用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的鏈條導(dǎo)軌和張緊臂上的類金剛石碳涂層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中與正時鏈條結(jié)合使用的鏈條導(dǎo)軌和張緊臂。更具體地，本發(fā)明涉及具有耐磨損、類金剛石碳涂層的鏈條導(dǎo)軌和張緊臂。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包含涉及配氣機(jī)構(gòu)和平衡軸鏈傳動系統(tǒng)的鏈條導(dǎo)軌和鏈條張緊裝置。這樣的鏈條取代，例如，連接曲軸和凸輪軸的齒輪和正時皮帶。與早期連接曲軸和凸輪軸的方法相比，雖然提供了較高的性能和耐久性，但是正時鏈條必須在預(yù)定量的張力下操作，以最小化磨損，并降低振動和噪音。
[0003]為了滿足這種需求，正時鏈條在對它的整個行程的張力下通過一個或多個鏈條張緊裝置放置。通常提供在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的鏈條張緊臂應(yīng)對鏈條的縱向拉伸并控制鏈條的縱向和橫向振動，這種振動可能是由凸輪軸、曲軸及相關(guān)組件引起的激勵造成的。鏈條導(dǎo)軌與鏈條張緊臂結(jié)合使用以保持鏈條行程的正確路線。
[0004]根據(jù)已知的技術(shù)，鏈條張緊臂和鏈條導(dǎo)軌由多種金屬一一通常是鑄造金屬一一中的任何一種組成。雖然提供了總體滿意度，但是由于金屬與金屬的摩擦，已知現(xiàn)代的金屬鏈張緊臂和導(dǎo)軌有時會被過早地磨損并且產(chǎn)生不合需要的發(fā)動機(jī)噪音水平。事實上，與皮帶或齒輪傳動系統(tǒng)相比，鏈傳動系統(tǒng)具有相對較大的摩擦。
[0005]針對這一問題，已經(jīng)提出了使用各種塑料作為鏈條張緊臂和導(dǎo)軌的材料。然而，雖然解決了由已知的金屬張緊裝置和導(dǎo)軌所引起的發(fā)動機(jī)噪音問題，但是這些組件的塑料變體仍然遭受不良的磨損特性。
[0006]在車輛技術(shù)的諸多領(lǐng)域，總是存在與在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中使用的正時鏈條張緊臂和導(dǎo)軌的設(shè)計相關(guān)的改進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明通過以實用、有效且合算的方式為這樣的組件提供減摩、耐磨損表面來克服已知的正時鏈條張緊臂和導(dǎo)軌存在的問題。根據(jù)本發(fā)明，鏈條張緊臂和導(dǎo)軌的鏈條接觸表面都涂覆有減摩材料。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，類金剛石碳涂層在塑料鏈條張緊臂和鏈條導(dǎo)軌的鏈條接觸表面上形成。類金剛石碳涂層或非晶碳?xì)浔∧ぬ峁┝死喂痰卣掣皆谒芰匣咨系挠驳?、耐磨損的薄膜。這種涂層提供了非常理想的表面性能，包括耐磨損性、低摩擦、潤滑相容性、以及其他有利的化學(xué)性質(zhì)。
[0009]類金剛石碳涂層通過包括物理氣相沉積(PVD)的方法在基底上形成，例如，通過由非晶碳?xì)洹⒐钃诫s的非晶碳?xì)?、硼、氮、氮化硼、或金屬和摻雜的非晶碳?xì)?、硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼，以及它們的混合物的各種組合組成的涂層系統(tǒng)的濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)。類金剛石碳涂層的厚度可以圍繞基底的鏈條接觸表面變化，以便實現(xiàn)最有效的結(jié)果O
[0010]將類金剛石碳涂層施加到尼龍基底的優(yōu)選方法是基于等離子體的離子注入與沉積的混合過程(PIIBD)。該過程允許類金剛石碳涂層在相對低的溫度下在基底上的沉積，從而避免了基底的變形風(fēng)險，基底的變形風(fēng)險可能是由用于涂層施加的方法需要較高熱量引起的。
[0011]類金剛石碳涂層可以通過氣相沉積施加到尼龍基底上，或者直接到鏈條接觸表面或者在沉積之前在基底上形成的初始表面上。
[0012]鏈條張緊臂或?qū)к壙梢杂蛇m合該目的的任何數(shù)量的塑料制成，盡管合成聚合物一一例如脂肪族聚酰胺尼龍一一是優(yōu)選材料。基底可以是常見的尼龍或可以是用玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中與正時鏈條滑動接觸的組件，該組件包含:
[0014]組件本體，其具有滑動鏈條接觸面，所述本體是由聚合材料組成的，所述聚合材料是脂肪族聚酰胺；以及
[0015]在所述接觸面上形成的非晶碳涂層。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述組件從由正時鏈條導(dǎo)軌和正時鏈條張緊臂組成的組中選擇。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述聚合材料是脂肪族聚酰胺。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，組件本體包括從由玻璃纖維、碳纖維、鈦和鐵組成的組中選擇的一個或多個附加組件。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述脂肪族聚酰胺是尼龍。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述非晶碳涂層是從由非晶碳?xì)?、硅摻雜的非晶碳?xì)?、硼、氮、氮化硼、或金屬和摻雜的非晶碳?xì)洹⒐?、碳化硅、氮化硅、氮化硼、以及它們的混合物中的一種或多種組成的組中選擇。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述滑動鏈條接觸面包括所述滑動鏈條接觸面和所述碳涂層之間的中間層。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述中間層是硅。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，提供一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中與正時鏈條滑動接觸的組件，該組件包含:
