2014年第3期材料工艺
国外内燃机
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有利于降低发动机燃油耗的活塞裙部表面处理工艺
【日】金井昌二
摘要：降低发动机零部件的摩擦，减少其机械损失是降低燃油耗的重要手段。活塞裙部表面涂层及典型的表面处理工艺对降低摩擦及磨损具有重要作用。介绍在活塞裙部形成覆膜的典型工艺，以及各种表面处理工艺和表面改性技术的原理与效果，也阐述新型涂层工艺的实际应用及其发挥的重要作用。
降低摩擦表面改性
关键词：活塞裙部表面处理工艺
涂层表面粗糙度
0前言
为应对减少温室效应气体二氧化碳(CO,）排放量，以及矿物燃料面临枯竭的间题，降低燃油耗正成为现代车用发动机所面临的重要课题。如图1所示，活塞及连杆的摩擦损失约占发动机总机械损失的18%，而降低因滑动阻力引起的活塞裙部摩则极为重要，因为这能对降低发动机摩擦作出重大贡献。所以，研究人员针对活塞裙部的表面处理工艺
0.3
摩擦平均有效压力/MPa 0.2
0.1
拖动试验
配电器）水果· 电机-
损失
机
活源环适赛连杆
曲轴
气门机牌
0
2000
4.000
发动机转速/(r-min")(a)汽油机的摩擦损失
曲轴系统
6 000
同机构：）
活塞和连杆(18%)
(b)占发动机整体摩擦损失的比率(中低转速)
图1汽油机的摩损失
万方数据
开展了各种研发工作。本文将介绍迄今为止所开发的活塞裙部表面处理工艺及其效果，同时也针对今
后这些技术的发展方向进行探讨。 1表面粗糙度对摩擦的影响
在讨论表面处理工艺对摩擦产生的影响之前，首先针对活塞裙部的摩擦，在浮动缸套式单缸发动机上，对形成各种表面粗糙度的处理工艺进行摩擦测试。如图2所示，从表面粗糙度与摩擦平均有效压力的关系来看，其对摩擦的影响很大，即表面粗糙度越小，摩擦就越低。因此，在讨论表面处理工艺对降低摩擦的效果时，要尽可能地将摩擦与表面粗糙度的关系考虑在内。
0.020
。无处理 ed/t(
树脂涂层A
0.018
·树脂涂层B
摩擦平均有效压力 0.016
0.014 0.012
0.0105
0.501.001.502.002.50 活塞据邮表面粗相榄度Ra/μm
浮动缸套式单缸发动机的测定图2
结果(1 500 r/min.0. 6 MPa)
表面处理所用材料不同导致的效果差异 2
树脂涂层及电镀的效果
2.1
在树脂涂层被用于活塞裙部的表面处理之前，镀锡工艺曾是主流技术，另外，欧洲也曾将镀铅工艺用于活塞裙部的表面处理。部分柴油机活塞还使用