CN101400462B - 用于制造气缸盖的方法以及气缸盖 - Google Patents

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Abstract

型芯部分(47)包括保持型芯部分(48)和距离维持型芯部分(50)，所述型芯部分(47)用来以在上水套成型芯(45)和下水套成型芯(46)之间维持预定距离的方式保持上水套成型芯(45)和下水套成型芯(46)。上水套成型芯(45)和下水套成型芯(46)在保持型芯部分(48)处彼此分开。通过距离维持型芯部分(50)形成连通通道，该连通通道提供了上水套和下水套之间的连通。

Description

用于制造气缸盖的方法以及气缸盖
技术领域
本发明涉及一种用于制造气缸盖的方法，以及一种根据该方法制造的气缸盖。
背景技术
日本专利申请公开No.1-182560(JP-A-1-182560)描述了一种内燃机，该内燃机包括其中形成有两层水套的气缸盖。然而，该公开没有提供关于制造这种气缸盖的方法的描述。
发明内容
本发明提供了一种用于制造其中形成有两层水套的气缸盖的方法，以及一种根据该方法制造的气缸盖。
本发明的第一方面涉及一种用于制造直列四缸内燃机的气缸盖的方法。在所述气缸盖中，成对的中间气缸的排气口在所述气缸盖中结合在一起以形成联合排气口，并且所述联合排气口延伸至所述气缸盖的侧壁面，所述成对的中间气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；成对的端部气缸的排气口在所述联合排气口的各侧从相应的气缸朝向所述联合排气口延伸并且沿着所述联合排气口延伸至所述气缸盖的所述侧壁面，同时所述成对的端部气缸的所述排气口和所述联合排气口通过薄壁彼此隔开，所述成对的端部气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；并且所有的排气口在所述气缸盖的所述侧壁面上开口并且所有的排气口的开口形成在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的预定区域中。根据该方法，通过利用用来在气缸盖内形成两层水套的型芯，在上水套成型芯和下水套成型芯之间布置排气口成型芯。所述型芯包括：上水套成型芯；下水套成型芯；以及一对型芯部分，每个型芯部分用来以在上水套成型芯和下水套成型芯之间维持预定距离的方式保持上水套成型芯和下水套成型芯。型芯部分包括保持型芯部分和距离维持型芯部分，距离维持型芯部分将各个保持型芯部分的端部部分连接到上水套成型芯的侧端部分以及下水套成型芯的侧端部分。所述型芯在保持型芯部分处分开成两个部分。在将用于形成所有排气口的排气口成型芯布置在上水套成型芯和下水套成型芯之间以后，在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧保持各个型芯部分的保持型芯部分的两个分开部分彼此相邻的情况下通过将熔化的材料注入到用来形成气缸盖的模具中而模制气缸盖，从而利用所述距离维持型芯部分在与所述预定区域相邻的位置处在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧形成在所述上水套和所述下水套之间提供连通的连通通道。
本发明的第二方面涉及一种通过以下方法制造的用于直列四缸内燃机的气缸盖。在所述气缸盖中，成对的中间气缸的排气口在所述气缸盖中结合在一起以形成联合排气口，并且所述联合排气口延伸至所述气缸盖的侧壁面，所述成对的中间气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；成对的端部气缸的排气口在所述联合排气口的各侧从相应的气缸朝向所述联合排气口延伸并且沿着所述联合排气口延伸至所述气缸盖的所述侧壁面，同时所述成对的端部气缸的所述排气口和所述联合排气口通过薄壁彼此隔开，所述成对的端部气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；并且所有的排气口在所述气缸盖的所述侧壁面上开口并且所有的排气口的开口形成在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的预定区域中。根据该方法，通过利用用来在气缸盖内形成两层水套的型芯，在上水套成型芯和下水套成型芯之间布置用于形成所有排气口的排气口成型芯。所述型芯包括：上水套成型芯；下水套成型芯；以及一对型芯部分，每个型芯部分用来以在上水套成型芯和下水套成型芯之间维持预定距离的方式保持上水套成型芯和下水套成型芯。