[发明专利]用于将汽缸套冶金结合到发动机缸体中的孔中的方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于将汽缸套冶金结合到发动机缸体中的孔中的方法。

背景技术

本介绍通常呈现本公开的上下文。在介绍中以及本说明书的各个方面中描述的署名的发明人的工作所进行的程度并不表明其在本申请提交时作为现有技术，从未明示或暗示其被承认为本申请的现有技术

在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，将空气/燃料混合物提供给ICE的发动机缸体内的汽缸。空气/燃料混合物被压缩和/或点燃和燃烧，以通过位于汽缸内的活塞提供输出扭矩。当活塞在汽缸内移动时，活塞和汽缸之间的摩擦以及燃料的存在会磨损并劣化汽缸表面。此外，燃烧压力和活塞侧负荷可能在汽缸孔上产生大量的应力。

历史上，ICE已经使用汽缸套来防止对发动机缸体的磨损或损坏。汽缸套已经由各个等级的铸铁(例如，灰铸铁)制成。选择铸铁的部分原因在于其制造成本低、易于制造、令人满意的热导率，该热导率最小化孔径变形，并且由于存在作为润滑剂并减少与活塞环组件的摩擦的游离石墨而具有良好的耐磨性。不幸的是，灰铸铁材料由于其需要用于补偿较差的机械性能(例如，低强度和低弹性模量)的高密度(例如>7.1g/cm³)和高壁厚(例如，约2至4mm)，其给发动机块带来了显著不期望的重量。高壁厚增加了发动机的重量，并且可以降低整体的ICE系统效率，例如发动机是柴油或汽油发动机并为车辆供电。此外，灰铸铁汽缸套在制造或维修过程中易于开裂，部分原因是由于铸造过程中残留的应力。

热喷钢缸孔已经被确定为灰铸铁缸衬套的替代品，特别是由于非常薄的壁厚(例如，100-300μm)提供的重量减轻的优点。然而，制造热喷孔是复杂的，并且需要昂贵的材料和设备，但是也只是稍微增强了性能特征。例如，耐磨性和摩擦减少的改进相对于灰铸铁汽缸套是最小的。此外，热喷孔的高热导率由于涂层和汽缸孔之间的高热损失而增加了热管理复杂性，并且汽缸孔易于变形可能引起不期望的窜气和油耗。

汽缸套可以通过几种工艺安装到发动机缸体中。一个实例是就地挤压法，其中汽缸套的温度降低和/或发动机缸体的温度升高。这种冷却和/或加热降低和/或消除了汽缸套的外径和发动机缸体中汽缸的内径之间的任何干扰。汽缸套然后可以容易地放置在缸内，并且随着汽缸套和发动机缸体之间的温度均匀化，增加了干扰，这将汽缸套牢固地固定在适当的位置。

用于安装汽缸套的另一已知工艺称为就地浇铸法。在该工艺中，汽缸套被放置在其中引入熔融金属以形成围绕汽缸套的发动机缸体的模或模具内。例如，铸铁汽缸套可以放置在模或模具中，然后将熔融铝引入模或模具中。熔融铝围绕汽缸套的外表面并在其冷却时固化。通常，汽缸套的外表面可以具有粗糙或“多刺”表面(包括例如在衬套铸造过程中形成的突起)，其在固化的铝发动机缸体和铸铁汽缸套之间提供机械锁定。

由于汽缸套和发动机缸体之间的热系数的差异，这些过程导致来自热反应的残余应力。此外，两种工艺可能涉及对汽缸套、缸体或两者的热冲击。这些残余应力和冲击可能导致结构破坏，例如在衬套、缸体或两者中出现裂纹。

另外，缸体和衬套之间的结合特别弱，特别是在就地浇铸造工艺的情况下。此外，在温度上升的操作期间，在衬套和缸体之间可能形成和/或增长间隙。

发明内容

在示例性方面，用于将发动机缸体中的汽缸套冶金结合的方法包括使汽缸套与发动机缸体中的孔轴向对齐，使汽缸套围绕对齐的轴线旋转，并且使汽缸套沿着对齐的轴线平移，以将汽缸套定位在孔内。

在另一示例性方面，该方法还包括在平移汽缸套之前预热发动机缸体。

在另一示例性方面，该方法包括将发动机缸体预热到低于发动机缸体的固相线温度的温度。

在另一示例性方面，该方法包括预热发动机缸体孔表面。

在另一示例性方面，该方法包括在平移汽缸套之前将涂层涂覆到汽缸套的外表面上。

在另一示例性方面，涂层包括具有比发动机缸体更低的熔点的材料。

在另一示例性方面，该方法包括在平移汽缸套之前将涂层涂覆到孔的内表面。

在另一示例性方面，涂层包括具有比发动机缸体更低的熔点的材料。

在另一示例性方面，汽缸套在外表面上具有倾斜角。

在另一示例性方面，孔的内表面具有倾斜角。

在另一示例性方面，该方法还包括将具有预定表面粗糙度的图案应用于汽缸套的外表面。

在另一示例性方面，该方法还包括将具有预定表面粗糙度的图案应用于孔的内表面。