CN103597193B

CN103597193B - 内燃机、用于内燃机的气缸和用于内燃机的气缸套

Info

Publication number: CN103597193B
Application number: CN201280013583.0A
Authority: CN
Inventors: 斯塔凡·约翰松
Original assignee: Volvo Technology AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: BR112013023661A2; CN103597193A; EP2686538A4; WO2012125097A1; US20140182540A1; EP2686538A1

Abstract

一种内燃机，包括内燃机活塞气缸，该内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的纹理图案，该纹理图案包括多个纹理单元。对于该内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的面密度和/或体积以及/或所述纹理单元的深度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

Description

内燃机、用于内燃机的气缸和用于内燃机的气缸套

本申请要求2011年3月14日提交的美国临时申请No.61/452,201的优先权，该美国申请在此通过引用的方式并入。

技术领域

本发明总体上涉及内燃机以及内燃机的气缸和气缸套，更具体地，涉及在气缸或气缸套的内壁表面上具有纹理图案的内燃机以及内燃机的气缸和气缸套。

背景技术

在内燃机的总摩擦损失中，大约50％可以归因于动力缸单元。动力缸单元通常包括活塞环、活塞、活塞销连杆和气缸套。减少摩擦损失意味着降低燃料消耗，这意味着减少CO₂排放。

过去，动力缸系统的设计者的目标是减少气缸套表面的平面起伏度(plateauamplitude)，或简单地说，使发生机械接触的区域中的表面更光滑。对于发动机来说，更光滑的平坦表面具有几个已确认的益处：例如，在运行阶段中，燃料消耗低、磨损颗粒少，等等。试验已经证明了表面粗糙度和摩擦系数之间的清楚关系。由此，可以得出如下结论：平面粗糙度决定了机械摩擦(试验表明对大部分材料都有效的结论)，而与材料属性(例如硬度、杨氏模量等)无关。

内燃机中有两种类型的摩擦：机械摩擦(由于机械接触(通常是金属与金属的接触)而引起)；以及由于机油的剪切而引起的流体动力摩擦(或粘性摩擦)。迄今为止，已经进行的用于减少动力缸单元中的摩擦损失的大部分内燃机改进仅解决了机械摩擦。在分析了动力缸的摩擦属性的公开文献中(例如试验摩擦计的研究)，机械摩擦力总是被考察的参数。在这两种类型的摩擦(机械摩擦和流体动力摩擦)中，在摩擦计试验中通常仅研究机械摩擦。

总之，为了减少摩擦而进行的大部分现有方案的目标仅在于减少机械摩擦。机油粘度的降低减少了活塞环/活塞与气缸之间的平均流体动力学摩擦，但增加了活塞环/活塞与气缸之间的平均机械摩擦。更低粘度的机油减少了活塞环/活塞与气缸之间的平均流体动力摩擦，但增加了活塞环/活塞与气缸之间的平均机械摩擦。气缸套的总体平面粗糙度的降低减少了活塞环/活塞与气缸之间的平均机械摩擦，但增加了活塞环/活塞与气缸之间的平均流体动力摩擦。

本发明人已经认识到一些源自与摩擦损失相关的试验的、与试点摩擦计测试和发动机测试结果相比而言的意外发现。在这些试验中，为最小化总磨擦损失，重点放在了最小化机械磨擦损失。试验结果表明，在摩擦计测试中，一种类型的气缸套(气缸套A)呈现低的机械摩擦损失(比基准气缸套低很多)，该同一类型的气缸套呈现高的燃料消耗(比基准气缸套高很多)。在气缸套A上没有检测到磨损，然而，在基准气缸套上检测到了磨损。在评估这些结果时，发明人已经得出如下结论：燃料消耗的增加是气缸套A的流体动力摩擦损失增加的结果，并且该流体动力摩擦对总摩擦有显著贡献。

OkiSato等人在SAE国际2004SAE世界会议(2004年3月8-11日)上的论文“ImprovementofPistonLubricationinaDieselEnginebyMeansofCylinderSurfaceRoughness”("公告文献SAE2004-01-0604")解决了动力缸系统的摩擦优化的问题。在该方案中，测量了影响气缸套(活塞和活塞环)的所有摩擦力。在其中一个测试中，将粗糙表面与光滑表面进行了对比(参见图6和7，这两幅图都复制于上述公告文献SAE2004-01-0604的图5)。光滑表面在上止点(TDC)处具有低得多的摩擦，而粗糙表面在中间行程处(在中间行程的所有位置处：-270度、-90度、180度和270度曲轴转角处)具有低摩擦。请注意，这些图示出了摩擦力。如果摩擦力矩是结果，对于中间行程来说，该力矩的差异将比所观察到的摩擦力的差异大得多。测量结果是摩擦力，然而，影响燃料消耗的不是摩擦力，而是摩擦力矩。简单地说，力矩是杠杆臂的长度乘以力的大小，这里，杠杆臂是曲柄轴线上的主轴承偏移。随着主轴承的旋转，杠杆臂的距离将到达活塞的反转区零点并到达中间行程中的最大长度。这意外着摩擦力矩在上止点TDC和下止点BDC处总是为0。在这里，摩擦力矩更体现了流体动力摩擦而不是机械摩擦。

发明人考虑在不增加机械摩擦损失的情况下最小化流体动力摩擦损失。简单地说，发明人已经得出如下结论：如果气缸套在中间行程处具有更粗糙表面，流体动力学损失将降低。然而，发明人还得出：这不仅仅是使该表面更粗糙的问题，而是应当以特殊的方式来使其更粗糙。

发明内容

希望提供一种减少了摩擦损失的内燃机。还希望以具有较低成本的方式减少内燃机中的摩擦损失。还希望加入对部件的改进，其目的是：摩擦的减少不增加磨损。

根据本发明的一个方面，一种内燃机包括内燃机活塞气缸，该内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的纹理图案，该纹理图案包括多个纹理单元，其中，对于该内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的体积朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种内燃机包括内燃机活塞气缸，该内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，这些单元的深度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种用于内燃机活塞气缸的气缸套包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成构成的纹理图案，其中，对于该内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的体积朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种用于内燃机活塞气缸的气缸套包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，所述纹理单元的深度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，所述单元的深度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，对于该内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的体积朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，所述纹理单元的深度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种内燃机包括内燃机活塞气缸，该内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的纹理图案，该纹理图案包括多个纹理单元，其中，对于该内壁表面的给定的表面区域，通过使每单位面积的纹理单元的高度和宽度中的至少一个朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加，来使所述纹理图案的纹理单元的面密度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种用于内燃机活塞气缸的气缸套，该气缸套包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，对于该内壁表面的给定的表面区域，通过使每单位面积的纹理单元的高度和宽度中的至少一个朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加，来使所述纹理图案的纹理单元的面密度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

