用于缸襯套的可變厚度的涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于缸襯套的可變厚度的涂層。一種用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套，包括限定了縱向軸線的襯套主體，在襯套主體的內(nèi)表面上涂布涂層，涂層的厚度沿著縱向軸線變化。內(nèi)表面上的涂層在與活塞的上死點(diǎn)或下死點(diǎn)相對應(yīng)的內(nèi)表面的區(qū)域更厚。
【專利說明】用于缸襯套的可變厚度的涂層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本文所公開的主題大致涉及用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套，且更具體而言涉及用于這樣的缸襯套的可變厚度的涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]典型內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)活塞、缸體和一個(gè)或多個(gè)缸襯套。缸襯套或套筒為裝配到缸體中以形成缸的圓柱形部分。缸襯套為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件。缸襯套用作針對活塞的滑動(dòng)表面，同時(shí)保持潤滑劑。需要缸襯套具有低摩擦和高抗粘結(jié)性質(zhì)。粘結(jié)為在滑動(dòng)固體之間產(chǎn)生的粘合性磨損表面損壞的形式，導(dǎo)致微觀、通常局部粗糙化，從而形成表面變形。缸襯套在高溫和高壓下，活塞和活塞環(huán)以高速滑動(dòng)。因此，希望缸襯套更低的摩擦系數(shù)以具有充分的耐熱和耐磨損的性質(zhì)。
[0003]已發(fā)展了涂層以向缸襯套提供所希望的更低摩擦系數(shù)和耐熱和耐磨損的性質(zhì)。存在用于涂覆涂層的多種技術(shù)，并且可使用多種涂層材料。在涂層技術(shù)中，可使用等離子噴涂、高速氧燃料噴涂、激光涂層和化學(xué)氣相沉積和電鍍等。用于涂層的材料可包括陶瓷、陶瓷與金屬的復(fù)合物(金屬陶瓷)、金屬合金、金屬化合物(例如，氧化鈦)等。用于涂布缸襯套的材料昂貴并且顯著地增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一示例性非限制性實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套，包括:襯套主體，襯套主體限定縱向軸線并且具有一端和第二端、中間部分以及內(nèi)表面；以及內(nèi)表面上的涂層，涂層的厚度沿著縱向軸線變化。
[0005]在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)組件，包括活塞、具有內(nèi)表面的襯套以及潤滑劑。內(nèi)燃機(jī)還包括襯套的內(nèi)表面上的涂層，該涂層在潤滑劑提供至少部分流體動(dòng)力潤滑所處于的襯套的區(qū)域中更薄。
[0006]在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種涂布用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套的方法。該方法包括:向襯套的第一內(nèi)表面涂布預(yù)定厚度的第一層；向第二內(nèi)表面涂布預(yù)定厚度的第二層；以及剩余中間內(nèi)表面不涂布。
[0007]在另一實(shí)施例中，該方法包括:向中間部段涂布比第一層和第二層更薄的第三層。
[0008]一種用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套，包括:
襯套主體，襯套主體限定縱向軸線并且具有一端和第二端、中間部分以及內(nèi)表面；以及 內(nèi)表面上的涂層，涂層的厚度沿著縱向軸線變化。
[0009]優(yōu)選地，
涂層在靠近第一端的內(nèi)表面和靠近第二端的內(nèi)表面之一或二者處更厚；并且 涂層在中間部分的內(nèi)表面處更薄。
