CN1062939C - 气缸体 - Google Patents

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Abstract

在铸铁气缸套部Sc外表面上进行喷砂处理、在气缸套部Sc上形成由含有Si、Cu等的铝基材料制成的第一中间层31后把气缸套部Sc嵌入铝合金的气缸筒1U中，从而制成气缸体。第一中间层31因降低气缸套部SC与气缸筒1U之间的电位差而提高抗电解腐蚀性并由于此两者之间的相互扩散作用而提高了粘合度。在改型中，在气缸套部Sc的嵌入气缸筒1U中的部位在第一中间层31下形成镍-铝基材料的第二中间层32，从而进一步提高粘合度。

Description

气缸体
本发明涉及湿衬型气缸体，它包括一用浇合法嵌入由铝基材料制成的气缸筒中的铁基材料制成的气缸套部。
通常，用浇合法把铸铁的气缸套部插入铝合金的气缸筒中，从而制成内燃机的湿衬型气缸体。铸铁和铝合金的热膨胀系数显著不同，因此内燃机工作时产生的热或振动在某些情况下会破坏气缸套部与气缸筒之间的粘合，从而造成两者分离。
在现有气缸体中，为消除这一缺点，先用火喷涂层法把铁或钼的细粒喷到气缸套外表面上而造成凹凸不平，然后再用浇合法把该气缸套嵌入气缸筒中，从而增强气缸套部和气缸筒之间的粘合度(参见日本实用新型No.13391/82)。
但是，上述现有气缸体所遇到的一个问题是，铝合金的气缸筒与属于不同金属的铁或钼接触，因此在两者之间的界面处产生一电位差，从而容易发生所谓的电解腐蚀。还有一个问题是，粘合度的增强是基于在铝合金流入火喷涂层在气缸套部上形成的凹凸不平部位时所产生的楔紧作用，因此未必能获得足够强的粘合。
因此，本发明的目的是防止气缸套部与气缸筒之间的界面处产生电解腐蚀，从而提高两者之间的粘合度。
为达到上述目的，按照本发明，提供了一种湿衬型气缸体，包括通过浇合嵌入在铝基材料制成的气缸筒中的铁基材料制成的气缸套部，所述气缸体还包括由铝基材料制成的中间层，它形成在所述气缸套部的外周与所述气缸筒接触的接触面以及该外周与冷却水接触的接触面上，以及包括由以镍为其主要成分的镍-铝基材料制成并形成在所述气缸套部的外周与所述中间层之间的第二中间层。
在上述结构下，气缸套部与气缸筒之间的粘合度提高，从而大大提高了抗剥离可靠性，而且，气缸套部与气缸筒之间的电位差减小，从而增强了耐电解腐蚀性并进而增强了耐磨性，气缸套部与冷却水的接触部位的散热性也提高。
如果在气缸套部外周与上述中间层之间再加上一电镍-铝基材料制成的第二中间层，上述中间层就能更牢固地粘合到气缸套部外周上，从而进一步牢固地连接气缸套部与气缸筒。
如果气缸套部外周只在以浇合法嵌入气缸筒的部位形成笫二中间层，就可避免由第二中间层造成的散热性降低，同时确保气缸套部与气缸筒之间的粘合。
从下述结合附图对优选实施例的说明中，本发明的上述和其它目的、特征和优点会更清楚。
图1到图6例示出本发明的第一实施例，其中：
图1为气缸体的平面图；
图2为沿图1中线2-2剖取的剖面图；
图3为沿图1中线3-3剖取的剖面图；
图4为沿图1中线4-4剖取的剖面图；
图5为图3中由椭圆5所示部分的放大图；
图6为模具的剖面图；
图7为与图5类似的剖面图，但例示本发明第二实施例；
图8为与图5类似的剖面图，但例示本发明第三实施例。
下面结合附图通过各优选实施例说明本发明。
请参看图1到图4，四气缸串联内燃机的气缸体Bc构成一具有四串联湿式气缸套部Sc的开台型气缸体。构成气缸体Bc的主要部分的气缸体主体1由铝合金模铸而成。
该气缸体主体1包括下部即气缸筒1U以及下部即曲轴箱1L。上部1U形成有四串联气缸筒内孔3，该内孔3通过气缸体主体1的台面2。由铸铁制成的气缸套部Sc用浇合法以整件形成在气缸筒内孔3中。该气缸套部Sc包括四个串联连接的气缸套4，每一气缸套4中可滑动地装有一未画出的活塞。
