CN101548088A - 气缸体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种如下结构的气缸体，其以简单的构成具有衬套和封闭式结构的水套，刚性高且能够以低成本容易地成形。本发明的气缸体(1)具有在缸孔(H)的内周面配置的衬套(L)和在该衬套的径向外侧配置的水套(WJ)，通过以折返的方式弯曲加工圆筒状构件(2)的端部，而在成为衬套(L)的衬套部(20)的一端或者两端部上一体地形成有能够构成水套(WJ)的空腔部(21)，且将该圆筒状构件(2)镶铸于气缸体成形材料(3)。
Description
技术领域
本发明涉及气缸体及其制造方法，更具体而言，涉及具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套的气缸体及其制造方法。
背景技术
在汽车的发动机等内燃机的气缸体中，一般具有在缸孔的内面滑动接触活塞的衬套。此外，在缸孔的周围，为了冷却气缸体，设置有用于使水等冷却介质流通的水套。一般，这样的气缸体，通过将铝合金作为成形材料压铸而成形。而且，在用于成形气缸体的压铸金属模上，以向腔内突出的方式设置有用于形成水套的部分。如果在这样的金属模内安放衬套，并在腔内注射填充成形材料，而成形镶铸衬套而成的气缸体，则成为在缸孔的周围，以在安装气缸盖的气缸体的端面开口的方式形成有水套的所谓的开放式(open-deck)结构。
此外，对用于成形气缸体的压铸金属模而言，还已知在用于形成水套的缸孔的周围配置型芯的金属模。如果在金属模内安放型芯和衬套，并在腔内注射填充成形材料而镶铸衬套，则成为在安装气缸盖的气缸体的端部侧的内部，形成有不在端面开口而闭塞的水套的所谓封闭式(close-deck)结构。
进而，还已知在衬套中形成水套，并镶铸这种衬套而成的气缸体(例如参照专利文献1)。在专利文献1中公开有一种发动机的气缸体结构体，其是用轻合金材料压铸成形的发动机的气缸体结构体，其特征在于：具有冷却水室，该冷却水室中，在一体地具有成为发动机燃烧室的顶壁的上壁的气缸套的外周，固定由与气缸体主成分相同的轻合金材料成形的冷却水室形成构件，而且，在上述压铸而成的气缸体中镶铸该带冷却水室的气缸套。
专利文献1：JP特开2001-152959号公报
在上述以往的技术中，在所谓的开放式结构中，存在如下问题。即：通过以在气缸体的端面开口的方式形成水套，气缸体的刚性低，与气缸盖等组装而作为内燃机来使用时，在气缸室内的燃烧时缸孔的直径扩大等产生变形，并与气缸盖之间的垫圈的密封有可能下降的问题，或者如果按照与该变形的缸孔的直径相匹配地设定活塞的尺寸，则摩擦增大或渗漏气体增加等的问题。而且，近年来，从内燃机的燃料经济性的提高等目的出发，存在设定为燃烧效率变好的空燃比，随此基于气缸室内的燃烧引起的压力高而缸内高压化的倾向，因此提高气缸体的刚性的必要性提高，但是如果为了提高气缸体的刚性而增加其壁厚，则花费成本且重量增加，而具有无法提高燃料经济性的问题。
此外，在上述以往技术中，在通过在气缸体成形用的压铸金属模中配置型芯而成形的所谓的封闭式结构中，如果以规定的速度和压力在金属模的腔内注射填充成形材料即熔融金属，则存在型芯折断等而破损，无法形成所希望的水套的问题。而且，为了避免该问题，如果降低熔融金属的注射填充速度，以接近于重力铸造的注射速度成形而不属于压铸成形的范畴，则一个成形周期所花费的时间变长，此外，如果降低冒口等的压力，则成形精度下降，因此存在生产率下降且花费成本等问题。
进而，在上述以往技术中，关于在衬套中形成水套并镶铸这种衬套而成的气缸体，在专利文献1中记载如下。即，在气缸套的外周熔敷有冷却水室形成板，由此，在气缸套外周面形成有冷却水室等。即，在专利文献1中存在如下问题。即，单独地成形气缸套和冷却水室形成板，进而还需要在气缸套上熔敷冷却水室形成板，工序较多且复杂，而且花费成本，此外气缸套的刚性低等的问题。
