OHC发动机中气门摇臂的研究现状与发展_肖学福
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图 1 锻钢镀硬铬摇臂
这种锻钢镀硬铬摇臂虽然刚性和疲劳强 度较好 ,轴孔也比较耐磨 ,但是却有两个缺 点: 一是质量和转动惯量较大 ,直接影响发动 机的动特性 ,限制了发动机转速功率的进一 步提高 ; 二是工作圆弧面常因基体硬度不足 ,
* 本文受国家科技部“九五”重点科技攻关项目 ( 96- A08- 04- 03)支持
a.与凸轮接触 的工作圆弧 面部位硬 度 高 、耐 冲 击、 耐磨 性 好、 与 凸 轮之 间 的 摩 擦 系 数小 ,形成一对性能匹配良好的摩擦副 ;
b .基 体 刚 度大 、强 度 高 、疲 劳 寿 命 长、 转 动惯量小 ;
c. 轴孔耐磨性好。
早期的 OHC发动机 中的摇臂 ,一 般以 调质处理的锻钢作为基体材料 ,并在工作圆 弧 面 部位 采 用 高 频淬 火 、磨 削、 抛 光、 最 后 镀 硬铬的复杂工艺来提高耐磨性 ,有的还在摇 臂轴孔中压入铜套 ,以改善耐磨损性能。如我 国天津汽车工业公司从日本丰田公司引进的 大 法、 夏Βιβλιοθήκη Baidu利 两 种 车 型 所 配 套 的 发 动 机 ( T J370Q及 T J376Q)中 ,就采用了这种结构 的摇臂 ,见图 1。
动 ,它与凸轮之间始终在不断的冲击载荷下 进行摩擦。 摇臂与凸轮的摩擦要损耗一定能 量 ,使发动机效率降低 ; 摇臂的转动惯量和刚 性会影响发动机的动力特性 ; 摇臂的疲劳寿 命关系到整个发动机的使用寿命。 特别是摇 臂工作圆弧面和轴孔的耐磨性直接决定了发 动机配气的精度 ,从而影响到发动机的动力 性能、振动状况、燃油消耗和排放水平等一系 列经济技术指标。可见 ,在 O HC结构的发动 机中 ,摇臂的综合使用性能要求复杂 ,一般包 括:
7.鲁光祖等 . 陶瓷配气机构的研 制 . 高性能陶瓷论 文集 . 1998. 473～ 477
8. 沈冰 等 . 氮化 硅陶 瓷摇 臂镶 块及 气门 弹簧 座研 制 .高性能陶瓷论文集 . 1998. 334～ 339
内燃机 2000年第 5期
粉末冶金镶块摇臂是为了解决工作圆弧 面磨损严重的问题而产生的。 早在 1977年 , 日本三菱 ( M M C)公司就开发出了采用铝合 金压铸包容粉末冶金镶块的摇臂 ,并于 20世 纪 80年代投入了大批量生产使用 [1 ]。我国浙 江大学金属材料系在 20世纪 90年代初开发 柴油机轻型耐磨摇臂的过程中 ,也采用了铝 合金挤压铸造 (液态模锻 )包容粉末冶金镶块 的结构 [2 ]。 20世纪 80年代初 ,日立 ( Hi tachi ) 粉末冶金公司对用于摇臂工作圆弧面部位的 粉 末 冶金 材 料 的化 学 成 分、 耐 磨性 及 其 与 凸 轮轴的摩擦匹配等问题进行了大量深入的研 究 ,取得了很多重要数据 ,并研制出了一种与 冷激铸铁凸轮轴形成很好摩擦副的软基体、 硬质点分布的粉末冶金材料 ,其化学成分为 6. 2% M o-0. 5% P-12. 6% Cu-1. 4% Sn-2. 0%
行业综述
O HC发动机中气门摇臂的 研究现状与发展
天津大学机械学院 肖学福 徐燕申 林 彬
