CN107340332B - 汽缸体检查方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于检查铝合金汽缸体的热喷涂涂覆汽缸孔的系统，该系统包括故障检测设备、加热设备、冷却设备以及控制单元，该控制单元与该故障检测设备、加热设备以及冷却设备的每个电子通信，并且其中该控制单元包括存储器和用于操作该系统的控制逻辑次序。

Description

汽缸体检查方法和系统

技术领域

本发明涉及金属铸件并且更确切地涉及具有热喷涂孔的铝汽缸体铸件以及制造方法。

背景技术

此章节的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，而且可以构成或不构成现有技术。

典型的铸造铝汽缸体包括以多种配置布置的多个汽缸。通过使用铝合金来用于铸造汽缸体所实现的改进包括与灰口铁或其它铁基铸件相比的较高强度和重量比。然而，在灰口铁铸件的汽缸孔在组装之前能简单地机加工和磨光的情形下，大多数铝合金缸体使用一些类型的汽缸孔内衬。一些类型的汽缸孔衬里包括铸入或按压就位的铁或钢内衬。汽缸孔内衬中的最近发展包括称为热喷涂汽缸孔的技术，其涉及等离子体转移内衬材料。然而，不同于母体金属汽缸孔和按压式汽缸孔内衬，热喷涂汽缸孔更易于开裂和分层，从而导致发动机故障。

虽然当前的发动机缸体和汽缸孔设计实现初始目的，但该设计易于在服务中遭受特定类型的故障，这会导致极其昂贵的维修。因此，本领域需要一种检查系统来确保初始可靠性和长期耐用性，同时维持设计、成本以及重量改进。

发明内容

本发明提供一种用于检查铝合金汽缸体的热喷涂涂覆的汽缸孔的系统。该系统包括故障检测设备、加热设备、冷却设备以及控制单元，该控制单元与故障检测设备、加热设备以及冷却设备的每个电子通信。控制单元包括存储器和用于操作该系统的控制逻辑次序。

在本发明的另一示例中，故障检测设备包括至少一个声学检测装置，该声学检测装置设置成在第一汽缸孔附近与汽缸体相接触。

在本发明的又一示例中，故障检测设备包括针对汽缸体的每个汽缸孔的声学检测装置，这些声学检测装置安装在第一固定件上。

在本发明的又一示例中，加热设备包括针对汽缸体的每个汽缸孔的感应加热元件，并且这些感应加热元件安装在第二固定件上。

在本发明的又一示例中，加热设备进一步包括温度控制件，并且该加热设备能够以3℃/s至50℃/s的速率来加热汽缸孔。

在本发明的又一示例中，加热设备进一步包括表面温度监控器，并且该表面温度监控器受控制以并不超过约500℃的临界温度。

在本发明的又一示例中，冷却设备包括针对汽缸体的每个汽缸孔的喷嘴，该喷嘴安装在第三固定件上，并且冷却设备将加压冷却介质提供给喷嘴。

在本发明的又一示例中，冷却设备进一步包括存储箱，并且冷却介质是压缩空气、水、油、气体及其混合物的一种。

在本发明的又一示例中，冷却设备能够以在10℃/s和100℃/s之间的速率来冷却汽缸体的汽缸孔。

当结合附图时，从用于执行本发明的最佳模式的以下详细描述中，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的汽缸体汽缸孔检查系统的示意图；

图2是根据本发明的具有热喷涂汽缸孔的铝合金汽缸体的部分立体图；

图3是根据本发明的包括热喷涂涂层的汽缸孔的剖视图；

图4和4A是根据本发明的故障热喷涂汽缸孔的视图；

图5和5A是根据本发明的故障热喷涂汽缸孔的视图；以及

图6是示出根据本发明的操作汽缸体汽缸孔检查系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下的描述在性质上仅是示例性的，不旨在限制本发明、应用或者使用。

一开始参照图1，说明并且现将描述汽缸体汽缸孔检查系统10。汽缸体汽缸孔检查系统10用作汽缸体制造线中的检查或计量操作。与汽缸孔检查系统10在汽缸体制造过程中放置的精确度无关，重要地是在执行过多操作并且投入过多时间来制造汽缸体之前在过程中早早地执行此种检查。使得检查过程故障的汽缸孔最可能致使在没有进一步离线维修的情形下汽缸体无法使用。

