内燃机用活塞制造技术

汽车的内燃机的活塞。活塞具有活塞环和活塞裙部，它们中的每一种具有在润滑油存在下与气缸体的气缸内径部分实现滑动接触的滑动部分。气缸内径部分是由低共熔的或过低共熔的铝合金形成的。另外，硬碳薄膜被涂敷在活塞的滑动部分上并含有不超过１原子％的含量的氢原子。该润滑油含有下列物质的至少一种：无灰分的脂肪酸酯摩擦改进剂，无灰分的脂族胺摩擦改进剂，聚丁烯基琥珀酰亚胺，聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物，二硫代磷酸锌，和二硫代磷酸锌衍生物。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请具有如下相关申请美国专利申请序列号09/545,181，基于日本专利申请平-11-102205(1999年4月9日提交)；10/468,713，其为基于日本专利申请2001-117680(2001年4月17日提交)的PCT申请JP02/10057的指定国(美国)编号；10/355,099，基于日本专利申请2002-45576(2002年2月22日提交)；10/682,559，基于日本专利申请2002-302205(2002年10月16日提交)；和10/692,853，基于日本专利申请2002-322322(2002年10月16日)。本专利技术的背景本专利技术涉及内燃机用活塞的改进，更具体地说涉及在滑动部分上涂有硬碳薄膜如金刚石状碳薄膜的活塞，该薄膜显示出高度优异的低摩擦特性，尤其在规定的润滑油(组合物)存在下。全球环境问题如全球变热和臭氧层破坏已经迫在眉睫。已经知道，全球变热主要由CO2排放所引起，CO2排放的减少，尤其CO2排放标准的制定，已经变成了各国家的倍受关注的问题。减少CO2排放的众多挑战中的一个是改进车用燃料效率，该效率取决于发动机滑动元件的性能和所施加的润滑油。有下列途径可改进车用燃料效率(1)降低润滑油的粘度，由此降低在液力润滑范围中的粘滞阻力和在发动机中的搅动阻力；和(2)向润滑油中添加合适的摩擦改进剂和其它添加剂以降低在混合润滑和边界润滑的条件下的摩擦损失。鉴于上述情况，对于各种摩擦改进剂已经进行许多研究，其中包括有机钼化合物，如二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)和二硫代磷酸钼(MoDTP)。作为研究的结果，已经发现含有有机钼化合物的润滑油在早期使用阶段中对于钢制滑动元件成功地产生了摩擦降低效果。本专利技术概述在此以前，已经对硬涂敷材料在发动机滑动元件上的涂敷进行了考察，以使得滑动元件能够达到高的耐磨性和低的摩擦系数。尤其是，金刚石状碳(DLC)材料因为在空气中的低摩擦性能而为人们所知，因此希望用作滑动元件的涂料。然而，该DLC材料在润滑油存在下无法提供低的摩擦系数，如在日本摩擦学会议(Japan Tribology Congress)1999.5，东京，会议录第11-12，KANO等人中所公开的那些。即使当与含有有机钼化合物的润滑油联合使用时，DLC材料不能提供足够低的摩擦系数，如在世界摩擦学会议(World Tribology Congress)2001.9，维也纳，会议录第342，KANO等人中所公开的那些。因此本专利技术的目的是提供用于内燃机的改进活塞，据此在普通活塞中遇到的缺点能够有效地克服。本专利技术的另一个目的是提供用于内燃机的改进活塞，它甚至在润滑油存在下显示出高度优异的低摩擦特性，和与在含有有机钼化合物的润滑油存在下使用的普通活塞相比而言的优异的燃料经济性效果。本专利技术的又一个目的是提供用于内燃机的改进活塞，它在涂有规定的硬碳薄膜之后显示出高度优异的低摩擦特性，特别在规定的润滑油(组合物)或其结合物的存在下。本专利技术的第一方面在于内燃机的活塞。活塞包括滑动部件(part)，后者具有在润滑油存在下与相对的元件实现滑动接触的滑动部分(section)。另外，硬碳薄膜被涂敷在滑动部分的滑动部分上。本专利技术的第二方面在于包括气缸体的内燃机，该气缸体具有由低共熔的或过低共熔的铝合金形成的气缸内径部分(cylinder boresection)。滑动部件具有在润滑油存在下与气缸内径部分实现滑动接触的一个滑动部分。另外，硬碳薄膜被涂敷在滑动部件的滑动部分上并含有不超过1原子％的含量的氢原子。本专利技术的第三方面在于内燃机的活塞的活塞环。