氣缸體,氣缸蓋和發動機主體的製作方法
2023-06-11 16:02:46
專利名稱：氣缸體,氣缸蓋和發動機主體的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機的氣缸體、氣缸蓋和發動機主體。
背景技術：
在汽油機或柴油機或其類似物的氣缸體內，圍繞氣缸形成用於流通冷卻劑的水套。作為圍繞氣缸形成有水套的氣缸體結構的一個示例，日本專利公開文獻特開平No.5-296103(第2-3頁，圖1)公開了一種發動機，其中，氣缸壁和水套壁一體形成，然後樹脂外殼安裝到該水套壁上。
同時，日本實用新型公開文獻SHO 63-98465(第6-7頁，圖1)公開了一種發動機，其中，水套形成板環繞其內氣缸體和氣缸蓋一體形成的氣缸單體，並通過焊接從外部固定。
此外，日本實用新型公開文獻SHO 61-76149(第3-4頁，圖2)公開了一種氣缸體，其中，缸套的端部具有獨特形狀，且FRP(纖維增強塑料)套外壁部在壓力下被固定在缸套部的端部與曲軸軸承部之間。
然而根據日本專利公開文獻特開平No.5-296103所公開的技術，當在鑄造過程中將水套模製(成型)在氣缸體內時，必須使得用於模製該水套的模具部分較薄。尤其，當利用冷卻劑可獲得足夠的冷卻性能而從可燃性的角度考慮不希望比所需要的更進一步冷卻氣缸時，或者當考慮到減小發動機的尺寸和重量時，需要模製非常薄的水套。
因此，需要使形成水套的模具部分極薄。然而，當模具的該部分較薄時，其趨向於容易磨損和損壞，從而縮短該模具的壽命。因此，考慮到這一點，需要使形成水套的模具部分較厚。然而，這樣做導致模製厚或寬的水套、寬度方向的設計自由度降低、以及許多問題例如發動機的總尺寸增大以及氣缸的過冷和過熱。
對於日本實用新型公開文獻SHO 63-98465所公開的構造，不需要提供用於形成水套的薄模具部分。而是，薄水套形成板環繞氣缸單體。然而，因為水套形成板較薄，其趨向於容易變形，這可能會改變水套在氣缸單體中的寬度。尤其，如上所述，當利用冷卻劑可獲得足夠的冷卻性能而從可燃性的角度考慮不希望比所需要的更進一步冷卻氣缸時，或者當考慮到減小發動機的尺寸和重量時，需要模製非常薄的水套。然而，採用極薄的水套，即使是微小變形也會改變冷卻劑的流動、降低冷卻性能並導致會降低發動機燃燒性能的局部熱點及其類似物。
此外，對於日本實用新型公開文獻SHO 63-98465所公開的構造，利用其內氣缸體和氣缸蓋一體形成的氣缸單體中的水套形成板且通過焊接形成水套，這樣其不能應用於其內氣缸體和氣缸蓋相分開的普通發動機。
在形成氣缸蓋內的水套時，也存在日本專利公開文獻特開平No.5-296103和日本實用新型公開文獻SHO 63-98465所公開技術的問題。對於日本實用新型公開文獻SHO 61-76149所公開的技術，不需要提供用於形成水套的薄模具部分，因為分開提供了FRP套外壁部。然而，因為FRP套外壁部在壓力下經由缸套部的端部固定，該缸套部容易受到使孔形狀發生變形的壓力。因此，若使缸套部較薄以減小發動機的尺寸和重量，孔容易變形這個事實會阻礙減小該發動機的尺寸和重量。
發明內容
因此，考慮到前述問題，本發明提供一種發動機的氣缸體、氣缸蓋和發動機主體，其中該氣缸體和該氣缸蓋分開模製，這可通過增大水套形成部分的設計自由度來幫助減小發動機的尺寸和重量。
本發明的第一方面涉及一種氣缸體，在該氣缸體中圍繞氣缸形成有水套，該氣缸體與分開的氣缸蓋相組合形成發動機主體，該氣缸體包括i)具有安裝面且限定水套的氣缸側的主體氣缸體，和ii)作為限定水套的與該氣缸側相對的一側的氣缸體部而與該主體氣缸體分開地模製而成的外部氣缸體，該外部氣缸體設置在一預定位置以位於主體氣缸體的安裝面上，以便與該主體氣缸體一起限定水套，當該外部氣缸體設置在所述預定位置時，該外部氣缸體被固定就位同時被壓在氣缸蓋與主體氣缸體之間。
根據本發明的第一方面，氣缸體是這樣的，即，主體氣缸體和外部氣缸體分開模製且在組裝時將水套夾在它們之間。因此，在模製每個氣缸體部時，尤其在通過鑄造模製氣缸體部時，不需要使得用以模製水套的模具部分較薄。即，用於主體氣缸體的模具僅需要模製水套的內側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套的實際寬度。
同樣，對於外部氣缸體側，在鑄造時，模具僅需要模製水套的外側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套的實際寬度。因為外部氣缸體位於水套的相對於形成氣缸的主體氣缸體的另一側上，外部氣缸體不需要像主體氣缸體那樣耐熱或耐磨。因此，外部氣缸體不需要被鑄造，這避免了與模具耐用性有關的問題。
因此，即使水套的寬度被設計得狹窄，該模具的壽命也不會縮短。此外，主體氣缸體的氣缸的端部承受來自氣缸蓋的軸向壓力，然而此壓力也分配給外部氣缸體。結果，氣缸的端部不需要具有複雜形狀。並且，即使氣缸的壁較薄，孔本身也不會變形。此外，因為外部氣缸體被模製成氣缸體部，其抵抗由外力導致的變形，這阻止內側上的水套的冷卻劑通道由於外力而發生變形。
