CN113843503B - 将气门座镶圈附接至铝制气缸盖的方法 - Google Patents

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Abstract

一种将气门座镶圈附接到机动车辆的铝制气缸盖的系统，包括具有气门座部分的机动车辆发动机的气缸盖。该气门座镶圈定位在气缸盖的气门座部分中。通过激光焊接，在气门座镶圈和气门座部分之间形成熔融结合部，从而将气门座镶圈熔合至气门座部分。

Description

将气门座镶圈附接至铝制气缸盖的方法
技术领域
本公开涉及机动车辆发动机气缸盖镶圈和附接气缸盖镶圈的方法。
背景技术
机动车辆发动机通常由铸铝气缸盖制成，铸铝气缸盖具有容纳往复式进气门和排气门的气门座镶圈。这些镶圈通常由为运动部件提供增强的耐磨性的不同材料制成。在一些应用中，已知的气门座镶圈由钢制成并且使用压配合接触安装。由于钢制气门座镶圈和铝制气缸盖的材料可能无法提供连续的金属与金属的接触以促进热传递，所以这种镶圈可能容易受到在气门座镶圈和气缸盖之间产生的接触表面间隙的影响，并且还容易受到热变形的影响。在气门座镶圈特别是在排气门座镶圈处产生的高温会产生发动机爆震，已知发动机爆震通过调节发动机点火正时来校正，这会降低发动机性能。
其它已知的镶圈通过在气门座镶圈的位置处施加导热材料(如铜或铜合金)的粉末涂层并使用包覆工艺将粉末涂层材料熔合到铝制气缸盖而制造。该过程还可能由于不完全的焊接熔合而容易受到气缸盖处的熔合区中的气门座镶圈之间的接触表面间隙的影响，并且还由于铜制气门座镶圈和铝制气缸盖的材料可能无法提供连续的金属与金属接触以促进热传递，易于受到导致发动机爆震的热变形的影响。
因此，虽然当前的气缸盖气门座镶圈和镶圈安装方法实现了它们的预期目的，但仍需要一种在铝制气缸盖中安装和熔合气门座镶圈的创新改进的系统和方法。
发明内容
根据多个方面，汽车辆的发动机部件包括机动车辆发动机的气缸盖，该气缸盖具有带气门座面的气门座部分。气门座镶圈具有外端，该外端包括气门座面和与该气门座面相对的内表面。限定搭焊接头的熔融结合部使用指向内表面并从该内表面穿透外端到气门座面的焊接光束形成在气门座镶圈的气门座面和气门座部分的气门座面之间，从而将气门座镶圈熔合到气门座部分。
在本公开的另一方面，气门座镶圈的主体具有外端，该外端被加工以在形成熔融结合部之前提供用于主体的总宽度的镶圈表面。
在本公开的另一个方面，所述镶圈表面与气门座面直接接触。
在本公开的另一方面，包括气门座面、气门杆间隙孔表面和泄压表面的多个表面被机加工到外端。
在本公开的另一个方面，所述气门座部分限定排气门座部分，并且还包括排气门座部分的排气门座面。
在本公开的另一个方面，所述气门座镶圈包括与排气门座面的总宽度同延的镶圈表面。
在本公开的另一个方面，在气门座镶圈的镶圈表面与排气门座部分的排气门座面之间形成熔融结合部，从而将气门座镶圈熔合到气缸盖的排气门座部分。
在本公开的另一个方面，气门座镶圈限定铜材料。
在本公开的另一个方面，其中，气门座镶圈限定铜合金，该铜合金含有70％至100％的铜、10％至20％的铝和5％至20％的镍。
在本公开的另一个方面，气门座镶圈由粉末金属形成，该粉末金属含有60％至100％的铜、5％至25％的镍、5％至20％的铝、5％至10％的锰和高达0.35％的铌和1％至5％体积的Al2O3。
根据多个方面，一种使用搭焊接头将气门座镶圈附接到机动车辆的铝制气缸盖的方法包括：在机动车辆的发动机的气缸盖中形成具有气门座面的气门座部分；将气门座镶圈定位在气缸盖的气门座部分中，该气门座镶圈具有包括镶圈表面和与镶圈表面相对的内表面的外端；以及将焊接光束施加到气门座镶圈的内表面，该焊接光束从内表面穿透外端到镶圈表面，以在气门座镶圈和气门座部分之间产生限定搭焊接头的熔融结合部，从而将气门座镶圈熔合到气门座部分。
在本公开的另一方面，方法还包括对气门座镶圈的主体的外端进行加工，以在执行激光焊接之前形成用于主体的总宽度的镶圈表面。
在本公开的另一方面，方法还包括在完成激光焊接之后对包括气门座面、气门杆进入孔表面和进入外端的进入表面的多个表面进行加工。
在本公开的另一方面，方法还包括对外端进行加工，以在完成激光焊接之后提供大于0.5mm的外端厚度。
在本公开的另一方面，方法还包括由铜合金形成气门座镶圈，该铜合金含有70％至100％的铜、10％至20％的铝和5％至20％的镍。
在本公开的另一方面，方法还包括选择具有大约450nm至1050nm波长的二极管激光器用于激光焊接。
在本公开的另一方面，方法还包括：提供作为铝制气缸盖的气缸盖；在铝制气缸盖的气门座部分中形成凸起部分；以及在定位步骤期间将排气门座镶圈定位在凸起部分的空腔中。
根据多个方面，一种将气门座镶圈附接到机动车辆的铝制气缸盖的方法包括：在机动车辆的发动机的铝制气缸盖中形成排气门座部分；制造铜或铜合金材料的排气门座镶圈；将排气门座镶圈定位在铝制气缸盖的排气门座部分中；沿着排气门座镶圈的外表面执行激光焊接操作，以在排气门座镶圈和排气门座部分之间形成限定搭焊接头的熔融结合部，从而将排气门座镶圈熔合到气缸盖的排气门座部分；以及在完成激光焊接操作之后，对所述排气门座镶圈的外端进行加工以提供大约1mm的外端厚度。
在本公开的另一方面，方法还包括在执行激光焊接操作之前，对排气门座镶圈的主体的外端进行加工，以形成用于主体的总宽度的镶圈表面。
