專利名稱：活塞式機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞式機械，特別是大型二沖程柴油機，其具有至少一個氣缸，其氣缸襯套在其面向配屬的活塞的滑動面的區(qū)域內(nèi)設(shè)有至少一個用于形成油室的溝槽。
由GB 1473058已知這樣一種活塞式內(nèi)燃機。在該已知設(shè)備中油室或多油室的橫截面相當于各個配屬的、在氣缸襯套上切出的溝槽之橫截面。溝槽的深度隨著漸增的氣缸襯套的磨損而減小。在該已知設(shè)備中也以同樣的程度減小由溝槽本身形成的油室的深度。因此隨著使用時間的延長其工作情況不斷惡化。而已知的設(shè)備的另一很特別的缺點在于，由于可能的熱腐蝕等從氣缸襯套上剝落的材料顆粒不可能駐留于已知設(shè)備的溝槽中。因此存在這樣的危險，該材料顆粒落到氣缸襯套與活塞之間并在其中被粉碎或搓碎，這可能導(dǎo)致?lián)p壞和強烈的局部發(fā)熱并從而加速熱腐蝕和/或咬死。因此證明該已知設(shè)備的操作是不夠可靠的。
因此由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是，在避免所述缺點的條件下以簡單的和節(jié)省成本的方式改進同一類設(shè)備，使其達到長期的高度操作可靠性。
這個目的按照本發(fā)明這樣來達到，溝槽配置了一填料，溝槽的深度至少相當于氣缸襯套的最大磨損厚度，并且形成溝槽的填料的材料比氣缸襯套的基體材料具有較小的耐磨性。
在新的情況下，溝槽可以由配置的填料完全填滿。因此得到一光滑的非成型的外表面，其易于加工。然而在磨合期由于填充材料的磨損比基體材料的快已經(jīng)形成要求的油室，其深度無疑小于溝槽的深度并且隨著氣缸襯套漸增的磨損發(fā)展到取決于該磨損的程度。因此雖然溝槽深度逐漸減小，但在經(jīng)過長時期以后形成關(guān)于油室的橫截面的相當大程度的均勻的狀態(tài)，這在經(jīng)過長時期以后保證在氣缸襯套的有關(guān)區(qū)域的可靠的潤滑并從而可靠地避免熱腐蝕和咬死。形成的油室或多油室的深度與磨損的強度有關(guān)。磨損越大各油室越深并從而潤滑越強，反之亦然。因此實際上形成一種自動調(diào)整的型式。因此還有可能減少單位耗油量。但是按照本發(fā)明的措施的另一很特別的優(yōu)點在于，因氣缸襯套不可避免的磨損所剝落的材料顆粒可以被壓入較軟的填充材料內(nèi)并就地固定住。因此通過設(shè)有填料的溝槽阻止了這種材料顆粒的自由運動。因此按照本發(fā)明設(shè)有填料的溝槽還起著高度有效的阻止槽的作用。因此借助本發(fā)明的措施還可以有效地防止由氣缸襯套剝落的材料顆粒所造成的損壞和故障，例如材料焊接或材料粘結(jié)，其導(dǎo)致加速熱腐蝕和咬死。因此借助本發(fā)明的措施以有利的方式保證了長的使用壽命。
在從屬權(quán)利要求中說明了上述措施的有利的結(jié)構(gòu)和符合目的的進一步構(gòu)成。這樣，形成溝槽的填料的材料可以適當?shù)乇葰飧滓r套的基體材料具有更強的熱膨脹。借此可使在過熱的情況下填料比基體材料更快地膨脹，因此可以使活塞穩(wěn)定并由此防止所謂的咬死。當填充材料還以有利的方式具有干潤滑性能時更突出了這個優(yōu)點。
在上述措施的有利的進一步發(fā)展中，溝槽的填料可以至少部分地由鋁和/或鋁青銅和/或石墨構(gòu)成，其中優(yōu)選可以采用含9～11％Al、0.5～2％Fe、其余為Cu的鋁青銅。這種材料具有上述的要求的優(yōu)越的性能。然而也有可能采用例如優(yōu)選含15～25％的石墨和75～85％的鋁青銅的石墨合金。這種材料也具有要求的很高水平的性能。
可以有利地設(shè)置至少一個螺旋式溝槽。由此得到油沿氣缸襯套的較大區(qū)域內(nèi)的特別好的分布和特別好的輸送并從而獲得特別高的可靠性。
