用于镶铸的气缸套及其制造方法与流程

相关申请的交叉参考本申请要求于2016年5月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0058726号的优先权权利，其公开内容通过引用并入本文中。本发明涉及一种用于镶铸的气缸套及其制造方法。具体地，用于镶铸的气缸套可具有适用于车辆气缸体用各个部件的功能的冷却和加热性能，例如，通过给予气缸套具有不同热导率的多个层。
背景技术：
：发动机的燃烧室包括气缸体、活塞和气缸盖。燃烧室的金属表面的温度控制在大约200℃的温度，使得可以使用发动机油。为此，各个部件需要被冷却。例如，可以使用发动机冷却剂来冷却气缸体和气缸盖，并且可以通过将油喷到活塞的下部上来冷却活塞。当燃烧室的冷却不良时，燃烧室的温度升高，异常燃烧发生，从而发生发动机振荡。此外，油温可升高，润滑功能可能恶化且油耗可增加。因此，为了增强燃烧室的冷却，已经对用具有高热导率的铝材料涂覆用于气缸体的铸铁套的表面进行了研究。当气缸体的内膛构成燃烧室并允许活塞往复运动时，燃烧室的上部应当被很好地冷却，反之，其中有活塞往复运动的燃烧室的中部和下部需要很好地保持温度以保持粘度。同时，随着气缸温度升高，气缸膛热膨胀。结果，气缸的温度可以在根据气缸的轴线方向的位置之间改变。因此，气缸膛的变化也由于热膨胀而根据轴线方向改变。气缸膛的变化差异可导致活塞的摩擦增加并使燃料消耗变差。为了试图解决现有技术中的上述问题，本发明可提供一种用于镶铸的气缸套及其制造方法，所述气缸套可具有适合于内膛的相应部件的功能的冷却和加热特性。技术实现要素：在优选的方面，本发明可提供一种用于镶铸的气缸套。气缸套可改善已成为常规镶铸用气缸套的问题的各个部件的不平稳冷却和加热。此外，本发明的气缸套可包括具有不同热导率的多个层，并且将此特性赋予内膛，从而可具有适合于内膛各个部件的功能的冷却和加热功能。另外，本发明可提供一种用于镶铸的气缸套，其可通过将热辐射涂层应用到其上来增强燃烧室内膛上部的冷却，并可防止活塞滑道油的冷却。因此，可以通过将热传导率比热辐射涂层低的绝热涂层施加到需要加热的中部和下部来减小其摩擦，而且可以既提供使燃烧室冷却也提供使活塞滑道油加热功能。本发明的目的不限于如上所述的那些，并且本文中未陈述的其它目的可由本领域技术人员从以下描述中清楚地理解。在一个方面，提供一种用于镶铸的气缸套，其包括：在气缸套上部的外周表面上的第一热辐射涂层，和在气缸套下部的外周表面上的绝热涂层。在某些优选的方面，涂层(热辐射涂层和绝热涂层)将具有大约1、5、10、20或50至大约500w/mk之间，大约1、5、10、20或50至大约400w/mk之间，约1、5、10、20或50至约300w/mk之间或合适地在1、5、10、20或50至大约200w/mk之间的热导率差。具体地，绝热涂层可具有比第一热辐射涂层的热导率更低的热导率。例如，绝热涂层可具有比第一绝热涂层的热导率低至少大约1、5、10、20、30、50、100、200、250、300、400或500w/mk的热导率。如本文所述，绝热涂层或热辐射涂层的“热导率”可以通过以下方案限定：涂层(绝热涂层和热辐射涂层)层可以用单位时间内通过特定区域和/或给定厚度(例如，热辐射涂层大约为0.02至0.3mm，绝热层大约为0.13至0.17mm)的涂层的热量来测量。气缸套还可以包括在上部外周表面的热辐射涂层上的和在下部外周表面的绝热涂层上的第二热辐射涂层。第一热辐射涂层可包含铝(al)材料。如本文使用的术语“铝材料”是指包括铝作为主要成分的材料，例如，基于材料的总重量，al含量大于大约50wt％、大于大约60wt％、大于大约70wt％、大于大约80wt％、大于大约90wt％、或大于约95wt％。铝材料可包括但不限于包含铝作为主要成分的化合物、复合物或合金。