而且，一般将气缸体与气缸盖等组装而作为内燃机来使用时，在气缸室内的上止点侧进行燃烧，因此如图8的曲线图(B)所示，气缸体的接近气缸盖侧的温度容易上升，因此有必要特别冷却这一侧。相对于此，气缸体的曲轴箱侧不如气缸盖侧那样温度上升，因此如果与接近气缸盖侧同样地进行冷却，则将造成过冷却。对于这种根据部位的不同而温度上升变得不同的气缸体，通过简单的结构并利用水套进行冷却而变为均匀的温度，在上述任意的以往技术中都无法实现。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于提供一种如下结构的气缸体，即通过简单的构成，具有衬套和封闭式结构的水套，刚性高且能够以低成本容易地成形。此外，本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于，提供一种通过简单的结构并利用水套能够适当地冷却的结构的气缸体。
此外，本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于，提供一种通过简单的结构具有衬套和封闭式结构的水套，刚性高且能够以低成本容易地成形的气缸体的制造方法。此外，本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于，提供一种能够容易制造通过简单的结构并利用水套能够适当地进行冷却的结构的气缸体的方法。
技术方案1的气缸体涉及的发明，为了实现上述目的，是一种气缸体，其具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套，其特征在于：用气缸体成形材料对圆筒状构件进行镶铸而成，该圆筒状构件通过弯曲加工在端部一体地形成有衬套部和能够构成水套的空腔部。
此外，技术方案3的气缸体的制造方法涉及的发明，为了实现上述目的，是一种气缸体的制造方法，该气缸体具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套，该气缸体的制造方法的特征在于：对圆筒状构件的端部进行弯曲加工，而一体地形成衬套部和能够构成水套的空腔部，用气缸体成形材料对该弯曲加工后的圆筒状构件进行镶铸。
根据技术方案1的气缸体涉及的发明，能够提供一种如下结构的气缸体，即：用气缸体成形材料对圆筒状构件进行镶铸，该圆筒状构件通过弯曲加工在端部一体地形成有衬套部和能够构成水套的空腔部，以上述的简单构成，具有衬套和封闭式结构的水套，从而刚性高且能够以低成本容易地成形。
此外，根据技术方案3的气缸体的制造方法涉及的发明，能够提供如下气缸体的制造方法，即：对圆筒状构件的端部进行弯曲加工，而一体地形成衬套部和能够构成水套的空腔部，用气缸体成形材料对该弯曲加工后的圆筒状构件进行镶铸，以上述的简单的构成，具有衬套和封闭式结构的水套，从而刚性高且能够以低成本容易地成形。
(发明的实施方式)
以下，在本申请中列举几个识别为可要求权利的发明(以下，有时称作“可要求的发明”。可要求的发明至少包含权利要求书中记载的发明即“本发明”或者“本申请发明”，但是有时也包含本申请发明的下位概念发明、本申请发明的上位概念发明或者其它概念发明)的方式，且对它们加以说明。各方式与权利要求同样划分为项，对各项付与编号，并根据需要以引用的形式记载其它项目的编号。这终究是为了使可要求的发明的理解变得容易，并不是将构成可要求的发明的构成要素的组合限定为以下的各项。即，可要求的发明应该参照在各项附加的记载、实施例的记载等来被解释，在遵照该解释的情况下，各项的方式中进而附加其他构成要素的方式、此外从各项的方式中删除构成要素的方式，也都有可能成为可要求的发明的一个方式。另外，在以下的各项中，(1)项相当于技术方案1，(3)项相当于技术方案2，(4)项相当于技术方案3，(6)项相当于技术方案4。
(1)一种气缸体，具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套，其特征在于：用气缸体成形材料对圆筒状构件进行镶铸，该圆筒状构件通过弯曲加工在端部一体地形成有衬套部和能够构成水套的空腔部。
