一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体

1.本发明涉及发动机壳体制造技术领域，特别是涉及一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体。


背景技术：

2.发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器。为了有效地减轻整车重量，目前正在逐渐采用铝合金取代灰铸铁进行发动机壳体的铸造。
3.全铝发动机虽然能极大减轻发动机壳体的重量，能够提高汽车的行驶性能，但由于铝材料硬度、抗拉强度、耐磨性等关键核心技术仍然达不到相关技术要求，如何在确保强度的前提下对发动机壳体进行减重，成为困扰发展全铝发动机的难点，因此亟需一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体来解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，包括机体，所述机体包括气缸套壁和壳体侧壁，所述气缸套壁通过若干连接筋与所述壳体侧壁固接；所述壳体侧壁包括壳体外壁和壳体内壁，所述壳体外壁和所述壳体内壁为一体成型结构，所述壳体外壁和所述壳体内壁之间设有间隙，所述间隙内填充有高强轻质填充体。
7.优选的，所述高强轻质填充体为泡沫铝。
8.优选的，质量份数计，所述泡沫铝成分包括50～60份铝合金、1～20份锻造合金、5～8份碳化硅粉末、5～12份氧化铝颗粒、5份氮气、5份氩气、10份莫来石颗粒、5份碳酸钙粉末。
9.优选的，所述氮气和所述氩气的吹入压力不小于0.3mpa。
10.优选的，所述泡沫铝的气泡孔的孔径为10～25mm。
11.优选的，所述壳体外壁的内侧和所述壳体内壁的外侧上随机分布有若干麻点，所述麻点分别与所述壳体外壁和所述壳体内壁为一体成型结构。
12.优选的，所述麻点高度为1mm
±
0.5mm。
13.优选的，质量分数计，所述壳体外壁和所述壳体内壁的成分为：c2％～5％、s0.05％～0.10％、si2.0％～3.0％、p≤0.7％、mn0.5％～0.9％、cr0.4％～0.8％、cu0.1％～0.3％，余量为铁。
14.本发明具有如下技术效果：使用时，将气缸套壁通过若干连接筋与壳体侧壁固接，通过将壳体侧壁分为一体成型的壳体外壁和壳体内壁，壳体外壁和壳体内壁之间设有间隙，壳体外壁和壳体内壁的边部浇铸在一起，壳体外壁和壳体内壁为铸铁材质，以提高机体表面强度，在壳体外壁和壳体内壁之间填充有高强轻质填充体，在保证整体强度的同时，用于替代质量较大的实心铸铁，仅将铸铁层设置在机体的内外表面，进而大大减少机体的质
量，提高整体强度。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
16.图1为本发明结构示意图；
17.图2为本发明机体剖面结构示意图；
18.图3为本发明图2中a处局部放大图；
19.其中，1、机体；101、气缸套壁；102、壳体侧壁；103、连接筋；1021、壳体外壁；1022、填充体；1023、壳体内壁；1024、麻点。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.实施例一：
23.参考图1至图3，本实施例提供一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，包括机体1，机体1包括气缸套壁101和壳体侧壁102，气缸套壁101通过若干连接筋103与壳体侧壁102固接；壳体侧壁102包括壳体外壁1021和壳体内壁1023，壳体外壁1021和壳体内壁1023为一体成型结构，壳体外壁1021和壳体内壁1023之间设有间隙，间隙内填充有高强轻质填充体1022。
24.使用时，将气缸套壁101通过若干连接筋103与壳体侧壁102固接，通过将壳体侧壁102分为一体成型的壳体外壁1021和壳体内壁1023，壳体外壁1021和壳体内壁1023之间设有间隙，壳体外壁1021和壳体内壁1023的边部浇铸在一起，壳体外壁1021和壳体内壁1023为铸铁材质，以提高机体表面强度，在壳体外壁1021和壳体内壁1023之间填充有高强轻质填充体1022，在保证整体强度的同时，用于替代质量较大的实心铸铁，仅将铸铁层设置在机体的内外表面，进而大大减少机体的质量，提高整体强度。
25.进一步优化方案，高强轻质填充体1022为泡沫铝。
