本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

就不設(shè)氣缸襯套的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，必須將以下材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)組：其滿足因與摩擦對(duì)象活塞或活塞環(huán)發(fā)生直接接觸而產(chǎn)生的主要要求。特別是需要具備較高的耐磨性及較小的摩擦。作為次要方面，還存在較小的重量、較低的材料成本、較低的制造成本和較高的熱導(dǎo)率等更多要求。這些要求在不設(shè)襯套的發(fā)動(dòng)機(jī)中很難或者完全無法彼此協(xié)調(diào)。

在內(nèi)燃機(jī)中使用氣缸襯套后，就能將僅滿足相關(guān)要求的另一材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)組。而可以專門針對(duì)耐磨性和較小的摩擦等要求對(duì)氣缸襯套進(jìn)行優(yōu)化。在處理技術(shù)方面，特別是通過用珩磨工藝來完成氣缸襯套的工作面的精加工，從而達(dá)到該工作面的在摩擦學(xué)方面有利的特性。通常情況下，應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的氣缸襯套的直徑為約60mm至約100mm，壁厚為約0.5mm至約5mm。

將氣缸襯套牢固地插入氣缸曲軸箱的專用鉆孔。基于接合工藝中的機(jī)械或熱負(fù)荷，可能在氣缸曲軸箱中產(chǎn)生應(yīng)力/變形，這些應(yīng)力/變形隨后會(huì)傳遞至氣缸襯套并使其變形。為此，需要(例如)通過精密鉆孔、精密車削或研磨來進(jìn)行精加工，以便在接合工藝完畢后對(duì)在氣缸襯套的工作面的形狀和位置方面的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。無法在熱接合完畢后立即進(jìn)行珩磨，因?yàn)闅飧滓r套的工作面與氣缸形狀的偏差通常取決于不均勻的移除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)，包括：氣缸襯套；氣缸曲軸箱，所述氣缸曲軸箱包含適用于進(jìn)行熱壓緊配合的用于容置所述氣缸襯套的鉆孔；在室溫下，所述氣缸襯套的外徑大于所述鉆孔的直徑50-200μm；所述氣缸襯套經(jīng)冷卻至其外徑小于所述鉆孔的直徑后插入所述鉆孔以與所述鉆孔形成所述熱壓緊配合。

在一實(shí)施例中，在室溫下，所述氣缸襯套的外徑大于所述鉆孔的直徑70-150μm。

在一實(shí)施例中，所述氣缸襯套的直徑為60mm至100mm，壁厚為0.4mm至5mm。

在一實(shí)施例中，所述壁厚為0.5mm至2mm。

在一實(shí)施例中，所述氣缸襯套的外徑公差最大為50μm，同軸度好于50μm。

在一實(shí)施例中，所述氣缸襯套的內(nèi)表面的直徑公差為最大0.3mm。

在一實(shí)施例中，所述氣缸襯套的內(nèi)表面與氣缸形狀的偏差小于30μm。

在一實(shí)施例中，所述鉆孔與氣缸形狀的偏差小于50μm。

在一實(shí)施例中，在一或兩個(gè)軸向末端上，所述氣缸襯套的外徑上和/或內(nèi)徑上配設(shè)有斜面。

在一實(shí)施例中，所述氣缸襯套包括內(nèi)側(cè)耐磨層和外側(cè)載體層。

本實(shí)用新型也提供一種制造具有熱接合的氣缸襯套的氣缸曲軸箱的方法，根據(jù)所述方法，在使用經(jīng)珩磨或完成珩磨準(zhǔn)備(honfertig)的氣缸襯套的前提下，可以在接合工藝后盡可能立即對(duì)所述氣缸襯套的工作面進(jìn)行珩磨，而不必為修正氣缸形狀而對(duì)所述工作面實(shí)施另一精加工。為此，在接合工藝完畢后，所述氣缸襯套的工作面與理想氣缸形狀的偏差應(yīng)小于50μm，優(yōu)選小于30μm。

根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式，提供一種方法，其具有：提供氣缸襯套；提供氣缸曲軸箱，所述氣缸曲軸箱包含適用于進(jìn)行壓緊配合的用于容置所述氣缸襯套的鉆孔；在保持所述氣缸曲軸箱的溫度的情況下，將所述氣缸襯套冷卻，直至所述氣缸襯套的外徑小于所述鉆孔的直徑；在冷卻狀態(tài)下將所述氣缸襯套插入所述鉆孔；使得所述氣缸襯套升溫以導(dǎo)致所述氣缸襯套因熱膨脹而相對(duì)所述鉆孔發(fā)生壓緊配合。

