CN101258317B - 气缸套和发动机 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用在气缸体中的用于镶铸的气缸套。所述气缸套包括具有多个突起部的外周向表面。每个突起部具有收缩的形状。在所述外周向表面和所述突起部的表面上形成有金属材料的膜。结果，所述气缸套确保了与气缸体的铸造材料的充分的接合强度，以及与气缸体的充分的导热性。

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，以及具有所述气缸套的发动机。
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，已知在日本专利特开2003-120414号公报中有所公开。
为了满足近来对于降低燃料消耗的需求，提出了这样一种构型，其中发动机的气缸孔之间的距离减小以使发动机变轻。
但是，气缸孔之间距离的减小会导致以下问题。
(1)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)。
(2)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(A)和(B)。
(A)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。
(B)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。
根据日本专利特开2003-120414号公报所公开的气缸套，在气缸上形成有膜，该膜与气缸体的铸造材料之间形成金属结合。这种结构可增大气缸体和气缸套之间的接合强度。但是，已发现在使用这种气缸套制造气缸体的情况下，在气缸体和气缸套之间会形成较大的间隙，从而使得导热性降低。这被认为是由于在气缸体制造过程中气缸套和铸造材料之间的接合强度不足而引起的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种气缸套，该气缸套可确保与气缸体的铸造材料之间的充分的接合强度以及与气缸体之间的充分的导热性。本发明的另一个目的是提供一种具有该气缸套的发动机。
根据本发明的第一方面，提供一种用在气缸体中的用于镶铸的气缸套，所述气缸套包括具有多个突起部的外周向表面，每个所述突起部具有收缩的形状，在所述外周向表面和所述突起部的表面上形成有金属材料的膜，其中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。
根据本发明的第二方面，在根据上述第一方面的气缸套中，所述膜的导热性高于所述气缸套的导热性。
根据本发明的第三方面，在根据上述第一方面的气缸套中，所述膜的导热性高于所述气缸体的导热性。
根据本发明的第四方面，在根据上述第一方面的气缸套中，所述膜在所述气缸套的轴向方向上从所述气缸套的一端延伸到所述气缸套的中部。
根据本发明的第五方面，在根据上述第一方面的气缸套中，所述气缸套具有在所述气缸套的轴向方向上的相对于中部的上部和下部，其中所述上部的厚度小于所述下部的厚度。
根据本发明的第六方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述膜增大所述气缸套对所述气缸体的附着性。
根据本发明的第七方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述膜由喷涂层形成。
根据本发明的第八方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述膜由喷丸覆层形成。
根据本发明的第九方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述膜由镀覆层形成。
根据本发明的第十方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述膜通过冶金工艺接合到所述气缸体上。
根据本发明的第十一方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述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。
根据本发明的第十二方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述膜的厚度小于或等于0.5mm。
根据本发明的第十三方面，在根据上述第一至第三和第五方面的气缸套中，所述膜在所述气缸套的轴向方向上从所述气缸套的一端延伸到所述气缸套的另一端。
根据本发明的第十四方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，每个所述突起部的高度为0.5至1.5mm。
根据本发明的第十五方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述突起部形成为使得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％。
根据本发明的第十六方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述突起部形成为使得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％。
根据本发明的第十七方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述突起部形成为使得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％。
根据本发明的第十八方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述突起部形成为使得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％。
根据本发明的第十九方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，所述突起部形成为使得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。
根据本发明的第二十方面，在根据上述第一至第五方面的气缸套中，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，各自与所述突起部之一相对应并且各自由代表0.4mm的高度的等高线所包围的区域相互独立。
根据本发明的第二十一方面，提供一种发动机，其包括根据上述第一至第二十方面中任一项的气缸套。
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6[A]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6[B]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6[A]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1中的被圈起部分ZA；
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ZB；
图10是示出通过离心铸造生产气缸套的步骤的过程图；
图11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12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13是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图示；
