ГИЛЬЗА ЦИЛИНДРА, БЛОК ЦИЛИНДРОВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА Российский патент 2009 года по МПК B22D19/00 

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к гильзе цилиндра, включенной в виде вставки при литье литейного металла в процессе отливки блока цилиндров для двигателя внутреннего сгорания для соединения гильзы цилиндра с блоком цилиндров и образования отверстия цилиндра, к блоку цилиндров, образованному с подобной гильзой цилиндра, и к способу изготовления гильзы цилиндра.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существует двигатель внутреннего сгорания некоторого типа, имеющий гильзы цилиндров, расположенные в блоке цилиндров. Для подобного двигателя был предложен способ уменьшения перепада температур между верхней и нижней частями стенки отверстия цилиндра во время работы двигателя для предотвращения снижения топливной экономичности двигателя (кпд топлива) и искажения правильной круглой формы отверстий цилиндров вследствие утечки выхлопных газов и механических потерь (см., например, публикацию выложенной заявки на патент Японии No. 2001-200751). Способ согласно упомянутой публикации No. 2001-200751 предусматривает нанесение покрытия из изоляционного материала на нижнюю часть наружной стенки каждой гильзы цилиндра. Это обеспечивает регулирование скорости охлаждения охлаждающего средства, которое находится в контакте с наружной стенкой гильзы цилиндра и уменьшение перепада температур между верхней и нижней частями стенки отверстия цилиндра.

Тем не менее, в указанной публикации No. 2001-200751 бóльшая часть наружной поверхности гильзы цилиндра находится в контакте с охлаждающим средством и только небольшая часть наружной поверхности находится в контакте с блоком цилиндров. Соответственно, блок цилиндров не обеспечивает достаточной опоры для гильзы цилиндра. Таким образом, трудно обеспечить сохранение правильной круглой формы (круглости) отверстия цилиндра в удовлетворительном состоянии.

Для обеспечения достаточной опоры для гильзы цилиндра посредством блока цилиндров и сохранения круглости отверстия цилиндра в удовлетворительном состоянии наружная поверхность гильзы цилиндра может быть включена в виде вставки при отливке блока цилиндров. Это обеспечивает соединение гильзы цилиндра с блоком цилиндров.

При включении гильзы цилиндра в виде вставки при литье, описанной в указанной публикации No. 2001-200751, в блоке цилиндров изоляционный материал, покрывающий нижнюю часть гильзы цилиндра, образован из керамики. Таким образом, для сцепления между гильзой цилиндра и металлом, образующим блок цилиндров, характерна тенденция становиться недостаточным. Следовательно, блок цилиндров не может обеспечить достаточную опору в особенности для нижней части гильзы цилиндра. Это может повлиять на круглость блока цилиндров.

Таким образом, в случае гильзы цилиндра, описанной в указанной публикации No. 2001-200751, которая обеспечивает возможность регулирования различия в теплопроводности между верхней и нижней частями гильзы цилиндра, круглость отверстия цилиндра не может поддерживаться в достаточной степени.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением разработана гильза цилиндра, используемая в блоке цилиндров, имеющая различие в теплопроводности в аксиальном направлении, включающая в себя наружную поверхность, которая обеспечивает достаточную силу сцепления с блоком цилиндров, и обеспечивающая поддержание достаточной круглости отверстия цилиндра. В соответствии с настоящим изобретением также разработан блок цилиндров, в котором используется подобная гильза цилиндра, и способ изготовления подобной гильзы цилиндра.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения разработана гильза цилиндра, предназначенная для соединения с заданной сцепляемостью с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при отливке блока цилиндров. Гильза цилиндра включает в себя наружную поверхность, включенную в виде вставки при литье литейного металла непосредственно или через промежуточный слой. Множество выступов в форме горлышка бутылки расположено на наружной поверхности. Сцепляемость между наружной поверхностью и блоком цилиндров или промежуточным слоем различается вдоль аксиального направления гильзы цилиндра.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения разработан литой блок цилиндров для двигателя внутреннего сгорания. Блок цилиндров включает в себя литейный металл из легкого сплава. Гильза цилиндра включена в виде вставки при литье в литейный металл и соединена с заданной сцепляемостью с блоком цилиндров при отливке блока цилиндров. Гильза цилиндра включает в себя наружную поверхность, включенную в виде вставки в литейном металле непосредственно или через промежуточный слой. Множество выступов в форме горлышка бутылки расположено на наружной поверхности. Сцепляемость между наружной поверхностью и блоком цилиндров или промежуточным слоем различается вдоль аксиального направления гильзы цилиндра.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения разработан способ изготовления гильзы цилиндра, предназначенной для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при отливке блока цилиндров. Гильза цилиндра включает в себя наружную поверхность, имеющую множество выступов в форме горлышка бутылки, верхнюю часть и нижнюю часть, и включена при литье в виде вставки в литейном металле. Способ включает в себя придание шероховатости только на верхней части наружной поверхности и образование напыленного слоя на наружной поверхности посредством напыления на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности металлического распыляемого материала.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения разработан способ изготовления гильзы цилиндра, предназначенной для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при отливке блока цилиндров. Гильза цилиндра включает в себя наружную поверхность, имеющую множество выступов в форме горлышка бутылки, верхнюю часть и нижнюю часть, и включена при литье в виде вставки в литейном металле. Способ включает в себя придание шероховатости на верхней и нижней частях наружной поверхности. Придание шероховатости выполняют с большей интенсивностью на верхней части, чем на нижней части. Способ дополнительно включает в себя образование напыленного слоя на наружной поверхности посредством напыления на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности металлического распыляемого материала.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения разработан способ изготовления гильзы цилиндра, предназначенной для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при отливке блока цилиндров. Гильза цилиндра включает в себя наружную поверхность, имеющую множество выступов в форме горлышка бутылки, верхнюю часть и нижнюю часть, и включена при литье в виде вставки в литейном металле. Способ включает в себя образование напыленного слоя на верхней части наружной поверхности и слоя осажденных паров на нижней части наружной поверхности посредством обеспечения контакта металлического распыляемого материала из расплавленных распыляемых зерен с наружной поверхностью гильзы цилиндра и одновременного обеспечения контакта паров, образованных на периферии расплавленных распыляемых зерен, с нижней частью наружной поверхности. Способ дополнительно включает в себя образование напыленного слоя на наружной поверхности посредством напыления на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности металлического распыляемого материала из расплавленных распыляемых зерен.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания, рассматриваемого совместно с сопровождающими чертежами, иллюстрирующего в виде примера принципы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение наряду с его целями и преимуществами может быть лучше всего понято посредством ссылки на нижеприведенное описание предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1А - вид в перспективе, показывающий гильзу цилиндра в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.1В и 1С - частичные сечения гильзы цилиндра в первом варианте осуществления изобретения;

фиг.2А - вид в перспективе, показывающий блок цилиндров в первом варианте осуществления изобретения;

фиг.2В - частичное сечение, показывающее блок цилиндров в первом варианте осуществления изобретения;

фиг.3 - блок-схема, показывающая этапы изготовления гильзы цилиндра;

фиг.4 - схематический чертеж, показывающий этапы изготовления гильзы цилиндра;

фиг.5 - разъясняющий схематический чертеж, показывающий процесс образования суженного отверстия в литейной форме;

фиг.6 - диаграмма, показывающая прочность сцепления между основным корпусом гильзы цилиндра и напыленным слоем в первом варианте осуществления изобретения;

фиг.7 - диаграмма, показывающая разность температур стенки отверстия между верхней и нижней зонами гильзы цилиндра по первому варианту осуществления изобретения;

