CN100578005C - 气缸套和发动机 - Google Patents

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Abstract

一种气缸套，具有在所述气缸套的轴向方向上的上部和下部。在所述上部的外周向表面上设置有高导热性膜。在所述下部的外周向表面上设置有低导热性膜。所述气缸套减小了气缸沿其轴向方向的温度差异。

Description

气缸套和发动机
技术领域
本发明涉及一种用在气缸体中的用于镶铸(嵌铸，包心铸造，insertcasting)的气缸套，以及具有该气缸套的发动机。
背景技术
用于发动机的带有气缸套的气缸体已经被用于实际应用中。气缸套通常应用于由铝合金制成的气缸体。作为这种用于镶铸的气缸套，已知在日本早期公开的实用新型62-52255号公报中有所公开。
在发动机中，气缸的温度升高使得气缸孔发生热膨胀。此外，气缸的温度在沿气缸轴向方向的位置间变化。因此，气缸孔由于热膨胀而产生的变形量沿轴向方向变化。气缸孔的这种变形量的变化会增大活塞的摩擦，这又会使燃料消耗率变差。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可减小气缸沿其轴向方向的温度差异的气缸套，以及具有这种气缸套的发动机。
按照前述目的，本发明的一个方面提供一种用在气缸体中的用于镶铸的气缸套。所述气缸套具有在所述气缸套的轴向方向上的上部和下部。在所述上部的外周向表面上设置有高导热性膜。在所述下部的外周向表面上设置有低导热性膜。所述高导热性膜用于增大所述气缸体和所述气缸套之间的导热性。所述低导热性膜用于减小所述气缸体和所述气缸套之间的导热性。
本发明的另一个方面提供一种用于镶铸的气缸套。所述气缸套具有在所述气缸套的轴向方向上的上部和下部。所述上部的厚度小于所述下部的厚度。
本发明的又一个方面提供一种具有上述任一种气缸套的发动机。
从下面结合附图作出的、通过示例示出本发明原理的说明中可清楚看到本发明的其它方面和优点。
附图说明
通过参照下面对当前优选实施例的说明以及附图可最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中：
图1是示出具有根据本发明第一实施例的气缸套的发动机的示意图；
图2是示出第一实施例的气缸套的透视图；
图3是示出作为第一实施例的气缸套的材料的铸铁的成分比率的一个示例的表；
图4和5是示出形成在第一实施例的气缸套上的具有收缩形状的突起部的模型图；
图6A是根据第一实施例的气缸套的沿轴向方向截取的剖视图；
图6B是示出在根据第一实施例的气缸套中轴向位置与气缸壁温度之间关系的一个示例的图示；
图7是根据第一实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZC；
图8是根据第一实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZD；
图9是根据第一实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZA；
图10是根据第一实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZB；
图11A、11B、11C、11D、11E和11F是示出通过离心铸造生产气缸套的步骤的过程图；
图12A、12B和12C是示出在通过离心铸造生产气缸套的过程中用于在铸模涂料层中形成具有收缩形状的凹部的步骤的过程图；
图13A和13B是示出使用三维激光测量根据第一实施例的气缸套的参数的工序的一个示例的图示；
图14是部分地示出根据第一实施例的气缸套的通过使用三维激光进行测量而获得的等高线的一个示例的图示；
图15是示出第一实施例的气缸套的测量高度和等高线之间的关系的图示；
图16和17分别是部分地示出根据第一实施例的气缸套的通过使用三维激光进行测量而获得的等高线的另一个示例的图示；
图18A、18B和18C是示出用于对根据第一实施例的气缸套在气缸体中的接合强度进行评价的拉伸试验程序的一个示例的图示；
图19A、19B和19C是示出用于对具有根据第一实施例的气缸套的气缸体的导热性进行评价的激光闪光法程序的一个示例的图示；
图20是根据本发明第二实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZC；
图21是根据第二实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZA；
图22是根据本发明第三实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZC；
图23是根据第三实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZA；
图24是根据本发明第四实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZD；
图25是根据第四实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZB；
图26是根据本发明第五实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZD；
图27是根据第五实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZB；
图28是根据本发明第六至第九实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图6A中的被圈起部分ZD；
图29是根据第六至第九实施例的气缸套的放大剖视图，其示出图1中的被圈起部分ZB；以及
图30是示出根据本发明第十实施例的气缸套的透视图。
具体实施方式
(第一实施例)
现在参照图1至19C对本发明的第一实施例进行说明。
<发动机的结构>
图1示出具有根据本实施例的气缸套2的由铝合金制成的整个发动机1的结构。
发动机1包括气缸体11和气缸盖12。气缸体11包括多个气缸13。每个气缸13包括一个气缸套2。圆筒形的气缸套2通过镶铸形成在气缸体11中。
作为各个气缸套2的内周向表面的气缸套内周向表面21形成气缸体11中的相应气缸13的内壁(气缸内壁14)。各个气缸套内周向表面21限定气缸孔15。
通过镶铸铸造材料，作为各个气缸套2的外周向表面的气缸套外周向表面22与气缸体11接触。
作为用作气缸体11的材料的铝合金，例如，可使用在日本工业标准(JIS)ADC10(相关的美国标准，ASTM A380.0)或在JIS ADC12(相关的美国标准，ASTM A383.0)中指定的合金。在本实施例中，采用铝合金ADC 12来形成气缸体11。
<气缸套的结构>
图2是示出根据本实施例的气缸套2的透视图。
气缸套2由铸铁制成。铸铁的成分例如如图3所示地被设定。基本上，可选择表中所列出的成分“基本成分”作为铸铁的成分。按照需要，可加入表中所列出的成分“辅助成分”。
气缸套2的气缸套外周向表面22具有突起部3，每个突起部3均具有收缩的形状。
突起部3形成在从作为气缸套2的上端的气缸套上端23到作为气缸套2的下端的气缸套下端24的整个气缸套外周向表面22上。气缸套上端23是气缸套2的位于发动机1中的燃烧室处的端部。气缸套下端24是气缸套2的位于与发动机1中的燃烧室相对的部分的端部。
在气缸套2中，在气缸套外周向表面22上形成有高导热性膜4和低导热性膜5。高导热性膜4和低导热性膜5各自沿气缸套22的整个圆周方向形成。
更具体地，高导热性膜4在从气缸套上端23到气缸套中部25的部段内形成在气缸套外周向表面22上，所述部段是气缸套2的在气缸13的轴向方向上的中部。低导热性膜5在从气缸套中部25到气缸套下端24的部段内形成在气缸套外周向表面22上。即，高导热性膜4和低导热性膜5的界面在气缸套中部25内形成在气缸套外周向表面22上。
高导热性膜4由铝合金喷涂层41形成。在本实施例中，使用Al-Si合金作为形成喷涂层41的铝合金。
低导热性膜5由陶瓷材料喷涂层51形成。在本实施例中，使用氧化铝作为形成喷涂层51的陶瓷材料。喷涂层41、51通过喷涂形成(等离子喷涂、电弧喷涂或HVOF喷涂)。
作为高导热性膜4的材料，可使用满足以下条件(A)和(B)中的至少一个的材料。
(A)熔点低于或等于基准温度TC的材料，或包含这种材料的材料，所述基准温度TC为熔融铸造材料的温度。更具体地，基准温度TC可描述如下。即，基准温度TC是指当向铸模供给气缸体11的熔融铸造材料以镶铸气缸套2时熔融铸造材料的温度。
(B)能通过冶金工艺接合到气缸体11的铸造材料上的材料，或包含这种材料的材料。
<突起部的结构>
图4是示出突起部3的模型图。在下文中，箭头A的方向即气缸套2的径向方向被称作突起部3的轴向方向。另外，箭头B的方向即气缸套2的轴向方向被称作突起部3的径向方向。图4示出沿突起部3的径向方向看去时突起部3的形状。
突起部3与气缸套2一体地形成。突起部3在近端31与气缸套外周向表面22接合。在突起部3的远端32形成有与突起部3的远端表面对应的顶表面32A。顶表面32A基本上为平的。
在突起部3的轴向方向上，在近端31和远端32之间形成有收缩部33。
收缩部33形成为使得其沿突起部3的轴向方向的截面积(轴向方向截面积SR)小于在近端31和在远端32的轴向方向截面积SR。
突起部3形成为使得轴向方向截面积SR从收缩部33朝近端31和远端32逐渐增大。
图5是示出突起部3的模型图，其中标出了气缸套2的收缩空间34。在各个气缸套2中，各个突起部3的收缩部33形成收缩空间34(图5中的阴影区域)。
收缩空间34是由包围最大远端部32B的虚拟圆柱形面(在图5中，直线D-D对应于该圆柱形面)和收缩表面33A即收缩部33的表面所围成的空间。最大远端部32B代表在远端32处突起部3的直径最长的部分。
在具有气缸套2的发动机1中，气缸体11和气缸套2在气缸体11的一部分位于收缩空间34中的状态下——换句话说，在气缸体11与突起部3啮合的状态下——彼此接合。因此，可确保充分的气缸套接合强度，即气缸体11与气缸套2的接合强度。另外，由于增大的气缸套接合强度可抑制气缸孔15的变形，因而摩擦减小。因此，燃料消耗率得以改善。
<膜的形成>
参照图6A、6B和7对高导热性膜4和低导热性膜5在气缸套2上的形成进行说明。在下文中，高导热性膜4的厚度和低导热性膜5的厚度均被称为膜厚度TP。
[1]膜的位置
参照图6A和6B，对高导热性膜4和低导热性膜5的位置进行说明。图6A是气缸套2沿轴向方向的剖视图。图6B示出在发动机1的正常运转状态下气缸13的温度尤其是气缸壁温度TW的变化的一个示例。在下文中，移除了高导热性膜4和低导热性膜5的气缸套2将被称作基准气缸套。具有基准气缸套的发动机将被称作基准发动机。
在该实施例中，基于基准发动机中的气缸壁温度TW来确定高导热性膜4和低导热性膜5的位置。
现在对气缸壁温度TW的变化进行说明。在图6B中，实线代表基准发动机的气缸壁温度TW，而虚线代表本实施例的发动机1的气缸壁温度TW。在下文中，气缸壁温度TW的最高温度被称作最大气缸壁温度TWH，而气缸壁温度TW的最低温度被称作最小气缸壁温度TWL。
在基准发动机中，气缸壁温度TW以如下方式改变。