根据本发明的另一方面，一种内燃机活塞气缸包括内壁表面，该内壁表面具有在内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，对于该内壁表面的给定的表面区域，通过使每单位面积的纹理单元的高度和宽度中的至少一个朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加，来使所述纹理图案的纹理单元的面密度朝向该内壁表面的轴向长度的中心增加。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细说明，将更好地理解本发明的特征和优点，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1A和1B是根据本发明各个方面的内燃机的示意图；

图2A和图2B是根据本发明一个方面的凹部或闭合空间以及所述凹部或闭合空间的一部分的平面图；

图3A是根据本发明一个方面的气缸或气缸套的内壁表面的一部分的平面图；

图3B是根据本发明一个方面的气缸或气缸套的内壁表面的一部分的局部剖视图；

图4是根据本发明另一方面的内燃机的示意图；

图5是根据本发明又一方面的内燃机的示意图；

图6是对粗糙表面和光滑表面上的摩擦进行对比的曲线图；

图7是图6中的曲线图之一的放大图；

图8是用于测试基准样品表面和试验样品表面的、通用类型的摩擦计的示意性侧视局部截面图；

图9是示出了用于测试基准样品表面和试验样品表面的试验设计(DoE)的表；

图10是曲线图，示出了针对基准样品和试验样品的平均最大直径、纹理单元的颗粒密度/面密度、平均颗粒面积以及平均最小直径的对比；

图11是曲线图，示出了针对不同基准样品的平均定向、平均周长以及平均深度的对比；

图12是基准表面(左)和纹理表面(右)的表面的显微照片；

图13是纹理样品的两个显微照片，其中一个显微照片(左)专注于纹理单元的底部并示出了被捕获在其中的磨损颗粒，而一个显微照片(右)专注于该纹理单元上方的平面；

图14A是样品测试期间的机油动态粘度的曲线图，图14B是样品测试期间的滑动速度的曲线图，而图14C是测试期间的、样品上的接触压力的曲线图；

图15A、15B和15C是示出了对基准样品和纹理样品进行的所有测试(除了被移走的那些样品)所测量到的摩擦系数的曲线图；

图16A、16B和16C是示出了对基准样品和纹理样品进行的所有测试(除了被移走的那些样品)的阻力系数的曲线图；

图17A示出了每个纹理样品表面和基准表面的平均摩擦系数；

图17B示出了每个纹理样品表面和基准表面的平均阻力系数；

图18是示出了多个样品的摩擦系数标准偏差的平均值和阻力系数标准偏差的平均值的表；

图19是与每种表面类型的所有试验和DoE循环步骤的平均阻力系数一起绘出的、每种表面类型的所有试验和DoE循环步骤的摩擦系数平均值的图表；

图20A-20C是每种表面类型的平均摩擦系数与动态粘度的图；

图21A-21C是每种表面类型的平均摩擦系数与平均滑动速度的图；

图22A-22C是每种表面类型的平均摩擦系数与接触压力的图；

图23是截面图，示出了表面的纹理对纹理单元中的油膜厚度的影响以及对纹理单元形成的平面的影响；

图24是曲线图，示出了纹理对基准表面上的油膜厚度和纹理单元中的油膜厚度的影响；

图25是曲线图，示出了纹理对基准表面上的油膜厚度和纹理表面上的油膜厚度的影响。

具体实施方式

图1A(以平面图)示意性示出了根据本发明一个方面的内燃机21。内燃机21可以是压燃式或火花点火式发动机或者活塞式压缩机。内燃机21包括内燃机活塞气缸23，该内燃机活塞气缸23包括根据本发明另一方面的气缸套25a。图1A示出了气缸套25a的截面图。为了与气缸套区别开，本文所称的“气缸”的替代名称是“缸孔”。即，气缸包括气缸套，气缸套布置在缸孔中。

气缸套25a包括内壁表面27。内壁表面27具有在该表面的轴向长度的至少一部分上、通常至少在顶部反转区31下方的纹理图案29。如果未设有气缸套，则气缸23可设有纹理图案29。本文针对具有纹理图案29的气缸套来描述和例示本发明，然而应当理解，除非特别指出，对具有纹理图案的气缸套的描述同样适用于具有纹理图案的气缸。

为了便于描述本发明，在此将表述“纹理图案”明确定义为多个不同单元(通常为凹部的形式)形成的规则的重复图案，例如内壁表面27中的呈闭合空间或沟槽形式的凹部，该内壁表面27的其余大部分被定义为从这些单元33径向向内的、本文所称的一个或多个平面35，这些单元33和平面35形成纹理(texture)，其中，为了便于描述本申请，“向内”是指更靠近气缸套25a(或气缸23)的纵向对称轴线。如本领域中公知的，其它更不规则且通常更微观的凹部可形成其它更不规则且通常更微观的平面，然而，这种类型的凹部和平面对于本发明的该方面来说不具有实质利益。可以通过任何适当的方式来提供纹理图案29，例如通过铣削、车削或钻孔操作，通过化学蚀刻、水射流切割、喷砂法或水力侵蚀研磨，或者通过上述这些操作的某些组合来加工。

内壁表面27也可具有在该表面的轴向长度上的纹理图案29，通常在底部反转区37上方，如图1B的截面图所示的气缸套25b中可见。通常，需要至少在内壁表面27的位于顶部反转区31下方的部分上设置有纹理图案29，然而，一般来说，认为需要至少在气缸套(或气缸)的、相对于机械摩擦而言粘性摩擦更倾向于起主导作用的部分上设置有纹理图案。为了便于描述本发明，顶部反转区31被定义为：从气缸套25a、25b(或气缸)的顶部向下到最下方活塞环(在图中，该环是油环47)的转向点或TDC(上止点)的距离加上例如行程长度的约2％。为了举例说明，如果该行程长度约150mm，则顶部反转区31将终止于最下方活塞环(在图中为油环47)的TDC49下方约3mm处。由此，底部反转区37被定义为：从气缸套25a、25b的底部向上到最上方活塞环(在图中，它是顶部活塞环41)的转向点或BDC(下止点)51的轴向距离加上例如行程长度的约2％。为了举例说明，如果该行程长度约150mm，则底部反转区37将终止于最上方活塞环(在图中为顶部活塞环41)的BDC51上方约3mm处。

