带有用于流体流的铸造到位的管的金属合金铸件 |
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| 申请号 | CN201010194316.0 | 申请日 | 2010-05-28 | 公开(公告)号 | CN101898235A | 公开(公告)日 | 2010-12-01 |
| 申请人 | 通用汽车环球科技运作公司; | 发明人 | G·宋; B·R·小鲍威尔; E·P·贝克; A·K·萨奇德夫; T·A·佩里; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及带有用于 流体 流的 铸造 到位的管的金属 合金 铸件。由镁或 铝 合金 制成的主 发动机 铸件，例如发动机本体或 气缸 盖，具有嵌入在其中的铸造到位金属管或型式。所述管或型式允许液体循环，同时将 铸造合金 与循环液体基本上物理隔离，从而限制或消除它们之间的 腐蚀 性反应。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于内燃机的气缸本体铸件或气缸盖铸件，所述铸件由铸造镁合金或铝合金形成，所述铸件包括旨在用于液体成分流的液体流通道，所述液体成分对铸造合金在化学上是破坏性的，所述液体流通道由金属成分的铸造到位的金属管形成，所述金属管将铸造合金与液体隔离，同时允许液体在气缸本体或气缸盖中起到其预期功能。 |
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| 说明书全文 | 带有用于流体流的铸造到位的管的金属合金铸件技术领域[0001] 本发明涉及带有用于流体循环通道的铸造到位的金属管的金属合金铸件。更具体地，本发明涉及具有用于冷却剂流或其它流体流的铸入管的金属合金铸件，其中，管的金属或金属合金成分允许形成铸件，将铸件隔离不受流体的腐蚀，且能为铸件提供加固。作为示例，用于往复式内燃机的镁合金发动机本体可以使用铜管、不锈钢管等作为型芯铸造而成，以提供围绕发动机铸件的每个燃烧气缸的通道用于含水冷却剂的流动，从而保护镁合金不受含水冷却剂的腐蚀。 背景技术[0002] 持续需要减少在许多制造物品中采用的金属铸件的重量。在铸件用于机动车辆中时该需要尤其明显。相对轻质的金属合金可用于这种应用。但是在铸造产品需要与用于冷却、润滑或其它目的的流体接触时，必须针对这种流体对较轻合金材料的化学效应进行考虑。 [0003] 例如，镁合金(甚至某些铝合金)是用于汽油燃料内燃机的发动机气缸本体的候选材料。但是这种合金可能受到含水冷却剂和润滑剂的腐蚀。替代这些流体是不实际的，因为它们是广泛地可用的和数年开发和有效使用的产品。此外，当然决不是说替代流体将对周围的合金有任何更少的侵蚀性。 [0004] 当前需要提供轻质镁合金铸件、铝合金铸件以及其它铸造合金与旨在用于由这种金属成分制成的物品中的流体相结合使用。需要提供使用金属合金来制造需要与流体接触的铸造物品，所述流体与金属成分在化学上是不相容的。 发明内容[0005] 有机会设计需要用于液体流的通道的铸造物品，其中，液体成分和铸造合金成分的优选组合导致对由液体接触的铸件表面的化学侵蚀。本发明采用铸入管(cast-in tube)来将期望铸造金属与对于铸造物品的功能而言在其它方面优选的侵蚀性液体隔离。 [0006] 金属合金铸造物品形成有用于流体连通的铸入管，所述铸入管在所述物品内和/或穿过所述物品。所述管的成分被确定用于完好物品的铸件，所述物品可经历加热和冷却，在管表面和铸造金属之间具有合适的界面接触。管形状和成分还被选择成适合流体通过和保护铸造金属不受流体的化学侵蚀。在本发明的许多实施例中，管将由金属或金属合金形成。 [0007] 本发明的一个实施例通过用于往复式车辆内燃机的镁合金气缸本体的铸件示出。