基于第一热辐射涂层的总重量计，第一热辐射涂层可包含大约8至12wt％的硅(si)和构成其余量的铝(al)。优选地，第一热辐射涂层可具有大约0.02至0.3mm、或具体地0.08至0.3mm的厚度。第一热辐射涂层可通过例如热喷涂或其它合适的涂抹装置形成。例如，热喷涂合适地可为火焰热喷涂或电弧热喷涂。第二热辐射涂层可包含铝(al)材料。同样，基于第二热辐射涂层的总重量，第二热辐射涂层可包含大约8至12wt％的量(si)和构成其余量的铝(al)。优选地，第二热辐射涂层可具有大约0.02至0.3mm、或具体地为0.08至0.3mm的厚度。第二热辐射涂层可通过热喷涂形成。例如，热喷涂合适地可为火焰热喷涂或电弧热喷涂。绝热层可包括氧化铝(al2o3)。绝热层可包括氧化钇(y2o3)和二氧化锆(zro)。基于绝热涂层的总重量，绝热涂层可包含大约5至20wt％的氧化钇和构成其余量的二氧化锆。绝热涂层合适地可具有大约0.13至0.17mm的厚度。在本发明的另一方面中，提供了一种用于生产镶铸用气缸套的方法。该方法可包括在气缸套的上部外周围表面上形成第一热辐射涂层；以及在气缸套的下部外周围表面上形成绝热涂层。如上所述，在某些优选的方面，涂层(热辐射涂层和绝热涂层)将具有大约1至500w/mk之间，大约1至400w/mk之间，大约1至300w/mk之间或合适地大约1至200w/mk之间的热导率差。具体地，绝热涂层可具有比第一热辐射涂层的热导率更低的热导率。例如，绝热涂层可具有比第一绝热涂层的热导率低至少大约1、5、10、20、30、50、100、200、250、300、400或500w/mk的热导率。该方法还可包括在气缸套的下部外周围表面上形成绝热涂层之后，在绝热涂层和第一热辐射涂层上形成第二热辐射涂层。绝热涂层可使用涂层材料通过热喷涂形成，基于涂层材料的总重量，所述涂层材料包含大约5至20wt％的氧化钇和构成涂层材料余量的二氧化锆。第一热辐射涂层合适地可使用涂层材料通过电弧热喷涂形成，所述涂层材料包含100wt％的铝，或者基于涂层材料的总重量大约8wt％至12wt％的硅和构成涂层材料余量的铝。第二热辐射涂层合适地可使用涂层材料通过电弧热喷涂形成，所述涂层材料包含100wt％的铝，或者基于涂层材料的总重量大约8至12wt％的硅和构成涂层材料余量的铝。本发明还提供一种车辆，其可包含如本文所述的气缸套。下文描述本发明的其它方面。附图说明本发明的上述和其它目的、特征和其它有益效果将通过下面参照附图的详细描述而被更加清晰地理解，其中：本发明的上述和其它目的、特征和其它有益效果将通过下面参照附图的详细描述而被更加清晰地理解，其中：图1示出具有涂覆有铝的外周围表面的示例性铸铁气缸套；图2a示出现有技术中的常规气缸套；图2b示出现有技术中的常规气缸套的截面图；图3示出根据本发明的示例性实施方式的镶铸用示例性气缸套的透视图；图4示出根据本发明的示例性实施方式的镶铸用示例性气缸套的截面图；图5示出包括现有技术中的常规气缸套和根据本发明的示例性实施方式的示例性气缸套的示例性发动机的截面图；图6为示出温度随着根据本发明的示例性实施例的示例性热辐射涂层和示例性绝热涂层的厚度而变化的曲线图；以及图7为示出在根据本发明的示例性实施方式的气缸套的外周围表面上进行的示例性热喷涂方法的图。具体实施方式本文所用术语仅用于描述具体示例性实施方式的目的，而不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指明，否则如本文所用，单数形式的“一”、“一个”和“该”旨在还包括复数形式。应当理解，术语“包含”和/或“包括”当用于本说明书中时，指定了规定的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目中的任何和所有组合。