发明人已经认识到动力缸单元中的总摩擦损失的相当大部分是粘性摩擦损失，且已经发现粘性摩擦损失的降低对于燃料消耗和CO₂排放的减少都是非常有益的。纹理图案29便于增加所述纹理单元的位置处的气缸套25a、25b(或气缸)与活塞39(或顶部活塞环41、第二活塞环43或油环47)之间的油膜，以最小化流体动力摩擦(粘性摩擦)损失。图1A和1B的顶部反转区31和底部反转区37中的水平线代表所述环41、43和47的大致TDC(上止点)和BDC(下止点)(在图4和5中，类似地，设置有代表活塞(图4和5中未示出)的各个环的TDC和BDC的、未加标号的水平线)。在图1A和1B中，以平面图将活塞39示意性地示出为气缸套25a和25b的上端处的方形。气缸套25a、25b(或气缸)的其中粘性摩擦倾向于起主导作用的部分是活塞39行程的除了反转区31和37以外的大部分。油膜的厚度倾向于随着活塞39的速度而增加，而活塞39的速度倾向于随着离所述反转区31和37的距离增加而更大。目前设想的是，对于纹理图案29来说，最好是形成一个或多个平面35，从而纹理面积在具有纹理图案29的内壁表面27的轴向长度的至少一部分的总面积的约5-50％之间，因而，本文所称的“无纹理面积”在具有该纹理图案的内壁表面的轴向长度的至少一部分的总面积的约50-95％之间，但在某些情形中，可能希望扩大该范围。本发明一个方面的实质性有利优点在于其具有如下潜能：即，降低流体动力摩擦损失，而不会显著增加机械摩擦损失。

提供该纹理图案29的另一益处在于能够减少活塞39、活塞环(41、43、47)以及气缸套25a或25b(或气缸23)上的磨损，因为碎屑能够被保持在纹理图案29中。然而，在某些情形中，气缸套25a、25b(或气缸23)的内壁表面27的表面纹理可能会增加磨损程度，因为将各个表面分离的油膜将更少(可能存在更多的机械接触)。然而，也能够降低磨损程度。气缸套25a、25b的大部分磨损是由于三体磨损而引起的。期望足够深的单元33能够捕获磨损颗粒并降低气缸套25a、25b的磨损。通过带有纹理图案的表面实现的颗粒捕获和粘性摩擦损失的减少也可应用在其它部件上，例如连杆的小端或大端、活塞销、活塞(该情形中，是指活塞的支承活塞销的部分)或主轴承。

图1A和1B所示的活塞具有顶部环41、比顶部环41离活塞39的顶部45更远的第二环43、以及离活塞39的顶部45最远的油环47。纹理图案29通常轴向布置在油环47的上止点(TDC)49下方。纹理图案29可轴向布置在顶部环41的下止点(BDC)51上方。纹理图案29通常置于气缸套25a或25b的赫西数(Herseynumber)高的部分上，这在原理上意味着该纹理通常至少不设置在所述三个环的顶部反转区31的任何部分上，应当理解，该纹理同样可以不设置在底部反转区37的任何部分上。即使在CTDC(内燃机上止点)附近第二环43和油环47的赫西数通常较高(至少与顶部环的赫西数相比)，该点处的温度倾向于相当高，这又通常使得接触状况很严重。赫西数代表了摩擦接触的严重性。该赫西参数被定义为：

Ην＝(ν*η)/Ρ(1)

其中：

V是(移动部件的、例如活塞环的)速度，

η是(机油的)动态粘度，

P是(例如在活塞环与气缸套或气缸之间施加的)接触压力。

在所述反转区中，Hv低。而在中间行程中，Hv高。对于该参数，速度v具有显著意义，速度v在转向点处是零，但在中间行程处最大。发明人已经认识到，由于Hv在活塞39的速度v低的反转区31和37中接近于零，更重要的是避免接触，因此需要存在油膜以避免磨损和/或损伤(seizure)。因此，发明人已经认识到为图1B所示的内壁表面27、仅在顶部反转区31下方和底部反转区37上方提供纹理图案29的有利性。

图1A和1B示出了气缸套25a和25b，其中，纹理图案29包括呈多个凹部或闭合空间53形式的单元33(下文统称为“凹部”)。这些凹部53的几何形状可以由气缸套25a、25b(或气缸)的内壁表面27内的轴向高度H(图2A)和宽度W(图2A)以及气缸套25a、25b(或气缸)的内壁表面27的径向向外深度来描述。凹部53的最小轴向高度H(图2A)通常比行程长度的预定百分比更大。目前相信，凹部53的最小轴向高度H占该行程长度的期望百分比等于该行程长度的约百分之0.33，即该行程长度除以300。例如，在可从瑞典哥德堡的沃尔沃LastvagnarAB公司获得的MD13发动机中，活塞具有158mm的行程长度，且所述纹理的最小轴向长度约0.5mm。通常，凹部53的轴向高度H在约300-6000μm之间。凹部53的最小宽度W(图2A)也通常在约300-6000μm之间。凹部53的深度通常在约20-200μm之间。在一个目前优选的实施例中，凹部53的最小深度约等于35μm。尽管目前相信提供深度小于35μm(例如为约20μm)的纹理或凹部53可能在某些情形中能够提供有益的结果，但在某些情形中，深度约30μm的纹理或凹部会实际上增大摩擦，并且，目前相信，至少35μm深度(可能大大大于35μm)的纹理或凹部将提供最有益的结果。凹部53的最小轴向高度大于活塞39或活塞39上的活塞环在内壁表面的任何纹理部分上的任一部分与内壁表面之间的接触区域的最小轴向长度，并且凹部53的最小宽度W大于活塞39或活塞环在内壁表面的任何纹理部分上的任一部分与气缸之间的接触区域的最小周向宽度。