相同合金用于铸造发动机的气缸盖和/或曲轴箱部件。使用镁合金显著地减少发动机部件的重量，但是镁基材料易于受到循环通过气缸本体的含水冷却剂和其它流体材料的腐蚀。 [0008] 有效的水-乙二醇冷却剂制剂已经设计用于在外部热交换器和气缸本体之间循环。冷却剂被泵送通过围绕铸造本体的每个气缸形成的冷却剂槽道，以从每个气缸中的燃烧过程的作用和往复活塞去除未利用热量。发动机的活塞和其它运动部件还可以用基于碳氢化合物的液体成分润滑。该润滑油也可以被泵送通过在铸造发动机本体中的槽道，且循环碳氢化合物液体可能获得来自于发动机的燃烧过程的水。 [0009] 根据该实施例，用于循环可能与选定镁合金(或其它选定合金)反应的发动机流体的管道由管形成，所述管用作铸造型芯，且熔融镁合金围绕这种管状管道铸造。当液体是冷却剂时，所述管将可能由具有合适导热率的金属制成。管成分必须具有允许熔融金属围绕管结构和形状铸造的固相线温度和机械属性，像铸模腔中的铸造型芯那样设置。该方案用于使铸造金属形成与管的暴露表面的合适结合或界面，以用于液体的预期功能。管材料被选择成与其引导通过铸件的液体是相容的，从而在与液体功能协作的同时，抵抗与液体的不希望化学作用。例如，在镁合金气缸本体的实施例中，铸入管可以由铜、铜基合金、不锈钢或其它含铁合金形成。 [0010] 管的形状及其壁厚(或厚度)针对具体物品和功能进行确定。例如，在管用于在铸造气缸本体中围绕气缸孔径传送冷却剂时，具有合适内径的管可像螺旋那样预先缠绕，用于围绕每个气缸嵌入铸件中。管的截面形状可以是圆形、方形，或以其它方式定形用于其冷却(和可能的加固)功能。每个铸造气缸的管可被连接用于发动机设计的优选冷却剂流。对于气缸本体实施例，可以设计其它管形状。例如，管可以是环状圆筒的形状，定尺寸为与发动机气缸孔径同轴，内部圆筒壁围绕铸件的气缸壁紧密地隔开，较大直径的外部管状圆筒壁从内部管状壁隔开，用于沿气缸的公共轴线向上或向下的期望冷却剂流。 [0011] 因而，本发明的目的在于允许在制成制造物品时使用可铸造金属合金材料与液体材料相结合，其中，金属合金和液体否则在其界面处将经受不希望的化学反应。通过使用合适的铸造到位的屏障管来将液体从铸件表面分开，可以利用否则不相容的液体和铸造合金的组合的益处。 [0012] 本发明公开了下述技术方案。 [0013] 1.一种用于内燃机的气缸本体铸件或气缸盖铸件，所述铸件由铸造镁合金或铝合金形成，所述铸件包括旨在用于液体成分流的液体流通道，所述液体成分对铸造合金在化学上是破坏性的，所述液体流通道由金属成分的铸造到位的金属管形成，所述金属管将铸造合金与液体隔离，同时允许液体在气缸本体或气缸盖中起到其预期功能。 [0014] 2.根据方案1所述的铸件，其中，所述铸造镁合金是抗蠕变合金。 [0015] 3.根据方案1所述的铸件，其中，所述铸造铝合金包含按重量计高达5％的铜。 [0016] 4.根据方案1所述的铸件，其中，金属管的金属成分选自包括以下材料的组：铝或铝合金、铜或铜合金以及铁或铁合金，包括不锈钢。 [0017] 5.根据方案1所述的铸件，其中，所述液体成分包括乙二醇和水。 [0018] 6.根据方案1所述的铸件，其中，所述液体成分包括润滑油。 [0019] 7.一种使由铸造合金制成的铸造发动机部件对基于水的冷却剂具有提高的抗腐蚀性的方法，包括以下步骤： [0020] 选定材料，所述材料(i)对基于水的冷却剂是抗腐蚀的，(ii)不与铸造合金破坏性地反应，(iii)具有的熔点高于铸造合金的浇注温度； [0021] 从选定材料制造连续的防漏冷却剂循环系统； [0022] 处理所述冷却剂循环系统的表面以使之为与铸造合金反应做好准备； [0023] 将制成的冷却剂循环系统置于旨在用于铸造发动机部件的模中； [0024] 将铸造合金在选定浇注温度下浇注到模中；以及 [0025] 允许铸造合金固化且包括所述至少一个预制的流体循环系统，其中，所述流体循环系统铸造到所述发动机部件中。 [0026] 8.根据方案7所述的方法，其中，所述铸造合金是镁合金。 [0027] 9.根据方案7所述的方法，其中，所述铸造材料是铝合金。 [0028] 10.根据方案7所述的方法，其中，所述发动机部件是气缸盖。 [0029] 11.根据方案7所述的方法，其中，所述发动机部件是发动机本体。 [0030] 12.根据方案7所制成的冷却剂循环系统，其中，所制成的冷却剂循环系统包括具有构造成防漏的结构形状的永久性附连的组件。 [0031] 13.根据方案7所制成的冷却剂循环系统，其中，所制成的冷却剂循环系统包括构造成防漏的至少一个管。 [0032] 14.根据方案7所述的材料，其中，所述材料选择自包括铝、铜、钢及其合金的组，包括不锈钢。 [0033] 15.根据方案7所述的方法，其中，所述表面处理包括清洁、蚀刻和熔剂处理。 [0034] 16.一种用于内燃机的铸造镁或铝发动机本体，其中，循环流体中的至少一种容纳在至少一个预制的流体循环系统中，所述流体循环系统包括多个具有大致圆柱体型式的组装螺旋状盘管，每个盘管都环绕气缸。 [0035] 17.根据方案16所述的铸造镁或铝发动机本体，其中，所述多个具有大致圆柱体型式的组装螺旋状盘管包括相同的匝数。 [0036] 18.根据方案16所述的铸造镁或铝发动机本体，其中，所述多个组装管状盘管包括至少一个螺旋状盘管具有比其余盘管中的至少一个更少或更多的匝数。 [0037] 19.根据方案16所述的铸造镁或铝发动机本体，其中，所述多个组装螺旋状盘管以串联配置设置。 [0038] 20.根据方案16所述的铸造镁或铝发动机本体，其中，所述多个组装螺旋状盘管以并联配置设置。 附图说明[0040] 图1以虚线轮廓线示出了具有四个直列式气缸的铸造气缸本体。代表性冷却盘管几何形状(如图3A所示)显示为位于铸造本体内，其中，螺旋状盘管邻近四个铸造气缸壁中的每个以在盘管内提供渐近的串联流体流，用于发动机气缸冷却。 [0041] 图2A示出了以圆柱体形状缠绕的独立螺旋状盘管，用于围绕气缸本体的铸造气缸表面的冷却剂流。 [0042] 图2B示出了用于铸造本体的气缸部分的盘管，其中，所述盘管定形用于沿气缸轴线向上和向下的冷却剂流且逐渐地围绕气缸的周边。 [0043] 图3示出了基于以串联配置设置的独立盘管的组件的更复杂流体循环系统。在图3A中，采用具有相同几何形状的盘管；在图3B中，盘管同样显示为串联配置，但是在每个盘管中，各个盘管的匝数不同。 [0044] 图4示出了基于以并联配置设置的独立盘管的组件的流体循环系统的第二实施例。 [0045] 图5示出了冷却外壳：图5A示出了总体透视图；图5B示出了沿连接器的中心线截取的图5A的透视截面图；图5C示出了在图5B透视图中示出的结构的截面图以及围绕其铸造的发动机部件结构的部分图。 具体实施方式[0046] 图1是本发明应用于代表性四缸发动机本体的图示性视图，发动机本体总体上包含这种部件的特征和属性。以轮廓线示出的气缸本体或发动机本体100是机加工铸件，包括气缸102，其用于多缸往复式内燃机的活塞。通常，发动机的平台(deck)104被机加工成能够在用最少垫圈的情况下与气缸盖(未示出)匹配的平坦表面。所述本体还适合于允许气缸盖和曲轴箱附连，同时提供附连点(例如，带孔凸台106)和安装凸缘(例如以108示出)，以用于辅助机构(例如，交流发电机、燃料泵等)，同时包括用于冷却剂和润滑剂的通道。 [0047] 旨在用于借助于环绕气缸102的独立盘管循环发动机冷却剂的互连管状结构20显示为全部嵌入在铸造发动机本体100的铸造金属合金中以图示本发明的实践。