。
[0004] 在運(yùn)樣的背景下，例如專利文獻(xiàn)1(特開2009-235561號(hào)公報(bào)）中，提出了一種將C、 Si、Mn、Cr的適當(dāng)?shù)某煞址秶?guī)定為指定參數(shù)的活塞環(huán)。具體而言，專利文獻(xiàn)1提供一種活塞 環(huán)，其由調(diào)質(zhì)鋼構(gòu)成，所述調(diào)質(zhì)鋼W質(zhì)量比計(jì)，含有:C:0.20~0.90%、Si :0.10%?上低于 0.60 %、Mn: 0.20~1.50 %、Cr: 0.30~2.00 %，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，基于C、Si、Mn及 Cr的含量，由式"A = 8.8Si+l. 6Mn+l. 7扣'和式"B = 36C+4.2Si+3.8Mn+4.5扣'算出的參數(shù)A 及B的值分別為9.0W下及10.8W上(參照權(quán)利要求1)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:特開2009-235561號(hào)公報(bào) 發(fā)明概要
[000引發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0009]但是，在將上述專利文獻(xiàn)1的活塞環(huán)用于高壓縮比的汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下， 在該汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，難W理想地進(jìn)行活塞上死點(diǎn)附近的燃燒。即，在安裝了專利文獻(xiàn) 1所提出的活塞環(huán)的高壓縮比的汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，無(wú)法充分降低活塞頂面的溫度，不能 長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)揮氣封功能及導(dǎo)熱功能。
[0010] 本發(fā)明的目的在于，提供一種內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)，其在用于高壓縮比的汽 車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)揮氣封功能及導(dǎo)熱功能。特別是，本發(fā)明的目 的在于，提供一種內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)，其提高了導(dǎo)熱性能和能夠耐受更加高溫的環(huán) 境的耐熱疲勞性，所述導(dǎo)熱性能是指使輸入活塞的熱量向氣缸孔內(nèi)面逃逸，降低燃燒室溫 度而避免爆震的產(chǎn)生的性能。
[0011] 用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0012] 本發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究，通過(guò)采用分別含有規(guī)定量的C(碳）、Si(娃）、Mn(儘）、燈 (銘）、P(憐）、S(硫)及微量成分即A1(侶）、Ni(儀）、Cu(銅）的Mn-Cr鋼來(lái)制成活塞環(huán)，解決了 上述技術(shù)問題。
[OOU]本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)，其WMn-Cr鋼為母材，其中，該Mn-Cr鋼 含有：0.52質(zhì)量％ W上且0.65質(zhì)量％ W下的C、0.15質(zhì)量％ W上且0.35質(zhì)量％ W下的Si、 0.60質(zhì)量％^上且1.00質(zhì)量％^下的胞、0.60質(zhì)量％^上且1.00質(zhì)量％^下的化、0.04質(zhì) 量％ W下的P、0.04質(zhì)量％ W下的S、0.05質(zhì)量％ W上且3.0質(zhì)量％ W下的微量成分(Al、Ni及 化的總含量）、余量為化和不可避免的雜質(zhì)。
[0014] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)中，優(yōu)選所述Mn-Cr鋼含有微量成分即Al、Ni及 化，各成分的含量均為0.01質(zhì)量％ W上且1.0質(zhì)量％ W下。
[0015] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)中，優(yōu)選所述Mn-Cr鋼所含的微量成分即Al、Ni 及化的含量滿足下記式（1)的關(guān)系。
[0016] [數(shù)學(xué)式。
[0017]
[0018] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)中，優(yōu)選活塞環(huán)的外周面具有鍛硬銘、硬質(zhì)陶 瓷、及硬質(zhì)碳中的任一種或兩種W上的硬質(zhì)皮膜。
[0019] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)中，優(yōu)選活塞環(huán)的上下表面和/或內(nèi)周面被實(shí) 施了氧化處理、化學(xué)法表面處理、樹脂涂層、及形成硬質(zhì)碳皮膜中的至少一種或兩種W上的 表面處理。
[0020] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)中，優(yōu)選澤火回火后的硬度為40皿CW上，導(dǎo)熱 率為40W/(m · K)W上。
[0021] 發(fā)明效果
[0022] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)中，母材即Mn-Cr鋼分別含有規(guī)定量的C、Si、 Mn、Cr、P、S及作為微量成分的Al、Ni和Cu，因此，在用于高壓縮比的汽車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的情 況下，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)揮氣封功能及導(dǎo)熱功能。特別是，能夠提高導(dǎo)熱性能和能夠耐受更 高溫度環(huán)境的耐熱疲勞性，所述導(dǎo)熱性能是指使輸入活塞的熱量向氣缸孔內(nèi)面逃逸，降低 燃燒室溫度而避免爆震的產(chǎn)生的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)的俯視圖（A)及局部 立體圖（B);
[0024] 圖2表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中的安裝有內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)的活塞的主要 部分縱剖圖；
[0025] 圖3表示評(píng)價(jià)活塞環(huán)的疲勞強(qiáng)度的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)的概要的示意圖。
[0026] 標(biāo)記說(shuō)明
[0027] 1活塞環(huán)
[002引 la 開口
[0029] 2 母材
[0030] 3硬質(zhì)皮膜
[0031] 4表面處理層
[0032] 5外周面
[0033] 6上表面
[0034] 7內(nèi)周面
[0035] 8下表面
[0036] 10 活塞
[0037] 11活塞頂面
[0038] 12活塞環(huán)槽
[0039] 20 氣缸
[0040] 21氣缸內(nèi)壁面 [0041 ] a開口部分
[0042] 40疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)
[0043] 41支持臺(tái)
[0044] 41a固定部
[0045] 42杠桿臂
[0046] 42a固定部
[0047] 43連結(jié)部
[004引 44導(dǎo)向件 [0049] 45動(dòng)力傳送桿
[(K)加]46偏屯、凸輪
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō) 明。
[0052] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用高導(dǎo)熱性活塞環(huán)1為WMn-Cr鋼為母材2的內(nèi)燃機(jī)用活塞環(huán)。而 且，該Mn-Cr鋼含有:0.52質(zhì)量％ W上且0.65質(zhì)量％ W下的C、0.15質(zhì)量％ W上且0.35質(zhì)量％ W下的Si、0.60質(zhì)量％ W上且1.00質(zhì)量％ W下的Mn、0.60質(zhì)量％ W上且1.00質(zhì)量％ W下的 吐、0.04質(zhì)量％^下的？、0.04質(zhì)量％^下的5、0.05質(zhì)量％^上且3.0質(zhì)量％^下的微量成 分(A1、Ni及化的總含量）、余量為化和不可避免的雜質(zhì)。
[0053] 圖1表示呈環(huán)狀、形成有開口 la、剖面為大致矩形的活塞環(huán)(壓力環(huán)）1之一個(gè)例子。 如圖1所示，活塞環(huán)1通過(guò)形成開日l(shuí)a而可增大變形余量，如圖2所示，活塞10在進(jìn)行往復(fù)運(yùn) 動(dòng)（圖中的缺口箭頭方向）期間，能夠使其外周面5與氣缸內(nèi)壁面21的周方向接觸。活塞環(huán)1 安裝于設(shè)在活塞1