CN101631632B - 用于制造具有多个汽缸衬套的汽缸曲轴箱的方法和具有附加的材料带的短汽缸衬套 - Google Patents

用于制造具有多个汽缸衬套的汽缸曲轴箱的方法和具有附加的材料带的短汽缸衬套 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有多个汽缸衬套(1)的汽缸曲轴箱的方法，包括以下步骤：提供至少两个汽缸衬套(1)，每个汽缸衬套(1)具有位于汽缸盖侧的第一端部和位于曲轴侧的第二端部以及衬套本体(2)；将汽缸衬套(1)固定在铸造模具中；以及借助于铸造材料绕着汽缸衬套(1)铸造。本发明还涉及一种具有衬套本体(2)的汽缸衬套(1)。根据本发明，提供了一种方法和一种汽缸衬套，其中，汽缸衬套特别容易地被定位，且仅可像通常长的汽缸衬套那样容易地被嵌入，其中，对于该方法，材料带(3)固定到每个衬套本体(2)上，所述带至少在汽缸的位于曲轴侧的第二端部上轴向伸出，对于衬套，材料带(3)固定到衬套本体(2)上，且轴向伸出超过衬套本体(2)的至少一个前侧(4，7)。

Description

用于制造具有多个汽缸衬套的汽缸曲轴箱的方法和具有附加的材料带的短汽缸衬套
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有多个汽缸衬套的汽缸曲轴箱的方法。本发明还涉及一种具有附加的材料带的汽缸衬套。
背景技术
在用于制造内燃机的汽缸曲轴箱的通常的方法中，要将汽缸衬套铸造到汽缸曲轴箱中，所述汽缸衬套由特别耐用的材料构成，且具有合适的摩擦特性。这些汽缸衬套通常在汽缸孔的整个长度上延伸。
DE10153720C2给出了具有短的汽缸衬套的汽缸曲轴箱和一种用于制造这种汽缸曲轴箱的方法，其中，所述汽缸衬套大致在活塞行程的上、下死点之间延伸。为了制造汽缸曲轴箱，使用具有套筒的模具，短的汽缸衬套在铸造汽缸曲轴箱之前被推装到套筒上并由牢固地连接到套筒的凸出部固定。该套筒和汽缸衬套通过滑动件定位在模具中。这些汽缸衬套本身与传统的汽缸衬套的区别在于，它具有较短的轴向尺度。这种方法的一个不足在于，被推装在套筒上并由套筒的凸出部固定的汽缸衬套可在由滑动件执行的运动过程中倾斜。由于汽缸衬套是刚性体，因此这可损坏模具。此外，汽缸衬套未完全覆盖套筒，使得在铸造过程中，会在热的铸造材料与套筒之间存在接触。这导致套筒的磨损的增大。
DE10238873B4描述了一种用于汽缸曲轴箱的汽缸衬套，所述汽缸衬套在其曲轴侧端面上具有造型结构。在用于制造汽缸曲轴箱的铸造过程中，汽缸衬套固定在套筒上并使其造型端面靠触在套筒上而被支撑。汽缸衬套的区域的封闭的未被造型的部分在汽缸衬套的汽缸盖侧端部与活塞行程过程中的下活塞环的下死点之间延伸。在其被造型的端面上，定位在套筒上的汽缸衬套仅在成型结构的最高凸起上由套筒支撑。这使得难以实现与汽缸的运行方向平行的汽缸衬套轴线的正确对准，并易于使汽缸衬套倾翻。而且，在由于造型结构而未被汽缸衬套覆盖的那些区域，没有阻止套筒与铸造材料的接触。
JP06185401A描述了一种具有短的衬套的汽缸曲轴箱。在这种情况下，衬套的轴向尺度被选择成当活塞位于其行程的上死点时使衬套仅在活塞环的长度上延伸。
DE10153721B4描述了一种用于制造汽缸曲轴箱的铸造工具，其中，汽缸衬套被铸造在汽缸曲轴箱中。汽缸衬套不是在汽缸孔的整个长度上延伸，而是在制造过程中在其汽缸盖侧借助于隔离环与模具的上壁分离。在如此制造的汽缸曲轴箱中，汽缸衬套在其汽缸盖侧端部处通过铸造材料锚固和固定。这样做的缺点在于，隔离环必需高精度地定位，以便遵守预定的公差，且隔离环必需在随后的操作中再次被移除。
EP0871791B1描述了一种用于由喷铸(Sprühkompaktieren)AlSi合金制造薄壁管的方法，其还特别适合于制造汽缸衬套，这是因为制造的管在耐磨损、耐热和减少污染物排放方面具有汽缸衬套所需的特性。
EP0858517B1描述了一种用于通过喷铸由过共晶AlSi合金制造衬套的方法。