所述型芯部分包括保持型芯部分和距离维持型芯部分，距离维持型芯部分将各个保持型芯部分的端部部分连接到上水套成型芯的侧端部分以及下水套成型芯的侧端部分。所述型芯在保持型芯部分处分开成两个部分。在将排气口成型芯布置在上水套成型芯和下水套成型芯之间以后，在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧保持各个型芯部分的保持型芯部分的两个分开部分彼此相邻的情况下通过将熔化的材料注入到用来形成气缸盖的模具中而模制气缸盖，从而利用所述距离维持型芯部分在与所述预定区域相邻的位置处在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧形成在所述上水套和所述下水套之间提供连通的连通通道。
根据第三方面，在本发明第二方面中的气缸盖具有：通过上水套成型芯形成的上水套；通过下水套成型芯形成的下水套；以及通过距离维持型芯部分形成并在上水套和下水套之间提供连通的连通通道。
在上水套和下水套之间提供连通的连通通道通过距离维持型芯部分形成，距离维持型芯部分包括在用来保持上水套成型芯和下水套成型芯的型芯部分中。
附图说明
通过下面参照附图对优选实施方式的描述，本发明的前述及其他的目的、特征和优点将变得明显，其中相同的附图标记用来表示相同的元件，附图中：
图1是示出气缸盖的俯视截面图；
图2是沿图1中的线II-II所取的截面图；
图3是示出用来模制气缸盖的模具和型芯的截面图；
图4是示出用来形成排气口的型芯的立体图；
图5是示出用来形成排气口的型芯和用来形成两层水套的型芯的立体图；以及
图6是示出内燃机的截面图。
具体实施方式
首先将描述通过本发明实施方式的方法制造的气缸盖中形成的排气口的排列。图1示出由铝合金铸造的单件的气缸盖1。由图1中的虚线所表示的圆示出第一气缸#1、第二气缸#2、第三气缸#3和第四气缸#4的布置。因此，图1中所示的内燃机为直列四缸内燃机并包括气缸盖1。图1中的气门口2由相应的进气门打开/关闭，图1中的气门口3由相应的排气门打开/关闭。如图1所示，每个气缸#1、#2、#3和#4设有一对进气门和一对排气门。
气缸盖1实际上具有：沿着复杂路径延伸的冷却液通道、支撑气门机构的部分、插入火花塞的部分、插入燃料喷射阀的部分、以及其它形成于其中的部分。然而，图1中省略了这些通道和部分。
气缸盖1具有侧壁面4和5，侧壁面4和5形成在包括气缸#1、#2、#3和#4的轴线的平面的相对侧。侧壁面4和5以基本上平行于该平面的方式延伸。形成在气缸盖1内的气缸#1、#2、#3和#4的进气口6在侧壁面4上开口。
在气缸盖1内形成有：第一气缸#1的排气口7、第二气缸#2的排气口8、第三气缸#3的排气口9和第四气缸#4的排气口10。如图1所示，排气口7、8、9和10中的每个在靠近相应的成对的气门口3的部分处分支成两个部分，而排气口7、8、9和10中的每个在稍稍离开这些气门口3的部分处形成单个排气口。
如图1所示，成对的中间气缸的排气口——即第二气缸#2的排气口8和第三气缸#3的排气口9——在气缸盖1中结合在一起，从而形成联合排气口11，并且联合排气口11延伸至气缸盖1的侧壁面5。下文中，在气缸的轴向上延伸穿过第二气缸#2和第三气缸#3之间的中心部分并垂直于包括气缸#1、#2、#3和#4的轴线的平面的平面将称为对称平面K-K。第二气缸#2的排气口8和第三气缸#3的排气口9关于对称平面K-K对称布置。联合排气口11沿着对称平面K-K延伸至气缸盖1的侧壁面5。
成对的端部气缸的排气口——即第一气缸#1的排气口7和第四气缸#4的排气口10——也关于对称平面K-K对称布置。第一气缸#1的排气口7从第一气缸#1朝向联合排气口11延伸。于是，在联合排气口11的一侧，排气口7沿着联合排气口11延伸至气缸盖1的侧壁面5，同时排气口7和联合排气口11通过薄壁12彼此隔开。相似地，第四气缸#4的排气口10从第四气缸#4朝向联合排气口11延伸。于是，在联合排气口11的另一侧，排气口10沿着联合排气口11延伸至气缸盖1的侧壁面5，同时排气口10和联合排气口11通过薄壁13彼此隔开。
如图1所示，沿排气口7和10延伸的薄壁12和13的长度分别大于排气口7和10的直径。如图1所示，第一气缸#1的排气口7和第四气缸#4的排气口10在气缸盖1的侧壁面5上开口。排气口7的开口15和排气口10的开口16形成在联合排气口11的开口14的相应侧。