(a)在从气缸套下端24到气缸套中部25的区域内，由于燃烧气体的小的影响，气缸壁温度TW从气缸套下端24向气缸套中部25逐渐升高。在气缸套下端24附近，气缸壁温度TW为最小气缸壁温度TWL1。气缸套2的其中气缸壁温度TW以这种方式变化的部分被称作低温气缸套部分27。
(b)在从气缸套中部25到气缸套上端23的区域内，由于燃烧气体的大的影响，气缸壁温度TW急剧升高。在气缸套上端23附近，气缸壁温度TW为最大气缸壁温度TWH1。气缸套2的其中气缸壁温度TW以这种方式变化的部分被称作高温气缸套部分26。
在包括上述基准发动机的内燃机中，气缸壁温度TW的升高会导致气缸孔的热膨胀。由于气缸壁温度TW沿轴向方向变化，气缸孔的变形量也沿轴向方向变化。气缸的这种变形量的变化会增大活塞的摩擦，这又会使燃料消耗率变差。
这样，在根据本实施例的各个气缸套2中，高导热性膜4在高温气缸套部分26内形成在气缸套外周向表面22上，而低导热性膜5在低温气缸套部分27内形成在气缸套外周向表面22上。这种构型减小了高温气缸套部分26内的气缸壁温度TW与低温气缸套部分27内的气缸壁温度TW之间的差异。
在根据本实施例的发动机1中，在气缸体11和高温气缸套部分26之间具有充分的附着性，即，在各个高温气缸套部分26周围产生有非常小的间隙。这确保了气缸体11和高温气缸套部分26之间的高导热性。因此，高温气缸套部分26内的气缸壁温度TW降低。这使得最大气缸壁温度TWH成为低于最大气缸壁温度TWH1的最大气缸壁温度TWH2。
在发动机1中，低导热性膜5减小了气缸体11和低温气缸套部分27之间的导热性。因此，低温气缸套部分27内的气缸壁温度TW升高。这使得最小气缸壁温度TWL成为高于最小气缸壁温度TWL1的最小气缸壁温度TWL2。
这样，在发动机1中，气缸壁温差ΔTW即最大气缸壁温度TWH和最小气缸壁温度TWL之间的差异减小。因此，各个气缸孔15的变形沿气缸13的轴向方向的变化减小。换句话说，气缸孔15的变形量得以均衡。这可减小摩擦并由此改善燃料消耗率。
壁温边界28即高温气缸套部分26和低温气缸套部分27之间的边界可基于基准发动机的气缸壁温度TW获得。另一方面，已发现在许多情况下高温气缸套部分26的长度(从气缸套上端23到壁温边界28的长度)为气缸套2总长度(从气缸套上端23到气缸套下端24的长度)的三分之一到四分之一。因此，在确定高导热性膜4的位置时，可将从气缸套上端23起的整个气缸套长度的三分之一到四分之一的范围看作是不必精确确定壁温边界28时的高温气缸套部分26。
[2]膜的厚度
在气缸套2中，高导热性膜4形成为使得其厚度TP小于或等于0.5mm。如果膜厚度TP大于0.5mm，则会降低突起部3的锚固效果，从而导致气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合强度显著下降。
在本实施例中，高导热性膜4形成为使得在高温气缸套部分26的多个位置处的膜厚度TP的平均值小于或等于0.5mm。但是，高导热性膜4可形成为使得在整个高温气缸套部分26内膜厚度TP小于或等于0.5mm。
在发动机1中，随着膜厚度TP减小，气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性增大。因此，在形成高导热性膜4时，优选使膜厚度TP在整个高温气缸套部分26内尽量接近于零。
但是，由于目前难以在整个高温气缸套部分26内形成厚度均一的喷涂层41，所以在形成高导热性膜4时如果目标膜厚度TP被设定成过小的值，则高温气缸套部分26上的某些区域将没有高导热性膜4。这样，在本实施例中，在形成高导热性膜4时，根据以下条件(A)和(B)来确定目标膜厚度TP。
(A)能够在整个高温气缸套部分26上形成高导热性膜4。
(B)是满足条件(A)的范围内的最小值。
因此，高导热性膜4形成在整个高温气缸套部分26上，且高导热性膜4的膜厚度TP具有较小的值。因此，可靠地增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。尽管该实施例着重于增大导热性，但是当气缸壁温度TW需要调节到特定值时可根据其它条件来确定目标膜厚度TP。
在气缸套2中，低导热性膜5形成为使得其厚度TP小于或等于0.5mm。如果膜厚度TP大于0.5mm，则会降低突起部3的锚固效果，从而导致气缸体11和低温气缸套部分27之间的接合强度显著下降。
在本实施例中，低导热性膜5形成为使得在低温气缸套部分27的多个位置处的膜厚度TP的平均值小于或等于0.5mm。但是，低导热性膜5可形成为使得在整个低温气缸套部分27内膜厚度TP小于或等于0.5mm。
[3]突起部周围的膜的形成
图7是示出图6A中的被圈起部分ZC的放大视图。在气缸套2中，高导热性膜4在气缸套外周向表面22和突起部3的表面上形成为使得收缩空间34不被充满。即，当进行气缸套2的镶铸时，铸造材料流入收缩空间34。如果收缩空间34被高导热性膜4充满，则铸造材料将无法充填收缩空间34。这样，在高温气缸套部分26上将无法获得突起部3的锚固效果。
图8是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5在气缸套外周向表面22和突起部3的表面上形成为使得收缩空间34不被充满。即，当进行气缸套2的镶铸时，铸造材料流入收缩空间34。如果收缩空间34被低导热性膜5充满，则铸造材料将无法充填收缩空间34。这样，在低温气缸套部分27上将无法获得突起部3的锚固效果。
<气缸体和气缸套的接合状态>
参照图9和10对气缸体11和气缸套2的接合状态进行说明。图9和10是沿气缸13的轴线截取的示出气缸体11的剖视图。
[1]高温气缸套部分的接合状态
图9是图1中的被圈起部分ZA的剖视图，并示出气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合状态。在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到高温气缸套部分26上。气缸体11和高温气缸套部分26彼此接合，且高导热性膜4位于它们之间。
由于高导热性膜4通过喷涂形成，因而高温气缸套部分26和高导热性膜4以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。高温气缸套部分26与高导热性膜4的附着性高于在基准发动机中气缸体与基准气缸套的附着性。
高导热性膜4由熔点低于基准温度TC并且具有与气缸体11的铸造材料的高润湿性的Al-Si合金形成。这样，气缸体11和高导热性膜4以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。气缸体11与高导热性膜4的附着性高于在基准发动机中气缸体与基准气缸套的附着性。
在发动机1中，由于气缸体11和高温气缸套部分26以这种状态彼此接合，因此可获得以下优点。
(A)由于高导热性膜4确保了气缸体11和高温气缸套部分26之间的附着性，因此气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性增大。
(B)由于高导热性膜4确保了气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合强度，所以气缸体11与高温气缸套部分26的剥离得以抑制。因此，即使气缸孔15膨胀，仍可保持气缸体11与高温气缸套部分26的附着性。这样就抑制了导热性的减小。
(C)由于突起部3确保了气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合强度，所以气缸体11与高温气缸套部分26的剥离得以抑制。因此，即使气缸孔15膨胀，仍可保持气缸体11与高温气缸套部分26的附着性。这样就抑制了导热性的减小。
在发动机1中，随着气缸体11与高导热性膜4之间的附着性以及高温气缸套部分26与高导热性膜4之间的附着性降低，这些部件之间的间隙量增大。因此，气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性降低。随着气缸体11和高导热性膜4之间的接合强度以及高温气缸套部分26和高导热性膜4之间的接合强度降低，更有可能在这些部件之间产生剥离。因此，当气缸孔15膨胀时，气缸体11和高温气缸套部分26之间的附着性降低。
在根据本实施例的气缸套2中，高导热性膜4的熔点低于或等于基准温度TC。因此，人们认为，在生产气缸体11时，高导热性膜4熔化并被冶金地接合到铸造材料上。但是，根据本发明的发明人所进行的试验的结果，可确认如上所述的气缸体11是机械地接合到高导热性膜4的。此外，发现了冶金接合的部分。但是，气缸体11和高导热性膜4主要是以机械方式接合的。
通过试验，发明人还有以下发现。即，即使铸造材料和高导热性膜4不是以冶金方式接合的(或仅部分地以冶金方式接合)，只要高导热性膜4的熔点低于或等于基准温度TC，则气缸体11与高温气缸套部分26的附着性和接合强度增大。尽管其机理尚未得到确切阐释，但可认为，铸造材料的凝固速率由于高导热性膜4不能平稳地移除铸造材料的热量而降低。
[2]低温气缸套部分的接合状态
图10是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，并示出气缸体11和低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，且低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由热导率低于气缸体11的热导率的氧化铝形成，因而气缸体11和低导热性膜5以导热性低的状态彼此机械地接合。
在发动机1中，由于气缸体11和低温气缸套部分27彼此以这种状态接合，因而可获得以下优点。
(A)由于低导热性膜5降低了气缸体11和低温气缸套部分27之间的导热性，因而低温气缸套部分27内的气缸壁温度TW升高。
(B)由于突起部3确保了气缸体11和低温气缸套部分27之间的接合强度，因而气缸体11和低温气缸套部分27的剥离得以抑制。
<突起部的形成>
参照表1对气缸套2上的突起部3的形成进行说明。
作为与突起部3相关的参数，定义第一面积比率SA、第二面积比率SB、标准截面积SD、标准突起部密度NP和标准突起部高度HP。
现在对用于与突起部3相关的参数的基本值——测量高度H、第一基准平面PA和第二基准平面PB进行说明。
(a)测量高度H表示沿突起部3的轴向方向的距突起部3近端的距离。在突起部3的近端处，测量高度H为零。在突起部3的顶表面32A处，测量高度H具有最大值。
(b)第一基准平面PA表示位于测量高度为0.4mm的位置的沿突起部3的径向方向的平面。
(c)第二基准平面PB表示位于测量高度为0.2mm的位置的沿突起部3的径向方向的平面。
现在对与突起部3相关的参数进行说明。
[A]第一面积比率SA表示在第一基准平面PA的单位面积内突起部3的径向方向截面积SR的比率。更具体地，第一面积比率SA表示通过累加由高度为0.4mm的等高线所包围的各个区域的面积而获得的面积与气缸套外周向表面22的整个等高线图的面积之比。
[B]第二面积比率SB表示在第二基准平面PB的单位面积内突起部3的径向方向截面积SR的比率。更具体地，第二面积比率SB表示通过累加由高度为0.2mm的等高线所包围的各个区域的面积而获得的面积与气缸套外周向表面22的整个等高线图的面积之比。
