[发明专利]缸孔和活塞环的组合

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机的缸孔和相对于缸孔内周面滑动的活塞环 的组合，具体涉及一种在内周滑动面上形成有铁基热喷涂膜的缸孔和 在外周滑动面上形成有硬质碳膜的活塞环的组合。

背景技术

近年，对于以汽车发动机为主的内燃机强烈要求燃油效率的提高。 因此，正在广泛地进行以小型化、轻量化、降低摩擦损失等为目标的 构成部件的研究开发。例如，尝试对气缸采用比重小的铝金属合金(以 下，称为“铝合金”)并在活塞环上涂覆低摩擦系数的硬质碳膜(也 称为“类金刚石碳(DiamondLikeCarbon：DLC)”)。

JIS标准材料ADC12等铝合金的特征通常是重量轻且导热系数良 好。但是，铝合金自身在相对于活塞环的滑动中容易发生粘着或磨损。 作为改善对策，在日本特开2005-273654中公开了一种发动机用部件， 其包含一缸体，通过高压压铸法能够批量生产含有多达18～22重量％ 的硅(Si)的铸造性差的铝合金，并且通过控制滑动面附近的冷却速度 使平均晶粒尺寸12～50μm的初晶硅颗粒在滑动面上结晶析出。比较硬 的初晶硅颗粒的存在有助于提高耐磨损性和抑制气缸磨耗。但是，随 着近年来发动机的高输出化，气缸内压力上升，滑动条件变得苛刻， 对此，变得无法充分满足对耐磨损性和耐磨耗性的要求。

另外，从对铝合金的化学稳定性和低摩擦系数出发，尝试对活塞 环应用硬质碳膜。日本特开2001-280497公开了硅(Si)含量为7～20 重量％的铝合金气缸与在外周面上形成有由类金刚石碳构成的硬质膜 的活塞环的组合，特别地，对于DLC硬质膜，公开了使从Si、Ti、W、 Cr、Mo、Nb及V的组中选出的一种或两种以上的元素的碳化物分散、 初始一致性、耐磨损性和耐磨耗性优异的硬质碳膜。但实际情况是， 这种初始一致性良好的DLC硬质膜在上述的苛刻的滑动条件下将在短 时间内磨损。

另一方面，对于铝合金气缸，具有对相对于活塞环直接滑动的部 分包嵌铸造了铸铁制衬套或者热喷涂了铁基膜的气缸。其中，备受关 注的是期待通过重量的减轻和传热性能的提高来实现缸孔整体温度的 下降和均匀性的改善的缸孔热喷涂技术。日本特开2004-100645公开 了一缸体，具备如下的滑动面，即，层叠形成在缸孔内表面上的热喷 涂层的表面通过珩磨而加工完成，滑动面的凹坑面积率为5～14％，且 设由有效负载粗糙度Rk和初始磨耗高度Rpk之和表示的表面粗糙度 [Rk+Rpk]为0.9μm以下，在摩擦系数和耐磨损性方面充分满足要求， 并且所述缸体有助于燃油效率的提高和耐久性的提高。滑动面上存在 的凹坑具有作为油积存部(油槽)的功能，防止滑动时润滑油用尽， 提高耐磨损性。但是，例如，也可知，在大负载作用于发动机并且滑 动条件变得苛刻的情况下，仅通过由该凹坑形成的油积存部，则油膜 的形成将不充分，耐磨损性也不充分。虽然能够增加滑动面的凹坑的 大小和数量，但发生由润滑油的燃烧引起的耗油量的增加和摩擦系数 的增大也变得明显。

日本特开2002-235852公开了一种低摩擦性滑动部件，其着眼于 油积存部，在形成于滑动表面上的平滑面上具备深度规则地变化的微 细的凹部，并且在凹部之间形成有盘状凸部。在日本特开2002-235852 中，在滑移速度大的冲程工序的中央部，使油积存部的深度变浅，降 低由油膜剪切损失引起的摩擦损失的增大，另一方面，在冲程端(如 果是活塞，则是上止点和下止点)，使油积存部的深度变深，避免发 生润滑油用尽，降低了摩擦损失。但是，精密地控制凹部的深度等来 形成上述的结构的滑动面实际上需要大量的精密工序，因此并不实用。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的课题在于提供一种缸孔和活塞环的组合，其使用能够利 用由通常的压铸形成的铝合金铸件的缸孔热喷涂技术，即使在大负载 作用于发动机的苛刻的滑动条件下，耐磨损性、耐磨耗性也优异，摩 擦损失也很小。

用于解决课题的技术方案

本发明人等对将形成有铁基热喷涂膜的缸孔和形成有硬质碳膜的 活塞环组合的情况下的耐磨损性进行了研究，潜心研究的结果，发现： 通过将铁基热喷涂膜和硬质碳膜表面的粗糙度曲线中的突起峰部的高 度Rpk控制为规定值，能够实现耐磨损性、耐磨耗性优异且摩擦损失 低的缸孔和活塞环的组合。