汽油机活塞环组的制作方法

1.本实用新型涉及一种内燃机活塞环，特别涉及一种汽油机活塞环组。


背景技术：

2.车用汽油机活塞环密封系统，绝大多数由第一道气环、第二道气环和钢带组合油环等三道环组成，起到密封高压燃气、刮除多余机油、导出活塞热量、支撑活塞平稳的作用。对轿车汽油机活塞环而言，典型的设计是：第一道气环钢质氮化，第二道气环铸铁鼻形锥面、油环氮化或镀铬，衬环氮化或无涂层。但是现有技术中车用汽油机活塞环组存在着摩擦损失大、耐磨性不强、使用寿命不长的问题，并由此带来整车燃油耗高、大修里程不够长的问题。现有专利《一种低摩擦低油耗发动机活塞环组及机构》(cn210564793u)针对现有技术做出了改进，实现低摩擦低油耗的目的，但该技术中各环的涂层成本较高，且顶环外圆面为偏桶面结构，加工成本也较高，因而难以实现大批量的装配使用。


技术实现要素：

3.实用新型目的：为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种汽油机活塞环组，该活塞环组降低摩擦损失且成本较低。
4.技术方案：本实用新型所述的汽油机活塞环组，包括第一道气环、第二道气环和组合油环，所述组合油环包括衬环以及设置于所述衬环上表面的第一刮片以及设置于所述衬环下表面的第二刮片，所述第一道气环的外圆面具有第一陶瓷涂层，所述第二道气环的外圆面具有第二陶瓷层，所述第一刮片的外圆面具有第三陶瓷层，所述第二刮片的外圆面具有第四陶瓷层。
5.本实用新型的活塞环组适用于轿车用汽油机，也适用于具有类似工况的其它用途的汽油机或其它燃料发动机。
6.作为本实用新型的一种优选结构，所述第一道气环在内圆的上棱边处设置有倒角，所述第一道气环的外圆面为对称桶面形状。
7.作为本实用新型的一种优选结构，所述第一陶瓷涂层的厚度为0.01～0.03mm，第一陶瓷涂层的硬度为1200～1800hv0.05；所述第二陶瓷层的厚度为0.01～0.03mm，所述第二陶瓷层的硬度为1200～1800hv0.05。
8.作为本实用新型的一种优选结构，所述第二道气环的截面呈鼻形锥面。
9.作为本实用新型的一种优选结构，所述第三陶瓷层的厚度为0.01～0.03mm，第三陶瓷层的硬度为1200～1800hv0.05；所述第四陶瓷层的厚度为0.01～0.03mm，第四陶瓷层的硬度为1200～1800hv0.05。
10.作为本实用新型的一种优选结构，所述倒角的坡面与平面的夹角为40
°
～50
°
。
11.作为本实用新型的一种优选结构，所述第一道气环、第二道气环、衬环、第一刮片以及第二刮片的表面具有氮化层。
12.作为本实用新型的一种优选结构，陶瓷层为crn材料。
13.作为本实用新型的一种优选结构，所述第一道气环的高度为1.0～1.2mm；第二道气环的高度为1.0～1.2mm；所述组合油环的高度为2.0～2.5mm；所述第一刮片以及第二刮片的高度为0.35～0.40mm。
14.有益效果：(1)本实用新型的活塞环组改善轿车用汽油机活塞环组的性能，延长使用寿命、降低摩擦损失，并且易于制造因而达到较低的成本进而容易实现批量生产；(2)本实用新型的第一道气环、第二道气环以及刮片的外圆面均采用了pvd陶瓷层(crn)处理，利用陶瓷层与气缸壁之间的较低的摩擦系数达到较低的摩擦功耗；(3)本实用新型的第一道气环采用了内上倒角的对称桶面结构，倒角的存在使第一道气环在工作时产生了正扭曲的效果，并使外圆对称桶面的理论高点在实际工作时有所下移，这有利于提高环的磨合性能和摩擦磨损性能，同时，正扭曲的效果使环的端面密封能力得到加强，适合于转速很高的轿车汽油机；(4)本实用新型各环采用了较薄的环高，实现在满足密封所需的面压的前提下达到较低的弹力，进一步降低了环组的摩擦功耗；(5)本实用新型采用pvd(crn)涂层，结合各环较薄的环高，分摊到各环后涂层成本的涨幅得到了控制，进而得到了很高的性价比；(6)本实用新型第一道气环的外圆采用最外层的陶瓷层以及位于其内的氮化层的保护，两重涂层都具有较高的耐磨性，降低了第一道气环的外圆磨损；(7)本实用新型的第一道气环各个表面均采用氮化层，提升了端面的耐磨性，降低了第一道气环的端面磨损；(8)本实用新型的油环刮片的外圆具有氮化和pvd两重保护，刮片端面也具有氮化层保护，同时为了解决衬环与刮片接触面之间的二级磨损问题，本实用新型对衬环也采用氮化处理，提高了支承面的硬度，耐磨性得到了保证。
附图说明
15.图1为本实用新型的活塞环组在活塞的环槽中的结构示意图；
16.图2为本实用新型的第一道气环的结构示意图；
17.图3为本实用新型的第二道气环的结构示意图；
18.图4为本实用新型的组合油环的结构示意图；
19.图5为本实用新型的组合油环的主视图。
具体实施方式
20.实施例1：本实用新型所述的汽油机活塞环组与活塞100以及气缸壁200之间的位置关系如图1所示。本实用新型的活塞环组包括第一道气环1、第二道气环2和组合油环3。组合油环3包括衬环31以及设置在衬环31上下表面的刮片，刮片具体包括设置于衬环31上表面的第一刮片32以及设置于衬环31下表面的第二刮片33。
