本發(fā)明涉及金屬鑄件并且更確切地涉及具有熱噴涂孔的鋁汽缸體鑄件以及制造方法。

背景技術(shù)：

此章節(jié)的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，而且可以構(gòu)成或不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

典型的鑄造鋁汽缸體包括以多種配置布置的多個(gè)汽缸。通過使用鋁合金來用于鑄造汽缸體所實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)包括與灰口鐵或其它鐵基鑄件相比的較高強(qiáng)度和重量比。然而，在灰口鐵鑄件的汽缸孔在組裝之前能簡單地機(jī)加工和磨光的情形下，大多數(shù)鋁合金缸體使用一些類型的汽缸孔內(nèi)襯。一些類型的汽缸孔襯里包括鑄入或按壓就位的鐵或鋼內(nèi)襯。汽缸孔內(nèi)襯中的最近發(fā)展包括稱為熱噴涂汽缸孔的技術(shù)，其涉及等離子體轉(zhuǎn)移內(nèi)襯材料。然而，不同于母體金屬汽缸孔和按壓式汽缸孔內(nèi)襯，熱噴涂汽缸孔更易于開裂和分層，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

雖然當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和汽缸孔設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)初始目的，但該設(shè)計(jì)易于在服務(wù)中遭受特定類型的故障，這會(huì)導(dǎo)致極其昂貴的維修。因此，本領(lǐng)域需要一種檢查系統(tǒng)來確保初始可靠性和長期耐用性，同時(shí)維持設(shè)計(jì)、成本以及重量改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于檢查鋁合金汽缸體的熱噴涂涂覆的汽缸孔的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括故障檢測設(shè)備、加熱設(shè)備、冷卻設(shè)備以及控制單元，該控制單元與故障檢測設(shè)備、加熱設(shè)備以及冷卻設(shè)備的每個(gè)電子通信?？刂茊卧ù鎯?chǔ)器和用于操作該系統(tǒng)的控制邏輯次序。

在本發(fā)明的另一示例中，故障檢測設(shè)備包括至少一個(gè)聲學(xué)檢測裝置，該聲學(xué)檢測裝置設(shè)置成在第一汽缸孔附近與汽缸體相接觸。

在本發(fā)明的又一示例中，故障檢測設(shè)備包括針對汽缸體的每個(gè)汽缸孔的聲學(xué)檢測裝置，這些聲學(xué)檢測裝置安裝在第一固定件上。

在本發(fā)明的又一示例中，加熱設(shè)備包括針對汽缸體的每個(gè)汽缸孔的感應(yīng)加熱元件，并且這些感應(yīng)加熱元件安裝在第二固定件上。

在本發(fā)明的又一示例中，加熱設(shè)備進(jìn)一步包括溫度控制件，并且該加熱設(shè)備能夠以3℃/s至50℃/s的速率來加熱汽缸孔。

在本發(fā)明的又一示例中，加熱設(shè)備進(jìn)一步包括表面溫度監(jiān)控器，并且該表面溫度監(jiān)控器受控制以并不超過約500℃的臨界溫度。

在本發(fā)明的又一示例中，冷卻設(shè)備包括針對汽缸體的每個(gè)汽缸孔的噴嘴，該噴嘴安裝在第三固定件上，并且冷卻設(shè)備將加壓冷卻介質(zhì)提供給噴嘴。

在本發(fā)明的又一示例中，冷卻設(shè)備進(jìn)一步包括存儲(chǔ)箱，并且冷卻介質(zhì)是壓縮空氣、水、油、氣體及其混合物的一種。

在本發(fā)明的又一示例中，冷卻設(shè)備能夠以在10℃/s和100℃/s之間的速率來冷卻汽缸體的汽缸孔。

當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的汽缸體汽缸孔檢查系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有熱噴涂汽缸孔的鋁合金汽缸體的部分立體圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的包括熱噴涂涂層的汽缸孔的剖視圖；

圖4和4a是根據(jù)本發(fā)明的故障熱噴涂汽缸孔的視圖；

圖5和5a是根據(jù)本發(fā)明的故障熱噴涂汽缸孔的視圖；以及

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的操作汽缸體汽缸孔檢查系統(tǒng)的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下的描述在性質(zhì)上僅是示例性的，不旨在限制本發(fā)明、應(yīng)用或者使用。

一開始參照圖1，說明并且現(xiàn)將描述汽缸體汽缸孔檢查系統(tǒng)10。汽缸體汽缸孔檢查系統(tǒng)10用作汽缸體制造線中的檢查或計(jì)量操作。與汽缸孔檢查系統(tǒng)10在汽缸體制造過程中放置的精確度無關(guān)，重要地是在執(zhí)行過多操作并且投入過多時(shí)間來制造汽缸體之前在過程中早早地執(zhí)行此種檢查。使得檢查過程故障的汽缸孔最可能致使在沒有進(jìn)一步離線維修的情形下汽缸體無法使用。

