氣缸襯套的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的部件，更具體來(lái)說(shuō)涉及氣缸襯套，氣缸襯套包括兩個(gè)一體地關(guān)聯(lián)至彼此的金屬部分，每個(gè)氣缸襯套的材料具有不同的耐腐蝕性，諸如使得氣缸襯套最接近燃燒室的區(qū)域能夠具有較高耐腐蝕性。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)中的氣缸襯套是發(fā)動(dòng)機(jī)部件，由于它們執(zhí)行的工作類型該部件遭受顯著磨損。
[0003]根據(jù)新的市場(chǎng)需求，新發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部部件經(jīng)受較大需求，在這個(gè)意義上，要求其提供能夠提供更好性能的方案，并且還有助于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和性能。
[0004]此外，由于要求減少化石燃料燃燒所產(chǎn)生的大氣排放，世界汽車工業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)鏈條已經(jīng)受到挑戰(zhàn)。雖然汽車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了混合推進(jìn)(汽車設(shè)置有內(nèi)燃機(jī)以及電動(dòng)馬達(dá))，以及純電力推進(jìn)的車輛看起來(lái)是短期至中期可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，但是由于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較大以及需要更大自主權(quán)，所以這種方案不適用于貨運(yùn)和客運(yùn)車輛。
[0005]因此，不同的汽車零部件制造商尋求不同的技術(shù)方案，除其他外尤其用于內(nèi)燃機(jī)的氣缸襯套，例如應(yīng)用于商用車輛中。這些方案中的一些直接作用在燃燒上，使得排氣對(duì)人類和自然的危害較小。為了該目的，已經(jīng)廣泛采用增加燃燒壓力和利用氣體再循環(huán)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱為縮寫EGR)，在中期其趨勢(shì)是將裝備制造的很大比例的車隊(duì)。
[0006]雖然這種策略在減少排放物方面已經(jīng)被證明是有效的，但是EGR的應(yīng)用具有連帶效應(yīng)。氣體的再循環(huán)會(huì)產(chǎn)生腐蝕性產(chǎn)物，該產(chǎn)物會(huì)與氣缸的內(nèi)壁反應(yīng)，從而破壞內(nèi)壁。由于在燃燒室中引入了因燃燒產(chǎn)生的腐蝕性氣體，所以在氣缸最接近氣缸蓋的部分發(fā)生了更多的破壞效應(yīng)。這種反應(yīng)顯著減小了系統(tǒng)的耐久性，這又引起污染氣體排放的控制水平的早期惡化。
[0007]伴隨著使用EGR，前述燃燒壓力的增加要求材料具有較大機(jī)械強(qiáng)度，尤其是在氣缸最接近氣缸蓋的部分，具體地在50%最接近氣缸蓋處。
[0008]總之，氣缸襯套中采用的材料和技術(shù)需要承受現(xiàn)存的高壓力，以及承受以更突出方式發(fā)生在氣缸最接近氣缸蓋的部分中的腐蝕。進(jìn)一步注意到的是，在以柴油循環(huán)運(yùn)作的發(fā)動(dòng)機(jī)中，尤其由于柴油燃料中存在的硫磺，該類型的磨損也非常突出。
[0009]因此，依靠改善用以生產(chǎn)氣缸襯套的材料的質(zhì)量，可以實(shí)現(xiàn)允許改善遭受前述條件的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的可行方案，在任何時(shí)候都考慮到這種方案的成本。在該方面，若干優(yōu)勢(shì)尤其存在于包括鐵合金的那些氣缸襯套中。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中在生產(chǎn)氣缸襯套時(shí)應(yīng)用的一個(gè)主要合金是灰鑄鐵合金。這種合金具有低成本，主要地是具有良好的摩擦學(xué)特性，這是由于在滑動(dòng)表面上存在大量呈石墨形式的固體潤(rùn)滑劑。然而，該材料并不能提供當(dāng)前環(huán)境法規(guī)要求的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用的氣缸所需的耐腐蝕性能。
[0011]通過(guò)由鋼獲得的氣缸襯套可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)可能的替代材料，例如是不銹鋼，但是這些合金的特性是具有較大機(jī)械強(qiáng)度以及耐腐蝕特性，高成本使得該材料的使用是不可行的。
[0012]可選地，涂層可以實(shí)現(xiàn)在氣缸襯套的作業(yè)表面上，但是，類似地，高成本使得對(duì)該技術(shù)方案有偏見(jiàn)。
[0013]雖然前述磨損問(wèn)題的解決方案似乎是簡(jiǎn)單的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)另一更貴的材料足以替換該部件(氣缸襯套)，但是存在要考慮的限制因素。
[0014]在解決此問(wèn)題的嘗試中，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種能夠在氣缸襯套中同時(shí)使用兩個(gè)材料的技術(shù)。換句話說(shuō)，該部件具有沿著其長(zhǎng)度可變的成分。
[0015]應(yīng)該注意的是，在當(dāng)前，應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)中的氣缸/氣缸襯套是通過(guò)離心鑄造套筒工藝獲得的，在該工藝中，將液態(tài)金屬傾注入旋轉(zhuǎn)模具。通過(guò)離心力，鑄造工藝的最終結(jié)果是套筒或者管。
