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CN102056706A - 修复内燃机的气缸盖的方法 - Google Patents

修复内燃机的气缸盖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种修复内燃机的气缸盖(10)的方法，气缸盖(10)包括气缸盖体和固定到气缸盖(10)的至少一个磨损部，该方法包括下列步骤，其中：从气缸盖(10)移除固定到该气缸盖的磨损部；加工气缸盖(10)的表面，以形成用于新的插入部(30)的腔体；将新的插入部(30)布置在腔体中；通过钎焊将插入部(30)固定到气缸盖(10)的腔体；并且加工插入部(30)，以适应新的部分所需要的尺寸。

Description

修复内燃机的气缸盖的方法
技术领域
本发明涉及修复内燃机的气缸盖的方法，该气缸盖包括气缸盖体和固定到气缸盖的至少一个磨损部，该方法包括以下步骤，其中，从气缸盖移除固定到该气缸盖的磨损部；加工气缸盖的表面，以形成用于新的插入部的腔体；以及将所述新的插入部布置在所述腔体中。
背景技术
内燃机在严格条件下特别是受燃烧室影响的条件下操作。所述结构磨损的重要因素是由燃烧产生的热。磨损的其它原因是机械应力和摩擦。入口阀和出口阀布置到发动机的气缸盖，以便于气缸的气体交换。所述阀布置成与阀座协作。阀与活塞的位置同步地连续开闭。在关闭位置下，阀盘与阀座相连接，以在它们之间形成气密密封。
内燃机中的阀座是这样的表面，即在阀关闭时，在发动机的部分操作周期期间供进气阀或出气阀抵靠的表面。阀座是发动机的关键部件，因为如果其在制造期间被不适当地定位、取向或形成，则将发生阀泄漏，阀泄漏会不利地影响发动机压缩比，并因此影响发动机效率、性能和发动机的寿命。
阀座通常通过将大体筒状件压配合到气缸盖的浇铸凹陷中而形成，然后加工阀座表面以将阀座形成将与对应阀的配合表面匹配的形状。
最终，阀座将被磨坏并且需要更换。然而，存在壁材料已被穿孔成最小容许极限的限制。
在气缸盖的正常维护期间，通常需要将阀座套重新开孔以接受较大尺寸的座。这是由于在移除旧阀座时，孔可能被刮伤并且可能使它们的配合精度下降。然而，该过开孔过程仅可被持续少量次数，因为铸件壁的厚度不能过度降低而无任何风险。
一旦阀座套已达到最大的过大尺寸，则在现有技术中，替换物将刮伤气缸罩，或者企图通过一些焊接方法修复。然而，由于在铸铁结构中存在高比例的自由碳，因此特别是铸铁是难以通过焊接修理的材料。铸铁的另一个问题是趋于吸收油和其它杂质。焊接可造成具有残余应力的容易产生裂纹的热影响区，热影响区可能在随后维护时易于失效。
除了焊接之外，钎焊也是已知的结合工艺，借此非铁填料金属或合金被加热至425℃(800°F)以上的熔化温度，并且通过毛细管现象分布于两个以上的紧密配合部之间。在其液态温度下，熔融填料金属和助焊剂与基底金属的薄层相互作用，因颗粒结构相互作用而冷却形成特别坚固的密封接合，助焊剂是一种通过化学清洁待被接合的金属而便于钎焊的物质。
JP2001182611描述了一种轻质合金气缸盖和制造该气缸盖的方法，其中，围绕气缸盖的下表面上的进气口/排气口的外周部借助摩擦热通过钎焊增强构件而得以增强，从而防止过程中气缸盖变形。
公报US 3,594,406示出了一种重新构造磨损的气缸盖的方法，其中，气缸盖的整个下部被更换。这需要旧部分和新部分的精确对准，从而使得该方法实施复杂。
US 3,830,209公开了一种气缸盖和重构造该气缸盖的方法。在该公报中，建议通过在形成于磨损的气缸盖的下部的凹部中提供插入件进行重新构造。这样，可更换气缸盖的受到燃烧的苛刻环境的表面。
JP08100701示出了一种制造具有不同材料的阀座的轻质合金气缸盖的方法。在该方法中，阀座通过钎焊附接到气缸盖，从而气缸盖设置有供在其中布置阀座的通路，以进行钎焊。在钎焊之后，通路的内壁被加工去除。该方法仅适用于制造新的气缸盖，而不用于修理磨损的气缸盖。
本发明的目的是提供一种修复内燃机的气缸盖的方法，该方法形成高质量的气缸盖。
发明内容
如权利要求1中所公开的那样基本满足本发明的目的。
根据本发明的优选实施方式，一种用于修复内燃机的气缸盖(所述气缸盖包括气缸盖体和固定到所述气缸盖的至少一个磨损部，所述气缸盖包括气缸盖体和至少一个阀座)的方法包括下列步骤，其中：
(a)从所述气缸盖移除固定到该气缸盖的所述磨损阀座；并且
(b)加工所述气缸盖的表面，以形成用于新的插入部的腔体；并且
(c)将所述新的插入部布置在所述腔体中。
本发明的特征在于：
(d)通过钎焊将所述插入部固定到所述气缸盖的所述腔体，并且
(e)加工所述插入部，以适应新的阀座所需要的尺寸。
根据本发明的另一个实施方式，所述方法用于修复所述气缸盖的阀座，其中，所述磨损部是所述阀座，并且在所述步骤(e)中，加工所述插入部，以适应所述阀座所需要的尺寸。
在所述步骤(d)中，在仅存在惰性气体时进行钎焊，该惰性气体优选为氩气，因此防止钎焊接合部的氧化。根据另一个实施方式，在所述步骤(d)中的钎焊是在真空条件下进行。
