CN115247603A

CN115247603A - 氢气发动机活塞及其制造方法

Info

Publication number: CN115247603A
Application number: CN202210226639.6A
Authority: CN
Inventors: 徐昆朋; 陈泓; 李薛; 吴广权; 徐琳
Original assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Priority date: 2022-03-09
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2022-10-28

Abstract

本申请提供了一种氢气发动机活塞，包括活塞头部及活塞裙部，活塞头部具有相对的顶端及末端，活塞裙部固定于末端，顶端具有朝向活塞裙部凹陷的凹槽，顶端及凹槽内具有阳极氧化层及催化膜涂层，催化膜涂层位于阳极氧化层远离活塞裙部的一面，催化膜涂层在与HC、CO接触时可使HC、CO转化为水和二氧化碳。本申请还提供了一种氢气发动机活塞的制造方法。在上述氢气发动机活塞应用于氢气发动机时，通过氢气发动机活塞就可清除氢气发动机中由于氢气燃烧产生的HC、CO，而无需配置专门的废气后处理系统对HC、CO进行清除，较大程度地降低了废气处理成本，还减少了因清除HC、CO增加其他部件而降低具有氢气发动机的整车的耐久性的可能。

Description

氢气发动机活塞及其制造方法

技术领域

本申请涉及汽车发动机技术领域，具体而言，涉及氢气发动机活塞及其制造方法。

背景技术

氢气燃烧后只产生水，且具有单位质量热值高、点火能量低、着火界限宽、火焰传播速度快等特点，能够同时实现零碳排放和高热效率，是发动机理想的替代燃料。在这种绿色低碳转型的大趋势下，氢气发动机越来越受到重视。

在氢气发动机中，虽然氢气燃烧只产生水，但是实际尾气中依然有少量的 HC、CO及NOx等排放物。NOx的去除采用超稀薄燃烧的方法就可达成，对于 HC、CO的去除，目前仍然需要依赖尾气后处理系统，尾气后处理系统包括催化器总成装置及催化剂，尾气后处理系统成本高，另外，催化剂附着在催化器总成装置的陶瓷体表面，陶瓷体在高温时易开裂，这无疑降低了整车的耐久性。

发明内容

本申请提供氢气发动机活塞及其制造方法，以降低氢气发动机的废气的处理成本及提高具有氢气发动机的整车的耐久性。

一种氢气发动机活塞，包括活塞头部及活塞裙部，所述活塞头部具有相对的顶端及末端，所述活塞裙部固定于所述末端，所述顶端具有朝向所述活塞裙部凹陷的凹槽，所述顶端及所述凹槽内具有阳极氧化层及催化膜涂层，所述催化膜涂层位于所述阳极氧化层远离所述活塞裙部的一面。

进一步地，所述活塞头部的材质为铝合金，所述阳极氧化层为氧化铝。

进一步地，活塞头部具有多个凹槽，所述多个凹槽间隔地布满所述顶端。

进一步地，多个凹槽排布成间隔设置于所述顶端的多个同心环形圆，所述凹槽的横截面为等边三角形。

进一步地，所述活塞裙部的侧面具有树脂涂层。

一种氢气发动机活塞的制造方法，包括：

对活塞头部的顶端进行阳极氧化形成阳极氧化层；

在具有所述阳极氧化层的所述顶端涂覆催化剂形成催化膜涂层。

进一步地，所述活塞头部为铝合金材料，所述“阳极氧化”通过将所述活塞头部浸没在酸性溶液中电解形成氧化铝层。

进一步地，在活塞头部的顶端加工形成凹槽。

进一步地，所述催化剂含有两种或三种贵金属，所述贵金属包括钌、铑、钯、锇、铱、铂。

进一步地，上述氢气发动机活塞的制造方法还包括：在所述活塞裙部的侧面涂覆树脂形成树脂涂层。

本发明的有益效果在于：

在上述氢气发动机活塞应用于氢气发动机时，通过氢气发动机活塞就可清除氢气发动机中由于氢气燃烧产生的HC、CO，而无需配置专门的废气后处理系统对HC、CO进行清除，较大程度地降低了氢气发动机的废气处理成本；