結果，水套形成部分的設計自由度增大。因此，如上所述，可使水套和氣缸部足夠薄，從而有助於減小發動機的尺寸和重量。
在本發明的第一方面中，用於確定外部氣缸體相對於主體氣缸體的安裝位置的定位部可形成在主體氣缸體和外部氣缸體中的至少一個上。結果，主體氣缸體和外部氣缸體能夠迅速且準確地裝配到一起以形成氣缸體。
並且，外部氣缸體可由樹脂或樹脂複合材料形成。也就是說，因為外部氣缸體經由水套與形成氣缸的主體氣缸體分開，所以該外部氣缸體不需要像該主體氣缸體那樣耐熱或耐磨。因此，通過用樹脂或樹脂複合材料形成外部氣缸體，可以進一步減小發動機的重量和成本。
並且，出於上述原因，廣範圍的材料可用於形成外部氣缸體。因此，外部氣缸體可由選自鋁合金、鎂合金、樹脂、樹脂複合材料和陶瓷中的一種或兩種或更多種材料形成。
並且，主體氣缸體可通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成。結果，進一步減小發動機的重量。
並且，主體氣缸體可具有被鑄入主體氣缸體的孔部內的缸套。結果，可採用薄缸套。通常，缸套由比重高於鋁合金或鎂合金的耐磨材料例如鐵合金製成，這樣通過使缸套較薄，能夠減輕發動機的重量。
並且，對主體氣缸體的孔部進行處理以使其耐磨。由此，因為缸套不需要被鑄入主體氣缸體內，發動機的重量能夠進一步減輕。
本發明的第二方面涉及一氣缸蓋，在該氣缸蓋中圍繞氣缸頂部形成有水套，該氣缸蓋與分開的氣缸體相組合形成發動機主體，該氣缸蓋包括i)具有安裝面且限定水套的氣缸頂部側的主體氣缸蓋，和ii)作為限定水套的與該氣缸側相對的一側的氣缸蓋部而與該主體氣缸蓋分開地模製而成的外部氣缸蓋，該外部氣缸蓋設置在一預定位置以位於主體氣缸蓋的安裝面上，以便與主體氣缸蓋一起限定水套，當該外部氣缸蓋設置在該預定位置時，該外部氣缸蓋被固定就位同時被壓在氣缸體與主體氣缸蓋之間。
根據本發明的第二方面，氣缸蓋是這樣的，即，主體氣缸蓋和外部氣缸蓋分開模製且在組裝時將水套夾在它們之間。因此，在模製每個氣缸蓋部時，尤其在通過鑄造模製氣缸蓋部時，不需要使得用以模製水套的模具部分較薄。即，用於主體氣缸蓋的模具僅需要模製水套的內側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套的實際寬度。
同樣，對於外部氣缸蓋側，在鑄造時，模具僅需要模製水套的外側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套的實際寬度。因為外部氣缸蓋位於水套的相對於形成氣缸頂部的主體氣缸蓋的另一側上，外部氣缸蓋不需要像主體氣缸蓋那樣耐熱或耐磨。因此，外部氣缸蓋不需要被鑄造，這避免了與模具耐用性有關的問題。
因此，即使水套的寬度被設計得狹窄，該模具的壽命也不會縮短。此外，主體氣缸蓋的氣缸頂部的端部承受來自氣缸體的軸向壓力，然而此壓力也分配給外部氣缸蓋。結果，氣缸頂部的端部不需要具有複雜形狀。並且，即使氣缸頂部的壁較薄，該氣缸頂部本身也不會變形。此外，因為外部氣缸蓋被模製成氣缸蓋部，其抵抗由外力導致的變形，這阻止內側上的水套的冷卻劑通道由於外力而發生變形。
結果，水套形成部分的設計自由度增大。因此，如上所述，可使水套和氣缸頂部足夠薄，從而有助於減小發動機的尺寸和重量。
在本發明的第二方面中，用於確定外部氣缸蓋相對於主體氣缸蓋的安裝位置的定位部可形成在該主體氣缸蓋和外部氣缸蓋中的至少一個上。結果，主體氣缸蓋和外部氣缸蓋能夠迅速且準確地裝配到一起以形成氣缸蓋。
並且，外部氣缸蓋可由樹脂或樹脂複合材料形成。也就是說，因為外部氣缸蓋經由水套與形成氣缸頂部的主體氣缸蓋分開，所以該外部氣缸蓋不需要像主體氣缸蓋那樣耐熱或耐磨。因此，通過用樹脂或樹脂複合材料形成外部氣缸蓋，可進一步減小發動機的重量和成本。
並且，出於上述原因，廣範圍的材料可用於形成外部氣缸蓋。因此，外部氣缸蓋可由選自鋁合金、鎂合金、樹脂、樹脂複合材料和陶瓷中的一種或兩種或更多種材料形成。
並且，主體氣缸蓋可通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成。結果，進一步減小發動機的重量。
本發明的第三方向涉及一種發動機主體，該發動機主體包括其內圍繞氣缸形成有水套的氣缸體和其內圍繞氣缸頂部形成有該水套的氣缸蓋，該發動機主體包括i)具有安裝面且限定水套的氣缸側的主體氣缸體；ii)具有安裝面且形成水套的氣缸頂部側的主體氣缸蓋；和iii)作為限定該水套的與氣缸側和氣缸頂部側相對的一側的氣缸體部而與該主體氣缸體和主體氣缸蓋分開地模製而成的外部氣缸體，該外部氣缸體設置在一預定位置以位於主體氣缸體的安裝面與主體氣缸蓋的安裝面之間，以便與該主體氣缸體和主體氣缸蓋一起限定水套，當該外部氣缸體設置在該預定位置時，該外部氣缸體被固定就位同時被壓在主體氣缸體與主體氣缸蓋之間。