除非上下文明确指出或显而易见，否则如本文所用的术语“大约”被理解为在本领域的标准公差的范围内，例如平均值的2个标准偏差的范围内。“大约”可被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％的范围内。除非上下文明确指出，否则本文所提供的所有数值均被术语“大约”修饰。应当理解，如本文所用的术语“车辆”或“车辆的或其它类似术语包括通用机动车，例如包括运动型多功能车(suv)、公共汽车、卡车，各种商用车的乘用车，，包括各种小船和船只的船舶，飞机等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合动力车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，衍生自非石油来源的燃料)。如本文所指，混合动力车辆为具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动力车辆。在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。在此之前，本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于公知或字典的含义，因为发明人可以适当地定义术语的概念以用最好的方式描述他/她的发明。因此，它们应被解释为适合于本发明的技术概念和范围的含义和概念。因此，在本说明书的附图中描述的实施方式和配置仅仅是本发明的优选实施方式，并且它们不代表本发明的所有技术概念和范围。因此，应当理解，可以存在在应用时能够替代本说明书中所述的那些的多种等价方式和修改的实施方式。广义地，发动机的燃烧室包括气缸体、活塞和气缸盖。燃烧室金属表面的温度被控制在大约200℃，使得可以使用发动机油。为此，各个部件需要被冷却。因此，使用发动机冷却剂来冷却气缸体和气缸盖，并且通过将油喷淋到活塞的下部上来冷却活塞。同时，气缸体的内膛构成燃烧室并允许活塞往复运动，燃烧室的上部应当被很好地冷却，反之，其中活塞往复运动的燃烧室的中部和下部需要被很好地保温以保持粘度。当燃烧室的冷却不良时，燃烧室的温度升高，发生异常燃烧，从而发生发动机振荡。另外，出现油温升高、润滑功能变差和油耗增加的问题。为了试图解决现有技术中的这些问题，本发明经设计提供了一种用于镶铸的气缸套及其制造方法，所述气缸套具有适合于内膛各个部件功能的冷却和加热特性。在一个优选的方面，本发明的用于镶铸的气缸套可包括在气缸套10上部11的外周表面13上形成的第一热辐射涂层15，和在气缸套10下部12的外周表面14上形成的绝热涂层16。具体地，绝热涂层16可具有比第一热辐射涂层15的热导率更低的热导率。图2a示出现有技术中的常规气缸套，并且用于镶铸的气缸套可通常由铸铁制成并具有圆柱形状。如图2b所示，铝制的热辐射涂层15可被应用到套的外周围表面以增强燃烧室冷却。同时，图3示出了根据本发明的示例性实施方式的镶铸用示例性气缸套。如上所述，气缸膛可以根据所需的热导率的差异而分为上部和下部，并且为了优化气缸膛的性质，可以将第一热辐射涂层涂覆到上部，从而增强冷却，并且可以将热导率低于第一热辐射涂层的绝热涂层涂覆到需要加热的中部和下部。本发明的用于镶铸的气缸套还可包括在上部外周表面13的第一热辐射涂层上和在下部外周表面14的绝热涂层16上的第二热辐射涂层15。优选地，第一热辐射涂层15和第二热辐射涂层15可具有相同的组成和/或相同的厚度。这些热辐射涂层的合适组成可包括铝(al)材料，例如，基于热辐射涂层的总重量，含有大约8至12wt％的硅(si)和构成余量的铝(al)的铝组合物。这些热辐射涂层的合适厚度可为大约0.02至0.3mm、或具体地大约为0.08至0.3mm。