[0016]以這種方式，通過(guò)常規(guī)工藝可以傾注具有不同成分的鐵合金，但是不能夠以鑄造部分獲得沿著襯套長(zhǎng)度具有可變成分的管或者套筒。
[0017]該方案經(jīng)過(guò)焊接階段，但是焊接兩個(gè)金屬的需要會(huì)存在巨大的問(wèn)題，諸如兩個(gè)材料的結(jié)合區(qū)域會(huì)發(fā)生脆化，這將不能支持氣缸襯套遭受的高負(fù)荷。
[0018]應(yīng)當(dāng)注意的是，常規(guī)焊接工藝(例如TIG和電弧)允許本發(fā)明的一對(duì)金屬物件的結(jié)合，但是公知的是，加熱所需提供的能量必須足以引起材料的熔化，該現(xiàn)實(shí)妥協(xié)于用于良好組件性能的焊接質(zhì)量的最低要求。
[0019]鑒于因燃燒氣體的高變壓力和陡的熱梯度導(dǎo)致的機(jī)械加載使得氣缸在高循環(huán)負(fù)荷下操作，存在要考慮的各種相關(guān)方案。因而，為了確保部件的耐機(jī)械及熱疲勞性，必須防止任何不連續(xù)和缺陷。
[0020]為了在氣缸襯套中獲得良好質(zhì)量的焊接區(qū)域，因此有必要滿足一些相關(guān)方案，諸如:
[0021]-焊接結(jié)合的完整性，這必須沒(méi)有表面或者子表面缺陷，諸如由于材料熔化和后續(xù)凝固產(chǎn)生的裂隙或者小孔；
[0022]-保持焊接對(duì)的機(jī)械屬性。公知的是，大量供熱會(huì)導(dǎo)致材料的熔化，由于冷卻工藝會(huì)引起焊接區(qū)域及其相鄰部分的脆化。結(jié)果，必須最小化或者甚至防止受熱影響的區(qū)域，該區(qū)域會(huì)作為材料的脆化點(diǎn)；
[0023]-維持氣缸的幾何形狀。焊接工藝之后可以預(yù)見(jiàn)的是，由于材料之間膨脹系數(shù)的差異，雙金屬氣缸襯套可以呈現(xiàn)非同質(zhì)收縮。而且，應(yīng)當(dāng)注意的是，這些相同原因?qū)?dǎo)致供熱沿著待焊接區(qū)域的長(zhǎng)度不是均勻的或者不是同時(shí)的。作為自然結(jié)果，最終部件將具有的幾何形狀是:橫截面為非圓形，其縱向截面是非直線的，從而需要足夠的多余金屬以用于通過(guò)機(jī)加工工藝移除材料來(lái)校正扭曲。
[0024]因此，為了防止來(lái)自供熱和后續(xù)凝固的負(fù)面影響，本發(fā)明使用公知為具有非消耗銷的摩擦焊接(摩擦鋼焊接，F(xiàn)SW)的特定焊接工藝，下文稱其為FSW焊接。
[0025]在這方面，現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)EP985483揭示了使用FSW焊接來(lái)焊接用于晶格或者梁類型結(jié)構(gòu)應(yīng)用的中空結(jié)構(gòu)(諸如，管)。但是，這種方案有缺陷，這是源自于要求待焊接的端部具有肋條，目的是支持由旋轉(zhuǎn)點(diǎn)產(chǎn)生的大壓縮應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)在表面上創(chuàng)建摩擦以產(chǎn)生材料的焊接。
[0026]此外，日本文獻(xiàn)JP10180467還揭示了 FSW焊接技術(shù)在由非鐵金屬構(gòu)成的管的焊接中的應(yīng)用，目的是提供比原來(lái)長(zhǎng)的管。這種管的應(yīng)用是傳輸流體(液體或者氣體)，管的內(nèi)表面上的焊接的光潔度不具有任何重要性，使得管的內(nèi)表面上不存在移除材料的機(jī)械作業(yè)，該內(nèi)表面可能存在毛刺或者凹陷。
[0027]因此在當(dāng)前公知的技術(shù)中本發(fā)明未發(fā)現(xiàn)解決方案。一方面是因?yàn)樽罱K產(chǎn)品無(wú)法具有類似于氣缸襯套的應(yīng)用，另一方面，因?yàn)椴皇怯煤辖疬M(jìn)行處理，而且兩個(gè)被焊接的金屬圈的合金的長(zhǎng)度之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)所需的比例。
[0028]因此，仍然不存在這樣的氣缸襯套，其是通過(guò)結(jié)合由不同金屬構(gòu)成的兩個(gè)柱形部分而獲得的，提供高耐磨性、高耐腐蝕性以及低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029]因此，本發(fā)明的一目的是提供具有不同屬性的兩個(gè)部分的氣缸襯套，一個(gè)部分具有潤(rùn)滑特性，而另一部分具有高耐磨性和耐腐蝕性。
[0030]此外，本發(fā)明的一目的是依靠?jī)蓚€(gè)柱形金屬部分的焊接來(lái)提供氣缸襯套。
[0031]本發(fā)明的目的是通過(guò)提供應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)中的氣缸襯套來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該襯套包括第一和第二金屬柱形部分，第二部分定向成朝向氣缸蓋并且與氣缸蓋限定了燃燒室，第一部分對(duì)應(yīng)于氣缸襯套長(zhǎng)度的至少一半，第二部分與所述第一部分總共構(gòu)成氣缸襯套的長(zhǎng)度，第一部分和第二部分一體地關(guān)聯(lián)至彼此，其中，所述部分中的至少一個(gè)由鐵合金構(gòu)成。
【附圖說(shuō)明】
[0032]基于附圖所示的實(shí)施示例，下文將更詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖示出了:
[0033]圖1是本發(fā)明的氣缸襯套的示意圖。
[0034]圖2是鑄鐵和鋼的電位極化掃描圖。
【具體實(shí)施方式】
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