21.如图2所示，第一道气环1的所有表面首先通过气体氮化，使其表面具有氮化层，第一道气环1在外圆面处设置有第一陶瓷涂层11，第一陶瓷涂层11的厚度为0.01～0.03mm，第一陶瓷涂层11的硬度为1200～1800hv0.05，材料为crn；第一道气环1在内圆的上棱边处设置有倒角12，优选地，倒角12的坡面斜角为45
°±5°
；第一道气环1的外圆面为对称桶面形状，第一道气环1的高度h1为1.0～1.2mm。
22.在具体应用例中，第一道气环1的材料为按iso6621
‑
3/gb1149.3《内燃机活塞环材料规范》标准所述的mc65或mc66级别的马氏体不锈钢。第一道气环1的所有表面气体氮化，
氮化层硬度700～1200hv0.1，深度0.03～0.07mm；然后第一道气环1的外圆面经过pvd涂层处理，使得第一道气环1的外圆面覆盖有一层crn陶瓷涂层(第一陶瓷涂层)，第一陶瓷涂层11的硬度为1200～1800hv0.05，厚度为0.01～0.03mm；第一道气环1的外圆面为对称桶面形状；第一道气环1的环高h1为1.0mm；在第一道气环1的内圆上棱边处设置的倒角12的名义尺寸为(0.3～0.5)
×
45
°
。
23.本实施例中，第一道气环1采用氮化层和在外圆处设置的陶瓷层两重保护，提高了第一道气环的耐磨性(包括端面耐磨性)和承受燃烧压力和燃烧温度的能力，此外，在密封性能方面，第一道气环1采用了内上倒角的对称桶面结构，内上倒角的存在实际上使第一道气环在工作时产生了正扭曲的效果，并使外圆对称桶面的理论高点在实际工作时有所下移，这有利于提高环的磨合性能和摩擦磨损性能，同时，正扭曲的效果使环的端面密封能力得到加强，特别适合于转速很高的轿车汽油机。
24.如图3所示，第二道气环2的基体采用马氏体合金钢，第二道气环2的截面呈鼻形锥面，刮下的机油能够快速通过15
°
的鼻形角回到鼻形切台空间内，因而减小了环外圆处的机油动压，有利于降低机油耗，另一方面，鼻形环也具有正扭曲的效果，端面密封能力得到加强。
25.第二道气环2的鼻形锥面(外圆面)处具有第二陶瓷层21，第二陶瓷层21的厚度为0.01～0.03mm，第二陶瓷层21的硬度为1200～1800hv0.05，第二道气环2的高度为1.0～1.2mm；第二道气环的工作环境较好，在采用了硬度较高的mc64级别的马氏体合金钢后，对其外圆面做pvd处理，其耐磨性比常规铸铁无涂层设计的高出6倍。
26.在具体应用例中，第二道气环2的材料按iso6621
‑
3/gb1149.3《内燃机活塞环材料规范》标准所述的mc64级别的马氏体合金钢。第二道气环2外圆面的第二涂层21为pvd处理得到的crn涂层，第二涂层21的硬度为1200～1800hv0.05，厚度为0.01～0.03mm，第二道气环2的名义环高h2为1.0mm。
27.如图4和图5所示，在本实施例中，组合油环3的名义环高为2.0～2.5mm，第一刮片32以及第二刮片33的高度为0.35～0.40mm。在具体应用中，组合油环的名义环高h3为2.0mm，第一刮片32以及第二刮片33的高度为0.35mm。
28.组合油环3中的衬环31表面具有氮化层，衬环31的截面形状为按iso6627/gb/t1149.16《活塞环钢带组合油环》中所述的es2型，径向支撑刮片的圆波处具有θ＝20
°±5°
的耳角，使刮片在工作时与环槽端面是贴合的，强化了机油密封能力。衬环31的氮化层的表面硬度为900～1500hv0.1，氮化层深度0.005～0.03mm。
29.在具体应用例中，衬环31的材料为按iso6621
‑
3/gb1149.3《内燃机活塞环材料规范》标准所述的mc67级别的奥氏体不锈钢。衬环表面的氮化层优选盐浴氮化，氮化层表面硬度900～1500hv0.1，氮化层深度0.005～0.03mm。
30.组合油环31上下表面设置的第一刮片32和第二刮片33也分别采用了氮化和陶瓷层的双重保护，具体为：刮片的截面的外圆面具有圆弧形，第一刮片32的外圆面设置有第三陶瓷层34，第二刮片33的外圆面设置有第四陶瓷层35。第三陶瓷层34的厚度为0.01～0.03mm，硬度为1200～1800hv0.05；第四陶瓷层35的厚度为0.01～0.03mm，的硬度为1200～1800hv0.05。
31.在具体应用例中，刮片的材料为按iso6621
‑
3/gb1149.3《内燃机活塞环材料规范》
标准所述的mc66级别的马氏体不锈钢，刮片的所有表面气体氮化，形成的氮化层的硬度为700～1200hv0.1，氮化层的深度为0.02～0.07mm。然后在刮片的外圆面通过pvd方法设置有crn陶瓷涂层，陶瓷涂层的硬度为1200～1800hv0.05，厚度0.01～0.03mm。刮片的环高为0.35或0.40mm。
32.对衬环也采用氮化处理，提高了对刮片支承面的硬度，减小了衬环与刮片接触面之间的二级磨损问题，耐磨性得到了保证。
33.将实施例1的组合活塞环组应用到活塞中，端面密封能力、耐磨性能均得到加强，特别适合于转速很高的轿车汽油机。本实用新型实施例1描述的活塞环组可应用于缸径为50～100mm汽油机气缸。