图14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15是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图示；
图16是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图示；
图17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18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19是本发明第二实施例的放大剖视图，其示出图6中的被圈起部分ZC；
图20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21是本发明第三实施例的放大剖视图，其示出图6中的被圈起部分ZC；以及
图22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。
具体实施方式
(第一实施例)
现在参照图1至18对本发明的第一实施例进行说明。
本实施例涉及将本发明应用于由铝合金制成的发动机的气缸套的情况。
<发动机的结构>
图1示出具有根据本发明的气缸套2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。
各个气缸套2的内周向表面(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，各个气缸套2的外周向表面(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是示出根据本发明的气缸套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”。
在气缸套2的气缸套外周向表面22上形成有突起部3，每个突起部3均具有收缩的形状。
突起部3形成在从气缸套2的上端(气缸套上端23)到气缸套2的下端(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和突起部3的表面上形成有膜5。
在气缸套外周向表面22上，膜5形成在从气缸套上端23到轴向方向上的中部(气缸套中部25)的区域内。另外，膜5沿整个圆周方向形成。
膜5由Al-Si喷涂层51形成。喷涂层是指通过喷涂(等离子喷涂、电弧喷涂或HVOF喷涂)而形成的膜。
作为膜5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)熔点低于或等于铸造材料的熔融金属的温度(基准熔融金属温度TC)的材料，或包含这种材料的材料。更具体地，基准熔融金属温度TC可描述如下。即，基准熔融温度TC是指当向铸模供给铸造材料以镶铸气缸套2时气缸体11的铸造材料的熔融金属的温度。
(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，气缸套2的径向方向(箭头A的方向)被称作突起部3的轴向方向。另外，气缸套2的轴向方向(箭头B的方向)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(阴影区域)。
收缩空间34是由包含沿突起部3的轴向方向的最大远端部32B的曲面(在图5中，线D-D对应于该曲面)和收缩部33的表面(收缩表面33A)所围成的空间。最大远端部32B代表在远端32处突起部3的径向长度最长的部分。
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(气缸体11与突起部3啮合)的状态下彼此接合。因此，可确保气缸体11与气缸套2的充分的接合强度(气缸套接合强度)。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。
另一方面，在通过镶铸气缸套2而制造气缸体11时，通过锚固效果可确保气缸体11的铸造材料与各个气缸套2之间的接合强度。这能抑制铸造材料由于凝固速率的差异而从气缸孔15之间的部段向周围部段移动。
<膜的形成>
参照图6[A]至7对膜5在气缸套2上的形成进行说明。在下文中，膜5的厚度被称为膜厚度TP。
[1]膜的位置
参照图6[A]和6[B]，对膜5的位置进行说明。图6[A]是气缸套2沿轴向方向的剖视图。图6[B]示出在发动机1的稳定运转状态下温度(气缸壁温度TW)沿气缸轴向方向的变化的一个示例。在下文中，移除了膜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来确定膜5的位置。
对气缸壁温度TW的变化进行说明。在图6[B]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。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TWL。在本实施例中，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TWH。在本实施例中，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，所以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。
因此，在根据本实施例的气缸套2中，膜5形成在高温气缸套部分26上，从而气缸体11与高温气缸套部分26之间的附着性增大。这使得高温气缸套部分26的气缸壁温度TW降低。
在根据本实施例的发动机1中，在气缸体11与高温气缸套部分26之间产生了充分的附着性，即，在每个高温气缸套部分26周围形成很小的间隙。这确保了气缸体11与高温气缸套部分26之间的高导热性。因此，高温气缸套部分26中的气缸壁温度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。
由于气缸壁温度TW的降低可抑制机油的消耗，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。
低温气缸套部分27和高温气缸套部分26之间的边界(壁温边界28)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，在确定膜5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，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和高温气缸套部分26之间的接合强度(高温气缸套部分26的气缸套接合强度)显著下降。
在本实施例中，膜5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，膜5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，在形成膜5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0mm。
但是，由于目前难以在整个高温气缸套部分26内形成厚度均一的厚度层，所以在形成膜5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膜5。这样，在本实施例中，在形成膜5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上形成膜5。
(B)是满足条件(A)的范围内的最小值。
因此，膜5形成在整个高温气缸套部分26上。此外，由于膜5的膜厚度TP具有较小的值，所以可增大气缸体11和高温气缸套部分26之间的导热性。
[3]突起部周围的膜的形成
