一种柴油机气缸套
技术领域
本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种柴油机气缸套。
背景技术
在环保和节能减排的大背景下，对商用车节能减排的要求提高，降低商用车发动机油耗已经成为法规要求，而降低发动机油耗的主要技术措施之一是降低摩擦功耗。降低摩擦功耗的主要技术措施之一为采用低粘度机油降低主运动部件摩擦副间的摩擦损失。国内外主流的重型商用车发动机制造商全部采用或正在开发低粘度润滑油技术以降低发动机的摩擦损失。采用低粘度机油最主要的问题是零部件表面润滑油膜变薄，在高油温的条件下局部油膜缺失，特别是在混合摩擦条件下，导致零部件磨损加剧。活塞环-气缸套是发动机最主要的摩擦副部件，在发动机冲程范围内，活塞环在气缸套中做高速的往复运动，在上死点区域活塞环的运动速度为零，该区域在发动机爆发行程中受高温燃气辐射影响温度超过160℃，达到机油蒸发与结焦温度，不易形成油膜，发动机气缸套在此区域磨损最大。在采用低粘度机油的条件下，磨损进一步加剧，使气缸套的寿命大大降低，进而造成拉缸烧机油等可靠耐久问题。现有普通平台网纹气缸套在上死点区域没有任何特殊处理，网纹的储油品能力有限，在高温燃气炙烤的条件下润滑油蒸发，特别在采用低粘度油的条件下，这一区域润滑条件进一步恶化，活塞环磨损加剧，无法适应低粘度油要求。
国内外为解决低粘度机油条件下的气缸套在活塞环上死点区域内的过度磨损的问题，通常有三种解决方案：第一种解决方案是加强气缸套上死点区域部位的冷却，降低该区域的温度避免机油在高温区域内过度蒸发造成气缸套储油不足，进而减少发动机活塞环与气缸套过度磨损。这种方案需要在气缸套与缸体定位凸缘下部位置进行加工，加工不同的形状以加大冷却通道引导水流，参考文献[1](公开号CN 102317607A)公开了一种大流量气缸套冷却通道，在气缸套上凸缘附近外侧采用加工的方式形成外部冷却油道，加大外圈冷却油道面积，利用特殊形状引导水流冷却方向，加强气缸套外侧的冷却，降低气缸套内侧靠近燃烧室处的温度，从而达到降低磨损、加强冷却，提高发动机寿命的目的；但是在车用柴油发动机中，由于受布置空间的限制，加大冷却油道会大大削弱气缸套的强度，对于爆发压力超过200bar的车用发动机不适用，只能适用于缸心距较大的工业用发动机。
第二种解决方案是对气缸套内表面进行整体喷涂耐磨涂层，参考文献[2](公开号CN 107130204 A)公开了一种耐磨涂层气缸套及制备工艺，在气缸内壁的整个工作表面制备厚度为0.2-0.4mm的碳化钨耐磨涂层，所述的制备工艺需要对气缸套进行整体喷涂并预留比较大的加工余量，甚至可能造成气缸有效壁厚的降低或空间尺寸加大；同时由于气缸套内表面喷涂的面积大、深度高，对工艺设备的要求高、工艺成本高，涂层均匀度不易控制；镍基碳化钨成分复杂硬度较高，对活塞环磨损不利，并且珩磨加工和机械加工的困难造成全区域珩磨工艺成本高。
第三种解决方案是在气缸套的工作表面引入润滑油，使其表面润滑油分布更加均匀充分，从而达到降低磨损的目的，参考文献[3](公开号CN 208347943 U)公开了一种带润滑油孔的密封气缸套，在气缸套体的上端面外壁上形成有支承肩和上腰带，同时在支承肩和上腰带之间形成有封水环槽，并且在气缸套体的侧壁内部开有沿气缸套体侧壁延伸布置的进油通道，该进油通道分别设有与气缸套体外表面连通的进油孔和与气缸套体内表面连通的出油孔，使润滑油的分布更均匀，润滑效果更稳定。参考文献[3]的技术方案是将机油通过润滑油道引入到气缸套工作表面加强气缸套工作表面的润滑油分布，加强润滑达到降低气缸套磨损的目的；但是这种解决方案结构复杂需要在气缸套壁厚的范围内加工油道，加工成本高，油道的直径受空间限制通常在5mm以下加工工艺困难很大实现大批量生产。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种柴油机气缸套，适用于低粘度机油的重型车柴油机，以解决现有的气缸套加工复杂、成本高的问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型仅在气缸套的上死点区域具有涂层。