本领域技术人员将理解，管状结构20仅仅构成更复杂循环系统的一部分，所述循环系统的一些在发动机本体外部且包括其它循环路径、水泵和散热器(在该视图中均未示出)。然而，应当理解的是，虽然本讨论集中于图1所示的实施方式，但是这旨在是示例性的而非限制性的，且本发明可在其它铸造发动机部件(例如，气缸盖)上或在通过发动机本体的其它循环路径上执行。 [0048] 发动机本体和气缸盖通过金属铸件制成，通常是使用砂模的铸造工艺。在该工艺中，型式或模型定位在容器中，型式或模型总体上对应于铸造部件的期望外部形状和尺寸。容积的的未由模型占据的容积然后用型砂填充，所述型砂通常被压紧或捣实。为了更好地允许型砂保持由模型和容器限定的形状，从而使其对于液体金属来说是不可渗透的，所述型砂将通常包含粘结剂。模型然后被移除，从而留下腔，所述腔由压紧的型砂的边缘限定，腔的形状和尺寸复制模型。这些步骤形成了砂模。 [0049] 在简单铸件中，模腔然后用液体金属填充，所述液体金属被允许冷却和固化。在固化之后，铸件从砂模移开且大体上再现模型。 [0050] 具有内部特征的更复杂形状可以使用称为型芯(也具有型砂粘结剂)的附加型砂结构来铸造，在置于模腔中时，所述型芯占据该容积，从而抑制熔融金属通达。在液体金属固化之后，这些型芯可以溶解或者从铸件机械地移除，以留下腔或多个腔。 [0051] 常规工艺处理的大多数发动机部件、盖和本体(其为本发明的主要应用)需要大量使用型芯来产生一体的流体循环路径。本发明包括将专用于控制单种流体分配的先前组装好的流体循环通道并入铸件中，从而有效地用有限数量的铸入永久型芯来替代暂时型砂型芯的多样性。 [0052] 先前组装好的流体通道的冷却能力中的大部分由通道的内部尺寸决定，因为这将决定流属性。外部尺寸对于流体流具有次要的重要性，但将对流体通道的结构特性具有重要的影响。因而，通过支撑和其他形式的结构加固，例如使用较高壁厚的管，可使得流体通道在结构上能够对铸造结构提供显著的加固，而不损害其促进发动机冷却的作用。 [0053] 因而，本发明允许：流体循环系统的设计和路线设计，其可更容易地优化以实现其发动机冷却或发动机润滑的设计目标；消除多个型芯，具有铸造工艺的相关有益简化；引入流体通道，其抗腐蚀属性与铸造材料无关；和通过引入具有结构能力的流体循环路径而实现大体上加固铸造结构的机会。 [0054] 具体地，当用于由抗蠕变镁合金(例如，AJ62(Mg-6Al-2Sr)、AS21(Mg-2Al-1Si)、AXJ530(Mg-5Al-3Ca-0.2Sr)、AMT合金SC1(Mg-Nd-Ce-Zn-Zr)、以及死海镁合金(Dead Sea Magnesium alloy)MRI230D(Mg-5Al-2.5Ca-1Sn))制成的内燃机中时，本发明允许在镁发动机中直接使用当前防冻剂、防蚀剂制剂，且避免关注润滑剂中的湿气。类似地，存在一些铝铸造合金，所述铝铸造合金由于腐蚀问题(来自于含水的发动机冷却剂)当前未用于发动机部件，但是将借助于本发明用于发动机铸造应用中。具体地，与熟知的型砂铸造合金A356和B319以及高压模铸造合金A383和A380的成分在很大程度上相符但是添加有按重量计高达5％的铜的合金添加物以用于改进机械属性的合金成分将借助于本发明适合于发动机铸造应用。 [0055] 在内燃机中，热源是气缸中的燃料燃烧。因而，任何冷却方案的主要目的是通过优选地尽可能邻近气缸壁循环冷却剂而迅速地去除该热。因而，任何替代冷却方案也将集中于从发动机本体或盖迅速去除热，因而将需要制造针对该作用定制的冷却系统。 [0056] 实现该目的的简单方法是用冷却盘管包围气缸。这种盘管10的示例在图2A和2B中示出，图2A和2B均展现了大致圆柱形型式，且仅仅在管的路线设计上不同。在图2A中，盘管围绕气缸的中心线大致是螺旋状，盘管环绕气缸；在图2B中盘管部段平行于气缸轴线定向且在气缸的每个端部处反向。