[发明专利]具有轴的用于内燃机的活塞

说明书

技术领域

根据权利要求1的前序部分，本发明涉及具有轴的用于内燃机的活塞。本发明还涉及具有至少一个这样的活塞的内燃机以及用于将涂层施加至一个这样的活塞的轴的方法。

背景技术

一段时间以来，已知用于确保磨合以及应急操作性能的具有功能的/平缓的结构的涂层，并且这样的涂层的成分必须打破摩擦最小化以及耐磨性能之间的平衡。出于这个原因，诸如连接杆的高耐磨部件特别具有碳纤维加强涂层，例如，具有高粗糙度，但是这对于过程监控可能是不利的。另外，这样的硬碳纤维在铝相对面上具有研磨效果，这能够导致不期望的剖光效果或者凹槽的形成。

WO2012/041769A2公开了用于内燃机的通用的活塞，其具有轴涂层，所述轴涂层具有耐磨内层和外层，所述耐磨内层由带有散布有陶瓷颗粒的聚合母体、芳纶纤维和/或碳纤维组成，所述外层由带有散布有固态润滑剂的聚合母体组成。目的为设置功能内层以及耐磨外层(基层)，所述功能内层直接施加至活塞的表面，通过所述耐磨外层改进了磨合性能以及特别是耐磨强度。在内燃机的操作期间，摩擦最小化的涂层也意在允许燃油消耗以及二氧化碳排放的减少。

从EP1894987A1已知进一步的具有双层轴涂层的通用的活塞。

然而，现有技术中已知的活塞的缺点是涂层的制造是相对耗能的。

发明内容

本发明因此意在为通用类型的活塞提供改进的或至少替代的实施例，其特征在于更加经济的制造。

根据本发明，该问题通过独立权利要求1的主题解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。

本发明基于如下的主要构思：向内燃机的活塞的轴施加具有内层和外层的双层涂层，通过将外层例如通过喷洒或涂刷，即以液态形式施加至内层，并且构造为使得其能够在空气中干燥或硬化，相比于现有技术中已知的涂层允许了明显的能源节约。另外，相比于内层，外层示出了急剧减少的耐磨性，使得其能够在只有1到6秒的非常短的磨合阶段之后在高应力区域中实现间隙，并且因此能够急剧地减少摩擦损失。根据本发明的双层涂层的内层包括有机粘接剂以及固态润滑剂，以及二硫化钨(WS₂)、碳化钨(WC)、碳化硅(SiC)和/或氧化铝(Al₂O₃)的硬质材料颗粒。相比之下，外层包括无机粘接剂，并且由于其相比于内层的极高的磨损倾向，其适于允许活塞的快速磨合。具有无机粘接剂的外层的构造特别允许空气干燥，这显著地减少了制造根据本发明的活塞的加工成本。在磨合阶段之后，根据本发明的双层涂层在以下方面也是有益的：容易磨损的外层(特别是在高应力区域中)至少部分地磨损并且在表面或朝向与内层的界面更加光滑，这允许了在活塞轴与汽缸之间实现更大的接触表面。

在根据本发明的技术方案的有益的改进中，内层的有机粘接剂从如下的组中挑选：聚酰胺(PAI)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)和/或聚芳基甲酮(PAEK)、硅的环氧化合物、聚苯并咪唑(PBI)，或者PAI与硅树脂的混合物，或者进一步的与PAI系统的混合物。聚酰胺的示例是具有沿主链定期重复酰胺键的线性聚合物。其特征尤其在于强度高，刚度高，韧性高，在化学品上的稳定性和良好的加工性。聚酰胺通过可逆的水吸收或释放对湿度做出反应。聚醚酮为在其中存在交替的酮和乙醚功能群的分子主链(molecular backbone)的聚合物。最普遍的类型是聚醚醚酮(PEEK)和聚芳基甲酮(PAEK)，所述聚醚醚酮(PEEK)为耐高温的热塑树脂。PEK、PEEK以及PAEK对于有机和无机化学制品也具有高耐性。

在根据本发明的技术方案的有益的改进中，内层的固态润滑剂包括二硫化钼(MoS₂)和/或石墨。二硫化钼为化学元素钼的灰黑色晶体硫化物，其具有0.5μm至5μm的颗粒直径，其特别适用于工业干性润滑剂。特别地，这样的干性润滑剂在润滑油供给停止时改进了活塞的应急操作性能。石墨也提供了这样的干性润滑剂特性，因此确保了配备有该涂层的活塞的应急操作性能。

纯理论地，当然，这样的具有比内层更高的磨损倾向的固态润滑剂的外层也可以包括二硫化钼和/或石墨。

在根据本发明的技术方案的进一步有益的实施例中，外层在-180℃至+450℃的温度范围中是耐热的。该实施例使得能够确保外层，特别是在运行期间或磨合阶段不被产生的温度消极地影响。而且，在内燃机的操作期间在活塞轴上的涂层区域中产生的温度不超过450℃，使得在该区域中也不存在消极影响。