[发明专利]用于插入气缸体的气缸衬套以及气缸体

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机部件，尤其用于通过铸造插入铝气缸体的气缸衬套，周向外表面设置有涂层，涂层能够促进衬套和气缸体之间的良好黏结以及热传递，而无关于使用的铸造技术。

背景技术

用于内燃机的气缸衬套通常通过在衬套的周向外部周围铸造气缸体而装配入气缸体。

当前存在用于铸造能够用来插入气缸衬套的气缸体的两个工艺，即高压压铸(HPDC)和低压压铸(LPDC)，还公知为重力压铸法。两个类型之间的主要差异在于，前者使用压力将铝喷射入模具，因此金属比在低压压铸的情形下处于低温。

不考虑技术施加的方案，由于它们执行的作业的类型，内燃机气缸衬套是承受显著磨损的发动机部件。它们经受的应力尤其包括气缸镗孔的衬套内部上的轴向应力以及将燃烧热传递至气缸体的能力。

最小化操作期间的热以及机械变形方面热传递以及衬套套筒厚度是重要的因素。具有主要变形的发动机趋于呈现它们的部件的更高磨损水平，还呈现油/燃料消耗以及CO2释放的更高水平。因而，增加热传递导致各种有益效果，这是由于其避免部件的多余磨损以及改善燃料/油消耗以及污染气体释放的条件。此外，应该注意的是，更好的加热传递还允许降低气缸体的尺寸，因此降低其重量。

总之，气缸衬套由含铁材料组成，尤其铸铁，以铝或者铝合金铸造的更现代气缸体通常具有硅的内含物。因而，本发明的技术领域包括铸铁的气缸衬套、任何铝合金以及高及低压压铸的气缸体。

为了解决设置有插入的气缸衬套的内燃机的固有技术问题，当前技术提供了气缸衬套，外表面能够依靠热喷涂处理直接接收在气缸衬套中，AlSi层或者可替换地中间合金层能够沉积在其中。

前述方案未成功解决在整个气缸衬套上铸造合金气缸体出现的典型问题之一。首先，尽管真正需要关心的是通过使用具有高达15％硅的铝层尝试识别气缸体合金的涂层的化学平价程度，由于合金的平价，涂层具有相同熔点(块合金材料从固相转化为液相的点)。这种构造具有的劣势为，在熔化金属注入气缸体模具并且环绕气缸衬套的点，其开始加热衬套涂层的材料，从而促进涂层的相位转化。该类型的转化引起涂层材料整个被气缸体的铸造材料消耗，从而暴露气缸衬套的含铁材料，从而在相邻气缸衬套的气缸体的区域中产生接触故障的缺陷(真空，见图3中的附图标号15)。

这些铸造缺陷公知为真空，导致危及源于气缸内部发生的燃烧的热量正确传递至气缸体的主要缺陷，因而增加热变形并且导致较早磨损发动机或者甚至卡住发动机。而且，衬套具有的较大衬套厚度范围在1.2mm至8.0mm之间。

日本现有技术文献JP2008008209公开了一种混合衬套，其依靠热喷涂层接收AlSi层。依靠高压压铸(HPDC)生产包括一个这种衬套(仅用AlSi涂覆)的气缸体。因而，该(熔化的)金属在靠近AlSi相位图的液相线曲线的铸造温度被喷射，这是由于熔化的金属凝固时间必须在一定程度上降低。可替换地，如果使用典型低压压铸(LPDC)的更高温度，通过热喷涂层添加的层将整个被液化，并且施加AlSi层的益处将失去，产生的典型缺陷是危及需要用于满意操作发动机的热传递，这种缺陷是在气缸体和气缸衬套之间的真空区(见图3)。当使用重力压铸即使用低压压铸(LPDC)铸造气缸体时这些缺陷恶化。因而，公开于所述日本文献的技术仅允许高压压铸块而不允许使用重力压铸。

无论使用何种现有技术方案，将仅获得局部成功，随之，无法实现不仅用于高压压铸生产的气缸体以及低压压铸生产的气缸体的良好结果。

除了以上提到的问题，应该注意的是，通过热喷涂层获得的AlSi涂层通常具有的厚度超过200/300微米。由于其喷射/注入温度非常更高，一旦铸造，气缸体的金属将消耗气缸衬套的涂层。即使在尝试防止通过熔化的总消耗时能够改变涂层的厚度(这将产生以上提到的缺陷)，但是由于两个原因该方案是不实际的。

首先，厚度增加使得施加至气缸衬套的涂层更昂贵，其次，增加内镗孔间距(一个衬套的中心和相邻衬套的中心之间的距离)。该测量用来称量气缸体的尺寸。内镗孔间距越短，用于相同气缸直径的气缸体越小。

可替换地，涂层能够同样是金属合金、诸如镍磷(NiP)合金或者纯金属，诸如镍。不同于通过热喷涂层施加的AlSi涂层，在低压力或者重力压铸方法的情形下镍合金材料或者纯镍是潜在方案，从而发生适当的镍/铝扩散。