根據本發明的第三方面，發動機主體是這樣的，主體氣缸體、主體氣缸蓋和外部氣缸體分開模製且在組裝時將水套夾在它們之間。因此，在模製每個部分時，尤其在通過鑄造模製每個部分時，不需要使得用以模製水套的模具部分較薄。即，用於主體氣缸體和主體氣缸蓋的模具僅需要模製水套的內側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套的實際寬度。
同樣，對於外部氣缸體側，在鑄造時，模具僅需要模製水套的外側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套的實際寬度。因為外部氣缸體位於水套的相對於形成氣缸和氣缸頂部的主體氣缸體和主體氣缸蓋的另一側上，外部氣缸體不需要像主體氣缸體和主體氣缸蓋那樣耐熱或耐磨。因此，外部氣缸體不需要依靠鑄造，這避免了與模具耐用性有關的問題。
因此，即使水套的寬度被設計得狹窄，該模具的壽命也不會縮短。此外，主體氣缸體的氣缸的端部和主體氣缸蓋的氣缸頂部的端部承受來自對方的軸向壓力，然而此壓力也分配給外部氣缸體。結果，氣缸的端部和氣缸頂部的端部不需要具有複雜形狀。並且，即使氣缸和氣缸頂部的壁較薄，孔本身也不會變形。此外，因為外部氣缸體被模製成氣缸體部，其抵抗由外力導致的變形，這阻止內側上的水套的冷卻劑通道由於外力而發生變形。
結果，提供外部氣缸體增大了共同形成水套的主體氣缸體側和主體氣缸蓋側的設計自由度。因此，如上所述，可使水套、氣缸或氣缸頂部足夠薄，從而有助於減小發動機的尺寸和重量。
在本發明的第三方面中，用於確定外部氣缸體相對於主體氣缸體的安裝位置的定位部可形成在該主體氣缸體和外部氣缸體中的至少一個上。結果，主體氣缸體和外部氣缸體能夠迅速且準確地裝配到一起以形成氣缸體。此外，該發動機主體可通過將外部氣缸體固定就位同時壓在主體氣缸體與主體氣缸蓋之間而形成。
並且，外部氣缸體可由樹脂或樹脂複合材料形成。也就是說，因為外部氣缸體經由水套與形成氣缸和氣缸頂部的主體氣缸體和主體氣缸蓋分開，所以該外部氣缸體不需要像該主體氣缸體和主體氣缸蓋那樣耐熱或耐磨。因此，通過用樹脂或樹脂複合材料形成外部氣缸體，可以進一步減小發動機的重量和成本。
並且，出於上述原因，廣範圍的材料可用於形成外部氣缸體。因此，外部氣缸體可由選自鋁合金、鎂合金、樹脂、樹脂複合材料和陶瓷中的一種或兩種或更多種材料形成。
並且，主體氣缸體可通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成。結果，進一步減小發動機的重量。
並且，主體氣缸體可具有被鑄入主體氣缸體的孔部內的缸套。結果，可採用薄缸套。通常，缸套由比重高於鋁合金或鎂合金的耐磨材料例如鐵合金製成，這樣通過使缸套較薄，能夠減輕發動機的重量。
並且，對主體氣缸體的孔部進行處理以使其耐磨。由此，因為缸套不需要被鑄入主體氣缸體內，發動機的重量能夠進一步減輕。
並且，主體氣缸蓋可通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成。結果，進一步減小發動機的重量。
並且，利用緊固螺栓將外部氣缸體固定在主體氣缸體與主體氣缸蓋之間的適當位置。結果，外部氣缸體被固定就位同時被壓在主體氣缸蓋與主體氣缸體之間。
本發明的第四方面涉及一種採用根據本發明第一方面的任一氣缸體以及氣缸蓋的發動機主體，外部氣缸體被利用緊固螺栓固定在主體氣缸體與氣缸蓋之間。結果，該發動機主體形成，而外部氣缸體被固定就位同時被壓在主體氣缸蓋與主體氣缸體之間。
並且，採用密封材料或焊接來密封主體氣缸體與外部氣缸體之間。採用此構造阻止冷卻劑從水套漏出。
本發明的第五方面涉及一種採用根據本發明第二方面的任一氣缸蓋以及氣缸體的發動機主體，外部氣缸蓋被利用緊固螺栓固定在主體氣缸蓋的氣缸體與氣缸蓋之間。結果，該發動機主體形成，而外部氣缸體被固定就位同時被壓在主體氣缸蓋與氣缸體之間。
並且，採用密封材料或焊接來密封主體氣缸蓋與外部氣缸蓋之間。採用此構造阻止冷卻劑從水套漏出。
本發明第六示例性實施例涉及一種發動機主體，該發動機主體包括其內圍繞氣缸形成有水套的氣缸體和其內圍繞氣缸頂部形成有該水套的氣缸蓋，該發動機主體包括i)具有安裝面且限定水套的氣缸側的氣缸體；ii)具有安裝面且形成水套的氣缸頂部側的主體氣缸蓋；和iii)作為限定水套的與氣缸側相對的一側的氣缸蓋部而與主體氣缸蓋分開地模製而成的外部氣缸蓋，該外部氣缸蓋設置在一預定位置以位於主體氣缸蓋的安裝面上，以便與氣缸體和主體氣缸蓋一起限定水套，當該外部氣缸蓋設置在該預定位置時，該外部氣缸蓋被固定就位同時被壓在氣缸體與主體氣缸蓋之間。
