通过微细凹凸的最佳配置而改善了耐磨损性的气缸装置制造方法及图纸

技术编号:10344241 阅读:144 留言:0更新日期:2014-08-21 16:18
本发明专利技术涉及如下的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置:在缸膛侧壁的最佳选择区域加工微细凹凸而提高活塞环与缸膛侧壁之间的润滑特性,从而减少缸膛侧壁与活塞环的磨损的产生,以缸膛侧壁的表面粗糙度成为最佳状态的方式进行加工,从而能够减少发动机机油的消耗量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过微细凹凸的最佳配置而改善了耐磨损性的气缸装置
本专利技术涉及如下的通过微细凹凸的最佳配置而改善了耐磨损性的气缸装置:考虑内燃机的工作环境而在活塞的上止点附近和下止点附近分别形成微细凹凸,从而能够减少由摩擦引起的活塞环与缸膛(Cylinderbore)侧壁的磨损。另外,本专利技术涉及如下的通过微细凹凸的最佳配置而改善了耐磨损性的气缸装置:减少在活塞的直线往返运动时通过摩擦等而产生的二阶运动,从而还能够减少由直接与活塞接触而产生的磨损。另外,涉及如下的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置:将其加工为,使缸膛侧壁的表面粗糙度成为最佳的状态,从而能够减少发动机机油的消耗量。
技术介绍
内燃机使用受到燃料燃烧的爆炸力而运动的气缸装置,在汽油机或柴油机中,向气缸装置内喷射燃烧用空气和燃料并点火而使其爆炸,通过该爆炸力使气缸装置工作。如图1所示,这种气缸装置由缸体10和在上述缸体10内部进行直线往返运动的活塞20构成,根据需要也可以在缸体10内部插入耐磨损特性优秀的缸套11。因此,在没有另外增加缸套11的类型的情况下,缸体10的内周面成为缸膛侧壁(bore side)BS,在另外增加缸套11的类型的情况下,缸套11的内周面成为缸膛侧壁BS’。另外,在沿着缸体10的内部运动的活塞20的上部夹入有活塞环R,在活塞20的下部具备活塞裙(skirt) 20a,活塞20通过活塞销21与连杆22连接,连杆22与曲轴23连接,在曲轴23上夹入有冷轧钢(CRS:cool rolled steel)旋转轴。另一方面,在如上所述的气缸装置中,发生相对运动的缸膛侧壁BS、BS’与活塞20之间的接触面压高,在相对运动时的滑动速度低时,两个接触面成为固体接触或边界润滑状态混合的混合润滑状态。在混合润滑状态的情况下,由于固体接触而在两个表面的微细区域中引发急剧的温度上升,温度上升使两个表面产生塑性变形和疲劳破坏,由此从两个表面中的某一个表面脱落的磨损粒子使接触面中的摩擦和磨损进一步增加。对此,最近为了提高在混合润滑状态下进行相对运动的两个接触面中的润滑性能,尝试了在缸膛侧壁BS、BS’上加工微细凹凸的方法。作为加工微细凹凸的方法,存在如下的加工方法:使用激光的方法(LST:LaserSurface Texturing,激光表面微造型);使用机床的机械加工方法;使用在真空状态下从气体解离的离子的电气、物理能量的离子束加工方法;以及基于半导体蚀刻工序的加工方法坐寸ο公知有,当通过如上所述地记载的加工方法来在缸膛侧壁BS、BS’形成微细凹凸时,微细凹凸产生流体动压效应,起到储存润滑油的作用,具有捕获磨损粒子的功能等,在各种领域进行研究。但是,为了通过微细凹凸加工而使摩擦和磨损最小化,与机械元件的运行条件相应地确定凹凸的形状及其排列方法是非常重要的。S卩,摩擦和磨损最小化的微细凹凸的形状和排列方法根据如进行相对运动的两个物体的接触方式、外加负荷、滑动速度等的运行条件和物理性的限制条件而受到很大的影响,因此在寻找使摩擦和磨损最小化的最佳点时存在很大的困难。特别是,在发动机用缸套11的情况下,产生与活塞20之间的滑动运动,该运动条件持续变化。另外,活塞20通过连杆22与曲轴23连接,因此在缸膛侧壁BS、BS’的轴向上进行直线往返运动,从而在上止点(TDC:Top Dead Center)和下止点(BDC:Bottom Dead Center)上滑动速度成为“0”,在缸膛侧壁BS、BS’与活塞20的接触面上的滑动速度持续变化。另外,在上止点TDC和下止点BDC上滑动速度成为“0”,因此两个接触面成为固体接触或边界润滑状态混合的混合润滑状态。特别是,上止点TDC附近处于由爆炸冲程引起的高温的工作环境,因此润滑剂的粘度低,缸套11与活塞环R的磨损和摩擦环境处于更恶劣的状态。因此,随着发动机工作环境朝着对活塞环R磨损脆弱的方向变化,要求有能够比以往的方法更能够减少活塞环R的磨损的方法。另外,内燃机的活塞20由于燃烧压或在活塞环R与缸膛侧壁BS、BS’之间产生的摩擦力等的影响而在往返冲程距离S的期间内以活塞销21为中心进行摇摆运动,将这种摇摆运动称为活塞二阶运动(piston secondary motion)。因此,由于二阶运动时的摇摆运动,缸膛侧壁BS、BS’不仅与活塞环R直接接触而且还与活塞20直接接触,因此存在如下问题:通过由活塞20的摇摆运动引起的直接接触而使缸膛侧壁BS、BS’上的磨损产生量进一步变大。