[C]标准截面积SD表示作为第一基准平面PA内的一个突起部3的面积的径向方向截面积SR。即，标准截面积SD表示在气缸套外周向表面22的等高线图中由高度为0.4mm的等高线所包围的各个区域的面积。
[D]标准突起部密度NP表示在气缸套外周向表面22内每单位面积上的突起部3的数量。
[E]标准突起部高度HP表示各个突起部3的高度。
表1
  参数类型   选择范围
  [A]   第一面积比率SA   10％至50％
  [B]   第二面积比率SB   20％至55％
  [C]   标准截面积SD   0.2至3.0mm<sup>2</sup>
  [D]   标准突起部密度NP   5至60个/cm<sup>2</sup>
  [E]   标准突起部高度HP   0.5至1.0mm
在本实施例中，参数[A]至[E]被设定在表1的选择范围内，从而突起部3的气缸套接合强度以及突起部3之间的铸造材料的充填系数/充填因子(filling factor)的增大效果增加。由于铸造材料的充填系数增大，因而不大可能在气缸体11和气缸套2之间形成间隙。气缸体11和气缸套2在接合的同时彼此紧密接触。
此外，突起部3在气缸套2上形成为在本实施例中的第一基准平面PA上彼此独立。换句话说，每个突起部3的由包含代表从其近端算起为0.4mm的高度的等高线的平面截取所获得的截面独立于其它突起部3的由同一平面截取所获得的截面。这进一步提高了附着性。
<用于生产气缸套的方法>
参照图11和12以及表2对用于生产气缸套2的方法进行说明。
在本实施例中，气缸套2通过离心铸造来生产。为了使上面列出的与突起部3相关的参数处在表1的选择范围内，将与离心铸造相关的以下参数[A]至[F]设定在表2的选择范围内。
[A]悬浊液61中耐火材料61A的混合比率。
[B]悬浊液61中粘结剂61B的混合比率。
[C]悬浊液61中水61C的混合比率。
[D]耐火材料61A的平均粒度。
[E]添加到悬浊液61中的表面活性剂62的混合比率。
[F]铸模涂料63的层(铸模涂料层64)的厚度。
表2
  参数类型   选择范围
  [A]   耐火材料的混合比率   以质量计8％至30％
  [B]   粘结剂的混合比率   以质量计2％至10％
  [C]   水的混合比率   以质量计60％至90％
  [D]   耐火材料的平均粒度   0.02至0.1mm
  [E]   表面活性剂的混合比率   以质量计大于0.005％且小于0.1％
  [F]   铸膜涂料层的厚度   0.5至1.0mm
气缸套2的生产根据图11A至11F所示的工序进行。
[步骤A]如图11A所示，将耐火材料61A、粘结剂61B和水61C混合以制备悬浊液61。在该步骤中，耐火材料61A、粘结剂61B和水61C的混合比率以及耐火材料61A的平均粒度被设定以处于表2的选择范围内。
[步骤B]如图11B所示，将预定量的表面活性剂62加入到悬浊液61中以获得铸模涂料63。在该步骤中，加入到悬浊液61中的表面活性剂62的比率被设定以处于表2所示的选择范围内。
[步骤C]如图11C所示，在将旋转的铸模65的内周向表面加热到预定温度后，通过喷涂将铸模涂料63涂布到铸模65的内周向表面(铸模内周向表面65A)上。此时，铸模涂料63涂布成使得在整个铸模内周向表面65A上形成厚度基本均一的铸模涂料63的层(铸模涂料层64)。在该步骤中，铸模涂料层64的厚度被设定以处于表2所示的选择范围内。
在铸模65的铸模涂料层64中，在[步骤C]之后形成具有收缩形状的孔。参照图12A至12C对具有收缩形状的孔的形成进行说明。
[1]如图12A所示，在铸模65的铸模内周向表面65A上形成具有多个气泡64A的铸模涂料层64。
[2]如图12B所示，表面活性剂62对气泡64A起作用以在铸模涂料层64的内周向表面内形成凹部64B。
[3]如图12C所示，凹部64B的底部到达铸模内周向表面65A，从而在铸模涂料层64内形成具有收缩形状的孔64C。
[步骤D]如图11D所示，在将铸模涂料层64干燥后，将熔融的铸铁66浇入正在旋转的铸模65中。熔融铸铁66流入铸模涂料层64内的具有收缩形状的孔64C中。这样，在铸造气缸套2上形成具有收缩形状的突起部3。
[步骤E]如图11E所示，在熔融铸铁66硬化且形成气缸套2之后，将气缸套2与铸模涂料层64一起从铸模65中取出。
[步骤F]如图11F所示，使用喷抛装置(blasting device)67从气缸套2的外周向表面上移除铸模涂料层64(铸模涂料63)。
<用于测量与突起部相关的参数的方法>
参照图13A和13B对使用三维激光测量与突起部3相关的参数的方法进行说明。标准突起部高度HP用另一种方法测量。
可按如下方式测量与突起部3相关的各个参数。
[1]从气缸套2制得用于测量突起部3的参数的试件71。
[2]在非接触式三维激光测量装置81中，将试件71设置在试验台83上，使得突起部3的轴向方向基本上与激光82的照射方向平行(图13A)。
[3]使激光82从三维激光测量装置81照射到试件71上(图13B)。
[4]将三维激光测量装置81的测量结果输入到图像处理装置84中。
[5]通过用图像处理装置84进行的图像处理显示出气缸套外周向表面22的等高线图85(图14)。基于等高线图85计算与突起部3相关的参数。
<气缸套外周向表面的等高线>
参照图14和15对气缸套外周向表面22的等高线图85进行说明。图14是等高线图85的一个示例的一部分。图15示出测量高度H与等高线HL之间的关系。图14的等高线图85根据具有与图15的突起部3不同的突起部3的气缸套外周向表面22绘制而成。
在等高线图85中，等高线HL在测量高度H的每个预定值下示出。
例如，在等高线图85中在等高线HL从0mm的测量高度到1.0mm的测量高度以0.2mm的间隔示出的情况下，示出测量高度为0mm的等高线HL0、测量高度为0.2mm的等高线HL2、测量高度为0.4mm的等高线HL4、测量高度为0.6mm的等高线HL6、测量高度为0.8mm的等高线HL8和测量高度为1.0mm的等高线HL10。
等高线HL4包含在第一基准平面PA中。等高线HL2包含在第二基准平面PB中。尽管图14示出的是以0.2mm的间隔示出等高线HL的图示，但也可按照需要改变等高线HL之间的距离。
参照图16和17对等高线图85中的第一区域RA和第二区域RB进行说明。图16是第一等高线图85A的一部分，其中等高线图85中的测量高度为0.4mm的等高线HL4以实线示出，而等高线图85中的其它等高线HL以虚线示出。图17是第二等高线图85B的一部分，其中等高线图85中的测量高度为0.2mm的等高线HL2以实线示出，而等高线图85中的其它等高线HL以虚线示出。
在本实施例中，在等高线图85中由等高线HL4所包围的各个区域被定义成第一区域RA。即，第一等高线图85A中的阴影区域对应于第一区域RA。在等高线图85中由等高线HL2所包围的各个区域被定义成第二区域RB。即，第二等高线图85B中的阴影区域对应于第二区域RB。
<用于计算与突起部相关的参数的方法>
对于根据本实施例的气缸套2，基于等高线图85以如下方式计算与突起部3相关的参数。
[A]第一面积比率SA
第一面积比率SA被计算为第一区域RA的总面积与整个等高线图85的面积之比。即，第一面积比率SA使用下面的公式计算。
SA＝SRA/ST×100[％]
在上面的公式中，符号ST代表整个等高线图85的面积。符号SRA代表等高线图85中的第一区域RA的总面积。例如，当使用示出第一等高线图85A的一部分的图16作为模型时，由方框所包围的矩形区域的面积对应于面积ST，而阴影区域的面积对应于面积SRA。在计算第一面积比率SA时，假定等高线图85仅包括气缸套外周向表面22。
[B]第二面积比率SB
第二面积比率SB被计算为第二区域RB的总面积与整个等高线图85的面积之比。即，第二面积比率SB使用下面的公式计算。
SB＝SRB/ST×100[％]
在上面的公式中，符号ST代表整个等高线图85的面积。符号SRB代表等高线图85中的第二区域RB的总面积。例如，当使用示出第二等高线图85B的一部分的图17作为模型时，由方框所包围的矩形区域的面积对应于面积ST，而阴影区域的面积对应于面积SRB。在计算第二面积比率SB时，假定等高线图85仅包括气缸套外周向表面22。
[C]标准截面积SD
标准截面积SD可被计算为等高线图85中各个第一区域RA的面积。例如，当使用示出第一等高线图85A的一部分的图16作为模型时，阴影区域的面积对应于标准截面积SD。
[D]标准突起部密度NP
标准突起部密度NP可被计算为在等高线图85中每单位面积(在该实施例中为1cm2)上的突起部3的数量。
[E]标准突起部高度HP
标准突起部高度HP代表各个突起部3的高度。各个突起部3的高度可以是在数个位置处的突起部3的高度的平均值。突起部3的高度可通过测量装置如深度千分表进行测量。
可基于等高线图85中的第一区域RA检验突起部3在第一基准平面PA上是否独立地设置。即，当各个第一区域RA不与其它第一区域RA发生干涉时，可确认突起部3在第一基准平面PA上独立地设置。换句话说，可确认每个突起部3的由包含代表从其近端算起为0.4mm的高度的等高线的平面截取所获得的截面独立于其它突起部3的由同一平面截取所获得的截面。
在下文中，将基于示例与比较示例之间的比较对本发明进行说明。
在各个示例和比较示例中，气缸套通过离心铸造制成。在生产气缸套时，使用对应于FC230的铸铁材料，且制成的气缸套的厚度被设定为2.3mm。
表3示出各示例的气缸套的特征。表4示出各比较示例的气缸套的特征。
各个示例和比较示例的特定的气缸套生产条件如下所示。除以下特定条件之外，所有的示例和比较示例的生产条件相同。
表3
  气缸套的特征
  Ex.1   (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将第一面积比率设定为下限值(10％)
  Ex.2   (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将第二面积比率设定为上限值(55％)
  Ex.3   (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将膜厚度设定为0.005mm
  Ex.4   (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将膜厚度设定为上限值(0.5mm)
表4
 气缸套的特征
  C.Ex.1  (1)未形成高导热性膜(2)将第一面积比率设定为下限值(10％)。
  C.Ex.2  (1)未形成高导热性膜(2)将第二面积比率设定为上限值(55％)。
  C.Ex.3  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)未形成具有收缩部的突起部。
  C.Ex.4  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将第一面积比率设定为小于下限值(10％)的值。
  C.Ex.5  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将第二面积比率设定为大于上限值(55％)的值。