[0010]優(yōu)選地，帶有涂層的襯套主體限定縱向軸線和具有半徑的內(nèi)涂布表面，帶有涂層的襯套主體的半徑沿著縱向軸線是均一的。[0011]優(yōu)選地，涂層在靠近第一端的內(nèi)表面和靠近第二端的內(nèi)表面處更厚，并且中間部分的內(nèi)表面未被涂布。
[0012]優(yōu)選地，涂層包括選自下列的涂層材料:陶瓷、陶瓷與金屬的復(fù)合物、金屬合金和金屬化合物。
[0013]優(yōu)選地，內(nèi)表面上的涂層在與活塞的上死點(diǎn)相對應(yīng)的內(nèi)表面的區(qū)域更厚。
[0014]優(yōu)選地，內(nèi)表面上的涂層在與活塞的下死點(diǎn)相對應(yīng)的內(nèi)表面的區(qū)域更厚。
[0015]一種內(nèi)燃機(jī)組件，包括:
活塞;
襯套，具有內(nèi)表面；
潤滑劑；以及
襯套的內(nèi)表面上的涂層，其中，涂層在潤滑劑提供至少部分流體動(dòng)力潤滑所處于的襯套的區(qū)域中更薄。
[0016]優(yōu)選地，涂層在潤滑劑提供邊界潤滑所處于的襯套的區(qū)域中更厚。
[0017]優(yōu)選地，潤滑劑提供邊界潤滑所處于的襯套的區(qū)域?qū)?yīng)于活塞沖程中的活塞的上死點(diǎn)位置和下死點(diǎn)位置之一或二者。
[0018]優(yōu)選地，缸襯套為缸體的整體部分。
[0019]優(yōu)選地，潤滑劑提供流體動(dòng)力潤滑所處于的襯套的區(qū)域?qū)?yīng)于活塞的沖程中間。
[0020]優(yōu)選地，涂層包括選自下列的涂層材料:陶瓷、陶瓷與金屬的復(fù)合物、金屬合金和金屬化合物。
[0021]一種涂布用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套的方法，缸襯套具有帶有第一內(nèi)表面的第一端部段、帶有第二內(nèi)表面的第二端部段以及帶有中間內(nèi)表面的中間部段，方法包括:
向第一內(nèi)表面涂布預(yù)定厚度的第一層；
向第二內(nèi)表面涂布預(yù)定厚度的第二層；以及 剩余中間內(nèi)表面不涂布。
[0022]優(yōu)選地，還包括向中間部段涂布比第一層和第二層更薄的第三層。
[0023]優(yōu)選地，涂布第一內(nèi)表面的方法要素包括使用熱噴涂來涂布第一內(nèi)表面。
[0024]優(yōu)選地，涂布第一內(nèi)表面的方法要素包括使用高速懸浮液噴涂來涂布第一內(nèi)表面。
[0025]優(yōu)選地，涂布第一內(nèi)表面的方法要素包括使用高速氧燃料噴涂來涂布第一內(nèi)表面。
[0026]優(yōu)選地，涂布第一內(nèi)表面的方法要素包括使用等離子涂層來涂布第一內(nèi)表面。
[0027]優(yōu)選地,第一層包括選自下列的涂層:陶瓷、陶瓷與金屬的復(fù)合物、金屬合金和金屬化合物。
[0028]結(jié)合附圖理解通過下文優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)描述，將清楚本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖以示例的方式說明本發(fā)明的原理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為帶有根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性活塞組件的截面圖。
[0030]圖2為帶有根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性活塞組件的截面圖。[0031]圖3為根據(jù)一實(shí)施例的帶有缸膛的非限制性活塞組件的截面圖。
[0032]圖4為根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性截面圖。
[0033]圖5為根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性截面圖。
[0034]圖6為根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性截面圖。
