經過表面處理的壓縮環及製造方法

2024-02-29 21:24:15 1

專利名稱：經過表面處理的壓縮環及製造方法
技術領域：
本發明涉及塗層的或表面處理的內燃機壓縮環。
背景技術：
內燃機通常包括至少一個氣缸孔，其具有在其中可往復運動的活 塞。活塞和氣缸孔共同協作以至少部分地限定燃燒室。活塞可包括至 少一個壓縮環，以密封燃燒室內快速膨脹的燃燒氣體。壓縮機已經確 定為內燃機中導致運行效率降低的摩擦源.

發明內容
提供了一種適於接收在由活塞限定的槽中的活塞環。所述活塞環 包括第一軸向面和第二軸向面。還設有大體徑向外側面。所述第一軸 向面與第二軸向面中至少一個具有設置在其上的減小摩擦的表面處 理。所述活塞環的特徵還在於所述大體徑向外側面上沒有所述減小摩 擦的表面處理。所述活塞環可為第一壓縮環或第二壓縮環。所述減小 摩擦的表面處理由二硫化鎢形成。
還提供了一種具有限定了氣缸孔的氣缸體的內燃機。活塞可在所 述氣缸孔中往復運動。所述活塞限定了至少一個通常為環狀的環槽。 設置了具有第一軸向面和笫二軸向面的活塞環。所述通常為環狀的環 槽構造成足以接收所述活塞環的至少一部分。所述第一軸向面與所述 第二軸向面的至少一部分具有設置在其上的減小摩擦的表面處理。所 述活塞環可為第一壓縮環或第二壓縮環。所述減小摩擦的表面處理由 二硫化鴒形成。所述活塞環具有與所述氣缸接觸的大體徑向外側面。 所述活塞環的特徵還在於所述大體徑向外側面上沒有所述減小摩擦的 表面處理。
還提供了一種形成具有第一和第二軸向面和徑向外側面的低摩擦 活塞環的方法。所述方法包括在所述第一和第二軸向面中至少一個應 用減小摩擦的表面處理，例如二硫化鎢。所述方法還包括基本上防止 在所述徑向外側面上應用所述減小摩擦的表面處理。
結合附圖，從下面對實現本發明的最佳模式的詳細描述會容易地 理解本發明的上述特徵和優點以及其它特徵和優點。


圖l為根據本發明包括活塞的內燃機一部分的截面圖，其中活塞具
有安裝在其上的進行表面處理的壓縮環；和
圖2為圖1中發動機中用虛線圓突出顯示的部分的放大圖，示出了 壓縮環及其上的表面處理。
具體實施例方式
參考圖l，示出了總地由標記10表示的內燃機。內燃機10包括限定 有氣缸14的氣缸體12。儘管圖1中只示出了一個氣缸14,但是本領域的 技術人員會認識到，本發明可應用於具有多個氣缸14的發動機。氣缸 14的一端由安裝到氣缸體12的氣缸蓋16蓋住或封閉。氣缸14與氣缸蓋 16共同協作以部分地限定可變容積的燃燒室18。氣缸蓋16還分別限定 了進氣孔20和排氣孔22。進排氣孔20和22與燃燒室18之間的連通分別 由提升閥24和26選擇性控制。進氣孔20與提升閥24可操作，以提供空 氣或空氣燃料混合物向燃燒室18的選擇性進入，而排氣孔22與提升閥 26可操作，以提供燃燒產物從燃燒室18的選擇性排放。
活塞28在氣缸14中可往復運動。活塞28通常為繞著軸線A的圓柱 形。活塞28包括冠部部分30，該冠部部分30具有從其通常軸向懸垂或 延伸的通常為圓柱形的側壁或裙部部分32。在裙部部分32與冠部部分 30之間布置有通常為環狀的環帶部分34。
活塞28構造成足以在氣缸14中可滑動地往復運動，活塞裙部部分 32可與氣缸14接合以引導活塞28的往復運動，並吸收其側向推力。裙 部部分32的外徑稍小於氣缸14的直徑以提供有限間隙，以便允許潤滑 油保持在氣缸14上的相對表面之間用來減小摩擦，並提供活塞28在氣 缸14中的大體自由滑動。冠部部分30與氣缸14和氣缸蓋16共同協作以 進一步限定燃燒室18，當活塞18運動時，其引起燃燒室18的膨脹或收 縮，如發動機工作循環運行所需的。
