无缸套缸体及发动机的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，更具体地说，涉及一种无缸套缸体及发动机。

背景技术：

柴油机无缸套技术，是指发动机取消缸套，活塞环、活塞直接作用于缸孔。无缸套技术具有零部件少，散热好，发动机更紧凑利于降重的优点。然而，无缸套的发动机耐磨性稍差，拉缸风险大的缺点，不适用于长寿命的发动机。

现有的无缸套发动机，需要对缸孔进行技术处理，以提高缸孔的强度。缸孔处理技术首先以机械珩磨处理为主，即通过机械加工形成平台网纹，平台网纹能够储存润滑油，以此达到耐磨的目的。其次，激光珩磨技术也有一定的应用，主要应用于缸套上，期激光珩磨的形貌以线型或槽型结构为主。

现有的无缸套机体采用的机械平台网纹，平台网纹主要由突出网纹峰、平台及下陷网纹深坑构成，其中，突出的网纹峰主要用于初期磨损，平台起到最关键的支撑作用，而网纹深坑主要作用为储油，为缸套的耐磨损提供润滑油。

珩磨网纹这种结构能够较好的实现无缸套机体的耐磨性能，但由于其沟槽深度较浅，储油能力有限等原因，造成其耐磨能力有限。无缸套机体的也不能像有缸套的机体一样通过更换缸套来实现寿命的延长，另外，由于其沟槽储油能力不足，无缸套机体珩磨平台网纹一旦出现贫油状态，就会出现拉缸而导致的整机报废情况，基于以上特点目前无缸套机体平台珩磨网纹一般用于缸径较小，负荷较小的轻卡车型上，使用寿命多在50万公里以内。

激光珩磨工艺多在缸套上进行，在缸套上造型出网状交叉或者独立的条带状坑槽。一方面在缸套上使用激光处理加工出大量的沟槽或者网纹的加工效率低；另一方面沟槽或者网状交叉条带的加工造成较大的热影响区，甚至出现激光淬火的现象，缸套作为合金铸铁材料有石墨相，激光处理的大范围热影响区容易造成石墨组织剥落，存在较大拉缸风险；第三，一般缸套的宏观硬度在230hb以上，个别微观硬质点硬度达到hv1000以上，本身耐磨能力很好，使用平台网纹即可实现较好的耐磨能力，满足现有产品的要求，激光珩磨与合金铸铁缸套的结合显得耐磨能力过剩，缸套中机械珩磨即可满足使用要求，在缸套中使用激光珩磨增加了成本。

因此，如何提高无缸套机体的耐磨性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种无缸套缸体，以提高无缸套机体的耐磨性能；本发明还提供了一种发动机。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无缸套缸体，所述缸体的缸孔内壁上均匀分布有多个激光微雕成型的加强孔，多个所述加强孔呈网状分布。

优选地，在上述无缸套缸体中，所述加强孔为圆柱形孔、圆锥形孔、椭圆形孔或半圆形孔。

优选地，在上述无缸套缸体中，多个所述加强孔环绕所述缸体的缸孔内壁周向均匀布置，并包括沿所述缸体的缸孔轴向布置的多列。

优选地，在上述无缸套缸体中，多个所述加强孔包括分布于所述缸体内活塞的第三道活塞环的上止点至所述缸体的缸孔上止口之间的第一加强孔组，和分布于所述第三道活塞环的上止点至所述缸体的缸孔下止口之间的第二加强孔组，所述第一加强孔组的密度高于所述第二加强孔组的密度。