图7是示出图6[A]中的被圈起部分ZC的放大视图。
在气缸套2中，膜5形成在气缸套外周向表面22和突起部3的表面上。此外，膜5形成为使得收缩空间34不被充满。即，膜5形成为使得当进行气缸套2的镶铸时，铸造材料充填收缩空间34。如果收缩空间34被膜5充满，则铸造材料将无法充填收缩空间34。这样，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8和9对气缸体11和气缸套2的接合状态进行说明。图8和9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8示出气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合状态(图1中的ZA部分的剖面)。
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。此外，气缸体11和高温气缸套部分26彼此接合，且膜5位于它们之间。
对于高温气缸套部分26和膜5的接合状态，由于膜5通过喷涂形成，因而高温气缸套部分26和膜5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与膜5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。
对于气缸体11和膜5的接合状态，膜5由熔点低于基准熔融金属温度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和膜5以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。气缸体11与膜5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)由于膜5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)由于膜5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与膜5之间的附着性以及高温气缸套部分26与膜5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和膜5之间的接合强度以及高温气缸套部分26和膜5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，膜5的熔点低于或等于基准熔融金属温度TC。因此，人们认为，在生产气缸体11时，膜5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是机械地接合到膜5上的。此外，发现了冶金接合的部分。但是，气缸体11和膜5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，即使铸造材料和膜5不是以冶金方式接合的(或仅部分地以冶金方式接合)，只要膜5的熔点低于或等于基准熔融金属温度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膜5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9示出气缸体11与低温气缸套部分27之间的接合状态(图1中的ZB部分的剖面)。
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。因此，通过突起部3的锚固效果确保了气缸体11与低温气缸套部分27之间的充分的热接合强度。此外，可防止在气缸孔15膨胀时气缸体11与低温气缸套部分27的相互剥离。
<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。
作为表示突起部3的形成状态的参数(形成状态参数)，定义第一面积比率SA、第二面积比率SB、标准截面积SD、标准突起部数量NP和标准突起部长度HP。
现在对作为用于上述形成状态参数的基本值的测量高度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的轴向方向的距气缸套外周向表面22的距离(突起部3的高度)。在气缸套外周向表面22处，测量高度H为0mm。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。
现在对形成状态参数进行说明。
[A]第一面积比率SA表示在气缸套外周向表面22之上的第一基准平面PA内的突起部3的面积(径向方向截面积SR)的比率。
[B]第二面积比率SB表示在气缸套外周向表面22之上的第二基准平面PB内的突起部3的面积(径向方向截面积SR)的比率。
[C]标准截面积SD表示在气缸套外周向表面22之上的第一基准平面PA内的一个突起部3的面积(径向方向截面积SR)。
[D]标准突起部数量NP表示在气缸套外周向表面22上每单位面积(1cm2)内所形成的突起部3的数量。
[E]标准突起部长度HP表示在多个位置处的突起部3的测量高度H的值的平均值。
表1
  参数类型   选择范围   单位
  [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3.0   [mm<sup>2</sup>]
  [D]   标准突起部数量NP   5至60   [个/cm<sup>2</sup>]
  [E]   标准突起部长度HP   0.5至1.0   [mm]
在本实施例中，形成状态参数[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)增大。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。
在本实施例中，除了对上面列出的参数[A]至[E]的设定之外，气缸套2还形成为使得突起部3在第一基准平面PA上各自独立地形成。这可进一步增大附着性。
<用于生产气缸套的方法>
参照图10和11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。为了使上面列出的形成状态参数处在表1的选择范围内，将离心铸造的参数(下面的参数[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(铸模涂料层64)的厚度。
表2
  参数类型   选择范围   单位
  [A]   耐火材料的混合比率   8至30   [％以质量计]
  [B]   粘结剂的混合比率   2至10   [％以质量计]
  [C]   水的混合比率   60至90   [％以质量计]
  [D]   耐火材料的平均粒度   0.02至0.1   [mm]
  [E]   表面活性剂的混合比率   0.005＜x≤0.1   [％以质量计]
[F] 铸模涂料层的厚度 0.5至1.0 [mm]
气缸套2的生产根据图10所示的工序进行。
[步骤A]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]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]在将旋转的铸模65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11对具有收缩形状的孔的形成进行说明。
