CN111287857B - 发动机气缸体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的气缸体，包括第一缸膛、第二缸膛、第一缸膛衬套、第二缸膛衬套以及联体插入件。第一缸膛和第二缸膛彼此相邻设置。第一缸膛和第二缸膛均分别包括第一缸膛壁和第二缸膛壁，以及共用缸膛壁。第一缸膛衬套设置在第一缸膛壁的第一内表面上，第二缸膛衬套设置在第二缸膛壁的第二内表面上。联体插入件设置在共用缸膛壁的顶部部分。

Description

发动机气缸体的制造方法
引言
本公开总体上涉及铝合金发动机气缸体的制造，更具体地涉及铸造发动机气缸体的制造方法，该铸造发动机气缸体具有改进的鲁棒性，同时保持相对于其他合金和工艺的重量优势。
在内燃发动机气缸体中使用轻质铝合金，通过降低车辆的总重量，同时保持气缸体的大部分性能，极大地提高了车辆的能效。对更轻和更紧凑的发动机系统的额外设计调整给持续使用铝合金作为某些发动机应用的选择材料的带来了一些困难。例如，由于气缸体的几何形状且无法适当冷却这些区域，气缸体某些区域的热应力升高导致过早失效。
因此，本领域需要一种改进的制造新气缸体的气缸体设计和方法，其延长了使用中的气缸体的使用寿命，防止灾难性故障，并提供了保持和改进轻质铝合金的使用以达到燃料经济性标准所必需的设计。
发明内容
本公开包括用于内燃发动机的气缸体。气缸体包括第一缸膛、第二缸膛、第一缸膛衬套、第二缸膛衬套以及联体插入件。第一缸膛和第二缸膛彼此相邻设置。第一缸膛和第二缸膛均分别包括第一缸膛壁和第二缸膛壁，以及共用缸膛壁。第一缸膛衬套设置在第一缸膛壁的第一内表面上，第二缸膛衬套设置在第二缸膛壁的第二内表面上。联体插入件设置在共用缸膛壁的顶部部分。
在本公开的一个示例中，联体插入件包括耐高温蠕变合金，气缸体包括铝合金。
在本公开的另一个示例中，联体插入件包括铝青铜合金，其具有约8-10wt.％的铝、铁、镍、锰、锌和铜。
在本公开的又一个示例中，联体插入件包括铝青铜合金，其具有约9.62wt.％的铝、3.93wt.％的铁、0.62wt.％的镍、3.36wt.％的锰、0.46wt.％的锌以及余量的铜。
在本公开的还一个示例中，联体插入件包括铝合金、钢合金、青铜合金和陶瓷金属材料中的一种。
在本公开的又一示例中，联体插入件包括顶部表面，该顶部表面包括气缸盖板密封表面的一部分。
在本公开的又一示例中，联体插入件包括第一膛衬套槽和第二膛衬套槽，第一膛衬套部分地设置在第一膛衬套槽中，第二膛衬套部分地设置在第二膛衬套槽中。
在本公开的又一示例中，共用缸膛壁包括第一缸膛衬套的第一部分、第二缸膛衬套的第二部分、第一缸膛壁的第三部分、第二缸膛壁的第四部分以及联体插入件。
本公开还包括用于内燃发动机的气缸体。气缸体包括第一缸膛、第二缸膛、第一缸膛衬套、第二缸膛衬套以及联体插入件。第一缸膛衬套设置在第一缸膛壁的第一内表面上，第二缸膛衬套设置在第二缸膛壁的第二内表面上。联体插入件包括顶部表面和高温抗蠕变合金。联体插入件设置在共用缸膛壁的顶部部分，该顶部表面包括气缸盖板密封表面的一部分。
在本公开的一个示例中，联体插入件包括铝青铜合金，其具有约8-10wt.％的铝、铁、镍、锰、锌和铜。
在本公开的另一个示例中，联体插入件包括铝青铜合金，其具有约9.62wt.％的铝、3.93wt.％的铁、0.62wt.％的镍、3.36wt.％的锰、0.46wt.％的锌以及余量的铜。
在本公开的还一个示例中，联体插入件包括铝合金、钢合金、青铜合金和陶瓷金属材料中的一种。
在本公开的又一示例中，联体插入件包括第一膛衬套槽和第二膛衬套槽，第一膛衬套部分地设置在第一膛衬套槽中，第二膛衬套部分地设置在第二膛衬套槽中。
在本公开的又一示例中，共用缸膛壁包括第一缸膛衬套的第一部分、第二缸膛衬套的第二部分、第一缸膛壁的第三部分、第二缸膛壁的第四部分以及联体插入件。
本公开还包括一种内燃发动机的气缸体的制造方法。该方法包括形成砂芯组件和模具，该砂芯组件和模具包括用于发动机每个气缸的缸膛衬套。该方法还包括通过将液态金属合金浇注到模具中来铸造气缸体，并在冷却后清洁和加工气缸体。
