專利名稱：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是大型雙沖程柴油機(jī)，具有至少一個(gè)汽缸，其汽缸套在其朝向活塞的工作面區(qū)域內(nèi)含有一具有比汽缸套的基本材料耐磨性好的材料區(qū)，以側(cè)向限定至少一個(gè)槽形油腔。
由JP6-105102B2已知一種這一類型的活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在這種已知結(jié)構(gòu)中汽缸套在工作面一側(cè)設(shè)有波紋輪廓，以形成槽形油腔，其中這個(gè)波紋輪廓的凸出部位通過淬硬處理硬化。為了改善起動(dòng)性能淬硬部位可以配備二硫化鉬涂層，但是它很快便消失。波紋輪廓的加工和局限在凸出部位上的局部淬硬處理的實(shí)施成本比較高。此外按經(jīng)驗(yàn)通過淬硬處理可以達(dá)到的硬化深度比較小。此外僅僅通過淬硬處理可以得到的硬度是有限的。因此在已知結(jié)構(gòu)中波紋輪廓只能達(dá)到較短的使用壽命。另一個(gè)缺點(diǎn)是，局限在凸出部位局部淬硬可能導(dǎo)致相鄰的材料區(qū)域不希望的變形和不希望的組織變化。因此實(shí)際證明已知結(jié)構(gòu)不夠方便，壽命不夠長。
因此從這一點(diǎn)出發(fā)本發(fā)明的目的是，以方便的和費(fèi)用低廉的措施這樣地改進(jìn)開頭所述這一類型的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，使得可以使汽缸套達(dá)到長的壽命。
按照本發(fā)明這個(gè)任務(wù)這樣來解決，將用來側(cè)向限定各個(gè)油腔的材料區(qū)做成鑲?cè)氩蹆?nèi)的填充物，槽的深度至少相當(dāng)于汽缸套最大磨損量。
這個(gè)措施使得可以以有利的方法自由選擇槽填充物的材料，也就是油腔的邊界。因此可以采用一種不同于基本材料的、對(duì)于所出現(xiàn)的要求比淬硬的基本材料更合適的材料。槽的深度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過淬硬處理時(shí)可以達(dá)到的硬化深度。在加工時(shí)首先得到一個(gè)光滑表面，它的加工比較方便，例如可以珩磨。由于基本材料的耐磨性較差，它在由其他材料組成的槽填充物之間的區(qū)域內(nèi)磨損比較快，由此自動(dòng)地得到所希望的油腔。油腔一直保留到汽缸套完全磨損。因此用按本發(fā)明的措施完全避免了已知結(jié)構(gòu)開頭所述的缺點(diǎn)。
所采取的措施的優(yōu)良結(jié)構(gòu)和適宜的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中給定。例如填充物適宜于由一種至少部分陶瓷材料，最好由陶瓷-金屬混合物(金屬陶瓷)組成。這時(shí)得到一種特別高的可靠性。此外所述類型的材料可以特別方便地用等離子高速噴涂法或激光涂層法涂上去。
另一個(gè)優(yōu)良的措施可以是，各個(gè)側(cè)向限定油腔的槽的深度大于汽缸套的最小磨損深度。由此確保，槽的填充物直到汽缸套完全磨損仍然很好地固定在基本材料內(nèi)。因此如果槽的橫截面向內(nèi)越來越大對(duì)此可能是有幫助的。
所采用的措施其他的優(yōu)良造型和適宜的改進(jìn)結(jié)構(gòu)在其他從屬權(quán)利要求中給出，并在借助于圖形的以下的舉例說明中可以較詳細(xì)地看到。
在下面所述的圖中表示

圖1雙沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的局部剖視圖，圖2按圖1的結(jié)構(gòu)的設(shè)有油腔的區(qū)域的局部放大圖，和圖3通過按圖1的結(jié)構(gòu)的設(shè)有填充物的槽的放大剖視圖。
本發(fā)明應(yīng)用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，尤其以低速雙沖程大型柴油機(jī)的形式。這種類型的裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理是公知的，因此在這里不必再詳細(xì)地說明。
圖1中所示的一雙沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸包含一設(shè)有進(jìn)汽槽1的汽缸套2，在它上面安裝一含有這里未詳細(xì)畫出的排汽裝置的汽缸頭3。汽缸套2的內(nèi)側(cè)做成工作面4，一設(shè)有圓周一側(cè)的活塞環(huán)5的、上下運(yùn)動(dòng)的活塞6和此工作面共同作用。工作面4通過潤滑油輸入管7供給潤滑油。