圖1是示出根據本發明一個示例性實施例的發動機主體的透視圖；圖2是該發動機主體的分解透視圖；圖3是根據本發明第一示例性實施列的氣缸體的透視圖；圖4是該氣缸體的俯視圖；圖5是根據本發明第一示例性實施列的主體氣缸體的俯視圖；圖6是該主體氣缸體的局部斷裂透視圖；圖7A是根據本發明第一示例性實施列的外部氣缸體的透視圖，圖7B是該外部氣缸體倒置的透視圖；圖8A是該外部氣缸體的俯視圖，圖8B是該外部氣缸體的正視圖，圖8C是該外部氣缸體的仰視圖，圖8D是該外部氣缸體的右視圖；圖9是該外部氣缸體的局部斷裂透視圖；圖10是沿氣缸之一的軸線切開的該氣缸體的截面圖；圖11是沿兩氣缸之間切開的該發動機主體的局部斷裂透視圖；圖12是示出根據本發明第二示例性實施例的氣缸體的透視圖；圖13是沿氣缸之間切開的根據本發明第二示例性實施例的發動機主體的局部斷裂透視圖；圖14是示出沿氣缸之一的軸線切開的該發動機主體的截面圖；圖15是沿氣缸之一的軸線切開的根據本發明第三示例性實施例的發動機主體的截面圖；圖16是示出沿氣缸之一的軸線切開的根據本發明第四示例性實施例的發動機主體的截面圖；圖17A示出錐形面設置在外部氣缸體的底面上的密封結構的一個示例的截面圖，圖17B是示出液封材料固定在如圖17A所示外部氣缸體的錐形面上的狀態的說明圖；圖18A是說明主體氣缸體或主體氣缸蓋的安裝面和外部氣缸體或外部氣缸蓋的底面的變形的一個示例的截面圖，圖18B是示出圖18A所示主體氣缸蓋安裝在主體氣缸體上的說明圖；以及圖19是示出封閉上側邊的截面圖。
具體實施例方式
作為本發明的第一示例性實施列，圖1的透視圖示出採用本發明的四缸內燃機的發動機主體2的構造。此發動機主體2是通過將主體氣缸體4、外部氣缸體6、墊圈(密封墊)7以及氣缸蓋8堆疊在一起構成的，如圖2的分解透視圖所示。
主體氣缸體4和外部氣缸體6裝配在一起，如圖3的透視圖和圖4的俯視圖所示，以形成氣缸體10。
主體氣缸體4由鋁合金或鎂合金一體鑄造而成。主體氣缸體4包括四個形成在頂部的圓筒形氣缸12、形成在底部的裙部14、以及形成在氣缸12與裙部14之間的外壁安裝部16。多根肋18和20設置在裙部14和外壁安裝部16的外側上以增加強度。
如圖5的俯視圖和圖6的(沿圖5中線VI-VI切開的)截面透視圖所示，(在此示例性實施例中由鐵合金製成的)缸套22被鑄入形成位於每個氣缸12的內周側上的孔的部分內。安裝面24圍繞所有氣缸12形成在外壁安裝部16上。此安裝面垂直於氣缸12的寬度方向。此外，螺栓孔26設置在圍繞氣缸12的安裝面24的十個位置上。另外，凸出的定位銷28設置在安裝面24上相互成對角線的兩個位置處，以定位外部氣缸體6。
外部氣缸體6的透視圖在圖7A和圖7B中給出，外部氣缸體6的四個面示出在圖8A至8D中。圖7A是正常透視圖，圖7B示出倒置的外部氣缸體6的透視圖。同時，圖8A是俯視圖，圖8B是正視圖，圖8C是仰視圖，圖8D是右視圖。在此示例性實施例中，外部氣缸體6是樹脂或樹脂複合材料(例如玻璃纖維或碳纖維一類的纖維增強樹脂)的模製體。或者，外部氣缸體6由鋁合金、鎂合金或陶瓷一體模製而成。
外部氣缸體6被模製成具有與圖6所示氣缸12的外周面12a對應的內周面30的環形。此內周面30包括上部內周面30a和下部內周面30b。下部內周面30b被模製成其比上部內周面30a更靠近氣缸12的外周面12a。
平坦的外周上側面32形成在外部氣缸體6的頂端上，底面34形成在外部氣缸體6的底端上。螺栓通孔36沿著從外周上側面32延伸至底面34的內周面30的軸向設置在十個位置上，如圖9的截面透視圖(圖8A的IX-IX截面)所示。這些螺栓通孔36的位置對應於設置在主體氣缸體4內的十個螺栓孔26。此外，供設置在主體氣缸體4側上的定位銷28插入的定位孔38設置在底面34中與主體氣缸體4側上的定位銷28對應的位置。定位銷28和定位孔38一起相當於定位部。螺栓通孔36內還設置有金屬套筒。
圍繞外部氣缸體6設置有多根肋40和42以及允許冷卻劑流入和流出水套的冷卻劑口44。
根據此構造，主體氣缸體4和外部氣缸體6經由主體氣缸體4側上的定位銷28和外部氣缸體6側上的定位孔38正確對準地裝配到一起，如圖3所示。當它們以這種方式組裝時，水套50形成在主體氣缸體4的氣缸12的外周面12a與外部氣缸體6的內周面30之間，如圖10所示。此時，水套50的寬度在外部氣缸體6的內周面30的上部內周面30a上比在其下部內周面30b上寬。位於主體氣缸體4的氣缸12的頂端上的內周上側面12b與位於外部氣缸體6的頂端上的外周上側面32在同一個水平面上或者基本在同一個水平面上。
液封材料(例如矽密封材料)預先塗覆在主體氣缸體4的安裝面24和外部氣缸體6的底面34之一或兩者上。結果，主體氣缸體4與外部氣缸體6之間被密封以阻止冷卻劑從水套50漏出。或者，採用墊圈以代替液封材料。同時，當外部氣缸體6由金屬例如鋁合金或鎂合金製成時，也可採用焊接(例如，TIG焊接、MIG焊接、雷射焊接、摩擦(攪動)焊接)來提供密封。即，在主體氣缸體4的安裝面24和外部氣缸體6的底面34相互接觸時，從外部將主體氣缸體4和外部氣缸體6的邊界處焊接到一起，如圖10所示。
在內周上側面12b和外周上側面32經過機械加工後，氣缸蓋8裝配到本身是主體氣缸體4和外部氣缸體6的組件的氣缸體10上，如圖3所示，且墊圈7夾入其間。