在图1-3所示的气缸套25a或25b的实施例中，每个凹部53均具有如下形状中的一种：大致圆形、卵形或椭圆形。然而，应当理解，这些凹部也可具有其它形状，例如三角形、方形、菱形等。在图1-3所示的实施例中，每个凹部53均具有位于凹部53的两个相反轴向端处的弧形端部55。图2B示出了可具有任何期望半径R的端部55。

如图3所示的气缸套或气缸的内壁表面27的一部分中所看到的，纹理图案29具有凹部53形式的多个单元33和实质上将各个单元33彼此分离的单个平面35，这些凹部53的体积可朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加。活塞39的速度通常在气缸或气缸套的轴向长度的中心处最大，因此，油膜厚度也倾向于在气缸或气缸套的轴向长度的中心处最大。通过朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加各个凹部53的体积和/或通过增加给定区域中的凹部的体积，能够增加气缸或气缸套的纹理单元中的油膜，并因此能够减少粘性摩擦损失。通过使这些凹部53更长、更宽或更深，或者这些特性中的两个或更多个的一些组合，能够使各个凹部53的体积朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加。图3A作为一个示例示出了凹部53的轮廓朝向气缸套的中心变得更长、更宽且更椭圆形。图3A中的凹部53通常增加了深度，但是，它们也可维持相同的深度并且其各自的体积仍然朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加。图3B作为另一示例示出了这些凹部朝向气缸套的中心变得更深(但仍具有相同的直径)，由此，其各自的体积朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加。这些凹部53的轴向尺寸和周向尺寸也可变得更深且更大或更小，同时其各自的体积仍朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加。通过增加所述凹部的高度、宽度或深度中的一个或多个，和/或通过增加给定区域中的凹部的数量，能够增加给定区域中的凹部的体积。

此外，对于内壁表面的给定的表面区域，纹理图案的纹理单元的面密度可在气缸或气缸套的轴向长度上变化，这通常以如下方式实现：通过朝向该表面的轴向长度的中心增加面密度，通过朝向内壁表面的轴向长度的中心增加每单位面积的纹理单元(例如图3A中看到的凹部53)的高度和宽度中的至少一个。如果这些纹理单元的高度或宽度变化，则深度也可变化，通常通过朝向内壁表面的轴向长度的中心增加深度来实现。也可通过改变给定区域中的纹理单元的数量来改变面密度。

目前设想的是，最好是随着靠近气缸或气缸套的轴向长度的中心而增加它们的深度，以增加给定区域中的各个凹部的体积。在某种程度上，凹部53的高度H和宽度W是不同的，凹部53通常具有在气缸23的气缸套25a、25b的轴向方向上延伸的最大尺寸(图1A或1B)，然而，这些凹部也可具有在气缸的切向方向上的最大尺寸(即，凹部53的宽度W可大于高度H)。

图4和5示出了纹理图案129和229的替代实施例。

图4示出了包括纹理图案129的实施例，该纹理图案129具有多个应称为大致平行沟槽153形式的纹理单元，应当理解，这些沟槽的形状在一定程度上可以呈螺旋状。沟槽129通常与气缸套125(或气缸)的纵向轴线形成非零角度。这些沟槽的体积和/或面密度可在其长度上是变化的，例如朝向气缸套或气缸的长度的中心变得更深和/或更宽。

图5示出了一个实施例，其中，纹理图案229包括呈第一和第二多个大致平行沟槽253'和253"形式的单元，该第一和第二多个大致平行沟槽253'和253"与气缸套225(或气缸)的纵向轴线形成第一和第二非零角度，该第二角度不同于第一角度。在所图示的实施例中，该第一角度和第二角度是大致相等但彼此相反的角度。

图6和图7是分别具有粗糙表面和光滑表面的气缸套中的摩擦测试的曲线图(这两幅图都复制于公告文献SAE2004-01-0604中的图9)。光滑表面在上止点(TDC)处具有低得多的摩擦力，而粗糙表面在中间行程处(在中间行程的所有位置处：-270度、-90度、180度和270度曲轴转角处)具有更低的摩擦力。如果考虑到摩擦力矩，对于中间行程来说，该力矩的差异将比所观察到的摩擦力的差异大得多。TDC处的大摩擦力对摩擦力矩没有影响。在这里，摩擦力矩或多或少仅体现了流体动力摩擦。在本发明的各方面中，通过减少中间行程处的摩擦，能够实现降低摩擦力矩的实质性好处。

I.测试过程

进行调查研究来测试发明人的、与通过在气缸或气缸套的内表面上提供纹理单元来降低流体动力摩擦有关的理论，尤其是关于通过使这些纹理单元的深度朝向气缸或气缸套的轴向长度的中心增加而带来的益处。

A.纹理的铣削

使用计算机控制的五轴铣床来产生上述纹理图案。直接在气缸套样品上执行铣削，因为所选定的铣削操作要求看到加工表面。使用平坦端刀具进行的铣削操作在该纹理的边界处形成尖锐的角度，由于这种大的角度而不同于其它的纹理化技术。加工出两种不同的纹理单元深度：20μm和100μm(在该文献中还被称为T20和T100)，这两种纹理具有相同的椭圆形状，该椭圆的短轴为2mm，长轴为3mm。生产出四个基准样品REF-1、REF-2、REF-3和REF-4，四个具有20μm纹理单元深度的纹理样品T20-1、T20-2、T20-3、T20-4，以及四个具有100μm纹理单元深度的纹理样品T100-1、T100-2、T100-3以及T100-4。

B.尖锐边缘的去除

上述铣削操作导致在每个纹理单元的边界处形成尖锐边缘或“毛刺”。由于该缺陷导致额外的磨损颗粒，所以，决定在试验之前去除这些尖锐边缘。通过使用经验输入参数、即温度33℃、往复频率14Hz以及载荷22N(它们的中心点在下文中被称为“DoE设定”)来运行每个样品5分钟，从而有效去除了毛刺。该运行阶段使用在另一试验中未使用过的机油控制环和发动机机油来执行。该运行阶段在所有样品上执行，包括有纹理和无纹理的样品。

C.摩擦计测试设定

摩擦计测试设定用于量化基准表面和纹理表面的摩擦属性。图8中示出了摩擦计的示意性概图。在该摩擦计试验中，机油从活塞环样品保持器被连续馈送至机油控制环的内径并进入机油控制环中的两个梁(beams)之间的间隙。使用蠕动泵来供应该机油，在该试验的持续过程中，以4.8毫升/每分钟的速度连续供应。机油被直接馈送至活塞环与气缸套之间的接触区域，这通过从活塞环样品保持器沿机油控制环的内径的方向上馈送机油来实现。这确保了所述环在所有测试条件下被完全浸没。所使用的机油是全配方20W50发动机机油。该摩擦计中的行程长度被设定为30mm。