該方案中不對(duì)氣缸曲軸箱進(jìn)行加熱，因而在氣缸曲軸箱的金屬塊中不會(huì)產(chǎn)生任何熱變形，故在接合過程完畢后，氣缸襯套的氣缸形狀也不會(huì)因氣缸曲軸箱的施加于位于鉆孔中的氣缸襯套的與熱變形相關(guān)的不均衡壓力，而發(fā)生變化。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，也可以在插入所述氣缸曲軸箱的鉆孔前，對(duì)所述氣缸襯套的外表面實(shí)施精加工，使得所述外徑公差最大為50μm，同軸度好于50μm。

根據(jù)另一方面，本實(shí)用新型包括在插入所述氣缸曲軸箱的鉆孔前，對(duì)所述氣缸襯套的內(nèi)表面實(shí)施精加工，使得所述氣缸襯套的內(nèi)表面與所述氣缸形狀的偏差小于50μm。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，在接合過程前，例如通過精密鉆孔、精密車削或研磨來對(duì)所述氣缸曲軸箱的鉆孔實(shí)施精加工，使得所述鉆孔與所述氣缸形狀的偏差小于50μm。這樣就基本上消除了不平度以及與氣缸形狀的偏差，使得只有相應(yīng)較小的不平度/偏差才能被傳遞至薄壁式氣缸襯套。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述方法還包括在所述接合過程完畢后對(duì)所述氣缸襯套的內(nèi)表面進(jìn)行珩磨。這樣就能使用完成珩磨準(zhǔn)備但未經(jīng)珩磨的氣缸襯套。同時(shí)還能校正在實(shí)施該方法過程中所出現(xiàn)的不平度/偏差。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，通過浸入適宜的冷卻劑(優(yōu)選液氮)來對(duì)所述氣缸襯套進(jìn)行冷卻。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，在插入所述氣缸曲軸箱的鉆孔期間對(duì)所述氣缸襯套進(jìn)行冷卻，直至所述氣缸襯套處于其最終位置中。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，從所述氣缸襯套的氣缸頭側(cè)末端出發(fā)實(shí)施升溫。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所使用的氣缸襯套由輕金屬或輕金屬復(fù)合體構(gòu)成。除重量較小外，應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)制造的輕金屬(例如鋁)的熱膨脹系數(shù)通常也處于適用于熱接合工藝的約20μm/mK至25μm/mK的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述氣缸襯套是經(jīng)珩磨或完成珩磨準(zhǔn)備的。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，所述氣缸襯套具有熱膨脹系數(shù)為至少15μm/mK，優(yōu)選為至少20μm/mK的材料。這一點(diǎn)確保了氣缸襯套的充分收縮，以便將其插入鉆孔。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述氣缸襯套具有最大50μm的外徑公差。通過在氣缸襯套的外表面上遵守這種公差來防止出現(xiàn)以下情形：基于壓緊接合所施加的壓力，外徑的偏差傳遞至氣缸襯套的工作面的氣缸形狀。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述氣缸曲軸箱的鉆孔與所述氣缸形狀的偏差小于50μm。這一點(diǎn)較為有利，因?yàn)檫@些鉆孔在壓緊接合狀態(tài)下與氣缸形狀的偏差可能對(duì)氣缸襯套的氣缸形狀造成負(fù)面影響。這樣就需要進(jìn)行再加工。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，在一或兩個(gè)軸向末端上，在所述外徑上和/或在所述內(nèi)徑上為所述氣缸襯套配設(shè)斜面。這樣既能簡化襯套的接合操作，又有助于定位珩磨工具，從而有利于必要的內(nèi)部加工。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述氣缸襯套由兩個(gè)層構(gòu)成，其中所述外層由熱膨脹系數(shù)為至少15μm/mK的任意的第一材料構(gòu)成，且其中所述內(nèi)層由任意的第二材料構(gòu)成。

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1為所述氣缸襯套和所述氣缸曲軸箱在接合工藝中的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提出一種發(fā)動(dòng)機(jī)以及制造具有熱接合的氣缸襯套的氣缸曲軸箱的方法。

