汽缸孔表面轮廓和工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机缸体的汽缸孔以及用于成形该汽缸孔的工艺。
【背景技术】
[0002]机动车发动机缸体包括多个汽缸孔(cylinder bore)。机加工每个汽缸孔的内表面使得该表面适合在机动车应用中使用，例如展现出合适的抗磨性和强度。机加工工艺可以包括粗化该内表面、对该粗化的表面应用金属涂层以及随后珩磨该金属涂层以获得成品内表面。在本领域中已知有多种表面粗化技术，但是需要忍受一个或多个缺点或不足。
【发明内容】
[0003]在公开的第一实施例中，发动机缸体具有汽缸孔壁，该汽缸孔壁包含具有第一直径的第一部分以及轴向邻近第一部分的具有大于第一直径的第二直径的第二部分。一系列或多个平行的环绕延伸的槽形成在第二部分上。非掩蔽段包含第一和第二部分之间的环绕室。该室提供较大直径和较小直径部分之间的不太陡峭(less-abrupt)的拐角并且从而消除本来在金属涂层应用至汽缸孔壁时可能会出现的任何喷涂掩蔽(spray-masking)。
[0004]在公开的另一个实施例中，该室具有平面。该平面可以相对于与汽缸孔的纵向轴线正交的平面成角度设置，该角度的范围约为15°至60。
[0005]在公开的另一个实施例中，该室具有曲面。该曲面可以是凸面。
[0006]在公开的另一个实施例中，公开了一种成形具有汽缸孔的发动机缸体的方法，包含:成形孔的具有第一直径的第一部分、成形孔的具有大于第一直径的第二直径的第二部分以及在第二部分中成形多个环绕延伸的槽。方法进一步包含成形非掩蔽段，该非掩蔽段包含第一和第二部分之间的环绕室。
[0007]在公开的另一个实施例中，汽缸孔具有圆柱形壁，该圆柱形壁包含具有第一直径的第一部分以及轴向邻近第一部分的具有大于第一直径的第二直径的第二部分。第二部分包含具有设置在其上的一系列环绕延伸的交替的槽和齿的带槽段以及紧邻第一和第二部分之间的端面的非掩蔽段。非掩蔽段具有恒定的直径以及槽的宽度的至少两倍的轴向长度。非掩蔽段的直径基本上等于对带槽段的齿的顶峰测量的孔的直径。可替代地，非掩蔽段的直径基本上等于对槽的底部测量的孔的直径。
[0008]在公开的另一个实施例中，该多个槽中的大多数该槽包括矩形截面。
[0009]在公开的另一个实施例中，该多个槽中的大多数该槽包括梯形截面。
[0010]这里，超过该多个槽的数量一半以上为大多数。
[0011]在公开的另一个实施例中，成形汽缸孔的方法，该汽缸孔形成有圆柱形壁，该方法包含成形具有第一直径的第一部分、成形具有大于第一部分的直径的直径的第二部分以及在第二部分上成形一系列环绕延伸的交替的槽和齿。这一系列槽和齿终止于离第一和第二部分之间的端面一定距离以形成紧邻端面的非掩蔽段，非掩蔽段具有恒定的直径以及槽的宽度的至少两倍的轴向长度。
[0012]根据本发明的一个实施例，室具有平面。
[0013]根据本发明的一个实施例，室具有曲面。
[0014]根据本发明的一个实施例，曲面为凸面。
[0015]根据本发明的一个实施例，进一步包含在第二部分上应用金属涂层。
[0016]根据本发明的一个方面，提供一种具有圆柱形壁的汽缸孔，圆柱形壁具有纵向轴线，壁包含:具有第一直径的第一部分；以及轴向邻近第一部分具有大于第一直径的第二直径的第二部分，第二部分包含具有设置在其上的一系列环绕延伸的交替的槽和齿的带槽段，并且第二部分进一步包含紧邻第一和第二部分之间的端面的非掩蔽段，非掩蔽段具有恒定的直径以及至少为槽的宽度的两倍的轴向长度。
[0017]根据本发明的一个实施例，非掩蔽段的直径基本上等于对带槽段的齿的顶峰测量的孔的直径。
[0018]根据本发明的一个实施例，非掩蔽段的直径基本上等于对带槽段的槽的底部测量的孔的直径。
[0019]根据本发明的一个实施例，第一部分具有设置在其上的第二系列环绕延伸的交替的槽和齿。
[0020]根据本发明的另一方面，提供一种成形具有纵向轴线并形成有圆柱形壁的汽缸孔的方法，圆柱形壁包含第一部分以及紧邻第一部分的第二部分，方法包含:成形第二部分以具有大于第一部分的直径的直径；以及在第二部分上成形一系列环绕延伸的交替的槽和齿，这一系列槽和齿终止于离第一和第二部分之间的端面一定距离以形成紧邻该端面的非掩蔽段，非掩蔽段具有恒定的直径以及为槽的宽度的至少两倍的轴向长度。
[0021 ] 根据本发明的一个实施例，进一步包含在第二部分上应用金属涂层。
【附图说明】
[0022]此处公开的本发明的实施例特别地被引述在附属的权利要求中。然而，通过参考下面的详细描述以及附图，其它特征将变得更加显而易见并且可以更好地理解实施例，附图包括:
[0023]图1A描述内燃发动机的示例发动机缸体的接合或面板(deck)面的俯视图；
[0024]图1B描述沿图1A的线1B-1B的汽缸孔的独立的截面图；
[0025]图2A描述预钻孔(pre-boring)之后的汽缸孔，其中将未处理的汽缸孔内壁钻孔至一定直径；