在本公开的另一方面，方法还包括对外端进行加工，以在完成激光焊接操作之后提供大约1mm的外端厚度。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示例性方面的具有气门座镶圈的铝制气缸盖的气缸盖平台侧视立体图；
图2是本公开的气门座镶圈在安装和加工之前的局部截面图；
图3是本公开中安装的气门座镶圈在图1的截面3处截取的截面图；
图4是图3的气门座镶圈在加工之后的截面图；
图5是类似于图3的焊接前的气门座镶圈的另一方面的的截面图；
图6是图5的气门座镶圈在焊接期间的截面图；以及
图7是图6的气门座镶圈在加工之后的截面图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。
参考图1，将气门座镶圈附接到铝制气缸盖10的系统和方法提供了铝制气缸盖12，例如示出为机动车辆的8缸发动机的气缸盖。气缸盖12包括用于进气门(未示出)的多个进气门座14，该进气门将燃料和空气供应到各个燃烧室16中，进气门座14分别定位成接近多个排气门座18中的一个以引导并放置用于从各个燃烧室16排出燃烧产物的排气门(未示出)。为燃烧室16设置将排放的气体引导到排气集管的排气口20(未示出)。在最初通过例如如下所述的焊接将气门座镶圈22固定到气缸盖12上之后，排气门座18被单独加工成最终尺寸。
参照图2并再次参照图1，气门座镶圈22包括围绕中心轴线26呈圆形的主体24。气门座镶圈22可通过例如机加工或锻造形成，由铜材料制成，例如但不限于纯铜，或含有例如70％至100％的铜、10％至20％的铝和5％至20％的镍的铜镍铝合金。气门座镶圈22还可以由粉末金属制成，该粉末金属含有60％至100％的铜、5％至25％的镍、5％至20％的铝、5％至10％的锰、高达0.35％的铌和1％至5％体积的Al2O3。气门座镶圈22的外端28被加工以提供用于主体24的总宽度32的成角度的平坦镶圈表面30(加工前如图2所示)。
参照图3并再次参照图2，气门座镶圈22定位成使镶圈表面30与气缸盖12的排气门座部分36的排气门座面34邻接，该排气门座面34与镶圈表面30互补地定向，排气门座表面34与主体24的总宽度32同延。可以限定搭焊的焊接光束38沿着外端28的内表面42在焊接方向40上移动，该焊接光束由例如具有大约450nm到1050nm波长的蓝色二极管激光器的二极管激光器产生。内表面42与镶圈表面30相对设置。焊接光束38在强度和功率上是预定的，以穿过内表面42并完全穿透外端28，并且使气门座镶圈22的嵌件镶圈30和排气门座部分36的排气门座面34的材料的界面熔合，从而使气门座镶圈22熔合到排气门座部分36。参照图6更详细地示出和描述了熔融结合部，熔融结合部使用指向内表面42并从内表面42穿透外端28到达镶圈表面30的焊接光束38，以在气门座镶圈22的镶圈表面30和排气门座部分36的排气门座面34之间形成限定搭焊接头，从而将气门座镶圈22熔合到排气门座部分36。
焊接光束38在气门座镶圈22的镶圈表面30和排气门座面34之间的焊接区中产生最少的夹杂物和最少的孔隙。根据多个方面，焊接光束38可由如上所述的二极管激光器、二氧化碳(CO2)激光器、纤维激光器或任何具有预定功率的激光器产生，以完全穿透外端28并与气缸盖排气门座部分36产生熔融结合部。
参照图4并再次参照图2和图3，在焊接光束38已经穿过内表面42之后，一个或多个表面，例如排气门座面44、气门杆进入孔表面46和进入表面48可以被加工进入到气门座镶圈22中。加工后，外端28的最大厚度50小于3.0mm，可以从大约0.5mm到大约2.0mm。
参照图5并再次参照图1至图4，将气门座线圈附接到铝制气缸盖52的系统和方法从将气门座镶圈附接到铝制气缸盖10的系统和方法中进行了修改，并提供了具有凸起部分56的铝制气缸盖54。排气门座镶圈58位于凸起部分56的空腔60中。排气门座镶圈58具有初始厚度62。
参照图6并再次参照图2至图5，焊接光束38沿着排气门座镶圈58的暴露表面66在焊接方向64上移位。如前所述，焊接光束38在强度和功率上被预先确定，以穿透并熔化排气门座镶圈58，并形成沿着排气门座镶圈58和空腔60的排气门座面之间的整个边界限定搭焊接头的熔融结合部68，从而将排气门座镶圈58熔合到铝制气缸盖54的凸起部分56。
参照图7，并再次参照图5至6，在完成焊接光束38的通过和形成熔融结合部68之后，通过在排气门座镶圈58上对预定表面进行加工来完成排气门座70。这些表面可以包括泄压表面72，排气门座面74和气门杆入口孔表面76。
本公开的将气门座镶圈附接到铝制气缸盖的系统和方法通过将气门座镶圈搭焊到铝制气缸盖上消除了铜合金气门座镶圈和铝制气缸盖之间的接触表面间隙。通过形成消除气门座镶圈和铝制气缸盖之间的接触表面间隙的焊接区，发动机气门座工作温度降低了大约20摄氏度。本公开的气门座设计和安装工艺还消除了在已知气门座安装中使用激光包覆工艺和材料所引起的孔隙和裂缝。
本公开将气门座镶圈附接到铝制气缸盖的系统和方法提供了若干优点。包括将气门座镶圈附接到铝合金气缸盖的方法。预成形的薄壁铜镶圈通过精密搭接接合而附接到铝合金缸盖，并且在铜和铝界面处形成冶金结合。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变化旨在处于本公开的范围内。这些变化不应被认为是偏离了本公开的精神和范围。

