薄壁汽缸/汽缸套的摩擦機(jī)械處理，和汽缸/汽缸套的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于薄壁滑動(dòng)元件(20)的汽缸套的方法，該滑動(dòng)元件用于內(nèi)燃機(jī)汽缸體，其：(i)施加用于滑動(dòng)元件(20)鏜磨的壓力在8MPa和9MPa之間；和(ii)滑動(dòng)元件(20)的內(nèi)表面(21)的至少一部分包括固體潤(rùn)滑劑的納米涂層，在鏜磨以前，提供了Rpk，Rk和Rvk的粗糙度不低于原始的2/3。
【專利說(shuō)明】
薄壁汽缸/汽缸套的摩擦機(jī)械處理，和汽缸/汽缸套
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種方法，其用于薄壁汽缸/汽缸套(liner)的薄壁處理的摩擦機(jī)械處 理(tribomechnical conditioning)，特別用于內(nèi)燃機(jī)汽缸體(block)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)材料和/或構(gòu)件存在逐漸增長(zhǎng)的需求，該材料和/或構(gòu)件提供了更 高的耐磨損性和降低的摩擦。設(shè)及汽車業(yè)，更具體地內(nèi)燃機(jī)汽缸/孔的表面襯套和/或處理， 最近已經(jīng)進(jìn)行了研究關(guān)于獲得表面材料和加工，其用于通過(guò)降低摩擦帶來(lái)的損失，帶來(lái)燃 料消耗的降低，和隨之的C〇2的排放的降低。包括納米技術(shù)的技術(shù)方案已經(jīng)成為近期研究的 執(zhí)占。 "、、'、、、〇
[0003]在專利文獻(xiàn)EP2229467中公開(kāi)的可能的技術(shù)方案，其公開(kāi)了 一種用于生產(chǎn)機(jī)械元 件的制造方法，機(jī)械元件例如為發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，其具有降低摩擦的表面，其具有物質(zhì)的摩擦化 學(xué)處理/沉積，例如固體潤(rùn)滑劑，其覆蓋了元件的表面。
[0004] 專利文獻(xiàn)CA2704078類似于上述歐洲文獻(xiàn)，并設(shè)及工藝，該工藝用于通過(guò)摩擦化學(xué) 處理固體潤(rùn)滑劑制造低摩擦元件，具體地為將固體潤(rùn)滑劑應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套上。
[0005] 最后，上述兩個(gè)文獻(xiàn)的同族專利文獻(xiàn)US2010/0272942，設(shè)及類似的制造工藝，重點(diǎn) 在于其在汽缸套和汽缸體汽缸中的應(yīng)用。
[0006] 上述=篇專利文獻(xiàn)設(shè)及專用的金屬機(jī)械工藝，其將構(gòu)件的僮磨化oning)表面的極 端機(jī)械壓力與低摩擦二硫化鶴(WS2)的耐磨層的摩擦化學(xué)或機(jī)械化學(xué)沉積結(jié)合。
[0007] 盡管在汽缸套/汽缸上減少摩擦和磨損具有優(yōu)點(diǎn)，在上述技術(shù)中的摩擦化學(xué)處理 期間的極端壓力，可能會(huì)導(dǎo)致汽缸套/汽缸從理想的圓形的變形，該汽缸套/汽缸通常用于 低重量汽缸體中的薄壁汽缸組中。為了避免在上述變形汽缸體的孔/汽缸中潤(rùn)滑油消耗的 增加，活塞環(huán)的使用必須承受更高的力，其危害了摩擦上的降低。
[000引當(dāng)使用了帶有更高載荷的活塞環(huán)時(shí)，具有下述觀點(diǎn)，即最小化上述摩擦上的降低， 汽缸組的孔/汽缸的原始粗糖度可能被降低，運(yùn)是不希望得到的。運(yùn)是由于W下事實(shí)，即一 定程度的粗糖度是希望得到的，因?yàn)榇痔嵌瓤蒞用作為潤(rùn)滑油的儲(chǔ)存池，因而使得部件，活 塞環(huán)和汽缸組孔/汽缸，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的開(kāi)始數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)軟化。
[0009] 出于能夠克服上述缺點(diǎn)的目的，發(fā)明人提供了一種改進(jìn)的摩擦機(jī)械處理工藝，根 據(jù)下文，通過(guò)在僮磨工藝期間使用低壓仍然能夠獲得摩擦的顯著降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種方法，其用于內(nèi)燃機(jī)組用薄壁滑動(dòng)元件的摩擦機(jī)械處理 W確保發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗的降低及其的低變形。