фиг.8 - схема, показывающая распределение температур стенки отверстия гильзы цилиндра согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.9А и 9В - графики, показывающие эффекты первого варианта осуществления изобретения;

фиг.10 - схема, показывающая технологическую операцию придания шероховатости, выполняемую в основном корпусе гильзы цилиндра в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.11 - схема, показывающая этап избирательного напыления, выполняемый на основном корпусе гильзы цилиндра согласно второму варианту осуществления изобретения;

фиг.12 - схема, показывающая этап вертикального напыления, выполняемый на основном корпусе гильзы цилиндра по второму варианту осуществления изобретения;

фиг.13А-13D - схематические сечения, показывающие слой, образованный на наружной поверхности гильзы во втором варианте осуществления изобретения;

фиг.14 - диаграмма, показывающая прочность сцепления между основным корпусом гильзы цилиндра и напыленным слоем во втором варианте осуществления изобретения;

фиг.15 - схема, показывающая этап избирательного напыления, выполняемый на основном корпусе гильзы цилиндра в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.16 - диаграмма, показывающая прочность сцепления между основным корпусом гильзы цилиндра и напыленным слоем в третьем варианте осуществления изобретения;

фиг.17А и 17В - схемы, показывающие форму выступа, образованного на наружной поверхности гильзы цилиндра в каждом варианте осуществления изобретения; и

фиг.18А и 18В - изображения контура, показывающие форму выступа, образованного на наружной поверхности гильзы цилиндра в каждом варианте осуществления изобретения.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант осуществления настоящего изобретения будет описан далее со ссылкой на фиг.1А-2В. Фиг.1А представляет собой вид в перспективе, показывающий гильзу 2 цилиндра в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.1В представляет собой увеличенное сечение показывающее верхнюю часть гильзы 2 цилиндра. Фиг.1С представляет собой увеличенное частичное сечение, показывающее нижнюю часть гильзы 2 цилиндра. Фиг.2А представляет собой частичный вид в перспективе, показывающий блок 4 цилиндров, в котором используется гильза 2 цилиндра. Фиг.2В представляет собой частичное сечение, показывающее блок 4 цилиндров, в котором используется гильза 2 цилиндра.

Основной корпус 2а гильзы 2 цилиндра, показанной на фиг.1А-1С, выполнен из литейного чугуна. Множество выступов 8 в форме горлышка бутылки образованы на наружной поверхности 6 основного корпуса 2а гильзы цилиндра (далее называемой здесь «наружной поверхностью 6 гильзы»). Выступы 8 имеют признаки, перечисленные ниже.

(1) Каждый выступ 8 имеет часть, которая является самой узкой (суженная часть 8с) в месте между участком 8а основания и концевым участком 8b.

(2) Диаметр каждого выступа 8 увеличивается от суженной части по направлению к участку 8а основания и по направлению к концевому участку 8b.

(3) Каждый выступ 8 имеет по существу плоскую верхнюю поверхность 8d (самую дальнюю поверхность в радиальном направлении гильзы 2 цилиндра), образованную на концевом участке 8b.

(4) По существу гладкая поверхность (нижняя поверхность 8е) образована между выступами 8.

На фиг.1А показаны выступы 8, которые расположены снаружи по отношению к нижним поверхностям 8е, вместе с напыленным слоем 10. Состояние наружной поверхности 6 гильзы различается в направлении оси L основного корпуса 2а гильзы цилиндра между верхним участком 6а и нижним участком 6b наружной поверхности 6 гильзы. Более точно, нижний участок 6а имеет бóльшую сцепляемость по отношению к напыленному слою 10, который образован на наружной поверхности 6 гильзы, по сравнению с нижним участком 6b. Различие в сцепляемости обусловлено технологической операцией придания шероховатости, которую выполняют только на верхнем участке 6а. Как показано на фиг.1В, при этом обеспечивается удаление большей части или всей вторичной окалины 11, основным компонентом которой является оксид железа, образованный на литейном чугуне. На нижнем участке 6b никакая вторичная окалина 11 не удалена. Во время литья напыленный слой 10 на наружной поверхности 6 гильзы соединяется с блоком 4 цилиндров механическим или металлургическим способом. Соответственно, как показано на фиг.1В и 1С, придание шероховатости верхнему участку 6а обеспечивает увеличение сцепляемости между напыленным слоем 10 и наружной поверхностью 6 гильзы на верхнем участке 6а. Тем не менее, поскольку никакая часть нижнего участке 6b не подвергается приданию шероховатости, сцепляемость между напыленным слоем 10 и наружной поверхностью 6 гильзы является низкой на нижнем участке 6b.

Далее будет описан процесс изготовления гильзы 2 цилиндра.

Этапы А-Н, показанные на фиг.3, выполняют для изготовления гильзы 2 цилиндра. Изготовление гильзы 2 цилиндра будет описано подробно со ссылкой на фиг.4.

[Этап А]

Жаростойкую основу С1, связующее вещество С2 и воду С3 смешивают в заданном соотношении для приготовления жидкой суспензии С4. В данном варианте осуществления диапазоны выбираемых количеств соединений для жаростойкой основы С1, связующего вещества С2 и воды С3 и значений среднего диаметра зерен жаростойкой основы С1 установлены такими, как указано ниже:

доля жаростойкой основы С1: от 8 до 30 мас.%,

доля связующего вещества С2: от 2 до 10 мас.%,

доля воды С3: от 60 до 90 мас.%,

средний диаметр зерен жаростойкой основы С1: от 0,02 до 0,1 мм.

[Этап В]

Заданное количество поверхностно-активного вещества С5 добавляют к жидкой суспензии С4 для приготовления облицовочного материала (облицовочной смеси) С6 для формы. В данном варианте осуществления диапазон выбираемых количеств добавляемого поверхностно-активного вещества С5 установлен таким, какой показан ниже.

Количество добавляемого поверхностно-активного вещества С5: 0,005 мас.% < X < 0,1 мас.% (при этом X представляет собой количество добавляемого поверхностно-активного вещества С5).

[Этап С]

Форму 31 (литейную форму), нагретую до заданной температуры, вращают для напыления и нанесения облицовочного материала С6 для формы на внутреннюю поверхность 31F формы 31. Слой облицовочного материала С6 для формы (облицовочный слой С7 для формы) образуют с по существу равномерной толщиной на всей внутренней поверхности 31F формы 31. В данном варианте осуществления диапазон значений выбираемой толщины облицовочного слоя С7 для формы установлен таким, какой показан ниже:

толщина облицовочного слоя С7 для формы: от 0,5 до 1,5 мм.

На фиг.5 показано состояние, в котором отверстие в форме горлышка бутылки образовано в облицовочном слое С7 для формы. Как показано на фиг.5, поверхностно-активное вещество С5 воздействует на пузырьки D1 воздуха в облицовочном слое С7 для формы и обеспечивает образование отверстий D2 в поверхности облицовочного слоя С7 для формы. Поскольку каждое отверстие D2 проходит до внутренней поверхности 31F формы 31, отверстие D3 в форме горлышка бутылки образуется в облицовочном слое С7 для формы.

[Этап D]

После сушки облицовочного слоя С7 для формы жидкий металл СI, представляющий собой литейный чугун, заливают во вращающуюся форму 31 для отливки основного корпуса 2а гильзы цилиндра. Формы отверстий D3 «передаются» наружной поверхности основного корпуса 2а гильзы цилиндра в местах, соответствующих отверстиям D3 в облицовочном слое С7 для формы. Это приводит к образованию выступов 8 в форме горлышка бутылки (см. фиг.1А-1С).