圖1在橫截面圖中示例性地示出所述發(fā)動(dòng)機(jī)在接合步驟中的氣缸襯套1和氣缸曲軸箱2。下文中結(jié)合附圖對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及整個(gè)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本實(shí)用新型的方法中，首先提供氣缸襯套1。通常情況下，所用氣缸襯套的直徑為約60mm至約100mm，壁厚4為約0.4mm至約5mm，優(yōu)選為0.5mm至2mm。外徑公差通常為30μm。內(nèi)表面5(即未來的工作面)的直徑公差為最大0.3mm，視處理技術(shù)而定。氣缸襯套1的內(nèi)表面5也可以例如通過精密鉆孔、精密車削或研磨而經(jīng)過精加工。亦即，氣缸襯套1的工作面可以已經(jīng)處于經(jīng)珩磨或完成珩磨準(zhǔn)備的狀態(tài)下。例如將鐵、輕金屬(如鋁)或者合金用作材料。通常也使用能夠?qū)⒉煌牧系挠欣匦韵嘟Y(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)。舉例而言，可以將鐵碳合金作為耐磨層涂敷至由輕金屬構(gòu)成的載體層。

所述方法的下一步是提供氣缸曲軸箱2，其包含適用于進(jìn)行壓緊配合的用于容置氣缸襯套1的鉆孔。適用于進(jìn)行壓緊配合尤指以下情形：這些鉆孔的直徑略小于氣缸襯套1的外徑。具體是指在室溫下，該氣缸襯套的外徑大于鉆孔的直徑50μm至200μm，優(yōu)選70μm至150μm。進(jìn)一步地，鉆孔與理想氣缸形狀的偏差應(yīng)不大于50μm，亦即，鉆孔表面應(yīng)包含在某個(gè)氣缸的壁部中，其中壁厚為50μm。

下一處理步驟是在保持氣缸曲軸箱2的溫度(如將其保持在室溫水平上)的同時(shí)，將氣缸襯套1冷卻。從而使得氣缸襯套1在假設(shè)熱膨脹系數(shù)為正的情況下發(fā)生收縮。在適宜的材料選擇且在室溫下以足夠大的溫度幅度(即以約100℃至250℃的幅度)進(jìn)行冷卻的情況下，氣缸襯套的外徑變得小于鉆孔的直徑。隨后在這個(gè)更冷的狀態(tài)下，將氣缸襯套1插入氣缸曲軸箱2的鉆孔，這一點(diǎn)因在氣缸襯套1的外表面6與氣缸曲軸箱2的鉆孔之間存在間隙3而實(shí)現(xiàn)。圖1示例性地示出此種情況。在圖1中，在升溫期間將氣缸襯套1固定住，直至氣缸襯套1與氣缸曲軸箱2間建立牢固連接。

產(chǎn)生這種牢固連接的原因在于，氣缸襯套1因熱膨脹而發(fā)生膨脹并因初始的過盈而導(dǎo)致壓緊配合。應(yīng)如此地將氣缸襯套1插入鉆孔并固定住，使其末端沿軸向在鉆孔的末端上定向，即盡可能不伸出這些末端。特別是氣缸襯套1應(yīng)在氣缸頭側(cè)上齊平，或者以在升溫后齊平的方式定位。可以簡單地通過以下方式來實(shí)現(xiàn)升溫：等待一段時(shí)間，直至氣缸襯套1因較熱的周圍環(huán)境而升溫，升溫時(shí)間因薄壁式氣缸襯套1的相對(duì)較小的熱容而不會(huì)過長。也可以采用另一熱材料作為輔助，例如可以使得熱空氣穿過氣缸襯套1。

根據(jù)所述方法的另一示例性實(shí)施方式，在插入氣缸曲軸箱2的鉆孔前，對(duì)氣缸襯套1的外表面6實(shí)施精加工，如精密鉆孔、精密車削或研磨，使得外徑公差最大為50μm，同軸度好于50μm。這樣就基本上消除了外表面6的不平度以及外表面6與氣缸形狀的偏差，從而防止出現(xiàn)以下情形：基于壓緊接合所施加的壓力，不平度/偏差將薄壁式氣缸襯套1的內(nèi)表面5壓穿。此種情況因氣缸襯套的壁厚4小于0.5mm而成為可能。因此，大小為0.1-0.3mm的不平度/偏差可能在接合狀態(tài)下對(duì)氣缸襯套1的形狀產(chǎn)生影響。

