新型表面改性技术类金刚石碳覆膜及其应用

近年来，在摩擦学领域（摩擦、磨损、润滑），正出现一些引起广泛关注的材料，如被称为“类金刚石碳（DLC）”的覆膜材料。该材料因其物理性质类似于金刚石而得名。目前，包括各种非晶态碳，都在广义上被归纳为DLC。DLC具有降低摩擦、磨损的效果，所以在工程上倍受关注。目前，作为金属模具、切削工具、机械零件及汽车零部件中滑动部件的覆膜材料，DLC正被快速推向实用化。     

利用表面改性降低齿轮摩擦及提高表面强度

齿轮是车辆用变速器及发动机的重要部件,要求提高齿面强度及耐热胶黏性等的表面强度,以改善其动力性能及实现齿轮小型化的目标。文章着重介绍了利用软质覆膜以降低齿轮摩擦因数、提高齿面疲劳强度的具体方法及工艺措施;利用硬质覆膜,如类金刚石碳覆膜(DLC),以降低齿轮的摩擦和磨损,提高齿面滚动疲劳寿命及表面强度的实用工艺和处理效果。     

富士重工公司的新一代水平对置发动机

介绍日本富士重工公司开发的新一代水平对置4缸发动机。与原有的水平对置发动机相比,新型发动机加长了活塞的行程,设计的燃烧室非常紧凑,实现了主运动系零部件的轻量化,进、排气门均采用主动气门控制系统,并配装了高效率的小型机油泵,降低了发动机的摩擦损失,使燃油耗降低约10％。     

有利于降低发动机燃油耗的活塞裙部表面处理工艺

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。     

利用微粒子喷射的表面改性技术及其应用

利用高速微粒子撞击工件的表面改性工艺(WPC处理),可以通过向工件赋予残余应力及提高表面硬度来提高零部件的疲劳强度。另外,在滑动构件表面形成微细的酒窝状(浅凹洼)表面,即形成油洼,可改善润滑性能,有利于滑动接触零件如齿轮、轴承的低摩擦化及长寿命化。介绍了WPC处理的工作原理、应用效果以及与DLC覆膜等进行复合处理后提高工件寿命的实例。     

活塞组降低摩擦的潜力及其裙部涂层的影响

降低发动机的内部摩擦是发动机开发的重要目标之一。Mahle公司开发出一种整机摩擦功率试验台，作为重要的开发工具，其不仅能在外源增压倒拖运转情况下，而且能在着火运转的发动机上，对所有对摩擦功率有影响的发动机零部件进行参数试验，确定出活塞组各个结构参数降低摩擦的潜力，并借助于试验设计程序为每种试验方案绘制了摩擦功率特性曲线场。同时，为了查明活塞裙部涂层对降低摩擦和磨损的作用和潜力，对3种不同涂层材料进行了摩擦和磨损试验，然后对各项参数对降低摩擦功率的效果进行排序。它可为发动机试图达到更合理的结构设计提供参考。     

发动机气门与座圈强化磨损试验系统的开发与研制

介绍了一种自制的发动机气门与座圈强化磨损试验系统的组成和功能,该试验系统由配气传动系统,高温系统,控制系统,润滑系统和冷却水系统组成,可在短时间内快速获得气门与座圈的磨损下沉量.该试验系统可进行气门与气门座圈材料、硬度的匹配试验,可研究工作参数对气门与座圈磨损寿命的影响,可研究气门与座圈摩擦副的摩擦学性能.利用该试验系统进行某型号发动机气门与气门座圈多方案匹配磨损试验,选出了最佳匹配方案.     

Hyundai汽车公司连续可变气门升程汽油机的开发

开发了一种采用连续可变气门升程（CVVL）机构的汽油机。这一CVVL机构是韩国Hyundai汽车公司设计的，其特点是结构紧凑。CVVL汽油机的高度没有增加，因而可与基本型汽油机使用相同的车辆罩盖型线。基本型汽油机不采用CVVL技术，除气门系统外，其他发动机规格均相同。CVVL机构基于6杆机构设计，虽然在气门升程相同时，CVVL汽油机气门机构的摩擦高于基本型汽油机，但与Hyundai汽车公司生产的其他汽油机相比仍具有竞争力。与基本型汽油机相比，CVVL汽油机的燃油耗减少了5％以上，这主要得益于泵气损失和摩擦的减小。6杆机构具有较低的气门开启持续期一升程比，这对减小泵气损失有很大益处。新开发的CVVL机构拥有良好的动力学特性，并且气门升程曲线随发动机转速的变动最小，在标定转速相同的情况下，与基本型汽油机相比，CVVL汽油机的最大功率增加3％以上。CVVL汽油机在采用延迟点火冷起动之后的怠速运转很稳定，而延迟点火确保了催化剂快速加热。     