图4a为示出根据本发明的示例性实施方式的镶铸用示例性气缸套的截面图。热辐射涂层可被涂覆到铸铁套的上部，并且具有比第一热辐射涂层的热导率低的热导率的绝热涂层可被涂覆到下部(a型)。在本发明的另一示例性实施方式中，如图4b所示，套还可包括在其上部外周表面的热辐射涂层上和在其下部外周表面的绝热涂层上形成的第二热辐射涂层15(b型)。具有这种配置的涂层还可改善与缸体的附着强度。在本发明的用于镶铸的气缸套中，第一热辐射涂层和第二热辐射涂层可包含作为主要成分的铝(al)或铝材料。优选地，在本发明的用于镶铸的气缸套中，基于各个热辐射涂层的总重量，第一热辐射涂层或第二热辐射涂层可包含大约8至12wt％的硅(si)和构成其余量的铝(al)。当将具有高热导率(例如，具有30至40w/mk的热导率)的铝涂覆在铸铁气缸套的外周围表面上时，铝可提供改善的热辐射性能和由此与气缸体20的附着性，从而增强整体冷却性能。下表1示出不同类型的热辐射涂层材料的成分和热导率。表1项目硅(si)铝(al)热导率实施例10100wt％160至210w/mk实施例28至12wt％余量100至160w/mk实施例1和实施例2可根据所需功能选择性地用于本发明。当气缸套10与气缸体20之间的附着容易时，可优选使用热导率大约为160至210w/mk的纯铝基实施例1作为热辐射涂层材料。当在气缸套与气缸体之间需要强附着力时，可优选使用具有大约100至160w/mk的相对低的热导率并由与气缸体相似的材料制成的实施例2作为热辐射涂层材料。在本发明的用于镶铸的气缸套中，第一热辐射涂层或第二热辐射涂层可具有大约为0.02至0.3mm、或具体地大约为0.08至0.3mm的厚度。此外，在本发明的用于镶铸的气缸套中，热辐射涂层(第一和第二)可优选通过热喷涂形成。热喷涂合适地可为热喷涂或电弧热喷涂。热喷涂为通过使包括粉末或线材的基材熔融并进行喷涂来实施层压的涂覆法，如此，可以对单层或多层形式的外周围表面或内周围表面进行涂覆，以赋予现有技术中部件所需的各种性能。通常，可以实施热喷涂以改善耐磨性、高耐热性和耐腐蚀性，并且根据熔融材料的方法其实例可以包括火焰热喷涂、电弧热喷涂、等离子体热喷涂、快速氧燃料热喷涂等。图1为示出具有涂覆有铝的外周围表面的铸铁气缸套的图。用于车辆的气缸套通常包括需要冷却功能的气缸体用的内膛，其可以通过热喷涂涂覆具有优异的热传递的铝。同时，在本发明的用于镶铸的气缸套中，绝热涂层可包括氧化铝(al2o3)，或绝热涂层可包括氧化钇(y2o3)和二氧化锆(zro2)。当使用具有低热导率的氧化物进行涂覆时，由于热屏蔽效应，可以使冷却最小化，因此可以获得保温的效果。为了使热屏蔽效果最大化，可优选使用热导率小于大约1w/mk的涂层材料，并且可以使用氧化物例如氧化铝(al2o3)、二氧化锆(zro2)或氧化钇(y2o3)。氧化物可被单独涂覆。在氧化物中，可以适当地涂覆二氧化锆和氧化钇的组合以获得协同效应。因此，在本发明的用于镶铸的气缸套中，基于绝热层的总重量，绝热涂层可包括大约5至20wt％的氧化钇和构成其余量的二氧化锆。下表2示出示例性热辐射涂层材料的成分和热导率。表2项目氧化钇(y2o3)二氧化锆(zro2)热导率实施例35至20wt％余量1w/mk或更小氧化铝涂层材料可以具有优异的对铝制气缸体的附着强度，因此可以优选使用a型涂覆方法进行涂覆，反之，实施例3包含二氧化锆和氧化钇的组合的涂层材料可以具有较低的对铝气缸体的附着强度，因此可以优选在热屏蔽涂覆之后通过全表面热辐射涂覆(如b型)来生产。同时，铝气缸体可以通过高压铸造来制造，或者具体地，可以在铸造期间在高压下当围绕铸铁制气缸套时制造。通常，发动机需要在气缸套和气缸体之间大约10至30mpa的附着强度。在这方面，本发明的气缸套可以提供大约20至30mpa的可靠附着强度，这可以是对发动机生产而言所需的足够的附着强度值。