CN213953762U - 一种低摩擦活塞环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低摩擦活塞环,包括活塞环基体，所述活塞环基体与缸套壁相接触的一侧为外圆面；开设在所述外圆面上的织构微坑，所述织构微坑为两排。本实用新型通过直接在活塞环基体的外圆面上进行织构化处理，因而无需做太厚的硬质耐磨层，极大降低了涂层成本，同时硬质耐磨层采用类金刚石涂层，使得在较薄硬质耐磨层的情况下具备了低摩擦高耐磨特点，进一步降低了活塞环的磨损，降低发动机的摩擦功率损失。

Description

一种低摩擦活塞环

技术领域

本实用新型涉及发动机零件领域，具体是一种低摩擦活塞环。

背景技术

为了提升汽车节能减排的性能，应对国六以上排放法规和汽车燃油经济指标的高要求，汽车发动机厂家在发动机开发时采用了机油长换油模式和低黏度机油设计方案等。这使得发动机工作过程中活塞环会出现贫油和润滑不好情况，容易出现活塞环的摩擦磨损和拉缸问题。

在申请公开号“CN201310021922.6”专利中公开了一种带有硬软复合涂层与织构化表面的耐磨活塞环，通过先在活塞环外圆面沉积硬质涂层，然后在硬质涂层面进行织构化处理，最后在织构化表面制备软质涂层的方式，该技术在一定程度上改善了活塞环的贫油润滑和拉缸问题，但仍然存在以下问题：1)由于织构是建立在硬质涂层上(织构的微孔深度6～55um)，硬质层必须做到很厚，造成硬质涂层成本较高，而且目前活塞环类金刚石涂层实现厚膜难度极大，所以无法实现在类金刚石涂层上实现该专利的织构；2)在这个专利中的织构是覆盖整个活塞环的外圆面，由于活塞环的外圆面为桶面机构，与汽缸壁接触的位置为桶面高点，外圆面的桶面上端是不接触，一旦形成织构，会造成润滑油残留，受到燃气高温作用后，会很快碳化。影响了发动机的机油耗，而且碳化颗粒会形成磨料磨损。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低摩擦活塞环，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种低摩擦活塞环，包括：

活塞环基体，所述活塞环基体与缸套壁相接触的一侧为外圆面；

开设在所述外圆面上的织构微坑，所述织构微坑为两排。

作为本实用新型进一步的方案：两排所述织构微坑为相互平行的织构微坑排，上下两排所述织构微坑的位置相互错开。

作为本实用新型进一步的方案：所述织构微坑及所述外圆面表面设置有过渡层，所述过渡层表面设置有类金刚石涂层。

作为本实用新型进一步的方案：所述类金刚石涂层的厚度为3～25μm，所述过渡层的厚度为类金刚石涂层厚度的2％～10％。

作为本实用新型进一步的方案：所述过渡层为铬、钛、氮化铬、氮化钛中的任一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)织构微坑可以增强润滑油的流体动压效应，并能作为润滑剂的储池及收集磨屑颗粒，改善活塞环的磨损状况，同时本实用新型的织构微坑结构布局设计解决了非接触位置的多余织构微孔中的润滑油残留，降低润滑油劣化积炭，降低机油耗；(2)本实用新型通过直接在活塞环基体的外圆面上进行织构化处理，因而无需做太厚的硬质耐磨层，极大降低了涂层成本，同时硬质耐磨层采用类金刚石涂层，使得在较薄硬质耐磨层的情况下具备了低摩擦高耐磨特点，进一步降低了活塞环的磨损，降低发动机的摩擦功率损失；(3)本发明的通过设置上下两排相互错开的织构微坑位置，防止上下两个孔在活塞环的轴向同一条线上时，一旦活塞环的桶面顶点磨损后容易形成漏气和漏油通道的问题出现；(4)本发明过渡层一方面通过形成硬度梯度提高类金刚石涂层的结合强度，另一方面还能提高活塞环表面活性，过渡层可以在活塞环表面形成高低不平的微观粗化表面，增加了类金刚石涂层与活塞环表面的结合面积，提高了结合强度。

附图说明

图1为本实用新型活塞环的结构示意图

图2为活塞环为正桶面的截面示意图；

图3为活塞环为偏桶面的截面示意图。

图中：1-活塞环基体、11-外圆面、111-接触带、2-织构微坑、3-过渡层、4-类金刚石涂层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，一种低摩擦活塞环，包括活塞环基体1,所述活塞环基体的外圆面11为桶面或偏桶面；开设在所述外圆面11的桶面顶点两侧的相互平行的织构微坑2排，上下两排的所述织构微坑2相互错开；依次设置在所述织构微坑2及所述外圆面11表面的过渡层3、类金刚石涂层4；设置在所述类金刚石涂层4的桶面顶点的连续环绕活塞环一周的接触带111。

具体的，请参阅图2、3，所述活塞环基体的外圆面11可以为桶面或偏桶面，所述外圆面11的桶面度为3～40μm，外圆面的桶面结构，形成了环绕外圆面的连续接触带111，所述接触带111一方面保证了活塞环的圆度，实现了与汽缸壁的高度贴合性，起到更好的密封效果，另一方面接触带111使得桶面高点位置容易设别，为织构微坑2的加工提供了便利。