另外，由于直接通过氢气发动机活塞对HC、CO进行清除，无需增加其他部件，减少了因其他部件增加而降低具有氢气发动机的整车的耐久性的可能，也就是说，通过上述氢气发动机活塞清除氢气发动机中由于氢气燃烧产生的 HC、CO，增加了具有氢气发动机的整车的耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的一种氢气发动机活塞的立体图。

图2为图1中的氢气发动机活塞的截面图。

图3为图2的截面中的实体示意图。

图4为图3中的IV处的放大图。

图5为本申请提供的一种氢气发动机活塞的制造方法的流程图。

主要元件符号说明

氢气发动机活塞	100
		活塞头部	10
顶端	11
		凹槽	111
环槽	12
		活塞裙部	20
销孔	21
		阳极氧化层	30
催化膜涂层	40

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图4，本申请提供了一种氢气发动机活塞100，用于应用于氢气发动机的燃烧室内。氢气发动机活塞100包括活塞头部10及活塞裙部20，活塞头部10具有相对的顶端11及末端(图未标)，活塞裙部20固定于末端，顶端11具有朝向活塞裙部20凹陷的凹槽111，顶端11及凹槽111内具有阳极氧化层30及催化膜涂层40，催化膜涂层40位于阳极氧化层30远离活塞裙部20 的一面，所述催化膜涂层40在与HC、CO接触时可使HC、CO转化为水和二氧化碳。在一实施方式中，催化膜涂层40的主要成分是含有两种或三种贵金属，贵金属包括钌、铑、钯、锇、铱、铂等。

上述氢气发动机活塞100的活塞头部10具有凹槽111，凹槽111增加了顶端11的表面积，对应地，增加了催化膜涂层40的面积，在氢气发动机活塞100 应用于氢气发动机的燃烧室内时，燃烧室内的氢气燃烧产生的HC、CO与活塞头部10附着的催化膜涂层40充分接触，提高了HC、CO被转化成水和二氧化碳的转化效率，从而清除HC、CO的排放，又催化膜涂层40附着于阳极氧化层 30上，阳极氧化层30可降低催化反应的活化能，进一步提高了HC、CO被转化成水和二氧化碳的转化效率。如此，通过上述氢气发动机活塞100就可清除氢气发动机中由于氢气燃烧产生的HC、CO，无需配置废气后处理系统，较大程度地降低了氢气发动机的废气处理成本，又由于催化膜涂层40直接附着于活塞头部10上，无需增加其他部件，减少了因其他部件增加而降低具有氢气发动机的整车的耐久性的可能，也就是说，通过上述氢气发动机活塞100清除氢气发动机中由于氢气燃烧产生的HC、CO，增加了具有氢气发动机的整车的耐久性。

具体地，活塞头部10的材质为铝合金，阳极氧化层30为氧化铝。由于氧化铝具有多孔性特点，进一步增加了活塞头部10的顶端11的表面积及催化膜涂层40的表面积，相应地，可使氢气发动机的燃烧室内的氢气燃烧产生的HC、 CO与活塞头部10附着的催化膜涂层40进一步地充分接触，从而进一步提高 HC、CO被转化成水和二氧化碳的转化效率。在一实施方式中，阳极氧化层30 的厚度为10～20μm。

活塞头部10具有多个凹槽111，多个凹槽111间隔地布满顶端11。由于凹槽111的数量为多个，可较大程度地增加活塞头部10的顶端11的表面积及催化膜涂层40的表面积，从而提高HC、CO的转化效率。在一实施方式中，多个凹槽111排布成间隔设置于顶端11的多个同心环形圆，凹槽111的横截面为等边三角形。其中，相邻两同心环形圆的距离设置为相等，凹槽111的横截面的宽度设置为1mm左右。可以理解，多个凹槽111排布的形状和凹槽111的横截面的形状并不局限于上述情况，也可以为其他形状，如分别为阵列排布的多个正方形及长方形等。