在本发明的用于镶铸的气缸套中，绝热涂层可以适当地具有约0.13至0.17mm的厚度。图5a示出现有技术和本发明的实施例中的常规用于镶铸的气缸套的示例性发动机。与根据现有技术的发动机相比，根据如图5b所示的本发明的示例性实施方式的示例性气缸套可以通过涂覆热辐射涂层15而在上部和下部具有不同的热导率。具体地，绝热涂层16可具有比热辐射涂层15的热导率更低的热导率，并且可涂覆到外周围表面。同时，图6为示出温度根据第一热辐射涂层和绝热涂层的厚度而变化的曲线图。就包括现有技术中的常规镶铸用气缸套和根据本发明的示例性实施方式的示例性气缸套的各个发动机而言，可以测量燃烧室温度测量点17和非燃烧室温度测量点18的金属表面温度以评定效果。如从温度测量的结果可以看出，需要热辐射性能的燃烧室的平均温度比现有技术中通过采用热辐射涂层所需的平均温度低约10℃。此外，通过采用具有比第一热辐射涂层低的热导率的绝热涂层，非燃烧室的平均温度比比现有技术中的平均温度高约5℃。同时，当形成厚度为大约0.1mm或更大的绝热涂层时，冷却效果可以是优异的，当形成厚度为0.15mm或更大的绝热涂层时，绝热效果可以是优异的。因此，考虑到涂层生产效率和成本，热辐射涂层厚度合适地可为大约0.08至大约0.12mm，并且绝热涂层厚度合适地可为大约0.13至大约0.17mm。同时，本发明提供一种用于生产用于镶铸的气缸套的方法，该方法可包括以下步骤：在气缸套的上部外周围表面上形成第一热辐射涂层；以及在气缸套的下部外周围表面上形成绝热涂层。具体地，绝热涂层可具有比第一热辐射涂层更低的热导率。形成涂层的方法可不受具体限，并且可选自本领域公知的涂覆方法。此外，该方法还可包括，在气缸套的上部外周围表面上形成热辐射涂层之后，在绝热涂层和热辐射涂层上进一步形成第二热辐射涂层。图7示出在气缸套的外周围表面上进行的示例性热涂覆方法。首先，可优选地对需要绝热的设置在燃烧室下部的非燃烧室进行涂覆。使用含有基于涂层材料的总重量大约93wt％的二氧化锆和大约7wt％的氧化钇的材料通过等离子体热喷涂，燃烧室的下部(即，非燃烧室)可经受热喷涂。在绝热涂覆之后，可对可以为为燃烧室的气缸套的上部进行被涂覆以形成第一热辐射涂层，并且使用铝材线可以合适地实施电弧热喷涂行。然后，通过插入多层涂覆套可以对气缸体进行铸造以生产部件。此外，绝热涂层可通过热喷涂使用涂层材料进行涂覆，基于涂层材料的总重量，所述涂层材料包含大约5至20wt％的氧化钇和构成余量的二氧化锆。此外，热辐射涂层可通过电弧热喷涂使用涂层材料形成，所述涂层材料包含100wt％的铝，或者基于涂层材料的总重量大约8至12wt％的硅和构成余量的铝。根据各种示例性实施方式，本发明提供了一种用于镶铸的气缸套及其制造方法，通过为气缸套赋予具有不同热导率的多层，气缸套可具有适合于各个部件的功能的冷却和加热功能，以解决现有技术中常规镶铸用气缸套的各个部件的冷却和加热的不稳定问题。另外，与常规气缸套相比，用于镶铸的气缸套及其制造方法可通过赋予多级热导率而具有适合于内膛各个部件的功能的相当大改善冷却和加热特性的效果。此外，在根据本发明的用于镶铸的气缸套及其制造方法中，可通过向燃烧室内膛的上部应用热辐射涂层而增强冷却，以使气缸内膛的功能最大化，并且防止活塞滑道油的冷却并因此可减小摩擦。此外，使燃烧室冷却和加热活塞滑道油的功能可通过应用具有比需要加热的中部和下部的热辐射涂层更低的热导率的绝热涂层来获得。尽管为了示例性目的已经描述了本发明的各种示例性实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附的权利要求书中所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以对本发明作出各种修改、添加和替换。当前第1页12