[Этап Е]

После того как жидкий металл CI затвердеет и образует основной корпус 2а гильзы цилиндра, основной корпус 2а гильзы цилиндра извлекают из формы 31 вместе с облицовочным слоем С7 для формы.

[Этап F]

Облицовочный слой С7 для формы удаляют с наружной поверхности основного корпуса 2а гильзы цилиндра посредством устройства 32 для струйной технологической обработки.

[Этап G] (соответствующий технологической операции придания шероховатости)

Технологическую операцию придания шероховатости выполняют на верхнем участке 6а (например, на участке наружной поверхности 6 гильзы, который проходит от верхнего края до места, находящегося на расстоянии приблизительно 50 мм от него) наружной поверхности 6 гильзы посредством устройства для придания шероховатости (устройства 32 для струйной технологической обработки, или других устройств для струйной технологической обработки, или устройства для водоструйной обработки).

[Этап Н] (соответствующий операции напыления в вертикальном направлении)

Распылительное устройство 33 обеспечивает напыление (металлизацию путем распыления проволоки или распыления порошков, такую как плазменное напыление или высокоскоростное напыление посредством кислородного топлива (HVOF)) алюминиевого распыляемого материала на всю наружную поверхность 6 гильзы, при этом алюминиевый распыляемый материал представляет собой металлический распыляемый материал из алюминия или алюминиевого сплава.

В данном варианте осуществления выбираемые диапазоны первой доли S1 площади выступов и второй доли S2 площади выступов для выступов после операции F установлены такими, какие показаны ниже:

первая доля S1 площади выступов: больше или равна 10%,

вторая доля S2 площади выступов: меньше или равна 55%.

Альтернативно, диапазоны могут быть установлены такими, какие показаны ниже:

первая доля S1 площади выступов: от 10 до 50%,

вторая доля S2 площади выступов: от 20 до 55%.

Первая доля S1 площади выступов эквивалентна площади поперечного сечения выступов 8 на единицу площади в плоскости, лежащей на высоте 0,4 мм от нижней поверхности 8е (расстояние в направлении высоты выступов 8 при использовании нижней поверхности 8е в качестве базовой поверхности). Вторая доля S2 площади выступов эквивалентна площади поперечного сечения выступов 8 на единицу площади в плоскости, лежащей на высоте 0,2 мм от нижней поверхности 8е (расстояние в направлении высоты выступов 8 при использовании нижней поверхности 8е в качестве базовой поверхности). Доли S1 и S2 площадей получают из изображений контуров (см.фиг.17 и 18) выступов 8, полученных посредством трехмерного лазерного измерительного устройства. Изобретение необязательно должно быть выполнено посредством трехмерного лазерного измерительного устройства и может быть выполнено посредством других измерительных устройств. То же справедливо для остальных вариантов осуществления. Высота и плотность распределения выступов 8 определяются глубиной и плотностью распределения отверстий D3 в облицовочном слое С7 для формы, образованном на операции С. Облицовочный слой С7 для формы образован так, что высота выступов 8 составляет от 0,5 до 1,5 мм, число выступов 8 составляет от 5 до 60 на см² на наружной поверхности 6 гильзы.

В данном варианте осуществления состав литейного чугуна предпочтительно установлен таким, какой показан ниже, с учетом износостойкости, стойкости к пригоранию и обрабатываемости:

общее содержание С (углерода): от 2,9 до 3,7 мас.%,

Si: от 1,6 до 2,8 мас.%,

Mn: от 0,5 до 1,0 мас.%,

P: от 0,05 до 0,4 мас.%.

При необходимости могут быть добавлены следующие композиции:

Cr: от 0,05 до 0,4 мас.%,

B: от 0,03 до 0,08 мас.%,

Cu: от 0,3 до 0,5 мас.%.

Блок 4 цилиндров выполнен так, что гильза 2 цилиндра включена при литье в виде вставки при напыленном слое 10, образованном на наружной поверхности 6 гильзы, посредством литейного металла. Материал в виде легкого сплава используется в качестве литейного металла для образования блока цилиндров. В частности, алюминий или алюминиевый сплав может быть использован с целью уменьшения веса и стоимости. Материалы, описанные, например, в “JIS ADC10 (JIS - Японский промышленный стандарт) (соответствующий стандарт: US ASTM A380.0 (стандарт Американского общества по испытанию материалов)”, “JIS ADC12 (соответствующий стандарт: US ASTM A382.0)”, использованы в качестве алюминиевого сплава. Гильзу 2 цилиндра, показанную на фиг.1А-1С, размещают в литейной форме. Затем жидкий металл из алюминиевого материала заливают в литейную форму. Это приводит к образованию блока 4 цилиндров, вся периферия которого образована из напыленного слоя 10, включенного в виде вставки при литье алюминиевого материала.

Что касается сцепляемости между напыленным слоем 10, который образован на этапе G, и наружной поверхностью 6 гильзы, обусловленной технологическим процессом придания шероховатости, выполненным на этапе Н только на верхнем участке 6а наружной поверхности 6 гильзы, то наличие различия между верхним участком 6а и нижним участком 6b было подтверждено посредством измерения, описанного ниже. Сначала множество основных корпусов гильзы цилиндров, используемых для измерения сцепляемости, было изготовлено посредством центробежного литья путем использования литейного чугуна, соответствующего FC230, при использовании формы, которая не имеет отверстий D3 (см. фиг.5). Нижеуказанные три типа (А-С) процессов (технологических операций) были выполнены на предназначенных для измерения сцепляемости основных корпусах гильз цилиндров для образования напыленных слоев.

А. После технологической операции придания шероховатости, выполненной на наружной поверхности предназначенных для измерения сцепляемости основных корпусах гильз цилиндров, напыленный слой был образован посредством напыления (электродугового напыления посредством распыления проволоки Al-12Si). (Технологическую операцию придания шероховатости выполняют посредством дробеструйной обработки, хотя вместо этого она может быть выполнена посредством водоструйной обработки.)

В. Технологическая операция придания шероховатости была исключена, и напыленный слой был образован посредством напыления (электродугового напыления посредством распыления проволоки Al-12Si) в состоянии, в котором предназначенные для измерения сцепляемости основные корпуса гильз цилиндров были нагреты. (Данный процесс был выполнен для имитации напыления в состоянии, в котором дальний конец выступов 8 (см. фиг.1А-1С) был горячим вследствие литья.)

С. Технологические операции нагрева и придания шероховатости были исключены, и напыленный слой был образован посредством напыления (электродугового напыления посредством распыления проволоки Al-12Si).

Для предназначенных для измерения сцепляемости гильз цилиндров, образованных посредством трех типов процессов А-С, сцепляемость (прочность сцепления (МПа) между предназначенным для измерения сцепляемости основным корпусом гильзы цилиндра и напыленным слоем была измерена посредством проведения испытания на разрыв. Результаты показаны на диаграмме с фиг.6. Как очевидно из диаграммы, сцепляемость резко снижается при исключении технологической операции придания шероховатости. Таким образом, в гильзе 2 цилиндра согласно данному варианту осуществления, как показано на фиг.1А-1С, сцепляемость между основным корпусом 2а гильзы цилиндра и напыленным слоем 10 является большой на верхнем участке 6а, но она значительно ниже на нижнем участке 6b. Таким образом, когда жидкий металл из алюминиевого материала заливают в литейную форму после размещения в ней гильзы 2 цилиндра, высокая температура во время формования со вставкой и последующее охлаждение, которое вызывает тепловое сжатие, приводят к отделению напыленного слоя 10 от основного корпуса 2а гильзы цилиндра на нижнем участке 6b и образование зазора между ними. Зазор является небольшим или вообще не существует на верхнем участке 6а.