按照上述措施的另一個有利的發(fā)展，填料按照所采用的材料的適用性可以構(gòu)成為焊接層或噴涂層。這以簡單方式保證了無孔隙的填料在基體材料上的可靠粘結(jié)。
上述措施的其他的有利的發(fā)展和符合目的的進一步構(gòu)成見其余的從屬權(quán)利要求并由以下借助于附圖對實例的描述可更詳細地得知。
在以下描述的附圖中

圖1示出大型二沖程柴油機的一個氣缸的局部剖面；圖2示出氣缸襯套滑動面的設(shè)有按照本發(fā)明的溝槽的區(qū)域的放大圖；圖3示出關(guān)于溝槽橫截面的一個方案，以及圖4示出關(guān)于溝槽橫截面的另一方案。
本發(fā)明應(yīng)用于優(yōu)選以慢運行的大型二沖程柴油機的活塞式機械，特別是活塞式內(nèi)燃機中。這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作方式就其本身而言是已知的，因此在本文中不再需要更詳細地說明。
圖1中所示大型二沖程柴油機的氣缸包括一設(shè)有多個進氣口1的氣缸襯套2，其上安裝一包括一其中未詳細示出的排氣裝置的氣缸蓋3。氣缸襯套2的內(nèi)面構(gòu)成為滑動面4，其與一周邊設(shè)有活塞環(huán)5的往復(fù)活塞6協(xié)同操作?；瑒用?經(jīng)由潤滑油輸入管7供給以潤滑油。
為了使按經(jīng)驗潤滑油供給不足的區(qū)域，例如滑動面4的上部區(qū)域獲得良好的潤滑油分布和特別是良好的潤滑油供給，該區(qū)域設(shè)有合適的、在圖1中只暗示出的各油室8。
為此，如由圖2可最清楚地看出的，在滑動面4的區(qū)域設(shè)置至少一個切入的溝槽9，其中構(gòu)成一配置的油室8。溝槽9包含一填料10，其由耐磨性比氣缸襯套的基體材料的耐磨性較小的材料構(gòu)成。氣缸襯套通常由鑄鋼構(gòu)成?？梢杂欣夭捎娩X青銅來形成填料10。如實驗所證明的，該鋁青銅應(yīng)該包含至少2～20％，優(yōu)選9～11％Al、0.5～8％，優(yōu)選0.5～2％Fe和其余為Cu。特定的成分針對各個情況存在的條件。其中Fe含量越高，材料的硬度越高。在大型二沖程柴油機的氣缸襯套中采用包含以下成分的鋁青銅獲得良好的結(jié)果2～20％，優(yōu)選9～11％Al，0.5～8％，優(yōu)選0.5～2％Fe，0.1～8％Mn，0.1～2％Si，0.1～1％Ni，0.1～2％C，分別具有最高5～20％含量的Sb、Co、Be、Cr、Sn、Cd、Zn和Pb中至少一種成分，其余為Cu。
但是也可能采用石墨合金如鎳石墨或硅石墨或鋁石墨或鋁青銅石墨，其分別包含5～60％，優(yōu)選15～25％的石墨和分別包含其他成分的40～95％，優(yōu)選75～85％含量。采用鋁青銅石墨合金可以獲得特別好的抗腐蝕和咬死的性能。其中鋁青銅的成分可以按照上述的成分。
填料10可以有利地通過激光噴涂法或電弧噴涂法如等離子噴涂法涂覆的噴涂層加進先前制成的溝槽9中。當然溝槽9的填料10也可以制成焊接層。含有9～11％Al、1～3％Fe、4～6％Ni、1～2％Mn和其余Cu的鋁青銅特別適用于這個目的。
對此溝槽9的填料適當?shù)剡_到滑動面4的水平。然后滑動面4可以經(jīng)過全面地加工，例如珩磨。由于形成填料10的材料比氣缸襯套2的基體材料的耐磨性較小，填料10的磨損在磨合期已比氣缸襯套2的磨損較大。磨下的材料被潤滑油沖走。因此形成要求的油室8，其在氣缸襯套的整個使用期間始終保持著。
圖2中用d示出的溝槽9的深度因此至少相當于氣缸襯套2的磨損厚度并優(yōu)選稍大一些。然而因為這樣深的溝槽9設(shè)有填料10，其隨著氣缸襯套的磨損也磨損，只是其磨損稍快一些，并形成在氣缸襯套2的整個使用期間內(nèi)相當大程度均勻的、不同于溝槽9本身橫截面的油室8的橫截面外形。