[0035]圖7為根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性截面圖。
[0036]圖8為根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性截面圖。
[0037]圖9為根據(jù)一實(shí)施例的襯套的非限制性截面圖。
[0038]部件列表 11內(nèi)燃機(jī)組件 13缸體
15缸蓋 17引入端口 19排出端口 21缸襯套 23活塞 25連接桿 27壓縮環(huán) 29壓縮環(huán) 30護(hù)油環(huán) 31涂層
33在TDC處的涂層 35在BDC處的涂層 37在沖程中間的涂層 39內(nèi)表面 41第一端部段 43第一內(nèi)表面 44第一端部段涂層 45第二端部段 47第二內(nèi)表面 48第二端部段涂層 49中間部段 51中間內(nèi)表面 52中間部段涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0039]在圖1中示出了內(nèi)燃機(jī)組件11的一實(shí)施例的代表性示例。內(nèi)燃機(jī)組件11可包括
缸體13，缸體13具有缸蓋15，缸蓋15也可具有引入端口 17和排出端口 19。缸襯套21和
活塞23安置于缸體13中。在某些實(shí)施例中，缸襯套21可為單獨(dú)于缸體13的部件，其安裝
至缸體13中。在其它實(shí)施例中，缸襯套21可為缸體13的整體部分并且僅描述了其中安置活塞23的缸體13的部分。活塞23可聯(lián)接到連接桿25并且也可包括壓縮環(huán)27和29以及安置于活塞23的周圍的護(hù)油環(huán)30。缸襯套21可包括涂覆到襯套主體XX的涂層31。如由圖1示出的實(shí)施例中所示，涂層31可具有可變的厚度，在上死點(diǎn)(TDC涂層33)和下死點(diǎn)(BDC涂層35)具有更厚的涂層。沖程中間處的涂層37可比TDC涂層33和BDC涂層35更薄。在某些實(shí)施例中，在沖程中間部分37的某些或全部上可不設(shè)置涂層。涂層31涂覆到缸襯套21的內(nèi)表面39。圖1示出了位于下死點(diǎn)的活塞，而圖2示出位于沖程中間的活塞23。在某些實(shí)施例中，在涂覆涂層31之后，缸襯套21被鏜孔或珩磨以便形成沿著缸襯套21和/或涂層31的恒定內(nèi)膛直徑(或半徑)。在其它實(shí)施例中，在涂覆了涂層31之后，缸襯套21被鏜孔或珩磨但沿著缸襯套21和/或涂層31而留下不恒定的內(nèi)膛直徑。仍在另外的實(shí)施例中，并非在涂覆了涂層31之后將缸襯套21和/或涂層31鏜孔或珩磨。發(fā)動(dòng)機(jī)組件可具備潤滑劑(未圖示)，潤滑劑用于減小在活塞23與缸襯套21或涂層31之間的摩擦。
[0040]在原則上，缸襯套21上的涂層31必須提供低摩擦以及耐磨性質(zhì)。摩擦受表面的類型影響。在潤滑表面中的摩擦可被分類為邊界摩擦(在基本上無流體動(dòng)力潤滑的區(qū)域中)、流體動(dòng)力摩擦(在帶有流體動(dòng)力潤滑的區(qū)域中)以及混合摩擦(在具有至少部分流體動(dòng)力潤滑的區(qū)域中)。邊界摩擦涉及在完全干燥的表面之間的摩擦并且在表面之間僅具有粗糙接觸。流體動(dòng)力摩擦涉及被潤滑劑完全分開而無粗糙接觸的表面之間的摩擦。當(dāng)邊界摩擦與流體動(dòng)力摩擦組合時(shí)出現(xiàn)混合摩擦。流體動(dòng)力摩擦與流體動(dòng)力潤滑相關(guān)聯(lián)，并且邊界摩擦與用于潤滑的邊界條件相關(guān)聯(lián)。潤滑從流體動(dòng)力條件過渡至邊界條件。在沖程中間促進(jìn)流體動(dòng)力潤滑，在沖程中間處，活塞的滑動(dòng)速度高。在活塞沖程的上死點(diǎn)和下死點(diǎn)處和附近，作為移動(dòng)潤滑的滑動(dòng)速度從流體動(dòng)力條件過渡至邊界條件。在邊界潤滑的情況下，油膜破損，導(dǎo)致粗糙接觸和磨損。磨損條件在上死點(diǎn)(TDC)處最苛刻，因?yàn)槟抢镉懈俚目捎糜停瑝毫Ω?，并且因更高的溫度而粘度更低。最小磨損出現(xiàn)在活塞沖程中間。因此，在缸襯套21的上死點(diǎn)區(qū)域和下死點(diǎn)區(qū)域，希望更多涂層。沖程中間區(qū)域需要更少涂層。通過在活塞的沖程中間的區(qū)域中使用更薄的涂層，從而可達(dá)到涂層材料使用的顯著減少。