盘管可以例如通过在室温或升高的温度下围绕芯轴形成任何便利节段的管而容易地制成。管可以通过任何便利工艺制备，但是最容易的通过挤压工艺(通常在升高的温度下)形成。 [0057] 注意到，盘管10包括分别具有开口2和4的端子直线节段3和5。应当理解的是，如图所示，没有特别的优势依附于开口2或开口4选择用作流体入口。然而，一旦作出选择，其余开口将有必要是出口。仅仅为了方便起见，在之后的附图和说明中，开口2将被指定为流体入口，开口4将被指定为流体出口。 [0058] 图2所示的具体盘管几何形状仅仅是示例性的且不旨在是限制性的。本领域技术人员将注意到，许多替代盘管配置和流体流路径是可能的。例如，图2A和2B的盘管可具有至中心盘管回路的流体入口，其中，流体将分成两个分开的路径且在盘管的每个端部处离开，即，在该配置中，开口2和开口4均为出口。继续该过程，在该限制下，每个盘管回路可以从入口歧管独立地供给且将其冷却剂排出给出口歧管。 [0059] 用于车辆中的大多数液体冷却内燃机包括多个气缸。因而，由于为了相当的冷却，每个气缸将需要其独立冷却盘管，从而将需要如图2所示的一系列独立盘管以冷却多个气缸。所述盘管能以串联配置(如图3所示)或者以并联配置(如图4所示)设置。 [0060] 在图3A的串联配置20中，盘管10的出口4通过连接器12连接到盘管10a的入口2a。继而，盘管10a的出口4a通过连接器12a供给盘管10b的入口2b。具体盘管的出口将冷却剂供应给随后盘管的入口的这种次序继续，直到达到最后盘管，且冷却剂然后按路线传输给合适的热交换器(未示出)以被冷却用于进一步经过发动机。这就是图1所示的配置在其并入到四缸发动机的发动机本体中时的情形。 [0061] 图3A的简单串联配置的可能困难在于在冷却剂加热时，冷却剂的冷却效率会降低。因而，盘管10的冷却效率会大于盘管10c的冷却效率，从而导致在本体中的不一致温度分布。这可通过改变盘管之间的盘管几何形状而不是简单地使用固定盘管几何形状来解决。该实施例的示例在图3B中示出，图3B示出了一系列盘管，所示盘管也处于串联配置且如图3A所示设置，但是其中盘管10包括4匝，盘管10a包括5匝，盘管10b包括6匝，且盘管10c包括7匝。应当注意到，这些具体盘管几何形状不旨在是限制性的且仅仅是为了图示目的而选择的。它们既不是任何具体应用的代表，也不是任何具体应用的典型。 [0062] 使得温度梯度最小化的另一方法在图4的实施例中示出，其中，冷却剂从歧管30供给到并联设置的多个盘管(10-10c)中，其中在按路线传输给热交换器(未示出)且被再循环之前，每个盘管的出口排放到第二歧管40中。 [0063] 应当清楚的是，管状冷却管线冷却部件中的任何具体位置的能力将取决于该位置距冷却管线的距离。冷却效率的这种变化性可借助于将入口和出口管线通过局部热的区域(通过试验或者通过数学建模识别)按路线传输给圆柱体盘管而用于有利地提供补充冷却。因而，与附图所示的简单路线传输相比，实践中遵循的路线可能会显著地更复杂。 [0064] 然而，包括盘管的管状冷却通道的离散性质在冷却气缸时可能是不利的。为了最大化冷却，盘管应当位于邻近气缸壁。然而，如果盘管设置成邻近气缸壁，冷却效率将随从盘管到气缸壁的距离反向地变化。在各个回路与邻接回路接触的紧凑盘管几何形状的情况下，尤其是在使用方形盘管时，这可能不会是大的问题，但是更开放的盘管配置会导致气缸壁中的不希望温度梯度。 [0065] 克服该问题的最终实施例在图5A-C中示出。图5A示出了流体循环系统50，流体循环系统50环绕气缸且本身由图5C中的铸造发动机本体材料60的一部分环绕。在该实施例中，流体循环系统50制成圆柱体环形物，由内部圆筒52、外部圆筒54界定且在其端部由两个平面环面56和58界定。