CN102971517B - 往复式发动机的气缸衬套 - Google Patents

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Abstract

一种往复式发动机的气缸衬套（1），该气缸衬套(2)具有内表面（3），该内表面用作活塞环（5）的跑合面（4），跑合面（4）包括上部（U）与下部（L）。上部（U）至少包括最顶端的活塞环（5）的上死点区。仅跑合面（4）的上部（U）设置有用陶瓷颗粒加强的金属基复合材料形成的涂层（7）。

Description

往复式发动机的气缸衬套
技术领域
本发明涉及往复式发动机的气缸衬套。
背景技术
对靠高灰分燃料(HAF)运转的柴油机气缸衬套的严重磨损已有记载。高磨损率导致过早更换气缸衬套，大大早于预期寿命或大修间隔时间(TBO)。已对高于正常磨损30倍的磨损率进行了检查。
气缸衬套的高磨损率不仅导致过早更换气缸衬套，减少组件寿命以及TBO，增加维修、备件成本，并且降低实用性。由于磨损的气缸衬套将导致减小燃烧室的密封性，并且影响活塞环运动、油运输以及润滑，所以也会影响输出、效率、窜气、油耗量、组件污染以及可靠性之类的性能。
尽管已做了一些调查并采取了一些行动，但是尚未完全确定磨损原因，但很可能涉及燃料质量(HAF)以及高单位输出或者两者的结合。
发明内容
本发明的目的是提高气缸衬套的耐磨性。
如第一方面所公开的，实现了所述目的。根据本发明，气缸衬套具有用作活塞环的跑合面的内表面。跑合面包括上部与下部，该上部包括最顶端的活塞环的上死点区。仅在跑合面的上部设置有用陶瓷颗粒加强的金属基复合材料涂层。
通过本发明的方法可取得显著的效果。根据已执行的测试，可通过金属基复合材料涂层减小对气缸衬套的磨损。尤其是在利用高灰分燃料以高输出量运转的发动机中，可显著减小气缸衬套的磨损率。因此，可增加大修间隔时间以及气缸衬套的寿命。此外，可提高发动机的性能与可靠性。仅在跑合面的上部设置有涂层，这可减少制造时间以及气缸衬套的成本。
附图说明
附图1示出了根据本发明的一个实施方式的气缸衬套的剖面图.
具体实施方式
在下文中，参照附图以实施例方式更详细地描述本发明。
附图示出往复式发动机的气缸衬套1。该发动机是大型往复式发动机，其可用作船舶和/或用于发电和/或热的动力厂中的主发动机与辅助发动机。所述发动机可通过重燃油(HFO)或高灰分燃料(HAF)例如水煤浆运转。所述发动机是中速四冲程发动机。发动机的旋转速度为300-1200rpm。
气缸衬套1是安装到发动机组中以形成气缸的柱状构件。气缸衬套1形成柱状空间，活塞2在该柱状空间中往复运动。在附图中，示出活塞2处于其上死点位置。气缸衬套的内表面3用作活塞环5的跑合面4。活塞环5安装到位于活塞2的外直径上的槽中。通常，每个活塞具有2至4个活塞环5。至少最顶端的活塞环5用铬烤瓷涂覆。气缸衬套1的内直径一般为20至80cm。跑合面的轴向长度T为30至100cm。气缸衬套1的基材为钢或铸铁，一般为灰口铸铁。
气缸衬套1的跑合面4包括上部U与下部L。上部U至少包括最顶端的活塞环5(最接近活塞顶部6的活塞环)的上死点(tdc)区，即，在活塞2的上死点区，最顶端的活塞环5在跑合面上所在的区域。上部U的长度至多为跑合面总长度T的30％，一般至多为20％，而最典型地至多为10％。在本发明的一个实施方式中，跑合面的上部U包括活塞环5的上死点区，即，在活塞2的上死点位置，活塞环5在跑合面上所在的区域。在此实施方式中，上死点区从最顶端的活塞环的上边缘延伸至最底下的活塞环的下边缘。
跑合面的下部L包括活塞环5的下死点(bdc)区，即，在活塞2的下死点位置，活塞环5在跑合面上所在的区域。
上死点是活塞2的最上位置，即，在发动机运转过程中，活塞2与活塞环5距离曲柄轴最远的位置。相应地，下死点是活塞2的最下位置，即，在发动机运转过程中，活塞2与活塞环5距离曲柄轴最近的位置。
跑合面的上部U设置有用陶瓷颗粒加强的金属基复合材料(MMC)涂层7。金属基复合材料由金属基体与嵌入基体中的加强材料组成。
根据本发明的第一实施方式，涂层7的金属基体是低碳合金钢。涂层7具有重量百分比为1至1.3的碳含量。
根据第二实施方式，涂层7的金属基体是铁素体不锈钢。所述涂层具有重量百分比为0.4至0.5的碳含量。基体的铬含量的重量百分比为12至15。基体可包括钼(Mo)、镍(Ni)、铝(Al)以及/或钛(Ti)。
在第一实施方式与第二实施方式中，金属基复合材料涂层7包括重量百分比为15至40，一般为20至35的陶瓷颗粒。陶瓷颗粒是氧化铝(Al2O3)和/或氧化锆(ZrO2)颗粒。此外，陶瓷颗粒可包括碳化铬(Cr2C3)。
根据本发明的第三实施方式，涂层7具有Ni-Cr基体。涂层7包含重量百分比为20的镍与重量百分比为5的铬。陶瓷加强颗粒是碳化铬(Cr2C3)颗粒。该颗粒含量的重量百分比为50至75。
在上述实施方式中，涂层7遍布跑合面4的全周。仅跑合面的上部U设置有上述涂层7。跑合面的整个上部U可设置有上述涂层7。跑合面的下部L未用涂层覆盖，即，与气缸衬套的基材是相同的材料。
涂层7可通过等离子喷涂而形成。在施加涂层材料之前，要涂覆的表面是借助适当的方法，例如喷砂、喷水或机械粗糙化，被活化的表面。在进行表面活化之后，净化了要涂覆的表面。其后，通过等离子喷射向所述表面施加涂覆。在等离子喷射过程中，将涂层材料以粉末形式引入从等离子喷枪射出的等离子射流中。在等离子射流中，材料熔化并朝要涂覆的表面推进。在该表面上，熔滴变平、凝固而形成涂层7。其后，例如通过珩磨将涂层精加工成期望的表面粗糙度。通常，涂层7被精加工至0.2-0.5μm的表面粗糙度。涂层7的厚度为0.1-0.4mm。
在气缸衬套的位于跑合面的上部U上方的顶部设置有用于容纳抗抛光环9的槽8。抗抛光环9形成小台阶，该小台阶防止碳沉积在活塞2上。抗抛光环9也移除在发动机运转过程中可能沉积在活塞2的上部的积炭以及残炭。