如圖11的縱向截面透視圖所示，十個緊固螺栓52從氣缸蓋8經由墊圈7內的螺栓通孔7a和外部氣缸體6內的螺栓通孔36擰入主體氣缸體4中的螺栓孔26中。由此，外部氣缸體6被固定就位，同時承受來自氣缸蓋8和主體氣缸體4的壓力。因此，主體氣缸體4、外部氣缸體6和氣缸蓋8能夠整合為發動機主體2，如圖1所示。
以下將說明上述示例性實施例所實現的效果。
(1A)氣缸體10是這樣的，主體氣缸體4和外部氣缸體6分開模製。
當如圖3，4和10所示的氣缸體10像傳統技術那樣通過鑄造模製成單個單元時，用於形成水套50的模具的一部分長且極薄。當重複用於鑄造時，該部分易於磨損並受到損壞，嚴重縮短模具的壽命。
然而，在本發明的此示例性實施例中，氣缸體10由分開模製且設置用以將水套50夾在中間的主體氣缸體4和外部氣缸體6形成。因此，在模製每個氣缸體4和6時，尤其在通過鑄造模製主體氣缸體4時，不需要使模製水套50的模具部分較薄。即，用於主體氣缸體4的模具僅需要模製水套50的內側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套50的實際寬度，從而延長該模具的壽命。
同樣，在本發明的此示例性實施例中，外部氣缸體6由樹脂或樹脂複合材料模製而成。然而，在這種情況中，模具的耐用性不是問題。尤其，用金屬例如鋁合金或鎂合金鑄造外部氣缸體6類似於鑄造主體氣缸體4。即，模具僅需要模製水套50的外側面，這樣該模具本身可具有足夠的厚度而不管水套50的實際寬度，從而延長該模具的壽命。
此外，主體氣缸體4的氣缸12的端部承受來自氣缸蓋8的軸向壓力，然而此壓力也分配給外部氣缸體6。結果，氣缸12的端部僅需要承受來自氣缸蓋8的壓力，從而不需要具有複雜形狀。同時，即使氣缸12的壁薄，孔本身也不會變形。此外，因為外部氣缸體6被模製成氣缸體部，其抵抗由外力導致的變形，這阻止內側上的水套50的冷卻劑通道由於外力而發生變形。
結果，水套50形成部分的設計自由度增大。因此，如上所述，可使水套50和氣缸12足夠薄，從而有助於減小發動機的尺寸和重量。
(1B)提供定位銷28和定位孔38能夠通過簡單地將外部氣缸體6放置在主體氣缸體4的安裝面24上來使外部氣缸體6準確設置在主體氣缸體4上。
(1C)因為外部氣缸體6經由水套50與其內形成有氣缸12的主體氣缸體4分開，外部氣缸體6不需要像主體氣缸體4那樣耐熱或耐磨。因此，外部氣缸體6可由樹脂或樹脂複合材料形成，這能夠進一步減少發動機的重量和成本。
外部氣缸體6被固定就位同時被壓在主體氣缸體4的安裝面24與氣缸蓋8之間，但緊固力也分配給氣缸12。結果，即使外部氣缸體6由樹脂製成，其也可抵抗變形，從而能夠保持水套50不漏水。
(1D)如上所述，主體氣缸體4與外部氣缸體6分開地模製，這樣模具內部不需要具有複雜形狀。此外，氣缸12的內周上側面12b僅需要經由墊圈7與氣缸蓋8的底面緊密配合，氣缸12不具有複雜形狀而是具有簡單圓筒形，由此進一步簡化了模具內部。
結果，熔融金屬在鑄造過程中平穩地注入模具內，使得鑄件內不易於形成空穴，這提高了製造收益率並降低了製造成本。此外，外部氣缸體6的鑄造也一樣，因為外部氣缸體6與主體氣缸體4分開地鑄造，模具內部不需要具有複雜形狀。結果，熔融金屬在鑄造過程中平穩地注入模具內，使得鑄件內不易於形成空穴，這提高了製造收益率並降低了製造成本。
(1E)氣缸12具有簡單的圓筒形，且內周上側面12a經由基本平坦地環繞其整個周界的墊圈7承受來自氣缸蓋8的軸向壓力。結果，與現有技術相反，氣缸12不易於承受來自緊固操作的不均勻壓力或者來自側面的壓力，該壓力可使氣缸12變形或者更具體地說使孔變形。由此，精確維持孔形狀，並防止由活塞環導致的摩擦和磨損增大。此外，因為活塞環與孔之間的氣密封不會降低，所以能夠保持發動機的高能量效率。
對於外部氣缸體6也一樣，外周上側面32經由基本平坦地環繞其整個周界的墊圈7承受來自氣缸蓋8的軸向壓力。結果，外部氣缸體6不易於承受可使其變形的來自緊固操作的不均勻壓力或者來自側面的壓力，這樣能夠維持主體氣缸體4與氣缸蓋8之間的水密性。
(1F)因為主體氣缸體4由鋁合金或鎂合金鑄造而成，可以減輕發動機的重量。同時，通過在主體氣缸體4內鑄造缸套22，不僅可以增強氣缸12的耐用性，還可以採用薄缸套22，這有助於減輕發動機的重量。
(1G)在由如圖2所示的鑄造而成的主體氣缸體4設置的氣缸12完全暴露，這便於從內周面和外周面對氣缸12進行各種處理(例如，螺紋加工和內孔冷卻處理)、從內周面和外周面對缸套22進行處理以及對氣缸12周圍進行處理。
此外，還便於對外部氣缸體6的內周面30進行各種處理。結果，能夠以極高的自由度執行水套50的冷卻劑通道的模製、易於調節孔周圍及孔之間的溫度、以及孔周圍及孔之間的溫度分布得以優化，以控制由緊固操作和燃燒過程中所產生熱量導致的孔變形，從而獲得更好的發動機性能。
根據本發明的第二示例性實施例，在氣缸體110內，主體氣缸體104在形狀上類似於本發明第一示例性實施例中的主體氣缸體4，然而外部氣缸體106形成為比氣缸112高，如圖12的透視圖所示。結果，當主體氣缸體104和外部氣缸體106裝配到一起時，外周上側面132比內周上側面112b高，如圖中所示。