[1]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]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]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]在将铸模涂料层64干燥后，将铸铁的熔化金属66浇入正在旋转的铸模65中。此时，熔化金属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]在熔化金属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]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)。
<用于测量形成状态参数的方法>
参照图12对使用三维激光测量形成状态参数的方法进行说明。标准突起部长度HP用另一种方法测量。
可按如下方式测量各个形成状态参数。
[1]从气缸套2制得用于测量突起部参数的试件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12[A])。
[3]使激光82从三维激光测量装置81照射到试件71上(图12[B])。
[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突起部3的等高线图85(图13)。基于等高线图85计算形成状态参数。
<突起部的等高线>
参照图13和14对等高线图85进行说明。图13是等高线图85的一个示例。图14示出测量高度H与等高线HL之间的关系。图13的等高线图85示出与图14所示的不同的突起部3。
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。
在图14中，等高线HL4对应于第一基准平面PA。此外，等高线HL2对应于第二基准平面PB。尽管图14示出的是以0.2mm的间隔示出等高线HL的图示，但在实际的等高线图85中可按照需要改变等高线HL之间的距离。
参照图15和16对等高线图85中的第一区域RA和第二区域RB进行说明。图15是其中除测量高度为0.4mm的等高线HL4之外的等高线均以虚线示出的等高线图85(第一等高线图85A)。图16是其中除测量高度为0.2mm的等高线HL2之外的等高线均以虚线示出的等高线图85(第二等高线图85B)。在图15和16中，实线表示所要示出的等高线HL，虚线表示其它等高线HL。
在本实施例中，在等高线图85中由等高线HL4所包围的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。在等高线图中85由等高线HL2所包围的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。
<用于计算形成状态参数的方法>
基于等高线图85以如下方式计算形成状态参数。
[A]第一面积比率SA
第一面积比率SA被计算为在等高线图85的面积中第一区域RA的比率。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代表通过累加第一区域RA的面积而得到的总面积。例如，当使用图15的第一等高线图85A作为模型时，矩形区域的面积对应于面积ST。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被计算为在等高线图85的面积中第二区域RB的比率。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代表通过累加第二区域RB的面积而得到的总面积。例如，当使用图16的第二等高线图85B作为模型时，矩形区域的面积对应于面积ST。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，当使用图15的第一等高线图85A作为模型时，阴影区域的面积对应于标准截面积SD。
[D]标准突起部数量NP
标准突起部数量NP可被计算为在等高线图85中每单位面积(1cm2)上的突起部3的数量。例如，当使用图15的第一等高线图85A或图16的第二等高线图85B作为模型时，在每个图中的突起部的数量(一个)对应于标准突起部数量NP。在本实施例的气缸套2中，每单位面积(1cm2)上形成有五至六十个突起部3。这样，实际的标准突起部数量NP与第一等高线图85A和第二等高线85B的基准突起部数量不同。
[E]标准突起部长度HP
标准突起部长度HP可以是突起部3之一的高度，或者可被计算为多个位置处的突起部3之一的高度的平均值。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。
(示例)
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，气缸套通过上述实施例的制造方法(离心铸造)制成。在生产气缸套时，铸铁的材料特性被设定成对应于FC230，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。
表3
 气缸套的特征
 示例1  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜(2)将第一面积比率设定为下限值(10％)
 示例2  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜(2)将第二面积比率设定为上限值(55％)
 示例3  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜(2)将膜厚度设定为0.005mm
 示例4  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜(2)将膜厚度设定为上限值(0.5mm)
表4
 气缸套的特征
 比较示例1  (1)未形成膜。(2)将第一面积比率设定为下限值(10％)。
 比较示例2  (1)未形成膜。(2)将第二面积比率设定为上限值(55％)。
 比较示例3  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜。(2)未形成具有收缩部的突起部。
 比较示例4  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜。(2)将第一面积比率设定为小于下限值(10％)的值。
 比较示例5  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜。
 (2)将第二面积比率设定为大于上限值(55％)的值。
 比较示例6  (1)由Al-Si合金的喷涂层形成膜。(2)将膜厚度设定为大于上限值(0.5mm)的值。
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。
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。
<用于测量形成状态参数的方法>
现在对在各个示例和比较示例中形成状态参数的测量方法进行说明。
在各个示例和比较示例中，根据上述实施例的用于计算形成状态参数的方法来测量与突起部3的形成状态相关的参数。
<用于测量膜厚度的方法>
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]从形成有膜5的气缸套2制得用于测量膜厚度的试件。
[2]使用显微镜在试件上的膜5的数个位置处测量厚度，并且测量值的平均值被计算为膜厚度TP的测量值。
<用于测量接合强度的方法>
参照图17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]至[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17[A])。
[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均由气缸套2的一部分(气缸套件74A)和气缸73的铝制部分(铝制件74B)形成。在各个气缸套件74A和对应的铝制件74B之间形成有膜5。