降低汽车燃油耗的摩擦学技术

降低发动机燃油耗和减少二氧化碳排放是满足日趋严格的排放法规要求的必经之路。针对降低发动机燃油耗的课题,以发动机周边零部件为中心,着重介绍丰田汽车公司开展的摩擦学相关研究。就利用摩擦学技术降低燃油耗的具体方法,阐述了在优化气缸内圆面（工作表面）、改进活塞组件、优化气门机构及曲轴轴承等方面采用的新技术和新工艺,评价了上述技术措施对降低燃油耗及二氧化碳排放的效果。同时指出,即便是当代先进的内燃机。在利用摩擦学技术与手段优化其内部摩擦及降低燃油耗方面．仍具有很大的发展潜力。     

可变气门机构技术的发展与动向

可变气门机构现已几乎成为车用汽油机的标准配置，对提高发动机效率及降低发动机排放正在发挥较大的作用。介绍了可变气门机构的种类及结构，并较为详细地描述了可变气门机构的发展过程和采用的新技术，以及在不同时期对提高发动机性能所作出的贡献，也阐述了可变气门机构技术未来的发展动向。     

2．0L涡轮增压进气道喷射与缸内直接喷射汽油机应用无节气门负荷控制策略的对比研究

对1台2．0L涡轮增压进气道喷射汽油机和1台对比用的2．0L涡轮增压缸内直接喷射汽油机进行了台架试验研究,这2台汽油机都采用全机械式连续可变气门升程技术的无节气门负荷控制策略。对比中使用的基础发动机是不带连续可变气门升程机构的缸内直接喷射涡轮增压汽油机。运行试验重点是研究部分负荷时的燃油耗及全负荷时的低速最大扭矩。在这2种发动机运行模式下,采用连续可变气门升程机构后,发动机性能比无连续可变气门升程机构的涡轮增压发动机更好。这是因为更好的涡轮增压器响应优化了扭矩特性。带连续可变气门升程机构的涡轮增压进气道喷射发动机的扭矩与涡轮增压直接喷射的基础发动机相当,但低速状态下扭矩比基础发动机更好。涡轮增压连续可变气门升程缸内直接喷射汽油机在全负荷低速状态下能获得最大扭矩。涡轮增压连续可变气门升程进气道喷射汽油机在降低燃油耗方面具有更大的潜力。     

汽车排气系统用高性能钛合金的开发

近年来，钛及钛合金已被应用于发动机气门、汽车悬架弹簧、连杆及排气系统零部件，其应用范围呈增长趋势。研究了具有与工业用纯钛相同的冷加工性，并大幅提高了高温特性的钛合金。描述了新开发钛合金的设计理念及各项特性，对该合金的实用化现状等作了阐述。     

座合面经强化处理的气门的耐磨性

柴油机气门工作在复杂的摩擦条件下，在有些机车用柴油机上，气门的更换率高达６０％－６５％，为了延长气门的使用寿命，本文在研究新气门和修复气门质量并对其机械性能和耐磨性进行了评定的基础上，对进气门用的２０ＸＨ４ΦＡ号钢，排气门用的４５Ｘ１４Ｈ１４Ｍ２Ｂ号钢以及强化气门锥面用的堆焊料ПГ－１２Ｈ－０１和Ｂ３Ｋ作了比较分析，并得出相应的结论。     

带有可变气门正时和升程的新一代V8发动机的开发

介绍了为Infiniti FX50车开发的新款5．0L V8发动机VK50VE。VK50VE发动机配备了能够对气门正时和升程进行连续控制的机构,即可变气门正时和升程（VVEL）机构,以及对进、排气凸轮轴都能控制的液力可变气门正时控制系统,即双可变气门正时控制（D—VTC）系统。与之前用于FX45车的VK45DE发动机相比,这款新型发动机能够在节气门全开时获得较高的动力性,同时提供更佳的燃油经济性。另外,通过VVEL和D-VTC优化气门正时,这款发动机的排放性能较之VK45DE也有所改善。介绍了VK50VE发动机的技术特点,以及新近为改善带有VVEL和D-VTC系统的废动机性能而开发的控制技术．     

具备相位可变功能的机械式连续可变气门机构的开发

已开发出可广泛应用于车用发动机的新型气门相位及升程／持续角连续可变机构。新机构可在发动机运行过程中同时、连续改变气门相位和升程,以及气门开启持续角。多体动力学模拟定向研究预测到在初始设计阶段没有预见的问题,在未经试验的情况下改善了该机构的性能。单缸机气缸盖上的原型机成功运转至发动机转速7000r／min,达到了目标发动机转速范围。介绍该新型机构的开发过程及设计方案。     