[0011] 本發(fā)明的目的通過(guò)用于內(nèi)燃機(jī)組用薄壁汽缸套/汽缸的摩擦機(jī)械處理來(lái)實(shí)現(xiàn)，其 中：
[0012] (i)用于僮磨滑動(dòng)元件的壓力為5MPa和15MPa之間；和
[0013] (ii)滑動(dòng)元件的內(nèi)部表面的至少一部分，包括固體潤(rùn)滑劑的納米涂覆，提供了 化k，Rk和Rvk的不超過(guò)2/3原始的粗糖度，在僮磨W前。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 基于附圖中所示的實(shí)施方式，將會(huì)更加詳細(xì)的公開(kāi)本發(fā)明。在附圖中：
[0015] 圖1圖示了滑動(dòng)元件的示意圖，該滑動(dòng)元件用于在內(nèi)燃機(jī)中使用，其由本發(fā)明覆 蓋；
[0016] 圖2圖示了在標(biāo)準(zhǔn)汽缸(基面或基線)和帶有摩擦機(jī)械處理的汽缸之間的FMEP測(cè)量 結(jié)果(對(duì)比例）；
[0017] 圖3圖示了在標(biāo)準(zhǔn)汽缸套(基面或基線)和帶有摩擦機(jī)械處理的汽缸套之間對(duì)比試 驗(yàn)的結(jié)果，在摩擦力和燃燒壓力在2500巧m在0.93MPa(9.3bar);
[0018] 圖4圖示了在標(biāo)準(zhǔn)汽缸(基面或基線)和帶有摩擦機(jī)械處理的汽缸之間的對(duì)比試驗(yàn) 的結(jié)果，該對(duì)比試驗(yàn)用于摩擦損失；
[0019] 圖5圖示了薄壁汽缸套滑動(dòng)元件的示意圖，其用于在內(nèi)燃機(jī)中使用并由本發(fā)明覆 蓋，如在帶有浮動(dòng)汽缸套(floating liner)的發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行測(cè)試。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 如本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述，已知硫化鶴(WS)汽缸套用于最小化摩擦系統(tǒng)之間摩 擦的降低，活塞環(huán)10,汽缸套/汽缸20和活塞3,和通過(guò)僮磨的摩擦機(jī)械處理，都是已知的，但 是本技術(shù)方案是新的。由于可能發(fā)生的變形，如果汽缸具有在1.6mm和5mm之間的薄壁，現(xiàn)有 技術(shù)影響了摩擦系統(tǒng)的油/氣密封。
[0021] 本發(fā)明通過(guò)下述方式消除W上技術(shù)問(wèn)題，即通過(guò)低壓，高速僮磨工藝，其提供了足 夠的表面用于降低摩擦，同時(shí)提供了薄壁滑動(dòng)元件20的低的/降低的變形。值得一提的是， 所述滑動(dòng)元件20可W為汽缸套或者甚至汽缸體汽缸/孔。
[0022] 應(yīng)該注意的是，該工藝使得能夠在更低的壓力下工作，運(yùn)是由于已經(jīng)生產(chǎn)出更長(zhǎng) 的工具(tool),甚至通過(guò)該更低的壓力，能夠補(bǔ)償?shù)玫骄哂新晕⒏墓に?。還應(yīng)該注意的 是，如果在摩擦機(jī)械處理工藝中使用了相同長(zhǎng)度的工具，利用該配置工藝時(shí)間將延長(zhǎng)50%。 甚至利用更長(zhǎng)的工藝時(shí)間，該表面將會(huì)仍然具有足夠的粗糖度與其它接觸，在工具和部件 之間，從而形成摩擦層并獲得表面粗糖度的改進(jìn)。
[0023] 下面的表1示出了在所述工藝之前和之后的粗糖度值，其中可W看出不像現(xiàn)有文 獻(xiàn)已公開(kāi)的那樣，本發(fā)明粗糖度稍微得到了降低。
[0024]
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[0026] 表1-預(yù)和后處理粗糖度
[0027] 表1I圖示了測(cè)試的特征，用于確定低壓處理。
[002引
[--k、丄丄，J -…、…丄,兒U
