CN105089840B - 一种内燃机的汽缸套结构、制造方法及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的汽缸套结构、制造方法及汽车，涉及内燃机技术领域，解决选择单层汽缸套的材料使汽缸套的质量较差的问题。其中所述内燃机的汽缸套结构包括：由陶瓷材料制成的内衬套；由金属合金材料制成的外衬套，套设于所述内衬套的外围，且与所述内衬套紧密连接。这样通过选择外层为铝合金和内层为陶瓷的结构的双层汽缸套结构就可以实现高耐磨、耐热，耐冲击、高强度、抗粘着性、抗高温介质腐蚀、具有一定韧性、质量轻和导热好的目的，同时增强了汽缸套的实用性。

Description

一种内燃机的汽缸套结构、制造方法及汽车

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种内燃机的汽缸套结构、制造方法及汽车。

背景技术

内燃机汽缸套是内燃机中的重要零部件，有缸套所产生的摩擦功损失占整个发动机摩擦功损失的50％-70％左右，这是由于汽缸套的工作环境恶劣，承受交变的热载荷力载荷，受强烈的高温高压冲击，润滑环境恶劣，承受活塞环的往复高速摩擦，容易出现磨损而引起拉缸，使发动机失效。汽缸套的失效形式有磨粒磨损，粘着磨损，擦伤磨损等。

现有技术中，合金铸铁汽缸套-耐磨性，润滑性好但抗粘着性，抗高温介质腐蚀性差，强度低；钢质镀铬缸套-耐冲击性、耐磨性好，但润滑性能差；铝合金缸套-质量轻、导热好，但摩擦性能差；双金属汽缸套-较好散热性和耐磨性但抗粘着性，抗高温介质腐蚀性差和强度低；陶瓷汽缸套-硬度高、耐磨性、抗粘着性好，但耐高温、耐腐蚀，韧性差和抗冲击性差。

综上所述，汽缸套选择不同材料达到不同效果，但是汽缸套很难同时达到高耐磨性、耐热性、耐冲击性、高强度、抗粘着性和抗高温介质腐蚀性并具有一定韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内燃机的汽缸套结构、制造方法及汽车，解决选择单层汽缸套的材料使汽缸套的质量较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种内燃机的汽缸套结构，包括：由陶瓷材料制成的内衬套；

由金属合金材料制成的外衬套，套设于所述内衬套的外围，且与所述内衬套紧密连接。

进一步的，所述金属合金材料为铝合金、铁合金或者钢质镀铬。

进一步的，所述陶瓷材料中包括氧化铝、氧化锆和氧化钛。

进一步的，所述内衬套的壁厚为1mm-2mm。

进一步的，所述内衬套的外表面上具有环绕于所述内衬套的圆柱体周围的多个螺旋沟槽。

本发明实施例还一种内燃机的汽缸套结构的制造方法，包括：

通过烧结方式制成内衬套；

在所述内衬套的中心填充芯砂，并对所述芯砂进行热固；

将中心填充有热固后所述芯砂的内衬套装入缸体模具，并在缸体模具内浇铸制成外衬套的金属合金材料；

冷却后拆除所述芯砂，形成组合后的所述外衬套和所述内衬套。

进一步的，所述通过烧结方式制成内衬套的步骤中，选取包括氧化铝、氧化锆和氧化钛的陶瓷材料进行烧结。

进一步的，在通过烧结方式制成内衬套步骤中，包括在所述内衬套的圆柱体外表面形成多个螺旋沟槽的步骤。

进一步的，形成组合后的所述外衬套和所述内衬套的步骤之后还包括：对组合在一起的所述外衬套和所述内衬套进行磨削的步骤。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种汽车，包括如上述的内燃机的汽缸套结构。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的方案中，通过内衬套陶瓷材料和外衬套的金属合金的双层结构的汽缸套，由于陶瓷具有高耐磨、耐热，耐冲击、高强度、抗粘着性和抗高温介质腐蚀，并具有一定韧性，而且合金有质量轻、导热好的特点，这样可以实现高耐磨、耐热，耐冲击、高强度、抗粘着性、抗高温介质腐蚀、具有一定韧性、质量轻和导热好的目的，增强了汽缸套的实用性。