  C.Ex.6  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成高导热性膜(2)将膜厚度设定为大于上限值(0.5mm)的值。
在示例1和比较示例1中，在表2所示的选择范围内设定与离心铸造相关的参数(表2中的[A]至[F])，使得第一面积比率SA变成下限值(10％)。
在示例2和比较示例2中，在表2所示的选择范围内设定与离心铸造相关的参数(表2中的[A]至[F])，使得第二面积比率SB变成上限值(55％)。
在示例3和4以及比较示例6中，将与离心铸造相关的参数(表2中的[A]至[F])设定为表2所示的选择范围中的相同值。
在比较示例3中，在铸造后去除铸造表面以获得平滑的外周向表面。
在比较示例4中，将与离心铸造相关的参数(表2中的[A]至[F])中的至少一个设定在表2中的选择范围之外，使得第一面积比率SA变得小于下限值(10％)。
在比较示例5中，将与离心铸造相关的参数(表2中的[A]至[F])中的至少一个设定在表2中的选择范围之外，使得第二面积比率SB变得大于上限值(55％)。
用于形成膜的条件如下所示。
在示例1和2以及比较示例3、4和5中膜厚度TP被设定为相同的值。
在示例4中，膜厚度TP被设定为上限值(0.5mm)。
在比较示例1和2中未形成膜。
在比较示例6中，膜厚度TP被设定为大于上限值(0.5mm)的值。
<对与突起部相关的参数的测量和计算>
现在对在各个示例和比较示例中对与突起部相关的参数的测量和计算进行说明。
在各个示例和比较示例中，根据“用于测量与突起部相关的参数的方法”和“用于计算与突起部相关的参数的方法”对与突起部相关的参数进行测量和计算。
<对膜厚度的测量>
现在对在各个示例和比较示例中膜厚度TP的测量方法进行说明。
在各个示例和比较示例中，膜厚度TP用显微镜进行测量。具体地，膜厚度TP根据以下工序[1]和[2]进行测量。
[1]从气缸套2制得用于测量膜厚度的试件。
[2]使用显微镜在试件的数个位置处测量膜厚度TP，并且测量值的平均值被计算为膜厚度TP的测量值。
<对接合强度的评价>
参照图18A至18C对在各个示例和比较示例中评价气缸套接合强度的方法进行说明。
在各个示例和比较示例中，采用拉伸试验作为评价气缸套接合强度的方法。具体地，对气缸套接合强度的评价根据以下工序[1]和[5]进行。
[1]通过压铸来生产均具有气缸套2的单缸型气缸体72(图18A)。
[2]从单缸型气缸体72制得用于强度评价的试件74。强度评价试件74均由作为气缸套2一部分的气缸套件74A和作为气缸73的铝制部分的铝制件74B形成。在各个气缸套件74A和对应的铝制件74B之间形成有高导热性膜4。
[3]将拉伸试验设备的臂86接合到包括气缸套件74A和铝制件74B的强度评价试件74上(图18B)。
[4]在用夹钳87将臂86中的一个保持住后，通过另一个臂86向强度评价试件74施加拉伸载荷，使得气缸套件74A和铝制件74B沿箭头C的方向即气缸的径向方向剥离(图18C)。
[5]通过拉伸试验获得使气缸套件74A和铝制件74B剥离的每单位面积上的载荷量作为气缸套接合强度。
表5
  [A]   铝材   ADC12
  [B]   铸造压力   55MPa
  [C]   铸造速度   1.7m/s
  [D]   铸造温度   670℃
  [E]   不包括气缸套的气缸厚度   4.0mm
在各个示例和比较示例中，在表5所示的条件下生产用于评价的单缸型气缸体72。
<对导热性的评价>
参照图19A至19C对在各个示例和比较示例中用于评价气缸导热性(气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性)的方法进行说明。
在各个示例和比较示例中，采用激光闪光法(laser flash method)作为用于评价气缸导热性的方法。具体地，根据以下工序[1]和[4]进行对导热性的评价。
[1]通过压铸来生产均具有气缸套2的单缸型气缸体72(图19A)。
[2]从单缸型气缸体72制得用于导热性评价的环形试件75(图19B)。导热性评价试件75均由作为气缸套2一部分的气缸套件75A和作为气缸73的铝制部分的铝制件75B形成。在各个气缸套件75A和对应的铝制件75B之间形成有高导热性膜4。
[3]在将导热性评价试件75设定在激光闪光设备88中后，激光80从激光振荡器89照射到试件75的外周上(图19C)。
[4]基于由激光闪光设备88测得的试验结果计算导热性评价试件75的导热性。
表6
  [A]   气缸套件厚度   1.35mm
  [B]   铝制件厚度   1.65mm
  [C]   试件外径   10mm
在各个示例和比较示例中，在表5所示的条件下生产用于评价的单缸型气缸体72。在表6所示的条件下生产导热性评价试件75。具体地，从单缸型气缸体72上切取气缸73的一部分。对被切取部分的外和内周向表面进行加工，使得气缸套件75A和铝制件75B的厚度为表6所示的值。
<测量结果>
表7示出在示例和比较示例中参数的测量结果。该表中的值均为数个测量结果的代表值。
表7
  第一面积比率[％]   第二面积比率[％]   标准突起部密度[个/cm<sup>2</sup>]   标准突起部高度[mm]   膜的材料   膜厚度[mm]   接合强度[MPa]   热导率[W/mK]
  Ex.1   10   20   20   0.6   Al-Si合金   0.08   35   50
  Ex.2   50   55   60   1.0   Al-Si合金   0.08   55   50
  Ex.3   20   35   35   0.7   Al-Si合金   0.005   50   60
  Ex.4   20   35   35   0.7   Al-Si合金   0.5   45   55
  C.Ex.1   10   20   20   0.6   无膜   -   17   25
  C.Ex.2   50   55   60   1.0   无膜   -   52   25
  C.Ex.3   0   0   0   0   Al-Si合金   0.08   22   60
  C.Ex.4   2   10   3   0.3   Al-Si合金   0.08   15   40
  C.Ex.5   25   72   30   0.8   Al-Si合金   0.08   40   35
  C.Ex.6   20   35   35   0.7   Al-Si合金   0.6   10   30
现在对基于测量结果所获知的优点进行说明。
通过将示例1至4与比较示例3进行对比，可发现以下事实。即，突起部3在气缸套2上的形成增大了气缸套接合强度。
通过将示例1与比较示例1进行对比，可发现以下事实。即，高导热性膜4在高温气缸套部分26上的形成增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。此外，还增大了气缸套接合强度。
通过将示例2与比较示例2进行对比，可发现以下事实。即，高导热性膜4在高温气缸套部分26上的形成增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。此外，还增大了气缸套接合强度。
通过将示例4与比较示例6进行对比，可发现以下事实。即，厚度TP小于或等于上限值(0.5mm)的高导热性膜4的形成增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。此外，还增大了气缸套接合强度。
通过将示例1与比较示例4进行对比，可发现以下事实。即，以第一面积比率SA大于或等于下限值(10％)形成突起部3增大了气缸套接合强度。而且，还增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。
通过将示例2与比较示例5进行对比，可发现以下事实。即，以第二面积比率SB小于或等于上限值(55％)形成突起部3增大了气缸套接合强度。而且，还增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。
通过将示例3与示例4进行对比，可发现以下事实。即，在形成高导热性膜4的同时减小膜厚度TP增大了气缸套接合强度。而且，还增大了气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。
<第一实施例的优点>
根据本实施例的气缸套2和发动机1可提供以下优点。
(1)在本实施例的气缸套2中，高导热性膜4形成在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上，而低导热性膜5形成在低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。因此，气缸壁温差ΔTW即发动机1中最大气缸壁温度TWH和最小气缸壁温度TWL之间的差异减小。这样，各个气缸孔15的变形沿气缸13的轴向方向的变化减小。因此，各个气缸孔15发生变形的变形量得以均衡。这可减小活塞的摩擦并由此改善燃料消耗率。
(2)在本实施例的气缸套2中，高导热性膜4由Al-Si合金的喷涂层形成。这减小了气缸体11的膨胀程度和高导热性膜4的膨胀程度之间的差异。因此，当气缸孔15膨胀时可确保气缸体11和气缸套2之间的附着性。
(3)由于使用了具有与气缸体11的铸造材料的高润湿性的Al-Si合金，所以气缸体11与高导热性膜4之间的附着性和接合强度进一步增大。
(4)在本实施例的气缸套2中，高导热性膜4形成为使得其厚度TP小于或等于0.5mm。这可防止气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合强度降低。如果膜厚度TP大于0.5mm，则会降低突起部3的锚固效果，从而导致气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合强度显著下降。
(5)在本实施例的气缸套2中，低导热性膜5形成为使得其厚度TP小于或等于0.5mm。这可防止气缸体11和低温气缸套部分27之间的接合强度降低。如果膜厚度TP大于0.5mm，则会降低突起部3的锚固效果，从而导致气缸体11和低温气缸套部分27之间的接合强度显著下降。
(6)在本实施例的气缸套2中，突起部3形成在气缸套外周向表面22上。这使得气缸体11与气缸套2能以气缸体11与突起部3相互啮合的方式彼此接合。确保了气缸体11与气缸套2之间的充分的接合强度。这种接合强度的增大可防止气缸体11与高导热性膜4之间以及气缸体11与低导热性膜5之间的剥离。可靠地保持了通过膜所获得的导热性增大和减小的效果。而且，接合强度的增大可防止气缸孔15发生变形。
(7)在本实施例的气缸套2中，突起部3形成为使得标准突起部密度NP在5/cm2至60/cm2的范围内。这进一步增大了气缸套接合强度。此外，可增大铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。
如果标准突起部密度NP在选择范围之外，则会引起以下问题。如果标准突起部密度NP小于5/cm2，则突起部3的数量不足。这会降低气缸套接合强度。如果标准突起部密度NP大于60/cm2，则突起部3之间的狭窄空间会减小铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。
