无衬套发动机制造技术

一种无衬套发动机，包括铸件，所述铸件限定孔，所述孔具有内表面和中央纵向轴线。铸件用可浇铸铝硅合金形成，其包括硅颗粒，所述硅颗粒存在于约11份重量至约12.5份重量的范围内。内表面具有表面变化部，其由朝向所述轴线突出约0.6至约1.5微米的至少一些硅颗粒限定。无衬套发动机包括活塞，所述活塞可滑动地布置在孔内，并配置为用于沿所述轴线平移，其中，活塞用铝合金形成并包括本体和至少一个环，所述本体具有裙部，该裙部涂布有第一涂层，所述至少一个环环绕本体并与本体接触。所述环涂布有金刚石类涂层，当布置为与硅颗粒中的至少一些接触时，该涂层没有磨蚀。

【技术实现步骤摘要】

本披露大体涉及发动机，且更具体地，涉及无衬套发动机。
技术介绍
发动机，诸如内燃机，通常包括金属汽缸体，该汽缸体限定一个或多个气缸孔，还包括相应数量的金属活塞，所述活塞在发动机的运行期间在所述孔内可滑动地平移。这样的发动机常常在高温和高压下运行，且活塞可以以高速在相应的孔内往复地平移。活塞大体上以紧密公差配合到孔中，且与公差的任何偏差可以对活塞和孔之间的金属对金属的接触起作用。这样的金属对金属的接触可以损伤孔和/或活塞。例如，金属活塞可以磨损、划伤和/或磨光气缸孔。当活塞和孔用类似的金属形成时，和/或当发动机在极端环境温度下运行时，来自金属对金属接触的损伤还可以恶化。 为了最小化活塞与汽缸体的相对较软的金属之间的金属对金属的接触，衬垫或衬套经常通过将汽缸体绕衬垫或衬套铸造而布置在活塞和相应的孔之间。衬垫或衬套可以用硬的、耐用的材料形成，所述材料在与活塞的金属接触时不磨蚀或被损害。然而，这样的衬垫可增加发动机的重量，引起增加的材料和处理成本，以及可以使汽缸体铸造和加工过程很复杂。
技术实现思路
一种无衬套发动机，包括铸件，所述铸件限定孔，所述孔具有内表面和中央纵向轴线，其中，铸件用可浇铸铝硅合金形成。铝硅合金包括铝和多个硅颗粒，所述多个硅颗粒，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，存在于约11份重量至约12. 5份重量的范围内。内表面具有表面变化部，其由朝向中央纵向轴线突出约0. 6微米约I. 5微米的至少一些硅颗粒限定。无衬套发动机还包括活塞，所述活塞可滑动地布置在孔内。活塞配置为用于沿中央纵向轴线平移，并用铝合金形成。进一步，活塞包括本体，该本体具有裙部，其中，所述裙部涂布有第一涂层。活塞还包括至少一个环，其在垂直于相应中央纵向轴线的平面中环绕本体，并且其布置为与所述本体接触。所述至少一个环涂布有金刚石类涂层，当布置为与多个硅颗粒中的至少一些接触时，该涂层实质上没有磨蚀。在一个变体中，可浇铸铝硅合金还包括铜，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述铜存在于大于约0.5份重量的范围内；镍，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述镍存在于大于约0. 2份重量的范围内；镁，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述镁存在于约0.2份重量至约1.0份重量的范围内；以及锰和铁，基于所述可浇铸铝硅合金的100分重量，所述锰和铁呈现为，比值大于约I. 2份所述锰的重量与约I份所述铁的重量之比。进一步，多个内表面中的每一个限定多个孔，所述孔具有小于约100微米的平均尺寸，以及基于可浇铸铝硅合金的100份体积，所述微孔呈现为在小于约0. I份体积的范围内。无衬套发动机还包括多个活塞，所述多个活塞中的每一个都可滑动地布置在多个孔中的相应的一个中，以在多个活塞中的每一个和多个内表面的相应的一个之间限定多个空隙。多个空隙中的每一个都具有在约_40°C的温度下小于或等于约25微米的第一厚度。进一步，多个活塞中的每一个都配置为用于沿多个中央纵向轴线中的相应的一个往复地平移，所述活塞用铝合金形成，并具有小于约15微米的圆柱度。每一个活塞包括本体和至少一个环，该本体具有裙部，其中，裙部涂布有第一涂层。所述至少一个环在垂直于相应的中央纵向轴线的平面中环绕本体，并且其布置为与所述本体接触。所述至少一个环具有第一端和与第一端隔开的第二端，以在其之间限定缺口，该缺口具有在约_40°C的温度下、约4微米至约10微米的第二厚度。进一步地，所述至少一个环涂布有金刚石类涂层，当布置为与多个硅颗粒中的至少一些接触时，该涂层实质上没有磨蚀。在另一变体中，多个硅颗粒中的每一个具有小于约10微米的平均颗粒大小和小于约3 I的纵横比。可烧铸招合金实质上也没有初生娃(Primary Silicon)。另外，多个活塞中的每一个的本体都具有近边、与所述近边隔开的远边、和裙部，所述裙部布置在远边和近边之间。裙部在远边处涂布有第一涂层，该第一涂层是非牺牲性的，且在活塞沿相应的 中央纵向轴线往复地平移时，最小化活塞的铝合金与铸件的铝之间的接触。所述至少一个环还涂布有金刚石类涂层，该金刚石类涂层是非牺牲性的并当布置为与多个硅颗粒中的至少一些接触时实质上没有磨蚀，以由此最小化在活塞沿相应的中央纵向轴线往复地平移时所述至少一个环和铸件的铝之间的接触。