環帶部分34限定了多個徑向延伸且軸向間隔的活塞環槽，在本實 例中，其由最接近於冠狀部分30延伸的通常為環狀的第一環槽36、沿 遠離冠部部分30方向與第一環槽36間隔開的通常為環狀的第二環槽38 組成。類似地，通常為環狀的第三環槽40也是沿遠離冠部部分30的方 向與第二環槽38軸向間隔開，並且基本上與裙部32相鄰。
第一環槽36構造成足以接收第一壓縮環42，該笫一壓縮環42可操 作以與氣缸14接合。第二環槽38構造成足以接收第二壓縮環44，該第 二壓縮環可操作以與氣缸14接合。在發動機運行期間，第一壓縮環42 和第二壓縮環44與氣缸14共同協作以密封燃燒室18中的燃燒氣體。第 三環槽40設有油控制環46，該油控制環可控制活塞28與氣缸14之間分 界面的潤滑油的量。另外，第一壓縮環42和第二壓縮環44可由鋼或鐵 製成。
為了將活塞28用作產生動力的裝置，活塞28和連杆48各至少部分 地限定了構造成足以接收活塞銷52的開口或孔50。活塞銷52通過連杆 48，將活塞28與曲軸46的偏心曲柄54機械地互聯。活塞28在氣缸14中 的往復運動實現了曲軸56的旋轉。連杆48的角度位置隨著曲軸56的旋 轉而變化，使得沿軸向方向作用在活塞28上的力部分分解為沿相反方 向交替橫向作用在活塞28上的側向推力，引起活塞裙部部分32與氣缸 14之間的推力。這些推力作用在發動機連杆48運動的平面內，從而集 中在活塞28的相反兩側，主要通過裙部部分32作用在與活塞銷52側向 相對的點上。
現在參考圖2，示出了圖1中發動機10用虛線圓2突出顯示的部分的 放大圖。第一壓縮環42和第二壓縮環44各具有各自的第一軸向表面 58、 60和各自相對的第二軸向表面62、 64。通過對具有活動氣缸套的 單氣缸發動機的實驗測試，已經確定各第一和第二壓縮環42、 44的第 一軸向表面58、 60和第二軸向表面62、 64與活塞28的接合對發動機10
的總摩擦起作用。
本發明提供了一種減小摩擦的層或表面處理66，優選為在第一和 第二壓縮環42、 44中至少一個的第一軸向表面58、 60和第二軸向表面 62、 64中至少一個之上的層狀二硫化鎢的形式。優選地，減小摩擦的 表面處理66基本上跨越了其應用到的整個軸向表面58、 60、 62和/或64。 通過提供減小摩擦的表面處理66，可減小第一和/或第二壓縮環42、 44 與活塞28及氣缸孔14之間的摩擦。另外，可延遲或消除第一壓縮環42 與活塞28之間的微焊的發生，從而消除對第一環槽36做陽極化處理或
其它處理的需求。本發明的笫一壓縮環42和第二壓縮環44的特徵還在 於，分別在徑向外側面68和70上沒有減小摩擦的表面處理66。表面68 和70至少部分地與氣缸14接觸，因而由於未在這些表面68和70上提供 減小摩擦的表面處理66，所以並不存在減小摩擦的表面處理66對發動 機運行性能上的影響。另外，減小摩擦的表面處理66通常厚度小於一 微米或者千分之一毫米。因此減小摩擦的表面處理66可應用於第一壓 縮環42和/或第二壓縮環44，而對第一壓縮環42與第一環槽36和/或第二 壓縮環44與第二環槽38之間的公差變化影響很小。