(8)在本实施例的气缸套2中，突起部3形成为使得标准突起部高度HP在0.5mm至1.0mm的范围内。这可增大气缸套接合强度和气缸套2的外径的精度。
如果标准突起部高度HP在选择范围之外，则会引起以下问题。如果标准突起部高度HP小于0.5mm，则突起部3的高度不足。这会降低气缸套接合强度。如果标准突起部高度HP大于1.0mm，则突起部3将容易折断。这也会降低气缸套接合强度。此外，由于突起部3的高度不均一，因而外径的精度降低。
(9)在本实施例的气缸套2中，突起部3形成为使得第一面积比率SA在10％至50％的范围内。这可确保充分的气缸套接合强度。此外，可增大铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。
如果第一面积比率SA在选择范围之外，则会引起以下问题。如果第一面积比率SA小于10％，则与第一面积比率SA大于或等于10％的情况相比，气缸套接合强度会显著降低。如果第一面积比率SA大于50％，则第二面积比率SB将超过上限值(55％)。这样，铸造材料在突起部3之间的空间内的充填系数将显著减小。
(10)在本实施例的气缸套2中，突起部3形成为使得第二面积比率SB在20％至55％的范围内。这可增大铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。此外，可确保充分的气缸套接合强度。
如果第二面积比率SB在选择范围之外，则会引起以下问题。如果第二面积比率SB小于20％，则第一面积比率SA将降到下限值(10％)以下。这样，气缸套接合强度将显著降低。如果第二面积比率SB大于55％，则与第二面积比率SB小于或等于55％的情况相比，铸造材料在突起部3之间的空间内的充填系数将显著减小。
(11)在本实施例的气缸套2中，突起部3形成为使得标准截面积SD在0.2mm2至3.0mm2的范围内。这样，在气缸套2的生产过程中可防止突起部3损坏。此外，可增大铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。
如果标准截面积SD在选择范围之外，则会引起以下问题。如果标准截面积SD小于0.2mm2，则突起部3的强度不足，并且在气缸套2的生产过程中突起部3容易损坏。如果标准截面积SD大于3.0mm2，则突起部3之间的狭窄空间会减小铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。
(12)在本实施例的气缸套2中，突起部3(第一区域RA)形成为在第一基准平面PA上彼此独立。换句话说，每个突起部3的由包含代表从其近端算起为0.4mm的高度的等高线的平面截取所获得的截面独立于其它突起部3的由同一平面截取所获得的截面。这可增大铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。如果突起部3(第一区域RA)在第一基准平面PA上彼此不独立，则突起部3之间的狭窄空间会减小铸造材料向突起部3之间的空间充填的充填系数。
(13)在基准发动机中，由于在高温气缸套部分26的气缸壁温度TW过度升高时会促进机油的消耗，因而要求活塞环的张力较大。即，由于活塞环张力的增大，燃料消耗率不可避免地变差。
在根据本实施例的气缸套2中，在气缸体11和高温气缸套部分26之间产生了充分的附着性，即，在各个高温气缸套部分26周围仅产生很小的间隙。这确保了气缸体11和高温气缸套部分26之间的高导热性。因此，由于高温气缸套部分26内的气缸壁温度TW降低，所以机油的消耗减少。由于以这种方式抑制了机油的消耗，因而与在基准发动机中相比，可使用张力较小的活塞环。这改善了燃料消耗率。
(14)在基准发动机1中，低温气缸套部分27内的气缸壁温度TW较低。这样，机油在低温气缸套部分27的气缸套内周向表面21上的粘性过度地高。即，由于活塞在气缸13的低温气缸套部分27处的摩擦大，因而燃料消耗率的变差由于这种摩擦增大而不可避免。由于气缸壁温度TW引起的这种燃料消耗率的变差在气缸体的热导率较高的发动机例如由铝合金制成的发动机中特别显著。
在本实施例的气缸套2中，由于气缸体11和低温气缸套部分27之间的导热性低，因而低温气缸套部分27内的气缸壁温度TW升高。这降低了机油在低温气缸套部分27的气缸套内周向表面21上的粘性，并由此减小了摩擦。因此，燃料消耗率得以改善。
(15)在传统的发动机中，气缸孔之间距离的减小可降轻重量，并因此改善燃料消耗率。但是，气缸孔之间距离的减小会引起以下问题。
[a]气缸孔之间的部段比周围的部段(与气缸孔之间的部段隔开的部段)更薄。这样，在通过镶铸生产气缸体时，气缸孔之间的部段内的凝固速率要高于周围部段内的凝固速率。气缸孔之间的部段的凝固速率随着这些部段的厚度的减小而增大。因此，在气缸孔之间的距离较小的情况下，铸造材料的凝固速率进一步增大。这会增大气缸孔之间的铸造材料的凝固速率与周围部段内的铸造材料的凝固速率之间的差异。因此，将位于气缸孔之间的铸造材料向周围部段牵拉的力增大。这很可能在气缸孔之间产生裂纹(热裂)。
[b]在气缸孔之间的距离较小的发动机中，热量易于被限制在气缸孔之间的部段内。这样，随着气缸壁温度的升高会促进机油的消耗。
因此，当通过减小气缸孔的之间距离来改善燃料消耗率时，需要满足以下条件。
为了抑制铸造材料由于凝固速率的差异而从气缸孔之间的部段向周围部段移动，在生产气缸体时需要在气缸套和铸造材料之间确保充分的接合强度。
为了抑制机油的消耗，在气缸体和气缸套之间需要确保充分的导热性。
根据本实施例的气缸套2，在通过镶铸生产气缸体11时，气缸体11的铸造材料与突起部3彼此啮合，从而确保了这些部件之间的充分的接合强度。这可抑制铸造材料由于凝固速率的差异而从气缸孔之间的部段向周围部段移动。
由于高导热性膜4与突起部3一起形成，因而增大了气缸体11与高温气缸套部分26之间的附着性。这确保了气缸体11与高温气缸套部分26之间的充分的导热性。
此外，由于突起部3增大了气缸体11与气缸套2之间的接合强度，因而可抑制气缸体11与气缸套2的剥离。因此，即使气缸孔15膨胀，仍然可确保气缸体11与高温气缸套部分26之间的充分的导热性。
这样，在本实施例中气缸套2的使用确保了气缸体11的铸造材料与气缸套2之间的充分的接合强度，以及气缸套2与气缸体11之间的充分的导热性。这使得气缸孔15之间的距离可减小。因此，由于在发动机1中气缸孔15之间的距离比在传统发动机中小，因而可改善燃料消耗率。
根据试验结果，本发明的发明人发现在具有基准气缸套的气缸体中，在气缸体与各个气缸套之间存在较大的间隙。即，如果仅在气缸套上形成具有收缩部的突起部，则无法确保气缸体与气缸套之间的充分的附着性。由于间隙这将不可避免地降低导热性。
<第一实施例的变型>
上述第一实施例可如下所示地进行修改。
尽管使用Al-Si合金作为高导热性膜4的材料，但是也可使用其它铝合金(Al-Si-Cu合金和Al-Cu合金)。除铝合金之外，高导热性膜4还可由铜或铜合金的喷涂层形成。在这些情况下，可获得与第一实施例类似的优点。
在第一实施例中，可在低导热性膜5上形成铝基材料的喷涂层(铝喷涂层)。在这种情况下，低导热性膜5与气缸体11接合，而铝喷涂层位于它们之间。这增大了气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合强度。
(第二实施例)
现在参照图20和21对本发明的第二实施例进行说明。
通过以如下方式改变高导热性膜4在第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第二实施例。除下述构型之外，根据第二实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图20是示出图6A中的被圈起部分ZC的放大视图。
在气缸套2中，高导热性膜4形成在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上。与第一实施例中的形成在整个外周向表面22上的高导热性膜4不同，第二实施例的高导热性膜4形成在各个突起部3的顶部和相邻的突起部3之间的部段上。
高导热性膜4由铝喷丸覆层42形成。喷丸覆层42通过喷丸涂覆形成。
也可使用满足以下条件(A)和(B)中的至少一个的其它材料作为高导热性膜4的材料。
(A)熔点低于或等于基准温度TC的材料，或包含这种材料的材料。
(B)可通过冶金工艺接合到气缸体11的铸造材料上的材料，或包含这种材料的材料。
<气缸体和高温气缸套部分的接合状态>
图21是图1中的被圈起部分ZA的剖视图，并示出气缸体11与高温气缸套部分26之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到高温气缸套部分26上。气缸体11与高温气缸套部分26彼此接合，而高导热性膜4位于它们之间。
由于高导热性膜4通过喷丸涂覆形成，因而高温气缸套部分26和高导热性膜4以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。即，高温气缸套部分26和高导热性膜4以机械接合部分与冶金接合部分相混合的状态彼此接合。高温气缸套部分26与高导热性膜4的附着性高于在基准发动机中气缸体与基准气缸套的附着性。
高导热性膜4由熔点低于基准温度TC并且具有与气缸体11的铸造材料的高润湿性的铝形成。因此，气缸体11和高导热性膜4以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。气缸体11与高导热性膜4的附着性高于在基准发动机中气缸体与基准气缸套的附着性。
在发动机1中，由于气缸体11和高温气缸套部分26以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[1]高温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)至(C)。对于气缸体11与高导热性膜4之间的机械接合，可应用与在第一实施例中相同的解释。
<第二实施例的优点>
除第一实施例中的优点(1)至(14)之外，第二实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(15)在本实施例中，高导热性膜4通过喷丸涂覆形成。在喷丸涂覆中，形成高导热性膜4无需熔化涂覆材料。因此，高导热性膜4不包含氧化物。因此，防止了高导热性膜4的热导率由于氧化而降低。
<第二实施例的变型>
上述第二实施例可如下所示地进行修改。
在第二实施例中，使用铝作为覆层42的材料。但是，也可例如使用以下材料。
[a]锌
[b]锡
[c]包含铝、锌和锡中的至少一种的合金。
(第三实施例)
现在参照图22和23对本发明的第三实施例进行说明。
通过以如下方式改变高导热性膜4在第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第三实施例。除下述构型之外，根据第三实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图22是示出图6A中的被圈起部分ZC的放大视图。在气缸套2中，高导热性膜4形成在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上。高导热性膜4由铜合金镀覆层43形成。镀覆层43通过镀覆(plating)形成。
