气缸体的制作方法

本公开涉及一种气缸体，并且进一步涉及通过改善冷却性能实现爆燃减少并通过热绝缘实现热效率的提高。

背景技术：

在发动机中，从气缸或燃烧室中产生的热量的一部分被气缸盖、气缸体、进气阀/排气阀、活塞等等吸收。当这些部件被加热至过高的温度时，由于在气缸体的内壁上形成的油膜的损坏导致热变形或润滑不良，从而产生热缺陷。

发动机的热缺陷可以产生异常燃烧，诸如，燃烧不良和爆燃，使得发动机受到损坏，诸如活塞的腐蚀。另一方面，发动机的过度冷却可能会导致问题，诸如，低热效率引起的燃料经济性劣化、低温下气缸磨损等等。因此，适当控制气缸体中外壁与内壁之间流动的冷却剂C(参见图1)的温度是有利的。

如在图1中示出的，在传统的情况下，沿着气缸体的内壁设置由铸铁制成的气缸套10以便通过防止热损失来提高热效率。然而，在这种情况下，由于气缸套10的重量，可能不会实现相关车辆的轻便。尽管气缸体的上部被冷却以防止诸如爆燃的异常燃烧，气缸体的整个内壁被由铸铁制成的气缸套10围绕使得难以解决上述问题。

在该部分中公开的以上内容仅用于增强对本公开的一般背景的理解，而不应认为承认或以任何形式暗示相关技术的该主题已为本领域技术人员所知。

技术实现要素：

因此，鉴于上述问题完成了本公开，并且本公开的目的是提供一种气缸体以通过改善冷却性能实现爆燃减少并且通过热绝缘提高热效率。

根据本公开，可通过提供由铝制成的气缸体实现以上及其他目的，气缸体包括：内壁，限定活塞在其中移动的内部空间；绝缘涂层，沿着内壁的内表面部分地布置；以及Fe喷涂层，即铁喷涂层，涂覆内壁的内表面和绝缘涂层，Fe喷涂层是由热喷涂工艺而形成。

绝缘涂层可具有通过以下等式1确定的厚度Δx₁，

[等式1]

Δx₁＝k₁*(ΔT/Q-Δx₂/k₂-Δx₃/k₃)

其中Δx₁是绝缘涂层的厚度，k₁是绝缘涂层的热导率，ΔT是内部空间与内壁之间的温度差，Q是每单位面积的热流量(heat flow，热流)，Δx₂是内壁的厚度，k₂是内壁的热导率，Δx₃是Fe喷涂层的厚度，以及k₃是Fe喷涂层的热导率。

绝缘涂层的热导率k₁可以在0.8W/mK至5.0W/mK的范围内。

绝缘涂层可以包括选自由以下各项组成的组中的一个：按重量计3％的氧化钇-稳定氧化锆(YSZ)，按重量计7％的YSZ，以及按重量计7％的Gd₂Zr₂O₇。

绝缘涂层可以布置在内壁的与活塞在内部空间中的移动路径相对应的部分处。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，将更明确地理解本公开的以上和其他目标、特征以及其他优点，其中：

图1是示出了传统气缸体的截面图；以及

图2是示出了根据本公开的实施方式的气缸体的截面图。

具体实施方式

现在将详细地参考本公开的实施方式，在附图中示出了本公开的实例。

如在图2中示出的，根据本公开的实施方式由铝制成的气缸体可以包括：内壁100，限定活塞P移动的内部空间110；绝缘涂层200，部分地沿着内壁100的内表面布置；以及Fe喷涂层(即，铁喷涂层)300，由热喷涂工艺形成，该Fe喷涂层沿着内壁100的内表面和绝缘涂层200布置。

可以沿着气缸体的内壁100设置由铸铁制成的传统气缸套，以便通过防止热损失提高热效率。然而，在这种情况下，由于气缸套的重量，不能实现相关的车辆的轻便。尽管可以冷却气缸体的上部120以防止异常燃烧(诸如，爆燃)，气缸体的整个内壁100可被由铸铁制成的气缸套围绕，使得可能难以解决上述问题。

换言之，在由于改善冷却性能而使爆燃减少与通过热绝缘提高热效率之间存在折中。

为了实现上述两个目标，取代由铸铁制成的气缸套，绝缘涂层200可以设置在由铝制成的气缸体的内壁100上并且Fe喷涂层300可以设置在绝缘涂层200和内壁100上。在使用Fe喷涂层300中，即使存在相关车辆轻便及改善冷却性能的一些优点，但由于没有热绝缘可能产生热损失。

为此，绝缘涂层200可以设置在Fe喷涂层300与气缸体之间以防止热损失。如上所述，为了实现两个目标(通过热绝缘提高热效率并且爆燃减少)，绝缘涂层200可以设置在内部空间110，除了内部空间110中不需要显著热绝缘的上部120以外。

热喷涂工艺可以包括使用高温热源(诸如，火焰或等离子体)熔化粉末类材料，并且喷涂熔化的材料。Fe喷涂层300可以通过热喷涂工艺使用粉末类的铁而形成在内壁100的内表面上。

因此，通过在内壁100的需要热绝缘的部分(即，内壁100的中央和下部)形成绝缘涂层200，可以预期高的热效率。此外，通过改善上部120的冷却性能，可以预期爆燃减少，因为Fe喷涂层300可以仅形成在内壁100的上部120上。此外，通过不存在铸铁气缸套，可以实现相关车辆的轻便。