附图说明

图1为本发明的陶瓷内衬套示意图；

图2为本发明的陶瓷内衬套的外表面螺旋沟槽示意图；

图3为本发明的陶瓷内衬套作为热芯盒填充热芯砂热固后的组合示意图；

图4为图3的A-A的剖面图；

图5为本发明的浇铸成型后的汽缸套结构示意图；

图6为本发明的内燃机的汽缸套结构的制造方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术中选择单层汽缸套的材料使汽缸套的质量较差的问题，提供一种内燃机的汽缸套结构、制造方法及汽车，通过选择内衬套和外衬套的双层汽缸套结构就可以实现高耐磨、耐热，耐冲击、高强度、抗粘着性、抗高温介质腐蚀、具有一定韧性、质量轻和导热好的目的，增强了汽缸套的实用性。

如图1至5所示，本发明实施例的一种内燃机的汽缸套结构，包括：

由陶瓷材料制成的内衬套1；

由金属合金材料制成的外衬套，套设于所述内衬套1的外围，且与所述内衬套1紧密连接。其中，所述金属合金材料可以是金属铝合金2、金属铁合金或者钢质镀铬，都是具有良好导热性的材料均属于本发明的保护范围。

由于内衬套1的陶瓷材料的抗摩擦能力强，所以选择与内衬套1相互补的金属合金，由于金属铝合金2摩擦性能差，但具有质量轻和导热性好，本发明优选地金属合金为铝合金2。其中所述铝合金2通过铸造铝合金2实现本发明。

通过金属合金材料的外衬套和陶瓷材料的内衬套1的双层缸套，不仅有金属缸套所无法媲比的摩擦性能，克服了传统的涂层陶瓷缸套厚度小，与金属合金外层结合强度低的缺点，而且充分发挥了陶瓷材料的耐热性、热导率小的特点；利用外衬套导热性良好的金属合金材料把多余热量带走，使缸内温度得到调节，充分发挥了金属合金和陶瓷两种材料各自的优点，提高了汽缸套耐用性。

为了提高陶瓷的耐磨耐热，耐冲击、高强度、抗粘性以及抗高温介质腐蚀性，因此本发明实施例的汽缸套结构中，所述陶瓷材料中包括氧化铝、氧化锆和氧化钛。

如果内衬套1的陶瓷圆柱体的壁厚较厚的话，会增加汽缸套的重量，而且容易比较脆弱容易断裂，因此本发明实施例的汽缸套结构中，所述内衬套1的壁厚为1mm-2mm。

通过1mm-2mm的薄壁结构大大提高了陶瓷材料的韧性和抗脆断能力，同时适当增加传热能力，且防止了缸内温度过热，还提高了内衬套1陶瓷材料的韧性并且减轻汽缸套的重量，节约了材料。

如图1和2所示，如果将铝合金2的外衬套直接环绕内衬套1设置，所述内衬套1和外衬套之间的接触面小，从而摩擦力小和导热性能差，因此本发明实施例的汽缸套结构中，所述内衬套1的外表面上具有环绕于所述内衬套1的圆柱体周围的多个螺旋沟槽11。其中，所述多个螺旋沟槽11形成类弹簧结构。

由于多个螺旋沟槽11的存在，环绕在外衬套的圆柱体外表面的铝合金2，通过与多个螺旋沟槽11凹面结合，从而增大了外衬套与内衬套1的接触面使得摩擦性能提高，同时适当增加传热能力，且防止了缸内温度过热。通过表面沟槽结构形成类弹簧结构，一方面提高了内衬套1的韧度，加强了抗冲击强度，增强了陶瓷结构对交变热负荷和冲击力负荷的抵抗能力；另一方面增加了内层和外层金属的接触面，提高了结合强度；在工作过程中所述内衬套1的陶瓷内部还利于汽缸套存储润滑油，在缸内温度提高到1400℃左右时，大幅度降低油耗，提高工作效率10％-20％。

相应的，如图6所示，本发明实施例还提供一种内燃机的汽缸套结构的制造方法，包括：

步骤61，通过烧结方式制成内衬套1；其中，所述通过烧结方式制成内衬套1的步骤中，选取包括氧化铝、氧化锆和氧化钛的陶瓷材料进行烧结。

步骤62，在所述内衬套1的中心填充芯砂3，并对所述芯砂3进行热固；其中，所述热固提高了内衬套1的强度，

步骤63，将中心填充有热固后所述芯砂3的内衬套1装入缸体模具，并在缸体模具内浇铸制成外衬套的金属合金材料；其中，所述金属合金材料为铝合金2、铁合金或者钢质镀铬等，具有散热能力强的材料。