也可使用满足以下条件(A)和(B)中的至少一个的其它材料作为高导热性膜4的材料。
(A)熔点低于或等于基准熔融金属温度TC的材料，或包含这种材料的材料。
(B)可通过冶金工艺接合到气缸体11的铸造材料上的材料，或包含这种材料的材料。
<气缸体和高温气缸套部分的接合状态>
图23是图1中的被圈起部分ZA的剖视图，并示出气缸体11与高温气缸套部分26之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11的一部分位于各个收缩空间34中的状态接合到高温气缸套部分26上。气缸体11与高温气缸套部分26彼此接合，而高导热性膜4位于它们之间。
由于高导热性膜4通过镀覆形成，因而高温气缸套部分26和高导热性膜4以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。高温气缸套部分26与高导热性膜4的附着性高于在基准发动机中气缸体与基准气缸套的附着性。
高导热性膜4由熔点高于基准温度TC的铜合金形成。但是，气缸体11与高导热性膜4以充分的附着性和接合强度彼此冶金接合。气缸体11与高导热性膜4的附着性高于在基准发动机中气缸体与基准气缸套的附着性。
在发动机1中，由于气缸体11和高温气缸套部分26以这种状态彼此接合，因而除在第一实施例的“[1]高温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)至(C)之外还可获得如下所示的优点(D)。
(D)由于高导热性膜4由比气缸体11具有更大热导率的铜合金形成，因而气缸体11与高温气缸套部分26之间的导热性进一步增大。
为了使气缸体11和高导热性膜4彼此冶金接合，人们认为高导热性膜4基本上需要由熔点等于或低于基准温度TC的金属形成。但是，根据由本发明的发明人所进行的试验的结果，即使高导热性膜4由熔点高于基准温度TC的金属形成，在某些情况下气缸体11与高导热性膜4仍可彼此冶金接合。
<第三实施例的优点>
除了与第一实施例中的优点(1)和(4)至(14)类似的优点之外，第三实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(16)在本实施例中，高导热性膜4由铜合金形成。因此，气缸体11与高导热性膜4彼此冶金接合。气缸体11与高温气缸套部分26之间的附着性和接合强度进一步增大。
(17)由于铜合金具有高的热导率，因而气缸体11与高温气缸套部分26之间的导热性显著增大。
<第三实施例的变型>
上述第三实施例可如下所示地进行修改。
可用铜形成镀覆层43。
(第四实施例)
现在参照图24和25对本发明的第四实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第四实施例。除下述构型之外，根据第四实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图24是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。
低导热性膜5由铁基材料的喷涂层52形成。喷涂层52通过层叠多个薄喷涂层52A而形成。喷涂层52(薄喷涂层52A)包含氧化物和孔隙。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图25是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由包含多层氧化物和孔隙的喷涂层形成，所以气缸体11与低导热性膜5以导热性低的状态彼此机械地接合。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<制造膜的方法>
在本实施例中，低导热性膜5通过电弧喷涂形成。低导热性膜5可通过以下工序形成。
[1]通过电弧喷涂设备将熔融(金属)丝喷涂在气缸套外周向表面22上以形成薄喷涂层52A。
[2]在形成一个薄喷涂层52A后，在该第一薄喷涂层52A上形成另一个薄喷涂层52A。
[3]重复工序[2]直到形成具有期望厚度的低导热性膜5为止。
<第四实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第四实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(18)在本实施例的气缸套2中，喷涂层52由多个薄喷涂层52A形成。因此，在喷涂层52中形成有多层氧化物。这样，气缸体11与低温气缸套部分27之间的导热性进一步降低。
(第五实施例)
现在参照图26和27对本发明的第五实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第五实施例。除下述构型之外，根据第五实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图26是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。低导热性膜5由氧化物层53形成。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图27是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由氧化物形成，因而气缸体11与低导热性膜5以导热性低的状态彼此机械地接合。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<制造膜的方法>
在本实施例中，低导热性膜5通过高频加热形成。低导热性膜5可通过以下工序形成。
[1]通过高频加热设备加热低温气缸套部分27。
[2]持续加热，直到在气缸套外周向表面22上形成预定厚度的氧化物层53为止。
根据这种方法，对低温气缸套部分27的加热会熔化各个突起部3的远端32。结果，在远端32处的氧化物层53要厚于在其它部分的氧化物层53。因此，提高了突起部3的远端32周围的隔热特性。另外，低导热性膜5形成为在各个突起部3的收缩部33处具有充分的厚度。因此，提高了收缩部33周围的隔热特性。
<第五实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第五实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(19)在本实施例的气缸套2中，通过加热气缸套2而形成低导热性膜5。由于不需要形成低导热性膜5所需的附加材料，因而可降低用于材料控制的劳力和成本。
(第六实施例)
现在参照图28和29对本发明的第六实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第六实施例。除下述构型之外，根据第六实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图28是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。低导热性膜5由脱模剂层54形成，该脱模剂层是用于压铸的脱模剂层。
在形成脱模剂层54时，例如可使用以下脱模剂。
[1]通过混合蛭石、Hitasol和水玻璃而获得的脱模剂。
[2]通过混合主要成分为硅的液态材料和水玻璃而获得的脱模剂。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图29是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由具有与气缸体11的低附着性的脱模剂形成，因而气缸体11和低导热性膜5彼此接合而在其间具有间隙5H。在制造气缸体11时，铸造材料在数个部位尚未产生铸造材料与脱模剂层54之间的充分的附着性的状态下凝固。因此，在气缸体11与脱模剂层54之间会形成间隙5H。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<第六实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第六实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(20)在本实施例的气缸套2中，低导热性膜5通过使用压铸用脱模剂而形成。因此，在形成低导热性膜5时，可使用用于制造气缸体11的压铸用脱模剂或用于所述脱模剂的材料。这样，制造步骤的数量和成本减少。
(第七实施例)
现在参照图28和29对本发明的第七实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第七实施例。除下述构型之外，根据第七实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图28是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。
低导热性膜5由铸模涂料层55形成，该铸模涂料层是用于离心铸造模具的铸模涂料层。在形成铸模涂料层55时，例如可使用以下铸模涂料。
[1]包含硅藻土作为主要成分的铸模涂料。
[2]包含石墨作为主要成分的铸模涂料。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图29是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由具有与气缸体11的低附着性的铸模涂料形成，因而气缸体11和低导热性膜5彼此接合而在其间具有间隙5H。在制造气缸体11时，铸造材料在数个部位尚未产生铸造材料与铸模涂料层55之间的充分的附着性的状态下凝固。因此，在气缸体11与铸模涂料层55之间会形成间隙5H。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<第七实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第七实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(21)在本实施例的气缸套2中，低导热性膜5通过使用离心铸造用铸模涂料而形成。因此，在形成低导热性膜5时，可使用用于制造气缸套2的离心铸造用铸模涂料或用于所述铸模涂料的材料。这样，制造步骤的数量和成本减少。
(第八实施例)
现在参照图28和29对本发明的第八实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第八实施例。除下述构型之外，根据第八实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图28是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。
低导热性膜5由低附着性制剂层56形成。低附着性制剂是指使用具有与气缸体11的低附着性的材料所制备的液体材料。在形成低附着性制剂层56时，例如可使用以下低附着性制剂。