在(1)项中记载的发明中，通过将圆筒状构件的端部以折返的方式弯曲加工，而在衬套部的端部一体地形成能够构成水套的空腔部。将该圆筒状构件镶铸，且形成与空腔部内连通的孔，从而容易地构成水套，成为具有衬套和水套的气缸体。圆筒状构件的被弯曲加工的部分成为在缸孔的径向上延伸的肋状，因此能够提高气缸体的刚性。
(2)根据(1)项中记载的气缸体，其特征在于：根据轴向的位置，使上述空腔部的径向的尺寸不同。
在(2)项中记载的发明中，在(1)项中记载的发明的基础上，根据气缸体的温度上升不同的部分，并根据轴向的位置，使空腔部的径向的尺寸不同，从而能够将气缸体适当地冷却为均匀的温度。
(3)根据(1)项或(2)项中任意一项记载的气缸体，其特征在于：上述空腔部形成在圆筒状构件的两端。
在(3)项中记载的发明中，在(1)项或(2)项中记载的发明的基础上，将圆筒状构件的两端部以折返的方式弯曲加工，从而在衬套部的两端部一体地形成能够构成水套的空腔部。将该圆筒状构件镶铸，而形成与气缸盖侧的空腔部内连通的孔，从而能够容易地构成水套。此外，曲轴箱侧的空腔部，不形成与其内部连通的孔而保持原样，从而在气缸体的内部形成可成为绝热层的空间。因此，将气缸体的气缸盖侧冷却并且将曲轴箱侧保温，从而能够将气缸体适当冷却以变为均匀的温度。而且，根据气缸体的温度上升，并根据轴向的位置，使各空腔部的径向的尺寸不同时，能够将气缸体调整为适当的温度。
(4)一种气缸体的制造方法，该气缸体具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套，其特征在于：
对圆筒状构件的端部进行弯曲加工，而一体地形成衬套部和能够构成水套的空腔部，用气缸体成形材料对该弯曲加工后的圆筒状构件进行镶铸。
在(4)项中记载的发明中，以折返的方式弯曲加工圆筒状构件的端部，而在衬套部的端部一体地形成能够构成水套的空腔部。然后，将该圆筒状构件安放在金属模中，并镶铸于气缸体成形材料，根据需要形成与空腔部内连通的孔，从而容易地构成水套，可制造具有衬套和水套的气缸体。然后，圆筒状构件的被弯曲加工的部分成为在缸孔的径向上延伸的肋状，因此能够制造刚性高的气缸体。
(5)根据(4)项中记载的气缸体的制造方法，其特征在于：根据轴向的位置，使上述空腔部的径向的尺寸不同的方式，对圆筒状构件的端部进行弯曲加工。
在(5)项中记载的发明中，在(4)项中记载的发明的基础上，根据气缸体的温度上升不同的部分，并根据轴向的位置，使空腔部的径向的尺寸不同地对圆筒状构件的端部进行弯曲加工，从而能够制造以变为均匀的温度的方式可适当冷却的结构的气缸体。
(6)根据(4)项或(5)项中任意一项记载的气缸体的制造方法，其特征在于：对圆筒状构件的两端进行弯曲加工，而分别形成衬套部和能够构成水套的空腔部。
在(6)项中记载的发明中，在(4)项或(5)项中任意一项记载的发明的基础上，以折返的方式对圆筒状构件的两端部进行弯曲加工，从而在衬套部的两端部一体地形成能够构成水套的空腔部。将该圆筒状构件安放在金属模内时，可将两端部分别配置在气缸盖侧和曲轴箱侧的任意一侧。在安放该圆筒状构件的金属模的腔中注射填充气缸体成形材料并进行镶铸，且形成与气缸体侧的空腔部内连通的孔，从而能够容易地构成水套。此外，曲轴箱侧的空腔部不形成与其内部连通的孔而保持原样，从而在气缸体的内部能够形成可成为绝热层的空间。因此，能够制造将气缸体的气缸盖侧冷却并且将曲轴箱侧保温，并适当地冷却以成为均匀的温度的结构的气缸体。而且，能够制造如下结构的气缸体，即：根据气缸体的温度上升，并根据轴向的位置，使各空腔部的径向的尺寸不同地弯曲加工时，能够调整为适当的温度的结构。
附图说明
图1是为了说明本发明的气缸体的实施方式1中的圆筒状构件而表示的剖视图。
图2是本发明的气缸体的实施方式1的平面图。
图3是为了说明本发明的气缸体的实施方式1，而沿着图2的A-A线的局部剖视图。
图4是为了说明本发明的气缸体的实施方式1的变形例而表示的局部剖视图。
