具有粘结层的气缸衬套的制作方法
【专利说明】具有粘结层的气缸衬套
相关申请的交叉引用
[0001 ]本美国实用新型申请要求2013年7月16日提交的序列号为61/846,973的美国临时申请的权益，其全文通过引用合并与此。
技术领域
[0002]本发明大体涉及用于内燃机的气缸衬套，包括该气缸衬套的发动机缸体总成，及其制造方法。
【背景技术】
[0003]为了压缩包装、减少发动机质量以及提高燃料经济性，现今发动机优选被设计成更小和更轻。然而，为了给各种零件和机械加工寻找位置和空间，该小尺寸可能引起问题和困扰。其中一个困扰是在发动机缸体中的活塞缸开口之间的内孔桥接区域变小。当需要冷却内孔时，钻孔和/或槽可被机械加工成桥接区域。考虑到孔间隙较小，以及如果衬套被放置在气缸中，很难在不接触气缸衬套和破坏刀具的情况下机械加工出槽和/或钻孔。这样会引起发动机缸体的报废率和/或缸体加工流水线的停工。
[0004]减小该气缸衬套的外表面可在内孔桥接区域内创建某些额外的空间用以机械开槽和机械钻孔。然而，由于气缸衬套和发动机缸体之间的物理或机械连接的缺乏，这样会导致不好的导热系数和大幅值的孔变形。在发动机缸体的这些关键区域，这些情形是不符合要求的。
【发明内容】
[0005]本发明的一个方面提供一种用于内燃机的气缸衬套，该气缸衬套提供与发动机缸体的改进的连接。该气缸衬套包括从顶端纵向延伸至底端的衬套元件，并具有在顶端和底端之间的长度。该衬套元件包括围绕中心轴延伸的内表面和相背的外表面。该外表面具有沿所述长度的第一部分的第一外直径和沿该长度的第二部分的第二外直径，第一外直径小于第二外直径。一铝基材料形成的粘结层应用于该衬套的第一部分的外表面。
[0006]本发明还提供制造该改进的气缸衬套的方法。该方法包括在衬套的长度的第一部分上提供第一外直径，在长度的第二部分上提供第二外直径。该方法进一步包括在衬套的长度的第一部分上的外表面应用一层铝基材料。
[0007]本发明的另一方面提供一种包括多个气缸衬套的发动机缸体总成。每个气缸衬套包括衬套元件和一层应用于第一部分的外表面上的第一铝基材料。该总成还包括由第二铝基材料形成并具有多个孔的缸体，每个孔容纳一个气缸衬套。气缸衬套的第一铝基材料与缸体的第二铝基材料结合。
[0008]本发明还提供一种发动机缸体总成的制造方法。该方法包括提供多个气缸衬套，并将多个气缸衬套放置在一模具中。该方法接下来包括在该模具中的多个气缸衬套周围浇注第二铝基材料。
【附图说明】
[0009]结合附图和以下的详细描述，可以更容易地明白和理解本发明的其它优点:
[0010]图1是根据本发明的一个典型实施例的气缸衬套的示意图；
[0011]图1A是图1的气缸衬套沿线1A的局部放大不意图；
[0012]图2示出在制造根据本发明的一个典型实施例的气缸衬套的方法中的热喷涂步骤；
[0013]图3示出在制造发动机缸体总成的方法中的浇注步骤，该发动机缸体总成包括多个根据本发明的一个典型实施例的气缸衬套；
[0014]图4是发动机缸体总成的示意图，该发动机缸体总成包括多个根据本发明的一个典型实施例的气缸衬套；
[0015]图4A是图4的发动机缸体总成沿线4A的横截面图；
[0016]图5是图4的发动机缸体总成的俯视图；
[0017]图6是图4和图5所不的发动机缸体总成的局部放大俯视图；以及
[0018]图7示出根据本发明的一个典型实施例的发动机缸体总成的制造方法的步骤。
【具体实施方式】
[0019]本发明的一方面提供一种用于内燃机的气缸衬套20，具有一衬套元件22和一粘结层24，如图1所示。该粘结层24增强了衬套元件22的金属材料与其周围的铸造金属材料(该铸造金属材料形成发动机缸体26)之间的粘性和导热性。该粘结层24还增加了在发动机缸体26内的相邻衬套元件22之间的间隙。
[0020]该气缸衬套20包括一由金属材料形成的衬套元件22，在典型实施例中，形成该衬套元件22所使用的金属材料是铸铁，但是该衬套元件22可选择由钢铁或者其它能够承受内燃机的温度，压力，或者其它条件的材料形成。用于形成该衬套元件22的金属材料与周围的发动机缸体26的金属材料不同，在不使用粘结层24的情况下，该衬套元件22的金属材料通常不会以物理或者化学方式与发动机缸体26粘结。
[0021 ] 如图1所示，该衬套元件22从顶端28沿纵向延伸至底端30，并且在顶端28和底端30之间形成一长度L。在该典型实施例中，该衬套元件22的长度L的范围介于100毫米至150毫米之间。该衬套元件22还包括一围绕中心轴A延伸的内表面32和与该内表面32背对的外表面34。该衬套元件22的内表面32围绕中心轴A周向延伸并形成一圆柱形的开口，该开口从顶端28延伸至底端30。
[0022]该衬套元件22的外表面34同样围绕中心轴A周向延伸并形成一圆柱形的表面，该表面从顶端28延伸至底端30。该外表面34在长度L的第一部分上具有第一外直径0!，在长度L的第二部分上具有第二外直径02。如图1所示，该第一外直径Dd、于第二外直径D2。在该典型实施例中，该第一部分相对于该中心轴A径向机械加工一段距离以形成该减小的第一外直径Di。然而，其他方法也可以用来减小该第一外直径0工以使其小于第二外直径D2。该衬套元件22还具有从外表面34延伸至内表面32的厚度ti，t2，如图1A所示。在衬套元件22的机械加工的第一部分的厚度^通常比第二部分的厚度^小10到15毫米。该衬套元件22的厚度ti，t2可以根据具体的应用而发生变化，但是，通常，该衬套元件22的第一部分的厚度至少是1.8毫米。
[0023]具有减小的第一外直径0工和减小的厚度t的第一部分沿着该衬套元件22的长度L的一部分延伸，该第一部分的长度小于衬套元件22的整个长度L。第二部分同样沿着该衬套元件22的长度L的一部分延伸，该第二部分的长度小于衬套元件22的整个长度L。外表面34的第一部分通常是该衬套元件22的长度L的10%-50%，更普遍的是该衬套元件22的长度L的20%-30%o第一部分通常邻近该衬套元件22的末端28或末端30，在这种情况下，第二部分从第一部分延伸至相对末端28或30。例如，第一部分可邻近该衬套元件22的顶端28，如图1所示，即在发动机缸体26中向上朝歧管布置。可选地，第一部分可以与该衬套元件22的两个端部28，30间隔开，例如，第一部分可设置于该衬套元件22的中心。在这种可选的情况下，第二部分可被设置于两个离散的区域，每个区域从衬套元件22的各端部28，30延伸至第一部分。在另一实施例中，该衬套元件22可包括多个设置于任意位置的机械加工的第一部分，该多个第一部分通过第二部分相互间隔开。
[0024]该衬套元件22在长度L的第一部分上的第一外直径Di通常保持不变。然而，第一外直径Di也可以发生微小变化。例如，第一外直径Di在长度L的第一部分上可以在不超过1毫米的范围内变化。在一个实施例中，第一部分的外表面34在应用粘结层24之前经过喷丸加工。该喷丸工序在外