在650℃至720℃的温度下进行钎焊，并且在该温度下的钎焊时间为100至150分钟。
将所述新的插入部布置在所述腔体中，使得所述插入部的一部分从所述腔体伸出。这确保插入件足够大以被加工至其最终尺寸。这还使得可以在钎焊之前，绕从所述腔体伸出的部分盘绕焊丝。
以0.05mm至0.3mm的间隙，优选以0.1mm至0.2mm的间隙固定所述插入部。这具有在表面之间形成高质量接合部的效果。
根据优选实施方式，在该方法中，在执行所述步骤(b)至步骤(f)之前，所述气缸盖经受热处理。在500℃至600℃的温度下进行热处理。所述热处理的时间为至少4小时。在所述热处理之后，所述气缸盖以慢于100℃/h的速度冷却下来。该步骤去除了会不利地会影响钎焊加工的碳氢化合物残余。
其它权利要求示出了本发明的不同实施方式的更多细节。本发明提供一种方法，通过该方法，修复内燃机的气缸盖提供了翘曲和变形最小的坚固结构。
附图说明
在下面，参照所附的示意图描述本发明，在附图中：
图1示出在根据本发明的方法的阶段内燃机的气缸盖；
图2示出在根据本发明的方法的另一个阶段内燃机的气缸盖；以及
图3示出根据本发明的间隙对接合强度的影响。
具体实施方式
在图1中，示出了内燃机的具有待被更换的磨损阀座20的气缸盖10的切开图。已插入有阀座的腔体25达到不能在不危及气缸盖10的刚度的情况下再增大的尺寸。实际上，腔体是气缸盖中的入口通道/出口通道的延伸。由此，从气缸盖移除磨损的座座。之后，加工通道的表面和/或面向阀座的表面，以形成用于新的插入件30的腔体25.1(图2)。形成的腔体是从气缸盖的表面延伸到入口通道/出口通道中的圆柱孔，使得其纵向中心轴线与阀轴的纵向中心轴线联合。该加工被有利地执行，而不使用任何一种切削液。
新的插入件30是厚壁轴衬，该厚壁轴衬在该阶段从腔体25伸出。在实践中，最小套筒的厚度大约为6mm。换言之，轴衬30的长度比腔体的深度长。优选地，轴衬(即插入件30)的直径和腔体25的直径被设置成使它们之间的间隙为0.05mm至0.3mm，优选地为0.1mm至0.2mm。该间隙对钎焊接合的强度有影响，这将针对图3进行说明。
在将插入部布置在腔体中之前，接合表面被涂覆助焊剂，助焊剂通过化学清洁待被接合的表面来便于钎焊。优选地，轴衬制成为合金钢轴衬，并且照常装配到腔体中。图2中示出了该阶段，在该图2中，气缸盖已位于熔炉46中。钎焊剂35(优选为焊丝)绕从腔体25伸出的轴衬部30’盘绕(40)。这确保钎焊剂被均匀地分布于轴衬的整个圆周上。为了确定钎焊剂散布在轴衬30的外表面与腔体的内表面之间的间隙中，腔体的外边缘设置有倒角45，该倒角至少具有所使用的钎焊剂的横截面尺寸，诸如焊丝的直径。
在其中标准大气已被完全去除并代之以有效真空或诸如氩气的惰性气体环境的特定熔炉46中，进行钎焊。这防止钎焊剂的任何氧化。进行钎焊使得气缸盖位于填充有惰性气体的熔炉中并且气缸盖被充分慢且均匀地加热到650℃至750℃，优选为700℃至720℃的钎焊温度。加热时长大约为2小时，例如为100至150分钟，在这期间，插入件被钎焊到合适位置。之后，熔炉慢慢地冷却，并且清洁气缸盖而去除助焊剂残余。
熔炉45设置有控制装置，该控制装置包括与控制单元60连接的温度探头50。设置控制单元用于基于炉中测得的温度和温度设定值而控制熔炉的加热器55的加热功率。该熔炉还设置有用于惰性气体65的入口，以补充用尽的气体。
接着，加工插入件(即轴衬)而满足阀座的尺寸。由此被钎焊到合适位置的阀座拥有高强度，并且在正常寿命期间绝不会露出。
本发明附加地解决了某些气缸盖中经受的腐蚀和气蚀问题，因为合金钢轴衬比原有的铸铁更抗冲击。
轴衬在高强度下被结合到气缸盖中。其不发生破裂，并且实际上与铸铁一起结合使得阀座套与水套之间的裂纹蔓延的可能性有效地最小化。图3中可见接合的强度。最小间隙必须使得不妨碍钎焊剂的穿透，并且如从图3可以看出，抗张强度的最大值大约为0.4mm，该最大值取决于所使用的材料和环境。间隙的适当范围为0.05mm至0.3mm。然而，通过将间隙布置在0.1mm至0.2mm之间而获得更好的结果。
特别是对于铸铁气缸盖，有利地进行预加热、“烘焙”、对于新的插入部的气缸盖在先加工的其它步骤。具体地，在发动机操作期间铸铁趋于吸收杂质和碳氢化合物。预加热步骤释放结合或渗入气缸盖材料中的诸如碳氢化合物的杂质。任何杂质均损害通过钎焊进行的接合，因此预加热是有利的。
在预加热期间，气缸盖被放置在温度受控的炉中，并且被加热到500℃至600℃，优选被加热到550℃至570℃，并且保持在该温度下大约4小时。之后，气缸盖在熔炉中慢慢地被冷却，优选地不快于100℃/小时。该步骤是为了移除会不利地影响钎焊加工的碳氢化合物残余。
尽管本文已针对目前被认为是最优选的实施方式通过实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于已公开的实施方式，而是如所附的权利要求中所限定的，旨在覆盖其特征的结合和修改以及包括在本发明的范围内的若干其它应用。以上结合任何实施方式所提及的细节在技术上可行时可用于其它实施方式中。