26.泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征，使其具有密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、质量轻、比刚度高等特点，通过将泡沫铝填充至壳体外壁1021和壳体内壁1023之间，与壳体外壁1021和壳体内壁1023形成组合结构，在减少机体整体质量的同时，能够保持或提高一定强度，进而实现机体整体质量减轻、强度提高的目的。
27.进一步优化方案，质量份数计，泡沫铝成分包括50～60份铝合金、1～20份锻造合
金、5～8份碳化硅粉末、5～12份氧化铝颗粒、5份氮气、5份氩气、10份莫来石颗粒、5份碳酸钙粉末。
28.进一步优化方案，氮气和氩气的吹入压力不小于0.3mpa。
29.进一步优化方案，泡沫铝的气泡孔的孔径为10～25mm。
30.制作这种泡沫铝材质时，首先将铝合金和锻造合金，放置在700℃
±
20℃的容器中熔炼30min，得到熔液a，随后，将碳化硅粉末倒入至熔液a中，与熔液a熔炼10min，直到碳化硅粉末与熔液a完全熔合，得到熔液b；随后，将氧化铝颗粒倒入至熔液b中，与熔液b熔炼10min，直到氧化铝颗粒与熔液b完全熔合，得到熔液c随后，将氮气和氩气通过吹气法添加至熔液c中，与熔液c熔合15min，直到氮气和氩气与熔液c完全熔合，得到熔液d；随后，将莫来石颗粒倒入至熔液d中，与熔液d熔炼15min，直到莫来石颗粒与熔液d完全熔合，得到熔液e；随后，将碳酸钙粉末倒入熔液e中，与熔液e熔炼10min，直到碳酸钙粉末与熔液e完全熔合，得到熔液f；随后，将溶液f注入到壳体外壁1021和壳体内壁1023之间的缝隙中，待溶液f冷却凝固，即与壳体外壁1021和壳体内壁1023形成一体结构。
31.进一步优化方案，壳体外壁1021的内侧和壳体内壁1023的外侧上随机分布有若干麻点1024，麻点1024分别与壳体外壁1021和壳体内壁1023为一体成型结构。
32.麻点1024的形状呈锥台状、蠕虫状和哑铃状，三种形态的麻点1024随机分布。
33.壳体外壁1021的内侧和壳体内壁1023的外侧上随机分布有若干麻点1024，麻点1024的设置使得壳体外壁1021的内侧和壳体内壁1023的外侧表面粗糙，使壳体外壁1021和壳体内壁1023与泡沫铝的结合能力大大提高，有利于泡沫铝与壳体外壁1021和壳体内壁1023的结合，以提高机体整体强度。
34.进一步优化方案，麻点1024高度为1mm
±
0.5mm。
35.进一步优化方案，质量分数计，壳体外壁1021和壳体内壁1023的成分为：c2％～5％、s0.05％～0.10％、si2.0％～3.0％、p≤0.7％、mn0.5％～0.9％、cr0.4％～0.8％、cu0.1％～0.3％，余量为铁。
36.麻点1024的生成方式为：制备涂液，制备涂液的过程如下：以重量份数计，取硅藻土45份、膨润土25份、十二烷基苯磺酸钠0.5份、水50份，将膨润土加入水中，浸泡24
±
2小时后加入搅拌机中搅拌4
±
1小时，加入硅藻土，搅拌4
±
1小时，加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀即可得到涂液。
37.随后，将配置好的涂液涂抹在模具中部的侧壁上，需注意不要涂抹到模具边部的侧壁上。
38.反复刷涂2～5次以后，将模具加热至150～450℃，残留在模具中部侧壁的涂液受热产生蒸汽迅速在涂液中形成均匀空腔，继而涂液表面产生破裂，气体溢出涂液层，最终在涂液层中形成空腔，待涂层凝固以后，将温度为1480～1550℃的铁液转入到浇铸包中，同时加入铁液质量1.0％的孕育剂，除去铁液表面浮渣后即可浇注入模具中，铁液在重力作用下流入到空腔中，冷却结晶后在壳体外壁1021的内壁和壳体内壁1023的外壁上形成麻点1024。
39.孕育剂的成分为75硅铁。
40.实施例二：
41.本实施例与实施例一的区别仅在于，壳体外壁1021和壳体内壁1023为质量百分比
的组分如下的材质：si：6～7％；cu：1～2％；fe：1～2％；zn：0.5～1％；mn：0.05～0.10％；mg：0.10～0.15％；ti：0.05～0.10％；sn：0.02～0.03％；余量为铝。
42.s1、将按质量百分比为si：6～7％；cu：1～2％；fe：1～2％；zn：0.5～1％；mn：0.05～0.10％；mg：0.10～0.15％；ti：0.05～0.10％；sn：0.02～0.03％；余量为铝加入混料机内混合均匀并形成原料混合物；
43.s2、将原料混合物加入石墨坩埚内，控制温度为750℃，熔解原料混合物并形成待铸熔融液；
44.s3、将待铸熔融液导入模具内进行铸造，冷却后获得壳体外壁1021和壳体内壁1023的一体结构；
45.s4、对壳体外壁1021和壳体内壁1023的外表面依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，在干燥处理后获得壳体外壁1021和壳体内壁1023成品。