[3]将拉伸试验设备的臂86接合到强度评价试件74(气缸套件74A和铝制件74B)上(图17[B])。
[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沿气缸的径向方向(图17[C]中箭头C的方向)剥离。
[5]通过拉伸试验获得使气缸套件74A和铝制件74B剥离的力(每单位面积上的载荷)作为气缸套接合强度。
表5
  参数类型   设置
  [A]   铝材   ADC12
  [B]   铸造压力   55[MPa]
  [C]   铸造速度   1.7[m/s]
  [D]   铸造温度   670[℃]
  [E]   气缸厚度   4.0[mm]
[E]表示不包括气缸套的厚度。
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。
<用于评价导热性的方法>
参照图18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]至[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18[A])。
[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18[B])。导热性评价试件75均由气缸套2的一部分(气缸套件75A)和气缸73的铝制部分(铝制件75B)形成。在各个气缸套件75A和对应的铝制件75B之间形成有膜5。
[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18[C])。
[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
  参数类型   设置
  [A]   气缸套件厚度   1.35[mm]
  [B]   铝制件厚度   1.65[mm]
  [C]   试件外径   10[mm]
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[％]   标准突起部数量[个/cm<sup>2</sup>]   标准突起部长度[mm]   膜的材料   膜厚度[mm]   接合强度[MPa]   热导率[W/mK]
  示例1   10   20   20   0.6   Al-Si合金   0.08   35   50
  示例2   50   55   60   1.0   Al-Si合金   0.08   55   50
  示例3   20   35   35   0.7   Al-Si合金   0.005   50   60
  示例4   20   35   35   0.7   Al-Si合金   0.5   45   55
  比较示例1   10   20   20   0.6   无膜   -   17   25
  比较示例2   50   55   60   1.0   无膜   -   52   25
  比较示例3   0   0   0   0   Al-Si合金   0.08   22   60
  比较示例4   2   10   3   0.3   Al-Si合金   0.08   15   40
  比较示例5   25   72   30   0.8   Al-Si合金   0.08   40   35
  比较示例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。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，膜5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，膜5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)的膜5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，在形成膜5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。
<实施例的优点>
根据本实施例的气缸套可提供以下优点。
(1)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。
由于膜5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，本实施例的气缸套2的使用确保了气缸套2与气缸体11的铸造材料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。
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。
(2)根据本实施例的气缸套2，上述的导热性的提高降低了高温气缸套部分26的气缸壁温度TW。这样，机油的消耗得以抑制。这可改善燃料消耗率。
(3)根据本实施例的气缸套2，上述的接合强度的提高抑制了发动机中气缸孔15的变形，从而减小了摩擦。这可改善燃料消耗率。
(4)在本实施例的气缸套2中，膜5形成为使得其在高温气缸套部分26的厚度TP小于或等于0.5mm。这可增大气缸体11和高温气缸套部分26之间的接合强度。如果膜厚度TP大于0.5mm，则会降低突起部3的锚固效果，从而导致气缸套接合强度显著下降。
(5)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数量NP在五至六十的范围内。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。
如果标准突起部数量NP在选择范围之外，则会引起以下问题。如果标准突起部数量NP小于五，则突起部3的数量不足。这会降低气缸套接合强度。如果标准突起部数量NP大于六十，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。
(6)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长度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。
如果标准突起部长度HP在选择范围之外，则会引起以下问题。如果标准突起部长度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。如果标准突起部长度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。
(7)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。
(8)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。
(9)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。
(10)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。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。
(11)在本实施例的气缸套2中，膜5形成在各个突起部3上，使得收缩空间34不被膜5充满。因此，在镶铸气缸套2时，会有充足量的铸造材料流入收缩空间34中。这可防止气缸套接合强度降低。
(12)在发动机中，气缸壁温度TW的升高会使气缸孔热膨胀。另一方面，由于气缸壁温度TW沿轴向方向变化，因而气缸孔的变形量沿轴向方向变化。气缸孔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。