Claims (15)

1.一种修复内燃机的气缸盖的方法，所述气缸盖包括气缸盖体和固定到所述气缸盖的至少一个磨损部，该方法包括下列步骤，其中：
(a)从所述气缸盖移除固定到该气缸盖的所述磨损部；并且
(b)加工所述气缸盖的表面，以形成用于新的插入部的腔体；并且
(c)将所述新的插入部布置在所述腔体中；
所述方法的特征在于：
(d)通过钎焊将所述插入部固定到所述气缸盖的所述腔体，并且
(e)加工所述插入部，以适应新部分所需要的尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于修复所述气缸盖的阀座，其中，所述磨损部是所述阀座，并且在所述步骤(e)中，加工所述插入部，以适应所述阀座所需要的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，在仅存在惰性气体时进行所述钎焊。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，在仅存在氩气时进行所述钎焊。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，在650℃至720℃的温度下进行所述钎焊。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，将所述新的插入部布置在所述腔体中，使得所述插入部的一部分从所述腔体伸出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，在所述钎焊之前，用焊丝盘绕从所述腔体伸出的所述部分。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，在不使用切削液的情况下加工所述表面。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，以0.05mm至0.3mm的间隙固定所述插入部。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，以0.1mm至0.2mm的间隙固定所述插入部。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，在所述温度下的钎焊时间为100至150分钟。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤(b)至步骤(f)之前，对所述气缸盖进行热处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在500℃至600℃的温度下进行所述热处理。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述热处理的时间为至少4小时。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述热处理之后，所述气缸盖以慢于100℃/h的速度冷却下来。
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