D.基准测试表面和纹理测试表面

在该摩擦计中，对气缸套的基准表面REF以及两个不同的纹理表面T20和T100进行评估。彼此相反的表面是卷簧加载的两件机油控制环，其具有两个梁并且标准梁宽度在200μm和300μm之间。对每个表面重复进行4次该摩擦计试验。该试验中的输入信号是往复频率、温度和载荷，这些信号根据试验设计(DoE)设定(图9)而改变，所有这三个输入参数均有高水平和低水平。为了验证该试验随时间的稳定性，该DoE设定还增加了三个中心点：起始点、试验期间的中点、和该DoE设定的结束点。所测量的输出参数是：摩擦力和接触阻力。该试验设定以及输入和输出信号的量化的更多细节可在S.Johansson等人的“Experimentalfrictionevaluationofcylinderliner/pistonringcontact”，Wear271(2011)625-633；S.Johansson等人的“Frictionalevaluationofthermallysprayedcoatingsappliedonthecylinderlinerofaheavydutydieselengine:Pilottribometeranalysisandfullscaleenginetest”，Wear273(2011)82-92；以及S.Johansson、P.H.Nilsson、R.Ohlsson、B.-G.Rosen的“SimulationandExperimentalAnalysisoftheContactbetweenOilControlRingandCylinderLinerinaHeavyDutyDieselEngine”(2012年1月10-12日在德国斯图加特/奥斯菲尔敦召开的第18届国际摩擦学会议的会议记录)中找到，上述文献均以引用的方式并入本文。

E.背景形式影响的消除和磨损深度的量化

使用CCP(光谱共焦探头)来测量表面。使用10μm点间距来测量气缸套样品的完成表面(50mm*10mm)，该表面在试验之前和之后被测量。背景表面的影响被消除，以通过下面的操作来获得纹理尺寸的代表值：

1.通过形成光滑形状来替代缺失点(使用来自法国贝桑松的ProductofDigitalSurf公司的MountainsMap5.1版本的评估软件)。

2.来自原始表面测量值的二阶多项式形状去除(Secondorderpolynomialformremoval)。

3.边缘检测技术(颗粒分析模量形状(使用来自法国贝桑松的ProductofDigitalSurf公司的MountainsMap5.1版本的评估软件))，以限定纹理与平面表面之间的边缘。

4.颗粒的提取，仅选择属于纹理单元的颗粒。

5.使用颗粒分析的输出来掩蔽所述纹理单元。由此，从该表面去除纹理(纹理单元的数据被缺失点替代)。

6.平面表面上的二阶多项式形状去除(在前一步骤中利用颗粒分析去除了纹理)，该步骤的输出是2D形式。

7.在步骤6中产生的表面形式减去步骤2中获得的表面。

利用上述计算步骤，获得了不具有与纹理单元有关的形状影响的表面。为了量化磨损深度，从该试验之后测量到的表面减去该试验之前测量到的表面。

F.纹理几何形状-3D轮廓-磨损和纹理几何形状的评估

使用颗粒分析来评估形成该纹理的所述单元的几何形状。在材料T20与T100之间的比较中，关于纹理几何形状的唯一差异是纹理的深度。如图11可见，在纹理(也称为“颗粒”)的密度、纹理的平均最大直径和平均最小直径(高度或宽度)、或者纹理的平均面积方面，并未能检测到显著的差异。图10示出了：对于两个纹理样品T20和T100，平均纹理定向(也称为“摆放角”或“表面角度”)和平均纹理周长基本相同。

在磨损深度的评估中没有检测到磨损(在试验之前和之后的表面相减)。但是，作为额外的磨损分析，在该试验之后、在光学显微镜中分析了各表面。在此分析中，在基准表面的平面部分上检测到了研磨划痕，见图12(左)。然而，在纹理表面的平面部分上几乎没有检测到研磨划痕，见(图12(右)。当更靠近地观察纹理单元时，看到这些纹理单元包含大量的磨损颗粒。图13示出了该试验之后的样品T100的两个视图，左侧的图像示出了纹理单元的底部中捕获了磨损颗粒，而右侧的图像关注于纹理单元上方的平面，示出了该单元的边界上的预期磨损，但在与其相邻的平面上没有显著磨损。

G.摩擦计－输入信号稳定性的评估

为了获得每个表面的代表值，对输入信号的有效性进行量化。为了获得输入信号的更好代表值，重新计算这些输入信号：按照以引用方式并入本文的S.Johansson等人在“Experimentalfrictionevaluationofcylinderliner/pistonringcontact”(见Wear271(2011)625-633)的先前研究，根据温度来计算机油的动态粘度(图14A)；根据往复频率来计算滑动速度(图14B)；并根据载荷来计算接触压力(图14C)。对输入参数的重新计算也给出了独立于测试布置结构的参数，因为滑动速度取决于形成长度，接触压力取决于相对接触面积等。

通过对输入信号的分析，检测到如下结果：对于T20样品之一(T20-2)，其动态粘度不同于其它信号，而对于T100样品之一(T100-4)，其接触压力不同于其它测量到的信号。因而，这两个样品在进一步的评估中被去除。关于在该研究中被去除的样品T20-2和T100-4，应当指出，相比于每种表面类型的平均值，这两个样品呈现了更小的摩擦系数值。

H.摩擦计-摩擦系数和阻力系数的评估

图15A、15B和15C示出了分别对基准样品、T-20样品和T-100样品进行的所有测试(除了被去除的那些样品之外)所测量到的摩擦系数，而在图17A中，示出了每个样品表面(REF，T20和T100)的平均摩擦系数值。在该摩擦计试验中测量阻力系数。图16A、16B和16C示出了对基准样品、T-20样品和T-100样品进行的所有测试(除了被去除的那些样品之外)的阻力系数，而在图17B中，示出了每个样品表面(REF，T20和T100)的平均阻力系数值。图18是示出了多个样品的摩擦系数标准偏差的平均值和阻力系数标准偏差的平均值的表。T20和T100代表减少了样品的试验组的标准偏差值，而T20*和T100*代表所有试验(即，未去除样品T20-2和T100-4)的标准偏差值。