主體氣缸蓋108形成為使得位於氣缸頂部側上與內周上側面112b接觸的內壁部108a按照與氣缸體110形狀對應的方式向下凸出，如圖13的(沿兩氣缸112之間的截面)斷裂透視圖以及圖14的(沿一個氣缸112的中央的截面)縱向截面圖所示。結果，通過用緊固螺栓152緊固外部氣缸體106，主體氣缸蓋108能夠經由墊圈107與內周上側面112b和外周上側面132緊密配合併實現水密封。
墊圈107用位於內周上側面112b與外周上側面132之間的梯級一體模製而成。然而或者，可給內周上側面112b和外周上側面132提供分開的墊圈。
墊圈107也可僅用於內周上側面112b與主體氣缸蓋108之間的接觸點處，同時利用在本發明第一示例性實施例中描述的液封材料來密封外周上側面132與主體氣缸蓋108之間的接觸點。
此外部氣缸體106還用作位於氣缸體110側上的水套150a的外壁以及位於主體氣缸蓋108側上的水套150b的外壁。
外部氣缸體106和主體氣缸體104的安裝位置以及兩者之間的密封類似於在本發明第一示例性實施例中所述的外部氣缸體6和主體氣缸體4的安裝位置以及兩者之間的密封。
以下將說明上述第二示例性實施例所實現的效果。
(2A)可實現與在本發明第一示例性實施例的(1A)至(1G)中所述效果相當的效果，以及和主體氣缸蓋108與外部氣缸體106之間關係有關的效果。
這些效果可在僅具有一個外部氣缸體106的主體氣缸體104側和主體氣缸蓋108側上實現，這樣發動機的部件數量不會增加。
根據本發明的第三示例性實施例，氣缸蓋被模製成兩部分，一個是主體氣缸蓋208，另一個是外部氣缸蓋206，如圖15的縱向截面圖所示，其不同於本發明的第一示例性實施例。示出的整個氣缸體210被一體模製而成，但其也可像本發明第一示例性實施例那樣被模製成兩部分，一個是主體氣缸體，另一個是外部氣缸體。
主體氣缸蓋208與外部氣缸蓋206之間的關係類似於本發明第一示例性實施例中主體氣缸體4與外部氣缸體6之間的關係。即，外部氣缸蓋206在主體氣缸蓋208的安裝面224上的位置由定位銷和定位孔決定。同時，通過使緊固螺栓從主體氣缸蓋208側穿過形成在外部氣缸蓋206內的螺栓通孔至氣缸體210側，在壓力下緊固外部氣缸蓋206。
以下將說明上述第三示例性實施例所實現的效果。
(3A)除了與孔形狀有關的效果外，可實現與在本發明第一示例性實施例的(1A)至(1G)中所述效果相當的效果，以及與主體氣缸蓋208與外部氣缸蓋206之間關係有關的效果。
根據本發明的第四示例性實施例，氣缸體310由主體氣缸體304和外部氣缸體306構成，如在本發明第一示例性實施例中所述的且在圖16的縱向截面圖所示出的。然而，與本發明第一示例性實施例相反，缸套未鑄入主體氣缸體304的氣缸312內。而是，氣缸312的內周面由鋁合金或鎂合金製成且形成孔。然後，通過噴塗對此孔部進行表面處理以使其耐磨。除此以外的構造與本發明第一示例性實施例中所述的相同。
以下將說明上述第四示例性實施例所實現的效果。
(4A)可實現與在本發明第一示例性實施例的(1A)至(1G)中所述效果相同的效果。尤其，對於第四示例性實施例，如在本發明第一示例性實施例的(1D)中所述的，因為空穴不易於在鑄件內形成這個事實，不易於出現由氣缸312的內周面內的空穴導致的缺陷。因此，即使進行表面處理例如噴塗，足夠光滑的表面也可形成為孔，這樣收益率提高，這反過來降低了製造成本。
(4B)因為缸套不需要被鑄入主體氣缸體的孔部內，可減輕發動機的總重量。
現在將說明修正實施例。
(a)在每個示例性實施例中，當外部氣缸體與主體氣缸體用液封材料密封時，錐形面434a可設置在外部氣缸體406的底面434上，如圖17A所示。結果，當液封材料435塗覆在主體氣缸體404的安裝面424和外部氣缸體406的底面434之一或兩者上時，以及當這些面424和434抵靠在一起時，液封材料435能夠保持足夠的厚度，如圖17B所示。因此，獲得提高水套450的密封持久性的效果。
(b)在每個示例性實施例中，外部氣缸體由選自樹脂、樹脂複合材料、鋁合金、鎂合金以及陶瓷中的一種材料製成。或者，外部氣缸體也可由兩或更多種這些材料組合的複合材料製成。例如，鋁合金層、鎂合金層或陶瓷層可形成在由樹脂製成的外部氣缸體的外周面上，以增強對由外部摩擦導致的磨損和擦傷的抵抗性。
(c)在前述示例性實施例中，通過將兩個定位銷裝配到兩個對應的定位孔中，相對於主體氣缸體或主體氣缸蓋定位外部氣缸體或外部氣缸蓋。然而，孔數量不需要限制於兩個，即，可以多於兩個。此外，可提供不同於定位銷和定位孔的組合的定位部。例如，通過使位於外部氣缸體或外部蓋的底面上的凹凸形與位於主體氣缸體或主體氣缸蓋的安裝面上的對應凹凸形配合，相對於主體氣缸體或主體氣缸蓋定位外部氣缸體或外部氣缸蓋。