绝缘涂层200可以布置在对应于、或接近或邻接活塞P在由内壁100限定的内部空间110中的移动路径的内壁100的部分处。换言之，活塞P可以在气缸体的内部空间110中向上向下移动。绝缘涂层200可以布置在内部空间110的一些部分上，除了当活塞P向上移动到其最上面的位置或上转换点时与至少活塞P的上部所定位的区域对应的内壁100的部分之外。

因此，在由活塞P限定的内部空间110的中央和下部可以最大化热绝缘，并且在内部空间110的上部120可以最大化冷却性能，其中绝缘涂层200可能不存在。

在确定绝缘涂层200的厚度中，可以通过以下等式1确定厚度。

[等式1]

Δx₁＝k₁*(ΔT/Q-Δx₂/k₂-Δx₃/k₃)

其中Δx₁：绝缘涂层200的厚度，k₁：绝缘涂层200的热导率，ΔT：内部空间110与内壁100之间的温度差，Q：每单位面积的热流量，Δx₂：内壁100的厚度，k₂：内壁100的热导率，Δx₃：Fe喷涂层300的厚度，k₃：Fe喷涂层300的热导率。

从等式2和等式3中得出以上等式1。

[等式2]

U＝Δx_t*(Q/ΔT)

其中U：内壁100、Fe喷涂层300及绝缘涂层200的总热导率，Δx_t：内壁100、Fe喷涂层300及绝缘涂层200的总厚度。

[等式3]

U＝1/(Δx₁/(k₁*Δx_t)+Δx₂/(k₂*Δx_t)+Δx₃/(k₃*Δx_t))

通过将等式2和等式3相结合消除U得出等式1，将Δx_t用作公分母减小所结合的等式，并布置所得出的等式。

因此，可以通过内部空间110与内壁100之间的温度差ΔT、以及绝缘涂层200的热导率k₁(它们是基于热绝缘的期望程度)，来确定绝缘涂层200的厚度Δx₁。每单位面积的热流量Q、内壁100的厚度Δx₂、内壁100的热导率k₂、Fe喷涂层300的厚度Δx₃以及Fe喷涂层300的热导率k₃分别是作为一般值的预定值。

通过基于热绝缘的期望程度使用等式1确定绝缘涂层200的厚度Δx₁，具有产品成本减少且重量减轻的车辆的优点。内部空间110与内壁100之间的温度差ΔT可以确定为在20℃至30℃的范围内。通常，当由铝制成的气缸体的温度在发动机中上升到确定温度以上时，由于高温在发动机中可能产生耐久性问题。这可能是老化导致材料性质的劣化所引起。当内部空间110与内壁100之间的温度差ΔT大于30℃时，内部空间110的温度可能超过240℃，从而引起气缸体的耐久性问题。

另一方面，当内部空间110与内壁100之间的温度差ΔT小于30℃时，基于热绝缘的保温力可能不足。因此，内部空间110与内壁100之间的温度差ΔT可以确定为在20℃至30℃的范围内。

绝缘涂层200的热导率k₁可以在0.8W/mK至5.0W/mK的范围内。当绝缘涂层200的热导率k₁小于0.8W/mK时，成本可能以绝缘涂层200的形式提高。此外，当绝缘涂层200的热导率k₁大于5.0W/mK时，绝缘涂层200可能不适合实现期望的热绝缘。因此，绝缘涂层200的热导率k₁可以在0.8W/mK至5.0W/mK的范围内。

绝缘涂层200的热导率k₁可以在1.5W/mK至3.5W/mK的范围内。通常，用作绝缘涂覆材料的材料可以包括按重量计3％的氧化钇-稳定氧化锆(YSZ)，按重量计7％的YSZ或Gd₂Zr₂O₇等等。在按重量计3％的YSZ的情况下，可以表现出大约3.2W/mK的热导率，但在按重量计7％的YSZ的情况下，可以表现出大约1.5W/mK的热导率。

此外，Gd₂Zr₂O₇具有大约0.8W/mK至大约1.5W/mK的热导率。热导率可与热传递成正比。与具有大约150W/mK的热导率的铝和具有大约44W/mK的热导率的铁相比，用作绝缘涂覆材料的材料可具有低热导率。因此可以有效地执行绝缘涂覆材料的热绝缘。

(实例)

每单位面积的热流量Q被假定为24000W/m²，内壁的厚度Δx₂被设为0.08m，Fe喷涂层的厚度Δx₃被设为0.002m，并且内部空间与内壁之间的温度差ΔT被假定为25K。此外，被选择为按重量计7％的YSZ的绝缘涂层的热导率k₁是1.5W/mK，并且由铝制成的内壁的热导率k₂通常是151W/mK，并且形成的Fe喷涂层的热导率k₃是44W/mK。当以上参数代入等式1中时，绝缘涂层的厚度Δx₁计算为0.0007m。

因此，所选择的按重量计7％的YSZ的绝缘涂层的厚度Δx₁是或属于0.0827m中的0.0007m，上述0.0827m是内壁、Fe喷涂层和绝缘涂层的总厚度。

如从以上说明显而易见，在根据本公开的实施方式的气缸体中，可以预期到通过改善冷却性能来减少爆燃，以及通过热绝缘提高热效率的优点。此外，由于没有由铸铁制成的气缸套，可以实现相关车辆的轻便从而提高燃料经济性。

尽管为了举例说明的目的已经公开了本公开内容的实施方式，但本领域技术人员应该理解的是，在不背离如在所附权利要求中公开的本公开内容的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。