在本发明的实施方式中，内燃机中的气缸的点火次序为#1→#3→#4→#2或#1→#2→#4→#3。在这些次序的任意一个中，以其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自做功冲程的一对气缸为一对中间气缸，即第二气缸#2和第三气缸#3(在第二气缸#2和第三气缸#3的做功冲程之间发生居间做功冲程)。另一对这样的气缸为一对端部气缸，即第一气缸#1和第四气缸#4(在第一气缸#1和第四气缸#4的做功冲程之间发生居间做功冲程)。在这种情况下，如果所有的排气口在气缸盖1内结合到一起，则在排气冲程过程中在一个气缸的排气口中产生的正压力会在排气冲程过程中施加到接下来将进行做功冲程的另一个气缸的排气口。这妨碍了燃烧后的气体从燃烧室平稳排放。
相反，根据本发明的实施方式，只有以其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自做功冲程的气缸的排气口结合在一起，即第二气缸#2的排气口8和第三气缸#3的排气口9结合在一起，以及第一气缸#1的排气口7和第四气缸#4的排气口10结合在一起。利用这种结构，在排气冲程过程中通过一个气缸的排气口排放废气时，另一气缸的排气口中产生的正压力不会施加到所述一个气缸的排气口。因此，燃烧后的气体从燃烧室平稳地排出。即，防止了从不同的排气口排放的废气的冲突，这使得可以高效地排放废气。
废气仅在每隔一个气缸的排气冲程期间而非在所有气缸的排气冲程期间流经联合排气口11的开口14。这防止了开口14周围的过热。此外，在相应的气缸#1和#4的一个循环中，废气仅流经第一气缸#1的开口15和第四气缸#4的开口16一次。由于该构造，几乎不可能造成开口15和16周围的过热。
从气门口3至开口15的距离以及从气门口3至开口16的距离——即排气口7和10的通道长度——分别长于排气口8和9的通道长度。因此，流经排气口7和10的废气的温度与流经排气口11的废气的温度相比较大幅度地降低。因此，形成在联合排气口11与排气口7之间的薄壁12以及形成在联合排气口11与排气口10之间的薄壁13分别通过流经排气口7和排气口10的废气进行冷却。这进一步可靠地防止了联合排气口11的开口14周围的过热。
图2是沿图1中的线线II-II所取的截面图。图2示出气缸体17、活塞18、燃烧室19、燃料喷射阀20和火花塞21。如图2所示，在气缸盖1中形成有上水套30和下水套31。上水套30形成在排气口7、8、9和10的上侧，并在气缸盖1的纵向和横向上延伸。下水套31形成在排气口7、8、9和10的下侧，并在气缸盖1的纵向和横向上延伸。
图2示出内燃机安装在车体上的状态。如图2所示，根据本发明的实施方式，内燃机以气缸的轴线相对于竖直线倾斜的方式安装在车体上，从而使得总体上，每个水套的排气口侧部分在竖直方向上高于其进气口侧部分。在上、下方向上延伸的连通通道32在下水套31的排气口侧部分和上水套30的排气口侧部分之间提供了连通。连通通道32连接到下水套31的排气口侧部分的最高端部部分以及上水套30的排气口侧端部部分。
因为形成有这种连通通道32，所以包含在下水套31中的冷却液中的气泡被引导到上水套30中，然后被排放到气缸盖1的外部。因此，即使下水套31倾斜，空气也不会遗留在下水套31的排气口侧端部部分。于是，可以防止水套31中的冷却液冷却排气口7、8、9和10时的冷却效率的下降。
接下来，将参照图3至5来描述用来制造图1和2中所示的气缸盖1的方法。图3示出用来模制气缸盖1的模具和型芯。图3示出下模具40、上模具41、分开成两个部分的侧模具42、另一侧模具43、用来形成排气口7、8、9和10的排气口成型芯44、用来形成上水套30的上水套成型芯45、以及用来形成下水套31的下水套成型芯46。
图4是排气口成型芯44的立体图。图5是示出排气口成型芯44以及布置成包围排气口成型芯44的上水套成型芯45和下水套成型芯46的立体图。图4中由虚线示出的部分表示在模制过程中用来保持排气口成型芯44的型芯。尽管实际的上水套成型芯45和下水套成型芯46具有相当复杂的结构，但是在图5中简化了这些结构。
将参照图3和5描述用来在根据本发明实施方式的气缸盖1内形成两层水套——即上水套30和下水套31——的型芯的结构。用来以在上水套成型芯45和下水套成型芯46之间维持预定距离的方式保持上水套成型芯45和下水套成型芯46的型芯部分47包括：保持型芯部分48和49以及距离维持型芯部分50和51，距离维持型芯部分50和51将保持型芯部分48和49的端部部分连接到上水套成型芯45的侧端部分和下水套成型芯46的侧端部分。型芯部分47在保持型芯部分48和49处分开成两个部分。