在本公开的一个示例中，形成砂芯组件和模具(包括用于发动机每个气缸的缸膛衬套)还包括形成这样的砂芯组件和模具，该砂芯组件和模具包括用于发动机每个气缸的缸膛衬套和设置在每个缸膛衬套之间的联体插入件。
在本公开的另一个示例中，通过将液态金属合金浇注到模具中来铸造气缸体还包括将液态铝合金浇注到模具中，以原位铸造缸膛衬套和联体插入件。
在本公开的另一个示例中，该方法还包括使用金属合金添加剂技术在缸膛衬套的每一个之间制造联体插入件。
在本公开的又一示例中，该方法还包括使用激光熔覆、冷/动力喷涂和热喷涂金属添加技术中的至少一种在缸膛衬套中的每一个之间制造联体插入件。
在本公开的又一示例中，该方法还包括在缸膛衬套的每一个之间固定联体插入件。
在本公开的又一示例中，该方法还包括在缸膛衬套的每一个之间钎焊联体插入件。
通过结合附图，从以下详细描述中本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
本文所述的附图仅仅出于说明的目的，并不试图以任何方式来限制本公开的范围。
图1是根据本公开原理的缸膛衬套的透视图；
图2是根据本公开原理的铸造发动机气缸体的侧视图，该铸造发动机气缸体具有现浇缸膛衬套；
图3是根据本公开原理的铸造发动机气缸体的侧视图，该铸造发动机气缸体具有现浇缸膛衬套和联体插入件；
图4是根据本公开原理的联体插入件的透视图和平面图；
图5是描绘根据本公开原理的示例合金的测试结果的图表，该示例合金用于联体插入件中；
图6是描述根据本公开原理的铝合金发动机气缸体的制造方法的流程图；以及
图7是根据本公开原理的气缸体的横截面。
具体实施方式
本公开的示例有利地提供了内燃机气缸体10的制造方法。如图1至图4中的方法的各个阶段之后所示，气缸体10设置成V8构造。然而，在不脱离本公开的情况下，可考虑气缸体10的其他构造。优选地，气缸体10的至少两个缸膛12彼此相邻，并且共用一部分膛壁。因此，直列式、“V”形、“W”形或平面构造都可以包括在本公开中。气缸体10包括几个内部特征和外部特征，包括但不限于缸膛12、内部水通道14、内部油通道16、螺栓凸台18、结构肋20和密封表面22。更具体地，缸膛12包括具有顶端26和底端(未示出)的膛壁24。顶端26与气缸盖板密封表面28齐平，而底端形成为终止于曲轴箱腔(未示出)。第一缸膛30的膛壁24与相邻的第二缸膛32共用。以这种方式，具有公共或共用膛壁36的缸膛30、32的布置被认为具有联体缸膛布置。具有联体缸膛布置的主要优点之一是缩短气缸体10的长度并减轻其重量，从而制造出更加紧凑的发动机组件，这提供了减轻车辆的其他部件的重量的机会。
制造如图1至图4所示的气缸体10包括铸造铁或铝基合金。当使用铝基合金时，可以包括缸膛衬套34，以改善膛壁24的表面38的磨损特性。缸膛衬套34由铁基合金形成，并且可以铸造或压配合到铝气缸体10中。另选地，缸膛衬套34可以使用等离子金属喷涂技术或其他制造工艺喷涂到母体金属缸膛30、32上。
更多参考图3、图4和图7，示出了包括联体插入件40的气缸体10。联体插入件40设置在共用膛壁36的顶端26。联体插入件40的目的是用具有改进的高温特性的替代合金来代替该区域的铸造铝合金。例如，具有联体膛布置的气缸体10的主要故障源是缸膛12之间的密封表面22的铝合金由于铸造铝合金的高热负荷和低抗蠕变性而劣化。由于在该区域缺少内部水通道14并且从相邻的缸膛30、32接收热量，缸膛12的该部分中的高热负荷较高。导致两种主要的故障模式。第一种故障模式是气缸盖垫圈(未示出)由于铝合金的凹陷而无法在缸膛12和水通道14之间密封。气缸盖垫圈故障导致相邻气缸30、32之间的高压连通。第二种故障模式是缸膛12变形增加，从而导致活塞组件不能密封在膛壁24上。这导致增加漏气，从而导致燃油经济性降低、油耗增加和排放不良。