外部圆筒54包括流体入口2和流体出口4。如果期望，在圆柱形环形物内部的流可通过引入挡板或者流限制器或其它几何形状特征(未示出)进一步修改或控制。 [0066] 如图所示，外壳结构可由同轴设置的两段管制成，以从平板切割或剪切而成的环状节段终止，具有从更小直径的管的节段形成的入口和出口槽道。然后整体可以通过焊接工艺永久组装。然而，这些外壳结构的设计和制造的细节对于本领域技术人员而言是显而易见的，且上述说明旨在是示例性的而非限制性的。 [0067] 同样，将需要多个这些外壳结构，每个发动机气缸一个。如同在盘管几何形状的情况下一样，可采用串联或并联配置，从而需要使用往返外壳结构的管或其它合适连接件。此外，如果以串联配置使用，那么独立外壳结构内的流体循环装置的详细几何形状可以被修改以实现从所有气缸的平衡排热。最后，入口和出口管线的路线设计可同样有利于控制局部高温区域。 [0068] 这些预制流体循环系统旨在由简单的可商业获得的形状(如管或板)制成。基于管的结构可行地由连续长度的管制成，但是更通常的情况是，一系列独立元件或形状将彼此组装和永久性地附连以形成连续的防漏结构，所述结构能够在合适的推动力(例如来自于水泵)下沿预定路径适当地引导流体。 [0069] 流体循环系统的定位由使得从发动机到冷却流体的排热最大化的目标来规定。因而，最佳地如图5C所示，流体循环系统定位成尽可能邻近气缸壁102和本体104的平台表面。 [0070] 虽然已经集中于冷却系统而不是润滑系统，但是显而易见的是，通过并入类似的管状润滑剂分配系统，润滑剂能容易地在发动机内按路线传输。然而，在润滑循环的情况下，对针对冷却系统所示的较复杂的结构具有有限的需要，应当得到较简单的管配置。 [0071] 总体流体循环结构将被预制，即，在引入铸模且并入铸件之前，组装为完整的互连结构。此外，一旦预制，流体循环结构应当是稳定的，从而不会在铸造工艺之前或在铸造工艺期间扭曲或再次定向。因而，所述结构还可以包括加固或稳定构件，所述加固或稳定构件在附图中未示出，因为在需要时它们将依据独立铸件而不同。同样，这些结构将需要以相对于模腔和任何型芯(例如，用于气缸的型芯)可重复的位置定位在模中。用于实现此的常用过程是本领域技术人员熟知的。 [0072] 定位流体循环结构的第二实施例是将其嵌入或封装在聚苯乙烯泡沫中且将聚苯乙烯泡沫定位在模中。消失泡沫铸造工艺是已经用于发动机铸件的熟知金属铸造工艺。该工艺采用聚苯乙烯泡沫的型式或模型，所述聚苯乙烯泡沫不会从砂模有形地去除以留下模腔，而是留下模腔中以通过与熔融金属接触而去除或“烧掉”。如本文设想的那样，流体循环结构能嵌入在代表整个铸件的聚苯乙烯泡沫模型中，或者仅循环结构可以嵌入在聚苯乙烯泡沫中。在第一种情况下，将构成“消失泡沫”铸造工艺的变型，而在第二种情况下，将简单地是常规型砂铸造工艺的泡沫插件。 [0073] 并入预制冷却通道的一个特别有利的应用是考虑防冻相容性问题而用于制造镁发动机部件。因而，应当注意的是，消失泡沫工艺不是非常适合用于镁，因为经验表明，镁的低含热量不能供应足够的热能以可靠地去除或“烧掉”全部聚苯乙烯泡沫。然而，如果整个模中容纳聚苯乙烯泡沫的仅有部分是包含循环结构的区域，那么要去除的泡沫的更有限的体积可能不会妨碍镁的使用。 [0074] 理想地，流体循环结构的化学成分应当由三个考虑来引导： [0075] 流体循环结构的熔点应当高于铸造材料的熔点以确保在铸造工艺期间流体循环结构不会被熔融金属溶解，或者以其它方式与熔融金属不利地反应； [0077] 铸造材料和流体循环结构的膨胀系数应当类似，以使得热应力最小化且使得在整个发动机操作温度范围内两者之间的配合最大化。 [0078] 满足这些标准的材料组合的一些非限制性示例是：铜或不锈钢，在铝合金中铸造；不锈钢，在镁合金中铸造；铝，在铝合金中铸造。