(d)在前述示例性實施例中，外部氣缸體和外部氣缸蓋的底面以及對應於這些底面的安裝面具有垂直於氣缸軸向的表面。然而或者，外部氣缸體和外部氣缸蓋的底面以及對應於這些底面的安裝面不一定要具有垂直於氣缸軸向的表面。例如，主體氣缸體(或主體氣缸蓋)504的安裝面524可被模製成截面為凸三角的形狀，如圖18A所示，且外部氣缸體(或外部氣缸蓋)506的底面534可被模製成對應的截面為三角槽的形狀。此構造還可通過將安裝面524和底面534裝配到一起來相對於主體氣缸體(或主體氣缸蓋)504定位外部氣缸體(或外部氣缸蓋)506，如圖18B所示。或者，安裝面524可模製成槽形，而底面534模製成凸形。
(e)在前述示例性實施例中，採用液封材料或焊接來密封主體氣缸體或主體氣缸蓋的安裝面與外部氣缸體或外部氣缸蓋的底面之間。然而或者，可採用墊圈來代替液封材料或焊接。
(f)在前述示例性實施例中，在組裝發動機主體之前，主體氣缸體或主體氣缸蓋的上端部與外部氣缸體或外部氣缸蓋的上端部分開，且水套具有敞開上側面。或者，水套可具有封閉上側面。例如，可圍繞外部氣缸體606端部上的整個周界設置朝向氣缸612側凸出的凸起606a，使得當通過將外部氣缸體606安裝到主體氣缸體604上來組裝氣缸體610時，水套650的頂端被封閉，如圖19所示。相同構造也可用於外部氣缸蓋和主體氣缸蓋。同時，沿著水套650頂端的整個周界不一定要全部封閉，即沿著該頂端的部分周界可敞開。
(g)如在本發明第四示例性實施例中所述的沒有缸套但已對其進行表面處理的孔也可用在第二或第三示例性實施例中所述的氣缸。同時，氣缸可以是沒有缸套的鑄鐵。
權利要求
1.一種氣缸體，在該氣缸體中圍繞氣缸(12；412)形成有水套(50；450)，所述氣缸體與分開的氣缸蓋(8)相組合形成發動機主體(2)，所述氣缸體的特徵在於包括具有安裝面(24；424)並且限定所述水套(50；450)的氣缸(12；412)側的主體氣缸體(4；404)，和作為限定所述水套(50；450)的與所述氣缸(12；412)側相對的一側的氣缸體部而與所述主體氣缸體(4；404)分開地模製而成的外部氣缸體(6；406)，該外部氣缸體(6；406)設置在一預定位置以位於所述主體氣缸體(4；404)的所述安裝面(24；424)上，以便與所述主體氣缸體(4；404)一起限定所述水套(50；450)，當所述外部氣缸體(6；406)設置在所述預定位置時，所述外部氣缸體(6；406)被固定就位同時被壓在所述氣缸蓋(8)與所述主體氣缸體(4；404)之間。
2.根據權利要求1所述的氣缸體，其特徵在於，用於確定所述外部氣缸體(6；406)相對於所述主體氣缸體(4；404)的安裝位置的定位部(28)形成在所述主體氣缸體(4；404)和所述外部氣缸體(6；406)中的至少一個上。
3.根據權利要求1或2所述的氣缸體，其特徵在於，所述外部氣缸體(6；406)由樹脂或樹脂複合材料形成。
4.根據權利要求1或2所述的氣缸體，其特徵在於，所述外部氣缸體(6；406)由選自鋁合金、鎂合金、樹脂、樹脂複合材料和陶瓷中的一種或兩種或更多種材料形成。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的氣缸體，其特徵在於，所述主體氣缸體(4；404)是通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成的。
6.根據權利要求5所述的氣缸體，其特徵在於，所述主體氣缸體(4；404)具有被鑄入所述主體氣缸體(4；404)的孔部內的缸套(22；422)。
7.根據權利要求5所述的氣缸體，其特徵在於，對所述主體氣缸體(4；404)的孔部進行表面處理以使其耐磨。
8.一種氣缸蓋，在該氣缸蓋中圍繞氣缸頂部形成有水套，所述氣缸蓋與分開的氣缸體(210)相組合形成發動機主體，所述氣缸蓋的特徵在於包括具有安裝面並且限定所述水套的氣缸頂部側的主體氣缸蓋(208)，和作為限定所述水套的與所述氣缸側相對的一側的氣缸蓋部而與所述主體氣缸蓋(208)分開地模製而成的外部氣缸蓋(206)，該外部氣缸蓋設置在一預定位置以位於所述主體氣缸蓋(208)的所述安裝面(224)上，以便與所述主體氣缸蓋(208)一起限定所述水套，當所述外部氣缸蓋(206)設置在所述預定位置時，所述外部氣缸蓋(206)被固定就位同時被壓在所述氣缸體(210)與所述主體氣缸蓋(208)之間。
9.根據權利要求8所述的氣缸蓋，其特徵在於，用於確定所述外部氣缸蓋(206)相對於所述主體氣缸蓋(208)的安裝位置的定位部形成在所述主體氣缸蓋(208)和所述外部氣缸蓋(206)中的至少一個上。
10.根據權利要求8或9所述的氣缸蓋，其特徵在於，所述外部氣缸蓋(206)由樹脂或樹脂複合材料形成。
11.根據權利要求8或9所述的氣缸蓋，其特徵在於，所述外部氣缸蓋(206)由選自鋁合金、鎂合金、樹脂、樹脂複合材料和陶瓷中的一種或兩種或更多種材料形成。
12.根據權利要求8-11中任一項所述的氣缸蓋，其特徵在於，所述主體氣缸蓋(208)是通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成的。