图19示出了与每种表面类型的所有试验和DoE循环类型的平均阻力系数一起绘出的、每种表面类型的所有试验和DoE循环步骤的摩擦系数平均值，该图19证明了阻力系数随着摩擦的增加而降低。

I.摩擦计-摩擦系数、DoE设定和润滑状态的评估

为了对不同的润滑状态进行说明性分析，针对每个输入循环步骤来绘制这些循环步骤。表示流体动力学润滑状态的是：摩擦随着速度的增加、机油粘度的增加、以及接触压力的降低而增加。图20A-20C(平均摩擦系数与动态粘度的关系)、图21A-21C(平均摩擦系数与平均滑动速度的关系)、以及图22A-22C(平均摩擦系数与接触压力的关系)所绘的DoE设定中的每个循环步骤是30分钟。为了最小化这些循环步骤之间的过渡阶段的影响(例如，热力)，仅在每个循环点内的10-29分钟持续时间内计算摩擦系数值。该统计分析中的每个点代表每个表面的所有试验的平均。

通过分析所述基准表面(REF)的润滑过渡，表明：

·对于动态粘度的增加和接触压力的降低，均出现了朝向流体动力学润滑状态的转移。

·对于低的温度值(高的粘度水平)，出现了朝向流体动力学润滑状态的转移。对于高的温度值(低的粘度水平)，出现了朝向边界润滑状态的转移。

通过分析所述纹理表面(T20和T100)的润滑过渡，表明：

·对于接触压力的降低，出现了朝向流体动力学状态的转移(与基准表面一样)。

·对于除了具有高载荷水平和低往复频率水平的循环步骤之外的所有循环步骤的动态粘度的增加，出现了朝向流体动力学状态的转移。

·对于在低载荷水平和高往复频率水平下的滑动速度的增加，出现了朝向流体动力学状态的转移。对于高的温度值，出现了朝向边界润滑状态的转移(与基准表面一样)。对于高的载荷水平和低的温度水平，T20和T100显示出稍微不同的结果，其中，对于T20来说，滑动速度的增加显示了朝向边界润滑状态的转移，而对于T100来说，滑动速度的增加显示了朝向流体动力学润滑状态的转移。

通过分析所述循环步骤和润滑状态的过渡，可以得出以下结论：

·在试验步骤中测量到的最高摩擦是通过将高滑动速度、高动态粘度和低接触压力相组合来实现的。由此，在该最大流体动力学润滑条件下，接触的摩擦最高。

·在所研究的程度下，接触压力对摩擦有最大的影响。

·一般来说，从它们在响应于不同条件时的行为都类似的角度来说，纹理表面与基准表面具有相同的摩擦行为(虽然纹理表面在朝向边界润滑状态转移方面存在一些差异)，然而，对于所有已研究的表面，在低接触压力和高粘度下，摩擦均随着滑动速度的增加而增加，因此，对于所有表面(纹理表面或无纹理表面)，该接触状态下都出现朝向流体动力学润滑状态的转移。

II.油膜厚度和纹理的行为的分析

已经观察到，相对于无纹理表面来说，尽管增加了接触(阻力系数增加)，纹理表面的摩擦降低了。在这些表面之一具有纹理的滑动运动中，两个相对表面之间的相互作用可从两个角度来观察：该接触是在两个表面的平面(气缸套的平面与活塞环的平面)之间，或者该接触是在活塞环的平面部分与纹理表面的纹理单元(气缸套的纹理单元与活塞环的平面)之间。换言之，要么活塞环在气缸套的无纹理部分上滑动，要么活塞环在纹理(或纹理单元)上滑动。下述方程(2)描述了由牛顿流体完全分开的两个平行面的剪切力F_T：

F_T＝ηvA/h＝ηSA(2)

其中：

F_T是剪切力，

A是表面之间的面积，

h是油膜厚度，

v是滑动速度，

η或μ是动态粘度，

S＝v/h，是剪切率。

当相配合的表面，例如活塞环经过纹理单元上方时，对于该次经过来说，面积A不变，因为该表面并未减小或被移除，仍存在两个平行面，尽管该相配合的表面经过纹理单元时、所述平行面相比于配合表面的两个平面之间的距离被进一步分开。

在机油粘度的分析中，重要的是考虑发动机机油的非牛顿剪切率行为。该剪切率取决于油膜厚度h和滑动速度v₀(下述方程(3))。动态粘度η或μ取决于该剪切率；对于低水平的剪切率，粘度值的数值假设为零剪切μ₀，而对于高水平的剪切率，粘度值的数值假设为无穷大剪切μ_∞(下述方程(4))。

S＝v₀/h(3)

Μ＝μ_∞+(μ₀-μ_∞)/(1+γ/γ_c)(4)

如该试验研究所表明的，纹理表面的阻力信号相对于基准表面增加了(参见图16A、16B和16C)，这表明：相比于基准表面，纹理表面的金属与金属之间的接触量增大了。当一个表面经过纹理单元时，油膜厚度增加，因此η或μ增加了，然而，当该表面经过平面时，油膜厚度减小，因此η或μ减小。但是，相信粘度对剪切力的影响并不是非常显著的，这是因为：经过平面时的动态粘度的减小由于经过纹理单元时的动态粘度的增加而被部分抵消了。

因此，不存在面积A的改变，并且相信，对于纹理表面来说，相比于基准表面，动态粘度η或μ没有显著变化。然而，如果油膜厚度被认为是纹理单元的整个深度，则在经过所述纹理单元时，油膜厚度h会显著增加。相比于基准表面，对于纹理表面来说，该阻力信号数据反应了金属与金属之间的接触量增加了，所以，这表明，相比于纹理表面的平面与其相对表面之间的油膜h_oT(纹理外部的油膜厚度)，在基准表面与其相对表面之间通常存在更厚的油膜h_ref(参见图23)。然而，对于纹理表面，当其相对表面经过纹理单元时，可以认为油膜厚度与纹理单元的深度相同，因为活塞环与气缸套之间的接触部被完全浸没。对于纹理表面，金属与金属之间的接触量的增加被理解为是由于流体动力学压力累积量的降低。对于流体动力学压力的损失，有两个原因：(1)因为机油泄漏到纹理单元中；(2)因为更小的表面面积可用于产生流体动力学压力。相比于T20，对于T100来说，金属与金属之间的接触量更大，因为这些纹理单元的面积实际上相同，这可理解为意味着如下情形：对于T100纹理表面来说，机油更多地泄漏到纹理中。