EP0848760B1描述了另一种用于通过喷铸由过共晶AlSi合金制造汽缸衬套的方法。
DE10225657B4描述了一种用于制造包括多个汽缸衬套的铸铝发动机组的模具组件。该模具组件包括多个模具型芯，具有多个汽缸套的汽缸套型芯，每个型芯具有在它们的轴向尺度上收缩的外径，特别是用于定位汽缸衬套。汽缸衬套分别具有收缩的内径，该收缩的内径与收缩的外径相匹配，且是汽缸衬套的壁厚的多倍。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造具有多个汽缸衬套的汽缸曲轴箱的方法和一种具有附加的材料带的汽缸衬套，其中，汽缸衬套特别容易地定位，且可像传统的长汽缸衬套那样容易地被嵌入。
一种根据本发明的用于制造具有多个汽缸衬套的汽缸曲轴箱的方法包括以下步骤：提供至少两个汽缸衬套，每个汽缸衬套具有第一汽缸盖侧端部和第二曲轴侧端部以及衬套本体；将汽缸衬套附加在模具中；以及绕着汽缸衬套浇铸铸造材料，其特征在于，至少从汽缸衬套的第二曲轴侧端部轴向伸出的材料带附加到每个衬套本体上。
与传统的汽缸衬套相比，在汽缸衬套上提供优选由具有彼此靠触的边缘的卷绕金属片形成的材料带使得汽缸衬套的衬套本体可容易地设计成具有较短的轴向尺度。为此，由衬套本体和材料带共同形成的汽缸衬套优选与传统的汽缸衬套具有近似相同的长度。这意味着适用于传统汽缸衬套的现有工具可继续用于制造汽缸曲轴箱的方法中。该相对较薄的材料带在铸造过程中被熔合在上面，从而在硬化的汽缸曲轴箱中有利地与周围的铸造材料形成共同的部分。另一个优点是，与传统汽缸衬套相比，缩短的衬套本体导致汽缸衬套的成本的降低，这是因为衬套本体由于对汽缸运行表面的热要求和机械要求而必须由昂贵的高级材料制造，而未形成汽缸运行表面的部分的材料带可由较普通的材料制造。
汽缸衬套优选通过将材料带推装到模具的一部分上而被固定在模具中。在本方法的一个特别优选的改进中，模具的该部分为套筒，它与用于传统的汽缸衬套的现有方法具有相同的设计形状。在此，被推装上的汽缸衬套周向环绕着套筒。将衬套推装上大大地有利于汽缸衬套的定位，特别是在由衬套本体和材料带形成的汽缸衬套的总长度与传统的汽缸衬套的总长度相等的情况下，这是因为该过程与传统的汽缸衬套的放置基本没有什么不同。被推装上的汽缸衬套的材料带在此防止未被衬套本体覆盖的模具部分与模制材料接触，从而延长了模具的使用寿命。
缩短的衬套本体的轴向尺度优选与汽缸曲轴箱内的活塞行程的长度大致相等。因此，汽缸衬套以使衬套本体在其轴向尺度上大致限于活塞裙的行程的方式设置在汽缸曲轴箱中。汽缸衬套更优选地在此仍被定位成使衬套本体的汽缸盖侧端面位于具有汽缸盖密封垫的高度处。铸造在汽缸曲轴箱中且比传统的汽缸衬套短的衬套本体有利地在其曲轴侧端面处由形成汽缸曲轴箱的铸造材料包围。在发动机的随后的操作中，这有助于防止汽缸衬套与汽缸曲轴箱分离，这是因为衬套本体不仅在圆周上连接到铸造材料，而且还在其曲轴侧端面处由铸造材料支撑。
在所述方法的一个优选改进中，每个汽缸衬套的衬套本体与材料带的接合长度与相应的汽缸孔的长度大致相等。
在汽缸曲轴箱已冷却和硬化之后的最后加工操作中，连接到周围的铸造部分的材料带最后优选从汽缸孔去除。用于该目的的最后的加工方法优选包括研磨或对汽缸孔扩钻或一些其他加工方法，例如加工汽缸运行表面的切削成型方法，例如内部车削。
在本方法的一个优选改进中，汽缸衬套以使衬套本体至少局部彼此接触的方式设置在模具中。在此，衬套本体优选在外部沿着接触面被弄平。这种方法使得汽缸衬套可采用特别节省空间的布置方式，从而对于相同的总尺寸，可构造出具有相应较大的体积排量的发动机。汽缸衬套在此优选设置成使附加到衬套本体上的材料带未彼此接触。从而，在曲轴侧从汽缸衬套的衬套本体伸出的材料带可使周围的铸造材料平稳地绕着它们流动。
