CN101949337A - 高硅稀土铝合金汽车发动机缸体 - Google Patents

Abstract

一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体，克服了现有汽车发动机缸体需要在缸体的缸筒内壁镶铸缸套或覆有一层耐磨材料，制造工艺复杂，制造成本相对较高以及工作中润滑效果差的问题，特征是缸体和缸筒以及缸筒内壁为采用同一种高硅稀土铝合金材料整体铸造的一体结构，在缸体外侧四周周边均设有散热翅，有益效果是既不需要另外镶装缸套，也不需要在缸筒内壁增加镀层，可以实现薄壁缸筒，即减轻了缸体总体的重量，又增加了散热面积，使缸体整体具有良好的散热效果，工作中缸筒内壁能够形成油膜，可降低摩擦阻力，提高润滑性能，防止爆缸的发生，省去了传统工艺缸套的生产和镶铸环节，因而制造工艺简单，制造成本相对较低且运行中可靠性高。

Description

高硅稀土铝合金汽车发动机缸体

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，特别涉及高硅稀土铝合金汽车发动机缸体。

背景技术

人类进入21世纪，汽车工业面临着越来越严峻的能源、公害和安全三大问题，世界各国政府也先后制订了关于能源保护，废气排放，降低噪音和安全保障等许多法规。对汽车工业来说，其节约能源，减少汽车尾气排放最有效的办法就是减轻汽车自身的质量，而减少汽车质量的主要途径是使汽车材料轻量化。据有关资料介绍，汽车质量每降低100kg，油耗就可减少0.7L左右。要想减轻汽车自重，就必须采用轻质材料，而铝合金材料是轻质材料中的首选，所以，全铝发动机已经在大量的车型上被采用。而汽车发动机缸体是汽车发动机上最重的部分，因而使用铝合金材料制作发动机缸体成为一种趋势，如目前法国汽车的全铝发动机缸体已达45％，克莱斯勒公司新V6发动机缸体全都使用铝合金材料。但是，由于缸体的缸筒内壁要承受高压气体和活塞工作时产生的摩擦力以及由于高温气体引起的热应力，尽管采用全铝发动机缸体，还需要在缸体的缸筒内壁复合具有较高强度和疲劳强度的缸套，因此，缸体与缸套的结合部仍属于两种金属，由于两种金属膨胀系数不同而造成高温时缸体和缸套贴合不紧密，会使缸套在工作过程中产生变形的现象，同时，也由于两种金属传热系数不同，会使缸体热应力增加，使发动机工作的可靠性降低，且缸套部位的缸体上表面也呈两种金属，由于两种金属硬度不同，在后续机加工中不易保证缸体上表面的平面度。为了易于加工，保证缸体上表面的平面度，重庆力帆实业(集团)有限公司CN02244694.X专利公开了“一种气缸体”，该实用新型公开的一种气缸体，是在缸套的外面覆盖一层铝合金，特征是将缸头结合面下沉一个高度，并覆盖一层同样高度的铝合金，使气缸体的缸头结合面为一种金属，机加工容易，但其缸体与缸套的结合部仍属于两种金属，同样属于在全铝发动机缸体的缸筒内壁上复合缸套的结构。

苏州明志科技有限公司CN200810136556.8专利申请公开了一种“高硅铝合金缸套及其镶铸工艺”，该发明专利申请公开的铝合金缸套，采用高硅铝合金制成，与采用铸铁缸套相比，减轻了发动机或压缩机的重量并因此减少了汽车油耗。该发明专利申请公开的铝合金缸套的镶铸工艺，通过对缸套表面进行活化处理，使缸套与气缸基体的结合由原来的机械结合达到晶界结合，但采用该技术，生产的只是缸套，然后对缸套表面进行活化处理，再镶铸在缸体上，不仅工艺复杂，所减轻的发动机的重量也极为有限。

