薄壁汽缸/汽缸套的摩擦机械处理，和汽缸/汽缸套的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于薄壁滑动元件(20)的汽缸套的方法，该滑动元件用于内燃机汽缸体，其：(i)施加用于滑动元件(20)镗磨的压力在8MPa和9MPa之间；和(ii)滑动元件(20)的内表面(21)的至少一部分包括固体润滑剂的纳米涂层，在镗磨以前，提供了Rpk，Rk和Rvk的粗糙度不低于原始的2/3。
【专利说明】
薄壁汽缸/汽缸套的摩擦机械处理，和汽缸/汽缸套
技术领域
[0001] 本发明设及一种方法，其用于薄壁汽缸/汽缸套(liner)的薄壁处理的摩擦机械处 理(tribomechnical conditioning)，特别用于内燃机汽缸体(block)中。
【背景技术】
[0002] 当前对于发动机材料和/或构件存在逐渐增长的需求，该材料和/或构件提供了更 高的耐磨损性和降低的摩擦。设及汽车业，更具体地内燃机汽缸/孔的表面衬套和/或处理， 最近已经进行了研究关于获得表面材料和加工，其用于通过降低摩擦带来的损失，带来燃 料消耗的降低，和随之的C〇2的排放的降低。包括纳米技术的技术方案已经成为近期研究的 执占。 "、、'、、、〇
[0003]在专利文献EP2229467中公开的可能的技术方案，其公开了 一种用于生产机械元 件的制造方法，机械元件例如为发动机构件，其具有降低摩擦的表面，其具有物质的摩擦化 学处理/沉积，例如固体润滑剂，其覆盖了元件的表面。
[0004] 专利文献CA2704078类似于上述欧洲文献，并设及工艺，该工艺用于通过摩擦化学 处理固体润滑剂制造低摩擦元件，具体地为将固体润滑剂应用到发动机气缸套上。
[0005] 最后，上述两个文献的同族专利文献US2010/0272942，设及类似的制造工艺，重点 在于其在汽缸套和汽缸体汽缸中的应用。
[0006] 上述=篇专利文献设及专用的金属机械工艺，其将构件的僮磨化oning)表面的极 端机械压力与低摩擦二硫化鹤(WS2)的耐磨层的摩擦化学或机械化学沉积结合。
[0007] 尽管在汽缸套/汽缸上减少摩擦和磨损具有优点，在上述技术中的摩擦化学处理 期间的极端压力，可能会导致汽缸套/汽缸从理想的圆形的变形，该汽缸套/汽缸通常用于 低重量汽缸体中的薄壁汽缸组中。为了避免在上述变形汽缸体的孔/汽缸中润滑油消耗的 增加，活塞环的使用必须承受更高的力，其危害了摩擦上的降低。
[000引当使用了带有更高载荷的活塞环时，具有下述观点，即最小化上述摩擦上的降低， 汽缸组的孔/汽缸的原始粗糖度可能被降低，运是不希望得到的。运是由于W下事实，即一 定程度的粗糖度是希望得到的，因为粗糖度可W用作为润滑油的储存池，因而使得部件，活 塞环和汽缸组孔/汽缸，在发动机运转的开始数个小时内软化。
[0009] 出于能够克服上述缺点的目的，发明人提供了一种改进的摩擦机械处理工艺，根 据下文，通过在僮磨工艺期间使用低压仍然能够获得摩擦的显著降低。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种方法，其用于内燃机组用薄壁滑动元件的摩擦机械处理 W确保发动机燃料消耗的降低及其的低变形。
[0011] 本发明的目的通过用于内燃机组用薄壁汽缸套/汽缸的摩擦机械处理来实现，其 中：
[0012] (i)用于僮磨滑动元件的压力为5MPa和15MPa之间；和
[0013] (ii)滑动元件的内部表面的至少一部分，包括固体润滑剂的纳米涂覆，提供了 化k，Rk和Rvk的不超过2/3原始的粗糖度，在僮磨W前。
【附图说明】
[0014] 基于附图中所示的实施方式，将会更加详细的公开本发明。在附图中：
[0015] 图1图示了滑动元件的示意图，该滑动元件用于在内燃机中使用，其由本发明覆 盖；
[0016] 图2图示了在标准汽缸(基面或基线)和带有摩擦机械处理的汽缸之间的FMEP测量 结果(对比例）；
[0017] 图3图示了在标准汽缸套(基面或基线)和带有摩擦机械处理的汽缸套之间对比试 验的结果，在摩擦力和燃烧压力在2500巧m在0.93MPa(9.3bar);
[0018] 图4图示了在标准汽缸(基面或基线)和带有摩擦机械处理的汽缸之间的对比试验 的结果，该对比试验用于摩擦损失；
[0019] 图5图示了薄壁汽缸套滑动元件的示意图，其用于在内燃机中使用并由本发明覆 盖，如在带有浮动汽缸套(floating liner)的发动机中进行测试。
【具体实施方式】
[0020] 如本发明对现有技术的描述，已知硫化鹤(WS)汽缸套用于最小化摩擦系统之间摩 擦的降低，活塞环10,汽缸套/汽缸20和活塞3,和通过僮磨的摩擦机械处理，都是已知的，但 是本技术方案是新的。由于可能发生的变形，如果汽缸具有在1.6mm和5mm之间的薄壁，现有 技术影响了摩擦系统的油/气密封。