图5是为了说明本发明的气缸体的实施方式1的其它变形例而表示的局部剖视图。
图6是为了说明本发明的气缸体的实施方式2的圆筒状构件而表示的剖视图。
图7是为了说明本发明的气缸体的实施方式2而表示的局部剖视图。
图8是表示由本发明和以往技术的气缸体的位置引起的温度变化的说明图。
附图标记说明如下：
1—气缸体；2—圆筒状构件；3—气缸体成形材料；20—衬套部；21—空腔部；H—缸孔；WJ—水套；L—衬套；HI—绝热层。
具体实施方式
首先，根据图1～图5，详细说明本发明的气缸体及其制造方法的实施方式1。在图中，相同的符号表示同样或者相当的部分。
本发明的气缸体1大致具有在缸孔H的内周面配置的衬套L和在该衬套的径向外侧配置的水套WJ，通过以折返圆筒状构件2的端部的方式进行弯曲加工，在成为衬套L的衬套部20的一端或者两端部一体地形成有能够构成水套WJ的空腔部21，并用气缸体成形材料3对该圆筒状构件2进行镶铸。
此外，本发明的气缸体的制造方法，是制造大致具有在缸孔H的内周面配置的衬套L和在该衬套L的径向外侧配置的水套WJ的气缸体1的方法，其中，将圆筒状构件2的一端部或两端部以折返的方式弯曲加工，并在成为衬套L的衬套部20的端部一体地形成能够构成水套WJ的空腔部21，将该弯曲加工后的圆筒状构件2安放在金属模中，并利用气缸体成形材料3进行镶铸。
气缸体成形材料3例如采用JIS-A390合金等铝合金。此外，圆筒状构件2采用与气缸体成形材料3相同或者不同的铝合金或钢等与需要相对应的材料。关于圆筒状构件2的至少成为衬套L的部分的壁厚t20，考虑到镶铸后进行的磨削加工等机械加工的加工余量，例如在弯曲加工前的状态下，在整个长度上均匀地以3～5mm左右成形。而且，圆筒状构件2具有规定的轴向长度，并且具有作为内燃机组装时的活塞的外径所对应的内径。
圆筒状构件2通过冲压加工或旋压加工等，在图1所示的实施方式中，将其一方的顶端(图1中的上方的顶端)向径向外侧折返，外侧部分23与衬套部20的外周面平行地(图1所示的实施方式的场合)具有规定间隔，端面2a与衬套部20的外周面接触地被弯曲加工。从未以折返的方式被弯曲加工的中间部到另一方的顶端(图1的下方的顶端)，原封不动成为衬套部20。通过对圆筒状构件2以向径向外侧折返的方式进行弯曲加工，特别是外侧部分23的直径扩大并在周向上延伸，因此这种外侧部分23的壁厚t23比衬套部的壁厚t20更薄地变化。此外，顶板部分24和顶端部分22成为在径向上扩大的凸缘形状。而且，通过衬套部20的外周面、顶板部分24、外侧部分23和顶端部分22，在衬套部20的一端(图1所示的实施方式的场合)一体地形成空腔部21。另外，空腔部21如后所述，镶铸于气缸体成形材料3而成为密封的空间，因此无需将圆筒状构件2的端面2a焊接到衬套部20的外周面等的加工，只要加工成类似气缸体成形材料3的熔融金属不会侵入到内部的程度的状态即可。
接着，根据内燃机的气缸数，将单个或多个圆筒状构件2安放到金属模中，并通过压铸法等在腔内注射填充气缸体成形材料3的熔融金属，在使气缸体成形材料3凝固后取出。在衬套部20的一端的径向外侧，形成由气缸体成形材料3密封的空腔部21。然后，如图2和图3所示，在气缸体1的侧方贯穿设置通向位于端部的圆筒状构件2的空腔部21的横向的孔5，此外，在气缸体1的上面贯穿设置通过各圆筒状构件2的空腔部21的顶板部分24的多个纵向(顶板部分24的板厚方向)的孔6。孔5用于与供给/排出冷却介质的泵连接，孔6用于经由在气缸盖上设置的管路来连接相邻的圆筒状构件2的空腔部21。空腔部21通过贯穿设置孔5和孔6，而成为用于供给并循环冷却介质的水套WJ。