[1]通过混合石墨、水玻璃和水而获得的低附着性制剂。
[2]通过混合氮化硼和水玻璃而获得的低附着性制剂。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图29是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由具有与气缸体11的低附着性的低附着性制剂形成，因而气缸体11和低导热性膜5彼此接合而在其间具有间隙5H。在制造气缸体11时，铸造材料在数个部位尚未产生铸造材料与低附着性制剂层56之间的充分的附着性的状态下凝固。因此，在气缸体11与低附着性制剂层56之间会形成间隙5H。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<制造膜的方法>
对用于制造低导热性膜5的方法进行说明。
在本实施例中，低导热性膜5通过涂覆并干燥低附着性制剂而形成。低导热性膜5可通过以下工序形成。
[1]将气缸套2置于被加热到预定温度的炉中达预定时间段长，以便使其预热。
[2]将气缸套2浸入到容器内的液态低附着性制剂中，从而在气缸套外周向表面22上涂覆低附着性制剂。
[3]在步骤[2]后，将气缸套2置于在步骤[1]中使用的炉中，从而对低附着性制剂进行干燥。
[4]重复步骤[1]至[3]，直到通过干燥而形成的低附着性制剂层56具有预定厚度。
<第八实施例的优点>
根据第八实施例的气缸套可提供与第一实施例中的优点(1)至(14)类似的优点。
<第八实施例的变型>
上述第八实施例可如下所示地进行修改。
作为低附着性制剂，可使用以下制剂。
(a)通过混合石墨与有机溶剂而获得的低附着性制剂。
(b)通过混合石墨与水而获得的低附着性制剂。
(c)具有氮化硼和无机粘结剂作为主要成分的低附着性制剂，或具有氮化硼和有机粘结剂作为主要成分的低附着性制剂。
(第九实施例)
现在参照图28和29对本发明的第九实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第九实施例。除下述构型之外，根据第九实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图28是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。低导热性膜5由金属涂料层57形成。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图29是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由具有与气缸体11的低附着性的金属涂料形成，因而气缸体11和低导热性膜5彼此接合而在其间具有间隙5H。在制造气缸体11时，铸造材料在数个部位尚未产生铸造材料与金属涂料层57之间的充分的附着性的状态下凝固。因此，在气缸体11与金属涂料层57之间会形成间隙5H。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<第九实施例的优点>
根据第九实施例的气缸套2可提供与第一实施例中的优点(1)至(14)类似的优点。
(第十实施例)
现在参照图28和29对本发明的第十实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第十实施例。除下述构型之外，根据第十实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图28是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。低导热性膜5由高温树脂层58形成。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图29是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由具有与气缸体11的低附着性的高温树脂形成，因而气缸体11和低导热性膜5彼此接合而在其间具有间隙5H。在制造气缸体11时，铸造材料在数个部位尚未产生铸造材料与高温树脂层58之间的充分的附着性的状态下凝固。因此，在气缸体11与高温树脂层58之间会形成间隙5H。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<第十实施例的优点>
根据第十实施例的气缸套2可提供与第一实施例中的优点(1)至(14)类似的优点。
(第十一实施例)
现在参照图28和29对本发明的第十一实施例进行说明。
通过以如下方式改变低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第十一实施例。除下述构型之外，根据第十一实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图28是示出图6A中的被圈起部分ZD的放大视图。在气缸套2中，低导热性膜5形成在气缸套2中低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上。
低导热性膜5由化学转化处理层59形成，化学转化处理层59是通过化学转化处理而形成的层。作为化学转化处理层59，可形成以下的层。
[1]磷酸盐的化学转化处理层。
[2]四氧化三铁的化学转化处理层。
<气缸体和低温气缸套部分的接合状态>
图29是图1中的被圈起部分ZB的剖视图，且示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态。
在发动机1中，气缸体11以气缸体11与突起部3啮合的状态接合到低温气缸套部分27上。气缸体11和低温气缸套部分27彼此接合，而低导热性膜5位于它们之间。
由于低导热性膜5由具有与气缸体11的低附着性的磷酸盐膜或四氧化三铁形成，因而气缸体11和低导热性膜5彼此接合而在其间具有多个间隙5H。在制造气缸体11时，铸造材料在数个部位尚未产生铸造材料与化学转化处理层59之间的充分的附着性的状态下凝固。因此，在气缸体11与化学转化处理层59之间会形成间隙5H。
在发动机1中，由于气缸体11与低温气缸套部分27以这种状态彼此接合，因而可获得第一实施例的“[2]低温气缸套部分的接合状态”中的优点(A)和(B)。
<第十一实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第十一实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(22)在本实施例的气缸套2中，低导热性膜5通过化学转化处理而形成。低导热性膜5形成为在各个突起部3的收缩部33处具有充分的厚度。因此，易于在收缩部33周围形成间隙5H。即，提高了收缩部33周围的隔热特性。
(23)另外，由于低导热性膜5形成为在膜厚度TP方面有小的变化，因而可通过改变膜厚度TP来精确地调节气缸壁温度TW。
(第十二实施例)
现在参照图30对本发明的第十二实施例进行说明。
通过以如下方式改变高导热性膜4和低导热性膜5在根据第一实施例的气缸套2上的形成而构造出第十二实施例。除下述构型之外，根据第十二实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图30是示出气缸套2的透视图。在气缸套2的气缸套外周向表面22上，在从气缸套上端23至第一线25A的区域内形成有高导热性膜4，第一线25A是气缸套中部25的上端。高导热性膜4沿整个周向形成。
在气缸套2的气缸套外周向表面22上，在从气缸套下端24至第二线25B的区域内形成有低导热性膜5，第二线25B是气缸套中部25的下端。低导热性膜5沿整个周向形成。
在气缸套外周向表面22上，从第一线25A至第二线25B设置有不具有高导热性膜4和低导热性膜5的区域。第一线25A比第二线25B更靠近气缸套上端23。
<第十二实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第十二实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(24)在本实施例的气缸套2中，气缸体11与气缸套2之间的导热性从气缸套上端23向气缸套下端24不连续地减小。这可抑制气缸壁温度TW的突变。
<第十二实施例的变型>
上述第十二实施例可如下所示地修改。
第十二实施例可应用于第二至第十一实施例。
(第十三实施例)
现在对第十三实施例进行说明。
通过以如下方式改变根据第一实施例的气缸套2的结构而构造出第十三实施例。除下述构型之外，根据第十三实施例的气缸套2与第一实施例中的相同。
<气缸套的结构>
以如下方式设定气缸套厚度TL，即本实施例的气缸套2的厚度。即，将低温气缸套部分27内的气缸套厚度TL设定成大于高温气缸套部分26内的气缸套厚度TL。而且，将气缸套厚度TL设定成从气缸套上端23向气缸套下端24逐渐增大。
<第十三实施例的优点>
除了第一实施例中的优点(1)至(14)外，第十三实施例的气缸套2还可提供以下优点。
(25)根据本实施例的气缸套2，气缸体11与高温气缸套部分26之间的导热性增大，而气缸体11与低温气缸套部分27的导热性减小。这可进一步减小气缸壁温差ΔTW。
<第十三实施例的变型>
上述第十三实施例可如下所示地进行修改。
第十三实施例可应用于第二至第十二实施例。
在第十三实施例中，可将低温气缸套部分27内的气缸套厚度TL设定成大于高温气缸套部分26内的气缸套厚度TL，且可将气缸套厚度TL设定成在这些部段的每一个中恒定不变。
除了气缸体2之外，还可将根据第十三实施例的气缸套厚度TL的设置应用于任何类型的气缸套。例如，可将本实施例的气缸套厚度TL的设置应用于满足以下条件(A)和(B)中的至少一个的气缸套。
(A)未形成有高导热性膜4和低导热性膜5的气缸套。
(B)未形成有突起部3的气缸套。
(其它实施例)
上述实施例可修改如下。
上述实施例的高导热性膜4和低导热性膜5的以下组合是可能的。
(i)第二实施例的高导热性膜4与第四至第十一实施例中任一实施例的低导热性膜5的组合。
(ii)第三实施例的高导热性膜4与第四至第十一实施例中任一实施例的低导热性膜5的组合。
可将第十二和第十三实施例中的至少一个应用于实施例(i)和(ii)。
用于形成高导热性膜4的方法不限于上述实施例中所示的方法(喷涂、喷丸涂覆和镀覆)。可按照需要应用任意其它方法。
用于形成低导热性膜5的方法不限于上述实施例中所示的方法(喷涂、涂覆、树脂涂覆和化学转化处理)。可按照需要应用任意其它方法。
在上述实施例中，第一面积比率SA和第二面积比率SB的选择范围可设定在表1所示的选择范围内。但是所述选择范围可如下所示地改变。
第一面积比率SA：10％-30％
第二面积比率SB：20％-45％
这种设置可增大气缸套接合强度和铸造材料充填突起部3之间的空间的充填系数。
在上述实施例中，标准突起部高度HP的选择范围可设定为从0.5mm至1.0mm的范围。但是，可如下所示地改变所述选择范围。即，标准突起部高度HP的选择范围可设定为从0.5mm至1.5mm的范围。
在上述各个实施例中，高导热性膜4的膜厚度TP可从气缸套上端23向气缸套中部25逐渐增大。在这种情况下，气缸体11与气缸套2上部之间的导热性从气缸套上端23向气缸套中部25减小。这样，在气缸套2的上部内气缸壁温度TW沿轴向方向的差异减小。