[0021] 本发明通过下述方式消除W上技术问题，即通过低压，高速僮磨工艺，其提供了足 够的表面用于降低摩擦，同时提供了薄壁滑动元件20的低的/降低的变形。值得一提的是， 所述滑动元件20可W为汽缸套或者甚至汽缸体汽缸/孔。
[0022] 应该注意的是，该工艺使得能够在更低的压力下工作，运是由于已经生产出更长 的工具(tool),甚至通过该更低的压力，能够补偿得到具有略微更慢的工艺。还应该注意的 是，如果在摩擦机械处理工艺中使用了相同长度的工具，利用该配置工艺时间将延长50%。 甚至利用更长的工艺时间，该表面将会仍然具有足够的粗糖度与其它接触，在工具和部件 之间，从而形成摩擦层并获得表面粗糖度的改进。
[0023] 下面的表1示出了在所述工艺之前和之后的粗糖度值，其中可W看出不像现有文 献已公开的那样，本发明粗糖度稍微得到了降低。
[0024]
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[0026] 表1-预和后处理粗糖度
[0027] 表1I图示了测试的特征，用于确定低压处理。
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[0030] 图2图示了在每种状态下的摩擦平均有效压力(FMEP)测试结果。带有摩擦机械处 理(b)的汽缸套具有5至11%的FMEP降低。对于重复试验，标准汽缸套(基线-a)也显示了降 低，但是与带有摩擦机械处理(b)的滑动元件20相比，降低非常小。在标准汽缸套(基线-a) 重复试验中的小FMEP降低是由于W下事实，即存在从衬套的摩擦润滑层至环和活塞室的传 递。运种假设将会在W后的试验中进行研究。在每种运转状态下的燃料节省可W W( A FMEP/IMEP)进行估计，其将会得到0.13-0.27 %的燃料节省。
[0031] 浮动汽缸套测试使得沿冲程的摩擦力得到了分解。图3图示了在标准汽缸套(基面 或基线)和带有摩擦机械处理(b)的汽缸套20之间对比试验的结果，在摩擦力和燃烧压力在 25(K)rpm在0.93M化(9.3bars)，其中沿着曲柄的行程对力进行测试。如期望得到的，摩擦的 主要降低发生在膨胀的过程中，特别地反向的高点的损失，其中燃料压力是最高的同时速 度是最低的，其导致了边界润滑状态。
[0032] 按照燃料节省，由磨擦带来的损失比磨损的力更加重要。图4图示了在曲轴的每个 角度的瞬时FMEP。可W根据图4确定的是，最大的FMEP降低发生在角度20°和60°的角度之 间，但是实际上运发生在整个活塞冲程期间。如在往复试验中讨论的，摩擦层(b)显示出具 有有益的效果，甚至在速度为最高和润滑状态具有流体动力学趋势。
[0033] 在试验后，对利用摩擦机械处理(b)的测试汽缸套20进行了切割，同时沿环的冲 程，在=处位置1，2,3测量其金属表面形态。如图5中所示，在活塞冲程外侧的较低的区域3 被假定为新情况的代表。在中间冲程2,金属表面形态被发现近乎没有变化。因此可W得到 结论，即摩擦层得到了保留，其将允许摩擦降低的保持/维持。在往复点，如预期的，发现了 更大的磨损，其证明了摩擦层已经被去除了，但是虽然摩擦力在反转点高，但是速度低同时 由于摩擦存在平滑损失。
[0034] 表HI图示了在图5中的区域1，2和3发现的粗糖度的不同值。
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[0037] 另外，在带有摩擦机械处理(b)的汽缸套20的微观分析后，可W观察到在表面出现 了鹤。
[0038] 本发明因此设及一种由上述限定的方法获得的滑动元件。
[0039] 现在已经公开了优选的实施方式，应该理解的是本发明的范围能够延伸到其他可 能的变化方式，其仅由权利要求书进行限定，包括可能的等效方式。
【主权项】
1. 一种用于汽缸套/汽缸的摩擦机械处理的方法，该汽缸套/汽缸为内燃机用薄壁汽缸 体(2)，其特征在于： (i) 施加用于所述薄壁汽缸体(2)滑动元件镗磨的压力在5MPa和15MPa之间；和 (ii) 所述薄壁汽缸体(2)滑动元件的内表面(21)的至少一部分包括固体润滑剂的纳米 层，在镗磨以前，提供了 Rpk，Rk和Rvk的粗糙度不低于原始的2/3。2. 滑动元件，其特征在于，其通过权利要求1所述方法获得。
【文档编号】F16J10/04GK105917150SQ201480062901
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年11月13日
【发明人】安东尼奥·爱德华多·梅雷莱斯·托马尼克, 鲍里斯·日穆德, 克里斯蒂安娜·科拉尔, 马蒂亚斯·格兰隆德
【申请人】马勒金属立夫有限公司, 马勒国际有限公司, 应用纳米表面瑞典公司