本發(fā)明總體涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)組，并且涉及放熱粘結(jié)至汽缸體的插入件。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)在高溫和高壓下操作。在操作期間，發(fā)動(dòng)機(jī)組的各個(gè)區(qū)域(諸如冷卻通道和缸膛周圍的頂板上的區(qū)域)可能會(huì)受到侵蝕或磨損。侵蝕和磨損可能會(huì)導(dǎo)致冷卻劑泄漏并且可能會(huì)縮短發(fā)動(dòng)機(jī)組的操作壽命。

wang等人發(fā)布的美國專利號(hào)5,429,173公開了通過冶金擴(kuò)散粘結(jié)而粘結(jié)至抵靠鑄造的金屬的固體材料。固態(tài)材料涂布有潛在放熱涂層，當(dāng)?shù)挚胯T造金屬時(shí)，所述涂層發(fā)生放熱反應(yīng)以在固體的表面處產(chǎn)生金屬間相。由金屬間相形成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量促進(jìn)擴(kuò)散粘結(jié)。

本發(fā)明涉及克服發(fā)明者發(fā)現(xiàn)或本領(lǐng)域中已知的一個(gè)或多個(gè)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開了一種用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)組的方法。在實(shí)施例中，所述方法包括在發(fā)動(dòng)機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)組主體中于發(fā)動(dòng)機(jī)組主體的頂板處形成擴(kuò)大孔，所述擴(kuò)大孔包圍頂板的端面處的發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔，所述發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔從端面延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體中。所述方法還包括將插入件放置在擴(kuò)大孔中，所述插入件包括插入件主體，所述插入件主體通常匹配擴(kuò)大孔的形狀。所述方法進(jìn)一步包括將反應(yīng)材料放置在插入件與發(fā)動(dòng)機(jī)組主體之間。所述方法還進(jìn)一步包括使用反應(yīng)材料在插入件與發(fā)動(dòng)機(jī)組主體之間形成插入件粘結(jié)層。所述方法又再進(jìn)一步包括形成穿過插入件主體的插入件鏜孔。

還公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)組。在實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)組包括發(fā)動(dòng)機(jī)組主體、插入件，以及發(fā)動(dòng)機(jī)組主體與插入件之間的插入件粘結(jié)層。發(fā)動(dòng)機(jī)組主體包括頂板、多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔以及發(fā)動(dòng)機(jī)組主體中的擴(kuò)大孔。頂板包括端面。多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔包括從端面延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體中的缸膛以及從端面延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體中鄰近于缸膛的冷卻通道。擴(kuò)大孔包圍端面處的多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔的發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔。插入件包括位于擴(kuò)大孔中的插入件主體以及延伸穿過插入件主體并且與發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔對(duì)準(zhǔn)的插入件鏜孔。插入件粘結(jié)層在擴(kuò)大孔處將插入件冶金粘結(jié)至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體。

附圖說明

圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)組的部分的透視圖。

圖2是沿圖1的線ii-ii截取的橫截面視圖。

圖3是用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)組的方法的流程圖。

圖4是說明制造步驟的發(fā)動(dòng)機(jī)組的部分的分解視圖。

圖5是圖4的發(fā)動(dòng)機(jī)組的部分的透視圖。

具體實(shí)施方式

本文公開的系統(tǒng)和方法包括發(fā)動(dòng)機(jī)組和用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)組的方法。在實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)組包括包圍發(fā)動(dòng)機(jī)組的端面處的發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔(諸如缸膛或冷卻劑通道)的擴(kuò)大孔以及位于擴(kuò)大孔中的插入件，所述插入件冶金粘結(jié)至發(fā)動(dòng)機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)組主體。插入件可以包括防腐蝕材料，以減少或防止發(fā)動(dòng)機(jī)組鏜孔周圍的點(diǎn)蝕、侵蝕或腐蝕。在某些實(shí)施例中，擴(kuò)大孔在發(fā)生點(diǎn)蝕、侵蝕或腐蝕的再制造過程期間加工至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體中。插入件接著位于擴(kuò)大孔中，因此延長發(fā)動(dòng)機(jī)組的操作壽命。在實(shí)施例中，冶金粘結(jié)防止插入件在擴(kuò)大孔中移位、旋轉(zhuǎn)或掉出。冶金粘結(jié)可以通過放熱反應(yīng)形成，所述放熱反應(yīng)可以提供足夠多的熱量以形成冶金粘結(jié)，而不損壞擴(kuò)大孔周圍的發(fā)動(dòng)機(jī)組主體。

圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)組100的部分的透視圖。發(fā)動(dòng)機(jī)組100可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110、頂板120、鏜孔、升降窗、一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)大孔、一個(gè)或多個(gè)插入件170以及一個(gè)或多個(gè)插入件粘結(jié)層180。發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110可以是利用其中的發(fā)動(dòng)機(jī)組100的各種特征件(諸如鏜孔和升降窗150)形成的鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)組。

頂板120沿發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110的頂部部分定位。頂板120包括一個(gè)或多個(gè)端面122。鏜孔，在發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110中形成，諸如通過鑄造或加工而形成。鏜孔通常從端面122延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110中。鏜孔可以包括缸膛130、冷卻劑通道140和螺栓孔160。

缸膛130延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110中，且形成并且大小設(shè)置成接納發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸。缸膛130各自包括缸膛直徑。汽缸蓋在端面122處附接至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。在某些實(shí)施例中，缸膛130布置為‘v形’配置且頂板120包括兩個(gè)端面122。在其他實(shí)施例中，缸膛130布置為直列配置且頂板120包括單個(gè)端面122。還可以使用其它配置。

冷卻劑通道140可以位于缸膛130附近并且被配置為提供冷卻劑以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。每個(gè)冷卻劑通道140可以包括冷卻劑通道直徑。冷卻劑通道直徑的大小可以由冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110所需要的冷卻劑的量來確定。

螺栓孔160也可以位于缸膛130附近。螺栓孔160被配置為在缸膛130上方將汽缸蓋固定至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。螺栓孔160的大小是基于用于將汽缸蓋固定至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110的緊固件來設(shè)置的。螺栓孔160可以是螺紋式的。

升降窗150可以沿端面122的側(cè)面對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)升降窗150可以位于缸膛130與端面122的邊緣之間。

每個(gè)擴(kuò)大孔位于頂板120中鄰接并且環(huán)繞端面122處的鏜孔，且大小設(shè)置成接納并且粘結(jié)至插入件170。擴(kuò)大孔可以是平底孔，諸如擴(kuò)孔，或可以是成角度的底孔，諸如埋頭孔。某些擴(kuò)大孔可以包圍鄰接鏜孔而不與鏜孔同軸。擴(kuò)大孔可以包括(例如)汽缸擴(kuò)大孔132和通道擴(kuò)大孔142。

雖然所說明的實(shí)施例具有由汽缸擴(kuò)大孔132包圍的缸膛130和由通道擴(kuò)大孔142包圍的每個(gè)冷卻劑通道140，但是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)組100還可以包括包圍一個(gè)或多個(gè)缸膛130、一個(gè)或多個(gè)冷卻劑通道140或它們中的一個(gè)或多個(gè)的擴(kuò)大孔的任何組合。

插入件170位于每個(gè)擴(kuò)大孔內(nèi)并且由插入件粘結(jié)層180接合至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。每個(gè)插入件170包括插入件主體172和插入件鏜孔173。每個(gè)插入件170的插入件主體172被配置為匹配它所處的擴(kuò)大孔的形狀。插入件主體172可以包括圓柱形形狀、截頭圓錐形形狀或匹配擴(kuò)大孔的形狀的任何其它形狀。每個(gè)插入件170的插入件鏜孔173延伸穿過插入件主體172并且與鄰接鏜孔對(duì)準(zhǔn)。插入件鏜孔173在插入件主體172中的位置取決于鄰接鏜孔的位置并且可以或可以不與插入件主體172同軸。

