[发明专利]活塞销和将防卡塞涂层施加在该销上的方法

说明书

本发明涉及摩擦学接触的领域，并且更一般地涉及其中销被紧密地组装并且沿着优先方向经受应力的任何系统，该优先方向根据偏角扇形区诱导所述销的应力。本发明有利地涉及活塞销。

当前使用两种类型的活塞销-至-连接杆的连接：

a)浮动连接

b)紧密连接

浮动连接能够组装销，使得其可以在连接杆中和活塞中自由地旋转。连接杆和活塞可以在某些情况下借助于热套式黄酮件(shrunk-on brass piece)被加衬套。销借助于卡环(开口弹簧)在平移中被停止。卡环被保持在于活塞销开口的末端机械加工的凹槽中的合适位置。浮动组装能够大体上降低接触的主体之间的相对速度并且因此能够推回卡塞限制(seizing limit)，同时降低接触摩擦。该组装因此具有较高的性能。然而，其需要连接杆(或环)的精确的机械加工以及凹进部的机械加工以阻挡卡环。卡环还必须被安装在经组装的活塞-销-连接杆组件上，这需要使用特定的方式和工具。活塞压缩高度被这样的组件约束并且不能够优化活塞质量。因此，其在高负载应用(柴油发动机和涡轮增压汽油发动机)中优先地被使用。经涂覆的销(例如，具有DLC涂层)能够推回卡塞限制，同时降低摩擦(见图11)。根据本申请，关于NEDC循环(根据本申请)，CO2增益可以达到从0.2％至0.5％。

紧密连接不需要使用卡环。销通过连接杆加热工艺被紧密地组装在连接杆中。快速加热方式(感应)一般在组装线上被使用。因此拉紧的销跟随连接杆的摆动运动，这在活塞销孔中对销强加了交替的旋转移动。这样的相对移动使得组件对活塞中的销卡塞现象更敏感。因此需要为其提供良好的润滑(例如，借助于凹进部和/或凹槽)并且涂层(例如，DLC)的使用能够增强对卡塞的抵抗，同时降低摩擦。连接杆机械加工被极端简化并且衬套的缺乏能够降低连接杆的小端的横截面以在外部直径以及宽度方面最小化其体积。该技术能够优化活塞压缩高度并且为某些应用提供质量增益。它大体上有助于降低发动机的高度。关于小型车辆，该解决方案能够降低引擎盖(hood)下的高度并且能够因此限制空气动力系数，并且相应地限制空气动力损失。这样的技术被保留用于低负载应用，然而其代表大部分的城市车辆和中程车辆。质量增益还可以能够限制锤效应并且能够抑制平衡轴，特别地对于2-缸或3-缸应用。因此潜在的增益必须在本申请的上下文中被表达。

本申请人估算迄今生产的从30％至40％的发动机使用紧密连接。紧密销的DLC涂层的使用对摩擦、质量、以及抗卡塞性(seizing resistance)提供明显增益。图12是其完美的图示。对于相同的应用，DLC的使用已经能够使销质量降低20％并且使比压升高10％。

设置有抗摩擦涂层的活塞销是已知的，例如来自专利DE 10 2006 008 910 A1、US 6.886.521 B2、以及US 7.228.786 B2。一些建造者已经使用了该系列制造技术。然而，如果沉积速率由于沉积方法而是低的，那么这样的降低摩擦的涂层的应用在经济上是不可能的。在紧密销的情况下，难以使该解决方案普遍化，这归因于其成本而且归因于所使用的涂层的程序化磨损。

本申请人已经研究了这些应用并且已经观察到紧密涂覆的销相对于浮动涂覆的销的非典型行为。在紧密销的情况下，磨损集中在销的上部区域上，同时下部区域被简单地抛光。在耐久测试之后，可以观察到DLC涂层可以从上部接触区域完全消失，同时涂层厚度保持几乎完整。图12示出在等效于关于车辆的300,000km的耐久测试之后所获得的结果。这些结果完全地说明了该现象。该现象的解释可以通过研究在销上所施加的力来提供(参见图14和图15)。

基于该观察结果，本申请人设想了一种解决方案，该解决方案产生了根据销的定向而具有不同性质的销。

根据本发明期望的目的是：

1°)通过在销上使用DLC涂层，降低销/外壳接触中的摩擦。

2°)使DLC涂层的类型适应紧密销应用，以便增强耐磨损性，而不损害拮抗物。

3°)产生对应于紧密销应用的优先负载区域的涂层的可变分布。

4°)降低DLC涂层的处理时间。

5°)增强涂层外壳的负载能力。

6°)通过例如抑制旋转简化用于到目前为止所使用的销的涂层的销定位方式。

7°)增强涂覆机的负载能力。

8°)借助于对应于作用力的极坐标图的非对称形状增强销电阻。

9°)能够用现有组装方式组装紧密销。该销恰好必须在组装时被合适地定向。