活塞头部10的侧面具有多个环槽12，多个环槽12用于容置活塞环，以使氢气发动机活塞100与氢气发动机的燃烧室之间形成密封。

活塞裙部20的侧面具有树脂涂层，用于降低活塞裙部20与安装部件之间的摩擦。活塞裙部20具有销孔21，用于容置活塞销。

请参阅图5，本申请还提供了一种氢气发动机活塞100的制造方法，用于制作上述氢气发动机活塞100，氢气发动机活塞100的制造方法包括如下步骤。

S51、在活塞头部10上与活塞裙部20远离的顶端11加工形成凹槽111。

在一实施方式中，可通过机加工或激光加工形成凹槽111。其中，加工的凹槽111的数量可为多个，多个凹槽111间隔地布满活塞头部10的顶端11。多个凹槽111加工成间隔设置于所述顶端11的多个同心环形圆，凹槽111的横截面为等边三角形。

S52、对具有凹槽111的活塞头部10进行阳极氧化形成位于顶端11的阳极氧化层30。

在一实施方式中，活塞头部10为铝合金材料，“阳极氧化”通过将活塞头部10浸没在酸性溶液中电解形成氧化铝层。

S53、在具有阳极氧化层30的顶端11涂覆催化剂形成催化膜涂层40。

在一实施方式中，催化剂含有两种或三种贵金属，贵金属包括钌、铑、钯、锇、铱、铂等。S53步骤具体包括：在具有阳极氧化层30的顶端11涂覆催化剂溶液；及高温固化催化剂溶液以形成催化膜层。

S54、在活塞裙部20的侧面涂覆树脂形成树脂涂层。

上述步骤S54可执行于上述步骤S51-S53中任一步骤之前或之后。在另一实施方式中，氢气发动机活塞100的制造方法也可不包括上述步骤S54。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种氢气发动机活塞，包括活塞头部及活塞裙部，所述活塞头部具有相对的顶端及末端，所述活塞裙部固定于所述末端，其特征在于：所述顶端具有朝向所述活塞裙部凹陷的凹槽，所述顶端及所述凹槽内具有阳极氧化层及催化膜涂层，所述催化膜涂层位于所述阳极氧化层远离所述活塞裙部的一面。

2.根据权利要求1所述的氢气发动机活塞，其特征在于：所述活塞头部的材质为铝合金，所述阳极氧化层为氧化铝。

3.根据权利要求1所述的氢气发动机活塞，其特征在于：活塞头部具有多个凹槽，所述多个凹槽间隔地布满所述顶端。

4.根据权利要求3所述的氢气发动机活塞，其特征在于：多个凹槽排布成间隔设置于所述顶端的多个同心环形圆，所述凹槽的横截面为等边三角形。

5.根据权利要求1所述的氢气发动机活塞，其特征在于：所述活塞裙部的侧面具有树脂涂层。

6.一种氢气发动机活塞的制造方法，其特征在于：包括：

对活塞头部的顶端进行阳极氧化形成阳极氧化层；

7.根据权利要求6所述的氢气发动机活塞的制造方法，其特征在于：所述活塞头部为铝合金材料，所述阳极氧化通过将所述活塞头部浸没在酸性溶液中电解形成氧化铝层。

8.根据权利要求6所述的氢气发动机活塞的制造方法，其特征在于：还包括：在活塞头部的顶端加工形成凹槽。

9.根据权利要求6所述的氢气发动机活塞的制造方法，其特征在于：所述催化剂含有两种或三种贵金属，所述贵金属包括钌、铑、钯、锇、铱、铂。

10.根据权利要求6所述的氢气发动机活塞的制造方法，其特征在于：还包括：

在所述活塞裙部的侧面涂覆树脂形成树脂涂层。