摘 要 在分 析气门 摇臂工 作性能 要求的基 础上 ,综述 国内外 O HC式配气机构中 气门摇臂的研究现状 ,并 通过 对不同材料 和结构 摇臂的 性能对比 ,得 出铝合 金陶瓷镶块摇臂将成为一种发展趋势的 结论。 关键词: 配气机构 摇臂 铝合金 陶瓷
块成型加工工序等 [1 ]。 由于采用了上述多项
除了 M M C,五十铃公司和京陶公 司也
降低成本的措施 ,该公司于 1984年成功地开 开发出了这种铝合金陶瓷镶块摇臂 ,大大提
发出了用于 L PG燃料发动机上的铝合金压 高了摇臂寿命。
铸包容氮化硅陶瓷镶块结构的摇臂 ,见图 2,
我国陶 瓷发动机及零 部件的研究 是从
内燃机 2000年第 5期
· 3·
行业综述
在冲击条件下镀层会产生剥落 ,磨损问题非 常突出。
锻钢镀硬铬摇臂的这两个缺点使其已经 不能适应现代汽车工业发展对发动机性能的 要求 ,汽车生产厂家纷纷投入大量资金研制 性能更优的气门摇臂。 其中以镶块式摇臂最 具有发展潜力。
3 镶块式摇臂
镶块式 摇臂是运用创造 性方法学中 的 “组合”原理进行技术创新的产物 ,它将摇臂 的 上述性能要求按照“功能相似性”分为两 类 ,并有针对性地选用两种具有不同性能特 点的材料分别作为摇臂基体和工作圆弧面镶 块 ,通过制造将它们组合在一起使用 ,充分发 挥两种材料各自不同的性能优势 ,从而达到 提高产品综合性能 ,降低制造成本的目的。目 前 ,国内外已开发出的镶块式摇臂可分为两 类 ,一类是粉末冶金镶块摇臂 ,另一类是陶瓷 镶块摇臂。 3. 1 粉末冶金镶块摇臂
4 结束语
采用镶块式结构是提高摇臂使用性能的 · 6·
图 6 6105柴油机铝合金陶瓷镶块摇臂
有效途径。 粉末冶金镶块摇臂在很大程度上 提高了摇臂的耐磨性 ,但仍不能适应未来汽 车工业发展的要求。 铝合金陶瓷镶块摇臂不 仅耐磨损 ,耐腐蚀 ,对润滑油和燃料的适应能 力强 ,与凸轮轴的摩擦磨损匹配良好 ,而且转 动惯量小 ,对提高发动机的动特性非常有利 , 因而正在成为一种发展趋势。目前 ,铝合金陶 瓷镶块摇臂的研究重点主要是氮化硅陶瓷镶 块 的 质量 稳 定 性、 镶 块与 铝 合 金基 体 联 结 的 可靠性以及摇臂的低成本加工工艺。
内燃机 2000年第 5期
图 3 不同润滑状况下的磨损
· 5·
行业综述
图 4 配气机构扭矩损失的 比较
图 5 配气机构 动特性比较
所、上海内燃机研究所和上海船用柴油机研 究所承担的沙漠车用 6105无水冷柴油机陶 瓷 气 门、 陶瓷 摇 臂 和 陶瓷 挺 柱 的研 究 试 验 工 作都取得了成功。经过 724h的台架耐久试验 和沙漠实地装车运行 11 212km 的试验后拆 检 ,所有陶瓷件均完好无损 ,图 6为他们研制 的铝合金压铸包容氮化硅陶瓷镶块摇臂的结 构 [7、 8 ]。此外 ,我国 492Q A型汽油发动机在采 用了陶瓷配气机构后 ,使等效质量明显减轻 , 气门弹簧预紧力减小 ,从而在各种工况下可 节油 2% ～ 8% [6 ]。
粉末冶金镶块摇臂虽然比镀铬摇臂的耐 磨性有了较大幅度的提高 ,但是由于它密度 大 ,并未彻底解决配气系统轻量化的问题。而 且国内外的许多研究表明 ,粉末冶金与冷激 铸铁并不是减磨效果最好的摩擦副。 20世纪 80年代末期 ,日本尼桑 ( Nissan)公司中心工 程实验室材料开发部分别以 A型铁基粉末 冶金 ( 12% Cr )、 B型铁基粉末冶金 ( 16% Cr ) 和氮化硅陶瓷三种材料作为摇臂垫与冷激铸 铁凸轮轴配对 ,进行了加速磨损模拟和空载 耐久性能对比试验 [5 ]。试验结果证明 ,与粉末 冶金相比 ,氮化硅陶瓷和冷激铸铁组成的摩 擦副 ,不仅耐磨性能具有明显的优势 ,而且对 减磨添加剂的依赖性也要小得多。