[0030] 圖2圖示了在每種狀態(tài)下的摩擦平均有效壓力(FMEP)測(cè)試結(jié)果。帶有摩擦機(jī)械處 理(b)的汽缸套具有5至11%的FMEP降低。對(duì)于重復(fù)試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)汽缸套(基線-a)也顯示了降 低，但是與帶有摩擦機(jī)械處理(b)的滑動(dòng)元件20相比，降低非常小。在標(biāo)準(zhǔn)汽缸套(基線-a) 重復(fù)試驗(yàn)中的小FMEP降低是由于W下事實(shí)，即存在從襯套的摩擦潤(rùn)滑層至環(huán)和活塞室的傳 遞。運(yùn)種假設(shè)將會(huì)在W后的試驗(yàn)中進(jìn)行研究。在每種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的燃料節(jié)省可W W( A FMEP/IMEP)進(jìn)行估計(jì)，其將會(huì)得到0.13-0.27 %的燃料節(jié)省。
[0031] 浮動(dòng)汽缸套測(cè)試使得沿沖程的摩擦力得到了分解。圖3圖示了在標(biāo)準(zhǔn)汽缸套(基面 或基線)和帶有摩擦機(jī)械處理(b)的汽缸套20之間對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果，在摩擦力和燃燒壓力在 25(K)rpm在0.93M化(9.3bars)，其中沿著曲柄的行程對(duì)力進(jìn)行測(cè)試。如期望得到的，摩擦的 主要降低發(fā)生在膨脹的過(guò)程中，特別地反向的高點(diǎn)的損失，其中燃料壓力是最高的同時(shí)速 度是最低的，其導(dǎo)致了邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。
[0032] 按照燃料節(jié)省，由磨擦帶來(lái)的損失比磨損的力更加重要。圖4圖示了在曲軸的每個(gè) 角度的瞬時(shí)FMEP?？蒞根據(jù)圖4確定的是，最大的FMEP降低發(fā)生在角度20°和60°的角度之 間，但是實(shí)際上運(yùn)發(fā)生在整個(gè)活塞沖程期間。如在往復(fù)試驗(yàn)中討論的，摩擦層(b)顯示出具 有有益的效果，甚至在速度為最高和潤(rùn)滑狀態(tài)具有流體動(dòng)力學(xué)趨勢(shì)。
[0033] 在試驗(yàn)后，對(duì)利用摩擦機(jī)械處理(b)的測(cè)試汽缸套20進(jìn)行了切割，同時(shí)沿環(huán)的沖 程，在=處位置1，2,3測(cè)量其金屬表面形態(tài)。如圖5中所示，在活塞沖程外側(cè)的較低的區(qū)域3 被假定為新情況的代表。在中間沖程2,金屬表面形態(tài)被發(fā)現(xiàn)近乎沒(méi)有變化。因此可W得到 結(jié)論，即摩擦層得到了保留，其將允許摩擦降低的保持/維持。在往復(fù)點(diǎn)，如預(yù)期的，發(fā)現(xiàn)了 更大的磨損，其證明了摩擦層已經(jīng)被去除了，但是雖然摩擦力在反轉(zhuǎn)點(diǎn)高，但是速度低同時(shí) 由于摩擦存在平滑損失。
[0034] 表HI圖示了在圖5中的區(qū)域1，2和3發(fā)現(xiàn)的粗糖度的不同值。
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[0037] 另外，在帶有摩擦機(jī)械處理(b)的汽缸套20的微觀分析后，可W觀察到在表面出現(xiàn) 了鶴。
[0038] 本發(fā)明因此設(shè)及一種由上述限定的方法獲得的滑動(dòng)元件。
[0039] 現(xiàn)在已經(jīng)公開(kāi)了優(yōu)選的實(shí)施方式，應(yīng)該理解的是本發(fā)明的范圍能夠延伸到其他可 能的變化方式，其僅由權(quán)利要求書進(jìn)行限定，包括可能的等效方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于汽缸套/汽缸的摩擦機(jī)械處理的方法，該汽缸套/汽缸為內(nèi)燃機(jī)用薄壁汽缸 體(2)，其特征在于： (i) 施加用于所述薄壁汽缸體(2)滑動(dòng)元件鏜磨的壓力在5MPa和15MPa之間；和 (ii) 所述薄壁汽缸體(2)滑動(dòng)元件的內(nèi)表面(21)的至少一部分包括固體潤(rùn)滑劑的納米 層，在鏜磨以前，提供了 Rpk，Rk和Rvk的粗糙度不低于原始的2/3。2. 滑動(dòng)元件，其特征在于，其通過(guò)權(quán)利要求1所述方法獲得。
【文檔編號(hào)】F16J10/04GK105917150SQ201480062901
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年11月13日
【發(fā)明人】安東尼奧·愛(ài)德華多·梅雷萊斯·托馬尼克, 鮑里斯·日穆德, 克里斯蒂安娜·科拉爾, 馬蒂亞斯·格蘭隆德
【申請(qǐng)人】馬勒金屬立夫有限公司, 馬勒國(guó)際有限公司, 應(yīng)用納米表面瑞典公司