专利名称：活塞式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活塞式发动机，特别是大型双冲程柴油机，具有至少一个汽缸，其汽缸套在其朝向活塞的工作面区域内含有一具有比汽缸套的基本材料耐磨性好的材料区，以侧向限定至少一个槽形油腔。
由JP6-105102B2已知一种这一类型的活塞式内燃发动机。在这种已知结构中汽缸套在工作面一侧设有波纹轮廓，以形成槽形油腔，其中这个波纹轮廓的凸出部位通过淬硬处理硬化。为了改善起动性能淬硬部位可以配备二硫化钼涂层，但是它很快便消失。波纹轮廓的加工和局限在凸出部位上的局部淬硬处理的实施成本比较高。此外按经验通过淬硬处理可以达到的硬化深度比较小。此外仅仅通过淬硬处理可以得到的硬度是有限的。因此在已知结构中波纹轮廓只能达到较短的使用寿命。另一个缺点是，局限在凸出部位局部淬硬可能导致相邻的材料区域不希望的变形和不希望的组织变化。因此实际证明已知结构不够方便，寿命不够长。
因此从这一点出发本发明的目的是，以方便的和费用低廉的措施这样地改进开头所述这一类型的活塞式发动机，使得可以使汽缸套达到长的寿命。
按照本发明这个任务这样来解决，将用来侧向限定各个油腔的材料区做成镶入槽内的填充物，槽的深度至少相当于汽缸套最大磨损量。
这个措施使得可以以有利的方法自由选择槽填充物的材料，也就是油腔的边界。因此可以采用一种不同于基本材料的、对于所出现的要求比淬硬的基本材料更合适的材料。槽的深度可以远远超过淬硬处理时可以达到的硬化深度。在加工时首先得到一个光滑表面，它的加工比较方便，例如可以珩磨。由于基本材料的耐磨性较差，它在由其他材料组成的槽填充物之间的区域内磨损比较快，由此自动地得到所希望的油腔。油腔一直保留到汽缸套完全磨损。因此用按本发明的措施完全避免了已知结构开头所述的缺点。
所采取的措施的优良结构和适宜的改进在从属权利要求中给定。例如填充物适宜于由一种至少部分陶瓷材料，最好由陶瓷-金属混合物(金属陶瓷)组成。这时得到一种特别高的可靠性。此外所述类型的材料可以特别方便地用等离子高速喷涂法或激光涂层法涂上去。
另一个优良的措施可以是，各个侧向限定油腔的槽的深度大于汽缸套的最小磨损深度。由此确保，槽的填充物直到汽缸套完全磨损仍然很好地固定在基本材料内。因此如果槽的横截面向内越来越大对此可能是有帮助的。
所采用的措施其他的优良造型和适宜的改进结构在其他从属权利要求中给出，并在借助于图形的以下的举例说明中可以较详细地看到。
在下面所述的图中表示
图1双冲程大型柴油发动机汽缸的局部剖视图，图2按图1的结构的设有油腔的区域的局部放大图，和图3通过按图1的结构的设有填充物的槽的放大剖视图。
本发明应用于活塞式发动机，特别是活塞式内燃发动机中，尤其以低速双冲程大型柴油机的形式。这种类型的装置的结构和工作原理是公知的，因此在这里不必再详细地说明。
图1中所示的一双冲程大型柴油发动机的汽缸包含一设有进汽槽1的汽缸套2，在它上面安装一含有这里未详细画出的排汽装置的汽缸头3。汽缸套2的内侧做成工作面4，一设有圆周一侧的活塞环5的、上下运动的活塞6和此工作面共同作用。工作面4通过润滑油输入管7供给润滑油。
为了达到润滑油的良好分配和特别是在按经验缺少润滑的区域，例如工作面4的上部区域良好的润滑油供给，在这个区域内设有适当的、图1中仅仅示意表示的油腔8。构成油腔8的凹陷并非从开头就存在。但是从开头就采取了措施，这个措施起这样的作用，使得作为油腔基础的凹陷在运行运程中通过作为汽缸套2基础的基本材料的磨损自动形成。
油腔8分别通过在它两侧的材料区9侧向限定。在每两个这类材料区9之间可以形成一油腔8。如由图2和3可见，各侧向限定油腔8的材料区9做成一各自配设的槽10的填充物11。构成填充物11的材料具有比汽缸套2的基本材料大的耐磨性，汽缸套通常由铸钢制成。如图3中所示，在新的状态槽10填充到工作面4同一个平面上，因此形成一光滑表面，它容易加工，例如可以通过珩磨。首先切出槽10。然后装入填充物11。接着精加工工作面4。
由于构成填充物11的材料相对于作为汽缸套2基础的基体材料耐磨性好，在试运行期间基体材料的磨损便已经大于填充物11的磨损，如图3中用虚线所示。因此由此在两个相邻填充物11之间分别得到所希望的槽形油腔8。
为了形成填充物11可以合适地采用这样的材料，它完全或至少部分由陶瓷材料组成，假如陶瓷一金属混合物(金属陶瓷)。这种材料可以合适地含有碳化物和/或氧化物和/或氮化物和/或硼化物和/或硅酸盐加上铜和/或铝青铜和/或镍和/或镍铬和/或钼和/或铝石墨和/或镍石墨和/或铝溴石墨以及有机结合剂，其中碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸盐最好以10-60％的硬相和5-80％的软相存在，事实证明，如果其中碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸盐作为铬化物存在特别有利。其中氧化铬是特别有用的材料，因为它不仅具有高的稳定性，和允许高的工作温度，而且不腐蚀不氧化。