如由附图标记52所示的那样，保持型芯部分48和49各自分开成两个部分所处的表面分别在保持型芯部分48和49的竖直中心处沿型芯部分48和49的轴向延伸。因此，如图3所示，保持型芯部分48包括上半部分48a和下半部分48b。距离维持型芯部分50包括：连接部分53a，其从保持型芯部分48的上半部分48a的内端部分朝上延伸至上水套成型芯45的端部部分；以及连接部分53b，其从保持型芯部分48的下半部分48b的内端部分朝下延伸至下水套成型芯46的端部部分。如图3所示，这些连接部分53a和53b在彼此的顶部叠置。
如图3和5所示，当模制气缸盖1时，排气口成型芯44布置在上水套成型芯45和下水套成型芯46之间。上半部分48a和下半部分48b以适当对齐的方式叠置以形成保持型芯部分48。保持型芯部分48保持在侧壁42的两个分开部分之间，同时保持用于排气口成型芯44的型芯保持部分。然后，将熔化的金属注入由模具和型芯限定的空间中，用以模制气缸盖1。
以这种方式，通过上水套成型芯45形成上水套30，通过下水套成型芯46形成下水套31，以及通过距离维持型芯部分50和51形成在上水套30和下水套31之间提供连通的连通通道32。
在完成气缸盖1的模制以后，将型芯砂除去。于是，得到了通过保持型芯部分48形成的从连通通道32延伸至气缸盖1的侧壁面5的通道部分33。在气缸盖侧壁面5一侧，通过机加工工艺在限定通道部分33的部分的端部形成有环形沟槽。盖34配合在环形沟槽中，并且通道部分33的位于气缸盖侧壁面5一侧的端部由盖34封闭。
如图1所示，排气口7、8、9和10在气缸盖侧壁面5上开口，并且所有的排气口7、8、9和10的开口形成在气缸盖侧壁面5的中心部分处的有限区域R中。如图5所示，距离维持芯部分50和51布置在区域R相应侧的与区域R相邻的位置处。因此，当完成气缸盖1的模制时，在区域R的每一侧上与区域R相邻的位置处形成连通通道32。
利用以下结构，即在区域R的每一侧上与区域R相邻的位置处形成连通通道32这样的结构，排气口7、8、9和10聚集处的部分得到适当的冷却。
图5示出用来形成冷却液出口的型芯部分54，冷却液通过所述冷却液出口从气缸盖1中排出。如图5所示，冷却液出口形成于在气缸盖1内形成的水套30和31的最高位置处，从而将气泡从气缸盖1中排出。
图6是用来描述用于冷却形成废气涡轮增压器的涡轮增压器60的方法的视图。图6示出涡轮增压器的转轴61、轴承62和水套63，用于冷却轴承62的冷却液通过水套63流动。根据本发明的实施方式，如图6所示，涡轮增压器60的水套63形成于在竖直方向上低于形成在气缸盖1内的水套30和31的位置处。形成在涡轮增压器60内的水套63的冷却液出口64与形成在气缸盖1内的水套30和31通过从冷却液出口64朝上延伸的冷却液通道65连通。
在这种情况下，如图6所示，在盖34中形成有冷却液入口66，而且冷却液通道65与冷却液入口66连通。水套63的冷却液入口67与形成在气缸体17内的水套69通过冷却液通道68连通。在本发明的实施方式中，气缸体17的水套69中的冷却液通过冷却液通道68引导至涡轮增压器60的水套63中。然后，由于冷却轴承62而温度升高的冷却液通过冷却液通道65排放到通道部分33中。
当内燃机停机时，水套63中的冷却液也停止流动。因此，水套63中的冷却液的温度升高，并产生蒸汽。在产生蒸汽之后，蒸汽随即通过冷却液通道65排放到水套30中。因此，具有低温的冷却液在轴承62周围流动。从而，抑制了轴承62的过热。

Claims (5)

1.一种用于制造直列四缸内燃机的气缸盖的方法，在所述气缸盖中，成对的中间气缸的排气口在所述气缸盖中结合在一起以形成联合排气口，并且所述联合排气口延伸至所述气缸盖的侧壁面，所述成对的中间气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；成对的端部气缸的排气口在所述联合排气口的各侧从相应的气缸朝向所述联合排气口延伸并且沿着所述联合排气口延伸至所述气缸盖的所述侧壁面，同时所述成对的端部气缸的所述排气口和所述联合排气口通过薄壁彼此隔开，所述成对的端部气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；并且所有的排气口在所述气缸盖的所述侧壁面上开口并且所有的排气口的开口形成在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的预定区域中，所述方法包括：
提供型芯，所述型芯包括：
上水套成型芯(45)，其用来形成气缸盖内的上水套；
下水套成型芯(46)，其用来形成所述气缸盖内的下水套；和