优选地，在上述无缸套缸体中，所述第一加强孔组的加强孔的直径为90～120μm，深度为20～35μm。

优选地，在上述无缸套缸体中，所述第二加强孔组的加强孔的直径为120～150μm，深度为10～15μm。

优选地，在上述无缸套缸体中，所述加强孔的表面硬化层厚度为6～10μm。

优选地，在上述无缸套缸体中，所述第一加强孔组相邻两列所述加强孔的间距为150～300μm；所述第一加强孔组的孔分布角为40°～60°。

优选地，在上述无缸套缸体中，所述第二加强孔组相邻两列所述加强孔的间距为300～500μm；所述第二加强孔组的孔分布角为40°～60°。

一种发动机，其内设置有无缸套机体，所述无缸套机体的缸体为如上任意一项所述的无缸套缸体。

本发明提供的无缸套缸体，缸体的缸孔内壁上均匀分布有多个激光微雕成型的加强孔，多个加强孔呈网状分布。缸体不采用缸套，而在缸体的缸孔内壁开设加强孔，通过激光微雕成型处理技术，对加强孔周边的热影响区域小，同时多个加强孔采用网状分布结构，对加强孔周围硬度影响小，保证了缸孔较好的耐磨能力，从而降低了因激光微雕影响区域硬度高造成的拉缸风险，同时加强孔的结构，较传统的平台网纹深度深，对润滑油的储存容积大，显著改善了活塞环与缸孔接触区域的润滑状态，显著降低摩擦系数，实现缸孔良好润滑，延长缸孔寿命，从而总体上提高了无缸套缸孔的耐磨性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的无缸套缸体的加强孔的布局结构示意图；

图2为本发明提供的无缸套缸体中加强孔的分布结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种无缸套缸体，提高了无缸套机体的耐磨性能；本发明还提供了一种发动机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本发明提供的无缸套缸体的加强孔的布局结构示意图。

本发明提供了一种无缸套缸体，缸体1的缸孔内壁2上均匀分布有多个激光微雕成型的加强孔3，多个加强孔3呈网状分布。缸体1不采用缸套，而在缸体1的缸孔内壁2开设加强孔3，通过激光微雕成型处理技术，对加强孔3周边的热影响区域小，同时多个加强孔3采用网状分布结构，对加强孔3周围硬度影响小，保证了缸孔较好的耐磨能力，从而降低了因激光微雕影响区域硬度高造成的拉缸风险，同时加强孔的结构，较传统的平台网纹深度深，对润滑油的储存容积大，显著改善了活塞环与缸孔接触区域的润滑状态，显著降低摩擦系数，实现缸孔良好润滑，延长缸孔寿命，从而总体上提高了无缸套缸孔的耐磨性能。

在本案一具体实施例中，加强孔3为圆柱形孔、圆锥形孔、椭圆形孔或半圆形孔。使用激光微雕在缸体的缸孔内壁2上加工出孔洞，从微观角度，改变了缸孔内壁2的表面形貌，加强了缸孔的耐磨能力，加强孔3可以为多种形状，其占用缸孔内壁2表面面积小，分布面积率对缸孔总面积影响小，需要加工微雕的面积相对较小，加工效率相对较高。其中，以圆柱形孔结构为佳，孔无应力集中点，保证较强的强度。

在本案一具体实施例中，多个加强孔3环绕缸体1的缸孔内壁2周向均匀布置，并包括沿缸体1的缸孔轴向布置的多列。以环绕缸孔内壁3的周向为横向，沿缸孔的轴向为竖向，多个加强孔3沿缸孔横向环绕缸孔内壁2一圈，并沿缸孔竖向分布多列，多个加强孔3均匀布置，使得缸孔各个区域加强孔的分布结构一致，保证缸孔各个方向上耐磨能力的一致性。

在本案一具体实施例中，多个加强孔3包括分布于缸体内活塞的第三道活塞环的上止点4至缸体的缸孔上止口5之间的第一加强孔组7，和分布于第三道活塞环的上止点4至缸体的缸孔下止口6之间的第二加强孔组8，第一加强孔组7的密度高于第二加强孔组8的密度。缸体1内与之配合的活塞上分布三道活塞环，第一道活塞环、第二道活塞环为压缩环，用于密封燃烧室内的压缩空气，其处于较差的工作环境，与缸孔内壁2之间的摩擦强度最高。第三道活塞环为布油环，其处于相对较好的工作环境，与缸孔内壁2之间的摩擦相对较弱。第一道活塞环、第二道活塞环和第三道活塞环均直接与缸孔内壁2接触，第一加强孔组7设置于三道活塞环的滑动区域，提高该区域的抗摩擦能力。

以第三道活塞环在缸孔内壁2上下滑移过程中的上止点4为分界点，第一道活塞环和第二道活塞环上下滑移过程中均不会超过上止点4的位置，导致上止点4至上止口5之间的区域为第一道活塞环和第二道活塞环磨损最严重的区域，通过该位置设置密度较大的加强孔3，有效提高该区域的抗摩擦能力。