Как описано выше, даже если зазоры образуются вследствие низкой сцепляемости, выступы 8 служат для прочного соединения напыленного слоя 10 и основного корпуса 2а гильзы цилиндра, и создается достаточная сила сцепления между гильзой 2 цилиндра и блоком 4 цилиндров посредством напыленного слоя 10. Соответственно, гильза 2 цилиндра фиксируется в блоке 4 цилиндров, и опора, обеспечиваемая блоком 4 цилиндров, обеспечивает поддержание круглости отверстия 2b цилиндра на достаточно высоком уровне. Кроме того, вследствие различия в сцепляемости на верхнем участке 6а гильзы 2 цилиндра теплота в отверстии 2b цилиндра легко передается блоку 4 цилиндров. При сравнении можно указать, что на нижнем участке 6b гильзы 2 цилиндра затруднена передача теплоты в отверстии 2b цилиндра блоку 4 цилиндров. Таким образом, эффективность охлаждения высока на верхнем участке 6а, на котором температура легко возрастает, и низка на нижнем участке 6b, на котором повышение температуры затруднено. Коэффициенты теплопроводности (Вт/мК) каждого материала, образующего основной корпус 2а гильзы цилиндра, блок 4 цилиндров и напыленный слой 10, приведены в таблице.

Часть Материал Коэффициент теплопроводности (Вт/мК) Гильза цилиндра FC230 41,7 Блок цилиндров ADC12 127 Напыленный слой Al-12Si 41,5 Напыленный слой Чистый алюминий 66,7

Таким образом, в данном варианте осуществления в сравнении с блоком 4 цилиндров основной корпус 2а гильзы цилиндра и напыленный слой 10, имеющие различия в сцепляемости на граничном участке между ними, образованы оба из материала, имеющего коэффициент теплопроводности, который является достаточно небольшим по сравнению с блоком 4 цилиндров. Следовательно, уменьшение сцепляемости особенно заметно, поскольку оно приводит к уменьшению скорости теплопередачи между основным корпусом 2а гильзы цилиндра и напыленным слоем 10. Передача теплоты между основным корпусом 2а гильзы цилиндра и напыленным слоем 10 происходит не только за счет теплопроводности, но также за счет других средств теплопередачи, таких как тепловое излучение. Тем не менее, в данных вариантах осуществления все подобные средства теплопередачи названы «теплопроводностью (теплопередачей за счет теплопроводности)».

Блок цилиндров для четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания объемом 1600 см³ был образован посредством включения при литье в виде вставок гильз (а-d) цилиндров, имеющих разные состояния наружной поверхности гильз, как описано ниже, и был образован, как показано на фиг.2А и 2В.

а. Сравнительный пример 1: Гильза цилиндра, образованная посредством осуществления этапов А-F (технологическая операция придания шероховатости и образование напыленного слоя не выполнялись).

b. Сравнительный пример 2: Гильза цилиндра, образованная посредством осуществления этапов А-Н. На этапе G технологическая операция придания шероховатости была выполнена равномерно на всей наружной поверхности гильзы, включая верхний участок 6а и нижний участок 6b. На этапе Н был образован напыленный слой.

с. Пример 1: Гильза цилиндра, образованная посредством осуществления этапов А-Н. На этапе G технологическая операция придания шероховатости была выполнена только на верхнем участке 6а посредством выполнения дробеструйной обработки.

d. Пример 2: Гильза цилиндра, образованная посредством осуществления этапов А-Н. На этапе G технологическая операция придания шероховатости была выполнена только на верхнем участке 6а посредством выполнения водоструйной обработки.

В блоках цилиндров, имеющих четыре типа гильз цилиндров, включенных в них в виде вставок при литье, температура стенки отверстия была измерена для каждой гильзы цилиндра во время работы двигателя внутреннего сгорания в местах, находящихся на расстоянии 10 мм (на верхнем участке) от верхней поверхности (поверхности головки) блока цилиндров и 90 мм (на нижнем участке) от верхней поверхности. Результаты показаны на диаграмме с фиг.7. Как очевидно из диаграммы, в блоках цилиндров, в которых гильзы “a” и “b” цилиндров по сравнительным примерам 1 и 2 включены в виде вставки при литье, имеет место большой перепад температур между местом, находящимся на расстоянии 10 мм, и местом, находящимся на расстоянии 90 мм. В блоках цилиндров, в которых гильзы “c” и “d” цилиндров по примерам 1 и 2 включены в виде вставки при литье, перепад температур между местом, находящимся на расстоянии 10 мм, и местом, находящимся на расстоянии 90 мм, составляет приблизительно половину перепада температур для сравнительных примеров 1 и 2. Таким образом, как показано сплошной линией на фиг.8, разность температур стенки на верхнем участке 6а и нижнем участке 6b становится небольшой, и температура стенки всего отверстия 2b цилиндра может быть установлена в пределах соответствующего интервала температур. Пунктирная линия на фиг.8 показывает пример распределения температур гильзы (b) цилиндра, для которой технологическая операция придания шероховатости равномерно выполнена как на верхнем участке 6а, так и на нижнем участке 6b.

Первый вариант осуществления изобретения имеет преимущества, описанные ниже.

Сцепляемость наружной поверхности 6 гильзы, которая представляет собой наружную поверхность основного корпуса 2а гильзы цилиндра, и напыленного слоя, который соответствует промежуточному слою, различается в направлении оси L основного корпуса 2а гильзы цилиндра. Более точно, сцепляемость высока на верхнем участке 6а и низка на нижнем участке 6b. В данном варианте осуществления технологическая операция придания шероховатости выполнена только на верхнем участке 6а на этапе G для того, чтобы было легко достичь подобного различия в сцепляемости.

Теплота сгорания, выделяющаяся в отверстии 2b цилиндра во время работы двигателя внутреннего сгорания, передается от основного корпуса 2а гильзы цилиндра через напыленный слой 10 алюминиевому блоку 4 цилиндров. Вследствие различия в сцепляемости между верхним участком 6а и нижним участком 6b степень теплопередачи от основного корпуса 2а гильзы цилиндра к напыленному слою 10 высока на верхнем участке 6а и низка на нижнем участке 6b. Это облегчает «выделение» тепла в блок 4 цилиндров из верхнего участка 6а, которое принимает большое количество теплоты из внутреннего пространства отверстия 2b цилиндра, и препятствует «выделению» тепла в блок 4 цилиндров из нижнего участка 6b, который принимает небольшое количество теплоты из внутреннего пространства отверстия 2b цилиндра. Соответственно, температура стенки отверстия 2b цилиндра становится близкой в верхней и нижней частях отверстия 2b цилиндра, и температура стенки в отверстии 2b цилиндра может быть полностью «установлена» в соответствующем интервале температур. Даже если сцепляемость наружной поверхности 6 цилиндра уменьшается, выступы 8 в форме горлышка бутылки распределены на всей наружной поверхности 6 гильзы. Таким образом, сила сцепления между основным корпусом 2а гильзы цилиндра и напыленным слоем 10 и сила сцепления между основным корпусом 2а гильзы цилиндра и блоком 4 цилиндров являются достаточно большими. Это обеспечивает поддержание круглости отверстия 2b цилиндра на достаточно высоком уровне.