在上述各个实施例中，低导热性膜5的膜厚度TP可从气缸套下端24向气缸套中部25逐渐减小。在这种情况下，气缸体11与气缸套2下部之间的导热性从气缸套下端24向气缸套中部25增大。这样，在气缸套2的下部内气缸壁温度TW沿轴向方向的差异减小。
在上述实施例中，低导热性膜5沿气缸套2的整个外周形成。但是，低导热性膜5的位置可如下所示地改变。即，在气缸13被布置的方向上，可从气缸套外周向表面22的面向相邻气缸孔15的部段上省去膜5。换句话说，低导热性膜5可形成在气缸套外周向表面2的除了在气缸13的布置方向上面向相邻气缸套2的气缸套外周向表面2的部段之外的部段内。这种构型可提供以下优点(i)和(ii)。
(i)来自每对相邻气缸13的热量可能被限制在相应气缸孔15之间的部段内。这样，该部段内的气缸壁温度TW可能高于除了气缸孔15之间的部段之外的部段内的气缸壁温度。因此，上述的形成低导热性膜5的变型可防止在气缸13的周向方向上面向相邻气缸孔15的部段内的气缸壁温度TW过度升高。
(ii)在各个气缸13中，由于气缸壁温度TW沿周向方向变化，因而气缸孔15的变形量沿周向方向变化。气缸孔15变形量的这种变化会增大活塞的摩擦，这又会使燃料消耗率变差。当采用形成膜5的上述构型时，在气缸13的周向方向上除了面向相邻气缸孔15的部段之外的部段内导热性降低。另一方面，面向相邻气缸孔15的部段的导热性与通常的发动机相同。这就减小了除了面向相邻气缸孔15的部段之外的部段内的气缸壁温度TW与面向相邻气缸孔15的部段内的气缸壁温度TW之间的差异。因此，各个气缸孔15的变形沿周向方向的变化减小(变形量得以均衡)。这可减小活塞的摩擦并由此改善燃料消耗率。
根据上述实施例的形成高导热性膜4的构型可如下所示地进行修改。即，只要满足下述条件(A)和(B)中的至少一个，则高导热性膜4可由任意材料形成。
(A)高导热性膜4的热导率大于气缸套2的热导率。
(B)高导热性膜4的热导率大于气缸体11的热导率。
根据上述实施例的形成低导热性膜5的构型可如下所示地进行修改。即，只要满足下述条件(A)和(B)中的至少一个，则低导热性膜5可由任意材料形成。
(A)低导热性膜5的热导率小于气缸套2的热导率。
(B)低导热性膜5的热导率小于气缸体11的热导率。
在上述实施例中，高导热性膜4和低导热性膜5在与突起部3相关的参数处于表1的选择范围内的情况下形成在气缸套2上。但是，高导热性膜4和低导热性膜5也可形成在任意气缸套上，只要该气缸套上形成有突起部3即可。
在上述实施例中，高导热性膜4和低导热性膜5形成在形成有突起部3的气缸套2上。但是，高导热性膜4和低导热性膜5也可形成在形成有不具有收缩部的突起部的气缸套上。
在上述实施例中，高导热性膜4和低导热性膜5形成在形成有突起部3的气缸套2上。但是，高导热性膜4和低导热性膜5也可形成在未形成有突起部的气缸套上。
在上述实施例中，本实施例的气缸套被应用于由铝合金制成的发动机。但是，本发明的气缸套也可应用于例如由镁合金制成的发动机。简言之，本发明的气缸套可应用于具有气缸套的任意发动机。即使这样，如果本发明以与上述实施例类似的方式实施，则可获得与上述实施例类似的优点。

Claims (37)

1.一种用在气缸体中的用于镶铸的气缸套，其特征在于，所述气缸套包括在所述气缸套的轴向方向上的上部和下部，其中在所述上部的外周向表面上设置有高导热性膜，但在所述下部的外周向表面上未设置有所述高导热性膜，并且其中在所述下部的所述外周向表面上设置有低导热性膜，但在所述上部的所述外周向表面上未设置有所述低导热性膜。
2.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜用于增大所述气缸套对所述气缸体的附着性。
3.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜由金属材料的喷涂层形成。
4.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜由金属材料的喷丸覆层形成。
5.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜由金属材料的镀覆层形成。
6.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜被允许通过冶金工艺接合到所述气缸体上。
7.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜的熔点低于或等于用在所述气缸套与所述气缸体的镶铸中的熔融铸造材料的温度。
8.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜的导热性高于所述气缸套的导热性。
9.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜的导热性高于所述气缸体的导热性。
10.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜用于在所述气缸体和所述气缸套之间形成间隙。
11.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜用于降低所述气缸套对所述气缸体的附着性。
12.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由用于压铸的脱模剂形成。
13.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由用于离心浇铸的铸模涂料形成。
14.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由包含石墨作为主要成分的低附着性的制剂形成。
15.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由包含氮化硼作为主要成分的低附着性的制剂形成。
16.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由金属涂料形成。
17.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由高温树脂形成。
18.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由化学转化处理层形成。
19.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由陶瓷材料的喷涂层形成。
20.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由铁基材料的喷涂层形成，所述喷涂层具有氧化物和孔隙。
21.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜由氧化物层形成。
22.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜的导热性低于所述气缸体的导热性。
23.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜的导热性低于所述气缸套的导热性。
24.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述低导热性膜的厚度沿所述气缸套的所述轴向方向随着远离所述气缸套的下端而减小。
25.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述气缸体具有多个气缸孔，所述气缸套位于所述气缸孔之一中，并且其中所述低导热性膜形成在所述下部的所述外周向表面的除面对相邻气缸孔的部段之外的部段上。
26.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述高导热性膜开始于所述气缸套的上端并达到第一中部，所述第一中部位于所述气缸套的在所述轴向方向上的中央，其中所述低导热性膜开始于所述气缸套的下端并达到第二中部，所述第二中部位于所述气缸套的在所述轴向方向上的中央并且比所述第一中部更靠近所述气缸套的所述下端，并且其中所述高导热性膜和所述低导热性膜均不形成在所述第一中部和所述第二中部之间。
27.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述上部的厚度小于所述下部的厚度。
28.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述气缸套的外周向表面具有多个突起部，每个所述突起部具有收缩的形状。
29.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，所述突起部的数量为在每平方厘米的所述气缸套的所述外周向表面上有五至六十个。
30.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，每个所述突起部的高度为0.5至1.5mm。
31.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，在所述气缸套的所述外周向表面的由三维激光测量装置获得的等高线图中，由代表0.4mm的高度的等高线所包围的各个区域的总面积与整个所述等高线图的面积之比等于或大于10％。
32.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，在所述气缸套的所述外周向表面的由三维激光测量装置获得的等高线图中，由代表0.2mm的高度的等高线所包围的各个区域的总面积与整个所述等高线图的面积之比等于或小于55％。
33.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，在所述气缸套的所述外周向表面的由三维激光测量装置获得的等高线图中，由代表0.4mm的高度的等高线所包围的各个区域的总面积与整个所述等高线图的面积之比为10％至50％。
34.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，在所述气缸套的所述外周向表面的由三维激光测量装置获得的等高线图中，由代表0.2mm的高度的等高线所包围的各个区域的总面积与整个所述等高线图的面积之比为20％至55％。
35.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，在所述气缸套的所述外周向表面的由三维激光测量装置获得的等高线图中，由代表0.4mm的高度的等高线所包围的各个区域的面积为0.2至3.0mm2。
36.根据权利要求28所述的气缸套，其特征在于，每个所述突起部的由包含代表从所述突起部的近端算起为0.4mm的高度的等高线的平面截取所获得的截面独立于其它突起部的由同一平面截取所获得的截面。
37.一种发动机，其特征在于包括根据权利要求1至28中任一项所述的气缸套。
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