可选地，在涂层区域内，气缸套内表面预加工涂层厚度和高度的深度区域。
可选地，所述涂层距气缸套顶面10-15毫米，涂层宽度20-30毫米，厚度为0.3-0.4毫米。
作为优选，所述涂层距气缸套顶面10毫米，涂层高度20毫米，厚度为0.3毫米。
作为优选，所述涂层距气缸套顶面15毫米，涂层高度30毫米，厚度为0.4毫米。
作为优选，所述涂层距气缸套顶面10毫米，涂层高度25毫米，厚度为0.3毫米。
可选地，所述的涂层表面与气缸套内表面齐平。
可选地，所述涂层为钼涂层或钼合金涂层，空隙率为1.5-2％，涂层维氏硬度400-600HV0.1。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型对气缸套工作表面进行分区域处理，仅在上死点区域制备涂层，避免了全区域内表面涂层均匀度控制困难的问题，降低了拉缸风险。
2、本实用新型提供的气缸套，由于只对磨损较大的上死点区域进行喷涂处理，降低了产品的废品率与喷涂成本，在孔隙率和耐磨性能较全涂层方案大幅降低的同时，气缸套的使用寿命、磨损量均无明显降低。
3、在珩磨方面，由于本实用新型选择的钼涂层和钼合金涂层的机械加工性能优异，无需采用单独珩磨工艺，仍采用平台珩磨工艺方式，同现有技术中的碳化钨涂层喷涂的气缸套相比，加工成本和复杂度也大幅度降低。
4、本实用新型对涂层区域的位置选取和涂层面积的设计，充分考虑了磨损量、成本和使用寿命。上死点区域是影响磨损量和使用寿命的重点区域；涂层面积太大会加大活塞环的磨损，太小会达不到满意的润滑效果，影响使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型中所述柴油机气缸套上预加工深度区域的位置示意图。
图2是本实用新型中所述柴油机气缸套上涂层区域的位置示意图。
图中：
1.气缸套；2.深度区域；3.钼涂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型提供一种柴油机气缸套，适用于低粘度机油的重型车用柴油机。根据活塞环的运行工况，气缸套可以分为三个区域，分别为火力岸区域、上死点区域和液力润滑区域，所述的上死点区域是气缸套磨损最严重的区域，达到气缸套的最大磨损量，而在其他区域的磨损量仅为所述最大磨损量的10～15％。因此减少上死点区域的磨损量是降低气缸套整体磨损的重要工作。
本实用新型为了降低气缸套的最大磨损量，在所述的上死点区域进行了局部涂层处理，采用高速火焰喷涂、高速等离子喷涂或电弧喷涂工艺在上死点区域制备钼涂层或钼合金涂层。所述涂层距离气缸套顶面10～15mm，涂层高度20～30mm，厚度0.3～0.4mm。由于在气缸套的内表面需要制备涂层的位置预加工一个深度区域，因此所制备的涂层与气缸套内表面齐平，涂层机械加工性能优异，因此无需采用单独珩磨工艺，仍采用平台珩磨工艺方式。
下面给出本实用新型的柴油机气缸套的几个实施例。
实施例1：
如图1，在需要制备钼涂层3的气缸套1的内表面，预加工一个深度区域2。所述的深度区域2上端距离气缸套1顶面10毫米，深度0.3毫米，宽度20毫米。
然后在所述的预加工的深度区域2内进行高速火焰喷钼处理，制备钼涂层3；如图2所示，所述的钼涂层3填满所述的预加工的深度区域2。
喷涂结束后，对气缸套1内表面进行珩磨加工，得到成品气缸套。所述成品气缸套内，距离气缸套1顶面10毫米处具有钼涂层3，钼涂层3深度0.3毫米，宽度20毫米。
