放热粘结式汽缸体插入件的制作方法

本发明总体涉及一种发动机组，并且涉及放热粘结至汽缸体的插入件。

背景技术：

内燃机在高温和高压下操作。在操作期间，发动机组的各个区域(诸如冷却通道和缸膛周围的顶板上的区域)可能会受到侵蚀或磨损。侵蚀和磨损可能会导致冷却剂泄漏并且可能会缩短发动机组的操作寿命。

wang等人发布的美国专利号5,429,173公开了通过冶金扩散粘结而粘结至抵靠铸造的金属的固体材料。固态材料涂布有潜在放热涂层，当抵靠铸造金属时，所述涂层发生放热反应以在固体的表面处产生金属间相。由金属间相形成反应产生的热量促进扩散粘结。

本发明涉及克服发明者发现或本领域中已知的一个或多个问题。

技术实现要素：

公开了一种用于制造发动机组的方法。在实施例中，所述方法包括在发动机组的发动机组主体中于发动机组主体的顶板处形成扩大孔，所述扩大孔包围顶板的端面处的发动机组镗孔，所述发动机组镗孔从端面延伸至发动机组主体中。所述方法还包括将插入件放置在扩大孔中，所述插入件包括插入件主体，所述插入件主体通常匹配扩大孔的形状。所述方法进一步包括将反应材料放置在插入件与发动机组主体之间。所述方法还进一步包括使用反应材料在插入件与发动机组主体之间形成插入件粘结层。所述方法又再进一步包括形成穿过插入件主体的插入件镗孔。

还公开了一种用于内燃机的发动机组。在实施例中，发动机组包括发动机组主体、插入件，以及发动机组主体与插入件之间的插入件粘结层。发动机组主体包括顶板、多个发动机组镗孔以及发动机组主体中的扩大孔。顶板包括端面。多个发动机组镗孔包括从端面延伸至发动机组主体中的缸膛以及从端面延伸至发动机组主体中邻近于缸膛的冷却通道。扩大孔包围端面处的多个发动机组镗孔的发动机组镗孔。插入件包括位于扩大孔中的插入件主体以及延伸穿过插入件主体并且与发动机组镗孔对准的插入件镗孔。插入件粘结层在扩大孔处将插入件冶金粘结至发动机组主体。

附图说明

图1是发动机组的部分的透视图。

图2是沿图1的线ii-ii截取的横截面视图。

图3是用于制造发动机组的方法的流程图。

图4是说明制造步骤的发动机组的部分的分解视图。

图5是图4的发动机组的部分的透视图。

具体实施方式

本文公开的系统和方法包括发动机组和用于制造发动机组的方法。在实施例中，发动机组包括包围发动机组的端面处的发动机组镗孔(诸如缸膛或冷却剂通道)的扩大孔以及位于扩大孔中的插入件，所述插入件冶金粘结至发动机组的发动机组主体。插入件可以包括防腐蚀材料，以减少或防止发动机组镗孔周围的点蚀、侵蚀或腐蚀。在某些实施例中，扩大孔在发生点蚀、侵蚀或腐蚀的再制造过程期间加工至发动机组主体中。插入件接着位于扩大孔中，因此延长发动机组的操作寿命。在实施例中，冶金粘结防止插入件在扩大孔中移位、旋转或掉出。冶金粘结可以通过放热反应形成，所述放热反应可以提供足够多的热量以形成冶金粘结，而不损坏扩大孔周围的发动机组主体。

图1是发动机组100的部分的透视图。发动机组100可以包括发动机组主体110、顶板120、镗孔、升降窗、一个或多个扩大孔、一个或多个插入件170以及一个或多个插入件粘结层180。发动机组主体110可以是利用其中的发动机组100的各种特征件(诸如镗孔和升降窗150)形成的铸铁发动机组。

顶板120沿发动机组主体110的顶部部分定位。顶板120包括一个或多个端面122。镗孔，在发动机组主体110中形成，诸如通过铸造或加工而形成。镗孔通常从端面122延伸至发动机组主体110中。镗孔可以包括缸膛130、冷却剂通道140和螺栓孔160。

