[发明专利]聚合物复合发动机组件以及加热和冷却所述组件的方法

说明书

提供了发动机组件以及加热和/或冷却发动机组件的方法。该发动机组件具有限定用于接纳活塞的圆柱形区域的金属内衬、围绕该金属内衬的外表面的至少一部分设置的聚合物复合壳体，以及金属汽缸盖。该聚合物复合壳体包括聚合物和多种加强纤维以及以下至少一个：用于接纳传热流体用于加热和/或冷却该发动机组件的多个微通道；以及用于加热该发动机组件的至少一根金属丝。

技术领域

本发明涉及通过使用聚合物复合材料的策略性引入(例如，通过引入其中形成微通道或金属丝用于加热和冷却发动机组件的聚合物复合材料)来最小化质量、增强传热以及提高发动机组件的耐用性和寿命。

背景技术

本节提供与本发明有关的背景信息且不一定是现有技术。

传统上，用于汽车应用的发动机部件已经由诸如钢和铁的金属制成。金属部件是坚固的，通常具有良好的延展性、耐用性、强度和抗冲击性。虽然金属已经执行作为可接受的发动机部件，但是它们在重量、降低重量效率、车辆性能和动力方面具有明显的缺点，由此降低了车辆的燃料经济性。

为了提高车辆燃料经济性而减轻重量已经激发了各种轻质金属部件(诸如铝和镁合金)的使用以及轻质加强复合材料的使用。虽然这种轻质材料的使用可用于减轻总体重量并且通常可以提高燃料效率，但是在发动机组件中使用这种材料时由于与发动机组件相关联的高操作温度而可能会出现问题。例如，与传统的钢或陶瓷材料相比，轻质金属部件也可具有相对高的线性热膨胀系数。在发动机组件中，这种轻质金属的使用可能导致相对于具有较低线性热膨胀系数的相邻部件(如钢或陶瓷材料)在某些热操作条件下的不均匀热膨胀，从而导致部件分离和降低性能。另外，轻质加强复合材料可能具有强度限制，诸如拉伸强度降低，且它们在连续暴露于高温之后可能会降解。因此，需要具有在高温操作条件下增加耐用性的轻型发动机组件以及增强这种发动机组件的传热的方法(例如，加热和冷却)以进一步提高操作效率和燃料经济性。

发明内容

本节提供本发明的一般概述，并且并非是本发明的全部范围或其全部特征的全面公开。

在某些方面中，本发明提供了一种发动机组件。该发动机组件可以包括限定用于接纳活塞的圆柱形区域的金属内衬，其中该金属内衬具有内表面、相对的外表面、第一终端表面以及相对的第二终端表面。该发动机组件可以进一步包括围绕金属内衬的外表面的至少一部分设置的聚合物复合壳体，其中该聚合物复合壳体包括聚合物和多种加强纤维以及以下至少一个：(i)用于接纳传热流体用于加热和/或冷却该发动机组件的多个微通道；以及(ii)用于加热该发动机组件的至少一根金属丝。该发动机组件可以进一步包括具有第五终端表面和相对的第六终端表面的金属汽缸盖，其中该金属汽缸盖的第六终端表面邻近于该金属内衬的第一终端表面。

在其它方面中，本发明提供了一种用于加热和/或冷却发动机组件的方法。该方法可以包括以下一项或多项：(i)将用于加热或冷却该发动机组件的传热流体循环通过被设置在围绕该金属内衬的外表面的至少一部分设置的聚合物复合壳体中的多个微通道，该聚合物复合壳体包括聚合物和多种加强纤维，其中该金属内衬限定用于接纳活塞的圆柱形区域；以及(ii)将电流施用至被设置在聚合物复合壳体中的至少一根金属丝用于加热该发动机组件。

根据本文提供的描述，其它适用性范围将变得显而易见，本发明内容中的描述和特定示例仅仅是为了进行说明的目的，而并不意图限制本发明的范围。

附图说明

本文所述的附图仅用于选定实施例而非全部可能实施方案的说明目的并且不旨在限制本发明的范围。

图1示出根据本发明的某些方面的发动机组件的截面图。

图2示出根据本发明的某些方面的替代性发动机组件的截面图。

图3a至3e示出说明根据本发明的某些方面的聚合物复合材料中的微通道的形成的示意图。

图4示出包括加强纤维和至少一根金属丝的聚合物复合材料。