本发明专利技术涉及一种具有至少一个汽缸的往复活塞式内燃机、特别是大型柴油机，其中，各汽缸具有汽缸套和设置于其中往复运动的活塞。所述活塞在其套表面上具有至少一个活塞环。汽缸套的材料和可在汽缸套的滑动表面上移动的活塞的活塞环的材料在耐磨性方面彼此理想地匹配，其中，活塞环至少在面向汽缸套的滑动表面的表面上具有由铬陶瓷制得的涂层，并且汽缸套含有比例为0.01％～1.99％的均一分布的硬质相。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及如独立权利要求1的特征部分前所述的往复活塞式内燃机。本专利技术涉及汽缸套和活塞环，特别是低速大型柴油机的相互匹配的汽缸套和活塞环。
技术介绍
大型柴油机通常被用作船舶的驱动单元或者用在定点作业中，例如驱动用于产生电能的大型发电机。在该方面，发动机通常以连续作业的方式运行相当长的时间，因而对作业可靠性和可用性存在很高的要求。基于这一原因，长期维护周期、有限的磨损和燃料及运行材料的经济利用成为操作者操作机器的关键标准。在其他因素中，所述大型单调的低速柴油机的活塞性能是维护周期的长度、发动机的可用性的决定因素，并且因润滑剂的消耗， 也是运行成本的直接决定因素，因而是成本效益的决定因素。在往复活塞式内燃机中，特别是在大型柴油机中，汽缸套和活塞在运行状态下承受非常高的机械和热负载。此外，汽缸套和活塞环，更精确地说是汽缸套的滑动表面 (running surface)和活塞的活塞环，会在内燃机运行过程中磨损。摩擦造成的磨损的迹象可以导致损坏，从而导致复杂且昂贵的维修。关于这一点，特别是由此导致的往复活塞式内燃机的停机时间在商业方面是非常不利的。关于滑动表面和活塞的润滑，为改善往复活塞式内燃机的耐磨性正在付出大量的努力。改善往复活塞式内燃机的耐磨性的另一途径是优化汽缸套的材料性质。汽缸套的材料必须具有高稳定性，以能够承受燃烧过程中的高热张力和机械张力。所述材料还必须也具有充分的变形性和延伸性，以至少部分地降低机械应力峰。为保持材料的低磨损，汽缸套必须也具有高耐磨性。通常，汽缸套通过铸造工序而制造。关于这一点，铸造材料优选富含硬质材料，或者铸造工序和冷却工序以本身已知的方式受到影响从而达到下述程度在汽缸套毛坯的铸造和/或在汽缸套毛坯的冷却中，铸造基材中可以形成或析出或多或少的广阔区域，所述区域由例如可以包含本身已知的碳化物的硬质相或本身已知的其他硬质相制得。术语“汽缸套毛坯”应当被理解为未加工的铸造体，其在后续加工工序之后，例如成为可运行的汽缸套。硬质相以某种程度不规则分布地包埋于铸铁基材中，从而获得软铸造材料和硬质相的组合。在这方面，铸造基材确保了例如汽缸套的一定机械弹性和持续稳定性，因而这可以抵抗内燃机运行状态中温度负载和压力负载的巨大变化。相较而言，硬质相为汽缸壁和/或汽缸的滑动表面提供了一定的耐受性，特别是对通过活塞环与汽缸滑动表面之间的摩擦而产生的过度磨损的耐受性。往复活塞式内燃机的汽缸套，特别是大型柴油机的汽缸套，通常由其中可能包埋有硬质相的铸铁或其他铁材料构成。铸铁是具有高碳含量(C > 2. 06重量％ )的铁碳合金， 并且还具有如硅、锰、磷或硫等成分。关于铸铁，要区分灰口铸铁与白口铸铁。在灰口铸铁中，碳作为石墨存在，而在白口铸铁中，碳以渗碳体的形式存在。渗碳体是铁和碳的化合物，其组成为!^e3C (碳化铁)。碳化铁作为亚稳相出现在白口铸铁和钢中。在冷却非常缓慢或退火时间非常漫长的情况下，渗碳体可以分解为铁和石m蛮O渗碳体可以作为一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体存在，所述一次渗碳体源于利用结晶作用的熔体，所述二次渗碳体通过奥氏体的析出而形成，所述三次渗碳体通过柔软且易于腐蚀的铁素体(体心立方晶格的铁)的析出而获得。在这方面，由铁制得的面心立方混合晶体被定义为奥氏体。在亚稳态固化中，铸铁含有由渗碳体和奥氏体制得的共晶体，即所谓的莱氏体。二次渗碳体聚集在首先析出的渗碳体上，其在进一步冷却时由后者析出。发生完全奥氏体转化之后，上述莱氏体包含渗碳体和珠光体的微细混合物。在铸铁熔体冷却时，形成粗针状的过多的一次渗碳体(FeC3)。在熔体冷却时，过多的二次渗碳体开始作为晶界或分层渗碳体而在奥氏体或后来的珠光体周围析出。铸铁可以作为具有薄片状石墨的铸铁存在，其中，石墨具有薄而不规则地形成的薄片形状。