5. M . Kano , I. Ta nimoto. W ea r Resista nce Pro per ties of Cera mic Rocker Arm Pads. W ear , 145( 1991): 153～ 165
6.陆克久 . 工程陶瓷材料在内燃 机上的应用 . 世界 汽车 , 1999( 1): 12～ 14
并投入了大批量生产。 随后 ,该公司在装有 20世纪 80年代中期开始起步的。 “八五”期
EGR系统的柴油发动机上也使用了这种新 间由中国建筑材料科 学研究院高技术 陶瓷
型摇臂。
图 2 M M C公司的陶瓷镶块摇臂
在这种新型氮化硅陶瓷镶块摇臂开发成 功后 , M M C公司将其与本公司 20世纪 70 年代研制的粉末冶金镶块摇臂从各个方面进 行了全面的对比。 图 3～ 5的试验结果证明 ,
近年来 ,国内外对 O HC发动机气 门摇 臂所进行的大量研究一般都围绕上述三个方 面展开进行。 目前所采用的结构形式主要有 三种 ,即锻钢镀铬摇臂、镶块式摇臂和滚轮式 摇臂 ,其中前两种使用较多。
1 摇臂的工作性能要求
2 锻钢镀铬摇臂
在顶置凸轮轴 ( O HC)结构的发动机中 , 摇臂的工作条件非常恶劣。发动机运转时 ,摇 臂总是在承受着 较大的脉动载荷下高 频摆
参考文献
1. Y uta ka Og awa , etc. Cer amic Ro cker Ar m Inse rt fo r Inter na l Co mbustion Eng ines. SA E, 860397: 2. 848～ 2. 857
2.吕冰 . 发动 机 铝合 金摇 臂 的研 究: [学位 论文 ]. 浙江: 浙江大学金属材料系 , 1992
当前 ,随着人们保护环境、节约能源和改 善生活质量意识的不断增强 ,世界各国对内 燃机排放的控制越来越严格 ,采用 EGR(废 气再循环 )系统和使用新型燃料如酒精、 LP G (液化石油气 )等的发动机越来越多 ,而用户 对 少 维修 甚 至 无需 维 修 的 汽车 越 来 越 青 睐 [1 ]。由于 EG R系统容易增加润滑油中的烟 尘等杂质 ,新型燃料的腐蚀性则往往比普通 的汽油和柴油更强 ,加上排放控制标准的不 断提高和出租汽车的不断增多 ,摇臂与凸轮 的耐磨损性能正在面临着新的挑战。 3. 2 铝合金陶瓷镶块摇臂
密度小 ,用做摇臂基体可明显减小配气机构 耐磨性和制造工艺性等进行了对比 ,其研究
的等效质量。
结果见表 1[1 ]。 这些研究结果说明 ,氮化硅是
日本在发动机陶瓷零部件 ,特别是陶瓷 最优异的、适合用做摇臂镶块的陶瓷材料。
表 1 M M C公司对不同摇臂镶块材料的综合评比 结果
测试项目
磨 损 镶块强度 镶块压铸状况
氮化硅陶瓷与冷激铸铁组成的摩擦副减
内燃机 2000年第 5期
行业综述
磨效果非常理想。研究表明 ,以氮化硅陶瓷镶 挺柱和摇臂的研究方面一直处于世界领先水
块作为摇臂工作圆弧面 ,可使摇臂和凸轮轴 平。 20世纪 80年代初 ,日本 M M C公司对几
的磨损寿命分别提高 6倍和 5倍。 而铝合金 种不同的陶瓷材料用做摇臂镶块时的强度、