Claims (6)

1.一种使用搭焊接头将气门座镶圈附接到机动车辆的铝制气缸盖的方法，包括：
在机动车辆的发动机的气缸盖中形成具有气门座面的气门座部分；
将气门座镶圈定位在气缸盖的气门座部分中，所述气门座镶圈具有包括镶圈表面和与镶圈表面相对的内表面的外端；
对气门座镶圈的主体的外端进行加工，以形成用于主体的总宽度的镶圈表面；
将焊接光束施加到气门座镶圈的内表面，所述焊接光束从内表面穿透外端到镶圈表面，以在气门座镶圈和气门座部分之间产生限定搭焊接头的熔融结合部，从而将气门座镶圈熔合到气门座部分；以及
在完成激光焊接之后对包括气门座面、气门杆进入孔表面和进入外端的进入表面的多个表面进行加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气门座镶圈由纯铜制成。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括对外端进行加工，以在完成激光焊接之后提供大约1mm的外端厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括由铜合金形成气门座镶圈，所述铜合金含有70%至100%的铜、10%至20%的铝和5%至20%的镍，其中铜、铝、镍三种组分的含量的百分数之和等于100%。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括选择具有450nm至1050nm波长的二极管激光器用于激光焊接。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述气缸盖设置为铝制气缸盖；
在铝制气缸盖的气门座部分中形成凸起部分；以及
在定位步骤期间将气门座镶圈定位在凸起部分的空腔中。
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