具有薄片状石墨的铸铁具有较低的拉伸强度和非常低的弹性。铸铁的耐腐蚀性可以通过硅、铬、镍或铝的合金化来提高。铸铁也可以作为具有球状石墨的球墨铸铁、退火铸铁或作为具有蠕虫状石墨的铸铁存在。在后者中，石墨既不以薄片状形式存在，也不以球状形式存在，也不作为蠕虫状(蠕虫形式)存在。蠕虫状石墨铸铁的机械性质介于具有薄片状石墨的铸铁与具有球状石墨的铸铁之间。例如，EP-A-O 525 540描述了一种由具有球状石墨的珠光体铸铁制得的内燃机用汽缸套，与由具有薄片状结构的铸铁制得的汽缸套相比，所述汽缸套具有较高的拉伸强度和较优的延伸性。关于这一点，将硼、磷和钒(根据需要)添加物添加至具有球状石墨的铸铁的基体合金中，由此使铸铁网状结构除包含球状石墨之外也具有以网状分布的非常硬质的渗碳体部分和/或斯氏体部分。EP-A-0-872 567描述了一种往复活塞式内燃机的汽缸套所用的具有蠕虫状石墨的铸铁合金，与具有球状石墨的铸铁相比，所述铸铁合金具有高稳定性和延伸性，以及改善的导热性。具有蠕虫状石墨的铸铁合金，即具有蠕虫状形式的石墨包含物的铸铁合金还具有硬质相，所述硬质相为渗碳体/斯氏体比例在空间上严格受限的形式，其均勻地分布在网状铸铁结构中，并占据2 % 20 %、特别是4% 10 %的体积比。合金的性质通过各结构组分的性质提供。基于此原因，除粒度之外，结构组分的相对量比对于合金的评估也很重要。已经开发了不同的程序，以在金相切片检测的帮助下，评估结构组分的量的比例。 关于这一点需要考虑到，在切片检测中，被认为与体积比成正比的表面积比变得很明显，而且不是质量比。如果需要，可以进行体积百分比向质量百分比的转换。在简单的情形下，定量分析通过主观猜测来进行。在约900°C的缓慢冷却之后，C 含量为0%和0. 8%的所有铁-碳合金都含有量的比例变化的结构组分铁素体和珠光体。 纯铁包含100%的铁素体，而具有0.8% C的钢则包含100%的珠光体。因此，在各自具有 0. C时，珠光体表面积比例增加0. 1/0.8X100%= 12.5%。实践中，可以以此方式，在金相切片检测的帮助下评估缓慢冷却的钢的碳含量。当需要更加精确时，则必须测量各结构组分。这可以借助求积仪(即用于确定表面积比的机械工具)来进行。在称重过程中，测量人员从影印件上切下各结构组分，并在分析天平上称量各图像组分的重量。假定纸张品质均一，则纸的重量与相关结构组分基本一致。例如，在线性截断法中，可以绘制10 20条截断直线，并以毫米为单位度量位于各结构组分处的长度，也即由此估计各结构组分的线性比例。各结构组分的体积与线性部分基本一致。通过对所有直线的平均化来计算体积比。所谓整合部分(integration stitches)也可以用于复杂组合结构的精确测量，其中关于这一点其必须是交叉表(cross-table)。除此之外，测量方法与线性截断法一致。在大型柴油机的汽缸套的灰口铸铁中，硬质相比例的确定优选通过枚举法进行。 关于这一点，对于汽缸套的滑动表面测量硬质相比例，优选在活塞环的上止点上方，即通常在活塞套上端以下60mm IOOmm进行。有利的是，使用碳化硅砂纸打磨20mmX30mm的区域，以制造硬质相印迹。在后续蚀刻工序之前，使用例如乙醇清洁表面，然后干燥。之后，使用3% 5%的硝酸和乙醇或水的混合物来蚀刻表面3分钟 5分钟。以此方式使结构条件变得很清晰，用于确定本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有至少一个汽缸的往复活塞式内燃机，其中，各汽缸具有汽缸套和设置于其中用于往复运动的活塞，其中，所述活塞在其套表面具有至少一个活塞环，所述往复活塞式内燃机的特征在于，所述汽缸套的材料和能够在所述汽缸套的滑动表面上移动的所述活塞的活塞环的材料在耐磨性方面彼此理想地匹配，其中，所述活塞环至少在面向所述汽缸套的所述滑动表面的表面上具有由铬陶瓷制得的涂层，并且所述汽缸套含有比例为０．０１％～１．９９％的硬质相。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：康拉德·莱斯，约尔格·穆勒，马蒂亚斯·贝尔切托德，
申请(专利权)人：瓦锡兰瑞士公司，
类型：发明
国别省市：CH
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