[0024]組件本體，其具有滑動鏈條接觸面，所述本體是由聚合材料組成的，所述組件本體包括從由玻璃纖維、碳纖維、鈦和鐵組成的組中選擇的一個或多個附加組件；以及
[0025]在所述接觸面上形成的非晶碳涂層。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述組件從由正時鏈條導(dǎo)軌和正時鏈條張緊臂組成的組中選擇。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述聚合材料是脂肪族聚酰胺。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述脂肪族聚酰胺是尼龍。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述非晶碳涂層是從由非晶碳?xì)?、硅摻雜的非晶碳?xì)?、硼、氮、氮化硼、或金屬和摻雜的非晶碳?xì)?、硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼、以及它們的混合物中的一種或多種組成的組中選擇。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述滑動鏈條接觸面包括所述滑動鏈條接觸面和所述碳涂層之間的中間層。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述中間層是硅。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，提供一種給內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中與正時鏈條具有滑動接觸的組件涂覆的方法，該方法包含以下步驟:
[0033]用聚合材料制成組件，所述組件具有鏈條接觸表面；
[0034]清洗所述組件；
[0035]使用乙炔等離子體在約_2kV和約-SkV之間的脈沖電壓下形成類金剛石非晶碳涂層；以及
[0036]通過混合氣體將所述類金剛石碳涂層薄膜施加到所述組件的所述鏈條接觸表面。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述類金剛石非晶碳涂層是從由非晶碳?xì)洹⒐钃诫s的非晶碳?xì)?、硼、氮、氮化硼、或金屬和摻雜的非晶碳?xì)?、硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼、以及它們的混合物中的一種或多種組成的組中選擇。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述組件是由脂肪族聚酰胺制成的且包括由玻璃纖維、碳纖維、鈦和鐵組成的組中的一個或多個組件。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述清洗步驟包括使用氬氣和甲烷混合氣體的等離子體濺射清洗基底，并且在所述清洗步驟之后且在所述形成類金剛石非晶碳涂層之前包括通過六甲基二硅氧烷作為前驅(qū)體氣體流動使基底經(jīng)受硅離子注入形成中間層的步驟。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中所述混合氣體是乙炔和甲苯的混合物。
[0041]當(dāng)結(jié)合所附附圖時從以下【具體實施方式】中，上述優(yōu)點和其他優(yōu)點和特征將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0042]為了更完全地理解本發(fā)明，現(xiàn)在應(yīng)該參考所附附圖中更詳細(xì)地說明的和以下通過本發(fā)明的示例描述的實施例，其中:
[0043]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思在具有類金剛石碳涂層的鏈條張緊臂和鏈條導(dǎo)軌上引導(dǎo)的具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)鏈條的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一部分的示意圖；
[0044]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思具有類金剛石碳涂層的張緊臂的透視圖；以及
[0045]圖3示出了圖2中所示的張緊臂的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0046]在以下附圖中，相同的附圖標(biāo)記將用于指代相同的組件。在以下的描述中，描述了構(gòu)造的不同的實施例的各種操作參數(shù)和組件。這些特定的參數(shù)和組件作為示例包括在本發(fā)明中，并不意為限制。
[0047]總之，本發(fā)明提供了一種具有類金剛石表面涂層的鏈條張緊臂和鏈條導(dǎo)軌。圖1示出了總體示為10的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的示意局部剖視圖。發(fā)動機(jī)10是作為說明而不是限制，因此，可以理解，本發(fā)明對于實質(zhì)上具有鏈條張緊臂和鏈條導(dǎo)軌中的任何一個或兩個的任何鏈傳動系統(tǒng)可以具有廣泛的應(yīng)用。
[0048]如圖1所示，發(fā)動機(jī)10包括發(fā)動機(jī)缸體12，只示出了其的一部分。發(fā)動機(jī)10還包括安裝到凸輪軸16的凸輪軸鏈輪14。雖然只示出了一個凸輪軸16和關(guān)聯(lián)的凸輪軸鏈輪14，但是可以理解，具有兩個凸輪軸的類似布置也可以適合本發(fā)明。發(fā)動機(jī)10還包括安裝到驅(qū)動軸20的驅(qū)動軸鏈輪18。
[0049]正時鏈條22瞄準(zhǔn)凸輪軸鏈輪14和驅(qū)動軸鏈輪18。具有鏈條導(dǎo)軌本體26的正時鏈條導(dǎo)軌24連接到發(fā)動機(jī)缸體12并為正時鏈條22提供導(dǎo)軌。正時鏈條導(dǎo)軌24是由尼龍或類似的脂肪族聚酰胺制成的。鏈條導(dǎo)軌本體26包括正時鏈條接觸表面28，正時鏈條接觸表面28具有在其上形成的類金剛石碳涂層。
[0050]具有鏈條張緊臂本體32的鏈條張緊臂30通過肩部螺栓34可樞轉(zhuǎn)地連接到發(fā)動機(jī)缸體12。鏈條張緊臂30是由尼龍或類似的脂肪族聚酰胺制成的。鏈條張