汽缸孔檢查系統(tǒng)10包括處理器或控制單元12、加熱設(shè)備14、冷卻設(shè)備16以及感測設(shè)備18。汽缸體20是檢查的對象。一般而言，制造汽缸體20以提供多種形狀和尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)配置。直列式直線發(fā)動(dòng)機(jī)可包括多個(gè)汽缸，這些汽缸具有包括具有四個(gè)、五個(gè)以及六個(gè)汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的流行設(shè)計(jì)。在圖1中提供的示例中，汽缸體20包括以直列式或直線形式對準(zhǔn)的四個(gè)汽缸孔22，以使得汽缸孔22的每個(gè)軸線彼此平行。其它配置包括60°或90°v型發(fā)動(dòng)機(jī)布局，此種發(fā)動(dòng)機(jī)布局具有從6至12或甚至更多的汽缸。又一些其它配置包括具有多個(gè)汽缸的扁平或w型布局。因此，汽缸孔檢查系統(tǒng)10可配置成檢查無關(guān)于汽缸數(shù)量的任何發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)布局或者布置，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。每個(gè)汽缸孔22的頂端部終止在頭部頂板24處，同時(shí)每個(gè)汽缸孔22的底端部終止在汽缸體20的曲柄箱部分(未示出)處。

快速地參照圖2，更詳細(xì)地解釋汽缸體20的汽缸孔22的布置。汽缸孔22以“連體(siamese)”方式布置。更確切地說，每個(gè)汽缸孔22與相鄰的汽缸孔22共享孔壁26。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)由此實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部冷卻空腔或水套28的一部分并不具有冷卻空氣28在汽缸孔22之間的任何部分。所共享的孔壁26允許更緊湊的設(shè)計(jì)并且改進(jìn)結(jié)構(gòu)的總體剛度。

現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖3并繼續(xù)參照圖2，說明并且現(xiàn)將描述在通過熱噴涂操作處理之后、汽缸孔壁22的壁46的剖視圖。汽缸孔壁46包括內(nèi)表面或周緣48和外表面50。外表面50可鄰近于用作水冷卻通道的空腔或者其可用作相鄰汽缸孔22的汽缸孔壁46。在任一方面中，汽缸孔壁46的內(nèi)表面48在操作中暴露于往復(fù)式活塞(未示出)。汽缸孔壁46的內(nèi)表面48包括材料的涂層52，其粘結(jié)于汽缸孔壁46的母體材料。在一些示例中，汽缸孔壁46的母體材料可以是鑄鐵合金或鋁合金。然而，可使用其它類型的合金，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。涂層52使用各種方法的任何一個(gè)粘結(jié)于汽缸孔壁46的母體材料。一種此類方法是例如在美國專利5,938,944中解釋的等離子體轉(zhuǎn)移絲電弧熱噴涂設(shè)備?？墒褂闷渌愃频姆椒ɑ蛩_方法的變型，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍。在涂層42施加于汽缸孔壁46的內(nèi)表面48之后，涂層52的內(nèi)表面54可經(jīng)機(jī)加工成實(shí)現(xiàn)與活塞的精確匹配以及規(guī)定的表面光潔度或磨砂圖案。

現(xiàn)參照圖1，加熱設(shè)備14包括固定件30、多個(gè)感應(yīng)加熱元件32以及溫度控制機(jī)構(gòu)34。更確切地說，多個(gè)加熱元件32包括與汽缸體20中的汽缸孔22一樣多的單個(gè)加熱元件。在該示例中，四個(gè)單個(gè)加熱元件32安裝于固定件30，以使得四個(gè)加熱元件32的每個(gè)能通過降低固定件30或提升汽缸體20來插入到單獨(dú)的汽缸孔20中。加熱元件32是能夠以從3℃/s至50℃/s的極快速速率加熱汽缸孔22的感應(yīng)加熱線圈32?？煽刂萍訜岬乃俾蕘磲槍Σ煌钠左w設(shè)計(jì)來調(diào)節(jié)計(jì)量。加熱元件32還可包括其它類型的機(jī)構(gòu)，例如紅外線加熱燈，而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍?？焖偌訜崴俣葧?huì)產(chǎn)生大溫度梯度，因?yàn)樵谄卓?2的內(nèi)部材料的溫度開始升高之前，汽缸孔22的表面就會(huì)處于高溫下。較佳地是，汽缸孔22的表面溫度在移除加熱元件32之前就從200℃達(dá)到至500℃。加熱設(shè)備還包括表面溫度監(jiān)控器35，用以檢測汽缸孔22的表面溫度。汽缸孔22的表面的最大溫度并不超過約500℃。高于該溫度并且該溫度是合金相關(guān)的，鑄件微結(jié)構(gòu)經(jīng)受初始熔化。因此，金屬在汽缸孔22的表面處的膨脹通過汽缸孔22的內(nèi)部金屬保持，由此在汽缸孔22中產(chǎn)生熱應(yīng)力，該熱應(yīng)力接近或超過在發(fā)動(dòng)機(jī)在服務(wù)中的操作期間所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