為了達(dá)到潤滑油的良好分配和特別是在按經(jīng)驗(yàn)缺少潤滑的區(qū)域，例如工作面4的上部區(qū)域良好的潤滑油供給，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)有適當(dāng)?shù)摹D1中僅僅示意表示的油腔8。構(gòu)成油腔8的凹陷并非從開頭就存在。但是從開頭就采取了措施，這個(gè)措施起這樣的作用，使得作為油腔基礎(chǔ)的凹陷在運(yùn)行運(yùn)程中通過作為汽缸套2基礎(chǔ)的基本材料的磨損自動(dòng)形成。
油腔8分別通過在它兩側(cè)的材料區(qū)9側(cè)向限定。在每兩個(gè)這類材料區(qū)9之間可以形成一油腔8。如由圖2和3可見，各側(cè)向限定油腔8的材料區(qū)9做成一各自配設(shè)的槽10的填充物11。構(gòu)成填充物11的材料具有比汽缸套2的基本材料大的耐磨性，汽缸套通常由鑄鋼制成。如圖3中所示，在新的狀態(tài)槽10填充到工作面4同一個(gè)平面上，因此形成一光滑表面，它容易加工，例如可以通過珩磨。首先切出槽10。然后裝入填充物11。接著精加工工作面4。
由于構(gòu)成填充物11的材料相對(duì)于作為汽缸套2基礎(chǔ)的基體材料耐磨性好，在試運(yùn)行期間基體材料的磨損便已經(jīng)大于填充物11的磨損，如圖3中用虛線所示。因此由此在兩個(gè)相鄰填充物11之間分別得到所希望的槽形油腔8。
為了形成填充物11可以合適地采用這樣的材料，它完全或至少部分由陶瓷材料組成，假如陶瓷一金屬混合物(金屬陶瓷)。這種材料可以合適地含有碳化物和/或氧化物和/或氮化物和/或硼化物和/或硅酸鹽加上銅和/或鋁青銅和/或鎳和/或鎳鉻和/或鉬和/或鋁石墨和/或鎳石墨和/或鋁溴石墨以及有機(jī)結(jié)合劑，其中碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸鹽最好以10-60％的硬相和5-80％的軟相存在，事實(shí)證明，如果其中碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸鹽作為鉻化物存在特別有利。其中氧化鉻是特別有用的材料，因?yàn)樗粌H具有高的穩(wěn)定性，和允許高的工作溫度，而且不腐蝕不氧化。
在上述數(shù)據(jù)的一種優(yōu)良方案中填充物(11)可以含有20-50％，尤其是20-40％碳化物和/或氧化物和/或氮化物和/或硼化物和/或硅酸鹽以及至少還有至少20-40％，尤其是60-80％的鋁青銅。優(yōu)選的方案可以含有20-40％氧化物混合60-80％鋁青銅或30-50％氧化物、氮化物或碳化物混合至少鋁青銅或最好是10-20％鉬和20-30％鎳或碳化鎳或20-40％鋁青銅。這種類型的材料可以用電弧、火焰、等離子或高速噴射方法涂覆或裝在配設(shè)的槽10內(nèi)。
含有份量各為0.1-10％的硅、硼的另一組材料同樣可以用上述方式方法涂覆。這種情況下優(yōu)選的材料配比是10-18％鉻，2-3％鐵，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳和其余為鎳；或者10-18％鉻，2-3％鐵，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳，6-12％鉬，30-40％鈷和其余為鎳；或者10-18％鉻，2-3％碘，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳，6-12％鉬，1-6％銅和其余為鎳；或者10-18％鉻，2-3％碘，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳，6-12％鉬，10-20％鎳，65-88％碳化鎢和12％鈷。這里也可以考慮火焰、感應(yīng)或激光燒結(jié)。
在填充物11做成燒結(jié)填充物時(shí)也可以采用這樣的材料，它含有碳化物和/或氧化物和/或氮化物和/或硼化物和/或10-60％硬相的和5-80％軟相的硅酸鹽，以及2-10％銅，20-30％鋁青銅，10-85％鎳或鉻化鎳，10-30％鉻，0.1-5％碳，1-8％鐵，2-15％鉬或亞硫酸鉬或二硫化鉬或氧化鉬或二氧化鉬或過氧化鉬，2-7％銅，10-40％鈷，30-80％碳化鎢或88％碳化鎢和12％鈷。
粉末材料也是適用的。例如可以采用具有0.2-5％碳，20-50％鉻，1-20％鉬，1-20％釩，0.1-4％硅或硼，0.1-5％錳，0.1-5％鐵，0.5-50％碳化物、氧化物、氮化物、硼化物或硅酸鹽、亞硫酸鉬/二氧化鉬/氧化鉬/二硫化鉬或過氧化鉬的粉末，其中硅和/或硼可以分別為0.1-5％，其余為鎳。在這種情況下一種特別優(yōu)選的材料由20-30％鉻，1-10％鉬，2-3％碳，2-5％釩，0.2-1％錳，0.2-4％硅或硼組成，其余為鎳。