在上述数据的一种优良方案中填充物(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/或硅酸盐以及至少还有至少20-40％，尤其是60-80％的铝青铜。优选的方案可以含有20-40％氧化物混合60-80％铝青铜或30-50％氧化物、氮化物或碳化物混合至少铝青铜或最好是10-20％钼和20-30％镍或碳化镍或20-40％铝青铜。这种类型的材料可以用电弧、火焰、等离子或高速喷射方法涂覆或装在配设的槽10内。
含有份量各为0.1-10％的硅、硼的另一组材料同样可以用上述方式方法涂覆。这种情况下优选的材料配比是10-18％铬，2-3％铁，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳和其余为镍；或者10-18％铬，2-3％铁，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳，6-12％钼，30-40％钴和其余为镍；或者10-18％铬，2-3％碘，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳，6-12％钼，1-6％铜和其余为镍；或者10-18％铬，2-3％碘，2-4％硅，2-4％硼，0.1-0.5％碳，6-12％钼，10-20％镍，65-88％碳化钨和12％钴。这里也可以考虑火焰、感应或激光烧结。
在填充物11做成烧结填充物时也可以采用这样的材料，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％软相的硅酸盐，以及2-10％铜，20-30％铝青铜，10-85％镍或铬化镍，10-30％铬，0.1-5％碳，1-8％铁，2-15％钼或亚硫酸钼或二硫化钼或氧化钼或二氧化钼或过氧化钼，2-7％铜，10-40％钴，30-80％碳化钨或88％碳化钨和12％钴。
粉末材料也是适用的。例如可以采用具有0.2-5％碳，20-50％铬，1-20％钼，1-20％钒，0.1-4％硅或硼，0.1-5％锰，0.1-5％铁，0.5-50％碳化物、氧化物、氮化物、硼化物或硅酸盐、亚硫酸钼/二氧化钼/氧化钼/二硫化钼或过氧化钼的粉末，其中硅和/或硼可以分别为0.1-5％，其余为镍。在这种情况下一种特别优选的材料由20-30％铬，1-10％钼，2-3％碳，2-5％钒，0.2-1％锰，0.2-4％硅或硼组成，其余为镍。
但是作为另一种选择填充物11也可以做成焊接覆盖层。这里可以采用这样的材料，它含有2-20％铝，0.5-10％铁，0.1-8％锰，0.1-2％硅，0.1-10％镍，0.1-2％碳和最多5-20％的组分锑、钴、铍、铬、锡、镉、锌、铝中的至少一种，其余都是铜。这里一种特别优选的配比可以含有14-17％铝，3-5％铁，1-3％锰、0.1-2％硅，最多0.3％碳，其余都是铜。
图3中用d表示的槽10的深度至少相当于汽缸套4的最大磨损厚度。深度d适宜于大于最大磨损厚度，使得即使在汽缸套2完全磨损时也保证填充物11很好地固定在基体材料内。在这种情况下，如果槽10的横截面向内越来越宽，如图2中用虚线所示横截面形状12所表示的那样，也是有利的。优选的槽深可以在工作面4直径D的0.1至0.4％之间的范围内。形成的油腔8的净宽度相当于配设的、分别配有填充物11的槽10的间距。这一在图2中以W表示的间距最好在工作面4直径D的1至2％之间的范围内。槽10的净宽度，从而也就是其相配的填充物11的宽度b适宜于相当于槽深d。由此达到相对于剪切应力的可靠性。
可以设置一个或多个油腔8。与它相配的，设有填充物11的槽10适宜于设置在按照迄今为止的经验不充分润滑的危险，因此也是热腐蚀等等的危险特别大的部位。这种情况首先是在工作面的上部区域。图1中在由活塞6上死点部位内第一和第二活塞环5限定的工作面区域内设有为形成油腔8采取的措施。另一个油腔8或除此之外必要的措施可以设置在最下面一个活塞环以下的区域内。在所示例子中还设有其他的、设置得更深的油腔8。
油腔8和因此限定它的材料区可以做成环形的。但是此外也可以附加地或两者取一地设置一个或多个螺旋形分布的油腔8因此还有限定它的螺旋形的材料区9。它们可以在一个区域内或在工作面4的整个导向长度上延伸。
在螺旋形分布的油腔8的情况下图1中用p表示的导程大致为工作面4直径D的1.5至20％。该导程可以在整个长度上是恒定的。但是也可以设想变导程，以便在特别危险的区域内得到比不太危险的区域更大的油腔密度。
在所示例子中槽10，因此还有配设于它的填充物11具有矩形或梯形横截面。为了避免缺口应力其内棱边可以倒圆。
权利要求