46.实施例三：
47.本实施例为实施例二的应用例之一，壳体外壁1021和壳体内壁1023为质量百分比的组分如下的材质：si：7％；cu：2％；fe：2％；zn：1％；mn：0.10％；mg：0.10％；ti：0.05％；sn：0.02％；余量为铝。
48.s1、将按质量百分比为si：7％；cu：2％；fe：2％；zn：1％；mn：0.10％；mg：0.10％；ti：0.05％；sn：0.02％；余量为铝加入混料机内混合均匀并形成原料混合物；
49.s2、将原料混合物加入石墨坩埚内，控制温度为750℃，熔解原料混合物并形成待铸熔融液；
50.s3、将待铸熔融液导入模具内进行铸造，冷却后获得壳体外壁1021和壳体内壁1023的一体结构；
51.s4、对壳体外壁1021和壳体内壁1023的外表面依次进行去毛刺、抛丸、侧漏以及炭化清洗，在干燥处理后获得壳体外壁1021和壳体内壁1023成品。
52.壳体外壁1021和壳体内壁1023采用以上组分的材质制作相较于实施例一，能够进一步减轻壳体外壁1021和壳体内壁1023的质量，随后再将泡沫铝注入到壳体外壁1021和壳体内壁1023之间，保证强度的同时，进一步减轻了机体质量。
53.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
54.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：包括机体(1)，所述机体(1)包括气缸套壁(101)和壳体侧壁(102)，所述气缸套壁(101)通过若干连接筋(103)与所述壳体侧壁(102)固接；所述壳体侧壁(102)包括壳体外壁(1021)和壳体内壁(1023)，所述壳体外壁(1021)和所述壳体内壁(1023)为一体成型结构，所述壳体外壁(1021)和所述壳体内壁(1023)之间设有间隙，所述间隙内填充有高强轻质填充体(1022)。2.根据权利要求1所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：所述高强轻质填充体(1022)为泡沫铝。3.根据权利要求2所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：质量份数计，所述泡沫铝成分包括50～60份铝合金、1～20份锻造合金、5～8份碳化硅粉末、5～12份氧化铝颗粒、5份氮气、5份氩气、10份莫来石颗粒、5份碳酸钙粉末。4.根据权利要求3所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：所述氮气和所述氩气的吹入压力不小于0.3mpa。5.根据权利要求4所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：所述泡沫铝的气泡孔的孔径为10～25mm。6.根据权利要求1所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：所述壳体外壁(1021)的内侧和所述壳体内壁(1023)的外侧上随机分布有若干麻点(1024)，所述麻点(1024)分别与所述壳体外壁(1021)和所述壳体内壁(1023)为一体成型结构。7.根据权利要求6所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：所述麻点(1024)高度为1mm
±
0.5mm。8.根据权利要求7所述一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，其特征在于：质量分数计，所述壳体外壁(1021)和所述壳体内壁(1023)的成分为：c2％～5％、s0.05％～0.10％、si2.0％～3.0％、p≤0.7％、mn0.5％～0.9％、cr0.4％～0.8％、cu0.1％～0.3％，余量为铁。

技术总结
本发明涉及发动机壳体制造技术领域，特别是涉及一种低碳燃烧发动机轻量化高强度机体，包括机体，机体包括气缸套壁和壳体侧壁，气缸套壁通过若干连接筋与壳体侧壁固接；壳体侧壁包括壳体外壁和壳体内壁，壳体外壁和壳体内壁为一体成型结构，壳体外壁和壳体内壁之间设有间隙，间隙内填充有高强轻质填充体。本发明可以达到降低机体质量，提高机体强度的目的。提高机体强度的目的。提高机体强度的目的。


技术研发人员：王熙栋 刘军恒 嵇乾 魏明亮 商潭苏 王秀红 马浩然 孙平
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/6/27