[0041]圖3為無單獨(dú)缸襯套部件的內(nèi)燃機(jī)組件11的實(shí)施例的代表性示例(在此實(shí)施例中，襯套為缸體13的整體部分)。內(nèi)燃機(jī)組件可包括缸體13，缸體13具有缸蓋15，缸蓋15也可具有引入端口 17和排出端口 19。活塞23安置于缸體13中?；钊?3可聯(lián)接到連接桿25并且也可包括壓縮環(huán)27和29以及安置于活塞23的周圍的護(hù)油環(huán)30。缸體13可包括涂層31。如在圖3示出的實(shí)施例中所示，涂層31可具有可變的厚度，而在上死點(diǎn)(TDC涂層
33)和下死點(diǎn)(BDC涂層35)具有更厚的涂層。在沖程中間處的涂層37可比TDC涂層33和BDC涂層35更薄。涂層31涂覆到缸體13的內(nèi)表面39。
[0042]圖4至圖9示出了可用于減少缸襯套21所需的涂層材料量的涂層涂覆的各種實(shí)施例。圖4示出了沿著缸襯套21的縱向軸線的局部截面圖。如圖4所示，缸襯套21的主體可在概念上分成三個(gè)部段。第一端部段41可與活塞23的上死點(diǎn)位置相對應(yīng)。缸襯套21可具有第一內(nèi)表面43，第一端部段涂層44可涂覆到第一內(nèi)表面43上。第二端部段45可與活塞23的上死點(diǎn)位置相對應(yīng)。缸襯套21可具有第二內(nèi)表面47，第二端部段涂層48可涂覆到第二內(nèi)表面47上。中間部段49可與中間內(nèi)表面51相關(guān)聯(lián)，中間部段涂層52可涂覆到中間內(nèi)表面51上，第一端部段涂層44、第二端部段涂層48和中間部段涂層52可為相同材料或者可包括用于涂層31的不同材料。在圖4所示的實(shí)施例中，第一端部段涂層44和第二端部段涂層48比中間部段涂層52更厚，并且可從厚的部分向中心部分線性地漸縮。圖5示出了其中未涂覆中間部段涂層52的實(shí)施例。圖6示出了其中僅涂覆第一端部段涂層44的實(shí)施例。盡管在圖4至圖6的實(shí)施例中，涂層的厚度沿著缸襯套21的縱向軸線而線性地變化，但對于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言顯然涂層的截面可包含并非直線的曲線。圖7至圖9示出了其中涂層31的厚度以階躍函數(shù)變化的實(shí)施例。在圖6中，將涂層涂覆到第一內(nèi)表面43和第二內(nèi)表面47。在此示例中，第一端部段涂層44和第二端部段涂層48的厚度不沿著缸襯套21的縱向軸線變化。中間部段涂層52比第一端部段涂層44和第二端部段涂層48更薄。圖8示出了其中未向中間內(nèi)表面51涂覆涂層的實(shí)施例。圖9示出了其中僅涂覆第一端部段涂層44的實(shí)施例。
[0043]在一實(shí)施例中，可通過可用的涂布方法中的任何方法來實(shí)現(xiàn)缸襯套21的涂層，例如等離子噴涂、高速氧燃料噴涂、激光涂布和化學(xué)氣相沉積以及電鍍等。涂布過程可包括向第一內(nèi)表面43涂布預(yù)定厚度的第一層；向第二內(nèi)表面47涂布預(yù)定厚度的第二層；以及剩余中間內(nèi)表面51不涂布。在另一實(shí)施例中，可通過將比第一端部段涂層44更薄的涂層涂覆到中間內(nèi)表面51上從而實(shí)現(xiàn)涂層。在另一實(shí)施例中，涂層僅涂覆到第一內(nèi)表面43。
[0044]如本文所使用，“ 一 ”、“ 一個(gè)”、“該”、“至少一個(gè)”和“ 一個(gè)或多個(gè)”可互換地使用。如本文所使用，術(shù)語“靠近”表示位于區(qū)域、位置或物體的附近。如本文所使用，術(shù)語“線性地”用于描述基本上直線的方向，并且其可包含帶有微小程度的曲率的方向。如本文所使用，涂層的“厚度”為涂層沿著徑向的尺寸。而且，如本文所使用，術(shù)語“更薄”涉及具有比先前所述的涂層尺寸更小的尺寸的涂層的厚度。如本文所使用，術(shù)語“預(yù)定厚度”是指為了確保保護(hù)缸襯套免于熱損壞和接觸損壞而預(yù)先確立的厚度。
