具有降低剪切阻力的花纹的发动机的制作方法

相关申请的交叉引用本申请要求韩国专利申请第10-2016-0115483号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。本发明的示例性实施方案涉及发动机，更具体地涉及通过在汽缸内孔的内表面上形成的降低剪切阻力的花纹而改进燃料效率的发动机。
背景技术：
：近年来，基于牛顿粘性定律发动机通过减小汽缸内孔和活塞之间的接触面积从而减少由于剪切阻力(摩擦力)造成的损失，从而应对国内外加强的法规和燃料效率规定。汽缸内孔和活塞是发动机内的首先点火并造成摩擦的部分。这里，根据冲程周期(例如四冲程)竖直往复运动的活塞上附接的活塞环接触汽缸内孔的内部从而造成摩擦，并由于剪切阻力(摩擦力)造成损失。所述损失直接与燃料效率相关，因此造成发动机的效率降低。目前，对汽缸内孔的顶部部段进行加工的激光法和飞切法是用于减小汽缸内孔和活塞的接触面积的代表性方法。激光法是在汽缸内孔上进行粗珩磨加工和半精珩磨加工，通过激光加工在汽缸内孔的内表面上沿着汽缸内孔的顶部部段的内表面形成多个凹槽，然后在汽缸内孔上再次进行精珩磨加工的方法，飞切法是在汽缸内孔上进行珩磨加工并且通过小工具加工在汽缸内孔的内表面上沿着汽缸内孔的顶部部段的内表面形成多个凹槽的方法。然而，激光法和飞切法需要过多的加工时间才能形成凹槽，因此非常难以适应批量生产的生产率。总而言之，激光法和飞切法的问题在于，加工的凹槽部分限制于汽缸内孔的整个部段的顶部部段，因此降低由于剪切阻力(摩擦力)造成的损失的效果极小。其原因在于，正如通过stribeck曲线(其为摩擦系数根据速度变化的指标)可知，流体润滑部段形成驱动区域中的最大部段，而汽缸内孔的整个部段的中间部段基于stribeck曲线以最快速度形成。公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般
背景技术：
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：本发明的各个方面旨在提供具有降低剪切阻力的花纹的发动机，基于stribeck曲线，通过在汽缸内孔和活塞之间的接触部段中加工具有优化的花纹形状和花纹密度的纹理花纹最大化地减小接触面积，特别是使用汽缸内孔的中间部段最大化地减小剪切阻力(摩擦力)损失，所述发动机能够极大地增加改进燃料效率的贡献率。本发明的其它目的和优点可以通过如下描述而理解，并且参考本发明的实施方案而变得清楚。同样地，本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过要求保护的装置或其组合而实现。根据本发明的示例性实施方案，一种发动机包括：汽缸内孔，所述汽缸内孔被构造成具有通过设定顶部部段、底部部段和中间部段h而形成的燃烧室，上死点在所述顶部部段中形成，下死点在所述底部部段中形成，所述中间部段h在顶部部段和底部部段之间形成；纹理花纹，所述纹理花纹通过使用汽缸内孔的内表面在中间部段中形成从而降低汽缸内孔的剪切阻力；以及缸套，所述缸套形成汽缸内孔并且具有在其中挖掘的油槽，油槽暴露于汽缸内孔并且被机油填充，所述缸套形成汽缸体。当顶部部段、中间部段和底部部段设定为整个高度时，相对于100％的整个高度，中间部段可以为50至54％。纹理花纹可以形成相对于中间部段的面积等于或小于50％的花纹密度。纹理花纹可以由具有直径和深度的纹理凹槽形成，所述直径由圆、椭圆、六边形和正方形的一者形成，所述深度考虑机油滞留体积，并且纹理凹槽可以由形成花纹布局的组形成，其中水平菱形形状或竖直菱形形状重复。所述直径的尺寸可以小于与在汽缸内孔中竖直往复运动的活塞联接的活塞环的宽度，并且可以大于在汽缸内孔的内表面上形成的油膜的厚度。菱形形状可以具有水平菱形形状或竖直菱形形状，其中纹理凹槽重复地形成四个成对设置的第一、第二、第三和第四纹理凹槽，并且排成一列的第一和第二纹理凹槽的槽距和排成一排的第三和第四纹理凹槽的槽距彼此不同。通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。附图说明图1为发动机的构造图，其中根据本发明的示例性实施方案的降低剪切阻力的花纹以纹理花纹的形式实施。图2为显示根据本发明的示例性实施方案的纹理花纹的优化内孔布局的示例的图。图3为显示根据本发明的示例性实施方案的用于优化内孔布局的stribeck曲线的示例的图，其中：μ：油粘度；u：活塞速度；w：压力润滑参数(μu/w)；tdc：上死点；bdc：下死点。