3. Y utaka Ikenoue, e tc. Sinter ed Ro cker Ar m Tips with Dispersed Ha rd Spo ts fo r Inter na l Combustio n Engines. SA E, 850457: 3. 431～ 3. 4 48
4.白 清祥 . 锻坯 型镶块 气门摇 臂的研 制 . 内燃 机 , 1998( 1): 24～ 25
测试具体内容
镶块磨损 对应的凸轮磨损 镶块弯曲强度 压铸过程中镶块的破坏
氮化硅 ◎ ◎ △ ○
陶 瓷 氧化锆
○ × △ △
氧化铝 — — × ×
粉末冶金
○ ○ ○ ○
◎: 优于粉末冶金镶块 ○: 等于粉末冶金镶块
△: 略次于粉末冶金镶块 ×: 彻底次于粉末冶金镶块
在 合理选择镶块 材料的基础 上 , MM C 氮化硅陶瓷镶块的采用不仅大幅度提高了摇
· 4·
C-bal. Fe。 这种材料已于 20世纪 80年代中 期在该公司投入大量生产 [3 ]。目前 ,粉末冶金 镶块摇臂在世界各国用得相当普遍。 其粉末 冶金镶块与摇臂基体的连结方式除了采用铝 合金压铸包容以外 ,也有采用焊接工艺的。我 国从日本进口的夏利轿车摇臂中 ,就有一些 采用了在钢基体上焊接粉末冶金片的结构。 1993年 ,河南庆华机器厂在进行奥拓微型轿 车发动机 368Q气门摇臂国产化工作的过程 中 ,也采用了在 20CrM o 摇臂基体上钎焊连 结粉末冶金镶块的结构 [4 ]。
公司还对多项制造工艺进行了改进和创新 , 臂与凸轮的抗磨损性能 ,增强了它们对润滑
主要包括: 氮化硅陶瓷无压烧结工艺 ,合理的 油的适应能力 ,而且使发动机在低转速边界
铝合金浇铸系统 ,精确的陶瓷块铸腔内定位 润滑条件下的扭矩损失减小 ,使整个配气机
技术和以陶瓷块作为精基准省去昂贵的陶瓷 构的动特性得到了明显的改善。
这种锻钢镀硬铬摇臂虽然刚性和疲劳强 度较好 ,轴孔也比较耐磨 ,但是却有两个缺 点: 一是质量和转动惯量较大 ,直接影响发动 机的动特性 ,限制了发动机转速功率的进一 步提高 ; 二是工作圆弧面常因基体硬度不足 ,
* 本文受国家科技部“九五”重点科技攻关项目 ( 96- A08- 04- 03)支持
a.与凸轮接触 的工作圆弧 面部位硬 度 高 、耐 冲 击、 耐磨 性 好、 与 凸 轮之 间 的 摩 擦 系 数小 ,形成一对性能匹配良好的摩擦副 ;
b .基 体 刚 度大 、强 度 高 、疲 劳 寿 命 长、 转 动惯量小 ;
c. 轴孔耐磨性好。
早期的 OHC发动机 中的摇臂 ,一 般以 调质处理的锻钢作为基体材料 ,并在工作圆 弧 面 部位 采 用 高 频淬 火 、磨 削、 抛 光、 最 后 镀 硬铬的复杂工艺来提高耐磨性 ,有的还在摇 臂轴孔中压入铜套 ,以改善耐磨损性能。如我 国天津汽车工业公司从日本丰田公司引进的 大 法、 夏Βιβλιοθήκη Baidu利 两 种 车 型 所 配 套 的 发 动 机 ( T J370Q及 T J376Q)中 ,就采用了这种结构 的摇臂 ,见图 1。
动 ,它与凸轮之间始终在不断的冲击载荷下 进行摩擦。 摇臂与凸轮的摩擦要损耗一定能 量 ,使发动机效率降低 ; 摇臂的转动惯量和刚 性会影响发动机的动力特性 ; 摇臂的疲劳寿 命关系到整个发动机的使用寿命。 特别是摇 臂工作圆弧面和轴孔的耐磨性直接决定了发 动机配气的精度 ,从而影响到发动机的动力 性能、振动状况、燃油消耗和排放水平等一系 列经济技术指标。可见 ,在 O HC结构的发动 机中 ,摇臂的综合使用性能要求复杂 ,一般包 括:
