活塞圈和内燃机制造技术

本发明专利技术涉及通常方式的一种内燃机的部件，更具体来说，本发明专利技术涉及内燃机的活塞圈。此外本发明专利技术涉及包含这种圈的内燃机。根据本发明专利技术的实施例，除了其他元素以及不可避免的杂质，活塞圈包括8％至15％之间重量比的铬，具有的硬度在350HV至420HV之间，其中，所述圈包括表面氮化层，其具有的深度小于或者等于60μm并且在表面上测量的平均硬度超过800HV，其中，氮化层的氮化物粒子拥有的最大为尺寸5μm并且分布在氮化层的面积的4％至8％之间，白层不存在于氮化层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活塞圈和内燃机
本专利技术涉及通常方式的内燃机的部件，更具体来说，本专利技术涉及内燃机的活塞圈。此外本专利技术涉及包含这种圈的内燃机。
技术介绍
内燃机诸如采用公知Otto或者狄赛尔循环的发动机，广泛通常利用在用于移动人和商品的车辆，诸如乘客、运输以及货运车辆，包括卡车和火车头。总之，这种发动机利用具有高烃含量的燃料(诸如化石燃料)和/或源自可再生能源的燃料，以将热能从燃料的燃烧转化为动能。内燃机的构造众所周知，基本地包括在关联于曲柄轴的气缸的内部内移动的活塞。在活塞的上侧设置了燃烧室，除了其他元件，燃烧室包括诸如火花塞子和/或喷射喷嘴，至少一个进气阀以及一个排气阀。活塞又通常包括与气缸衬套接触的三个圈，上部的两个圈即最接近活塞头部的两个圈，在此处实现在室中压缩燃烧气体，具有的功能是确保密封混合物以及防止混合物和燃烧气体逃离至气体体的内部，凭借此，它们大致命名为“压缩圈”。通常位于两个压缩圈下方的第三圈的目的是当活塞下降时移除或者“擦去”油膜以防止油的燃烧，而且以这种方式降低气体的释放。该圈通常命名为“刮除圈”。对本领域技术人员来说，具有奥特(Otto)循环以及狄赛尔循环(Dieselcycle)的部件以及内燃机的操作是公知的，基于此原因，在该说明备忘录中没有必要更多的解释。现在对降低内燃机产生的气体的释放越来越关注，负责将大部分CO2释放至大气中。气候改变是当前最相关环境挑战之一，具有可能的严重后果。该问题因温室效应的加剧而引起，温室效应又涉及环境中温室气体(GGs)浓度的增加，二氧化碳在它们之中。为了最小化将有害气体释放至环境，有害气体诸如一氧化碳(CO)、碳氢化合物气体(HCs)、氮氧化物(NOx)，与微粒材料和/或其他GGs一起，近年来一系列技术已经并入内燃机。除了其他因素之外，降低气体释放涉及增加发动机的热性能，因此，降低燃料的单位消耗。在该意义上来讲，诸如电子喷射、催化剂以及微粒过滤器等的技术现在非常普遍，以几乎必须的方式采用在所有内燃机中。其他较新技术，诸如直接喷射燃料，用于利用柴油周期的发动机的共同轨道，以及利用较大规模的公知技术较长时间，诸如机械压缩机或者涡轮压缩机，还变得关联于增加能量效率以及遵守日益严格的排放法规的目的。因此，内燃机发展成在气缸内活塞的每单位体积位移下有更大功率，通常称为特定输出功率。在1980年起的十年中获得奥特循环(Ottocycle)内燃机的性能，平均为50HP/l，现在其能够易于获得超过100HP/l。这意味着在气缸的内部燃烧压力相当大地增加，这还意味着内燃机在较大机械应力、更快旋转以及更高燃烧温度下作业。以这种方式，其部件必须同样定尺寸以支撑这些更严厉的操作条件，以确保组装的可靠性以及维持期望的作业寿命，在汽车中对于Otto周期发动机的作业寿命现在估计为约300000km。同样地，该较大的操作应力被转化为部件(尤其活塞和关联于活塞的圈)经受的较大应力。在较大程度压缩、燃烧压力、温度以及旋转下，圈还对活塞以及活塞的壁施加较大压力，同样导致圈的较大磨损或者疲劳，这会增加存在于圈和气缸之间的游隙，以这种方式，引起气缸衬套和/或活塞本身的磨损、油渗漏、增加燃料和/或油消耗、甚至圈破裂的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中遇到的这些以及其他缺陷。结果，本专利技术的第一目的是提供一种具有改进的破裂强度的特性的活塞圈。本专利技术的额外目的是提供一种活塞圈，其具有改进的机械疲劳特性，结果，具有改进的破裂强度。为了满足前述以及其他目的的目的，本专利技术涉及一种活塞圈，其由不锈钢制成，不锈钢包括8％至15％之间重量比的铬以及其他元素和不可避免的杂质，具有的硬度在350HV至420HV之间，其中，所述圈包括表面氮化层，表面氮化层具有的深度小于或者等于60μm，并且在表面上测量的平均硬度超过800HV，其中，氮化层的氮化物的粒子拥有的最大尺寸为5μm并且分布在氮化层的面积的4％至8％之间。