用于气缸孔涂层填充材料的系统和方法技术方案

本公开提供了“用于气缸孔涂层填充材料的系统和方法”。提供了用于以一种或多种填充材料填充气缸内表面涂层的表面孔隙以提供期望的材料和性能性质的方法和系统。在一个示例中，一种用于发动机的气缸包括内表面，所述内表面包括具有多个表面孔隙的涂层，所述多个表面孔隙的至少一部分填充有一种或多种填充材料，所述一种或多种填充材料被配置为减少摩擦，增加摩擦膜形成，调整热传递，减少材料沉积，和/或减少磨合持续时间。

【技术实现步骤摘要】
用于气缸孔涂层填充材料的系统和方法
本说明书总体上涉及用于用一种或多种填充材料至少部分地填充存在于气缸孔涂层中的至少一些表面孔隙的方法和系统。
技术介绍
发动机缸体(气缸体)包括气缸孔，所述气缸孔容纳内燃发动机的活塞。发动机缸体可以由例如铸铁或铝铸成。铝比铸铁轻，并且可以被选择以便减轻车辆的重量并提高燃料经济性。铝制发动机缸体可以包括缸套，诸如铸铁缸套。如果无缸套，则铝制发动机缸体可以在孔表面上包括涂层。无缸套缸体可以接收涂层(例如，等离子涂覆孔过程)以减少磨损和/或摩擦。每个气缸孔的内表面在涂覆之前进行机械加工，使得所述表面以合适的耐磨性和强度而用于汽车应用。机械加工过程可以包括使内表面粗糙化，将金属涂层施加到粗糙表面，珩磨金属涂层以获得精加工内表面，并清洁内表面以去除毛刺和碎屑。涂覆和/或珩磨过程可以在内表面上产生表面孔隙，所述表面孔隙可以用于保留油或其他润滑剂，从而减少活塞与缸孔的内表面之间的摩擦。Maki等人在第2019/0017463号美国公开案中示出了一种用于涂覆发动机缸体的气缸孔或缸套表面的示例性方法。其中将涂层喷涂到发动机孔表面上，珩磨涂覆的表面以形成包括多个表面孔隙的经珩磨的表面区域，并且在所述经珩磨的表面区域的一个或多个区域中清洁所述经珩磨的表面区域以从所述多个表面孔隙中的至少一些表面孔隙中去除材料。然而，本文的专利技术人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，尽管上述清洁过程仅可以在经珩磨的表面区域的某些区域(例如，需要高的活塞速度的区域)中执行以便产生具有不同孔隙率的区域，但是在其中不一定需要孔隙率的某些区域中可能仍然存在孔隙。此外，可以在上止点和下止点附近/处包括活塞环反转区域(ringreversalregion)的这些区域可能会受益于气缸孔或缸套表面中通常不存在的附加的性能增强材料。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于发动机的气缸来解决，所述气缸包括内表面，所述内表面包括具有多个表面孔隙的涂层，所述多个表面孔隙的至少一部分填充有一种或多种填充材料，所述一种或多种填充材料被配置为减少摩擦，增加摩擦膜形成，调整热传递，减少材料沉积，和/或减少磨合持续时间。作为一个示例，所述一种或多种填充材料可以包括固体润滑剂，诸如石墨、二硫化钼、银纳米颗粒、铜基粉末和糊剂、氧化铜纳米颗粒、二硫化钨、铜和石墨烯，它们可以减少摩擦和/或增加摩擦膜形成。至少在一些示例中，一种或多种填充材料可以仅在选择区域(诸如环反转区域)中填充表面孔隙，这可以允许气缸的中间区域中的表面孔隙保持开放以容纳润滑油。因此，沿着气缸长度可以提供不同的摩擦/润滑量，从而尤其是在冷启动条件下促进更长期保持润滑，这将减少环与气缸套之间的摩擦力以及金属间接触，从而减少对发动机的磨损和/或损坏。此外，顶部环反转区域可能暴露于燃烧，这可能导致将油保持在顶部环反转区域中面临挑战。通过在顶部环反转区域处的孔隙中提供固体润滑剂，可以减少在顶部环反转区域处的摩擦。应当理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示意性地示出了发动机的气缸的示例。图2是图1的气缸的一部分的放大图。图3示出了用填充材料填充气缸孔表面的表面孔隙的示例性过程。图4是示出了用于将具有表面孔隙的涂层施加到气缸内表面并用填充材料填充表面孔隙中的至少一些表面孔隙的示例性方法的流程图。具体实施方式使用表面孔隙率来增强气缸孔中的保油性是传统珩磨的一种更好的替代方法。这种方法允许一种增强保油性的潜在低成本方法，所述方法增强润滑以及降低粗糙度，从而减少摩擦。然而，活塞环组接触的速度和接触压力与孔壁的关系随沿着气缸孔的距离而变化。因此，可以为孔冲程的不同区域定制可变的孔隙率结构。通常，期望孔的大部分具有较高数量的孔隙，而孔的上部和下部环反转区域具有较少数量的显露孔隙。尽管可以采用多种方法来实现可变孔隙率涂层，但是所有提议的方法都是通过在一些区域选择性地形成孔隙来实现这个目标的。因此，所提议的方法没有充分利用顶部环和底部环反转区域中的孔隙。本文公开的实施例聚焦于在各个区域中使用孔隙作为将性能增强材料引入孔壁的方式。在这种方法中，某些区域(诸如顶部和底部区域)中的孔隙可以填充有化合物以增强系统的局部性能。例如，可以将低摩擦且低磨损材料植入孔隙中以增强边界润滑中的接触性能。这种材料可以是合适类型的元素、化合物、固体润滑剂或任何其他低摩擦或低磨损材料。这是值得注意的，因为环/孔接触会在上止点位置承受最高的热负荷和机械负荷。因此，引入这种材料可以帮助系统在摩擦和磨损方面具有更好的性能。作为另一个示例，可以在孔隙中植入用于增强在顶部和底部环反转(TDC和BDC)处的摩擦膜形成的材料。摩擦膜是润滑剂会沉积在表面上以减少摩擦和磨损的薄膜。这些膜是油/孔的副产物并且通常需要花时间才能形成。因此，在膜完全形成之前，表面可能会经历很大的磨损和摩擦。在一些化学化合物(诸如二烷基二硫代磷酸锌(ZDTP)和磷基离子液体)的存在下，可以更快或以更高质量形成这些膜。因此，孔隙可以用于局部引入这些材料并增强在TDC和BDC处的摩擦膜形成。此外，可以将用于调整热传递(尤其是在孔暴露于燃烧热的TDC处)的材料植入孔隙中。引入这个区域的孔隙中的材料可能取决于整个系统设计而具有导电或绝缘作用，以调谐孔壁温度并使发动机效率最大化。此类材料的示例可以包括铜、银或铝基颗粒。在其他示例中，可以将用于减少沉积物形成(尤其是在孔暴露于燃烧排气的上止点(TDC)中)的材料引入孔隙中。排气可能将烟粒或其他化学化合物的形式的不需要的材料沉积在孔壁和环上。在某些材料的存在下，可以减少或消除沉积物的形成。这些材料包括但不限于混合物和化合物，诸如ZDTP和磺酸钙。此外，所述材料可以包括催化材料，诸如铂、钯和铑。孔隙可以用于将这些材料引入孔壁。用于减少环/孔界面处的磨合过程并帮助系统更早地实现稳态摩擦的材料可以被引入孔隙中。发动机需要一定的磨合过程才能在摩擦方面达到最佳性能(例如，更低的摩擦和更好的燃料经济性)。在某些材料、化学化合物或颗粒的存在下，可以缩短磨合过程。例如，可以通过在珩磨过程中产生镜面抛光表面(mirrorfinishsurface)来实现快速磨合，所述镜面抛光表面形成附加的孔隙。然而，硬质材料(如碳化钨)或陶瓷(如氮化硅、碳化硅、氧化铝等)可能会渗入孔隙中，从而可以促进更快地从环表面中去除表面微凸体。这可以帮助实现更快的磨合。然而，这些材料可能会增加摩擦。可以使用孔隙将这些材料引入孔壁以尽早实现最佳性能。现在转向图1，示出了可以包括在车辆、固定发电装置或其他平台中的内燃发动机10的气缸14的示例。发动机10的气缸(在本文中也被称为“燃烧室”)14本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发动机的气缸，其包括：/n内表面，所述内表面包括具有多个表面孔隙的涂层，所述多个表面孔隙的至少一部分填充有一种或多种填充材料，所述一种或多种填充材料被配置为减少摩擦，增加摩擦膜形成，调整热传递，减少燃烧材料沉积，和/或减少磨合持续时间。/n