Как показано на фиг.9А, на верхнем участке 6а алюминиевого блока 4 цилиндров, в который гильза 2 цилиндра включена в виде вставки при литье, снижение температуры стенки отверстия 2b цилиндра приводит к уменьшению потребления моторного масла. Это может привести к уменьшению растяжения колец поршня, удерживаемого в отверстии 2b цилиндра. Кроме того, как показано на фиг.9В, на нижнем участке повышение температуры стенки отверстия 2b цилиндра приводит к снижению вязкости масляной пленки в отверстии 2b цилиндра. В результате механические потери в двигателе внутреннего сгорания уменьшаются, и круглость отверстия 2b цилиндра поддерживается, как описано выше. Это предотвращает снижение кпд топлива, вызываемое утечкой отработанного газа или механическими потерями и обеспечивает поддержание удовлетворительного кпд топлива (топливной экономичности двигателя).

Во втором варианте осуществления этапы I и J, которые показаны на фиг.10-13, выполняются вместо этапов G и Н согласно первому варианту осуществления изобретения.

[Этап I]

Как показано на фиг.10, технологическая операция придания шероховатости равномерно выполняется на всей наружной поверхности 106 гильзы для основного корпуса 102а гильзы цилиндра, который образован посредством этапов А-F таким же образом, как в первом варианте осуществления, посредством устройства 132 для придания шероховатости (устройства 32 для струйной технологической обработки или других устройств для струйной технологической обработки, или водоструйного устройства).

[Этап J]

Как показано на фиг.11 и 12, на подэтапах J-1 и J-2 распылительное устройство обеспечивает напыление (металлизацию путем распыления проволоки или распыления порошков, такую как плазменное напыление или высокоскоростное напыление посредством кислородного топлива (HVOF)) на всю наружную поверхность 106 гильзы для основного корпуса 102а гильзы цилиндра, которая была подвергнута технологической операции придания шероховатости на этапе I. Распыляемый материал представляет собой алюминиевый распыляемый материал из алюминия или алюминиевого сплава.

Далее будут описаны подэтапы J-1 и J-2, которые представляют собой операции для образования напыленного слоя 116.

[Подэтап J-1] (соответствующий операции избирательного напыления)

Как показано стрелкой, образованной сплошной линей и показанной на фиг.11, распылитель 133а перемещают вдоль оси L вращающегося основного корпуса 102 гильзы цилиндра из места St начала распыления до места М, в котором расплавленные распыляемые зерна 133b контактируют со всем верхним участком 106а. Распылитель 133а перемещают со скоростью, которая обеспечивает получение заданной толщины напыленного слоя за один проход. В месте М распылитель 133а временно останавливают в состоянии, в котором распылитель 133а продолжает выполнять распыление. Одновременно с распылением пары 133с выделяются вокруг и на периферии расплавленных распыляемых зерен 133b. Пары 133, которые образованы тонкодисперсными оксидами и тонкодисперсными зернами твердых материалов, служат в качестве вещества, препятствующего адгезии. Нижний участок 106b свободен от маскировочного покрытия, которое предотвратило бы контактирование паров 133с с нижним участком 106b. Таким образом, пары 133с входят в непосредственный контакт с нижним участком 106b и осаждаются на нижнем участке 106b. В данном состоянии останова продолжительность периода распыления представляет собой длительность периода, во время которого пары 133с, осажденные на нижнем участке 106b, уменьшают адгезию, и данную продолжительность определяют заранее посредством экспериментов. Это приводит к образованию частичного напыленного слоя 112 на верхнем участке 106а, как показано на фиг.13А, и слоя 114 осажденных паров на нижнем участке 106b, как показано на фиг.13В.

[Подэтап J-2] (соответствующий операции напыления в вертикальном направлении)

После завершения периода распыления в состоянии останова в положении М на подэтапе J-1 распылитель 133а перемещают, совершая множество проходов вдоль оси L, как показано на фиг.12. После напыления на верхнем участке 106а и нижнем участке 106b (главным образом, на нижнем участке 106b) напыление завершается. Как показано сплошной стрелкой на фиг.12, распылитель 133а завершает распыление (напыление) за пять проходов. Множество проходов для выполнения распыления обеспечивают образование ровного напыленного слоя 116, имеющего заданную толщину напыленного слоя, на наружной поверхности 106 гильзы, которая включает в себя часть верхнего участка 106а. Это приводит к образованию напыленного слоя 116 как самого верхнего слоя на всей наружной поверхности 106 гильзы. Что касается нижнего участка 106b, то слой 114 осажденных паров, образованный на подэтапе J-1, имеется под напыленным слоем 116. Это обеспечивает образование гильзы цилиндра согласно данному варианту осуществления. Кроме того, на подэтапе J-2 пары 133с входят в контакт с наружной поверхностью 106 гильзы, но не входят в непосредственный контакт с основным корпусом 102а гильзы цилиндра и рассеиваются в напыленном слое 116 посредством расплавленных распыляемых зерен 133b. Таким образом, пары 133с на подэтапе J-2 не влияют на сцепляемость.

Для проверки изменений в сцепляемости напыленного слоя 116 в зависимости от того, имеется ли слой 114 осажденных паров или нет, были подготовлены две гильзы цилиндров, которые не имеют выступов 8 (фиг.1В и 1С). В одной гильзе Ja цилиндра операция распыления (напыления) была выполнена на верхних участках 106а на подэтапах J-1 и J-2 для образования напыленного слоя 116, как показано на фиг.13С. В другой гильзе Jb цилиндра операция напыления была выполнена на нижнем участке 106b для образования слоя 114 осажденных паров и напыленного слоя 116, как показано на фиг.13D.

Результаты измерений прочности на разрыв (МПа) напыленного слоя 116, образованного на гильзах Ja и Jb цилиндров, показаны на фиг.14. Как показано на фиг.14, слой 114 осажденных паров, расположенный под напыленным слоем 116 или между наружной поверхностью 106 гильзы и напыленным слоем 116, обеспечивает резкое уменьшение сцепляемости между наружной поверхностью 106 гильзы и напыленным слоем 116. В блоке цилиндров, в котором гильза цилиндра согласно данному варианту осуществления включена в виде вставки при литье, выступы 8 обеспечивают достаточное сцепление гильзы цилиндра и блока цилиндров даже на нижнем участке 106b, на котором сцепление достигается посредством слоя 114 осажденных паров и напыленного слоя 116.

Второй вариант осуществления имеет преимущества, описанные ниже.

Сцепляемость наружной поверхности 106 гильзы является высокой на верхнем участке 106а и низкой на нижнем участке 106b. В данном варианте осуществления всей наружной поверхности 106 гильзы равномерно придана шероховатость на этапе I. Тем не менее, на этапе J слой 114 осажденных паров образован между напыленным слоем 116 и наружной поверхностью 106 гильзы только на нижнем участке 106b. В результате этого легко достигается различие в сцепляемости между верхним участком 106а и нижним участком 106b.

Как описано в первом варианте осуществления, вследствие различия в сцепляемости между верхним участком 106а и нижним участком 106b теплопроводность от основного корпуса 102а гильзы цилиндра к напыленному слою 116 является значительной на верхнем участке 106а и незначительной на нижнем участке 106b. Соответственно, температуры стенки отверстия 102b цилиндра становятся близкими на верхнем и нижнем участках отверстия 102b цилиндра, и температура стенки отверстия 102b цилиндра может быть полностью установлена в соответствующем интервале температур. Даже если сцепляемость напыленного слоя 116 уменьшается вследствие наличия слоя 114 осажденных паров на нижнем участке 106b, выступы 8 в форме горлышка бутылки распределены на всей наружной поверхности 106 гильзы. Таким образом, сила сцепления между основным корпусом 102а гильзы цилиндра и напыленным слоем 116 и сила сцепления между основным корпусом 102а гильзы цилиндра и блоком 4 цилиндров посредством напыленного слоя 116 являются достаточно большими. Это обеспечивает поддержание круглости отверстия 102b цилиндра на достаточно высоком уровне. В результате этого так же, как в первом варианте осуществления, предотвращается уменьшение кпд топлива, вызванное утечкой отработанных газов или механическими потерями, и поддерживается удовлетворительный кпд топлива (топливная экономичность двигателя).