活塞的第一道活塞环、第二道活塞环与缸孔内壁2之间摩擦接触，摩擦强度较高；而第三道活塞环在缸孔内处于上止点4以下的活塞环工作环境，其工作环境相对较好。针对缸孔内壁2不同摩擦强度的工作环境，以第三道活塞环在缸孔内滑移内缸孔内部的上止点4为分界，在第三道活塞环滑移的上止点4至缸体内缸孔的上止口5之间设置第一加强孔组7；将第三道活塞环滑移的上止点4以下，至缸孔的下止口6之间的区域布置第二加强孔组8。同时，将第一加强孔组7内加强孔3的分布密度布置高于第二加强孔组8内加强孔3的分布密度。一方面，较高的加强孔3密度，提高了第三道活塞环的上止点4至缸孔上止口5之间的抗摩擦能力，另一方面，不同分布密度的加强孔组，将缸孔内壁2分隔为两个不同的工作区域，各个区域分别适应缸孔的摩擦能力要求，分段加工，进一步降低了加工难度，提高了加工效率。

如图2所示，图2为本发明提供的无缸套缸体中加强孔的分布结构示意图。

如图2中，r为加强孔的直径；l1表示相邻两列加强孔的间距；l2表示在同一径向平面内，相邻两孔之间的间距；α表示加强孔的孔分布角，加强孔包括横向和竖向两个方向，处于横向和竖向之间的孔的分布方向。

在本案一具体实施例中，第一加强孔组7的加强孔的直径为90～120μm，深度为20～35μm。

在本案一具体实施例中，第二加强孔组8的加强孔的直径为120～150μm，深度为10～15μm。

第一加强孔组7的磨损环境最为恶劣，为保证该区域内加强孔6的分布密度，将第一加强孔组7的直径设置较小，因此可在缸孔内壁5加工更多的激光微雕孔，深度较大，因此可储存足够的润滑油量，保证润滑能力。相对，第二加强孔组8的加强孔分布可适当稀疏，通过加大该区域内加强孔6直径的方式，较少孔数量的同时，保证了抗摩擦能力，加强孔深度也可相对较浅，通过孔深和孔径大小的配合提供适量的润滑油，同时也降低了该区域内孔的加强难度。

在本案一具体实施例中，加强孔3的表面硬化层厚度为6～10μm。激光微雕的孔径处于微米级别，从微观角度，通过微观硬度，体现微观组织抵抗磨损的能力。加强孔通过激光微雕工艺保持加强孔表面硬度，并保持在6～10μm之间，保证了耐磨能力。

在本案一具体实施例中，第一加强孔组7相邻两列加强孔的间距为150～300μm；所述第一加强孔组的孔分布角为40°～60°。

在本案一具体实施例中，第二加强孔组8相邻两列加强孔的间距为300～500μm；第二加强孔组的孔分布角为40°～60°。

本发明首先是在发动机机体的缸孔上采用激光进行微雕处理，从微观着手，从微观角度改变缸孔内表面形貌，使用激光微雕出近似半圆形深坑，深坑分布面积率仅占总面积的20％左右，需要加工微雕的面积相对较小，加工效率相对较高。

其次，本发明微观组织采用激光刻蚀的微型圆孔结构，坑直径仅0.1mm左右，单次刻蚀速度快且激光能量密度高，激光熔化材料的体积小，激光熔化后及时吹除，仅在激光刻蚀坑周围形成6-10微米厚的硬度较高的碳化物层，对激光刻蚀坑周边的热影响区域小。激光微雕坑周围硬度未见明显升高，硬脆层小，从而降低了因激光微雕影响区域硬度高造成的拉缸风险。

最重要的是本发明在发动机缸体缸孔上进行激光微雕处理，发动机缸体材料为ht280，缸孔处硬度在200hb左右，且无硬质点，通过激光微雕坑处理，一方面利用激光微雕坑自身的6-10微米的碳化物层作为硬质点，起到耐磨的左右，另一方面以激光微雕坑为润滑油的储存空间，激光微雕坑深度较平台网纹深度深，储存容积大。激光微雕孔的存在能够显著改善活塞环在缸孔处的润滑状态，显著降低摩擦系数，从而实现缸孔的良好润滑，实现缸孔的长寿命。

基于上述实施例中提供的无缸套缸体，本发明还提供了一种发动机，其内设置有无缸套机体，所述无缸套机体上开设由缸孔，该缸孔为上述实施例中提供的无缸套缸体。

由于该发动机采用了上述实施例的无缸套缸体，所以该发动机由无缸套缸体带来的有益效果请参考上述实施例。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。