步骤64，冷却后拆除所述芯砂3，形成组合后的所述外衬套和所述内衬套1。

通过在烧制的内衬套1外面浇铸金属合金材料的外衬套，使得双层汽缸套结构的内外层之间更加牢固，同时在散热、摩擦能力和刚性方面都有所增强，提高了汽缸套的耐用性以及工作效率。

如果将铝合金2的外衬套直接浇铸在内衬套1上设置，所述内衬套1和外衬套之间的接触面小，从而摩擦力小和导热性能差，因此本发明实施例的制造方法中，在通过烧结方式制成内衬套1步骤中，包括在所述内衬套的圆柱体外表面形成多个螺旋沟槽的步骤。

内衬套1外表面烧结出多个螺旋沟槽11，提高了陶瓷衬套的韧性和耐冲击性，保持内层和外层的双层材料的热变形的适应性。同时多个螺旋沟槽11的外表面结构有利于内层的内衬套1在高温下进行有利于缸套储存润滑油的规则变形，从而进一步提高了缸套的润滑性能。

如图3和图4所示，为了增强陶瓷在浇铸过程中的强度，有效防止在浇铸过程中承受压力后破碎，通过内衬套1内部填充砂芯热固，使壁厚控制在1mm-2mm，因此本发明实施例的制造方法中，步骤64还包括：对组合在一起的所述外衬套和所述内衬套1进行磨削的步骤。控制所述内衬套1的壁厚为1mm-2mm。

通过外衬套为铝合金2，内衬套1为薄壁陶瓷材料的双层汽缸套结构，由于内衬套1的表面采用多个螺旋沟槽11结构以提高了内层的韧度，加强了内衬套1的抗冲击强度，增强了内层对交变热负荷和冲击力负荷的抵抗能力并增加了内衬套1和外层金属的接触面，提高了结合强度的设计方法；将此内衬套1作为热芯盒填充热芯砂3，热固后作为芯子装入缸体模具；内衬套1内部填充热砂芯，有效防止其在浇筑过程中承受压力后破碎的工艺方式。

本发明的内燃机的汽缸套结构的制造方法的具体实施例的举例如下。

1.首先烧制氧化铝、氧化锆和氧化钛带有外表面多个螺旋沟槽11的陶瓷内衬套1，壁厚控制保持在1-2mm；

2.此陶瓷内衬套1烧结成孔形，并将此陶瓷内衬套1作为热芯盒填充热芯砂3，热固后作为芯子装入缸体模具；

3.用铸造铝合金2浇铸形成缸体毛坯，同时陶瓷内衬套1与铸造铝合金2外衬套被浇铸成一体，浇铸出缸体后去芯砂3；

4.对内衬套1进行磨削加工，完成双层汽缸套的组合成型，形成最终产品(如图5所示)。

相应的由于本发明实施例的内燃机的汽缸套结构，应用于汽车，因此，本发明实施例还提供了一种汽车，其中，上述内燃机的汽缸套结构的所述实现实施例均适用于该汽车的实施例中，也能达到相同的技术效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种内燃机的汽缸套结构的制造方法，所述内燃机的汽缸套结构包括：由陶瓷材料制成的内衬套；由金属合金材料制成的外衬套，套设于所述内衬套的外围，且与所述内衬套紧密连接；其特征在于，所述制造方法包括：

通过烧结方式制成内衬套；

在所述内衬套的中心填充芯砂，并对所述芯砂进行热固；

将中心填充有热固后所述芯砂的内衬套装入缸体模具，并在缸体模具内浇铸制成外衬套的金属合金材料；

冷却后拆除所述芯砂，形成组合后的所述外衬套和所述内衬套。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述通过烧结方式制成内衬套的步骤中，选取包括氧化铝、氧化锆和氧化钛的陶瓷材料进行烧结。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在通过烧结方式制成内衬套步骤中，包括在所述内衬套的圆柱体外表面形成多个螺旋沟槽的步骤。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，形成组合后的所述外衬套和所述内衬套的步骤之后还包括：对组合在一起的所述外衬套和所述内衬套进行磨削的步骤。