為了形成填料10可以有利地采用這樣的材料，其具有在受熱時比氣缸襯套的基體材料更強的膨脹的性能。以上建議的材料具有這樣的性能。因此在局部過熱的情況下填料10比氣缸襯套2的基體材料更強的膨脹，由此可以使活塞6穩(wěn)定，如圖2中所示用虛線表示的膨脹線11。以上建議的填料10的材料還具有良好的干潤滑性能，這特別是在過熱的情況下獲得有利的支承。但是也可能在填充材料中結(jié)合或置入另外具有良好干潤滑性能的材料。
可以設(shè)置一個或多個溝槽9。根據(jù)迄今的經(jīng)驗將它們符合目的地設(shè)置在有潤滑不足的危險并從而有熱腐蝕等危險的地方。這特別是在滑動面4的上部區(qū)域的情況。在圖1中在由第一和第二活塞環(huán)5在活塞6的上部死點位置限定的滑動面4的區(qū)域內(nèi)設(shè)置一具有相應(yīng)的油室8的環(huán)形的溝槽。另一配置有油室8的溝槽設(shè)置在最下面的活塞環(huán)5的下方的區(qū)域中。在所示實例中還示出了其他的更深的配置的油室8。
作為油室8的基礎(chǔ)的溝槽9可以構(gòu)成為環(huán)形的徑向溝槽。但是，另外或代替地也可以設(shè)置一個或多個配置有油室8的螺旋式延伸的溝槽9。它們可以沿滑動面4的一個區(qū)域或沿其全長延伸。
圖2是以一螺旋式延伸的溝槽9為基礎(chǔ)。該溝槽9用P表示的導(dǎo)程可以為滑動面4的直徑D的1.5％～20％。導(dǎo)程P可以沿溝槽全長是常數(shù)。但是也有可能是變化的導(dǎo)程以便在特別易受損害的區(qū)域比在不大易受損害的區(qū)域獲得較大的油室密度。上述溝槽9的深度d適當?shù)靥幱谥睆紻的0.1％～0.4％的范圍內(nèi)。出口寬度W適當?shù)貫橹睆紻的1％～2％在所示實例中溝槽9具有從出口寬度W起逐漸向內(nèi)變窄的橫截面。這是考慮到磨損速率隨著漸增的使用時間而增加。圖2中溝槽9具有大致U形橫截面，其具有相對于槽底傾斜的側(cè)面。側(cè)面用α表示的傾斜角可以處于30°～60°的范圍內(nèi)。槽底與槽側(cè)面之間的過渡適當?shù)匦纬蓤A角，如由半徑箭頭所示。
上述尺寸數(shù)據(jù)也適用于其他的根據(jù)圖3和4的方案。圖3示出一V形溝槽9，其具有配置的包括油室8的填料10。圖4中的溝槽9具有一圓弧形橫截面。在這里也形成向內(nèi)逐漸變窄的橫截面并從而形成填料10與其中形成的油室8的向內(nèi)逐漸減小的寬度。
權(quán)利要求
1.活塞式機械，特別是大型二沖程柴油機，其具有至少一個氣缸。其氣缸襯套(2)在其面向配置的活塞(6)的滑動面(4)的區(qū)域內(nèi)設(shè)有至少一個用于形成油室(8)的溝槽(9)，其特征在于，溝槽(9)配置了一填料(10)，溝槽的深度至少相當于氣缸襯套(2)的最大磨損厚度，并且形成溝槽(9)的填料(10)的材料比氣缸襯套(2)的基體材料具有較小的耐磨性。
2.按照權(quán)利要求1所述的活塞式機械，其特征在于，形成溝槽(9)的填料(10)的材料比氣缸襯套(2)的基體材料具有較強的熱膨脹。
3.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于形成溝槽(9)的填料(10)的材料具有干潤滑性能。
4.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于形成溝槽(9)的填料(10)的材料至少部分地由鋁和/或鋁青銅和/或石墨構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求4所述的活塞式機械，其特征在于為形成溝槽(9)的填料(10)所采用的鋁青銅至少包含鋁、鐵和銅。