根据本发明的汽缸衬套包括衬套本体，其具有的突出特征在于，材料带附加到衬套本体，所述材料带从衬套本体的至少一个端面轴向伸出。在此，材料带优选至少局部覆盖衬套本体的内侧。此时，特别容易地通过摩擦连接例如通过粘接、通过形状互锁例如通过机械连接、或通过摩擦连接与形状互锁的组合将材料带附加到衬套本体上。材料带在此更优选还在圆周上附加到衬套本体的内侧。在一个可选实施例中，材料带在周向上环绕衬套本体的外侧。
附加到衬套本体上的材料带优选具有与汽缸衬套同轴的圆柱形形状。由材料带形成的汽缸的外径和圆柱形衬套本体的内径在此优选相等或被对准，使得材料带在衬套本体中具有牢固的座。圆柱形材料带优选覆盖衬套的内侧的局部区域，且在衬套本体的一个端面处沿轴向从衬套本体伸出。
在一个优选的实施例中，圆柱形弯曲的材料带覆盖衬套本体的整个内表面。这种实施例可使汽缸衬套的内表面具有特别均匀和平滑的结构。
在汽缸衬套的一个可选的优选改进中，衬套本体具有凹部，所述凹部被设计成接收材料带。凹部的深度优选等于材料带的厚度，使得根据本发明的衬套具有圆柱形内表面，所述圆柱形内表面在整个轴向尺度上具有恒定的半径，且总体上具有非常光滑和均匀的设计。凹部的深度和材料带的厚度优选不超过在最终的加工操作中从汽缸曲轴箱的内表面去除的材料的厚度。
衬套本体优选由喷铸材料、特别是轻质金属或轻合金构成。已经显现出，从包括铝、镁、铝硅合金、铝基合金和镁基合金的组中选择的材料特别好地适合于衬套本体，且喷铸的方法特别好地适合作为制造衬套本体的方法。材料带也优选由轻质金属或轻合金构成，材料带特别地成铝片的形式。由铝片构成的这种材料带制造起来简单且便宜，且在材料特性例如柔性或熔化温度方面很合适。
材料带优选由与衬套本体的材料不同的材料构成。这有利地使得可分别根据特定的要求选择用于材料带的材料和用于衬套本体的材料。
此外，材料带更优选地由与用于汽缸曲轴箱的铸造材料相同的材料构成。在绕着汽缸衬套浇铸铸造材料的过程中，材料带此时被熔合在上面，这使得材料带与衬套本体具有特别好的结合。
优选由金属片形成的材料带的厚度适合地比衬套本体的壁厚小。材料带的厚度优选比汽缸衬套的壁厚的0.5倍、优选地比0.25倍小，甚至可使用更小的材料带厚度，例如是汽缸衬套本体的壁厚的0.1倍，更优选地，特别是介于衬套本体的壁厚的0.05倍-0.15倍之间。选择这种薄的金属带确保材料带可在汽缸和曲轴箱的最后加工中从汽缸孔完全去除。
根据本发明的用于制造短的汽缸衬套的方法包括以下步骤：通过喷铸轻质金属或轻合金制造坯体；对坯体进行挤出成型，以形成圆柱形管，从而形成衬套本体；对衬套本体的内表面的至少一部分进行表面加工，以便准备附加材料带；以及将材料带附加到衬套本体的内侧。
通过喷铸制造坯体和对坯体进行挤出成型以形成圆柱形管的步骤涉及用于制造汽缸衬套的基本公知的方法。根据EP0858517B1、EP0848760B1和EP0871791B1的方法通过引用包括在此。然而，新的特征是，对衬套本体的内表面进行加工，以通过摩擦连接、通过形状互锁或它们的组合使它准备接收金属带。内表面的加工优选用于产生规则的成型结构，例如成螺纹、鳞状结构、片状凸出部和/或成燕尾方式的凹陷部或底切凹入部。内表面的这种成型结构使得材料带可通过挤压到衬套本体中而可靠地附加到衬套本体上，从而在材料带与衬套本体之间实现了耐久的机械连接。表面加工更优选地在表面的内侧产生凹部，使得连接到衬套本体的材料带具有与衬套本体本身相同的内径。在本方法的可选的优选改进中，材料带通过粘接附加到衬套本体的内表面上。
在可选的改进中，表面加工在衬套本体的外表面上实施，且材料带附加到衬套本体的外表面上。这有利地获得与活塞的运行面邻近的汽缸孔的扩大的曲轴侧开口，这有助于增大与活塞关联的连杆的运动范围。
圆柱形弯曲的材料带的轴向延伸边缘优选彼此靠触，使得它们形成封闭的接缝，且圆柱形弯曲的材料带总体上具有封闭的圆周面。
在下面对优选的示例性实施例的描述中给出了进一步的优点和特征。
附图说明
下面，将参看附图和本发明的优选的示例性实施例更详细地解释本发明。
图1示出了通过根据本发明的汽缸衬套的第一优选示例性实施例的纵向截面；
图2示出了通过根据本发明的汽缸衬套的第二优选示例性实施例的纵向截面；
