[发明专利]无衬套发动机

说明书

技术领域

本披露大体涉及发动机，且更具体地，涉及无衬套发动机。

背景技术

发动机，诸如内燃机，通常包括金属汽缸体，该汽缸体限定一个或多个气缸孔，还包括相应数量的金属活塞，所述活塞在发动机的运行期间在所述孔内可滑动地平移。这样的发动机常常在高温和高压下运行，且活塞可以以高速在相应的孔内往复地平移。活塞大体上以紧密公差配合到孔中，且与公差的任何偏差可以对活塞和孔之间的金属对金属的接触起作用。这样的金属对金属的接触可以损伤孔和/或活塞。例如，金属活塞可以磨损、划伤和/或磨光气缸孔。当活塞和孔用类似的金属形成时，和/或当发动机在极端环境温度下运行时，来自金属对金属接触的损伤还可以恶化。

为了最小化活塞与汽缸体的相对较软的金属之间的金属对金属的接触，衬垫或衬套经常通过将汽缸体绕衬垫或衬套铸造而布置在活塞和相应的孔之间。衬垫或衬套可以用硬的、耐用的材料形成，所述材料在与活塞的金属接触时不磨蚀或被损害。然而，这样的衬垫可增加发动机的重量，引起增加的材料和处理成本，以及可以使汽缸体铸造和加工过程很复杂。

发明内容

一种无衬套发动机，包括铸件，所述铸件限定孔，所述孔具有内表面和中央纵向轴线，其中，铸件用可浇铸铝硅合金形成。铝硅合金包括铝和多个硅颗粒，所述多个硅颗粒，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，存在于约11份重量至约12.5份重量的范围内。内表面具有表面变化部，其由朝向中央纵向轴线突出约0.6微米约1.5微米的至少一些硅颗粒限定。无衬套发动机还包括活塞，所述活塞可滑动地布置在孔内。活塞配置为用于沿中央纵向轴线平移，并用铝合金形成。进一步，活塞包括本体，该本体具有裙部，其中，所述裙部涂布有第一涂层。活塞还包括至少一个环，其在垂直于相应中央纵向轴线的平面中环绕本体，并且其布置为与所述本体接触。所述至少一个环涂布有金刚石类涂层，当布置为与多个硅颗粒中的至少一些接触时，该涂层实质上没有磨蚀。

在一个变体中，可浇铸铝硅合金还包括铜，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述铜存在于大于约0.5份重量的范围内；镍，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述镍存在于大于约0.2份重量的范围内；镁，基于可浇铸铝硅合金的100份重量，所述镁存在于约0.2份重量至约1.0份重量的范围内；以及锰和铁，基于所述可浇铸铝硅合金的100分重量，所述锰和铁呈现为，比值大于约1.2份所述锰的重量与约1份所述铁的重量之比。进一步，多个内表面中的每一个限定多个孔，所述孔具有小于约100微米的平均尺寸，以及基于可浇铸铝硅合金的100份体积，所述微孔呈现为在小于约0.1份体积的范围内。无衬套发动机还包括多个活塞，所述多个活塞中的每一个都可滑动地布置在多个孔中的相应的一个中，以在多个活塞中的每一个和多个内表面的相应的一个之间限定多个空隙。多个空隙中的每一个都具有在约-40℃的温度下小于或等于约25微米的第一厚度。进一步，多个活塞中的每一个都配置为用于沿多个中央纵向轴线中的相应的一个往复地平移，所述活塞用铝合金形成，并具有小于约15微米的圆柱度。每一个活塞包括本体和至少一个环，该本体具有裙部，其中，裙部涂布有第一涂层。所述至少一个环在垂直于相应的中央纵向轴线的平面中环绕本体，并且其布置为与所述本体接触。所述至少一个环具有第一端和与第一端隔开的第二端，以在其之间限定缺口，该缺口具有在约-40℃的温度下、约4微米至约10微米的第二厚度。进一步地，所述至少一个环涂布有金刚石类涂层，当布置为与多个硅颗粒中的至少一些接触时，该涂层实质上没有磨蚀。

在另一变体中，多个硅颗粒中的每一个具有小于约10微米的平均颗粒大小和小于约3∶1的纵横比。可浇铸铝合金实质上也没有初生硅(Primary Silicon)。另外，多个活塞中的每一个的本体都具有近边、与所述近边隔开的远边、和裙部，所述裙部布置在远边和近边之间。裙部在远边处涂布有第一涂层，该第一涂层是非牺牲性的，且在活塞沿相应的中央纵向轴线往复地平移时，最小化活塞的铝合金与铸件的铝之间的接触。所述至少一个环还涂布有金刚石类涂层，该金刚石类涂层是非牺牲性的并当布置为与多个硅颗粒中的至少一些接触时实质上没有磨蚀，以由此最小化在活塞沿相应的中央纵向轴线往复地平移时所述至少一个环和铸件的铝之间的接触。