无衬套发动机呈现出优秀的抗磨和抗擦性，特别是当在“冷起动”期间低温下运行时。特别地，可浇铸铝硅合金硬且耐用，并因此最小化硅颗粒至可浇铸铝硅合金的铝相中的沉没。进一步地，活塞裙部的第一涂层和所述至少一个环的金刚石类涂层两者均最小化对无衬套发动机的潜在损伤，例如，磨损和打磨痕迹。即，无衬套发动机最小化在无衬套发动机的运行期间在活塞在孔内平移时，孔的内表面和活塞之间的金属对金属的接触。进一步地，从孔的内表面突出的硅颗粒在无衬套发动机的运行期间可能不破裂，并因此使加速孔内的摩擦性磨损的开始的碎片最少。进一步地，可浇铸铝硅合金是可浇铸的和可机加工的。更具体地，可浇铸铝硅合金允许铸件固化期间足够的金属供送且在机加工期间不磨损切削工具。另外，无衬套发动机通过受控的活塞的圆柱度和孔的孔隙率来最小化油消耗，以及最小化在低温下对孔的来自环抵靠的损伤。同样，由于无衬套发动机不包括衬套，无衬套发动机最小化了与重量、材料处理操作、以及铸造和加工过程相关联的成本。本专利技术的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本专利技术的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。附图说明图I是无衬套发动机的示意性透视图，所述无衬套发动机包括铸件，所述铸件限定用于活塞的孔，所述活塞可滑动地布置在孔内，其中，所述铸件由包括多个硅颗粒的可浇铸招娃合金形成；图2是图I的活塞的示意性分解图，其中，活塞包括本体和用于环绕本体的至少一个环；图3是组装后的图I和图2的活塞的示意侧视图；图4是图2和3的活塞的示意性横截面图，所述活塞可滑动地布置在图I的孔内；图5是在图4的孔和活塞的一部分的示意性特写横截面图6是图2的环沿线6-6截取的示意性横截面图；图7是图2的活塞沿线7-7截取的示意性横截面图；和图8是图I的多个硅颗粒中一个的示意侧视图。具体实施例方式参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件。无衬套发动机在图I中的10处大体示出。无衬套发动机10可以向装置或系统提供动力。作为非限制性 示例，无衬套发动机10可以是汽油燃料内燃机。因此，无衬套发动机10可以用于汽车应用。然而，基于无衬套发动机10的优秀的耐磨性和耐擦性，特别是当如下面更详细地描述的在“冷起动”期间在低温下运行时，无衬套发动机10还可以用于非汽车应用，诸如但不限于，航空、铁路、航海、固定式发电机、和娱乐式车辆应用。参考图1，无衬套发动机10包括铸件12，该铸件12限定孔14。铸件12可以是无衬套发动机10的汽缸缸体，并可以被铸造和/或机加工以限定孔14。进一步地，铸件12可以用可浇铸的铝-硅合金形成，如下面更详细地描述的。如此处使用的，术语“无衬套”是指实质上没有布置为与孔14接触的衬垫或套的发动机。即，无衬套发动机10不需要或包括，用于在无衬套发动机10的运行期间保护孔14、处于孔14内的衬套或套。虽然取决于铸件12的期望应用，铸件12可以由包括使可浇铸铝硅合金从熔融状态固化至固体状态的任何合适的铸造方法形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.08 US 13/042,8541.一种无衬套发动机，包括 铸件，所述铸件限定孔，所述孔具有内表面和中央纵向轴线，其中，所述铸件用可浇铸铝硅合金形成，所述可浇铸铝硅合金包括 招；和 多个硅颗粒，其基于所述可浇铸铝硅合金的100份重量，存在于从约 11份重量至约12. 5份重量的范围内； 其中，所述内表面具有表面变化部，该变化部由朝向所述中央纵向轴线突出约0. 6微米至约I. 5微米的所述多个硅颗粒的至少一些限定；和 活塞，可滑动地布置在所述孔内，并配置为沿所述中央纵向轴线平移，其中，所述活塞用铝合金形成并包括； 本体，该本体具有裙部，其中，所述裙部涂布有第一涂层；和 至少一个环，其在垂直于所述中央纵向轴线的平面中环绕所述本体，并且布置为与所述本体接触，其中，所述至少一个环涂布有金刚石类涂层，当布置为与所述多个硅颗粒中的所述至少一些接触时，该涂层实质上没有磨蚀。2.如权利要求I所述的无衬套发动机，其中，所述第一涂层在所述活塞沿所述中央纵向轴线平移时，最小化所述活塞的所述铝合金与所述铸件的所述铝之间的接触。3.如权利要求I所述的无衬套发动机，其中，所述可浇铸铝硅合金进一步包括锰和铁，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述锰和铁呈现为，比值大于约I. 2份所述锰的重量与约I...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA佩里，MJ沃克，小鲍勃R鲍威尔，AK萨克德夫，HW多蒂，MJ卢基舍，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：