7.鲁光祖等 . 陶瓷配气机构的研 制 . 高性能陶瓷论 文集 . 1998. 473～ 477
8. 沈冰 等 . 氮化 硅陶 瓷摇 臂镶 块及 气门 弹簧 座研 制 .高性能陶瓷论文集 . 1998. 334～ 339
内燃机 2000年第 5期
粉末冶金镶块摇臂是为了解决工作圆弧 面磨损严重的问题而产生的。 早在 1977年 , 日本三菱 ( M M C)公司就开发出了采用铝合 金压铸包容粉末冶金镶块的摇臂 ,并于 20世 纪 80年代投入了大批量生产使用 [1 ]。我国浙 江大学金属材料系在 20世纪 90年代初开发 柴油机轻型耐磨摇臂的过程中 ,也采用了铝 合金挤压铸造 (液态模锻 )包容粉末冶金镶块 的结构 [2 ]。 20世纪 80年代初 ,日立 ( Hi tachi ) 粉末冶金公司对用于摇臂工作圆弧面部位的 粉 末 冶金 材 料 的化 学 成 分、 耐 磨性 及 其 与 凸 轮轴的摩擦匹配等问题进行了大量深入的研 究 ,取得了很多重要数据 ,并研制出了一种与 冷激铸铁凸轮轴形成很好摩擦副的软基体、 硬质点分布的粉末冶金材料 ,其化学成分为 6. 2% M o-0. 5% P-12. 6% Cu-1. 4% Sn-2. 0%
行业综述
O HC发动机中气门摇臂的 研究现状与发展
天津大学机械学院 肖学福 徐燕申 林 彬
摘 要 在分 析气门 摇臂工 作性能 要求的基 础上 ,综述 国内外 O HC式配气机构中 气门摇臂的研究现状 ,并 通过 对不同材料 和结构 摇臂的 性能对比 ,得 出铝合 金陶瓷镶块摇臂将成为一种发展趋势的 结论。 关键词: 配气机构 摇臂 铝合金 陶瓷
块成型加工工序等 [1 ]。 由于采用了上述多项
除了 M M C,五十铃公司和京陶公 司也
降低成本的措施 ,该公司于 1984年成功地开 开发出了这种铝合金陶瓷镶块摇臂 ,大大提
发出了用于 L PG燃料发动机上的铝合金压 高了摇臂寿命。
铸包容氮化硅陶瓷镶块结构的摇臂 ,见图 2,
我国陶 瓷发动机及零 部件的研究 是从
内燃机 2000年第 5期
· 3·
行业综述
在冲击条件下镀层会产生剥落 ,磨损问题非 常突出。
锻钢镀硬铬摇臂的这两个缺点使其已经 不能适应现代汽车工业发展对发动机性能的 要求 ,汽车生产厂家纷纷投入大量资金研制 性能更优的气门摇臂。 其中以镶块式摇臂最 具有发展潜力。
3 镶块式摇臂
镶块式 摇臂是运用创造 性方法学中 的 “组合”原理进行技术创新的产物 ,它将摇臂 的 上述性能要求按照“功能相似性”分为两 类 ,并有针对性地选用两种具有不同性能特 点的材料分别作为摇臂基体和工作圆弧面镶 块 ,通过制造将它们组合在一起使用 ,充分发 挥两种材料各自不同的性能优势 ,从而达到 提高产品综合性能 ,降低制造成本的目的。目 前 ,国内外已开发出的镶块式摇臂可分为两 类 ,一类是粉末冶金镶块摇臂 ,另一类是陶瓷 镶块摇臂。 3. 1 粉末冶金镶块摇臂
4 结束语
采用镶块式结构是提高摇臂使用性能的 · 6·
图 6 6105柴油机铝合金陶瓷镶块摇臂