缸膛130延伸至发动机组主体110中，且形成并且大小设置成接纳发动机的汽缸。缸膛130各自包括缸膛直径。汽缸盖在端面122处附接至发动机组主体110。在某些实施例中，缸膛130布置为‘v形’配置且顶板120包括两个端面122。在其他实施例中，缸膛130布置为直列配置且顶板120包括单个端面122。还可以使用其它配置。

冷却剂通道140可以位于缸膛130附近并且被配置为提供冷却剂以冷却发动机组主体110。每个冷却剂通道140可以包括冷却剂通道直径。冷却剂通道直径的大小可以由冷却发动机组主体110所需要的冷却剂的量来确定。

螺栓孔160也可以位于缸膛130附近。螺栓孔160被配置为在缸膛130上方将汽缸盖固定至发动机组主体110。螺栓孔160的大小是基于用于将汽缸盖固定至发动机组主体110的紧固件来设置的。螺栓孔160可以是螺纹式的。

升降窗150可以沿端面122的侧面对准。每个升降窗150可以位于缸膛130与端面122的边缘之间。

每个扩大孔位于顶板120中邻接并且环绕端面122处的镗孔，且大小设置成接纳并且粘结至插入件170。扩大孔可以是平底孔，诸如扩孔，或可以是成角度的底孔，诸如埋头孔。某些扩大孔可以包围邻接镗孔而不与镗孔同轴。扩大孔可以包括(例如)汽缸扩大孔132和通道扩大孔142。

虽然所说明的实施例具有由汽缸扩大孔132包围的缸膛130和由通道扩大孔142包围的每个冷却剂通道140，但是根据本发明的发动机组100还可以包括包围一个或多个缸膛130、一个或多个冷却剂通道140或它们中的一个或多个的扩大孔的任何组合。

插入件170位于每个扩大孔内并且由插入件粘结层180接合至发动机组主体110。每个插入件170包括插入件主体172和插入件镗孔173。每个插入件170的插入件主体172被配置为匹配它所处的扩大孔的形状。插入件主体172可以包括圆柱形形状、截头圆锥形形状或匹配扩大孔的形状的任何其它形状。每个插入件170的插入件镗孔173延伸穿过插入件主体172并且与邻接镗孔对准。插入件镗孔173在插入件主体172中的位置取决于邻接镗孔的位置并且可以或可以不与插入件主体172同轴。

插入件粘结层180可以是通过发动机组主体110与插入件主体172之间点燃的放热反应形成的冶金粘结物。插入件粘结层180在插入件170与发动机组主体110之间的界面处将插入件170冶金接合至发动机组主体110。插入件粘结层180可以包括来自插入件主体172的材料、来自发动机组主体110的材料以及来自形成插入件粘结层180的放热反应的残留反应材料。

图2是沿图1的线ii-ii截取的发动机组100的部分的横截面视图。参考图2，插入件主体172的大小设置成配合在扩大孔(诸如汽缸扩大孔132或通道扩大孔142)内。汽缸扩大孔132可以包括汽缸底面134和汽缸侧面135。在所说明的实施例中，汽缸底面134是汽缸扩大孔132的平底面。在其它实施例中，汽缸底面134是，例如，截头圆锥形表面以形成埋头孔。汽缸侧面135可以是汽缸，诸如直圆汽缸。

通道扩大孔142可以包括通道底面144和通道侧面145。在所说明的实施例中，通道底面144是通道扩大孔142的平底面。在其它实施例中，通道底面144是截头圆锥形表面。通道侧面145可以是汽缸，诸如直圆汽缸。

插入件170可以包括插入件底面174、插入件侧面175和插入件顶面176。在图2中所示的实施例中，插入件底面174是平盘状表面。在其它实施例中，插入件底面3174是截头圆锥形表面。插入件侧面175可以是汽缸，诸如直圆汽缸。插入件顶面176可以是平盘状表面并且可以与端面122齐平。