【技术特征摘要】
20190619 US 16/446,3691.一种用于发动机的气缸，其包括：
内表面，所述内表面包括具有多个表面孔隙的涂层，所述多个表面孔隙的至少一部分填充有一种或多种填充材料，所述一种或多种填充材料被配置为减少摩擦，增加摩擦膜形成，调整热传递，减少燃烧材料沉积，和/或减少磨合持续时间。


2.如权利要求1所述的气缸，其中所述一种或多种填充材料包括石墨、二硫化钼、银纳米颗粒、铜基粉末或糊剂、铜、二硫化钨、氧化铜纳米颗粒和/或石墨烯。


3.如权利要求1所述的气缸，其中所述一种或多种填充材料包括铜基、铝基和/或银基颗粒。


4.如权利要求1所述的气缸，其中所述一种或多种填充材料包括铂、钯和/或铑。


5.如权利要求1所述的气缸，其中所述内表面包括上部区域、下部区域以及设置在所述上部区域与所述下部区域中间的中间区域。


6.如权利要求5所述的气缸，其中仅在所述上部区域和/或下部区域中存在的表面孔隙填充有所述一种或多种填充材料。


7.如权利要求5所述的气缸，其中在所述中间区域中存在的所有表面孔隙没有所述一种或多种填充材料。


8.如权利要求5所述的气缸，其中所述中间区域包括第一子区域、第二子区域和第三子区域，所述第二子区域设置在所述第一子区域与所述第三子区域的中间，并且其中所述上部区域、所述下部区域和所述第二子区域中存在的表面孔隙填充有所述一种或多种填充材料，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉里·迪恩·埃利，哈迈德·盖德尼亚，克利福德·E·梅基，蒂莫西·乔治·拜尔，阿鲁普·库马尔·冈戈帕迪亚，詹姆斯·莫里斯·布瓦洛，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US