活塞环包括具有滑动表面的滑动部分，该滑动表面在润滑油存在下与相对的元件实现滑动接触。另外，硬碳薄膜被涂敷在滑动部分的滑动表面上并含有不超过25原子％的含量的氢原子。本专利技术的第四个方面在于内燃机的活塞。活塞包括具有活塞裙部(piston skirt section)的活塞体部分。活塞裙部具有滑动表面，在该表面上形成了具有15-30μm的槽距和5-15μm的深度的条纹状凹槽。滑动表面在润滑油存在下与气缸体的气缸内径部分实现滑动接触。另外，硬碳薄膜被涂敷在活塞裙部的滑动表面上。本专利技术的第五个方面在于滑动元件，它包括由选自钢和铝型合金的材料形成的主体部分。主体部分在润滑油存在下与相对的元件实现滑动接触。硬碳薄膜被涂敷在该主体部分的表面上。另外，在主体部分和硬碳薄膜之间形成中间层。该中间层由选自橡胶和合成树脂中的材料形成。附图的简述附图说明图1是内燃机的基本部件的部分示意性剖视图，包括根据本专利技术的活塞的第一个实施方案；图2是供根据第一个实施方案的实施例的评价用的试验装置的基本部件的透视图；图3A是根据本专利技术的第二个实施方案的活塞环的实施例的平面视图；图3B是图3A的活塞环的部分剖视图，图4A是根据本专利技术的第二个实施方案的活塞环的另一个实施例的平面视图；图4B是图4A的活塞环的部分剖视图，图5A是根据本专利技术的第三个实施方案的活塞的正视图，提供了部分放大的视图；图5B是图5A的活塞的侧视图；图6A是显示了在图5A和5B的活塞的活塞裙部的表面上形成的条纹状凹槽的形状的部分剖视图；和图6B是显示了在图5A和5B的活塞的活塞裙部的表面上形成的条纹状凹槽的另一个形状的部分剖视图。实施方案的叙述下面详细讨论本专利技术。在下面的叙述中，全部的百分比(％)是按质量，除非另作说明。第一实施方案根据本专利技术，内燃机的活塞的第一个实施方案，将参考图1和2来讨论。现在参见图1，汽车的内燃机是由附图标记1表示。发动机1包括由低共熔的或过低共熔的铝合金形成的气缸体2。气缸体2上形成了气缸内径部分2a。根据本专利技术的活塞3是按照可使它往复运动的方式，可运动地位于气缸内径部分2a内。活塞3包括由基础材料如铁型材料(钢)或铝型材料(铝合金)形成的主体部分3A，并且在其上形成了两个活塞环槽(没有标识)。活塞环4(头道活塞环4A和油环4B)分别地装入主体部分3A的活塞环形槽中。活塞主体部分3A是包括活塞裙部3a的整体单件式元件。活塞环用作滑动部件或元件。每一个活塞环4具有滑动部分(未标识)，它与气缸内径部分2a(作为相对的元件)的壁面实现滑动接触并涂有硬碳薄膜5(虽然没有标识)。活塞裙部3a具有滑动部分(未标识)，它与气缸内径部分2a(作为相对的元件)的壁面实现滑动接触并涂有硬碳薄膜5。可以理解的是，润滑油存在于活塞环4的每一个的滑动部分或活塞裙部3a的滑动部分和气缸内径部分2a的壁面之间，因此各活塞环4的或活塞裙3a的滑动部分与气缸内径部分2a的壁面实现滑动接触。在这一实施方案中，硬碳薄膜5优选是DLC(金刚石状碳)薄膜，该薄膜是由各种PVD工艺，更具体地说弧光离子电镀工艺所形成。这一DLC薄膜主要由碳原子形成并且是无定形的。更具体地说，该DLC薄膜是由不合氢的无定形碳(a-C)(它由碳组成)，含氢的无定形碳(a-CH)，或含有作为其一部分的钛(Ti)或钼(Mo)的金属元素的金属碳化物或金属碳(MeC)形成的。为了明显减少摩擦，该DLC薄膜优选不超过1原子％，更优选不超过0.5原子％，并且优选由不含氢的无定形碳(a-C)形成。活塞主体部分3A的滑动部分是由基础材料如铁型材料(钢)或铝型材料(铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】
内燃机用活塞，包括滑动部件，该滑动部件具有在润滑油存在下与相对的元件实现滑动接触的滑动部分；和被涂敷在滑动部件的滑动部分上的硬碳薄膜；其中该润滑油含有下列物质的至少一种：无灰分的脂肪酸酯摩擦改进剂，无灰分的脂族胺摩擦 改进剂，聚丁烯基琥珀酰亚胺，聚丁烯基琥珀酰亚胺衍生物，二硫代磷酸锌，和二硫代磷酸锌衍生物。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村公男，马渕丰，浜田孝浩，加纳真，三宅秀典，太田智仁，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]