图3示意性地示出了图2所示的汽缸衬套中的由X标示的结构细节的详细视图；
图4示意性地示出了图1所示的汽缸衬套中的由Y标示的结构细节的详细视图；
图5示出了图4所示的结构细节的可选改进；以及
图6示出了图4所示的根据本发明的汽缸衬套的详细视图的进一步的可选改进。
具体实施方式
图1中所示的汽缸衬套1包括汽缸衬套本体2和附加到衬套本体2的内表面上的材料带3。材料带3具有由L1标示的总轴向尺度并从衬套本体2的曲轴侧端面4伸出距离L2。汽缸衬套1的总轴向尺度由L标示。在图1和2所示的示例性实施例中，材料带3的轴向尺度L1比衬套本体2的轴向尺度小。然而，在一个可选的改进中，材料带3的轴向长度L1也可等于或大于衬套本体2的轴向尺度，特别是如果材料带3延伸到衬套本体2的汽缸盖端面7。
可从图2和3特别好地看出衬套本体2和材料带3之间的接合。衬套本体2的内侧显现出鲨鱼翅形的成型结构5，所述鲨鱼翅形的成型结构5由于其底切部而与挤压到衬套本体中的材料带3形成非常好的接合。该成型结构在材料带覆盖的整个内表面上旋转对称。
在未示出的可选实施例中，成型区域不是在由材料带所覆盖的整个内表面上形成，而是仅在旋转对称的局部区域上形成。在此，旋转对称的局部区域在轴向方向上被没有设置特殊成型结构的区域打断。与所示的鲨鱼翅形的成型结构不同，在可选实施例中，也可提供具有和不具有底切部的其他轮廓形状，例如锯齿形轮廓或燕尾形轮廓。
在另一可选实施例(未示出)中，材料带通过摩擦连接例如通过粘接附加到汽缸衬套的内侧。在该实施例中，衬套本体的表面的轮廓成型加工不是必须的。
与成型结构不同，图6所示的衬套本体2具有用于接收材料带3的凹部6。因此，材料带3的面向内的表面和衬套本体2的面向内的表面形成共同的平坦的面。可容易地看出，材料带3的厚度明显小于衬套本体2的壁厚。
为了制造汽缸曲轴箱，汽缸衬套1以从曲轴侧端面4伸出的材料带3被推装到模具的一部分上，使得模具的所述部分由汽缸衬套1环抱。汽缸衬套1使液体铸造材料绕着它铸造，使得衬套本体2的外圆周表面8的至少一部分与铸造材料接触。为了改善衬套本体2与铸造材料的结合，可在外圆周表面8上提供改善与铸造材料的结合的成型结构或表面涂层。
特别地，可从图4和6容易地看出，衬套本体2的端面4a与材料带3的轴向延伸的外表面大致垂直。在一个可选实施例中，端面4a与材料带3成锐角，这可特别容易地从图5看出。当在将汽缸衬套1铸造到汽缸曲轴箱的过程中铸造材料从曲轴侧端面4进入模具中时，该实施例是特别有利的。此时，铸造材料由成锐角布置的端面4a向着汽缸衬套1的汽缸盖端面7引导，与图4中所示的实施例相比，此时在液体铸造材料中产生较小的湍流，从而改善了汽缸衬套1与汽缸曲轴箱的结合。

Claims (25)

1.一种用于制造具有多个汽缸衬套(1)的汽缸曲轴箱的方法，包括以下步骤：
提供至少两个汽缸衬套(1)，每个汽缸衬套(1)具有第一汽缸盖侧端部和第二曲轴侧端部以及衬套本体(2)，
将汽缸衬套(1)附加在模具中；以及
绕着汽缸衬套(1)浇铸铸造材料，
其特征在于，
至少从汽缸衬套的第二曲轴侧端部轴向伸出的材料带(3)附加到每个衬套本体(2)上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个汽缸衬套(1)通过将材料带(3)推装到所述模具的形成汽缸孔的一部分上被附加。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，衬套本体(2)的长度与汽缸曲轴箱内的活塞行程的长度大致相等。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个汽缸衬套(1)的衬套本体(2)与材料带(3)的接合长度与相应的汽缸孔的长度大致相等。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：材料带(3)在绕着汽缸衬套(1)铸造之后被移除。