插入件粘結(jié)層180可以是通過發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110與插入件主體172之間點(diǎn)燃的放熱反應(yīng)形成的冶金粘結(jié)物。插入件粘結(jié)層180在插入件170與發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110之間的界面處將插入件170冶金接合至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。插入件粘結(jié)層180可以包括來自插入件主體172的材料、來自發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110的材料以及來自形成插入件粘結(jié)層180的放熱反應(yīng)的殘留反應(yīng)材料。

圖2是沿圖1的線ii-ii截取的發(fā)動(dòng)機(jī)組100的部分的橫截面視圖。參考圖2，插入件主體172的大小設(shè)置成配合在擴(kuò)大孔(諸如汽缸擴(kuò)大孔132或通道擴(kuò)大孔142)內(nèi)。汽缸擴(kuò)大孔132可以包括汽缸底面134和汽缸側(cè)面135。在所說明的實(shí)施例中，汽缸底面134是汽缸擴(kuò)大孔132的平底面。在其它實(shí)施例中，汽缸底面134是，例如，截頭圓錐形表面以形成埋頭孔。汽缸側(cè)面135可以是汽缸，諸如直圓汽缸。

通道擴(kuò)大孔142可以包括通道底面144和通道側(cè)面145。在所說明的實(shí)施例中，通道底面144是通道擴(kuò)大孔142的平底面。在其它實(shí)施例中，通道底面144是截頭圓錐形表面。通道側(cè)面145可以是汽缸，諸如直圓汽缸。

插入件170可以包括插入件底面174、插入件側(cè)面175和插入件頂面176。在圖2中所示的實(shí)施例中，插入件底面174是平盤狀表面。在其它實(shí)施例中，插入件底面3174是截頭圓錐形表面。插入件側(cè)面175可以是汽缸，諸如直圓汽缸。插入件頂面176可以是平盤狀表面并且可以與端面122齊平。

插入件粘結(jié)層180可以包括底面粘結(jié)層184、側(cè)面粘結(jié)層185或二者。底面粘結(jié)層184可以是通過插入件底面174與擴(kuò)大孔的底面(諸如汽缸底面134或通道底面144)之間點(diǎn)燃的放熱反應(yīng)形成的冶金粘結(jié)物。底面粘結(jié)層184在插入件底面174與擴(kuò)大孔的底面之間的界面處將插入件170粘結(jié)至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。底面粘結(jié)層184可以包括來自插入件主體172的材料、來自發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110的材料以及來自形成底面粘結(jié)層184的放熱反應(yīng)的殘留反應(yīng)材料。

側(cè)面粘結(jié)層185可以是通過插入件側(cè)面175與擴(kuò)大孔的側(cè)面(諸如汽缸側(cè)面135或通道側(cè)面145)之間點(diǎn)燃的放熱反應(yīng)形成的冶金粘結(jié)物。側(cè)面粘結(jié)層185在插入件側(cè)面175與擴(kuò)大孔的側(cè)面之間的界面處將插入件170粘結(jié)至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110。側(cè)面粘結(jié)層185可以包括來自插入件主體172的材料、來自發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110的材料以及來自形成側(cè)面粘結(jié)層185的放熱反應(yīng)的殘留反應(yīng)材料。

發(fā)動(dòng)機(jī)組100還可以包括耐腐蝕涂層，其涂覆至端面122和插入件頂面176以防止端面122和插入件頂面176上出現(xiàn)點(diǎn)蝕、侵蝕和腐蝕。耐腐蝕涂層可以基本上覆蓋端面122。

每個(gè)插入件170可以包括與發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110的材料或其它插入件170的材料相同或不同的材料。例如，位于汽缸擴(kuò)大孔132中的插入件170可以具有不同于位于通道擴(kuò)大孔142中的插入件170的材料。插入件170可以由耐腐蝕材料形成并且可以包括任何金屬合金，包括，例如鐵合金(鋼、不銹鋼或鑄鐵)、鎳合金和鋁合金。每個(gè)插入件170在位于擴(kuò)大孔中之前可以諸如通過熱處理或表面處理來處理。

