[發明專利]用于將汽缸套冶金結合到發動機缸體中的孔中的方法

在審

• 申請號: 201710981848.0
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107971623A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: Q·王;W·L·米勒;J·楊;H·李
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 鄭勇

技術領域

本公開涉及一種用于將汽缸套冶金結合到發動機缸體中的孔中的方法。

背景技術

本介紹通常呈現本公開的上下文。在介紹中以及本說明書的各個方面中描述的署名的發明人的工作所進行的程度并不表明其在本申請提交時作為現有技術，從未明示或暗示其被承認為本申請的現有技術

在內燃機(ICE)的燃燒循環期間，將空氣/燃料混合物提供給ICE的發動機缸體內的汽缸。空氣/燃料混合物被壓縮和/或點燃和燃燒，以通過位于汽缸內的活塞提供輸出扭矩。當活塞在汽缸內移動時，活塞和汽缸之間的摩擦以及燃料的存在會磨損并劣化汽缸表面。此外，燃燒壓力和活塞側負荷可能在汽缸孔上產生大量的應力。

歷史上，ICE已經使用汽缸套來防止對發動機缸體的磨損或損壞。汽缸套已經由各個等級的鑄鐵(例如，灰鑄鐵)制成。選擇鑄鐵的部分原因在于其制造成本低、易于制造、令人滿意的熱導率，該熱導率最小化孔徑變形，并且由于存在作為潤滑劑并減少與活塞環組件的摩擦的游離石墨而具有良好的耐磨性。不幸的是，灰鑄鐵材料由于其需要用于補償較差的機械性能(例如，低強度和低彈性模量)的高密度(例如>7.1g/cm³)和高壁厚(例如，約2至4mm)，其給發動機塊帶來了顯著不期望的重量。高壁厚增加了發動機的重量，并且可以降低整體的ICE系統效率，例如發動機是柴油或汽油發動機并為車輛供電。此外，灰鑄鐵汽缸套在制造或維修過程中易于開裂，部分原因是由于鑄造過程中殘留的應力。

熱噴鋼缸孔已經被確定為灰鑄鐵缸襯套的替代品，特別是由于非常薄的壁厚(例如，100-300μm)提供的重量減輕的優點。然而，制造熱噴孔是復雜的，并且需要昂貴的材料和設備，但是也只是稍微增強了性能特征。例如，耐磨性和摩擦減少的改進相對于灰鑄鐵汽缸套是最小的。此外，熱噴孔的高熱導率由于涂層和汽缸孔之間的高熱損失而增加了熱管理復雜性，并且汽缸孔易于變形可能引起不期望的竄氣和油耗。

汽缸套可以通過幾種工藝安裝到發動機缸體中。一個實例是就地擠壓法，其中汽缸套的溫度降低和/或發動機缸體的溫度升高。這種冷卻和/或加熱降低和/或消除了汽缸套的外徑和發動機缸體中汽缸的內徑之間的任何干擾。汽缸套然后可以容易地放置在缸內，并且隨著汽缸套和發動機缸體之間的溫度均勻化，增加了干擾，這將汽缸套牢固地固定在適當的位置。

用于安裝汽缸套的另一已知工藝稱為就地澆鑄法。在該工藝中，汽缸套被放置在其中引入熔融金屬以形成圍繞汽缸套的發動機缸體的模或模具內。例如，鑄鐵汽缸套可以放置在模或模具中，然后將熔融鋁引入模或模具中。熔融鋁圍繞汽缸套的外表面并在其冷卻時固化。通常，汽缸套的外表面可以具有粗糙或“多刺”表面(包括例如在襯套鑄造過程中形成的突起)，其在固化的鋁發動機缸體和鑄鐵汽缸套之間提供機械鎖定。

由于汽缸套和發動機缸體之間的熱系數的差異，這些過程導致來自熱反應的殘余應力。此外，兩種工藝可能涉及對汽缸套、缸體或兩者的熱沖擊。這些殘余應力和沖擊可能導致結構破壞，例如在襯套、缸體或兩者中出現裂紋。

另外，缸體和襯套之間的結合特別弱，特別是在就地澆鑄造工藝的情況下。此外，在溫度上升的操作期間，在襯套和缸體之間可能形成和/或增長間隙。

發明內容

在示例性方面，用于將發動機缸體中的汽缸套冶金結合的方法包括使汽缸套與發動機缸體中的孔軸向對齊，使汽缸套圍繞對齊的軸線旋轉，并且使汽缸套沿著對齊的軸線平移，以將汽缸套定位在孔內。

在另一示例性方面，該方法還包括在平移汽缸套之前預熱發動機缸體。

在另一示例性方面，該方法包括將發動機缸體預熱到低于發動機缸體的固相線溫度的溫度。

在另一示例性方面，該方法包括預熱發動機缸體孔表面。

在另一示例性方面，該方法包括在平移汽缸套之前將涂層涂覆到汽缸套的外表面上。

在另一示例性方面，涂層包括具有比發動機缸體更低的熔點的材料。

在另一示例性方面，該方法包括在平移汽缸套之前將涂層涂覆到孔的內表面。

在另一示例性方面，涂層包括具有比發動機缸體更低的熔點的材料。

在另一示例性方面，汽缸套在外表面上具有傾斜角。

在另一示例性方面，孔的內表面具有傾斜角。

在另一示例性方面，該方法還包括將具有預定表面粗糙度的圖案應用于汽缸套的外表面。

在另一示例性方面，該方法還包括將具有預定表面粗糙度的圖案應用于孔的內表面。