一水套5形成在气缸套部Sc外壁面与气缸筒内孔3的内壁面之间并通至台面2，冷却水在水套5中循环。
气缸筒1U的外壁上设有用来把气缸头(未画出)装到台面2上的常规螺栓孔6、供润滑油流通的油路7等等。
构成气缸体主体1下部的曲轴箱1L包括从气缸筒1U下部连成一体地向下伸展的左/右裙壁8和9以及从气缸套4与气缸筒1U的纵向相对两壁10和11之间的收缩部12向下伸展的若干支承壁13，从而把左右裙壁8和9连成一体。加强壁23分别连成一体地形成在气缸套部Sc上和用浇合法嵌入在支承壁13中，并且在每一加强壁中形成曲轴箱的半圆形轴承孔14、一对用来把轴承盖(未画出)装到常规的半圆形轴承孔14下表面上的螺栓孔等等。
气缸套部Sc由四个相互连接的气缸套构成，两相邻气缸套4之间有一共同的隔壁20，从而气缸套部Sc成为所谓的二重连接型。每一气缸套4中有一气缸内孔21，活塞(未画出)即可滑动地装入其中。
一密封凸缘22连成一体地围绕在气缸套部Sc下部的整个外壁上，它沿与气缸轴线大体垂直的方向大体水平地伸展。密封凸缘22的上表面形成一密封平面221，从而模铸模具M(下文说明)的用来形成水套的水套冲头45的自由端可以密封熔融金属的方式贴合到密封表面221上。
从图5可见，包括气缸筒1U在内的气缸体主体1的材料为模铸铝合金(ADC12)，其重量成分包括：18-90％的铝(Al)、9.6-12％的硅(Si)、1.3-3.5％的铜(Cu)、0.3％或更少的镁(Mg)、1.0％或更少的锌(Zn)、1.3％或更少的铁(Fe)、0.5％或更少的锰(Mn)、0.5％或更少的镍(Ni)和0.3％或更少的锡(Sn)。气缸套部Sc的材料为灰铸铁(FC250)。中间层引用下述成分的铝基焊料形成在气缸套部Sc的外表面上，其重量成分包括；80-90％的铝(Al)、4-13％的硅(Si)、0.5-6％的铜(Cu)以及Ag、Zn、Fe、Cr、Be、Li、Mn、Ti和Sb中的一种到四种元素，每一种元素的添加量为0.9％或更少。
中间层31包括具有上述成分的钎接铝材火喷涂层，它以下列步骤形成。首先在气缸套部Sc的外表面上进行喷砂除去该外表面上的诸如氧化皮、铁锈之类的污物而在该表面上形成极细微的凹凸不平。然后用火喷枪把钎接铝材喷到气缸筒部Sc的外表面上而形成中间层31。此时，由于喷砂形成的细微的凹凸不平增大了表面积并造成楔紧作用，因此中间层31牢牢附着到气缸套部Sc的外表面上。
下面参照图6说明用来模铸气缸体Bc的模具。
模铸模具M包括固定模40、可在横向上互相靠拢和离开的左右侧可动模41和42以及可相对固定模上下移动的上部模43。固定模40上形成有凸起的成形面401、左右侧可动模41和42上分别形成有相对于成形面401相互相对的成形面411和421。上部可动模43形成有与固定模的成形面411相对的成形面431。用来形成气缸内孔21的气缸内孔冲头44沿纵向从成形面431连成一体地下伸，一空心的气缸水套冲头45围绕着气缸内孔冲头44也从成形面431连成一体地下伸，两者之间留有环状间隙。水套冲头45伸展到气缸内孔冲头44的一半位置。
具有中间层31的气缸套部Sc套到各气缸内孔冲头44的外周上，而水套冲头45套到气缸套部Sc的外周上。水套冲头45的自由端密配到密封凸缘22的密封面221上，从而形成一密封熔融金属的密封面，因此铸造时熔融金属无法流过。
模具M的模铸表面与气缸套部Sc之间形成空腔46。若熔融铝合金在一定压力下从铸口47注入空腔46后冷却，就可模铸出气缸体Bc，而气缸套部Sc即以浇合法连成一体地嵌入在铝合金母体中。
如上所述，气缸套部Sc在其外表面上形成铝基材料的中间层后用浇合法嵌入，因此中间层与气缸筒1U互相扩散，从而使气缸套部Sc和气缸筒1U互相牢牢连接，抗剥离可靠性大大提高
而且，由于形成在气缸套部Sc外表面上的中间层31和气缸筒1U为同一类型铝基金属，因此气缸套部Sc中间层31与气缸筒1U之间的电位差减小，从而提高了耐用性。