Слой 114 осажденных паров образуется в то же время, что и часть напыленного слоя 116 (частичный напыленный слой 112) во время процесса напыления. Это обеспечивает эффективное различие в сцепляемости между верхним участком 106а и нижним участком 106b. Кроме того, напыленный слой 116 образуется на слое 114 осажденных паров. Таким образом, слой 114 осажденных паров, который легко удаляется, будет защищен напыленным слоем 116. Соответственно, слой 114 осажденных паров не удаляется при транспортировке гильзы цилиндра, и предотвращается возникновение изменений в различии в сцепляемости во время периода от момента изготовления гильзы цилиндра до момента, когда происходит включение гильзы цилиндра в виде вставки при отливке блока цилиндров.

В третьем варианте осуществления во время подэтапа J-1 второго варианта осуществления частичный напыленный слой 112 и слой 114 осажденных паров образуются в состоянии, в котором воздух вокруг основного корпуса 102а гильзы цилиндра всасывается по направлению к нижнему участку 102b от верхнего участка 106а посредством выпускного канала (соответствующего всасывающему устройству), как показано на фиг.15. Это обеспечивает то, что пары 133с будут равномерно контактировать с нижним участком 106b. Другие этапы являются теми же, как и этапы согласно второму варианту осуществления изобретения.

Для проверки изменений в сцепляемости напыленного слоя 116, которые зависят от наличия слоя 114 осажденных паров согласно данному варианту осуществления, была подготовлена гильза Jc цилиндра, которая не имеет выступов 8. Та же технологическая операция, что и операция напыления, выполненная на нижнем участке 106b, была выполнена посредством подэтапа J-1, показанного на фиг.15, и подэтапа J-2 согласно второму варианту осуществления, показанного на фиг.12, и слой 114 осажденных паров и напыленный слой 116 были образованы на гильзе Jc цилиндра.

Была измерена прочность на разрыв (МПа) напыленного слоя 116, образованного на гильзе Jc цилиндра. Результаты измерений показаны на фиг.16 вместе с данными о гильзах Ja и Jb цилиндров согласно второму варианту осуществления. Как показано на фиг.16, для гильзы Jc цилиндра слой 114 осажденных паров образован в достаточной степени на всем нижнем участке 106b. Таким образом, в сравнении с гильзой Jb цилиндра согласно второму варианту осуществления сцепляемость дополнительно уменьшается. В блоке цилиндров, в котором гильза цилиндра согласно данному варианту осуществления включена в виде вставки при литье, гильза цилиндра и блок цилиндров будут сцеплены в достаточной степени посредством выступов 8, даже если сцепляемость резко уменьшается на нижнем участке 106b.

Третий вариант осуществления имеет преимущества, описанные ниже.

Третий вариант осуществления имеет преимущества второго варианта осуществления. Кроме того, третий вариант осуществления обеспечивает образование слоя 114 осажденных паров на нижнем участке 106b. Кроме того, толщину слоя 114 осажденных паров можно регулировать посредством регулирования всасывающей силы выпускного канала 118. Это обеспечивает высокоточную регулировку различия в сцепляемости и уровне теплопроводности.

Далее будет рассмотрено изображение контура выступов 8, полученное посредством трехмерного лазерного измерительного устройства.

Измерение контурных линий каждого выступа 8 будет описано далее со ссылкой на фиг.17. Образец для испытаний для измерения контурных линий устанавливают на испытательной плите так, чтобы нижняя поверхность 8е (наружные поверхности 6 и 106 гильз) была обращена к трехмерному лазерному измерительному устройству бесконтактного типа. Лазерный луч направляют при излучении так, чтобы он был по существу ортогонален к наружным поверхностям 6 и 106 гильз. Результат измерений извлекают посредством устройства для обработки изображений для создания изображения контура выступа 8, подобного показанному на фиг.17А.

На Фиг.17В показана взаимосвязь между наружной поверхностью 6 и 106 гильз и контурными линиями h. Контурные линии h для выступа 8 выполнены на каждом заданном расстоянии в направлении высоты (направлении стрелки Y) от наружных поверхностей 6 и 106 гильз. Расстояние в направлении стрелки Y, определенное при использовании наружных поверхностей 6 и 106 гильз в качестве базы отсчета, далее названо «высотой измерения». На изображениях контуров с фиг.17А и 17В контурные линии h показаны для интервалов 0,2 мм. Тем не менее, интервалы между контурными линиями h могут быть изменены.

Фиг.18А представляет собой изображение контура (изображение первого контура), показывающее только контурные линии h для высоты измерения, составляющей 0,4 мм или более. Площадь изображения контура (W1×W2) представляет собой единичную площадь для получения первой доли S1 площади выступов. На изображении первого контура площадь зоны R4, окруженной контурной линией h4 (площадь SR4, показанная линиями штриховки на чертеже), эквивалентна площади сечения выступа в плоскости, лежащей на высоте измерения, составляющей 0,4 мм (первой площади поперечного сечения выступа). Число зон R4 (количество N4 зон) на первом изображении контура соответствует числу выступов 8 (числу N1 выступов) на первом изображении контура.

Первую долю S1 площади выступов рассчитывают как отношение общей площади зоны R4 (SR4×N4), занимающей площадь (W1×W2) изображения контура. То есть первая доля S1 площади выступов соответствует общей первой площади поперечного сечения выступа, занимающего единичную площадь в плоскости на высоте измерения 0,4 мм. Первую долю S1 площади выступов получают из следующей формулы:

S1=(SR4×N4)/(W1×W2)×100[%]

Фиг.18В представляет собой изображение контура (изображение второго контура), показывающее только контурные линии h для высоты измерения, составляющей 0,2 мм или более. Площадь изображения контура (W1×W2) представляет собой единичную площадь для получения второй доли S2 площади выступов. На изображении второго контура площадь зоны R2, окруженной контурной линией h2 (площадь SR2, показанная линиями штриховки на чертеже), эквивалентна площади сечения выступа (второй площади поперечного сечения выступа) в плоскости, лежащей на высоте измерения, составляющей 0,2 мм. Число зон R2 (количество N2 зон) на втором изображении контура соответствует числу выступов 8 на втором изображении контура. Площадь второго изображения контура равна площади первого изображения контура. Таким образом, число выступов 8 равно числу N1 выступов.

Вторую долю S2 площади выступов рассчитывают как отношение общей площади зоны R2 (SR2×N2), занимающей площадь (W1×W2) изображения контура. То есть вторая доля S2 площади выступов соответствует общей второй площади поперечного сечения выступа, занимающего единичную площадь наружной поверхности 16 гильзы в плоскости на высоте измерения 0,2 мм. Вторую долю S2 площади выступов получают из следующей формулы:

S2=(SR2×N2)/(W1×W2)×100[%]

Первую площадь поперечного сечения выступа рассчитывают как площадь поперечного сечения выступа, выполненного вдоль плоскости на высоте измерения 0,4 мм, и вторую площадь SR2 поперечного сечения выступа рассчитывают как площадь поперечного сечения выступа, выполненного вдоль плоскости на высоте измерения 0,2 мм. Например, обработку изображений выполняют для изображения контура, первую площадь поперечного сечения выступа получают посредством вычисления площади зоны R4 на первом изображении контура (см. фиг.18А), а вторую площадь поперечного сечения выступа получают посредством вычисления площади зоны R2 на втором изображении контура (см. фиг.18В).