为了解决缸体与缸套的结合部属于两种金属所存在的缸套与缸体的结合度低，影响发动机工作可靠性的问题，现有技术出现了省略气缸中缸套的无缸套气缸，如浙江春晖集团有限公司CN03256012.5专利公开的“一种汽车空调压缩机”，该实用新型公开的一种汽车空调压缩机包括机体、机体内设有气缸，气缸与所述机体为一整体，气缸和机体的材料均为高硅铝合金，在气缸内省略了钢套，由于气缸和机体都采用了高硅铝合金材料，减轻了汽车空调压缩机的重量。但是，该实用新型提供的是汽车空调压缩机的气缸，并且未公开所述高硅铝合金的具体成分及含量，而一般高硅铝合金并不能达到汽车发动机缸体所要求的强度、硬度和耐磨性能，即便是汽车空调压缩机的气缸，为了进一步增加气缸的表面的强度、硬度和耐磨性能，该实用新型指出在气缸的表面上需要覆有一层耐磨材料，如超细复合陶瓷材料。

重庆镁业科技股份有限司CN03250171.4公开的“铝合金发动机气缸体”给出了更为具体的技术方案，该铝合金发动机气缸体包括气缸体和气缸缸筒结构，其气缸缸筒的内壁为复合层构造，该复合层是氧化铝微晶陶瓷层，该氧化铝微晶陶瓷层是用微弧氧化的方法使其与铝合金基体牢固地结合为一体的。上述结构常被称为“陶瓷气缸”，缸体一样是以铝合金制成，然后在缸筒的内壁覆有一层陶瓷层，实质是用镀层或熔射等方法处理铝合金材料气缸的缸筒内壁来取代铸铁缸套或高硅铝合金缸套，以满足发动机气缸轻量、高强度和良好的散热性能的要求。但采用所述镀层或熔射的方法处理气缸内壁，操作难度较大，且污染环境。

本申请人在CN200810013125.2专利中公开了“一种高硅铝合金及其制备方法”，采用该专利提供的高硅铝合金可以直接制造不需要镀层和气缸套的气缸，但直接用该专利提供的高硅铝合金材料制作发动机缸体，由于铸造Al-Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，容易降低高硅铝合金的强度和塑性，由于缸体工作中缸体的缸筒内壁与活塞接触面摩擦系数较大，为了增加润滑效果，工作中润滑油的消耗较大，一旦缺少润滑油，缸体容易爆缸，因而需要将它改变成有利的形态，提高缸体的耐磨性能，才能更有利于制作性能更好的汽车发动机的缸体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足之处，提供既不需要缸套，也不需要镀层，使汽车发动机缸体整体为同一种材料并同时具有高强度和较好耐磨性能的一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体。

本发明所采用的技术方案是在缸体上设有缸筒，所述缸体和缸筒以及缸筒内壁为采用同一种高硅稀土铝合金材料整体铸造的一体结构。

所述高硅稀土铝合金按重量百分比，其组成如下：

硅19.0～21.0％，

铜3.5～4.3％，

镁0.5～0.7％，

铁0.82～0.92％，

锌0.55～0.70％，

锰0.2～0.4％，

镍0.03～0.08％，

钛0.1～0.2％，

铋0.2～0.4％，

镧0.2～0.35，

钼0.3～0.45％，

杂质≤0.06％，

余量为铝。

所述缸筒为薄壁缸筒。

在所述缸体外侧四周周边均设有散热翅。

在所述缸筒周边设有散热槽。

所述缸筒为7～9mm厚的薄壁缸筒。

本发明与现有技术相比，具有以下一些有益效果：

(1)缸体总体重量轻且散热性能好，由于缸体与缸筒以及缸筒内壁为同一种高硅稀土铝合金材料，既不需要另外镶铸缸套，也不需要镀层，同时由于采用同一种高硅稀土铝合金材料整体铸造为一体结构以及所采用的高硅稀土铝合金的性能，可以实现薄壁缸筒，使得缸筒周边设置的散热槽槽孔可以更大些，即减轻了缸体总体的重量，又增加了散热面积，加之缸体外侧四周周边均设有散热翅，使缸体整体具有良好的散热效果，并因此也可以减少了汽车油耗；

(2)摩擦系数小，耐磨性高，其摩擦系数小于铸铁的3倍；由于所采用的高硅稀土铝合金的性能，工作中缸筒内壁能够形成油膜，可降低摩擦阻力，提高润滑性能，防止爆缸的发生；