有效途径。 粉末冶金镶块摇臂在很大程度上 提高了摇臂的耐磨性 ,但仍不能适应未来汽 车工业发展的要求。 铝合金陶瓷镶块摇臂不 仅耐磨损 ,耐腐蚀 ,对润滑油和燃料的适应能 力强 ,与凸轮轴的摩擦磨损匹配良好 ,而且转 动惯量小 ,对提高发动机的动特性非常有利 , 因而正在成为一种发展趋势。目前 ,铝合金陶 瓷镶块摇臂的研究重点主要是氮化硅陶瓷镶 块 的 质量 稳 定 性、 镶 块与 铝 合 金基 体 联 结 的 可靠性以及摇臂的低成本加工工艺。
内燃机 2000年第 5期
图 3 不同润滑状况下的磨损
· 5·
行业综述
图 4 配气机构扭矩损失的 比较
图 5 配气机构 动特性比较
所、上海内燃机研究所和上海船用柴油机研 究所承担的沙漠车用 6105无水冷柴油机陶 瓷 气 门、 陶瓷 摇 臂 和 陶瓷 挺 柱 的研 究 试 验 工 作都取得了成功。经过 724h的台架耐久试验 和沙漠实地装车运行 11 212km 的试验后拆 检 ,所有陶瓷件均完好无损 ,图 6为他们研制 的铝合金压铸包容氮化硅陶瓷镶块摇臂的结 构 [7、 8 ]。此外 ,我国 492Q A型汽油发动机在采 用了陶瓷配气机构后 ,使等效质量明显减轻 , 气门弹簧预紧力减小 ,从而在各种工况下可 节油 2% ～ 8% [6 ]。
粉末冶金镶块摇臂虽然比镀铬摇臂的耐 磨性有了较大幅度的提高 ,但是由于它密度 大 ,并未彻底解决配气系统轻量化的问题。而 且国内外的许多研究表明 ,粉末冶金与冷激 铸铁并不是减磨效果最好的摩擦副。 20世纪 80年代末期 ,日本尼桑 ( Nissan)公司中心工 程实验室材料开发部分别以 A型铁基粉末 冶金 ( 12% Cr )、 B型铁基粉末冶金 ( 16% Cr ) 和氮化硅陶瓷三种材料作为摇臂垫与冷激铸 铁凸轮轴配对 ,进行了加速磨损模拟和空载 耐久性能对比试验 [5 ]。试验结果证明 ,与粉末 冶金相比 ,氮化硅陶瓷和冷激铸铁组成的摩 擦副 ,不仅耐磨性能具有明显的优势 ,而且对 减磨添加剂的依赖性也要小得多。
5. M . Kano , I. Ta nimoto. W ea r Resista nce Pro per ties of Cera mic Rocker Arm Pads. W ear , 145( 1991): 153～ 165
6.陆克久 . 工程陶瓷材料在内燃 机上的应用 . 世界 汽车 , 1999( 1): 12～ 14
并投入了大批量生产。 随后 ,该公司在装有 20世纪 80年代中期开始起步的。 “八五”期
EGR系统的柴油发动机上也使用了这种新 间由中国建筑材料科 学研究院高技术 陶瓷
型摇臂。
图 2 M M C公司的陶瓷镶块摇臂
在这种新型氮化硅陶瓷镶块摇臂开发成 功后 , M M C公司将其与本公司 20世纪 70 年代研制的粉末冶金镶块摇臂从各个方面进 行了全面的对比。 图 3～ 5的试验结果证明 ,
近年来 ,国内外对 O HC发动机气 门摇 臂所进行的大量研究一般都围绕上述三个方 面展开进行。 目前所采用的结构形式主要有 三种 ,即锻钢镀铬摇臂、镶块式摇臂和滚轮式 摇臂 ,其中前两种使用较多。
1 摇臂的工作性能要求
2 锻钢镀铬摇臂
在顶置凸轮轴 ( O HC)结构的发动机中 , 摇臂的工作条件非常恶劣。发动机运转时 ,摇 臂总是在承受着 较大的脉动载荷下高 频摆
参考文献
1. Y uta ka Og awa , etc. Cer amic Ro cker Ar m Inse rt fo r Inter na l Co mbustion Eng ines. SA E, 860397: 2. 848～ 2. 857