[0026]图2B描述插补步骤之后的汽缸孔，其中对行程区域(travel area)机加工以形成凹陷的腔以及环绕的槽和齿；
[0027]图2C描述变形步骤之后的汽缸孔，其中将邻近的槽之间的平的顶峰变形以获得变形的齿；
[0028]图2D描述插补步骤之后的汽缸孔，其中对非行程区域(non-travel area)中的一者或多者机加工以形成环绕的槽和齿；
[0029]图2E显示在汽缸孔的非行程区域中形成的环绕的槽的放大示意图；
[0030]图3显示根据现有技术的在插补步骤之前、期间和之后的汽缸孔的内表面的分解的片段图(fragmented view)；
[0031]图4显示金属涂层喷涂在孔壁上之后的图3的现有技术的汽缸孔；
[0032]图5说明具有非掩蔽段的汽缸孔的内表面的放大截面图；
[0033]图6说明具有第二实施例的非掩蔽段的汽缸孔的内表面的放大截面图；
[0034]图7说明具有第三实施例的非掩蔽段的汽缸孔的内表面的放大截面图；
[0035]图8说明具有第四实施例的非掩蔽段的汽缸孔的内表面的放大截面图；
[0036]图9说明金属涂层喷涂在孔壁上之后的图5的汽缸孔；以及
[0037]图10说明金属涂层喷涂在孔壁上之后的图7的汽缸孔。
【具体实施方式】
[0038]现在更详细地参考发明人知道的实施例。然而，应理解所公开的实施例仅仅是可以多种和替代形式实施的本发明的示例。所以，本发明所公开的特定细节不应理解为限制性，相反仅仅作为教导本技术领域中技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。
[0039]除明确指示之外，该描述中指示材料量的所有数量应理解为通过词语“约”修改以描述本发明的最宽范围。
[0040]机动车发动机缸体包括多个汽缸孔。机加工每个汽缸孔的内表面使得该表面适合在机动车应用中使用，例如展现出合适的抗磨性和强度。机加工工艺可以包括粗化该内表面、对该粗化的表面应用金属涂层以及随后珩磨该金属涂层以获得具有需要强度和抗磨性的成品内表面。该表面的粗化改善了金属涂层与汽缸孔的粘结。可替代地，可以对汽缸孔未成品内表面应用具有所需强度和抗磨性特征的衬料(liner material)。
[0041]本发明公开的实施例提供粗化汽缸孔(例如发动机缸体的汽缸孔)的内表面的工艺以改善随后在内表面上应用的金属涂层(例如热喷涂层)的粘结和结合。相应地，成品内表面可以具有改善的强度和抗磨性。
[0042]图1A描述了示例内燃发动机的发动机缸体100的接合面的俯视图。发动机缸体包括汽缸孔102。图1B描述了汽缸孔102沿图1A的线1B-1B的独立的截面图。汽缸孔102包括内壁部分104(该部分可以由金属材料(例如但不限于铝、镁或铁或者其合金或钢)形成)。在特定应用中，可以利用铝或镁合金，因为与钢或铁相比它们的重量相对较轻。重量相对较轻的铝或镁合金材料可以允许减小发动机尺寸和重量，这可以改善发动机性能和燃料经济性。
[0043]图2A、2B、2C、2D和2E描述了相对于应用轮廓至汽缸孔的内壁或表面的工艺步骤的汽缸孔内壁的截面图。这些步骤是针对以本领域中众所周知的方式喷涂应用金属涂层而准备汽缸孔。图2A描述预钻孔步骤，其中未处理的汽缸孔内壁200被钻孔至第一直径D1,第一直径通常小于内壁的成品(例如珩磨的)直径的直径。在一些变型中，直径的差异是150 至 250 微米(μms) ο
[0044]图2B描述插补步骤，其中在预钻孔的内壁200中机加工具有大于D1的第二直径D2的腔(pocket) 206。腔206的轴向范围通常对应于行程区域202，活塞环(未显示)在汽缸孔内行进的距离。行程区域表面加工成防止活塞环运行所产生的磨损。在一些变型中，行程区域202的长度是90至150毫米。可以使用美国专利US13/913，871所公开的类型的切削工具(未显示)来执行插补步骤，在此作为参考将该专利全文合并入本文。
[0045]由于插补步骤，汽缸孔还包括非行程区域214和216。这些区域在活塞的轴向行程的外部(分别为之上和之下)，那么该表面的抗磨没有行程区域那么重要。在一些变型中，非行程区域214的长度是2至7毫米。在一些变型中，非行程区域216的长度是5至25毫米。
[0046]可以通过切削工具(未显示)实现基于插补的粗化，这在汽缸孔200的表面形成(如图2B的放大区域208显示的)一系列平行的环绕延伸的交替的槽204和齿207。可以初始地将槽和齿成形为尺寸一致的方波(square-wave)图案，槽的底部和齿的顶部是平的。切削工具可以基本上在成形第二直径D2的同时成形槽204和齿207。切削工具可以用于仅粗化选择的孔区域，比如孔的环行程区域202。仅粗化孔的环行程区域可以减少喷涂循环时间、材料消耗、?行磨时间以及曲轴箱的过喷(overspray)。
[0047]应理解放大区域208显示的槽和齿的大小、形状和数量是简