(3)结构简单，铸造性好，由于缸体与缸筒以缸筒内壁为同一种高硅稀土铝合金材料，也易于机加工，能够较容易地保证缸体上表面的平面度；

(4)制造工艺简单，制造成本低，由于缸体与缸筒为同一种高硅稀土铝合金材料整体压铸或低压铸造，省去了传统工艺缸套的生产和镶铸环节，因而制造工艺简单，制造成本相对较低且运行中可靠性高。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图。

图中：

1.缸体，2.缸筒，3.散热翅，4.散热槽，5.缸筒内壁。

具体实施方式

下面结合附图提供本发明的具体实施方式。

如附图所示，本发明采用的技术方案是在缸体1上设有缸筒2，所述缸体1和缸筒2以及缸筒内壁5为采用同一种高硅稀土铝合金材料整体铸造的一体结构，这种结构使本发明既不需要另外镶铸缸套，也不需要在缸筒内壁5上增加镀层，缸体整体具有一致的较高的强度、硬度和耐磨性能；

所述高硅稀土铝合金按重量百分比，其组成如下：

硅19.0～21.0％，

铜3.5～4.3％，

镁0.5～0.7％，

铁0.82～0.88％，

锌0.55～0.70％，

锰0.2～0.4％，

镍0.03～0.08％，

钛0.1～0.2％，

铋0.2～0.4％，

镧0.3～0.35，

铈0.4～0.45％，

杂质≤0.09％，

余量为铝。

采用上述高硅稀土铝合金材料整体压铸或整体低压铸造为一体结构的缸体，具有较高的耐磨性和较低的摩擦系数，能够保证气缸内壁承受高压气体和摩擦力；

由于采用同一种高硅稀土铝合金材料整体压铸或低压铸造为一体结构以及所采用的高硅稀土铝合金的性能，与同类型汽车发动机缸体相比，本发明可以实现薄壁缸筒，以马自达V6四缸汽车发动机缸体为例，传统的全铝发动机缸体的缸筒壁厚为10～11mm，本发明所述缸筒2的壁厚为7～9mm；

本发明具体实施方式不受发动机缸体个数的限制，可以是单缸、四缸、六缸或8缸。

在所述缸体1外侧四周周边均设有散热翅3，所述散热翅3即可以起到散热的作用，同时也起到加强筋的作用；

在所述缸筒2周边设有散热槽4，由于缸筒2为薄壁缸筒，可以使缸筒2周边设置的散热槽4的槽孔更大些，因而增加了缸体有效行程内的散热面积，使本发明具有更好的散热性能，并因此也可以减少了汽车油耗，所述散热槽5为盲槽，该盲槽的深度根据缸筒2的有效行程来决定，该散热槽的设置，即可以起到散热的作用，还可以减轻缸体的总重量，并因此也可以减少了汽车油耗。

本发明采用同一种材料整体铸造，工艺简单，制造成本相对较低。

Claims (6)

1.一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体，在缸体(1)上设有缸筒(2)，其特征在于，所述缸体(1)和缸筒(2)以及缸筒内壁(5)为采用同一种高硅稀土铝合金材料整体铸造的一体结构。

2.根据权利要求1所述一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体，其特征在于，所述高硅稀土铝合金按重量百分比，其组成如下：

硅19.0～21.0％，

铜3.5～4.3％，

镁0.5～0.7％，

铁0.82～0.92％，

锌0.55～0.70％，

锰0.2～0.4％，

镍0.03～0.08％，

钛0.1～0.2％，

铋0.2～0.4％，

镧0.2～0.35，

钼0.3～0.45％，

杂质≤0.06％，

余量为铝。

3.根据权利要求1或2所述一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体，其特征在于，所述缸筒(2)为薄壁缸筒。

4.根据权利要求1或2所述一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体，其特征在于，在所述缸体(1)外侧四周周边均设有散热翅(3)。

5.根据权利要求1或2所述一种高硅铝合金汽车发动机缸体，其特征在于，在所述缸筒(2)周边设有散热槽(4)。

6.根据权利要求3所述一种高硅稀土铝合金汽车发动机缸体，其特征在于，所述缸筒(2)为7～9mm厚的薄壁缸筒。

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