[发明专利]用于减少在钢制活塞上焦炭沉积物的涂层

说明书

提供了一种用于内燃机的活塞。活塞包括涂在铁质主体部分上的涂层，以减少或防止碳沉积物在200至400℃的温度下化学键结或在主体部分上结焦。该涂层包括含氟聚合物，例如聚四氟乙烯、氟硅烷、碳氟化合物、氟塑料树脂、和/或全氟塑料，并且可以基于烃或硅酮。涂层的厚度也为25微米至1毫米。涂层可以设置在主体部分的冠部下表面、环形凹槽、环形凸台、销凸台、和/或裙边部分上。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年2月21日申请的，申请号为15/901,783的美国实用专利的优先权，其全部内容在此通过整体引用并入。

技术领域

本申请通常涉及用于内燃机的活塞，和制造该活塞的方法。

背景技术

根据排放和燃油经济性法规，现代重型柴油机正朝着提高效率的方向发展。为了获得更高的效率，发动机必须在更高的温度下运行。例如，某些内燃机被设计为在更高温度下运行，某些类型的钢制活塞被设计为在某些区域内比标准活塞高100至250℃的温度下运行。

然而，尽管期望增加燃烧室内的温度，但是仍然有必要将活塞保持在可工作的温度。这样，已知的是在活塞头内结合有外部和内部的冷却通道，该外部和内部的冷却通道都打开和关闭，发动机油通过该冷却通道循环以降低活塞头的工作温度。外部冷却通道通常在包括环槽区域的活塞的上部平台上循环，而内部冷却通道通常在活塞头的上部燃烧表面(通常称为冠部下)下方。替代地，活塞可以具有少油道的设计，并且因此具有敞开的冠部下区域，用于暴露于冷却油。环形带区域和冠部下表面均受益于循环油的冷却作用。然而，随着时间的流逝，循环的油开始降解和氧化。氧化是由于与高温活塞表面接触而加热油而驱动的，因此，在活塞表面上可能形成沉积物，也称为焦化。在操作过程中，活塞温度升高会增加焦化的风险，特别是在活塞的冠部下和平台区域。随着沉积物继续堆积，在各个表面上形成绝缘层。由于焦炭沉积物，循环油的冷却作用会减弱，这继而导致燃烧室表面的氧化和腐蚀，以及表面的过度回火。这样，活塞材料的机械性能降低，这可能导致裂纹形成。

发明内容

本申请的一个方面提供了一种用于内燃机的活塞，其包括用于减轻，减少或避免在发动机中的活塞运行期间积碳或结焦的涂层。所述活塞包括有铁类材料形成的主体部分和涂设在所述主体部分上的涂层。所述主体部分包括设有燃烧表面和冠部下表面的冠部，和从所述燃烧表面垂下的环形带区域。所述主体部分还包括从所述冠部垂下并由一对裙边部分彼此隔开的一对销凸起。所述涂层包括氟聚合物并且具有25微米至1毫米的厚度。

本申请的另一方面提供了一种制造活塞的方法。所述方法包括以下步骤：提供由铁类材料制成的主体部分。所述主体部分包括呈现有燃烧表面和冠部下表面的冠部，以及从所述燃烧表面垂下的环形带区域，所述主体部分还包括从所述冠部垂下并由一对裙边部分彼此隔开的一对销凸起。所述方法还包括在所述主体部分上涂设涂层。所述涂层包括氟聚合物并且具有25微米至1毫米的厚度。

附图说明

当结合附图考虑以下详细描述时，将更好地理解本发明，因此将容易地理解本发明的这些和其他优点，其中：

图1是根据一个示例性实施方案的包含通道的柴油发动机活塞的透视截面图，该活塞包括施加至冠部的涂层；和

图2是根据另一示例性实施例的无油道的柴油发动机活塞的透视截面图，该活塞包括施加至冠部的涂层。

示例实施例的具体说明

本申请的一个方面提供了一种具有涂层22的活塞20，其用于内燃机，例如重型柴油发动机或汽油发动机。在发动机中的活塞20在200至400℃的温度范围内运行期间，涂层22减少或避免了焦炭沉积物。因此，活塞20可提供循环油的改善的冷却效果，这进而导致减少的表面氧化和侵蚀以及减少的表面回火。这样，改善了活塞20的机械性能，并且减少了裂纹的形成。活塞20的示例在图1和2中示出。但是，涂层22可以被施加到具有其他设计的活塞上。