插入件粘结层180可以包括底面粘结层184、侧面粘结层185或二者。底面粘结层184可以是通过插入件底面174与扩大孔的底面(诸如汽缸底面134或通道底面144)之间点燃的放热反应形成的冶金粘结物。底面粘结层184在插入件底面174与扩大孔的底面之间的界面处将插入件170粘结至发动机组主体110。底面粘结层184可以包括来自插入件主体172的材料、来自发动机组主体110的材料以及来自形成底面粘结层184的放热反应的残留反应材料。

侧面粘结层185可以是通过插入件侧面175与扩大孔的侧面(诸如汽缸侧面135或通道侧面145)之间点燃的放热反应形成的冶金粘结物。侧面粘结层185在插入件侧面175与扩大孔的侧面之间的界面处将插入件170粘结至发动机组主体110。侧面粘结层185可以包括来自插入件主体172的材料、来自发动机组主体110的材料以及来自形成侧面粘结层185的放热反应的残留反应材料。

发动机组100还可以包括耐腐蚀涂层，其涂覆至端面122和插入件顶面176以防止端面122和插入件顶面176上出现点蚀、侵蚀和腐蚀。耐腐蚀涂层可以基本上覆盖端面122。

每个插入件170可以包括与发动机组主体110的材料或其它插入件170的材料相同或不同的材料。例如，位于汽缸扩大孔132中的插入件170可以具有不同于位于通道扩大孔142中的插入件170的材料。插入件170可以由耐腐蚀材料形成并且可以包括任何金属合金，包括，例如铁合金(钢、不锈钢或铸铁)、镍合金和铝合金。每个插入件170在位于扩大孔中之前可以诸如通过热处理或表面处理来处理。

工业实用性

具有铸铁发动机组的内燃机可以适于在汽车和重型载货车中使用。在重型载货车中使用的发动机组可以在恶劣环境中操作并且可能在顶板120中(诸如在端面122处的邻近于从端面122延伸至发动机组主体110中的镗孔的位置处)遭遇点蚀、侵蚀和腐蚀。

具有由耐腐蚀材料形成的插入件170的发动机组100可以诸如通过保护铸铁材料不受由冷却剂泄漏引起的化学攻击影响来减少或防止顶板120中的点蚀、侵蚀和腐蚀。发动机组100还可以被再制造为包括插入件170，其中点蚀、侵蚀或腐蚀发生在顶板120中并且更换出现点蚀、侵蚀或腐蚀的插入件170以延长发动机组100的使用寿命。

图3是用于制造发动机组100的方法的流程图。根据本发明的实施例的制造可包括，例如，新发动机组100的制造或先前使用的发动机组100的修复，诸如再制造。图4是发动机组100的部分的分解视图。参考图3和图4，所述方法包括在步骤310处在顶板120中形成邻近于镗孔并且包围端面122处的镗孔的扩大孔。扩大孔还可以是汽缸扩大孔132或通道扩大孔142，且镗孔还可以是缸膛130或冷却剂通道140。可以在铸造过程期间或后续加工过程期间形成扩大孔。在实施例中，在再制造过程期间形成扩大孔。在这些实施例中，扩大孔在镗孔周围的位置和定向可取决于位于顶板120中的点蚀、侵蚀或腐蚀的位置和深度。

所述方法还包括在步骤320处将插入件170放置于扩大孔中。插入件170的尺寸可以大于扩大孔，且插入件170可以利用过盈配合放置于扩大孔中。插入件170在放置于扩大孔中之前可以，诸如，利用热处理或表面处理来处理。在某些实施例中，涂层在放置于扩大孔中之前在，诸如，插入件顶面176处涂覆至插入件170。