图4a、4b为显示根据本发明的示例性实施方案的纹理花纹被优化的花纹布局的示例的图。图5a、5b为显示根据本发明的示例性实施方案的纹理花纹的花纹布局改变的示例的图。图6为显示根据本发明的示例性实施方案的纹理花纹中形成的纹理凹槽的直径被优化的示例的图。图7为显示根据本发明的示例性实施方案的纹理花纹中形成的纹理凹槽的形状被改变的示例的图。图8为显示根据本发明的示例性实施方案的纹理花纹中形成的纹理凹槽的深度被优化的示例的图。图9为取决于根据本发明的示例性实施方案的各种纹理花纹的降低剪切阻力的性能的对比图。应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在这些图中，贯穿附图的多幅图，附图标记涉及本发明的相同或等同的部分。具体实施方式下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。参考图1，发动机100包括：活塞1，所述活塞1在燃烧时通过竖直往复冲程产生输出；缸套3，所述缸套3形成有汽缸内孔3-1，所述汽缸内孔3-1形成与活塞1的接触表面；以及纹理花纹10，所述纹理花纹10通过在汽缸内孔3-1的中间部段h中形成的降低剪切阻力的花纹来降低接触表面的剪切阻力，其中汽缸内孔3-1形成燃烧室并且缸套3形成汽缸体。具体而言，活塞1联接至分成顶环1-1、中环1-2和底环1-3的活塞环，其中活塞环1-1、1-2和1-3形成与汽缸内孔3-1的内表面的接触表面。通过在缸套3上以预定深度和预定间隔挖掘而形成的多个油槽(oilpocket)3-2从汽缸内孔3-1的内表面暴露从而形成活塞1和汽缸内孔3-1之间的非接触表面，并且形成油膜5从而用机油覆盖活塞1和汽缸内孔3-1之间的接触表面，同时油槽3-2被机油填充。具体而言，纹理花纹10由一组形成特定排列的纹理凹槽10-1形成，所述纹理凹槽10-1在汽缸内孔3-1的中间部段h通过在缸套3上以特定深度和间隔挖掘而形成。纹理凹槽10-1的尺寸、深度和间隔小于油槽3-2的尺寸、深度和间隔。纹理花纹10可以通过包括激光法和飞切法的各种加工法进行加工。参照应用于图2的汽缸内孔3-1的内孔布局，内孔布局将汽缸内孔3-1的整个长度l分成顶部部段l顶部和底部部段l底部，在所述顶部部段l顶部中形成活塞1的上死点，在所述底部部段l底部中形成活塞1的下死点，其中顶部部段l顶部和底部部段l底部之间的部段被设定为中间部段h。这里，整个部段l表示在燃烧时活塞1竖直往复运动的冲程长度。当整个高度l设定为100％时，中间部段h可以在50至54％处形成，顶部部段l顶部可以在18至20％处形成，并且底部部段l底部可以在28至30％处形成。中间部段h形成纹理花纹10，纹理花纹10由成组的纹理凹槽10-1形成，并且纹理凹槽10-1分成顶环1-1、中环1-2和底环1-3从而形成非接触表面，联接至活塞1的活塞环在所述非接触表面处不与汽缸内孔3-1的内表面接触。此外，纹理凹槽10-1形成被形成油膜5的机油填充的空间。当中间部段h的面积设定为100％时，通过所述成组的纹理凹槽10-1形成的花纹密度不超过50％。此外，可以大量地形成纹理凹槽10-1的成排阵列始终与活塞环重叠的部段。参考图3，可以理解的是通过stribeck曲线(其代表摩擦系数根据速度的变化)证明内孔布局的优化依据。如图所示，stribeck曲线代表在发动机的驱动区域中，最大部段为流体润滑部段且在中间部段中产生最快速度。因此，当在汽缸内孔3-1的整个高度上，形成上死点的顶部部段l顶部和形成下死点的底部部段l底部之间的部段设定为中间部段h时，中间部段h为流体润滑部段和最快速度部段。因此，实验证明当在中间部段h而非顶部部段中形成纹理花纹10时，产生降低剪切阻力(摩擦力)的最佳效果。参考图4a、4b，应用于纹理花纹10的纹理凹槽10-1分别具有形成圆的直径d、在缸套3中挖掘的深度k和形成其间间隔的槽距p，并且具有设定的花纹密度。例如，直径可以设定为0.5mm，深度可以设定为0.002mm，槽距可以设定为0.673mm，并且花纹密度可以设定为等于或小于50％。当花纹密度为50％时，槽距可以设定为0.173mm。此外，通过重复水平菱形形状10-3形成应用于纹理花纹10的花纹布局，所述水平菱形形状中以槽距p的间隔形成的四个纹理凹槽10-1成对地形成。具体而言，四个纹理凹槽10-1分成第一、第二、第三和第四纹理凹槽。