如以上那样制造的气缸体1，通过对圆筒状构件2以折返的方式进行弯曲加工，一体地形成衬套部20和其端部的空腔部21，将该圆筒状构件2镶铸于气缸体成形材料3，在所需的部位贯穿设置通向空腔部21的孔5和孔6等，通过前述仅有的步骤，能够容易地制造具有衬套L和封闭式结构的水套WJ的气缸体1。而且，在本发明中，无需如以往的技术那样，使用用于形成水套的型芯，因此镶铸圆筒状构件2时，无需将气缸体成形材料3的熔融金属的注射填充速度或压力设定得很低，因此一个成形周期所需的时间缩短，从而能够抑制成本，此外，能够精度良好地制造气缸体1。在根据本发明的气缸体1中，构成空腔部21的顶板部分24和顶端部分22为沿径向扩大的凸缘形状，因此无需将气缸体1整体成形为厚壁，就具有能够充分应对由气缸室内的燃烧引起的压力高而成为气缸内高压化的空燃比的刚性，因此能够提高燃料经济性，此外，构成空腔部21的外侧部分23的壁厚t23变薄地变化，因此随着气缸体1的热传导率变得良好，散热性也变得良好。
另外，本发明并不局限于上述的实施方式，如图4所示，能够跨越衬套L的轴向的全长，镶铸形成有构成水套WJ的空腔部21的圆筒状构件2。此外，关于空腔部21的外侧部分23，并不局限于以与衬套部20的外周面平行的方式弯曲加工圆筒状构件2，而也可以如图5所示，以组装气缸盖的一侧23a为大直径，且组装曲轴箱的一侧23b为小直径的方式进行弯曲加工。通过如图5所示那样形成空腔部21，能够效率良好地将气缸体1的组装气缸盖的一侧冷却，并且能够防止组装曲轴箱的一侧的过冷却。
下面，基于图6～图8，详细说明本发明的气缸体1的实施方式2。另外，在该实施方式中，关于与上述的实施方式1同样或者相当的部分，付与相同的符号，并省略详细的说明，只说明不同的部分。
在上述的实施方式1中，圆筒状构件2在衬套部20的一端形成有空腔部21(参照图1)，相对于此本实施方式中的圆筒状构件2，如图6所示，将两端以折返的方式弯曲加工，并在衬套部20的两端形成有在轴向具有同样的长度的空腔部21、21。通过这种在两端形成有同样的空腔部21、21，而在镶铸于气缸体成形材料3时，无需限定在金属模中安放的方向。未以折返的方式弯曲加工的中间部原封不动地成为衬套部20。
在该实施方式2中，如图7所示，在组装气缸盖的一侧(图7的上方)的空腔部21上，与实施方式1同样地贯穿设置孔5、6，而构成水套WJ，且在曲轴箱一侧(图7的下方)的空腔部21上没有贯穿设置孔5、6，原封不动地放置。该曲轴箱一侧的空腔部21镶铸于气缸体成形材料3而成为密封的空间。
本发明并不局限于该实施方式2，根据需要，与图5所示的方式同样地，也可以以至少位于气缸盖一侧的空腔部21的外侧部分23的、组装气缸盖的一侧为大直径，而组装曲轴箱的一侧为小直径的方式进行弯曲加工。
该实施方式2中的气缸体1成为将曲轴箱一侧的空腔部21密封的空间，因此作为绝热层HI起作用。因此，因气缸室内的燃烧而温度容易上升(参照图8的曲线图(B)的位置的上方)的上止点一侧即气缸盖一侧，通过由该空腔部21构成的水套WJ适当地冷却，此外，气缸体1的不象气缸盖一侧那样温度上升的(参照图8的曲线图(B)的位置的下方)曲轴箱一侧，通过由该空腔部21构成的绝热层HI适当地保温，因此如图8中(A)所示，无论气缸体1的位置如何，整体被调整为大致均匀的温度分布。
Claims (4)
1.一种气缸体，具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套，其特征在于：
用气缸体成形材料对圆筒状构件进行镶铸而成，该圆筒状构件通过弯曲加工在端部一体地形成有衬套部和能够构成水套的空腔部。
2.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于：上述空腔部形成在圆筒状构件的两端。
3.一种气缸体的制造方法，该气缸体具有在缸孔的内周面配置的衬套和在该衬套的径向外侧配置的水套，其特征在于：
对圆筒状构件的端部进行弯曲加工，而一体地形成衬套部和能够构成水套的空腔部，用气缸体成形材料对该弯曲加工后的圆筒状构件进行镶铸。
4.根据权利要求3所述的气缸体的制造方法，其特征在于：对圆筒状构件的两端进行弯曲加工，而分别形成衬套部和能够构成水套的空腔部。
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