所述方法进一步包括在步骤330处将反应材料200放置在插入件170与发动机组主体110之间。步骤330可以与步骤320同时发生。步骤330可以包括诸如在插入件侧面175和插入件底面174处将反应材料200涂覆至插入件170、在扩大孔中(诸如反应材料200在扩大孔的底面或侧面处)将反应材料200涂覆至顶板120或在将插入件170放置于扩大孔中之前所述二者的组合。步骤330还可以包括将插入件170放置于扩大孔中，使得反应材料200介于插入件170与顶板120之间。步骤330因此可以与步骤320同时完成。在图4中说明的实施例中，在将插入件170放置于扩大孔中之前对插入件侧面175和插入件底面174涂覆反应材料200。

图5是图4的发动机组100的部分的透视图。参考图3和图5，所述方法还进一步包括在步骤340处使用反应材料200在插入件170与发动机组主体110之间形成插入件粘结层180。步骤340可以包括利用插入件粘结层180粘结插入件底面174与扩大孔底面之间的至少大部分界面，粘结插入件侧面175与扩大孔侧面之间的至少大部分界面或所述二者的组合。

步骤340可以包括引发反应材料200中的放热反应。放热反应可以经电、热或机械方式引发。在某些实施例中，诸如电池或电焊机之类的电源提供了对引发放热反应供能的电荷。在其它实施例中，诸如烙铁之类的热源提供了对引发放热反应供能的热量。在其它实施例中，机械能，诸如，通过物理地撞击材料对引发放热反应供能。

一旦引发，放热反应便可以自传播并且产生足够多的热量以形成包括底面粘结层184和侧面粘结层185的插入件粘结层180(参照图2)。放热反应可以形成插入件粘结层180，而不会产生足够多的热量来显著地影响发动机组主体110和插入件170的性质。在某些实施例中，反应材料200可以包括，例如，铝热剂、氧化铁与铝的混合粉末或可具有金属间反应的金属，诸如，镍和铝。

参考图1和图3，所述方法又再进一步包括在步骤350处形成穿过插入件主体172的插入件镗孔173。可以在将插入件170放置于扩大孔中之前或之后形成插入件镗孔173。在实施例中，在形成插入件粘结层180之后形成插入件镗孔173。步骤350可以包括对插入件镗孔173加工使其穿入插入件主体172中。

步骤350还可以包括将插入件镗孔173与镗孔(诸如缸膛130或冷却剂通道140)对准。在插入件镗孔173形成于将插入件170放置于扩大孔中之后的实施例中，可以在对插入件镗孔173加工使其穿过插入件主体172的同时将插入件镗孔173与镗孔对准。在插入件镗孔173形成于将插入件170放置于扩大孔中之前的实施例中，可以在将插入件170放置于扩大孔中的同时对准插入件镗孔173。在这些实施例中，对准工具可以用来维持插入件镗孔173与镗孔的对准，直至形成插入件粘结层180为止。

所述方法可以进一步包括后热处理，诸如将涂层涂覆至发动机组100或对发动机组100进行后加工。涂层可以诸如通过金属丝电弧喷涂方法在端面122处涂覆至顶板120并且在插入件顶面176处涂覆至插入件主体172。对发动机组100进行后加工可以包括在插入件顶面176处加工插入件主体172以确保插入件顶面176与端面122齐平或可以包括对涂覆至发动机组100的涂层进行机械精加工。

图3中说明的过程涉及许多变动，所述变动包括增加、省略、重新排序或更改步骤。另外，可以同时执行各步骤或子步骤。例如，可以在顶板120中形成扩大孔之前、之后或同时对插入件170涂覆反应材料200。

前述详述仅仅具有示例性，并且不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。所述实施例不限于结合特定类型的发动机组使用。因此，虽然本发明为了方便解释而描绘并且描述了特定发动机组，但是将明白的是，根据本发明的发动机组可以各种其它配置来实施。另外，不希望受到前述背景或详述中呈现的任何理论的限制。还应当理解的是，除非这样明确地说明，否则说明可以包括夸大尺寸以更好地说明所示的参考物品并且不应被视为具有限制性。