Claims (10)

1.一种以重燃油(HFO)或高灰分燃料(HAF)运转的往复式发动机的气缸衬套(1)，该气缸衬套(2)具有内表面(3)，该内表面用作活塞环(5)的跑合面(4)，所述跑合面(4)包括上部(U)与下部(L)，其中所述上部(U)至少包括最顶端的活塞环(5)的上死点区，在所述气缸衬套(1)中，仅所述跑合面(4)的所述上部(U)设置有用陶瓷颗粒加强的金属基复合材料形成的涂层(7)，并且所述跑合面的所述下部(L)是灰铸铁且未被涂覆，该气缸衬套的特征在于：所述内表面(3)在所述跑合面(4)的上方设有用于容纳抗抛光环(9)的槽(8)，所述涂层(7)的金属基体是低碳合金钢或铁素体不锈钢，所述涂层(7)包括重量百分比为15至40的氧化铝和/或氧化锆颗粒。
2.根据权利要求1所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述涂层(7)具有用碳化铬颗粒加强的Ni-Cr基体。
3.根据权利要求2所述的气缸衬套，其特征在于：所述涂层(7)包括重量百分比为50至75的碳化铬颗粒。
4.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述上部(U)的长度至多为跑合面总长度(T)的30％。
5.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述下部(L)包括所述活塞环(5)的下死点区。
6.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：仅所述活塞环(5)的上死点区设置有所述涂层(7)。
7.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述涂层(7)的表面粗糙度(Ra)为0.2μm至0.5μm。
8.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述涂层(7)的厚度为0.1mm至0.4mm。
9.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述上部(U)的长度至多为跑合面总长度(T)的20％。
10.根据前述权利要求1-3之一所述的气缸衬套(1)，其特征在于：所述上部(U)的长度至多为跑合面总长度(T)的10％。
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