在本实施例的气缸套2中，膜5不形成在低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上，而膜5形成在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上。
因此，发动机1的高温气缸套部分26的气缸壁温度TW(图6[B]中的虚线)降到基准发动机的高温气缸套部分26的气缸壁温度TW(图6[B]中的实线)以下。另一方面，发动机1的低温气缸套部分27的气缸壁温度TW(图6[B]中的虚线)基本上与基准发动机的低温气缸套部分27的气缸壁温度TW(图6[B]中的实线)相同。
因此，发动机1中最小气缸壁温度TWL和最大气缸壁温度TWH之间的差异(气缸壁温差ΔTW)减小。这样，各个气缸孔15的变形沿轴向方向的变化减小(变形量得以均衡)。因此，各个气缸孔15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。
(13)在发动机1中，气缸孔15之间的距离减小以改善燃料消耗率。因此，在制造气缸体11时，需要确保气缸套2与铸造材料之间的接合强度，以及气缸体11与气缸套2之间的充分的导热性。
本实施例的气缸套2确保了气缸套2与铸造材料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。
(14)在本实施例中，膜5由Al-Si合金的喷涂层形成。这减小了气缸体11的膨胀程度和膜5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。
(15)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与膜5之间的附着性和接合强度进一步增大。
<实施例的变型>
上述第一实施例可如下所示地进行修改。
尽管使用了Al-Si合金作为第一实施例中的铝合金，但是也可使用其它铝合金(Al-Si-Cu合金和Al-Cu合金)。
在第一实施例中，膜5由喷涂层51形成。但是，该构型可如下所示地进行修改。即，膜5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。
(第二实施例)
现在参照图19和20对本发明的第二实施例进行说明。
通过以如下方式改变膜在第一实施例的气缸套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与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图19是示出图6[A]中的被圈起部分ZC的放大视图。
在气缸套2中，膜5形成在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上。膜5由铝喷丸覆层(覆层52)形成。喷丸覆层是指通过喷丸涂覆形成的膜。
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膜5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20示出气缸体11与高温气缸套部分26之间的接合状态(图1中的ZA部分的剖面)。
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。此外，气缸体11与高温气缸套部分26彼此接合，而膜5位于它们之间。
对于高温气缸套部分26和膜5的接合状态，由于膜5通过喷丸涂覆形成，因而高温气缸套部分26和膜5以充分的附着性和接合强度彼此机械地和冶金地接合。即，高温气缸套部分26和膜5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与膜5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。
对于气缸体11和膜5的接合状态，膜5由熔点低于或等于基准熔融金属温度TC并且具有与气缸体11的铸造材料的高润湿性的铝合金形成。因此，气缸体11和膜5以充分的附着性和接合强度彼此机械地接合。气缸体11与膜5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与高温气缸套部分26以这种状态彼此接合，因而可获得以下优点。对于气缸体11与膜5之间的机械接合，可应用与在第一实施例中相同的解释。
(A)由于膜5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)由于膜5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。
<实施例的优点>
除了与第一实施例中的优点(1)至(15)类似的优点之外，第二实施例的气缸套还可提供以下优点。
(16)在喷丸涂敷中，形成膜5无需熔化涂覆材料。因此，可防止膜5的表面被氧化，且膜5包含氧化物的可能性较小。
在本实施例的气缸套2中，膜5通过喷丸涂覆形成。因此，可防止膜5的热导率由于氧化而减小。由于通过抑制膜表面的氧化而提高了对铸造材料的润湿性，因此气缸体11与膜5之间的附着性进一步提高。
<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52的材料。但是，也可例如使用以下材料。
[a]锌
[b]锡
[c]包含铝、锌和锡中的至少两种的合金。
(第三实施例)
现在参照图21和22对本发明的第三实施例进行说明。
通过以如下方式改变膜在第一实施例的气缸套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与第一实施例中的相同。
<膜的形成>
图21是示出图6[A]中的被圈起部分ZC的放大视图。
在气缸套2中，膜5形成在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上。膜5由铜合金镀覆层53形成。镀覆层是指通过镀覆(plating)形成的膜。
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膜5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22示出气缸体11与高温气缸套部分26之间的接合状态(图1中的ZA部分的剖面)。
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。此外，气缸体11与高温气缸套部分26彼此接合，而膜5位于它们之间。
对于高温气缸套部分26和膜5的接合状态，由于膜5通过镀覆形成，因而高温气缸套部分26和膜5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与膜5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。
对于气缸体11和膜5的接合状态，膜5由熔点高于基准熔融金属温度TC的铜合金形成。但是，气缸体11与膜5以充分的附着性和接合强度彼此冶金接合。气缸体11与膜5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与高温气缸套部分26以这种状态彼此接合，因此可获得以下优点。
(A)由于膜5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)由于膜5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)由于膜5由比气缸体11具有更高导热性的铜合金形成，因此气缸体11与高温气缸套部分26之间的导热性增大。