冷卻設(shè)備16是用于快速地冷卻汽缸孔22的材料的機(jī)構(gòu)。冷卻設(shè)備16包括固定件36、多個(gè)噴嘴38、冷卻介質(zhì)40以及輸送機(jī)構(gòu)39，并且取決于所使用的冷卻介質(zhì)40還包括適合于特定冷卻介質(zhì)40的存儲(chǔ)箱42。冷卻設(shè)備16可使用水、空氣、油或諸如氮或氨的氣體，以從汽缸孔22的表面去除熱量。在該示例中，四個(gè)單個(gè)噴嘴38安裝于固定件36，以使得四個(gè)噴嘴38的每個(gè)能通過降低固定件36或提升汽缸體20來插入到單獨(dú)的汽缸孔22中。一旦噴嘴38就位，就迫使冷卻介質(zhì)40通過噴嘴38到汽缸孔22的表面上。用于汽缸孔22的表面的目標(biāo)冷卻速率在10℃/s和100℃/s之間。在本發(fā)明的一個(gè)示例中，冷卻設(shè)備16的固定件36可與加熱設(shè)備14的固定件30組合，以形成單個(gè)固定件，該單個(gè)固定件支承冷卻設(shè)備16的噴嘴38和加熱設(shè)備14的加熱元件32的每個(gè)。

聲學(xué)傳感器或變換器設(shè)備18用于監(jiān)測來自汽缸孔22的可聽或振動(dòng)信號(hào)，當(dāng)在熱循環(huán)測試期間熱噴涂汽缸孔22故障時(shí)產(chǎn)生這些信號(hào)。所檢測的故障包括來自基底或汽缸孔22表面的熱噴涂涂層開裂或熱噴涂涂層分層。聲學(xué)傳感器設(shè)備18包括由固定件44支承的至少一個(gè)聲學(xué)傳感器42。在加熱設(shè)備14開始加熱過程之前，聲學(xué)傳感器設(shè)備18的固定件44將聲學(xué)傳感器42移動(dòng)到鄰近于汽缸體20的檢測位置中。在另一示例中，聲學(xué)傳感器42的數(shù)量可匹配汽缸體20的汽缸孔22的數(shù)量，其中，每個(gè)傳感器42布置在一個(gè)汽缸孔22附近。這樣，聲學(xué)傳感器設(shè)備18能夠識(shí)別哪個(gè)汽缸孔22已故障。

控制單元12包括數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理能力，并且與加熱設(shè)備14、冷卻設(shè)備16以及聲學(xué)傳感器或變換器設(shè)備18電子地通信。處理器或控制單元12包括電子控制裝置，其具有預(yù)編程數(shù)字計(jì)算機(jī)或處理器、控制邏輯、用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器以及至少一個(gè)i/o外圍?？刂七壿嫲ǘ鄠€(gè)控制例程，這些控制例程用于監(jiān)控、操縱以及產(chǎn)生數(shù)據(jù)?？刂七壿嬁稍谟布?、軟件或硬件和軟件的組合中實(shí)施。例如，控制邏輯可呈程序代碼的形式，該程序代碼存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器儲(chǔ)件上并且能由處理器或控制單元12執(zhí)行。

例如，在圖6中以流程圖形式示出的控制邏輯或方法100在軟件程序代碼中實(shí)施，該軟件程序代碼能由處理器或控制器12執(zhí)行并且包括第一控制邏輯102，該第一控制邏輯用于在主體汽缸體傳送就位之后啟動(dòng)操作。第二控制邏輯104轉(zhuǎn)移聲學(xué)傳感器設(shè)備18的固定件44，以使得聲學(xué)傳感器42鄰近于汽缸體20的對應(yīng)汽缸孔22或者與該汽缸孔相接觸。第三控制邏輯106開始感應(yīng)加熱元件32的加熱。第四控制邏輯108轉(zhuǎn)移加熱設(shè)備14的固定件30，以使得感應(yīng)加熱元件32插入到對應(yīng)的汽缸孔22中。在指定的時(shí)間段之后，第五控制邏輯110縮回加熱設(shè)備14的固定件30并且轉(zhuǎn)移冷卻設(shè)備16的固定件36，以使得冷卻設(shè)備16的噴嘴38插入到對應(yīng)的汽缸孔中。第六控制邏輯112啟始冷卻介質(zhì)40的流動(dòng)。在指定的時(shí)間段之后，第七控制邏輯114終止冷卻介質(zhì)40的流動(dòng)并且縮回冷卻設(shè)備16的固定件36。第八控制邏輯116檢查從聲學(xué)傳感器42接收的任何故障信號(hào)，并且向操作者報(bào)告測試失敗或測試通過。

現(xiàn)參照圖4、4a、5和5a，說明并且現(xiàn)將描述所故障的汽缸孔熱噴涂涂層的視圖。例如，圖4以6000μm和200μm規(guī)格示出由于故障發(fā)動(dòng)機(jī)測試所產(chǎn)生的熱噴涂涂層分層56和開裂58的顯微照片。在另一情形中，圖5示出由于分層56和開裂58導(dǎo)致的故障發(fā)動(dòng)機(jī)測試的八汽缸v型配置發(fā)動(dòng)機(jī)。

雖然詳細(xì)描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式，但本發(fā)明所涉及的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的用于實(shí)踐本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)和示例。