2.吕冰 . 发动 机 铝合 金摇 臂 的研 究: [学位 论文 ]. 浙江: 浙江大学金属材料系 , 1992
当前 ,随着人们保护环境、节约能源和改 善生活质量意识的不断增强 ,世界各国对内 燃机排放的控制越来越严格 ,采用 EGR(废 气再循环 )系统和使用新型燃料如酒精、 LP G (液化石油气 )等的发动机越来越多 ,而用户 对 少 维修 甚 至 无需 维 修 的 汽车 越 来 越 青 睐 [1 ]。由于 EG R系统容易增加润滑油中的烟 尘等杂质 ,新型燃料的腐蚀性则往往比普通 的汽油和柴油更强 ,加上排放控制标准的不 断提高和出租汽车的不断增多 ,摇臂与凸轮 的耐磨损性能正在面临着新的挑战。 3. 2 铝合金陶瓷镶块摇臂
密度小 ,用做摇臂基体可明显减小配气机构 耐磨性和制造工艺性等进行了对比 ,其研究
的等效质量。
结果见表 1[1 ]。 这些研究结果说明 ,氮化硅是
日本在发动机陶瓷零部件 ,特别是陶瓷 最优异的、适合用做摇臂镶块的陶瓷材料。
表 1 M M C公司对不同摇臂镶块材料的综合评比 结果
测试项目
磨 损 镶块强度 镶块压铸状况
氮化硅陶瓷与冷激铸铁组成的摩擦副减
内燃机 2000年第 5期
行业综述
磨效果非常理想。研究表明 ,以氮化硅陶瓷镶 挺柱和摇臂的研究方面一直处于世界领先水
块作为摇臂工作圆弧面 ,可使摇臂和凸轮轴 平。 20世纪 80年代初 ,日本 M M C公司对几
的磨损寿命分别提高 6倍和 5倍。 而铝合金 种不同的陶瓷材料用做摇臂镶块时的强度、
3. Y utaka Ikenoue, e tc. Sinter ed Ro cker Ar m Tips with Dispersed Ha rd Spo ts fo r Inter na l Combustio n Engines. SA E, 850457: 3. 431～ 3. 4 48
4.白 清祥 . 锻坯 型镶块 气门摇 臂的研 制 . 内燃 机 , 1998( 1): 24～ 25
测试具体内容
镶块磨损 对应的凸轮磨损 镶块弯曲强度 压铸过程中镶块的破坏
氮化硅 ◎ ◎ △ ○
陶 瓷 氧化锆
○ × △ △
氧化铝 — — × ×
粉末冶金
○ ○ ○ ○
◎: 优于粉末冶金镶块 ○: 等于粉末冶金镶块
△: 略次于粉末冶金镶块 ×: 彻底次于粉末冶金镶块
在 合理选择镶块 材料的基础 上 , MM C 氮化硅陶瓷镶块的采用不仅大幅度提高了摇
· 4·
C-bal. Fe。 这种材料已于 20世纪 80年代中 期在该公司投入大量生产 [3 ]。目前 ,粉末冶金 镶块摇臂在世界各国用得相当普遍。 其粉末 冶金镶块与摇臂基体的连结方式除了采用铝 合金压铸包容以外 ,也有采用焊接工艺的。我 国从日本进口的夏利轿车摇臂中 ,就有一些 采用了在钢基体上焊接粉末冶金片的结构。 1993年 ,河南庆华机器厂在进行奥拓微型轿 车发动机 368Q气门摇臂国产化工作的过程 中 ,也采用了在 20CrM o 摇臂基体上钎焊连 结粉末冶金镶块的结构 [4 ]。
公司还对多项制造工艺进行了改进和创新 , 臂与凸轮的抗磨损性能 ,增强了它们对润滑
主要包括: 氮化硅陶瓷无压烧结工艺 ,合理的 油的适应能力 ,而且使发动机在低转速边界
铝合金浇铸系统 ,精确的陶瓷块铸腔内定位 润滑条件下的扭矩损失减小 ,使整个配气机
技术和以陶瓷块作为精基准省去昂贵的陶瓷 构的动特性得到了明显的改善。