联体插入件40包括密封表面42、第一膛衬套槽44、第二膛衬套槽46、第一界面表面48、第二界面表面50、第一顶脊52和第二顶脊54。当以如图4所示的平面图显示时，联体插入件40具有沙漏状形状，其符合第一缸膛30和第二缸膛32的圆柱形形状。第一膛衬套槽44容纳第一缸膛30的膛衬套34，第二膛衬套槽46容纳第二缸膛32的膛衬套34。第一界面表面48和第二界面表面50通过缸膛壁24的剩余部分邻近气缸体10并与之连接。联体插入件40与气缸体10的连接或附接方法可以是多种金属连接技术中的任何一种。例如，联体插入件40可以铜焊或焊接到位。另外，联体插入件40可以以与缸膛衬套34铸造到位相同的方式铸造到位。
现在参考图5，示出了用于联体插入件40的铜基合金的示例。图表60提供了铜基合金的成分62，其包括约9.62wt.％的铝(Al)、3.93wt.％的铁(Fe)、0.62wt.％的镍(Ni)、3.36wt.％的锰(Mn)、0.46wt.％的锌(Zn)和余量的铜(Cu)。另外，这种特殊合金的测试数据包括高温下几小时后的强度测试。例如，在200℃和300℃下，在100、500和1000小时后对样品进行强度测试。
现在参考图6，详细描述了铝气缸体10的制造方法，该方法被称为方法100。方法100从第一步102开始，为通过形成或吹制砂芯的砂芯和砂型或半永久型铸造工艺，砂芯包括曲轴箱或缸膛芯，该曲轴箱或缸膛芯具有用于每个缸膛的现浇膛衬套34。第二步104包括组装砂芯组件的各个单独砂芯。在砂芯的组装过程中，多个联体插入件40可以被放置在砂芯组件中，使得联体插入件40被铸造在缸膛12之间的适当位置。另选地，第三步106包括铸造没有联体插入建40的气缸体10。在这点上，第四步108可以是在缸膛12之间将联体插入件40加热或以其他方式连接到气缸体10。另选地，第五步110包括使用诸如激光熔覆、冷/动力喷涂、热喷涂以及合金添加技术的组合等合金添加技术在气缸体10中制造联体插入件40。合金添加技术包括在形成联体插入件40的缸膛12之间的适当位置沉积高蠕变强度合金。在不脱离本公开的范围的情况下，可以考虑其他合金添加技术。方法100的第六步112包括加工铸件，从而获得重量轻且紧凑的铝合金气缸体，该铝合金气缸体具有高蠕变强度合金，高蠕变强度合金设置在气缸盖垫圈的密封表面22处的缸膛12之间。
虽然已经详细描述了示例，但是熟悉本公开所涉及的领域的人员将会认识到在所附权利要求的范围内用于实施所公开的结构的各种替代设计和示例。

Claims (7)

1.一种用于内燃发动机的气缸体，所述气缸体包括：
彼此相邻设置的第一缸膛和第二缸膛，所述第一缸膛和所述第二缸膛均分别包括第一缸膛壁和第二缸膛壁以及共用缸膛壁；
第一缸膛衬套和第二缸膛衬套，并且其中，所述第一缸膛衬套设置在所述第一缸膛壁的第一内表面上，所述第二缸膛衬套设置在所述第二缸膛壁的第二内表面上；以及
联体插入件，设置在所述共用缸膛壁顶部部分；
其中，所述联体插入件包括第一膛衬套槽和第二膛衬套槽，所述第一膛衬套部分地设置在所述第一膛衬套槽中，并且所述第二膛衬套部分设置在所述第二膛衬套槽中。
2.根据权利要求1所述的气缸体，其中，所述联体插入件包括耐高温蠕变合金，所述气缸体包括铝合金。
3.根据权利要求1所述的气缸体，其中，所述联体插入件包括铝青铜合金，所述铝青铜合金具有约8-10wt.％的铝、铁、镍、锰、锌和铜。
4.根据权利要求1所述的气缸体，其中，所述联体插入件包括铝青铜合金，所述铝青铜合金具有约9.62wt.％的铝、3.93wt.％的铁、0.62wt.％的镍、3.36wt.％的锰、0.46wt.％的锌以及余量的铜。
5.根据权利要求1所述的气缸体，其中，所述联体插入件包括铝合金、钢合金、青铜合金和陶瓷金属材料中的一种。
6.根据权利要求1所述的气缸体，其中，所述联体插入件包括顶部表面，所述顶部表面包括气缸盖板密封表面。
7.根据权利要求1所述的气缸体，其中，所述共用缸膛壁包括所述第一缸膛衬套的第一部分、所述第二缸膛衬套的第二部分、所述第一缸膛壁的第三部分、所述第二缸膛壁的第四部分以及所述联体插入件。
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