可通過拋光或高速噴衝來應用二硫化鴒的減小摩擦的表面處理 66。由於通常在室溫應用減小摩擦的表面處理66,所以第一壓縮環42 和/或第二壓縮環44的冶金特性基本上不變。另外，表面處理通過分子 機械互鎖(molecular mechanical interlock)粘附到第一壓縮環42和/或 第二壓縮環44，從而減少了減小摩擦的表面處理66剝落、起氣泡、碎 裂或脫落的機會。
儘管已經詳細描述了實現本發明的最佳模式，但是本發明所屬領 域的技術人員應當認識到能在所附權利要求範圍內實現本發明的各種 可選i殳計和實施例。
權利要求
1.一種適於接收在由活塞限定的槽中的活塞環，所述活塞環包括第一軸向面；第二軸向面；大體徑向外側面；其中所述第一軸向面與第二軸向面中至少一個具有設置在其上的減小摩擦的表面處理；並且其中所述活塞環的特徵還在於所述大體徑向外側面上沒有所述減小摩擦的表面處理。
2. 如權利要求l所述的活塞環，其中所述減小摩擦的表面處理由二 硫化鴒形成。
3. 如權利要求l所述的活塞環，其中所述活塞環為第一壓縮環。
4. 如權利要求l所述的活塞環，其中所述活塞環為第二壓縮環。
5.如權利要求l所述的活塞環，其中所述活塞環由鐵形成。
6. 如權利要求l所述的活塞環，其中所述活塞環由鋼形成。
7. —種內燃機，包括 氣缸體，其限定了氣缸孔；活塞，可在所述氣缸孔中往復運動； 其中所述活塞限定了至少一個大體環狀的環槽； 活塞環，具有第一軸向面和第二軸向面；其中所述至少一個大體環狀的環槽構造成足以接收所述活塞環的 至少一部分；並且其中所述第一軸向面與所述第二軸向面中至少一個具有設置在其 上的減小摩擦的表面處理。
8. 如權利要求7所述的內燃機，其中所述減小摩擦的表面處理由二 硫化鴒形成。
9. 如權利要求7所述的內燃機，其中所述活塞環為第一壓縮環。
10. 如權利要求7所述的內燃機，其中所述活塞環為第二壓縮環。
11. 如權利要求7所述的內燃機，其中所述活塞環由鐵形成。
12. 如權利要求7所述的內燃機，其中所述活塞環由鋼形成。
13. 如權利要求7所述的內燃機，其中所述活塞環具有與所述氣缸接觸的大體徑向外側面，並且其中所述活塞環的特徵還在於所述大體 徑向外側面上沒有所述減小摩擦的表面處理。
14. 一種形成具有第一和第二軸向面和徑向外側面的低摩擦活塞 環的方法，所述方法包括在所述笫一和第二軸向面中至少一個上應用減小摩擦的表面處 理；以及基本上防止在所述徑向外側面上應用所述減小摩擦的表面處理。
15. 如權利要求14所述的方法，其中通過拋光來應用所述減小摩擦 的表面處理。
16. 如權利要求14所述的方法，其中通過噴衝來應用所述減小摩擦 的表面處理。
17. 如權利要求14所述的方法，其中所述活塞環由鋼和鐵中的一種 形成。
18. 如權利要求14所述的方法，其中所述減小摩擦的表面處理由二 硫化鴒形成。
全文摘要
提供了一種具有第一軸向面和第二軸向面的活塞環。第一軸向面和第二軸向面中至少一個具有減小摩擦的表面處理。減小摩擦的表面處理優選由二硫化鎢形成。另外，提供了一種形成低摩擦活塞環的方法，包括向第一軸向面和第二軸向面中至少一個應用減小摩擦的表面處理，例如二硫化鎢，並且防止在徑向外側面上應用減小摩擦的表面處理。還提供了一種包括所公開的活塞環的內燃機。
文檔編號F02F5/00GK101113698SQ20071013707
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月24日 優先權日2006年7月24日
發明者G·E·克萊弗 申請人:通用汽車環球科技運作公司