但是作為另一種選擇填充物11也可以做成焊接覆蓋層。這里可以采用這樣的材料，它含有2-20％鋁，0.5-10％鐵，0.1-8％錳，0.1-2％硅，0.1-10％鎳，0.1-2％碳和最多5-20％的組分銻、鈷、鈹、鉻、錫、鎘、鋅、鋁中的至少一種，其余都是銅。這里一種特別優(yōu)選的配比可以含有14-17％鋁，3-5％鐵，1-3％錳、0.1-2％硅，最多0.3％碳，其余都是銅。
圖3中用d表示的槽10的深度至少相當(dāng)于汽缸套4的最大磨損厚度。深度d適宜于大于最大磨損厚度，使得即使在汽缸套2完全磨損時(shí)也保證填充物11很好地固定在基體材料內(nèi)。在這種情況下，如果槽10的橫截面向內(nèi)越來越寬，如圖2中用虛線所示橫截面形狀12所表示的那樣，也是有利的。優(yōu)選的槽深可以在工作面4直徑D的0.1至0.4％之間的范圍內(nèi)。形成的油腔8的凈寬度相當(dāng)于配設(shè)的、分別配有填充物11的槽10的間距。這一在圖2中以W表示的間距最好在工作面4直徑D的1至2％之間的范圍內(nèi)。槽10的凈寬度，從而也就是其相配的填充物11的寬度b適宜于相當(dāng)于槽深d。由此達(dá)到相對(duì)于剪切應(yīng)力的可靠性。
可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)油腔8。與它相配的，設(shè)有填充物11的槽10適宜于設(shè)置在按照迄今為止的經(jīng)驗(yàn)不充分潤滑的危險(xiǎn)，因此也是熱腐蝕等等的危險(xiǎn)特別大的部位。這種情況首先是在工作面的上部區(qū)域。圖1中在由活塞6上死點(diǎn)部位內(nèi)第一和第二活塞環(huán)5限定的工作面區(qū)域內(nèi)設(shè)有為形成油腔8采取的措施。另一個(gè)油腔8或除此之外必要的措施可以設(shè)置在最下面一個(gè)活塞環(huán)以下的區(qū)域內(nèi)。在所示例子中還設(shè)有其他的、設(shè)置得更深的油腔8。
油腔8和因此限定它的材料區(qū)可以做成環(huán)形的。但是此外也可以附加地或兩者取一地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)螺旋形分布的油腔8因此還有限定它的螺旋形的材料區(qū)9。它們可以在一個(gè)區(qū)域內(nèi)或在工作面4的整個(gè)導(dǎo)向長度上延伸。
在螺旋形分布的油腔8的情況下圖1中用p表示的導(dǎo)程大致為工作面4直徑D的1.5至20％。該導(dǎo)程可以在整個(gè)長度上是恒定的。但是也可以設(shè)想變導(dǎo)程，以便在特別危險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)得到比不太危險(xiǎn)的區(qū)域更大的油腔密度。
在所示例子中槽10，因此還有配設(shè)于它的填充物11具有矩形或梯形橫截面。為了避免缺口應(yīng)力其內(nèi)棱邊可以倒圓。
權(quán)利要求
1．活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是雙沖程大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，具有至少一個(gè)汽缸，其汽缸套(2)在其面對(duì)活塞(6)的工作面(4)上含有一具有比汽缸套(2)的基體材料耐磨性更好的材料區(qū)(9)，以側(cè)向圍成至少一個(gè)槽形油腔(8)，其特征在于用于側(cè)向圍成各油腔(8)的材料區(qū)(9)做成槽(10)的填充物(11)，其深度至少相當(dāng)于汽缸套(2)的最大磨損厚度。
2．按權(quán)利要求1的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)由鋁青銅組成，它含有2-20％鋁，0.5-10％鐵，0.1-8％錳，0.1-2％硅，0.1-10％鎳，0.1-2％碳和各自最多不超過5-20％的以下組分銻、鈷、鈹、鉻、錫、鎘、鋅、鋁中的至少一種，其余部分都是銅，尤其是14-17％鋁、3-5％鐵、1-3％錳、0.1-2％硅、最多0.3％的碳，其余部分都是銅。
3．按權(quán)利要求2的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)至少部分做成焊接涂覆層。
4．按權(quán)利要求1的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)至少部分由陶瓷材料組成。