[0045]如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將理解的那樣，上述關(guān)于若干示范性實(shí)施例的許多不同的特征和配置還可選擇性地應(yīng)用于形成本發(fā)明的其它可能實(shí)施例。為了簡要起見且考慮本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的能力，并未詳細(xì)地提供或論述所有可能迭代，但所附的若干權(quán)利要求或另外涵蓋的所有組合和可能的實(shí)施例旨在為本申請的部分。此外，從本發(fā)明的若干示范性實(shí)施例的以上描述，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到改進(jìn)、變化和修改。在本領(lǐng)域的技術(shù)內(nèi)的這些改進(jìn)、變化和修改也旨在被所附權(quán)利要求涵蓋。另外，應(yīng)清楚上文僅關(guān)于本申請的所描述的實(shí)施例，并且在不偏離由所附權(quán)利要求及其等效物所限定的申請的要旨和范圍的情況下，可在此做出許多變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的缸襯套，包括: 襯套主體，所述襯套主體限定縱向軸線并且具有一端和第二端、中間部分以及內(nèi)表面；以及 所述內(nèi)表面上的涂層，所述涂層的厚度沿著所述縱向軸線變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸襯套，其特征在于， 所述涂層在靠近所述第一端的所述內(nèi)表面和靠近所述第二端的所述內(nèi)表面之一或二者處更厚；并且 所述涂層在所述中間部分的所述內(nèi)表面處更薄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸襯套，其特征在于，帶有所述涂層的所述襯套主體限定縱向軸線和具有半徑的內(nèi)涂布表面，帶有所述涂層的所述襯套主體的半徑沿著所述縱向軸線是均一的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸襯套，其特征在于，所述涂層在靠近所述第一端的所述內(nèi)表面和靠近所述第二端的所述內(nèi)表面處更厚，并且所述中間部分的所述內(nèi)表面未被涂布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸襯套，其特征在于，所述涂層包括選自下列的涂層材料:陶瓷、陶瓷與金屬的復(fù)合物、金屬合金和金屬化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸襯套，其特征在于，所述內(nèi)表面上的所述涂層在與活塞的上死點(diǎn)相對應(yīng)的所述內(nèi)表面的區(qū)域更厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸襯套，其特征在于，所述內(nèi)表面上的所述涂層在與活塞的下死點(diǎn)相對應(yīng)的所述內(nèi)表面的區(qū)域更厚。
8.一種內(nèi)燃機(jī)組件，包括: 活塞; 襯套，具有內(nèi)表面； 潤滑劑；以及 所述襯套的所述內(nèi)表面上的涂層，其中，所述涂層在所述潤滑劑提供至少部分流體動(dòng)力潤滑所處于的所述襯套的區(qū)域中更薄。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)組件，其特征在于，所述涂層在所述潤滑劑提供邊界潤滑所處于的所述襯套的區(qū)域中更厚。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)組件，其特征在于，所述潤滑劑提供邊界潤滑所處于的所述襯套的區(qū)域?qū)?yīng)于活塞沖程中的所述活塞的上死點(diǎn)位置和下死點(diǎn)位置之一或二者。
【文檔編號(hào)】F16J10/04GK103511112SQ201310246012
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】R.J.唐納赫 申請人:通用電氣公司