1．活塞式发动机，特别是双冲程大型柴油发动机，具有至少一个汽缸，其汽缸套(2)在其面对活塞(6)的工作面(4)上含有一具有比汽缸套(2)的基体材料耐磨性更好的材料区(9)，以侧向围成至少一个槽形油腔(8)，其特征在于用于侧向围成各油腔(8)的材料区(9)做成槽(10)的填充物(11)，其深度至少相当于汽缸套(2)的最大磨损厚度。
2．按权利要求1的活塞式发动机，其特征在于填充物(11)由铝青铜组成，它含有2-20％铝，0.5-10％铁，0.1-8％锰，0.1-2％硅，0.1-10％镍，0.1-2％碳和各自最多不超过5-20％的以下组分锑、钴、铍、铬、锡、镉、锌、铝中的至少一种，其余部分都是铜，尤其是14-17％铝、3-5％铁、1-3％锰、0.1-2％硅、最多0.3％的碳，其余部分都是铜。
3．按权利要求2的活塞式发动机，其特征在于填充物(11)至少部分做成焊接涂覆层。
4．按权利要求1的活塞式发动机，其特征在于填充物(11)至少部分由陶瓷材料组成。
5．按权利要求4的活塞式发动机，其特征在于填充物(11)由陶瓷金属混合物(金属陶瓷)组成。
6．按权利要求4或5的活塞式发动机，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/或硅酸盐加上铜和/或铝青铜和/或镍和/或铬化镍和/或钼和/或铝石墨和/或镍石墨和/或铝溴石墨以及有机结合剂。
7．按权利要求6的活塞式发动机，其特征在于碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸盐以及10-60％的硬相和5-80％的软相存在。
8．按权利要求6或7的活塞式发动机，其特征在于碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硅酸盐作为铬化合物存在。
9．按权利要求4至7之任一项的活塞式发动机，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/或硅酸盐，以及至少还有至少20-40％，尤其是60-80％的铝青铜。
10．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于填充物(11)至少部分做成喷涂覆盖层。
11．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于填充物(11)至少部分做成烧结材料。
12．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于槽(10)的深度(d)大于汽缸套(2)的最大磨损厚度。
13．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于槽(10)的横截面向内越来越宽。
14．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于槽(10)的深度(d)在工作面(4)直径(D)的0.1％至0.4％之间的范围内。
15．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于两个配设于围成各油腔(8)的填充物(11)的槽(10)之间的距离在工作面(4)直径(D)的1％至2％之间的范围内。
16．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于槽(10)的宽度(b)大致相当于槽深(d)。
17．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于设有至少一个配置于螺旋形油腔(8)的，各自配备填充物(11)的槽(10)，其中导程最好为工作面(4)直径(D)的1.5％至20％。
18．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于至少在汽缸套(2)的上部区域内设有至少一个配设于油腔(8)的、各自配备填充物(11)的槽(10)。
19．按上述权利要求之任一项的活塞式发动机，其特征在于设有至少一个配设于在工作面(4)整个导向长度上贯通的油腔(8)的、各自配备一填充物(11)的槽(10)。
全文摘要
在活塞式发动机中至少具有一个汽缸,其汽缸套(2)在其与活塞(6)相配的工作面(4)的区域内至少具有一槽形油腔(8),它通过材料区侧向围成,这些材料区具有比在此以外的汽缸套(2)的基体材料好的耐磨性,可以通过以下方法达到高的工作可靠性,侧向围成各油腔(8)的材料区做成一槽(10)的填充物(11),其深度至少相当于汽缸套(2)的最大磨损厚度。
文档编号C22C32/00GK1323375SQ99812246
公开日2001年11月21日 申请日期1999年12月22日 优先权日1999年1月8日
发明者莱赫·莫克茹尔斯基, 杰斯泊·W·福格 申请人:曼B与W狄赛尔公司