Число N1 выступов представляет собой число выступов 8, которые образованы на единичной площади (1 см²) наружных поверхностей 6 и 106 гильз. Например, обработку изображений выполняют для изображения контура и число N1 выступов получают путем вычисления числа зон R4 (количества N4 зон) на первом изображении контура (см. фиг.18А).

Гильзу цилиндра, имеющую первую долю площади, составляющую 10% или более, сравнивали с гильзой цилиндра, имеющей первую долю площади, составляющую менее 10%, с точки зрения степени деформирования отверстия в блоке цилиндров. В результате было установлено, что степень деформирования отверстия цилиндра для гильзы цилиндра, указанной последней, была в три раза больше, чем у отверстия цилиндра, указанного первым. Доля зазоров в процентах неожиданно увеличивается, когда гильза цилиндра имеет вторую долю S2 площади выступов, составляющую 55% или более. Доля зазоров в процентах представляет собой процент зазоров, «находящихся» в поперечном сечении на границе между гильзой цилиндра и блоком цилиндров. На основе данных результатов был сделан вывод о том, что сила сцепления и адгезия материала блока и гильзы цилиндра увеличиваются посредством применения гильзы цилиндра, имеющей первую долю S1 площади выступов, составляющую 10% или более, и вторую долю S2 площади выступов, составляющую 55% или менее, для блока цилиндров. Вторая доля S2 площади выступов становится равной 55% или менее, когда верхний предел первой доли S1 площади выступов составляет 50%. Первая доля S1 площади выступов становится равной 10% или более, когда нижний предел второй доли S2 площади выступов составляет 20%.

Далее будут описаны дополнительные варианты осуществления изобретения.

(1) На изображениях контуров, показанных на фиг.17А-18В, выступы 8 могут быть образованы так, что зона R4, окруженная контурной линией h4, будет показана для каждого выступа 8. То есть гильза цилиндра может быть выполнена так, что каждый выступ 8 будет независимым на высоте измерения 0,4 мм. В данном случае сила сцепления между блоком цилиндров и гильзой цилиндра дополнительно увеличивается. Кроме того, на высоте измерения 0,4 мм повреждение выступа 8 и уменьшение силы сцепления «сдерживаются» посредством задания площади выступа 8, составляющей от 0,2 до 3,0 мм².

(2) При технологической операции придания шероховатости согласно первому варианту осуществления придание шероховатости осуществляют только на верхнем участке 6а. Тем не менее, технологическая операция придания шероховатости, выполняемая с большой интенсивностью, может быть выполнена на верхнем участке 6а, а технологическая операция придания шероховатости, выполняемая с малой интенсивностью, может быть выполнена на нижнем участке 6b с тем, чтобы отрегулировать различие в адгезии и теплопроводности между верхним участком 6а и нижним участком 6b.

(3) Во втором и третьем вариантах осуществления слой 114 осажденных паров образован только на нижнем участке 106b. Тем не менее, слой осажденных паров, имеющий меньшую толщину, чем на нижнем участке 106b, может быть образован на верхнем участке 106а с тем, чтобы отрегулировать различие в адгезии и теплопроводности между верхним участком 106а и нижним участком 106b.

(4) В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления напыленные слои 10 и 116 образованы на наружных поверхностях 6 и 106 гильз, имеющихся на основных корпусах 2а и 102а гильз цилиндров. Тем не менее, напыленные слои 10 и 116 могут быть исключены. Более точно, в первом варианте осуществления основной корпус 2а гильзы цилиндра, только верхний участок 6а которого подвергается технологической операции придания шероховатости на этапе G, может быть использован в качестве гильзы цилиндра, которая включена в виде вставки в блок цилиндров при его отливке. Это также создает различие в уровнях теплопроводности вследствие различия в адгезии с блоком цилиндров на верхнем участке 106а и нижнем участке 106b. Кроме того, поскольку сила сцепления с блоком цилиндров является достаточно большой благодаря выступам 8, достигают тех же преимуществ, что в вышеуказанных вариантах осуществления.

(5) В первом варианте осуществления операцию придания шероховатости разделяют на два уровня в направлении оси L основного корпуса 2а гильзы цилиндра. Тем не менее, операцию придания шероховатости можно разделить на три или более этапов. Например, могут быть образованы три участка, а именно верхний участок, средний участок и нижний участок. Степень шероховатости постепенно уменьшается от верхнего участка по направлению к нижнему участку. В этом случае технологическая операция придания шероховатости вообще не должна выполняться на нижнем участке. Кроме того, во втором и третьем вариантах осуществления осаждение паров разделяют на два уровня в направлении оси L. Тем не менее, осаждение паров может быть разделено на три или более этапа. Например, могут быть образованы три участка, а именно верхний участок, средний участок и нижний участок. Толщина слоя осажденных паров постепенно уменьшается от верхнего участка к нижнему участку. В этом случае пары вообще необязательно осаждать на нижнем участке.

(6) В каждом из вышеуказанных вариантов осуществления выступы удовлетворяют всем из нижеуказанных условий (а)-(d):

(а) выступы имеют высоту от 0,5 до 1,5 мм;

(b) количество выступов на наружной поверхности составляет от 5 до 60 на см²;

(с) на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности гильзы в направлении высоты выступов посредством трехмерного лазерного измерительного устройства, доля S1 площади зоны, окруженной контурной линией на высоте 0,4 мм, составляет 10% или более; и

(d) на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности гильзы в направлении высоты выступов посредством трехмерного лазерного измерительного устройства, доля S2 площади зоны, окруженной контурной линией на высоте 0,2 мм, составляет 55% или менее.

Альтернативно, выступы могут удовлетворять всем из нижеприведенных условий (а)-(d):

(а) выступы имеют высоту от 0,5 до 1,5 мм;

(b) количество выступов на наружной поверхности гильзы составляет от 5 до 60 на см²;

(с) на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности гильзы в направлении высоты выступов посредством трехмерного лазерного измерительного устройства, доля S1 площади зоны, окруженной контурной линией на высоте 0,4 мм, составляет от 10 до 50%; и

(d) на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности гильзы в направлении высоты выступов посредством трехмерного лазерного измерительного устройства, доля S2 площади зоны, окруженной контурной линией на высоте 0,2 мм, составляет от 20 до 55%.

Кроме того, требуется, чтобы выступы удовлетворяли только одному из двух нижеуказанных условий (а) и (b):

(а) высота выступов составляет от 0,5 до 1,5 мм;

(b) количество выступов на наружной поверхности гильзы составляет от 5 до 60 на см².

В таком случае также получают большую силу сцепления между гильзой цилиндра и блоком цилиндров.

Выступы могут удовлетворять, по меньшей мере, одному из условий (а) и (b) помимо условий (с) и (d). В данном случае также получают большую силу сцепления между гильзой цилиндра и блоком цилиндров. Кроме того, при условии, что множество выступов в форме горлышка бутылки выступают от наружной поверхности, сила сцепления с блоком цилиндров является достаточной и большей, чем сила сцепления согласно предшествующему уровню техники, даже если вышеприведенные условия не удовлетворяются.

Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано во многих других конкретных вариантах без отхода от сущности или объема изобретения. Следовательно, данные примеры и варианты осуществления следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничивающие, и изобретение не должно быть ограничено деталями, приведенными здесь, при этом оно может быть модифицировано в пределах объема и эквивалентности приложенных пунктов формулы изобретения.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению гильзы блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. На наружной поверхности гильзы, заливаемой металлом непосредственно или через промежуточный слой, выполняют выступы в форме горлышка бутылки для увеличения сцепления между гильзой и блоком цилиндров. На верхнем участке наружной поверхности гильзы цилиндра выполняют шероховатость для увеличения адгезионной способности верхней части гильзы и создания различия в теплопроводности в аксиальном направлении гильз. На наружную поверхность гильзы напыляют слой металлического материала. Благодаря поддержанию температуры стенки отверстия цилиндра в соответствующем интервале температур обеспечивается сохранение круглой формы отверстия цилиндра и предотвращение снижения КПД топлива вследствие утечки выхлопных газов и механических потерь. 8 н. и 15 з.п. ф-лы, 27 ил., 1 табл.

1. Гильза цилиндра, предназначенная для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, имеющая наружную поверхность, заливаемую металлом непосредственно или через промежуточный слой, множество выступов в форме горлышка бутылки, расположенных на наружной поверхности, при этом гильза выполнена с различной адгезионной способностью ее наружной поверхности вдоль аксиального направления, а выступы выполнены, исходя из по меньшей мере одного из следующих условий:
a) высота выступов составляет от 0,5 до 1,5 мм;
b) количество выступов на наружной поверхности гильзы составляет от 5 до 60 на см².

2. Гильза цилиндра по п.1, в которой выступы выполнены таким образом, что на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности в направлении высоты выступов, доля S1 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет 10% или более, а доля S2 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,2 мм, составляет 55% или менее.

3. Гильза цилиндра по п.2, в которой выступы выполнены таким образом, что на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности в направлении высоты выступов, доля S1 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет от 10 до 50%, а доля S2 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,2 мм, составляет от 20 до 55%.

4. Гильза цилиндра по любому из пп.1-3, в которой промежуточный слой напылен на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности.

5. Гильза цилиндра по п.2 или 3, в которой выступы выполнены таким образом, что на изображении контура выступов зоны, окруженные контурной линией для высоты 0,4 мм, независимы друг от друга, а площадь зон, окруженных контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет от 0,2 до 3,0 мм².

6. Гильза цилиндра по любому из пп.1-3, в которой адгезионная способность верхней части наружной поверхности превышает адгезионную способность нижней части наружной поверхности.

7. Гильза цилиндра по п.6, в которой на верхней и нижней частях наружной поверхности выполнена шероховатость, при этом шероховатость на верхней части выполнена более грубой, чем на нижней части.

8. Гильза цилиндра, предназначенная для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, имеющая наружную поверхность, заливаемую металлом непосредственно или через промежуточный слой, множество выступов в форме горлышка бутылки, расположенных на наружной поверхности, при этом гильза выполнена с различной адгезионной способностью ее наружной поверхности вдоль аксиального направления, адгезионная способность верхней части превышает адгезионную способность нижней части, причем на верхней части гильзы выполнена шероховатость.

9. Гильза цилиндра по п.8, в которой шероховатость выполнена посредством дробеструйной или водоструйной обработки.

10. Гильза цилиндра, предназначенная для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, имеющая наружную поверхность, заливаемую металлом непосредственно или через промежуточный слой, множество выступов в форме горлышка бутылки, расположенных на наружной поверхности, при этом гильза выполнена с различной адгезионной способностью ее наружной поверхности вдоль аксиального направления, на верхнюю и нижнюю часть наружной поверхности нанесено вещество, уменьшающее адгезию между наружной поверхностью и блоком цилиндров или промежуточным слоем, при этом на нижней части наружной поверхности вещество нанесено в большем количестве, чем на верхней части и адгезионная способность нижней части меньше адгезионной способности верхней части.

11. Гильза цилиндра, предназначенная для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, имеющая наружную поверхность, заливаемую металлом непосредственно или через промежуточный слой, множество выступов в форме горлышка бутылки, расположенных на наружной поверхности, при этом гильза выполнена с различной адгезионной способностью ее наружной поверхности вдоль аксиального направления, при этом на нижнюю часть наружной поверхности нанесено вещество, уменьшающее адгезию между наружной поверхностью гильзы и блоком цилиндров или промежуточным слоем, и адгезионная способность нижней части наружной поверхности меньше адгезионной способности верхней части наружной поверхности.

12. Гильза цилиндра по п.10 или 11, в которой вещество, уменьшающее адгезию, представляет собой пары, полученные при выполнении напыления.

13. Гильза цилиндра по п.12, в которой напыленный промежуточный слой образован из паров, осажденных на наружной поверхности.

14. Литой блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, выполненный из легкого сплава и содержащий гильзу цилиндра по любому из пп.1-3, 8, 10 или 11.

15. Способ изготовления гильзы цилиндра, предназначенной для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, при котором выполняют множество выступов в форме горлышка бутылки на наружной поверхности гильзы цилиндра, выполняют шероховатость на верхней части наружной поверхности гильзы и напыляют на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности слой металлического материала.

16. Способ изготовления гильзы цилиндра, предназначенной для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, при котором выполняют множество выступов в форме горлышка бутылки на наружной поверхности гильзы цилиндра, выполняют шероховатость на верхней и нижней частях наружной поверхности гильзы цилиндра, причем шероховатость на верхней части выполняют более грубой, чем на нижней части, и напыляют на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности слой металлического материала.

17. Способ изготовления гильзы цилиндра, предназначенной для соединения с блоком цилиндров двигателя внутреннего сгорания при его отливке, при котором выполняют множество выступов в форме горлышка бутылки на наружной поверхности гильзы цилиндра, формируют слой металлического материала на верхней части наружной поверхности путем контакта расплавленных распыляемых металлических гранул с верхней частью наружной поверхности, формируют слой осажденных паров на нижней части наружной поверхности путем контакта паров, образованных на периферии расплавленных распыляемых металлических гранул, с нижней частью наружной поверхности, и напыляют на верхнюю и нижнюю части наружной поверхности слой металлического материала из расплавленных распыляемых гранул.

18. Способ по п.17, при котором при напылении металлического слоя на верхнюю часть наружной поверхности гильзы цилиндра и слоя осажденных паров на нижнюю часть наружной поверхности гильзы цилиндра посредством всасывающего устройства образуют поток, направленный от верхней части к нижней части гильзы цилиндра.

19. Способ по любому из пп.15-18, при котором выступы имеют высоту от 0,5 до 1,5 мм и количество выступов на наружной поверхности гильзы составляет от 5 до 60 на см².

20. Способ по п.19, при котором выступы выполняют таким образом, что на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности в направлении высоты выступов, доля S1 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет 10% или более, а доля S2 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,2 мм, составляет 55% или менее.

21. Способ по п.19, при котором выступы выполняют таким образом, что на изображении контура выступов, полученном посредством измерения наружной поверхности в направлении высоты выступов, доля S1 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет от 10 до 50%, а доля S2 площади зоны, окруженной контурной линией для высоты 0,2 мм, составляет от 20 до 55%.

22. Способ по п.19, при котором выступы выполняют таким образом, что на изображении контура выступов зоны, окруженные контурной линией для высоты 0,4 мм, независимы друг от друга, а площадь зон, окруженных контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет от 0,2 до 3,0 мм².

23. Способ по п.20, при котором выступы выполняют таким образом, что на изображении контура выступов зоны, окруженные контурной линией для высоты 0,4 мм, независимы друг от друга, а площадь зон, окруженных контурной линией для высоты 0,4 мм, составляет от 0,2 до 3,0 мм².