在该摩擦计试验中，所有的试验条件都维持在完全浸没的状况下。因此，如图23所示，T100表面上的纹理单元上的油膜厚度h_iT100是T20表面上的纹理单元上的油膜厚度h_iT20的五倍大。对于一些使用了高载荷的试验循环步骤(例如循环步骤9)，表面T20呈现了更大的摩擦系数。相信造成这种情况的原因是：经过平面时的边界摩擦的增加大于经过纹理单元时的粘性损失的减少，因此，这两种原因相组合而产生了比基准表面的摩擦更高的摩擦。

A.有关气缸套表面的设计中的纹理属性的影响

具有类似于本申请中研究的单元几何形状的纹理表面可应用于气缸套表面来降低流体动力摩擦。然而，这种说法目前在某种程度上不被认为在反转区中提供纹理单元是最优的，因为：

·反转区中的滑动速度低，因此，流体动力摩擦损失小。

·由于顶部反转区处的温度高，机油的粘度低，因此，流体动力摩擦损失小。

·在燃烧行程中，气体压力高，并且该气体压力导致顶部活塞环与气缸套之间的高接触压力。在严重摩擦接触中增加纹理可能会增加磨损(参见Kovalchenko等人的“Frictionandwearbehaviouroflasertexturedsurfaceunderlubricatedinitialpointcontact”，Wear271(2011)1719-1725，该文献以引用的方式并入本文)，因此，并不认为把其尺寸与本研究中得出的尺寸类似的纹理单元应用在顶部反转区附近是有益的。

对于所分析的纹理单元，纹理与平面之间的边界中的表面角度大。这被认为是优选的，因为在表面的更大面积处，油膜将更厚。在此角度上，这可被认为以下的任一种：(a)相反的本体在具有大油膜厚度的纹理上滑动；或者(b)它在平面表面上滑动以在这两个相配合的表面之间形成油膜。经过纹理单元时，提供了流体动力摩擦损失的降低。经过平面时，提供了活塞环与气缸套之间的油膜形成。为了最小化经过平面时的机械摩擦的增加，重要的是在该平面上产生光滑表面。

在表面上增加纹理提高了表面体积。因此，重要的是分析所增加的表面体积对串气和油耗的影响。在T.Hegemier、M.Stewart的“SomeEffectsofLinerFinishonDieselEngineOperatingCharacteristics”(1993年3月1-5日在密歇根底特律召开的国际博览会的会议记录(Hegemier等人))中分析了对不同类型的气缸套表面的串气和油耗的影响，虽然其分析的表面不同于本发明的表面纹理。Hegemier等人发现，不同的表面精度对串气影响很小，并且，控制油耗的主导因素是平面粗糙度的大小。为有效控制串气和油耗，发明人仍然认为优化活塞环的几何形状是有用的。气密顶部活塞环的不同设计对串气和油耗的影响的分析可用于最小化油耗和串气。YTateishi，“减少活塞环摩擦损失方面的几个摩擦学问题”，《国际摩擦学》第27卷第1部分，1994年)。

对活塞环与气缸套之间的油膜厚度(OFT)进行试验分析的研究(T.Seki等人的“Astudyonvariationinoilfilmthicknessofapistonringpackage:variationofoilfilmthicknessinpistonslidingdirection”，JSAEReview21,第315-320页,2000年)表明：OFT随着滑动速度而增加。

下面提供发明人为何相信可通过采用表面纹理来降低柴油机气缸中的摩擦的说明性预言示例。根据图24中的用于基准平面研磨气缸套的实线，该示例表明油膜厚度随着滑动速度呈线性地增加(一种概括，虽然与Seki等人进行的研究的区别不是很大)。面密度变化的均匀纹理单元(具有T100的几何形状)应用在气缸套的表面上。如图24中虚线所示，该纹理的面密度在21-90度曲轴转角之间线性地增加，并在90-159度曲轴转角之间线性地减小。在本示例中，21度曲轴转角处是活塞上的机油控制环所移动到的、气缸套上的位置，而159度曲轴转角处是顶部活塞环所移动到的、气缸套上的位置，从而，在机油控制环的顶部反转区与顶部活塞环的底部反转区之间存在均匀分布的纹理单元。在本示例中，在0-20度曲轴转角位置处和160-180度曲轴转角位置处未设有纹理。在该纹理化的气缸套的无纹理部分上，设想油膜厚度与基准气缸套的油膜厚度相同。我们还设想，对于油膜厚度值比恒定的油膜厚度值更小的曲轴转角处，纹理化气缸套的油膜厚度相比于基准气缸套是相同的。通过控制该纹理的面密度，能够控制气缸套的平面与活塞环之间的油膜厚度，使得该油膜厚度在21-159度之间的曲轴转角处并不增加，而是在纹理表面的长度上保持恒定值，如图24中的点状线所示。目前设想的是，这可通过使可用表面面积的纹理单元的面密度在最靠近21度曲轴转角处的20％与90度曲轴转角处的50％之间变化来实现。

如图25中的点状线所示，纹理表面的、包括纹理单元内的油膜高度在内的平均油膜厚度将因此显著高于基准表面的油膜厚度(图25中的实线)，由此，可以设想将会减小流体动力摩擦。

使用具有可变面密度的纹理单元仅是减小流体动力摩擦的一个示例，然而，也可设想通过改变作为行程长度的函数的、纹理单元的深度来有效减小流体动力摩擦。在上述预言性示例中，纹理的面密度例如可从21度曲轴转角处(顶部活塞环的位置)的20％面密度开始变化，可增加至例如中间行程处的50％面密度，并且可降低至例如159度曲轴转角处(机油控制环的位置)的20％面密度。还能够通过改变纹理单元的深度来减小流体动力摩擦。关于另一预言性示例，这种设计可包括沿着行程长度的纹理化部分具有均匀尺寸(轴向和切向长度)和固定面密度的纹理单元。然而，这些纹理单元的深度例如可以在21度曲轴转角处(顶部活塞环的位置)以35μm的深度开始，这些纹理单元的深度可以在中间行程处提高至例如100μm，并且这些纹理单元的深度可以在159度曲轴转角处(机油控制环的位置)减小至例如35μm。