另一方面,以往为了减少缸膛侧壁BS、BS’的磨损,使用热处理、表面粗糙度改善、珩磨(honing)等方法,但是最近随着发动机工作环境逐渐向对活塞环R与缸膛侧壁BS、BS’的磨损脆弱的方向变化,要求能够比以往的方法更有效地减少活塞环R与缸膛侧壁BS、BS’的磨损的方法。对此,在韩国公开专利第2011-26739号中提出了如下的加工方法:为了能够比上述热处理、表面粗糙度改善、珩磨等方法更能够减少活塞环R与缸膛侧壁BS、BS’的磨损,在缸膛侧壁BS、BS’加工微细凹凸,从而在减少制作费用和加工时间的同时提高润滑性能。但是,在这种微细凹凸加工方法中,也都无法解决在活塞20的往返运动时分别在上止点TDC和下止点BDC中由于瞬间速度显著变化而引起的磨损的产生,特别是对由于活塞二阶运动时的摇摆运动引起的磨损的产生也无法应对,因此不能说是能够取得最佳效果的微细凹凸加工方法。另外,发动机机油消耗也可以在缸膛侧壁BS、BS’与活塞之间产生的重要问题之一。发动机机油消耗主要在缸膛侧壁BS、BS’与活塞20之间产生,其主要原因如下。S卩,在缸膛侧壁BS、BS’上,发动机机油存在于细珩磨沟槽之间,该机油在高温条件下蒸发或在活塞的上升冲程时通过活塞环R而流入到燃烧室内部,所流入的发动机机油在燃烧过程中燃烧,因此这就成为发动机机油的消耗。为了减少发动机机油消耗,主要考虑使缸膛的变形最小化或调节活塞环R的形状和张力。但是,缸膛的变形主要是在将气缸缸盖(未图示)紧固于缸膛所在的缸体10的上端时产生,因此最终需要多少降低活塞环R与缸膛侧壁BS、BS’的整合性来减少发动机机油消耗。S卩,活塞环R由顶圈、第二道环以及油环构成,此时需要使各环的状态最佳化而防止润滑性能的降低并且能够减少发动机机油的消耗。对此,最近为了提高发动机燃料效率而是用使活塞环R的张力最小化的方法,但是存在如果过分降低活塞环R的张力则发动机机油消耗增加的问题。
技术实现思路
技术课题本专利技术是为了解决上述问题而完成的,其目的在于,提供如下的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置:在缸膛侧壁的最佳选择区域中加工微细凹凸而提高活塞环与缸膛侧壁之间的润滑特性,从而减少缸膛侧壁和活塞环的磨损的产生,以使缸膛侧壁的表面粗糙度成为最佳状态的方式进行加工,从而能够减少发动机机油的消耗量。另外,本专利技术的目的在于,提供如下的通过微细凹凸的最佳配置而改善了耐磨损性的气缸装置:减少在活塞的直线往返运动时由于摩擦等而产生的二阶运动,从而还能够减少由于与活塞的直接接触而引起的磨损。解决课题的技术手段为此,本专利技术的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置,其特征在于,包括:凹凸部,其形成于缸体内部的缸膛侧壁,在从沿着上本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置,其特征在于,包括:凹凸部(30),其形成于缸体(10)内部的缸膛侧壁(BS、BS’),并且在从沿着上述缸膛侧壁(BS、BS’)进行直线往返运动的活塞(20)的上止点(TDC)起8%至32%的距离内的区域中加工多个微细凹凸(31)而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.19 KR 10-2011-0137705;2011.12.19 KR 10-2011.一种具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置,其特征在于,包括: 凹凸部(30),其形成于缸体(10)内部的缸膛侧壁(BS、BS’),并且在从沿着上述缸膛侧壁(BS、BS’ )进行直线往返运动的活塞(20)的上止点(TDC)起8%至32%的距离内的区域中加工多个微细凹凸(31)而形成。2.根据权利要求1所述的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置,其特征在于, 上述微细凹凸(31)是截面为圆形的微凹(dimple)形状的微细槽。3.根据权利要求2所述的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置,其特征在于, 上述微细槽的直径(Db)为0.07至0.17mm、深度(Dc)为0.01至0.03mm、密度为5至15%。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的具有最佳的微细凹凸配置和表面粗糙度的气缸装置,其特征在于, 上述缸膛侧壁(BS、BS’ )中的活塞冲程距离(S)区域内的表面粗糙度为Ra0.18至Ra0.40。5.一种通过微细凹凸的最佳配置而改善了耐磨损性的气缸装置,其特征在于,包括: 第I凹凸部(30),其形成于缸体(10)内部的缸膛侧壁(BS、BS’),并且在从沿着上述缸膛侧壁(BS、BS’ )进行直线往返运动的活塞(20)的上止点(TDC)起5%至3...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴石柱金圣基韩圭奉
申请(专利权)人:斗山英维高株式会社
类型:发明
国别省市:韩国;KR

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