工業(yè)實(shí)用性

具有鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)組的內(nèi)燃機(jī)可以適于在汽車和重型載貨車中使用。在重型載貨車中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)組可以在惡劣環(huán)境中操作并且可能在頂板120中(諸如在端面122處的鄰近于從端面122延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110中的鏜孔的位置處)遭遇點(diǎn)蝕、侵蝕和腐蝕。

具有由耐腐蝕材料形成的插入件170的發(fā)動(dòng)機(jī)組100可以諸如通過保護(hù)鑄鐵材料不受由冷卻劑泄漏引起的化學(xué)攻擊影響來減少或防止頂板120中的點(diǎn)蝕、侵蝕和腐蝕。發(fā)動(dòng)機(jī)組100還可以被再制造為包括插入件170，其中點(diǎn)蝕、侵蝕或腐蝕發(fā)生在頂板120中并且更換出現(xiàn)點(diǎn)蝕、侵蝕或腐蝕的插入件170以延長發(fā)動(dòng)機(jī)組100的使用壽命。

圖3是用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)組100的方法的流程圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造可包括，例如，新發(fā)動(dòng)機(jī)組100的制造或先前使用的發(fā)動(dòng)機(jī)組100的修復(fù)，諸如再制造。圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)組100的部分的分解視圖。參考圖3和圖4，所述方法包括在步驟310處在頂板120中形成鄰近于鏜孔并且包圍端面122處的鏜孔的擴(kuò)大孔。擴(kuò)大孔還可以是汽缸擴(kuò)大孔132或通道擴(kuò)大孔142，且鏜孔還可以是缸膛130或冷卻劑通道140?？梢栽阼T造過程期間或后續(xù)加工過程期間形成擴(kuò)大孔。在實(shí)施例中，在再制造過程期間形成擴(kuò)大孔。在這些實(shí)施例中，擴(kuò)大孔在鏜孔周圍的位置和定向可取決于位于頂板120中的點(diǎn)蝕、侵蝕或腐蝕的位置和深度。

所述方法還包括在步驟320處將插入件170放置于擴(kuò)大孔中。插入件170的尺寸可以大于擴(kuò)大孔，且插入件170可以利用過盈配合放置于擴(kuò)大孔中。插入件170在放置于擴(kuò)大孔中之前可以，諸如，利用熱處理或表面處理來處理。在某些實(shí)施例中，涂層在放置于擴(kuò)大孔中之前在，諸如，插入件頂面176處涂覆至插入件170。

所述方法進(jìn)一步包括在步驟330處將反應(yīng)材料200放置在插入件170與發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110之間。步驟330可以與步驟320同時(shí)發(fā)生。步驟330可以包括諸如在插入件側(cè)面175和插入件底面174處將反應(yīng)材料200涂覆至插入件170、在擴(kuò)大孔中(諸如反應(yīng)材料200在擴(kuò)大孔的底面或側(cè)面處)將反應(yīng)材料200涂覆至頂板120或在將插入件170放置于擴(kuò)大孔中之前所述二者的組合。步驟330還可以包括將插入件170放置于擴(kuò)大孔中，使得反應(yīng)材料200介于插入件170與頂板120之間。步驟330因此可以與步驟320同時(shí)完成。在圖4中說明的實(shí)施例中，在將插入件170放置于擴(kuò)大孔中之前對(duì)插入件側(cè)面175和插入件底面174涂覆反應(yīng)材料200。

圖5是圖4的發(fā)動(dòng)機(jī)組100的部分的透視圖。參考圖3和圖5，所述方法還進(jìn)一步包括在步驟340處使用反應(yīng)材料200在插入件170與發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110之間形成插入件粘結(jié)層180。步驟340可以包括利用插入件粘結(jié)層180粘結(jié)插入件底面174與擴(kuò)大孔底面之間的至少大部分界面，粘結(jié)插入件側(cè)面175與擴(kuò)大孔側(cè)面之間的至少大部分界面或所述二者的組合。