还设想能够通过同时改变纹理深度和面密度来有效减小流体动力摩擦。有如下几种可能的方式来改变面密度：

1.纹理单元可具有均匀尺寸(轴向和切向长度)，并且每单位面积的纹理单元的数量可沿着所述行程而变化，从而将改变面密度。

2.纹理单元可具有变化的尺寸(轴向和切向长度)，并且每单位面积的纹理单元的数量可保持恒定以提供面密度的变化，这是因为：具有更大尺寸的纹理单元减小了平面面积的量，而具有更小尺寸的纹理单元增大了平面面积的量。

3.上述1.和2.的组合。

在上述1.和2.中，关于该预言性示例，同时改变纹理的面密度和纹理深度的设计包括：在21度曲轴转角处(顶部活塞环的位置)，以35μm的深度和20％的面密度开始，在中间行程处，纹理的深度将增加至100μm且纹理的面密度将增加至50％，而在159度曲轴转角处(机油控制环的位置)，纹理的深度将降低至35μm且纹理的面密度将降低至20％。

在本申请中，所使用的诸如“包括”等的用语是开放式的，其旨在与诸如“包含”等的用语具有相同意思且不排除其它结构、材料或动作的存在。类似地，虽然所使用的诸如“能够”或“可以”等的用语是开放式且旨在反应该结构、材料或动作不是必须的，但是，不使用这种用语也不表明该结构、材料或动作是必要的。如果该结构、材料或动作目前被认为是必要的，会专门指出。

虽然已根据其优选实施例示出和描述了本发明，但应当认识到，在不脱离权利要求书中限定的本发明的情况下，可对其进行各种变型和修改。

Claims

1.一种内燃机，包括：

内燃机活塞气缸，所述内燃机活塞气缸包括内壁表面，所述内壁表面具有在所述内壁表面的轴向长度的至少一部分上的纹理图案，所述纹理图案包括多个纹理单元，其中，对于所述内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的体积朝向所述内壁表面的轴向长度的中心增加，其中，形成所述纹理图案的所述纹理单元的深度朝向所述内壁表面的轴向长度的中心增加，并且

其中，所述纹理单元的最小深度约为35μm。

2.如权利要求1所述的内燃机，其中，朝向所述内壁表面的轴向长度的中心以及在更远离所述内壁的轴向长度的中心的区域中，所述纹理图案占所述内壁表面的给定的表面区域的大致相同的百分比。

3.如权利要求1所述的内燃机，其中，与更远离所述内壁的轴向长度的中心的区域中相比，在朝向所述内壁表面的轴向长度的中心处，所述纹理图案占所述内壁表面的给定的表面区域的更大百分比。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的内燃机，其中，所述内壁表面具有在所述内壁表面的轴向长度上的位于顶部反转区下方的纹理图案。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的内燃机，其中，所述内壁表面具有在所述内壁表面的轴向长度上的位于底部反转区上方的纹理图案。

6.如权利要求1-3中的任一项所述的内燃机，其中，所述纹理图案包括呈凹部形式的多个纹理单元。

7.如权利要求6所述的内燃机，包括能够在气缸内轴向移动的活塞，所述凹部的最小轴向高度大于所述活塞或所述活塞上的活塞环在所述内壁表面的任何纹理部分上的任一部分与所述内壁表面之间的接触区域的最小轴向长度。

8.如权利要求7所述的内燃机，其中，所述凹部的轴向长度在300-6000μm之间。

9.如权利要求6所述的内燃机，其中，所述凹部的最小宽度大于所述活塞或活塞环在所述内壁表面的任何纹理部分上的任一部分与所述气缸之间的接触区域的最小周向宽度。

10.如权利要求6所述的内燃机，其中，所述凹部的宽度在300-6000μm之间。

11.如权利要求6所述的内燃机，其中，所述凹部的深度在20-200μm之间。

12.如权利要求6所述的内燃机，其中，所述凹部的最小深度约等于35μm。

13.如权利要求6所述的内燃机，其中，每个所述凹部均具有如下形状之一：大致圆形、卵形、或椭圆形。

14.如权利要求6所述的内燃机，其中，每个所述凹部均具有位于所述凹部的两个相反轴向端处的弧形端部。

15.如权利要求6所述的内燃机，其中，每个所述凹部均具有在气缸的轴向方向上延伸的最大尺寸。

16.如权利要求1-3中的任一项所述的内燃机，其中，所述纹理图案形成一个或多个平面以及在具有所述纹理图案的所述表面的轴向长度的至少一部分的总面积的5-50％之间的纹理面积。

17.如权利要求1-3中的任一项所述的内燃机，其中，所述纹理图案包括呈多个大致平行沟槽形式的多个纹理单元。

18.如权利要求17所述的内燃机，其中，所述多个大致平行沟槽与所述气缸的纵向轴线形成非零角度。

19.如权利要求18所述的内燃机，其中，所述纹理图案包括呈大致平行沟槽形式的第二多个纹理单元，所述第二多个纹理单元与所述气缸的纵向轴线形成第二非零角度，所述第二角度不同于所述第一角度。

20.如权利要求19所述的内燃机，其中，所述第一角度和所述第二角度是大致相等但彼此相反的角度。

21.如权利要求1-3中的任一项所述的内燃机，其中，所述气缸包括气缸套，且所述内壁表面是所述气缸套的内壁表面。

22.一种用于内燃机活塞气缸的气缸套，所述气缸套包括内壁表面，所述内壁表面具有在所述内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，对于所述内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的体积朝向所述内壁表面的轴向长度的中心增加，并且其中，形成所述纹理图案的所述纹理单元的深度朝向所述内壁表面的轴向长度的中心增加，并且

其中，所述纹理单元的最小深度约为35μm。

23.一种内燃机活塞气缸，所述内燃机活塞气缸包括内壁表面，所述内壁表面具有在所述内壁表面的轴向长度的至少一部分上的由多个纹理单元构成的纹理图案，其中，对于所述内壁表面的给定的表面区域，所述纹理图案的纹理单元的体积朝向所述内壁表面的轴向长度的中心增加，并且其中，形成所述纹理图案的所述纹理单元的深度朝向所述内壁表面的轴向长度的中心增加，并且

其中，所述纹理单元的最小深度约为35μm。