根據(jù)另一示例性方面，所述方法還包括在插入氣缸曲軸箱2的鉆孔前，對(duì)氣缸襯套1的內(nèi)表面5實(shí)施精加工，使得氣缸襯套1的內(nèi)表面5與氣缸形狀的偏差小于50μm。這個(gè)精加工例如可以包括精密鉆孔、精密車削或研磨。如果氣缸襯套1在插入前尚未處于完成珩磨準(zhǔn)備的狀態(tài)下，則可以使其達(dá)到完成珩磨準(zhǔn)備的狀態(tài)。這個(gè)精加工視需要也可以包括珩磨，使得只需將所述氣缸襯套插入鉆孔即可，而不必在接合工藝完畢后實(shí)施再加工。

根據(jù)另一示例性方面，所述方法還包括在將氣缸襯套1插入前，對(duì)氣缸曲軸箱2的鉆孔實(shí)施精加工，如精密鉆孔、精密車削或研磨，使得這些鉆孔與氣缸形狀的偏差小于50μm。這樣就消除了這些鉆孔與氣缸形狀的偏差，這類偏差在與薄壁式氣缸襯套1的壁厚4(即約為0.5mm)相同的數(shù)量級(jí)內(nèi)波動(dòng)(0.1-0.3mm)，因此，這類偏差在接合狀態(tài)下不會(huì)對(duì)氣缸襯套1的氣缸形狀造成負(fù)面影響。

所述方法的另一方面涉及的是在接合過程完畢后對(duì)氣缸襯套1的內(nèi)表面5進(jìn)行珩磨的步驟。為在耐磨性和較小的摩擦方面對(duì)氣缸襯套1的最終會(huì)與活塞環(huán)發(fā)生接觸的內(nèi)表面5(即工作面)進(jìn)行優(yōu)化，可以借助珩磨來實(shí)施最后的加工。這樣就既能使用完成珩磨準(zhǔn)備但未經(jīng)珩磨的氣缸襯套，又能視需要校正在實(shí)施該方法過程中所出現(xiàn)的與氣缸形狀的偏差?？梢圆捎贸Ｒ姷溺衲シɡ缫詢蓚€(gè)珩磨階段低成本地實(shí)施珩磨。

可以通過浸入適宜的冷卻劑(優(yōu)選液氮)來對(duì)氣缸襯套1進(jìn)行冷卻。在此情況下，在氣缸襯套1重新升溫且膨脹前，將其足夠快地插入氣缸曲軸箱2的鉆孔。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，在插入氣缸曲軸箱2的鉆孔期間對(duì)氣缸襯套1進(jìn)行冷卻，直至氣缸襯套1處于其最終位置中。為此，例如可以將適宜的冷卻裝置卡入氣缸襯套1并通過與氣缸襯套1的內(nèi)表面5發(fā)生接觸來冷卻該氣缸襯套。也可以如此地構(gòu)建這個(gè)裝置，使其將氣缸襯套1固定住并插入該鉆孔并進(jìn)一步在升溫期間固設(shè)住，在此過程中當(dāng)然可以中斷冷卻并視情況甚至由該裝置進(jìn)行供熱。

優(yōu)選地，從氣缸襯套1的氣缸頭側(cè)末端出發(fā)實(shí)施升溫。這樣就首先將這個(gè)末端固設(shè)住，使其不會(huì)因熱膨脹而被壓出鉆孔的氣缸頭側(cè)末端。