步驟340可以包括引發(fā)反應(yīng)材料200中的放熱反應(yīng)。放熱反應(yīng)可以經(jīng)電、熱或機(jī)械方式引發(fā)。在某些實(shí)施例中，諸如電池或電焊機(jī)之類的電源提供了對(duì)引發(fā)放熱反應(yīng)供能的電荷。在其它實(shí)施例中，諸如烙鐵之類的熱源提供了對(duì)引發(fā)放熱反應(yīng)供能的熱量。在其它實(shí)施例中，機(jī)械能，諸如，通過物理地撞擊材料對(duì)引發(fā)放熱反應(yīng)供能。

一旦引發(fā)，放熱反應(yīng)便可以自傳播并且產(chǎn)生足夠多的熱量以形成包括底面粘結(jié)層184和側(cè)面粘結(jié)層185的插入件粘結(jié)層180(參照?qǐng)D2)。放熱反應(yīng)可以形成插入件粘結(jié)層180，而不會(huì)產(chǎn)生足夠多的熱量來顯著地影響發(fā)動(dòng)機(jī)組主體110和插入件170的性質(zhì)。在某些實(shí)施例中，反應(yīng)材料200可以包括，例如，鋁熱劑、氧化鐵與鋁的混合粉末或可具有金屬間反應(yīng)的金屬，諸如，鎳和鋁。

參考圖1和圖3，所述方法又再進(jìn)一步包括在步驟350處形成穿過插入件主體172的插入件鏜孔173?？梢栽趯⒉迦爰?70放置于擴(kuò)大孔中之前或之后形成插入件鏜孔173。在實(shí)施例中，在形成插入件粘結(jié)層180之后形成插入件鏜孔173。步驟350可以包括對(duì)插入件鏜孔173加工使其穿入插入件主體172中。

步驟350還可以包括將插入件鏜孔173與鏜孔(諸如缸膛130或冷卻劑通道140)對(duì)準(zhǔn)。在插入件鏜孔173形成于將插入件170放置于擴(kuò)大孔中之后的實(shí)施例中，可以在對(duì)插入件鏜孔173加工使其穿過插入件主體172的同時(shí)將插入件鏜孔173與鏜孔對(duì)準(zhǔn)。在插入件鏜孔173形成于將插入件170放置于擴(kuò)大孔中之前的實(shí)施例中，可以在將插入件170放置于擴(kuò)大孔中的同時(shí)對(duì)準(zhǔn)插入件鏜孔173。在這些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)工具可以用來維持插入件鏜孔173與鏜孔的對(duì)準(zhǔn)，直至形成插入件粘結(jié)層180為止。

所述方法可以進(jìn)一步包括后熱處理，諸如將涂層涂覆至發(fā)動(dòng)機(jī)組100或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)組100進(jìn)行后加工。涂層可以諸如通過金屬絲電弧噴涂方法在端面122處涂覆至頂板120并且在插入件頂面176處涂覆至插入件主體172。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組100進(jìn)行后加工可以包括在插入件頂面176處加工插入件主體172以確保插入件頂面176與端面122齊平或可以包括對(duì)涂覆至發(fā)動(dòng)機(jī)組100的涂層進(jìn)行機(jī)械精加工。

圖3中說明的過程涉及許多變動(dòng)，所述變動(dòng)包括增加、省略、重新排序或更改步驟。另外，可以同時(shí)執(zhí)行各步驟或子步驟。例如，可以在頂板120中形成擴(kuò)大孔之前、之后或同時(shí)對(duì)插入件170涂覆反應(yīng)材料200。

前述詳述僅僅具有示例性，并且不旨在限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。所述實(shí)施例不限于結(jié)合特定類型的發(fā)動(dòng)機(jī)組使用。因此，雖然本發(fā)明為了方便解釋而描繪并且描述了特定發(fā)動(dòng)機(jī)組，但是將明白的是，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)組可以各種其它配置來實(shí)施。另外，不希望受到前述背景或詳述中呈現(xiàn)的任何理論的限制。還應(yīng)當(dāng)理解的是，除非這樣明確地說明，否則說明可以包括夸大尺寸以更好地說明所示的參考物品并且不應(yīng)被視為具有限制性。