内燃机缸体缸套激光珩磨技术

项目所属单位:

中国科学院力学研究所

项目现状:

完成小试，进入中试

项目基本信息

联系人姓名:

杨明江/占剑

职务:

研究员/助理研究员

联系电话:

82544260

邮箱:

ymjl@imech.ac.cn/

zhanjian@imech.ac.cn

所属行业基本信息

项目所处行业现状、规模、行业未来3年左右的增长潜力和预计增长速度：

据报道北京市雾霾天气的成因中最大的因素为机动车的尾气排放，汽车节能减排是世界关注问题，我国年产汽车1千万8百万辆，拥有汽车2亿辆，北京年产汽车1百万辆，上牌汽车5百万辆，石油的59%用于车辆交通。内燃机缸体缸套激光珩磨技术的运用，能够提高汽车发动机的性能，降低有害物质的排放，为我国节能减排，治理北京市雾霾天气中有毒物质排放，探索出一条新的道路。

核心技术

项目核心技术概述：

技术特点：利用激光珩磨技术取代机械珩磨技术对缸体或缸套进行珩磨处理，根据不同部位的工况，采用高重频脉冲激光对缸体（套）内壁进行变参数形貌刻蚀，以减少缸体-活塞环的摩擦系数，改善密封，可达到节能减排增加寿命的目的。 

与机械珩磨技术相比，激光珩磨的特点是能够减少缸体-活塞环的摩擦系数，节能减排。在北京市科委的支持下（2008-2010），研究已经取得了以下成果：

1）激光刻蚀改善缸套摩擦磨损特性 

激光缸套与机械珩磨缸套实验相比：富油区摩擦系数降低50%，缸套磨损量：降低80%，活塞环降低50%

贫油区（上止点）磨损降低34% 

2）发动机初步台架实验，与机械珩磨比较：

动力性实验：扭矩升高4.22%，功率升高3.74%;

排放性能测试：CO值降低29.38%，PM(颗粒直径）排放降低46.01%，NOx和THC（碳氢化合物）也有改善。 

该技术处于国际领先水平。

知识产权

已获得知识产权情况，包括已获得的数量、名称、类型等：

具有可控分布毛化点的辊类表面毛化激光加工系统，发明专利，ZL00128273.5

圆周无规则毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法，发明专利，ZL2005101171588

内燃机缸套内壁激光刻蚀系统及加工方法，发明专利，201110067041.9，正在受理中

三年内研究开发内容计划

未来2-3年内项目技术研究开发要做的工作及预期达到的效果：

激光珩磨技术的研究获得在北京市科委的支持（2008-2010）；2012年与北京汽车股份有限公司合作开展激光珩磨技术预研。

采用缸体（套）激光刻蚀珩磨形貌，与常规机械珩磨形貌相比，使内燃机达到：

1.摩擦损耗（包括缸体-活塞环，连杆-曲轴）降低＞20%，提高动力特性≥2%；

2.气缸漏气率减少＞30%，减小缸体磨损＞50%，减小活塞环磨损25%，减小尾气颗粒物、油滴排放＞20%；

3.对所选定的合作单位型号缸体、缸套材料，提出可实现上述指标的激光刻蚀工艺参数规范，以供生产应用。

团队介绍

项目团队人数及核心技术人员简介：

激光毛化技术研发推广中心基础承担了前期缸套激光刻蚀技术工艺性能检测研发工作。具有激光刻蚀特有的关键技术：激光高重频脉冲波形调制技术，可控分布毛化技术，专用刻蚀激光器研制，深孔内旋转激光头。共有研究人员16人，有光机电一体化装备研制能力，已提供我国钢铁工业25台激光毛化冷轧辊装备、军工重要部件处理装备、印刷行业大型陶瓷网纹刻蚀装备。YAG激光毛化技术和应用获2007 “国家技术发明二等奖”，1997年“中国专利发明创造金奖”（中国专利局、世界知识产权组织），具有自主知识产权。

杨明江，中国科学院力学研究所研究员、博士生导师。他1968年毕业于清华大学工程物理系，1982年、1986年分别获中国科学院力学研究所硕士、博士学位，专业为激光物理和激光技术。1990年以来领导和主持了钢铁冷轧板带的关键技术之一——YAG激光毛化冷轧辊技术攻关，使我国成为世界上第一个实现YAG激光毛化技术用于钢铁优质板带规模生产的国家，是该项目国家“八五”、“九五”科技攻关和中科院“九五”重大项目负责人。YAG激光毛化技术装备已在我国十七家钢厂规模生产应用，为我国钢铁工业技改提供了一种先进技术手段。创造了重大社会经济效益。他坚持持续技术创新，紧密结合国家重大需求，将YAG激光毛化这项钢铁工业专用技术，发展成一种对材料表面进行高重频脉冲、离散分布式处理的新的激光加工技术，在多个行业和军工广泛应用。“十一五”期间，他负责的主要研发项目有：火炮身管增寿（国防科工委重大基础研究，已验收）；高铁轮轨改性（国家支撑项目，铁道部，2012年底结题）；内燃机节能减排（北京市科委，已验收）。YAG激光毛化技术先后荣获“国家技术发明二等奖”（2007），“中国专利发明创造金奖”（1997），中科院“科技进步一等奖”（1994），杨明江均为第一获奖人。他1993年获国家政府津贴，1994年被中科院授予“有突出贡献中青年专家”称号，1996年被国家评为“国家八五科技攻关先进个人”并获奖章。

占剑，男，博士，中国科学院力学研究所助理研究员。2004年毕业于武汉理工大学，毕业时获双学士学位：材料力学（武汉理工大学），光电子（华中科技大学）。2004年就读于中国科学院力学研究所，硕-博联读研究生，导师为杨明江，专业为激光应用。2010年7月毕业，并留在中国科学院力学研究所工作至今。他主要承担的研发课题有：“汽车内燃机激光珩磨节能减排”（博士论文，北京市科委项目）；“镀铬马口铁薄板激光高速焊接”（广东省-中科院战略合作项目，现已达到焊速60m/min，国际领先）；“高铁轮轨改性”中轮缘激光刻蚀改善润滑、减少磨损。他具有光机电一体化技术综合研发实力。

基本财务状况

过去2年项目研究开发经费投入情况：

2011年-2012年，实验室自筹经费80万，其中缸体激光处理实验机床20万，半导体激光器系统40万，控制系统20万。

未来3年项目研发生产投入情况及收入、净利润等主要科目的财务预测：

    未来三年，预计投入研发经费150万。

项目规划

项目所需投资额、融资用途，估值情况及其他投资条款要求：

 如果项目涉及研制生产用样机，则所需费用如下， 

名目用途经费（万元）研究费实验材料、加工费、检测，实验燃动费等100工业中试 台架试验150 装车实验50样机研制 缸体刻蚀机1台（针对汽油机应用）150差旅费实验出差30劳务费人员劳务20管理费 30总计 530

若不涉及生产用样机，则项目所需经费为380万元（530万元-150万元）。