一对型芯部分(47)，每个型芯部分包括保持型芯部分(48，49)和距离维持型芯部分(50，51)，所述型芯部分(47)用来以在所述上水套成型芯(45)和所述下水套成型芯(46)之间维持预定距离的方式保持所述上水套成型芯(45)和所述下水套成型芯(46)，所述距离维持型芯部分(50，51)将所述保持型芯部分的端部部分连接到所述上水套成型芯(45)的侧端部分和所述下水套成型芯(46)的侧端部分，并且所述型芯在所述保持型芯部分处分开成两个部分；
利用所述型芯在所述上水套成型芯(45)和所述下水套成型芯(46)之间布置用于形成所有排气口的排气口成型芯(44)；以及
在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧保持各个型芯部分的所述保持型芯部分(48，49)的两个分开部分彼此相邻的情况下，通过将熔化的材料注入到用来形成所述气缸盖的模具中而模制所述气缸盖，从而利用所述距离维持型芯部分在与所述预定区域相邻的位置处在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧形成在所述上水套和所述下水套之间提供连通的连通通道(32)。
2.一种用于直列四缸内燃机的气缸盖，在所述气缸盖中，成对的中间气缸的排气口在所述气缸盖中结合在一起以形成联合排气口，并且所述联合排气口延伸至所述气缸盖的侧壁面，所述成对的中间气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；成对的端部气缸的排气口在所述联合排气口的各侧从相应的气缸朝向所述联合排气口延伸并且沿着所述联合排气口延伸至所述气缸盖的所述侧壁面，同时所述成对的端部气缸的所述排气口和所述联合排气口通过薄壁彼此隔开，所述成对的端部气缸以在其间具有一个居间做功冲程的方式进行各自的做功冲程；并且所有的排气口在所述气缸盖的所述侧壁面上开口并且所有的排气口的开口形成在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的预定区域中，所述气缸盖通过以下步骤制造：
提供型芯，所述型芯包括：
上水套成型芯(45)，其用来形成气缸盖内的上水套；
下水套成型芯(46)，其用来形成所述气缸盖内的下水套；和
一对型芯部分(47)，每个型芯部分包括保持型芯部分(48，49)和距离维持型芯部分(50，51)，所述型芯部分(47)用来以在所述上水套成型芯(45)和所述下水套成型芯(46)之间维持预定距离的方式保持所述上水套成型芯(45)和所述下水套成型芯(46)，所述距离维持型芯部分(50，51)将所述保持型芯部分的端部部分连接到所述上水套成型芯(45)的侧端部分和所述下水套成型芯(46)的侧端部分，并且所述型芯在所述保持型芯部分处分开成两个部分；
利用所述型芯在所述上水套成型芯(45)和所述下水套成型芯(46)之间布置用于形成所有排气口的排气口成型芯(44)；以及
在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧保持各个型芯部分的所述保持型芯部分(48，49)的两个分开部分彼此相邻的情况下，通过将熔化的材料注入到用来形成所述气缸盖的模具中而模制所述气缸盖，从而利用所述距离维持型芯部分在与所述预定区域相邻的位置处在所述气缸盖的所述侧壁面的中心部分处的所述预定区域的每一侧形成在所述上水套和所述下水套之间提供连通的连通通道(32)。
3.根据权利要求2所述的气缸盖，其中：
在气缸的轴线相对于竖直线倾斜的情况下将内燃机安装在车体上，从而使得总体上，每个水套的排气口侧部分在竖直方向上高于每个水套的进气口侧部分；以及
在上、下方向上延伸的所述连通通道(32)在所述下水套(31)的排气口侧部分的最高部分和所述上水套(30)的排气口侧部分的端部部分之间提供了连通。
4.根据权利要求3所述的气缸盖，其中：
通过所述保持型芯部分(48，49)形成通道部分(33)，所述通道部分(33)从所述连通通道(32)延伸至所述气缸盖的侧壁面(5)；以及
所述通道部分(33)的位于所述气缸盖的侧壁面(5)一侧的端部部分由盖(34)封闭。
5.根据权利要求3所述的气缸盖，其中：
涡轮增压器(60)的水套(63)形成于沿竖直方向低于形成在所述气缸盖内的水套(30，31)的位置处；以及
所述涡轮增压器(60)的水套(63)的冷却液出口(64)通过朝上延伸的冷却液通道(65)与形成在所述气缸盖内的所述水套(30，31)连通。
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