[发明专利]插入机体的气缸套筒以及机体

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机的部件，更具体来说涉及通过铸造插入机体中的至少一个气缸套筒，圆周外表面设置有涂层，涂层能够促进套筒和机体之间的良好粘接以及热交换，而不管采用何种铸造技术。

背景技术

由于新市场需求，发动机的内部件承受更多要求，在该方面，它们需要呈现能够保证更好性能的方案，并且能够贡献较大可靠性和发动机的输出。

自动部件的很多制造商寻求用于内燃机的气缸套筒的不同技术方案，其中应该注意的是，内燃机的气缸可以由气缸套筒形成，通过围绕套筒的圆周外部铸造机体将气缸套筒插入机体。

现在，趋势是使用由铝制成的机体，其重量的降低有助于节约燃料，这导致车辆的较少环境冲击。正如稍后将看到的，铸造用于镶嵌气缸套筒的机体能够存在两个处理，即：高压压铸(HPDC)和低压压铸(LPDC)，还公知为重力铸造。这两者之间的极大不同在于，前者使用压力将铝喷射入模具，结果，相比低压压铸来说金属位于更低温度。

不管采用何种技术方案，内燃机的气缸套筒由于它们执行的工作类型是承受显著磨损的发动机部件。在它们遭受的应力之中，指出的是，气缸镗孔内部的套筒的轴向应力和将燃烧热注入机体的能力。

为了在操作中最小化热力和机械扭曲，热的注入和套筒-壁厚是重要的因素。具有较大扭曲的发动机趋于呈现它们部件更高水平的磨损以及更高水平的油耗、燃料消耗以及C02释放。因而，热交换的增加具有各种有益效果，因为这能防止部件的过度磨损并且改善燃料、油的消耗以及污染气体的释放条件。此外，应该注意的是，更好的热交换还能够使得降低机体的尺寸。

通常，气缸套筒由含铁材料组成，尤其是铸铁，越来越多的现代机体由通常包含硅的铝或铝合金铸造。以该方式，本发明的技术领域包括由铸铁制成的气缸套筒，任何铝合金以及高压和低压压铸制成的机体。

着眼于解决设置有插入式气缸套筒的内燃机技术中固有的问题，德国文献DE19729071提出了一种气缸套筒，其外表面在轴向方向上具有皱纹以用于将套筒锁定在机体上。此外，该文献提出使用热喷涂工艺以在气缸套筒的外表面上形成涂层。这种涂层包括具有的硅含量低于15％的铝硅(Al-Si)合金。

根据该德国文献，气缸套筒的外表面可以直接接收所述ALSi层，或者可替换地，可以存在沉积于其上的中间结合层。而且，人们还可以在ALSi层之后沉积薄的锌层，着眼于提供保护免于氧化。因而，该文献包括至少一个通过热喷涂沉积在气缸套筒的外面上的ALSi层，可以在ALSi层之前以及在ALSi层之后。

但是，应该注意的是，通过该德国文献提出的方案不能够解决将机体铸造在气缸套筒上的典型问题。首先，虽然涉及到通过使用高达15％硅的铝层用发动机的合金试图查找涂层的特定化学等同，但是由于合金的等同导致涂层呈现相同熔化点，即块合金材料的固相至液相的转化点，这种实施例具有的劣势在于，当在机体的模具中铸造液体金属并且涉及气缸套筒时，其开始加热套筒涂层材料，从而促进涂层相位的转化。这种转化引起涂层材料完全被机体的铸造材料消耗，因而暴露气缸套筒的含铁材料，并且在机体邻近气缸套筒的区域中产生缺陷、接触故障(空的空间-参见图6中的附图标记15)。

作为很大的缺陷，这些铸造缺陷(下文中的空的空间)事实上会削弱气缸内发生的燃烧至机体的正确热交换，增加热扭曲以及导致发动机过早的磨损，或者甚至由于缺乏润滑导致其阻塞。而且，套筒具有较大厚度，范围为1.2mm至8.0mm，施加的涂层具有的厚度范围为0.25mm至2.5mm(见图7)，其限制大厚度5的涂层)。

美国专利US7757652也公开了一种方案，其揭示了由铸铁制成的气缸套筒以及由铝制成的机体之间的关联。该文献使用冷喷涂施加来向气缸套筒的外表面沉积金属铝或者铝合金、铜或者铜-合金层。

该美国文献提出的技术的很大关注点涉及在沉积层上形成特定粗糙度的形成用于更好地粘接至机体。虽然该文献提出沉积层是高导热的，但是就像上述引用的德国文献那样，该方案在具有不同熔化点的层中使用涂层，这也会在熔化的金属中产生空的空间，结果，有效热交换减小。因而，虽然专利US7757652的技术在提供气缸套筒和机体之间的粘接方面是成功的，但是，也由于存在于熔化的材料和套筒之间或者接近其的界面之间的缺陷，其不能够保证良好的热交换。