根据本专利技术的额外和/或替换实施例，以下特性能够单独存在或者在以技术上可能的组合存在：–白层不存在于氮化层中；–所述圈是内燃机的活塞的压缩圈；–所述不锈钢是马氏体不锈钢；–所述圈由不锈钢实现，该不锈钢包括8％至15％重量比的Cr，0.4％至0.9％重量比的C，0.1％至1％重量比的Si，0.1％至1％重量比的Mn，高达0.04％重量比的P以及高达0.04％重量比的S，其余由Fe以及不可避免的杂质形成；–所述圈额外地包括施加在其表面之一上的铬涂层；–所述表面是圈与气缸衬套接触的表面；–所述涂层依靠离子沉积处理施加。此外本专利技术关注一种内燃机，其包括至少一个气缸和安装在所述气缸的内部内的至少一个活塞，并且额外地包括至少一个上述圈。具体实施方式现在本专利技术应该描述其特定实施例。详细描述具体实施例，应该理解的，它们应该被认为是其原理的示例，并且不是为了将本专利技术约束在本备忘录中单独描述的内容。应该认识到的是，下文讨论的实施例的不同教导能够单独采用或者采用在任何适用于产生相同技术效果的组合中。如上所述，在机械应力方面对内燃机的要求日益增加，结果，其部件经受较大操作应力。活塞圈是必要部件以确保在性能方面以及在燃料消耗以及控制气体释放方面发动机的适当功能。活塞圈一般公知为实现为呈现高磨损阻力特性的材料，结果，大致利用马氏体不锈钢，其具有高铬含量，典型地超过17％重量比的铬，还能够接收氮化处理以增加表面硬度和磨损以及腐蚀阻力。但是，已经示出的是，由具有高硬度特性的材料制成的活塞圈(诸如现有技术中发现的圈)因在内燃机操作期间形成的微裂缝的传播同样可能具有破裂的趋势。这是由于氮化之后很大程度上存在的硬质相(碳化物)的结果，以这种方式，在这之后在硬质相和基质之间的界面中启动更多对破裂传播的处理。一方面，本专利技术的目的是提供一种具有相同硬度特性的活塞圈，但结果具有高磨损阻力促进圈的较大韧性，诸如以便改善静态以及动态疲劳强度的质量，从而最小化或者甚至消除圈破裂的问题。在该意义上来讲，本专利技术关注一种内燃机的圈，其安装在发动机的活塞上并且接触气缸壁或者衬套。圈以特定方式由不锈钢制成，包括8％至15％之间重量比的铬，还有其他元素以及不可避免的杂质，其余由铁形成。典型地，在其成分中具有这些特性的不锈钢包括的平均硬度在350HV至420HV之间。本领域技术人员公知的是，铬是这样的元素，除了增加硬度，其基本用于促进腐蚀阻力，还发现其呈铬碳化物的形式溶解在铁基质中。圈额外地包括周边的氮化层，氮化层促进表面硬度的增加，典型地在表面上测量的平均硬度超过800HV。本领域技术人员公知的氮化处理基本包括将金属部件(通常是钢，包括不锈钢)放置在低于材料的奥氏体化温度的温度下的富氮环境中，并且能够由气态等离子处理实现。散布在材料内的氮创建了一个层，该层增加其表面硬度。结果，氮化通常在金属材料中创建两个层。第一表面层还称为白层或者化合物层，具有的占主导地位的ε-氮化物(Fe2-3N氮化物，其包含的N量超过8％重量比)超过γ’相氮化物(F4N氮化物，其包含的N的重量比在5.9％之6.5％之间)，以及第二扩散层。在氮化处理期间，氮从部件的表面扩散，由于氮对铬的亲和力大于氮对碳的亲和力的事实，除了残余氮化碳以及碳化铬之外，氮和碳化铬之间发生反应，形成氮化铬。已经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活塞圈，其由不锈钢制成，所述不锈钢包括8％至15％之间重量比的铬以及其他元素和不可避免的杂质，具有的硬度在350HV至420HV之间，其中，所述活塞圈包括表面氮化层，所述表面氮化层具有的深度小于或者等于60μm，并且在表面上测量的平均硬度超过800HV，其中，氮化层的氮化物粒子拥有的最大尺为寸5μm并且分布在所述氮化层的面积的4％至8％之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.20 BR 10201402612811.一种活塞圈，其由不锈钢制成，所述不锈钢包括8％至15％之间重量比的铬以及其他元素和不可避免的杂质，具有的硬度在350HV至420HV之间，其中，所述活塞圈包括表面氮化层，所述表面氮化层具有的深度小于或者等于60μm，并且在表面上测量的平均硬度超过800HV，其中，氮化层的氮化物粒子拥有的最大尺为寸5μm并且分布在所述氮化层的面积的4％至8％之间。2.根据权利要求1所述的活塞圈，其特征在于，白层不存在于所述氮化层中。3.根据权利要求1所述的活塞圈，其特征在于，所述圈是内燃机的活塞的压缩圈。4.根据权利要求1所述的活塞圈，其特征在于，所述圈由不锈钢制成，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉塞拉·阿布拉斯·马克思，
申请(专利权)人：马勒金属立夫有限公司，马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：巴西,BR