(D)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。
为了使气缸体11和膜5彼此冶金接合，人们认为膜5基本上需要由熔点等于或低于基准熔融金属温度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，即使膜5由熔点高于基准熔融金属温度TC的金属形成，在某些情况下气缸体11与膜5仍可彼此冶金接合。
<实施例的优点>
除了与第一实施例中的优点(1)至(13)类似的优点之外，第三实施例的气缸套还可提供以下优点。
(17)在本实施例中，膜5由铜合金形成。因此，气缸体11与膜5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。
(18)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。
<实施例的变型>
上述第三实施例可如下所示地进行修改。
在第三实施例中，镀覆层53可由铜形成。
(其它实施例)
上述实施例可修改如下。
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，标准突起部长度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，标准突起部长度HP的选择范围可设定为从0.5mm至1.5mm的范围。
在上述实施例中，在低温气缸套部分27的气缸套外周向表面22上未形成膜5，而在高温气缸套部分26的气缸套外周向表面22上形成了膜5。这种构型可修改如下。即，膜5可形成在低温气缸套部分27和高温气缸套部分26两者的气缸套外周向表面22上。这种构型能可靠地防止某些位置处的气缸壁温度TW过度升高。
用于形成膜5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。
根据上述实施例的气缸套2的构型可如下所示地进行修改。即，高温气缸套部分26的厚度可被设定为小于低温气缸套部分27的厚度，从而高温气缸套部分26的导热性高于低温气缸套部分27的导热性。在这种情况下，由于气缸壁温差ΔTW减小，因此气缸孔15的变形量沿轴向方向得以均衡。这改善了燃料消耗率。对厚度的设定可例如为以下条目(A)和(B)。
(A)在高温气缸套部分26和低温气缸套部分27的每一者中，厚度恒定不变，且高温气缸套部分26的厚度被设定为小于低温气缸套部分27的厚度。
(B)气缸套2的厚度从气缸套下端24向气缸套上端23逐渐减小。
根据上述实施例的形成膜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，则膜5可由任意材料形成。
(A)膜5的导热性等于或大于气缸套2的导热性。
(B)膜5的导热性等于或大于气缸体11的导热性。
在上述实施例中，膜5在突起部3的形成状态参数处于表1的选择范围内的情况下形成在气缸套2上。但是，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，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 (21)

1.一种用在气缸体中的用于镶铸的气缸套，其特征在于，所述气缸套包括具有多个突起部的外周向表面，每个所述突起部具有收缩的形状，其中在所述外周向表面和所述突起部的表面上形成有金属材料的膜，并且其中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。
2.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述膜的导热性高于所述气缸套的导热性。
3.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述膜的导热性高于所述气缸体的导热性。
4.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述膜在所述气缸套的轴向方向上从所述气缸套的一端延伸到所述气缸套的中部。
5.根据权利要求1所述的气缸套，其特征在于，所述气缸套具有在所述气缸套的轴向方向上的相对于中部的上部和下部，其中所述上部的厚度小于所述下部的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜增大所述气缸套对所述气缸体的附着性。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜由喷涂层形成。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜由喷丸覆层形成。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜由镀覆层形成。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜通过冶金工艺接合到所述气缸体上。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述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。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜的厚度小于或等于0.5mm。
13.根据权利要求1至3和5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述膜在所述气缸套的轴向方向上从所述气缸套的一端延伸到所述气缸套的另一端。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，每个所述突起部的高度为0.5至1.5mm。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述突起部形成为使得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％。
16.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述突起部形成为使得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％。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述突起部形成为使得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％。
18.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述突起部形成为使得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％。
19.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，其特征在于，所述突起部形成为使得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。
20.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套，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，各自与所述突起部之一相对应并且各自由代表0.4mm的高度的等高线所包围的区域相互独立。
21.一种发动机，其特征在于包括根据权利要求1至5中任一项所述的气缸套。
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