[发明专利]活塞圈和用于制造活塞圈的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞圈，尤其旨在使用于内燃机或者压缩机中，设置有施加至圈的至少一部分表面面积的热障，从而降低圈的温度并且按照推论在部分的端部(末端)引起较少的磨损。

本发明还涉及一种用于制造该活塞圈的方法。

背景技术

活塞圈充当桥，用于传递活塞和气缸衬套之间的热，从活塞圈，热通过翼片散失或者被传递至存在于冷却通道中的水。

来源于空气燃料混合物的爆炸的热引起活塞圈膨胀。由于圈充当“桥”来传导活塞和块之间的热，在圈的内部部分中热(因而温度)最大，使得其膨胀多于外部部分。该膨胀差越大，热梯度越大。沿着圈的径向线不同的膨胀具有的效应是，由其接触气缸壁的自由端部(末端)施加的径向压力过度增加，不期望地增加在该点处圈的磨损率。

在自由端部处的磨损对圈的性能具有的有害效应是关于密封燃烧室和/或控制油膜以及使得有必要维持此在可接受水平的技术。在该方案中，与本发明相反，到目前为止，大多数可替换方案依赖旧范式，根据旧范式，自由端部处的磨损通过应用更加高度发展的涂层和/或通过调节圈的几何格式以这种方式被处理而使得相当大地降低由圈的自由端部施加的径向压力。

日本专利文献JP2008-057671公开了一种活塞圈，该活塞圈设置有内周部分，内周部分由热膨胀系数低于形成圈的其他部分的材料制成。以该方式由圈的不同部分施加的径向压力被协调而独立于发动机的操作条件。

德国专利文献DE102007029992涉及一种活塞圈，在该活塞圈中自由端部包括热膨胀系数低于圈的剩余部分的材料，确保膨胀，因此径向压力在该区域中较少增加。其结果是，相比于常规圈在自由端部处的磨损较小。

日本专利文献JP2008-069884涉及一种用于控制油膜的组合式活塞圈，这确保在任何操作温度下的良好性能。为此，该圈包括定位于膨胀元件内部的冷却元件C，膨胀元件吸收热并且因此降低得到的圈的径向变形，尤其在自由端部。

专利文献WO2008/016010涉及一种活塞圈，施加至该活塞圈的应力在低温度低负荷条件以及高负荷高温度条件之间变化而使得最小化摩擦损失并且增加发动机性能(较少燃料消耗)。为了实现此，圈由钛钽形状记忆合金制成，该合金包括钽的比例不小于30％摩尔比并且小于40％摩尔比，剩余物为钛和不可避免的杂质。

专利文献WO2008/016009涉及一种活塞圈，在该活塞圈中施加的应力在低温度低负荷条件以及高负荷高温度条件之间变化而使得最小化摩擦损失并且增加发动机效率(较少燃料消耗)。根据该文献这是通过形状记忆合金而实现的，该合金包括34.7至48.5％摩尔比的镍、9至22.5％摩尔比的元素锆或铪以及1至30％摩尔比的铌，剩余物为钛和不可避免的杂质。

专利文献WO2009/069703涉及一种活塞圈和气缸衬套的组合，该组合满足多个硬度以及表面抛光条件，使得圈的线性膨胀匹配气缸的线性膨胀，因而确保整体的耐久性。

专利文献WO2009/069762涉及一种用于制造活塞圈的钢以及用其制造的活塞圈，该钢确保热膨胀系数非常类似于铝气缸衬套的热膨胀系数，使得能够在铝衬套中使用该圈具有涉及密封的良好结果。产品(圈)包括(以质量计)0.01％至1.9％的碳、0.01％至1.9％的硅以及5.0％至24.0％的锰，剩余物为铁和不可避免的杂质。除了这些，除了上述必要元件圈包括18.0％或者更少铬、和/或12.0％或者更少镍。除了此，产品可以包含1％或者更少铝、和/或0.3％或者更少氮，以及高达4.0％百分比的铌、钛、锆、钼以及铜中的一种或多种元素。

德国专利文献DE102007035502涉及一种具有抗磨损涂层的活塞圈，该涂层由传热性为至少180W/(m.K)的材料形成，在该活塞圈中至少5％体积的涂层包括氮化铝。

日本专利文献JP4008327涉及一种在树脂圈的顶部包括外部金属圈的活塞圈。树脂圈的作用为降低/控制圈的热膨胀，维持从发动机的冷却开始直到以高转速操作热膨胀处于可接受的值。

日本专利文献JP2004-340075涉及一种刮油器类型活塞圈，在两个部分中包括两个膨胀圈，每个由特定材料形成，一个形状记忆合金具有的热膨胀系数不同于另一个的热膨胀系数。以该方式控制圈的热膨胀的百分比在不同的电动机操作情形下实现。

日本专利文献JP2003-042294涉及一种碳涂层施加至其的活塞圈，除了起作用为抗磨膜，该活塞圈具有的热膨胀系数大于或者等于[15x10^-6/℃]。以该方式关于热膨胀圈的合适的行为实现。