因而，可以使用类似或不同的材料。 [0079] 可使用类似材料，只要将合金元素添加到铝或镁以提供用于发动机部件的合适铸造合金将必然降低合金相对于纯金属的熔点。 [0080] 然而，金属不是在等于其熔点的温度下浇注到模中。相反，浇注温度升高一些合适的过热度数。过热至少部分地补偿由熔融金属在引入模中之前和引入模中期间经历的热损失。这是需要的，从而模能够在固化进行到金属供给槽道冻结并固化的点之前用液体金属填充，从而拒绝通达模的最后浇注金属。 [0081] 因而，假如与铸造金属的主合金成分相对应的纯金属的熔点足够高，即高于铸造合金的浇注温度，那么纯金属将不会熔化。 [0082] 铸造金属和结构金属(为了方便起见，术语“结构金属”在该部分中用于表示流体循环结构的材料，不管是管状制造物还是从分立部件制成)或上述全部的组合能够形成冶金结合。然而，应当理解的是，管上的氧化物或污染层可能会防止结构被铸造合金湿化且抑制冶金结合形成。在必要时，这可以通过将熔剂或其它表面活性剂应用于结构金属解决，以促进适合于形成期望冶金结合的清洁表面。 [0083] 金属的线性热膨胀系数随金属的熔点反向地变化，较高熔点金属具有较低的线性热膨胀系数，较低熔点金属和合金具有较高的线性热膨胀系数。因而，类似铸造合金和结构金属组合将自动地具有类似的线性热膨胀系数。不同金属的组合将不可避免地导致其热膨胀系数的不同并产生更大的热应力。假定铸造发动机部件能够承受所产生的应力，那么这不需要抑制且较高熔点的结构金属可能是可接受的且可以具有附加的优势，例如给部件增加刚性。 [0084] 通过示例来考虑用于铸造不锈钢冷却系统的以下过程。冷却系统可以从由304等级奥氏体不锈钢制成的薄壁焊接或无缝管容易地制成，其提供良好的抗腐蚀性。该等级还具有良好的可焊接性，从而允许冷却系统根据需要从单个长度的管或者从管状型式的焊接组件制成。 [0085] 由于这旨在用于期望最大热传递的冷却应用，因而冷却盘管应当具有结合到不锈钢的最大机会。从而，在管外径的适当清洁和酸洗之后，应当用合适的熔剂涂层以促进结合。合适熔剂是可商业获得的或者可以采用在美国专利3,728,783中所述的氯化物制剂。 [0086] 表面处理过的冷却系统(其开口优选暂时密封以防止铸造合金进入)以及其它元件(例如型芯)然后将定位在砂模中，砂模包括干湖砂、硅石、锆石或铬铁矿，包括硫化物、氟化物和氨络合物的混合物以抑制熔融镁与模的反应。而且，为了增加其机械整体性，砂模将包括可以是氨基申酸乙酯基的多种有机粘结剂中的一种。应当理解的是，为了实现将熔融金属适当地引入模且将熔融金属在模内分配，将需要添加于模腔的元件。这些包括浇口流道和冒口。 [0087] 处于625℃和725℃之间的浇注温度的镁合金将在干空气、氮气或二氧化碳中的六氟化硫(通常小于1％的浓度)的保护氛围下被浇注到模中且被允许固化。 [0088] 当固化时，固化铸件从砂模去除，通常机械地去除，且添加于期望型式的这些特征(即，浇口、流道和冒口)被去除，从而留下期望铸造型式，不锈钢冷却系统位于其内部。 [0089] 本发明关于消除冷却流体和发动机本体之间的腐蚀性反应的益处已经关于当前发动机本体材料和当前冷却剂制剂进行描述。因而，通过本发明的实践，可能引导或影响选择发动机铸造材料或冷却剂化学选择的腐蚀问题提出讨论。本发明的进一步优势在于可以在不考虑腐蚀相容性的情况下研究采用替代发动机铸造材料和/或替代发动机冷却剂制剂的益处。例如，如果可以在没有腐蚀的情况下承受较高的铜含量，那么将允许较高性能的铝合金。且如果与铸造发动机材料的腐蚀相容性不是问题的话，那么先进的发动机冷却剂制剂(例如，在载流流体中的铜和氧化铜纳米分散体)将是更有吸引力的。 |
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