这里，两个第一和第二纹理凹槽排成一列并且剩下两个第三和第四纹理凹槽排成一排，并且排成一列的第一和第二纹理凹槽之间的间隔具有一倍槽距p，而排成一排的第三和第四纹理凹槽之间的间隔具有两倍槽距p+p，因此形成水平菱形形状10-3。如图2所示，水平菱形形状10-3可以大量地形成纹理凹槽10-1的成排阵列始终与活塞环重叠的部段。然而，水平菱形形状10-3可以进行各种改变。图5a、5b显示了水平菱形形状10-3改变成竖直菱形形状10-3-1的示例。其中：直径0.5mm槽距0.673mm深度0.002mm密度50％如图所示，竖直菱形形状10-3-1的不同之处仅在于四个纹理凹槽1的排列位置并且具有与水平菱形形状10-3相同的直径d、深度k、槽距p和花纹密度。具体而言，在四个纹理凹槽10-1中排成一列的两个纹理凹槽10-1之间的间隔具有两倍槽距p+p，而排成一排的两个纹理凹槽10-1之间的间隔具有一倍槽距p，因此形成竖直菱形形状10-3-1。因此，相对于水平菱形形状10-3，竖直菱形形状10-3-1形成的纹理凹槽10-1的成排阵列始终与活塞环重叠的部段略小。参考图6，可以理解的是考虑活塞环和油膜5来优化纹理凹槽10-1的直径d。具体而言，纹理凹槽10-1的直径d小于顶环1-1的宽度，因此顶环1-1的宽度完全覆盖纹理凹槽10-1，避免燃烧之时产生的窜气穿过纹理凹槽10-1。此外，纹理凹槽10-1的直径d大于油膜5的高度h，保证了顶环1-1的降低摩擦的效果。例如，当顶环1-1的宽度为1.2mm并且油膜5的高度h为0.2mm时，纹理凹槽10-1的优化直径d为0.5mm。然而，纹理凹槽10-1的直径d可以进行各种改变。图7显示了圆形纹理凹槽10-1改变成椭圆形纹理凹槽10-1-1的示例，所述椭圆形纹理凹槽10-1-1具有较长直径d1和较短直径d2。考虑活塞环和油膜5来优化椭圆形纹理凹槽10-1-1的较长直径d1和较短直径d2，因此较长直径d1设定为0.5mm，较短直径d2设定为大于0.3mm但是小于0.5mm。因此，如同纹理凹槽10-1，椭圆形纹理凹槽10-1-1也可以中断窜气并且保证顶环1-1的降低摩擦的效果。参考图8，可以理解的是考虑机油滞留体积(oilretentionvolume，orv)来优化纹理凹槽10-1的深度k。具体而言，纹理凹槽10-1的深度k使用orv(cc)–深度(mm)的曲线图，并且通过所述曲线图确定响应深度k的耗油量的增加从而使用耗油量最小的深度。因此，考虑到0.002至0.010mm(或2至10μm)，纹理凹槽10-1的优化深度k为0.002mm(或2μm)，使得用于降低剪切阻力的耗油量达到最小化。同时，参考图9，可以理解的是基于(a)具有圆形结构的纹理凹槽10-1，纹理凹槽可以改变成包括如下的各种结构：(b)具有六边形结构的六边形纹理凹槽10-1b，(c)具有更大尺寸的六边形结构的延伸的六边形纹理凹槽10-1c，(d)具有正方形结构的正方形、六边形纹理凹槽10-1d，等。此外，如图所示，可以理解的是在(a)、(b)、(c)和(d)的每种情况下，纹理花纹10应用于汽缸内孔3-1的中间部段h从而实现相似的降低剪切阻力的性能。根据如上所述的根据本发明的示例性实施方案的发动机，形成上死点的顶部部段l顶部和形成下死点的底部部段l底部之间的部段设定成中间部段h，并且在中间部段h中基于stribeck曲线加工纹理花纹10从而通过活塞1和汽缸内孔3-1之间的接触表面使剪切阻力的降低达到最大化，并且最大化地减少由于摩擦力造成的损失，大量增加改进燃料效率的贡献率。根据本发明的示例性实施方案的发动机，相比于使用汽缸内孔的顶部部段的现有方案，通过在汽缸内孔的中间部段中形成纹理花纹，能够通过大量减小活塞环和汽缸内孔之间的接触面积从而使接触面积的减小率达到最大化。此外，根据本发明的示例性实施方案的发动机，除了使用汽缸内孔的中间部段使接触面积的减小率达到最大化之外，还能够通过优化花纹密度使由于剪切阻力(摩擦力)造成的损失的减少达到最大化。此外，根据本发明的示例性实施方案的发动机，通过在汽缸内孔的中间部段形成的纹理花纹实现的最小接触面积、优化花纹和最小损失的协同作用，能够使改进燃料效率的贡献率达到最大化。为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背后”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。当前第1页12