此外，中间层31提高了抗腐蚀性以及气缸套部Sc为水套5所围部位的散热性。更确切地说，若无中间层31，铁基材料制成的气缸套部Sc的整个外表面就会因与冷却水接触而腐蚀，但是，由于铝基材料制成的中间层31的外表面在凹凸不平状态下形成，因此防止了由于腐蚀而引起的散热性降低。
下面参照图7说明本发明笫二实施例。
第二实施例的特征在于，在第一中间层31下面设有第二中间层32。更确切地说，在气缸套部Sc外表面上喷砂后用火喷枪喷上重量成分为80％镍(Ni)和20％铝(Al)的镍-铝材料，从而形成第二中间层32，然后在第二中间层32外表面上形成与第一实施例的中间层31相同的第一中间层31。
当用火喷枪喷射镍-铝材料时，微粒中所含的镍和铝碰撞气缸套部Sc的外表面而相互发生放热反应，从而形成作为金属互化物的铝化镍。这种铝化镍然后扩散而渗入气缸套部Sc作为一个表面准备层，从而在表面上形成凹凸不平。因此，喷射到凹凸不平表面上的第一中间层31能牢牢粘到气缸套部Sc的外表面上。从而进一步提高气缸套部Sc与气缸筒1U之间的粘合度，因此它们互相更牢地连接在一起。
由于气缸套部Sc与气缸筒1U互相连接得更牢，因此第二实施例特别适用于振动大的柴油机。
下面参照图8说明本发明第三实施例。
第三实施例的特征在于，与第二实施例类似的中间层32只形成在气缸套部Sc的以浇合法嵌入气缸筒1U中的部位，而在水套所围部位则无中间层32。更确切地说，气缸套部Sc为水套5所围部位不参与所要的粘合，因为它并不以浇合法嵌入气缸筒1U因此该部分不需包括第二中间层32。而且，由于镍铝材料制成的第二中间层32的热传导率低，因此在水套5所围部位省去中间层32可避免降低散热性。与第二实施例一样，可用第二中间层32和第一中间层31提高气缸套部Sc的以浇合法嵌入气缸筒1U的部位的粘合度，应该注意，笫二和第三实施例与第一实施例一样，在水套5所围部位都形成有第一中间层31，因此抗腐蚀性和散热性都得以提高。
笫三实施例由于气缸套部Sc与气缸筒1U之间的良好粘合以及气缸套部Sc向冷却水的良好散热性，因此特别适用于高输出引擎。
虽然上面详述了本发明各实施例，但应该指出，本发明不限于上述实施例，只要不背离权利要求书所确定的本发明精神和范围，可在设计上作出种种改动。
例如，在各实施例中，铝基材料的中间层31(第一中间层31)是用火喷涂层法形成的，但是除了火喷涂层法，也可使用电镀之类的合适方法。当用高压注入熔融金属进行模铸时，由于用电镀形成的中间层会被腐蚀；因此在各实施例中要用火喷涂层法形成中间层。但当使用重力浇铸法时，则可使用电镀形成中间层。暴露于水套的气缸筒部Sc部分可由材料和方法加以保护而不是由层31保护。第二中间层32可采用为了与第一中间层粘合而改进缸套材料的表面准备的材料和/或方法。当然，本发明也可应用于气缸数不是四气缸的气缸体Bc以及非重连接型气缸体Bc。

Claims (5)

1．一种湿衬型气缸体，包括通过浇合嵌入在铝基材料制成的气缸筒中的铁基材料制成的气缸套部，所述气缸体还包括由铝基材料制成的中间层，它形成在所述气缸套部的外周与所述气缸筒接触的接触面以及该外周与冷却水接触的接触面上，其特征在于气缸体还包括由镍-铝基材料制成并形成在所述气缸套部的外周与所述中间层之间的第二中间层，所述形成所述第二中间层的镍-铝基材料包括重量成分为80％的镍和20％的铝。
2．按权利要求1所述的气缸体，其特征在于，所述第二中间层只形成在所述气缸套部外周的通过浇合嵌入所述气缸筒中的部位。
3．根据权利要求2所述的气缸体，其特征在于，所述第二中间层形成在组成缸体水套部分的上述缸套外周部分上。
4．根据权利要求1所述的缸体，其特征在于，所述外周在加入上述中间层之前先喷砂。
5．根据权利要求4所述的缸体，其特征在于，所述中间层用火喷涂层法加到上述外周上。
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