6.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于，為形成溝槽(9)的填料(10)所采用的鋁青銅至少包含以下合金部分2～20％，優(yōu)選9～11％Al，0.5～8％，優(yōu)選0.5～2％Fe，其余為Cu。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的活塞式機械，其特征在于，為形成溝槽(9)的填料(10)所采用的鋁青銅包含以下合金部分2～20％，優(yōu)選9～11％Al，0.5～8％，優(yōu)選0.5～2％Fe，0.1～8％Mn，0.1～2％Si，0.1～1％Ni，0.1～2％C，分別具有最高5～20％含量的Sb、Co、Be、Cr、Sn、Cd、Zn和Pb中至少一種成分，其余為Cu。
8.按照權(quán)利要求4～7之一項所述的活塞式機械，其特征在于，形成溝槽(9)的填料(10)的材料包括5～60％，優(yōu)選15～25％的石墨和40～95％，優(yōu)選75～85％的鋁和/或鋁青銅和/或鎳和/或硅。
9.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于設(shè)置至少一個螺旋式溝槽(9)。
10.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于，至少在氣缸襯套(2)的上部區(qū)域中設(shè)置至少一個溝槽(9)。
11.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于，至少在由第一和第二活塞環(huán)(5)在活塞(6)的上部死點位置限定的滑動面(4)的區(qū)域設(shè)置至少一個溝槽(9)。
12.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于，至少在最下面的活塞環(huán)(5)的下方在活塞(6)的上部死點位置的區(qū)域設(shè)置至少一個溝槽(9)。
13.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于至少一個溝槽(9)沿滑動面(4)的導(dǎo)向長度連續(xù)延伸。
14.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于螺旋式溝槽(9)的導(dǎo)程為滑動面(4)的直徑的1.5％～20％。
15.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于溝槽(9)的深度為滑動面(4)的直徑的0.1％～0.4％。
16.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于溝槽(9)的出口寬度為滑動面(4)的直徑的1％～2％。
17.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于溝槽(9)具有向內(nèi)逐漸變窄的橫截面。
18.按照上述權(quán)利要求之一項所述的活塞式機械，其特征在于溝槽(9)的填料(10)構(gòu)成為焊接層或噴涂層。
全文摘要
在一具有至少一個氣缸的活塞式機械中,其氣缸襯套(2)在其面向配置的活塞(6)的滑動面(4)的區(qū)域內(nèi)設(shè)有至少一個用于形成油室(8)的溝槽(9),通過使溝槽(9)配置一填料(10),其中溝槽的深度至少相當于氣缸襯套(2)的最大磨損厚度,并且形成溝槽(9)的填料(10)的材料比氣缸襯套(2)的基體材料具有較小的耐磨性,可以達到特別保養(yǎng)的操作方式并從而獲得特別長的使用壽命的氣缸襯套(2)。
文檔編號F02F1/20GK1333859SQ99815460
公開日2002年1月30日 申請日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月8日
發(fā)明者萊赫·莫丘爾斯基, 杰斯珀·韋斯·福格 申請人:曼B與W狄賽爾公司