中科院力学所科技成果——发动机缸体内壁激光刻蚀技术

中科院力学所科技成果——发动机缸体内壁激

光刻蚀技术

技术介绍及特点

缸体-活塞环是发动机实现能量转换的最重要的一对摩擦副。发动机正常工作时，本身的摩擦损失在内燃机燃料消耗中约占10%的比例，而缸体-活塞摩擦损耗又占其中60%。因此，减小缸体-活塞环之间的摩擦损耗，可有效节省燃油。另一方面，而缸体-活塞环之间密封缺陷，易引起高温高压燃气漏入曲轴箱，机油窜入燃烧室，增加污染排放。因此减小缸体-活塞环的摩擦损耗，改善密封条件，是发动机节能减排的关键。

我们技术的思路是：在缸体表面加工可控微细形貌，这些离散分布微坑可存储润滑油而不易流失，在活塞环运动时，由于挤压作用，微坑中的润滑油会在坑周围形成油膜，不同微坑油膜的相互作用，在缸体-活塞环间形成均匀完整的油膜，使这对摩擦副处于流体润滑状况，既有效减小了缸体-活塞环间的摩擦系数，又可改善密封。当活塞环运动过后，由于负压影响，润滑油又可收敛于坑中，这些储油的离散分布微坑起到了液体微轴承的作用。

这种离散分布微坑表面结构与传统的互相连通式机械珩磨纹相比，可使摩擦副摩擦系数大大降低，同时提高了发动机的动力性能和燃油经济性能。

应用领域

该技术不仅可用于汽车厂、内燃机厂、缸套厂的规模生产，还能

对在役汽车通过各汽车维修站进行改造，提供一种对现役汽车节能减排改造的有效手段，可以预计，该技术很有应用推广前景。

本技术同时对其他机械摩擦组件的改善润滑和密封，减小摩擦、降低磨损和提高密封性能具有重要的意义，可以为激光微细形貌刻蚀机械摩擦副润滑和密封的控制提供技术手段。

技术成熟度及应用实例

该技术在发动机缸体中的应用，对发动机的进一步节能提供了一种有效技术手段。在缸体（套）内表面进行激光微细造形，减小摩擦副间的摩擦，改善密封。在已进行的发动机台架实验结果看，激光毛化珩磨缸体与常规机械珩磨缸体相比，发动机扭矩提高4%，功率提高了3-4%，机油消耗降低了20%以上，柴油机尾气排放中的颗粒物降低了30-50%，初步显示了该技术节能减排综合效果。该技术不用改变现有发动机的已有结构，同时加工速度快（<3分钟/缸孔），处理成本低。

应用实例

1、北汽集团B235发动机台架试验，检测地点：天津中汽研工程院K8试验间。

通过万有特性云图，对发动机燃油耗区域面积进行统计，试验结果显示对比于原机，采用激光刻蚀处理后发动机最低油耗明显降低，且低油耗区域面积大于原供发动机。

激光刻蚀-万有特性云图

机械珩磨-万有特性云图

2、万斯特镀铬缸套摩擦磨损性能试验

缸套、活塞环试样宏观形貌-抗拉缸性提高1倍

3、大连海事大学衬套磨损实验

衬套试样实物照片

激光刻蚀衬套内表面形貌-摩擦降低了40%