专利名称：经过表面处理的压缩环及制造方法
技术领域：
本发明涉及涂层的或表面处理的内燃机压缩环。
背景技术：
内燃机通常包括至少一个气缸孔，其具有在其中可往复运动的活 塞。活塞和气缸孔共同协作以至少部分地限定燃烧室。活塞可包括至 少一个压缩环，以密封燃烧室内快速膨胀的燃烧气体。压缩机已经确 定为内燃机中导致运行效率降低的摩擦源.
发明内容
提供了一种适于接收在由活塞限定的槽中的活塞环。所述活塞环 包括第一轴向面和第二轴向面。还设有大体径向外侧面。所述第一轴 向面与第二轴向面中至少一个具有设置在其上的减小摩擦的表面处 理。所述活塞环的特征还在于所述大体径向外侧面上没有所述减小摩 擦的表面处理。所述活塞环可为第一压缩环或第二压缩环。所述减小 摩擦的表面处理由二硫化钨形成。
还提供了一种具有限定了气缸孔的气缸体的内燃机。活塞可在所 述气缸孔中往复运动。所述活塞限定了至少一个通常为环状的环槽。 设置了具有第一轴向面和笫二轴向面的活塞环。所述通常为环状的环 槽构造成足以接收所述活塞环的至少一部分。所述第一轴向面与所述 第二轴向面的至少一部分具有设置在其上的减小摩擦的表面处理。所 述活塞环可为第一压缩环或第二压缩环。所述减小摩擦的表面处理由 二硫化鴒形成。所述活塞环具有与所述气缸接触的大体径向外侧面。 所述活塞环的特征还在于所述大体径向外侧面上没有所述减小摩擦的 表面处理。
还提供了一种形成具有第一和第二轴向面和径向外侧面的低摩擦 活塞环的方法。所述方法包括在所述第一和第二轴向面中至少一个应 用减小摩擦的表面处理，例如二硫化钨。所述方法还包括基本上防止 在所述径向外侧面上应用所述减小摩擦的表面处理。
结合附图，从下面对实现本发明的最佳模式的详细描述会容易地 理解本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
图l为根据本发明包括活塞的内燃机一部分的截面图，其中活塞具
有安装在其上的进行表面处理的压缩环；和
图2为图1中发动机中用虚线圓突出显示的部分的放大图，示出了 压缩环及其上的表面处理。
具体实施例方式
参考图l，示出了总地由标记10表示的内燃机。内燃机10包括限定 有气缸14的气缸体12。尽管图1中只示出了一个气缸14,但是本领域的 技术人员会认识到，本发明可应用于具有多个气缸14的发动机。气缸 14的一端由安装到气缸体12的气缸盖16盖住或封闭。气缸14与气缸盖 16共同协作以部分地限定可变容积的燃烧室18。气缸盖16还分别限定 了进气孔20和排气孔22。进排气孔20和22与燃烧室18之间的连通分别 由提升阀24和26选择性控制。进气孔20与提升阀24可操作，以提供空 气或空气燃料混合物向燃烧室18的选择性进入，而排气孔22与提升阀 26可操作，以提供燃烧产物从燃烧室18的选择性排放。
活塞28在气缸14中可往复运动。活塞28通常为绕着轴线A的圆柱 形。活塞28包括冠部部分30，该冠部部分30具有从其通常轴向悬垂或 延伸的通常为圆柱形的侧壁或裙部部分32。在裙部部分32与冠部部分 30之间布置有通常为环状的环带部分34。
活塞28构造成足以在气缸14中可滑动地往复运动，活塞裙部部分 32可与气缸14接合以引导活塞28的往复运动，并吸收其侧向推力。裙 部部分32的外径稍小于气缸14的直径以提供有限间隙，以便允许润滑 油保持在气缸14上的相对表面之间用来减小摩擦，并提供活塞28在气 缸14中的大体自由滑动。冠部部分30与气缸14和气缸盖16共同协作以 进一步限定燃烧室18，当活塞18运动时，其引起燃烧室18的膨胀或收 缩，如发动机工作循环运行所需的。
环带部分34限定了多个径向延伸且轴向间隔的活塞环槽，在本实 例中，其由最接近于冠状部分30延伸的通常为环状的第一环槽36、沿 远离冠部部分30方向与第一环槽36间隔开的通常为环状的第二环槽38 组成。类似地，通常为环状的第三环槽40也是沿远离冠部部分30的方 向与第二环槽38轴向间隔开，并且基本上与裙部32相邻。
第一环槽36构造成足以接收第一压缩环42，该笫一压缩环42可操 作以与气缸14接合。第二环槽38构造成足以接收第二压缩环44，该第 二压缩环可操作以与气缸14接合。在发动机运行期间，第一压缩环42 和第二压缩环44与气缸14共同协作以密封燃烧室18中的燃烧气体。第 三环槽40设有油控制环46，该油控制环可控制活塞28与气缸14之间分 界面的润滑油的量。另外，第一压缩环42和第二压缩环44可由钢或铁 制成。
为了将活塞28用作产生动力的装置，活塞28和连杆48各至少部分 地限定了构造成足以接收活塞销52的开口或孔50。活塞销52通过连杆 48，将活塞28与曲轴46的偏心曲柄54机械地互联。活塞28在气缸14中 的往复运动实现了曲轴56的旋转。连杆48的角度位置随着曲轴56的旋 转而变化，使得沿轴向方向作用在活塞28上的力部分分解为沿相反方 向交替横向作用在活塞28上的侧向推力，引起活塞裙部部分32与气缸 14之间的推力。这些推力作用在发动机连杆48运动的平面内，从而集 中在活塞28的相反两侧，主要通过裙部部分32作用在与活塞销52侧向 相对的点上。