对所制备的钼涂层3进行测试，结果显示，所述钼涂层3空隙率为2％，涂层维氏硬度400-500HV0.1。相对于参考文献[2](公开号CN 107130204 A)公开的厚度为0.2-0.4mm的全内表面碳化钨耐磨涂层，在同样的实验条件下，本实用新型提供的具有局部钼涂层的气缸套的使用寿命无明显降低，可以适应混合润滑的恶劣条件，大大的降低了活塞环和气缸套的磨损量，使活塞环在低粘度油的运行条件下的使用寿命得到很大的提升。本实用新型中钼涂层耐磨性和储油性能相对于对比文献[2]都有所下降，但是不影响气缸套的使用寿命，而且钼涂层的机械加工性能优异，因此无需采用单独珩磨工艺，仍采用平台珩磨工艺方式，降低了珩磨复杂度。由于本实用新型只需要对气缸套内局部区域进行涂层处理，因此涂层成本大大降低；对于气缸套而言，不需要预先加工涂层制备的内径余量，只需要在气缸套局部加工一个与涂层等厚的深度区域，因此对气缸套的加工要求降低，更容易实现标准化。
实施例2：
如图1，在需要制备钼合金涂层3的气缸套1的内表面，预加工一个深度区域2。所述的深度区域2上端距离气缸套1顶面15毫米，深度0.4毫米，宽度30毫米。
然后在所述的预加工的深度区域2内进行高速等离子喷涂处理，制备钼合金涂层；所述的钼合金涂层填满所述的预加工的深度区域2。所述的钼合金涂层选择MoCrN或MoCrC合金。
喷涂结束后，对气缸套1内表面进行珩磨加工，得到成品气缸套。所述成品气缸套内，距离气缸套1顶面15毫米处具有钼合金涂层，钼合金涂层深度0.4毫米，宽度30毫米。
对所制备的钼合金涂层进行测试，结果显示，所述钼合金涂层空隙率为1.5％，涂层维氏硬度550-600HV0.1。相对于参考文献[2]，在同样的实验条件下，本实用新型提供的具有局部钼合金涂层的气缸套的使用寿命无明显降低，可以适应混合润滑的恶劣条件，大大的降低了活塞环和气缸套的磨损量，使活塞环在低粘度油的运行条件下的使用寿命得到很大的提升。本实用新型中钼合金涂层的机械加工性能优异，因此降低了珩磨复杂度，减少了对活塞环的磨损量。由于本实用新型只需要对气缸套内局部区域进行涂层处理，因此涂层成本大大降低；对于气缸套而言，不需要预先加工涂层制备的内径余量，只需要在气缸套局部加工一个与涂层等厚的深度区域，因此对气缸套的加工要求降低，更容易实现标准化。
实施例3：
如图1，在需要制备钼涂层的气缸套1的内表面，预加工一个深度区域2。所述的深度区域2上端距离气缸套1顶面10毫米，深度0.3毫米，宽度25毫米。
然后在所述的预加工的深度区域2内进行高速火焰喷钼处理，制备钼涂层；所述的钼涂层填满所述的预加工的深度区域2。
喷涂结束后，对气缸套1内表面进行珩磨加工，得到成品气缸套。所述成品气缸套内，距离气缸套1顶面10毫米处具有钼涂层，钼涂层深度0.3毫米，宽度25毫米。
对所制备的钼涂层进行测试，结果显示，所述钼涂层空隙率为2％，涂层维氏硬度400-550HV0.1。相对于参考文献[2](公开号CN 107130204 A)公开的厚度为0.2-0.4mm的全内表面碳化钨耐磨涂层，在同样的实验条件下，本实用新型提供的具有局部钼涂层的气缸套的使用寿命无明显降低，可以适应混合润滑的恶劣条件，大大的降低了活塞环和气缸套的磨损量，使活塞环在低粘度油的运行条件下的使用寿命得到很大的提升。本实用新型中钼涂层耐磨性和储油性能相对于对比文献[2]都有所下降，但是不影响气缸套的使用寿命，而且钼涂层的机械加工性能优异，因此无需采用单独珩磨工艺，仍采用平台珩磨工艺方式，降低了珩磨复杂度。由于本实用新型只需要对气缸套内局部区域进行涂层处理，因此涂层成本大大降低；对于气缸套而言，不需要整体的加工余量设计，只需要在气缸套既有厚度上加工一个与涂层等厚的深度区域，因此对气缸套的加工要求降低，更容易实现标准化；对气缸套整体性能不产生影响。
本实用新型在活塞环上死点区域形成20-30毫米宽的涂层耐磨带，气缸套的均大大高于气缸套基体+平台网纹结构，动机B10寿命有所提高；尽管略低于对比文献[2]的耐磨性和储油性，但是并没有气缸套使用寿命损失，也没有磨损量增加，保证性能不下降的同时，本实用新型还具有低成本、提升活塞环寿命、降低珩磨复杂度的优势，降低了对气缸套的原始加工要求，降低了拉缸风险。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