降低发动机二氧化碳排放的减摩技术

在车用发动机的开发中，改善燃油经济性、减少二氧化碳排放、降低发动机组件的摩擦等都是有待解决的重要课题。基于发动机减摩的常用策略，即降低滑动部位的摩擦因数，降低滑动摩擦部位承受的载荷，缩小滑动部位面积等，介绍近年来发动机减摩技术应用的部分实例，并评价其效果。同时，阐述降低机油泵及辅机皮带传动部件摩擦对发动机减摩的作用及其潜力。     

利用锻造加工工艺低成本批量生产空心气门头的发动机气门

三菱重工公司利用锻造技术加工出空心气门头的发动机气门,产品具有轻量且高强度的特性,并实现了批量生产。与传统的同类空心气门相比,此次开发的空心气门头发动机气门在大幅降低生产成本的同时,还成功地将产品质量减轻了约20％。在全球二氧化碳（CO2）排放法规不断收紧的背景下,这对改善汽车的燃油经济性而言意义重大。     

极限值中速试验机的设计与应用

本文介绍的极限值发动机(EVE)是一种独特的缸径为200mm、专门用于试验研究的中速试验机,其基本结构设计成可满足高负荷和易于接近燃烧室的需要。电空系统的采用扩展了发动机的能力,使之可以实时修改若干参数,能够快速改变气门定时、增压空气参数、排气背压以及燃油喷射参数。在2001年CIMAC会议上首次介绍了该单缸试验机,在2004年CIMAC会议上介绍了其首次运行试验情况。其后,在赫尔辛基理工大学的内燃机实验室完成了几种不同的发动机试验。这些试验导致了发动机和辅助系统的某些修改,使其实用性、运行可靠性和安全性得到提高。在首台样机试验和经验基础上推出了一种全新的第二代气门系统。该系统是与坦佩雷理工大学液力与自动化研究所合作研制的。新的气门装置有两个致动器(原先的系统采用4个),而且发动机机油用作液压流体。高速控制系统重新编程,以充分发挥气门系统可控性的优势。为了产生与产品发动机相似的燃烧室条件,更换了气缸盖和喷射系统。在本文中将介绍该发动机目前的运行状态,其中着重介绍试验发动机的试验结果和运行结果。特别令人感兴趣的是电子-液压气门系统、发动机控制系统和辅助系统。文中将对气门运行数据(诸如开/关点和速度、气门升程、可调气门重叠角和各种运行模式)、增压空气压力和温度限值、燃料喷射系统性能、冷却系统参数以及测量系统与测试仪器逐一进行介绍。另外,还将介绍一维模型的结构,该模型用于许多方面,本文介绍其在支持实验室试验或在设计、评估未来发动机研究工作中具备的优势。     

微粒子喷射处理与硬质覆膜形成的复合处理技术

微粒子喷射处理是喷丸强化处理的一种方式,是用高速微粒子撞击工件表面,令其产生残余应力,从而提高表面硬度及疲劳强度的工艺。而近年来,类金刚石碳覆膜(DLC)本身有良好的特性,但经过这种涂复处理的工件,需要解决覆膜密合性问题,通过微粒子喷射与硬质覆膜形成的复合层,则可弥补各自的缺点,发挥有效作用。文章介绍了微粒子喷射处理及硬质覆膜复合处理的原理和功效。     

前端皮带传动系统节能技术的开发

近年来,汽油机呈现向高性能、高效率和环保型动力装置发展的趋势。因此,在开发汽车发动机的性能和硬件时,高燃油效率成为重要的目标之一。发动机不仅要具备提供车辆行驶的动力,还要为用户带来愉悦的驾驶感受。采用前端皮带传动（FEAD）系统驱动发电机、空调压缩机和动力转向泵等附件。为此,发动机通常要消耗30％～40％的驱动功率。介绍通过开发FEAD系统零部件或机构实现汽油机高燃油效率的摩擦测量方法和试验规程。通过在装有专用扭矩仪的FEAD系统上测量原始摩擦扭矩,获得高燃油效率的基本数据,这种扭矩仪是专门为在曲轴皮带轮上测量FEAD系统摩擦扭矩设计的。此外,为了尽量减小韩国现代汽车公司开发和批量生产的Theta-II2．4L缸内直喷汽油机所使用的皮带传动系统摩擦,设计和评估了辅助皮带传动系统的新布局。分析结果验证了在FEAD系统上使用摩擦测量技术和试验规程所能获得的减摩效果。