现在参考图2，示出了图1中发动机10用虚线圆2突出显示的部分的 放大图。第一压缩环42和第二压缩环44各具有各自的第一轴向表面 58、 60和各自相对的第二轴向表面62、 64。通过对具有活动气缸套的 单气缸发动机的实验测试，已经确定各第一和第二压缩环42、 44的第 一轴向表面58、 60和第二轴向表面62、 64与活塞28的接合对发动机10
的总摩擦起作用。
本发明提供了一种减小摩擦的层或表面处理66，优选为在第一和 第二压缩环42、 44中至少一个的第一轴向表面58、 60和第二轴向表面 62、 64中至少一个之上的层状二硫化钨的形式。优选地，减小摩擦的 表面处理66基本上跨越了其应用到的整个轴向表面58、 60、 62和/或64。 通过提供减小摩擦的表面处理66，可减小第一和/或第二压缩环42、 44 与活塞28及气缸孔14之间的摩擦。另外，可延迟或消除第一压缩环42 与活塞28之间的微焊的发生，从而消除对第一环槽36做阳极化处理或
其它处理的需求。本发明的笫一压缩环42和第二压缩环44的特征还在 于，分别在径向外侧面68和70上没有减小摩擦的表面处理66。表面68 和70至少部分地与气缸14接触，因而由于未在这些表面68和70上提供 减小摩擦的表面处理66，所以并不存在减小摩擦的表面处理66对发动 机运行性能上的影响。另外，减小摩擦的表面处理66通常厚度小于一 微米或者千分之一毫米。因此减小摩擦的表面处理66可应用于第一压 缩环42和/或第二压缩环44，而对第一压缩环42与第一环槽36和/或第二 压缩环44与第二环槽38之间的公差变化影响很小。
可通过抛光或高速喷冲来应用二硫化鴒的减小摩擦的表面处理 66。由于通常在室温应用减小摩擦的表面处理66,所以第一压缩环42 和/或第二压缩环44的冶金特性基本上不变。另外，表面处理通过分子 机械互锁(molecular mechanical interlock)粘附到第一压缩环42和/或 第二压缩环44，从而减少了减小摩擦的表面处理66剥落、起气泡、碎 裂或脱落的机会。
尽管已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领 域的技术人员应当认识到能在所附权利要求范围内实现本发明的各种 可选i殳计和实施例。
权利要求
1.一种适于接收在由活塞限定的槽中的活塞环，所述活塞环包括第一轴向面；第二轴向面；大体径向外侧面；其中所述第一轴向面与第二轴向面中至少一个具有设置在其上的减小摩擦的表面处理；并且其中所述活塞环的特征还在于所述大体径向外侧面上没有所述减小摩擦的表面处理。
2. 如权利要求l所述的活塞环，其中所述减小摩擦的表面处理由二 硫化鴒形成。
3. 如权利要求l所述的活塞环，其中所述活塞环为第一压缩环。
4. 如权利要求l所述的活塞环，其中所述活塞环为第二压缩环。
5.如权利要求l所述的活塞环，其中所述活塞环由铁形成。
6. 如权利要求l所述的活塞环，其中所述活塞环由钢形成。
7. —种内燃机，包括 气缸体，其限定了气缸孔；活塞，可在所述气缸孔中往复运动； 其中所述活塞限定了至少一个大体环状的环槽； 活塞环，具有第一轴向面和第二轴向面；其中所述至少一个大体环状的环槽构造成足以接收所述活塞环的 至少一部分；并且其中所述第一轴向面与所述第二轴向面中至少一个具有设置在其 上的减小摩擦的表面处理。
8. 如权利要求7所述的内燃机，其中所述减小摩擦的表面处理由二 硫化鴒形成。
9. 如权利要求7所述的内燃机，其中所述活塞环为第一压缩环。
10. 如权利要求7所述的内燃机，其中所述活塞环为第二压缩环。
11. 如权利要求7所述的内燃机，其中所述活塞环由铁形成。
12. 如权利要求7所述的内燃机，其中所述活塞环由钢形成。
13. 如权利要求7所述的内燃机，其中所述活塞环具有与所述气缸接触的大体径向外侧面，并且其中所述活塞环的特征还在于所述大体 径向外侧面上没有所述减小摩擦的表面处理。
14. 一种形成具有第一和第二轴向面和径向外侧面的低摩擦活塞 环的方法，所述方法包括在所述笫一和第二轴向面中至少一个上应用减小摩擦的表面处 理；以及基本上防止在所述径向外侧面上应用所述减小摩擦的表面处理。
15. 如权利要求14所述的方法，其中通过抛光来应用所述减小摩擦 的表面处理。
16. 如权利要求14所述的方法，其中通过喷冲来应用所述减小摩擦 的表面处理。
17. 如权利要求14所述的方法，其中所述活塞环由钢和铁中的一种 形成。
18. 如权利要求14所述的方法，其中所述减小摩擦的表面处理由二 硫化鴒形成。
全文摘要
提供了一种具有第一轴向面和第二轴向面的活塞环。第一轴向面和第二轴向面中至少一个具有减小摩擦的表面处理。减小摩擦的表面处理优选由二硫化钨形成。另外，提供了一种形成低摩擦活塞环的方法，包括向第一轴向面和第二轴向面中至少一个应用减小摩擦的表面处理，例如二硫化钨，并且防止在径向外侧面上应用减小摩擦的表面处理。还提供了一种包括所公开的活塞环的内燃机。
文档编号F02F5/00GK101113698SQ20071013707
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者G·E·克莱弗 申请人:通用汽车环球科技运作公司