根據(jù)另一方面，氣缸襯套1由輕金屬或輕金屬復(fù)合體構(gòu)成。通常采用的是鋁、由Al與Si或Al與Mn或Al與Mg構(gòu)成的鋁合金，或者將鋁用作載體層的襯套。除能減重外，上述材料的另一優(yōu)點(diǎn)是，其熱膨脹系數(shù)通常處于在處理技術(shù)方面有利的20-25μm/mK的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，提供氣缸襯套1，其工作面是經(jīng)珩磨或完成珩磨準(zhǔn)備的。在第一種情形下，無需在接合工藝完畢后實(shí)施再加工，在第二種情形下，在接合工藝完畢后通過珩磨實(shí)施再加工即可，其中采用常見的珩磨法例如以兩個(gè)珩磨階段低成本地實(shí)施珩磨。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，氣缸襯套1由熱膨脹系數(shù)為至少15μm/mK，優(yōu)選為至少20μm/mK的材料構(gòu)成。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的常用氣缸襯套的直徑為60mm至100mm，且氣缸襯套1的相對(duì)氣缸曲軸箱2的鉆孔的過盈為50μm至200μm，優(yōu)選為70μm至150μm的情況下，通過上述方案就能在室溫下以約100℃至250℃的幅度進(jìn)行冷卻時(shí)，確保氣缸襯套1的足以實(shí)現(xiàn)插入的收縮。應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)制造的輕金屬和輕金屬復(fù)合體，例如鋁、鋁合金或者將鋁用作載體層的襯套，通常滿足了熱膨脹系數(shù)方面的這些條件。當(dāng)然也可以選擇具有適宜的熱膨脹系數(shù)的其他材料。

根據(jù)另一方面，氣缸襯套1具有最大50μm的外徑公差?；趬壕o接合所施加的壓力，外表面6的不平度或外表面6與氣缸形狀的偏差，不平度/偏差可能將薄壁式氣缸襯套1的內(nèi)表面5壓穿。氣缸襯套可以具有小于0.5mm的壁厚；因此，在氣缸襯套1處于壓緊配合時(shí)，外表面6上的處于0.1-0.3mm的范圍內(nèi)的不平度/偏差完全可能對(duì)內(nèi)表面5產(chǎn)生影響。這一點(diǎn)整體上可能使得工作面的摩擦學(xué)特性變差。視情況還需要對(duì)該工作面進(jìn)行再加工。

根據(jù)另一方面，氣缸曲軸箱2的鉆孔與氣缸形狀的偏差小于50μm。與氣缸襯套1的外表面6的偏差相同，這些鉆孔在壓緊配合中與氣缸形狀的偏差也可能對(duì)氣缸襯套1的氣缸形狀間接地造成負(fù)面影響。這就需要對(duì)氣缸襯套1的內(nèi)表面5進(jìn)行再加工。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一示例性實(shí)施方案，在一或兩個(gè)軸向末端上，在外徑上和/或在內(nèi)徑上為氣缸襯套1配設(shè)斜面。在一個(gè)末端的外徑上配設(shè)斜面的情況下，如果首先插入這個(gè)末端，則能簡化將氣缸襯套插入氣缸曲軸箱2的鉆孔。這一點(diǎn)在以下情況下特別重要：如本實(shí)用新型的一個(gè)方面所述，通過浸入某個(gè)冷卻劑來對(duì)氣缸襯套1進(jìn)行冷卻且需要盡可能迅速地實(shí)施插入鉆孔的步驟。在內(nèi)徑上配設(shè)斜面的情況下，能簡化珩磨工具的定位操作。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一示例性實(shí)施方案，氣缸襯套1由兩個(gè)層構(gòu)成，其中外層由熱膨脹系數(shù)為至少15μm/mK的任意的第一材料構(gòu)成，且其中內(nèi)層由任意的第二材料構(gòu)成。舉例而言，外側(cè)面由輕質(zhì)材料構(gòu)成且形成所述氣缸襯套的承載結(jié)構(gòu)。內(nèi)側(cè)面例如由用于保護(hù)工作面免受磨損的熱噴涂鐵碳合金構(gòu)成。當(dāng)然也可以采用其他組合。該復(fù)合體的熱膨脹取決于較厚的外部載體層，該載體層的至少15μm/mK的熱膨脹系數(shù)處于有利于實(shí)施所述方法的范圍內(nèi)。

采用本文所描述的制造具有熱接合的氣缸襯套1的氣缸曲軸箱2的方法后，就能以不影響氣缸襯套的內(nèi)表面5的形狀和表面的方式，將氣缸襯套插入。因而在氣缸襯套具備合適品質(zhì)的情況下，就能對(duì)已裝入的氣缸襯套進(jìn)行直接的進(jìn)一步處理，而不必進(jìn)行精加工或者僅需進(jìn)行較小程度的精加工。

附圖標(biāo)記表

1 氣缸襯套

2 氣缸曲軸箱

3 間隙

4 氣缸襯套的壁厚

5 氣缸襯套的內(nèi)表面

6 氣缸襯套的外表面