13.一種發動機主體，該發動機主體包括其內圍繞氣缸(112)形成有水套(150a，150b)的氣缸體(110)和其內圍繞氣缸頂部形成有所述水套(150a，150b)的氣缸蓋，所述發動機主體的特徵在於包括具有安裝面並且限定所述水套(150a，150b)的氣缸側的主體氣缸體(104)；具有安裝面並且形成所述水套(150a，150b)的氣缸頂部側的主體氣缸蓋(108)；和作為限定所述水套(150a，150b)的與所述氣缸(112)側和所述氣缸頂部側相對的一側的氣缸體部而與所述主體氣缸體(104)和所述主體氣缸蓋(108)分開地模製而成的外部氣缸體(106)，該外部氣缸體(106)設置在一預定位置以位於所述主體氣缸體(104)的所述安裝面與所述主體氣缸蓋(108)的所述安裝面之間，以便與所述主體氣缸體(104)和所述主體氣缸蓋(108)一起限定所述水套(150a，150b)，當所述外部氣缸體(106)設置在所述預定位置時，所述外部氣缸體(106)被固定就位同時被壓在所述主體氣缸體(104)與所述主體氣缸蓋(108)之間。
14.根據權利要求13所述的發動機主體，其特徵在於，用於確定所述外部氣缸體(106)相對於所述主體氣缸體(104)的安裝位置的定位部形成在所述主體氣缸體(104)和所述外部氣缸體(106)中的至少一個上。
15.根據權利要求13或14所述的發動機主體，其特徵在於，所述外部氣缸體(106)由樹脂或樹脂複合材料形成。
16.根據權利要求13或14所述的發動機主體，其特徵在於，所述外部氣缸體(106)由選自鋁合金、鎂合金、樹脂、樹脂複合材料和陶瓷中的一種或兩種或更多種材料形成。
17.根據權利要求13-16中任一項所述的發動機主體，其特徵在於，所述主體氣缸體(104)是通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成的。
18.根據權利要求17所述的發動機主體，其特徵在於，所述主體氣缸體(104)具有被鑄入所述主體氣缸體(104)的孔部內的缸套。
19.根據權利要求17所述的發動機主體，其特徵在於，對所述主體氣缸體(104)的孔部進行表面處理以使其耐磨。
20.根據權利要求13-19中任一項所述的發動機主體，其特徵在於，所述主體氣缸蓋(108)是通過利用鋁合金或鎂合金進行鑄造模製而成的。
21.根據權利要求13-20中任一項所述的發動機主體，其特徵在於，所述外部氣缸體(106)被利用緊固螺栓(152)固定在所述主體氣缸體(104)與所述主體氣缸蓋(108)之間。
22.一種發動機主體，其特徵在於包括根據權利要求1-7中任一項所述的氣缸體；和氣缸蓋，所述外部氣缸體(406)被利用緊固螺栓固定在所述主體氣缸體(404)與所述氣缸蓋之間。
23.根據權利要求13-22中任一項所述的發動機主體，其特徵在於，採用密封材料(435)或焊接來密封所述主體氣缸體(404)與所述外部氣缸體(406)之間。
24.一種發動機主體，其特徵在於包括根據權利要求8-12中任一項所述的氣缸蓋；和氣缸體，所述外部氣缸蓋(206)被利用緊固螺栓固定在所述氣缸體與所述主體氣缸蓋(208)之間。
25.根據權利要求24所述的發動機主體，其特徵在於，採用密封材料或焊接來密封所述主體氣缸蓋(208)與所述外部氣缸蓋(206)之間。
26.一種發動機主體，該發動機主體包括其內圍繞氣缸形成有水套的氣缸體(210)和其內圍繞氣缸頂部形成有所述水套的氣缸蓋，所述發動機主體的特徵在於包括具有安裝面並且限定所述水套的氣缸側的所述氣缸體(210)；具有安裝面(224)並且形成所述水套的氣缸頂部側的主體氣缸蓋(208)；和作為限定所述水套的與所述氣缸側相對的一側的氣缸蓋部而與所述主體氣缸蓋(208)分開地模製而成的外部氣缸蓋(206)，該外部氣缸蓋(206)設置在一預定位置以位於所述主體氣缸蓋(208)的所述安裝面上，以便與所述氣缸體(210)和所述主體氣缸蓋(208)一起限定所述水套，當所述外部氣缸蓋(206)設置在所述預定位置時，所述外部氣缸蓋(206)被固定就位同時被壓在所述氣缸體與所述主體氣缸蓋(208)之間。
全文摘要
本發明涉及氣缸體，氣缸蓋和發動機主體。該氣缸體(10)是這樣的，主體氣缸體(4；404)和外部氣缸體(6；406)分開模製。結果，不需要使得用於模製水套(50；450)的模具部分較薄，從而延長該模具的壽命。此外，氣缸(12；412)具有簡單形狀，沿氣缸(12；412)軸向的壓力能夠基本均勻地分散到氣缸(12；412)與外部氣缸體(6；406)之間，由此能夠使氣缸(12；412)較薄。因此，水套(50；450)形成部分的設計自由度增大。因此，能夠使水套(50；450)和氣缸(12；412)充分薄，從而有助於減小發動機的尺寸和重量。
文檔編號F01B1/12GK1738966SQ200380108856
公開日2006年2月22日 申請日期2003年12月30日 優先權日2003年1月15日
發明者竹中一成, 大村清治, 高見俊裕, 吉島一也 申請人:豐田自動車株式會社