6.如权利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，至少两个汽缸衬套(1)的衬套本体(2)当设置在模具中时至少局部彼此接触。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，设置在衬套本体(2)上的材料带(3)未彼此接触。
8.一种包括衬套本体(2)的汽缸衬套(1)，
其特征在于，
材料带(3)附加到衬套本体(2)上，并至少从衬套本体(2)的一个端面(4，7)轴向伸出。
9.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)至少局部覆盖衬套本体的内侧。
10.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)具有与汽缸衬套(1)同轴的圆柱形形状。
11.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)通过机械连接附加到衬套本体(2)的内侧。
12.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)通过摩擦连接附加到衬套本体(2)的内侧。
13.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，凹部(6)设置在衬套本体(2)上，以接收材料带(3)。
14.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，衬套本体(2)由喷铸材料构成。
15.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，衬套本体(2)由轻质金属或轻合金构成。
16.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)由轻质金属或轻合金构成。
17.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)由与衬套本体(2)的材料不同的材料构成。
18.如权利要求8所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)的厚度小于衬套本体(2)的壁厚。
19.如权利要求18所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)的厚度比衬套本体(2)的壁厚的0.5倍小。
20.如权利要求8至19中任一所述的汽缸衬套，其特征在于，材料带(3)的轴向尺度(L1)小于衬套本体(2)的轴向尺度。
21.一种用于制造汽缸衬套(1)的方法，所述汽缸衬套(1)包括衬套本体(2)、和附加在衬套本体(2)上的材料带(3)，所述材料带从衬套本体(2)的至少一个端面(4，7)轴向伸出，
所述方法包括以下步骤：
通过喷铸轻质金属或轻合金制造坯体；
对坯体挤出成型，以形成圆柱形管，从而形成衬套本体(2)；以及
对衬套本体(2)的内表面的至少一部分进行表面加工，
其特征在于，
所述方法还包括：将材料带(3)附加到衬套本体(2)的内侧。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，材料带(3)通过压入被附加。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，材料带(3)通过粘接被附加。
24.如权利要求21-23中任一所述的方法，其特征在于，在附加之后，材料带(3)具有与汽缸衬套(1)同轴的圆柱形形状。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，圆柱形材料带(3)具有与衬套轴线大致平行延伸的接缝。
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