汽缸孔检查系统10包括处理器或控制单元12、加热设备14、冷却设备16以及感测设备18。汽缸体20是检查的对象。一般而言，制造汽缸体20以提供多种形状和尺寸的发动机配置。直列式直线发动机可包括多个汽缸，这些汽缸具有包括具有四个、五个以及六个汽缸的发动机的流行设计。在图1中提供的示例中，汽缸体20包括以直列式或直线形式对准的四个汽缸孔22，以使得汽缸孔22的每个轴线彼此平行。其它配置包括60°或90°V型发动机布局，此种发动机布局具有从6至12或甚至更多的汽缸。又一些其它配置包括具有多个汽缸的扁平或W型布局。因此，汽缸孔检查系统10可配置成检查无关于汽缸数量的任何发动机设计布局或者布置，而不会偏离本发明的范围。每个汽缸孔22的顶端部终止在头部顶板24处，同时每个汽缸孔22的底端部终止在汽缸体20的曲柄箱部分（未示出）处。

快速地参照图2，更详细地解释汽缸体20的汽缸孔22的布置。汽缸孔22以“连体（Siamese）”方式布置。更确切地说，每个汽缸孔22与相邻的汽缸孔22共享孔壁26。所产生的结构由此实现，内部冷却空腔或水套28的一部分并不具有冷却空气28在汽缸孔22之间的任何部分。所共享的孔壁26允许更紧凑的设计并且改进结构的总体刚度。

现转向图3并继续参照图2，说明并且现将描述在通过热喷涂操作处理之后、汽缸孔壁22的壁46的剖视图。汽缸孔壁46包括内表面或周缘48和外表面50。外表面50可邻近于用作水冷却通道的空腔或者其可用作相邻汽缸孔22的汽缸孔壁46。在任一方面中，汽缸孔壁46的内表面48在操作中暴露于往复式活塞（未示出）。汽缸孔壁46的内表面48包括材料的涂层52，其粘结于汽缸孔壁46的母体材料。在一些示例中，汽缸孔壁46的母体材料可以是铸铁合金或铝合金。然而，可使用其它类型的合金，而不会偏离本发明的范围。涂层52使用各种方法的任何一个粘结于汽缸孔壁46的母体材料。一种此类方法是例如在美国专利5,938,944中解释的等离子体转移丝电弧热喷涂设备。可使用其它类似的方法或所公开方法的变型，而不会偏离本发明的范围。在涂层42施加于汽缸孔壁46的内表面48之后，涂层52的内表面54可经机加工成实现与活塞的精确匹配以及规定的表面光洁度或磨砂图案。

现参照图1，加热设备14包括固定件30、多个感应加热元件32以及温度控制机构34。更确切地说，多个加热元件32包括与汽缸体20中的汽缸孔22一样多的单个加热元件。在该示例中，四个单个加热元件32安装于固定件30，以使得四个加热元件32的每个能通过降低固定件30或提升汽缸体20来插入到单独的汽缸孔20中。加热元件32是能够以从3℃/s至50℃/s的极快速速率加热汽缸孔22的感应加热线圈32。可控制加热的速率来针对不同的汽缸体设计来调节计量。加热元件32还可包括其它类型的机构，例如红外线加热灯，而不会偏离本发明的范围。快速加热速度会产生大温度梯度，因为在汽缸孔22的内部材料的温度开始升高之前，汽缸孔22的表面就会处于高温下。较佳地是，汽缸孔22的表面温度在移除加热元件32之前就从200℃达到至500℃。加热设备还包括表面温度监控器35，用以检测汽缸孔22的表面温度。汽缸孔22的表面的最大温度并不超过约500℃。高于该温度并且该温度是合金相关的，铸件微结构经受初始熔化。因此，金属在汽缸孔22的表面处的膨胀通过汽缸孔22的内部金属保持，由此在汽缸孔22中产生热应力，该热应力接近或超过在发动机在服务中的操作期间所产生的热应力。

冷却设备16是用于快速地冷却汽缸孔22的材料的机构。冷却设备16包括固定件36、多个喷嘴38、冷却介质40以及输送机构39，并且取决于所使用的冷却介质40还包括适合于特定冷却介质40的存储箱42。冷却设备16可使用水、空气、油或诸如氮或氨的气体，以从汽缸孔22的表面去除热量。在该示例中，四个单个喷嘴38安装于固定件36，以使得四个喷嘴38的每个能通过降低固定件36或提升汽缸体20来插入到单独的汽缸孔22中。一旦喷嘴38就位，就迫使冷却介质40通过喷嘴38到汽缸孔22的表面上。用于汽缸孔22的表面的目标冷却速率在10℃/s和100℃/s之间。在本发明的一个示例中，冷却设备16的固定件36可与加热设备14的固定件30组合，以形成单个固定件，该单个固定件支承冷却设备16的喷嘴38和加热设备14的加热元件32的每个。