具体的，请参阅图1、2，所述织构微坑2为球面状，其直接开设在所述外圆面11的桶面顶点两侧的相互平行的织构微坑2排，上下两排的所述织构微坑2相互错开，因而无需做太厚的硬质耐磨层，极大降低了涂层成本，所述织构微坑2成相互平行的两排，且两排的织构微坑2不是相互上下对应的，而是上下相互错开的，这解决了上下两个织构微坑2在活塞环基体1的轴向同一条线上，活塞环基体1的桶面顶点磨损后容易形成漏气和漏油通道的问题，所述织构微坑的直径为10～100μm、深度为5～20μm，所述织构微坑的间距是织构微坑直径的3～5倍，织构微坑2可以增强润滑油的流体动压效应，并能作为润滑剂的储池及收集磨屑颗粒，改善活塞环的磨损状况，同时本实用新型的织构微坑结构布局设计解决了非接触位置的多余织构微孔中的润滑油残留，降低润滑油劣化积炭，降低机油耗。

具体的，所述类金刚石涂层4设置在所述过渡层3上表面，所述类金刚石涂层4的厚度为3～25μm，所述类金刚石涂层4使得在较薄硬质耐磨层的情况下具备了低摩擦高耐磨特点，进一步降低了活塞环的磨损，降低发动机的摩擦功率损失；所述过渡层3的厚度为类金刚石涂层厚度的2％～10％，其设置在所述活塞环基体的外圆面及织构微坑的外表面上，所述过渡层3为铬、钛、氮化铬、氮化钛中的任一种，过渡层3一方面通过形成硬度梯度提高类金刚石涂层4的结合强度，活塞环基体1硬度很低，在400HV左右，类金刚石涂层4硬度高，在1800HV以上，过渡层3可实现硬度600～1400HV范围，另一方面通过提高活塞环基体1表面活性提高类金刚石涂层4的结合强度，活塞环基体1表面经过研磨抛光后非常致密光滑，铬、钛、氮化铬、氮化钛中的任一种形成的过渡层3可以在活塞环基体1表面形成高低不平的微观粗化表面，增加了类金刚石涂层4的结合面积，提高结合强度。

实施例1

实施例1采用如下尺寸的活塞环：活塞环基体1的环高1.2mm，径向厚度2.5mm，外圆面11的桶面度5μm，桶面高点设有2排列织构微坑两个织构微坑排相互平行，但两排中的织构微坑上下相互错开，织构微坑2直径10μm、深度5μm，织构微坑2间距30μm，类金刚石涂层4厚度5μm。通过发动机台架400h耐久测试，同相同尺寸传统活塞环相比：发动机的机油耗下降8.9％，发动机的摩擦功降低1.8％，活塞环的磨损量降低49％。

实施例2

实施例2采用如下尺寸的活塞环：活塞环基体1的环高3.2mm、径向厚度4.7mm，外圆面11的桶面度38μm，桶面高点设有2排列织构微坑2，两个织构微坑排相互平行，但两排中的织构微坑上下相互错开，织构微坑2直径100μm、深度20μm，织构微坑2间距450μm，类金刚石涂层4厚度20μm。通过发动机1000h耐久试验，同相同尺寸传统活塞环相比：发动机的机油耗下降12.1％，发动机的摩擦功降低2.1％，活塞环的磨损量降低53％。

对比例1

本对比例的活塞环基体1的环高、径向厚度，外圆面11的桶面度，织构微坑2的直径、深度、间距，类金刚石涂层4的厚度，以上尺寸均与实施例1相同，本对比例和实施例1的区别在于织构微坑2的位置设置不同，本对比例桶面高点设有2排列织构微坑2，两个织构微坑排相互平行，两排中的织构微坑上下相互对应。通过发动机台架400h耐久测试，同相同尺寸传统活塞环相比：发动机的机油耗下降4.9％，发动机的摩擦功降低1.3％，活塞环的磨损量降低45％。

本实用新型结构新颖，运行稳定，由实施例1和对比例1可以看出，交错设计的织构微坑2机油耗更低，由实施例1、2可以看出本实用新型在较薄涂层厚度、较低涂层成本下实现发动机的摩擦功、活塞环的磨损量大大降低的目标。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种低摩擦活塞环，其特征在于，包括：

活塞环基体(1)，所述活塞环基体(1)与缸套壁相接触的一侧为外圆面(11)；

开设在所述外圆面(11)上的织构微坑(2)，所述织构微坑为两排。

2.根据权利要求1所述的一种低摩擦活塞环，其特征在于，所述织构微坑(2)及所述外圆面(11)表面设置有过渡层(3)，所述过渡层表面设置有类金刚石涂层(4)。

3.根据权利要求2所述的一种低摩擦活塞环，其特征在于，所述类金刚石涂层(4)的厚度为3～25μm，所述过渡层(3)的厚度为类金刚石涂层厚度的2％～10％。

4.根据权利要求3所述的一种低摩擦活塞环，其特征在于，所述过渡层(3)为铬、钛、氮化铬、氮化钛中的任一种。

Images