5．按權(quán)利要求4的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)由陶瓷金屬混合物(金屬陶瓷)組成。
6．按權(quán)利要求4或5的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)含有碳化物和/或氧化物和/或氮化物和/或硼化物和/或硅酸鹽加上銅和/或鋁青銅和/或鎳和/或鉻化鎳和/或鉬和/或鋁石墨和/或鎳石墨和/或鋁溴石墨以及有機(jī)結(jié)合劑。
7．按權(quán)利要求6的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸鹽以及10-60％的硬相和5-80％的軟相存在。
8．按權(quán)利要求6或7的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸鹽作為鉻化合物存在。
9．按權(quán)利要求4至7之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)含有20-50％，尤其是20-40％碳化物和/或氧化物和/或氮化物和/或硼化物和/或硅酸鹽，以及至少還有至少20-40％，尤其是60-80％的鋁青銅。
10．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)至少部分做成噴涂覆蓋層。
11．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于填充物(11)至少部分做成燒結(jié)材料。
12．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于槽(10)的深度(d)大于汽缸套(2)的最大磨損厚度。
13．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于槽(10)的橫截面向內(nèi)越來越寬。
14．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于槽(10)的深度(d)在工作面(4)直徑(D)的0.1％至0.4％之間的范圍內(nèi)。
15．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于兩個(gè)配設(shè)于圍成各油腔(8)的填充物(11)的槽(10)之間的距離在工作面(4)直徑(D)的1％至2％之間的范圍內(nèi)。
16．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于槽(10)的寬度(b)大致相當(dāng)于槽深(d)。
17．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于設(shè)有至少一個(gè)配置于螺旋形油腔(8)的，各自配備填充物(11)的槽(10)，其中導(dǎo)程最好為工作面(4)直徑(D)的1.5％至20％。
18．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于至少在汽缸套(2)的上部區(qū)域內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)配設(shè)于油腔(8)的、各自配備填充物(11)的槽(10)。
19．按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于設(shè)有至少一個(gè)配設(shè)于在工作面(4)整個(gè)導(dǎo)向長度上貫通的油腔(8)的、各自配備一填充物(11)的槽(10)。
全文摘要
在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中至少具有一個(gè)汽缸,其汽缸套(2)在其與活塞(6)相配的工作面(4)的區(qū)域內(nèi)至少具有一槽形油腔(8),它通過材料區(qū)側(cè)向圍成,這些材料區(qū)具有比在此以外的汽缸套(2)的基體材料好的耐磨性,可以通過以下方法達(dá)到高的工作可靠性,側(cè)向圍成各油腔(8)的材料區(qū)做成一槽(10)的填充物(11),其深度至少相當(dāng)于汽缸套(2)的最大磨損厚度。
文檔編號(hào)C22C32/00GK1323375SQ99812246
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月8日
發(fā)明者萊赫·莫克茹爾斯基, 杰斯泊·W·福格 申請(qǐng)人:曼B與W狄賽爾公司