声学传感器或变换器设备18用于监测来自汽缸孔22的可听或振动信号，当在热循环测试期间热喷涂汽缸孔22故障时产生这些信号。所检测的故障包括来自基底或汽缸孔22表面的热喷涂涂层开裂或热喷涂涂层分层。声学传感器设备18包括由固定件44支承的至少一个声学传感器42。在加热设备14开始加热过程之前，声学传感器设备18的固定件44将声学传感器42移动到邻近于汽缸体20的检测位置中。在另一示例中，声学传感器42的数量可匹配汽缸体20的汽缸孔22的数量，其中，每个传感器42布置在一个汽缸孔22附近。这样，声学传感器设备18能够识别哪个汽缸孔22已故障。

控制单元12包括数据获取和数据处理能力，并且与加热设备14、冷却设备16以及声学传感器或变换器设备18电子地通信。处理器或控制单元12包括电子控制装置，其具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑、用于存储数据的存储器以及至少一个I/O外围。控制逻辑包括多个控制例程，这些控制例程用于监控、操纵以及产生数据。控制逻辑可在硬件、软件或硬件和软件的组合中实施。例如，控制逻辑可呈程序代码的形式，该程序代码存储在电子存储器储件上并且能由处理器或控制单元12执行。

例如，在图6中以流程图形式示出的控制逻辑或方法100在软件程序代码中实施，该软件程序代码能由处理器或控制器12执行并开始102，包括第一控制逻辑104，该第一控制逻辑用于在主体汽缸体传送就位之后启动操作。第二控制逻辑106转移声学传感器设备18的固定件44，以使得声学传感器42邻近于汽缸体20的对应汽缸孔22或者与该汽缸孔相接触。第三控制逻辑108开始感应加热元件32的加热。第四控制逻辑110转移加热设备14的固定件30，以使得感应加热元件32插入到对应的汽缸孔22中。在指定的时间段之后，第五控制逻辑112缩回加热设备14的固定件30并且转移冷却设备16的固定件36，以使得冷却设备16的喷嘴38插入到对应的汽缸孔中。第六控制逻辑114启始冷却介质40的流动。在指定的时间段之后，第七控制逻辑116终止冷却介质40的流动并且缩回冷却设备16的固定件36。第八控制逻辑118检查从声学传感器42接收的任何故障信号，并且向操作者报告测试失败或测试通过。

现参照图4、4A、5和5A，说明并且现将描述所故障的汽缸孔热喷涂涂层的视图。例如，图4以6000 µm和200 µm规格示出由于故障发动机测试所产生的热喷涂涂层分层56和开裂58的显微照片。在另一情形中，图5示出由于分层56和开裂58导致的故障发动机测试的八汽缸V型配置发动机。

虽然详细描述了用于执行本发明的最佳模式，但本发明所涉及的本领域技术人员将认识到落在所附权利要求范围内的用于实践本发明的各种替代设计和示例。

Claims (6)

1.一种用于检查铝合金汽缸体的热喷涂涂覆汽缸孔的系统，所述系统包括：

故障检测设备，所述故障检测设备包括至少一个声学检测装置，并且所述至少一个声学检测装置安装在第一固定件上；

加热设备；

冷却设备； 以及

控制单元，所述控制单元与所述故障检测设备、所述加热设备以及冷却设备的每个电子通信，并且其中，所述控制单元包括存储器和用于操作所述系统的控制逻辑次序，在所述加热设备开始加热过程之前，所述第一固定件将所述至少一个声学检测装置移动到邻近于所述汽缸体的检测位置中，以使得所述至少一个声学检测装置在所述汽缸孔的至少一个附近与所述汽缸体相接触,

其中所述加热设备包括针对所述汽缸体的每个汽缸孔的感应加热元件，并且所述感应加热元件安装在第二固定件上，且

其中，所述加热设备进一步包括温度控制件，并且所述加热设备能够以3℃/s至20℃/s的速率来加热所述汽缸孔。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述故障检测设备包括针对所述汽缸体的每个汽缸孔的声学检测装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热设备进一步包括表面温度监控器，并且所述表面温度监控器受控制以并不超过500℃的临界温度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述冷却设备包括针对所述汽缸体的每个汽缸孔的喷嘴，所述喷嘴安装在第三固定件上，并且所述冷却设备将加压冷却介质提供给所述喷嘴。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述冷却设备进一步包括存储箱，并且所述冷却介质是水、油以及气体的一种。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述冷却设备能够以在10℃/s和100℃/s之间的速率来冷却所述汽缸体的所述汽缸孔。

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