CN102084113B - 制造发动机缸体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造用于诸如内燃机的发动机缸体(10)的方法，包括从所述发动机缸体(10)的顶部(18)绕气缸孔(16)去除材料以形成第一去除区域(50)的步骤。还从所述发动机缸体(10)的顶部(18)绕至少一个流体通道(22)去除材料以形成第二去除区域(52)。将插入件(60)定位在由所述第一去除区域(50)和所述第二去除区域(52)限定的凹入区域(54)中。

Description

制造发动机缸体的方法
技术领域
本发明整体涉及制造发动机缸体的方法。更特别地，本发明涉及去除围绕气缸孔和邻近流体通道的发动机缸体材料以形成凹入区域，并且将插入件定位在凹入区域中。
背景技术
内燃机的很多部件在发动机运行过程中承受高负载和磨损。例如发动机缸体就是这样一种部件，它可能承受由于在气缸盖、活塞和发动机缸体的气缸孔形成的燃烧室中出现的燃烧事件而引起的负载。这些燃烧事件可能使得发动机缸体承受高的负载和应力(包括热应力和机械应力)，这些负载和应力可以经安装在发动机缸体的顶部的气缸盖、气缸孔和其他位置传递至发动机缸体。由于这些应力，在发动机缸体中、特别是在发动机缸体顶部的气缸孔中或气缸孔附近可能形成小的裂缝或出现普遍的磨损。此外，沿着围绕气缸孔和通过发动机缸体顶部开口的流体通道的边缘可能出现磨损和腐蚀。
美国专利No.5222295教导了一种用于维修柴油发动机气缸体的方法。具体来说，该参考文献教导了一种沿着发动机缸体的气缸孔的纵向轴线去除所选择的部分，并且将插入件安装在气缸孔所形成的空腔中的方法。虽然所说明的方法能够适合地维修出现在气缸孔中的裂缝，但是该参考文献并没有考虑可能从气缸孔发散的裂缝、经过发动机缸体顶部的裂缝、或者可能沿着周围的水道的边缘出现的裂缝。此外，还需要能够有效并且在经济上可行地对发动机缸体进行维修和再制造的方法。
本发明针对上述问题中的一个或多个。
发明内容
在一个方面，一种用于制造发动机缸体的方法包括从所述发动机缸体的顶部绕气缸孔去除材料以形成第一去除区域的步骤。还从所述发动机缸体的顶部绕至少一个流体通道去除材料以形成第二去除区域。将插入件定位在由所述第一去除区域和所述第二去除区域限定的凹入区域中。
在另一个方面，一种用于内燃机的发动机缸体包括顶部。至少一个气缸孔形成于所述发动机缸体中并且通过所述顶部开口。至少一个流体通道也形成于所述发动机缸体中并且通过所述顶部开口。插入件定位在所述顶部的凹入区域中，其中所述凹入区域围绕所述气缸孔和所述流体通道。
在又一个方面，一种用于发动机缸体的插入件，包括环形主体，所述环形主体的内径与发动机缸体的气缸孔的直径匹配。多个拱形段从所述环形主体的外边缘径向延伸。所述拱形段中的每一个包括穿过所述拱形段的开口，所述开口的直径与所述发动机缸体的流体通道的直径匹配。
附图说明
图1是根据本发明的发动机缸体的透视图；
图2是图1的发动机缸体的顶部的俯视图，示出可能在气缸孔附近和邻近流体通道处形成的示例性的裂缝；
图3是顶部的另一俯视图，示出围绕气缸孔和邻近流体通道的凹入区域；
图4是顶部的又一俯视图，示出定位在图3的凹入区域中的插入件；且
图5是图4的插入件的透视图。
具体实施方式
图1整体示出发动机缸体(也称为气缸体)10的示例性的实施方式。发动机缸体10可以例如由铸铁制成，或者替代地可以由铝或镁或任何其他希望的材料制成，并且发动机缸体可以包括用于接收内燃机(诸如压燃发动机或火花点燃发动机)的活塞的一个或多个圆柱形的钻孔。应当理解，包括发动机缸体10的内燃机可以用于为公路机械、非公路机械、固定设备或任何其他已知的机械或车辆提供动力。
发动机缸体10可以是整体铸造形成，并且一般地可以包括上部12和下部14。上部12可以包括形成于发动机缸体10中并且经发动机缸体10的顶部18开口的多个气缸孔16。虽然图中示出六个气缸孔16，但是应当理解，发动机缸体10可以包括任何数量的气缸孔16，每个气缸孔16可以包括气缸套或者不包括气缸套。气缸盖(未示出)可以通过例如使用多个连接螺栓以连接至发动机缸体10，多个连接螺栓能够通过螺纹接收在相应数量的连接孔20中。如本领域已知的，气缸盖可以将每个气缸孔16密封，从而在其中形成燃烧室，并且气缸盖可以提供用于对进排气阀门和/或端口、燃料喷射器、必要的连杆装置和/或其他已知的装置或结构进行支撑的结构。
发动机缸体10的上部12也可以包括绕每个气缸孔16周向地间隔开的多个流体通道(例如水道)22。虽然图中示出八个流体通道22，但是应当理解，在发动机缸体10中可以设置任何数量的流体通道22。每个流体通道22可以如图中所示地形成在发动机缸体10中并且可以经顶部18开口。应当理解，流体通道22、以及发动机缸体10中的另外的流体通道和/或腔室可以形成水套或其他类似的冷却系统，以用于控制冷却剂的循环并且为发动机缸体10提供适当的冷却。应当理解，可以包括套圈型冷却剂引导装置的流体通道22以及/或水套能够为连接至发动机缸体10的气缸盖或其部件提供冷却。
发动机缸体10的下部14也可以包括和/或限定上述的水套的一部分。下部14可以是传统形式的并且可以包括曲轴箱，曲轴在曲轴箱中旋转。发动机缸体10的下部14、以及气缸盖和内燃机一般来说并不在本发明的范围内，因此，这里将不进一步具体说明。但是，应当理解，可以想到发动机缸体10、包括在这里说明的特征、可以用于任何类型和/或配置的内燃机。
现在参照图2，示出发动机缸体10的顶部18的一部分。特别地，示出一个气缸孔16、邻近的或周围的流体通道22、以及可能出现在顶部18中的裂缝。具体来说，本领域技术人员应当理解，在包含发动机缸体10的内燃机的运行过程中，或者甚至在其原始制造过程中，发动机缸体10的顶部18中可能形成一条或多条裂缝。例如，裂缝30可以形成于气缸孔16(图中示出气缸孔16中设有气缸套32)中，并且可以从气缸孔沿着发动机缸体10的顶部18发散。根据一种实施方式，这种裂缝可能延伸至一流体通道22，如附图标记34所示。类似地，裂缝36可能形成于一流体通道22中并且可以从流体通道经发动机缸体10的顶部18延伸。在沿着顶部18的流体通道22的边缘也可能出现磨损或腐蚀。本领域技术人员应当理解，在发动机缸体10的顶部18中也可能出现另外的裂缝(例如裂缝38)和/或磨损。
在发动机缸体10的制造过程中，可以从发动机缸体10的顶部18去除材料。这里，“制造”广义地指原始制造、再制造、维修或与发动机缸体10相关联的其他类似的处理。特别地，可以从发动机缸体10去除可能包括如图2所示的裂缝30、34、36、38中的一条或多条的发动机缸体材料。根据一种实施方式，可以围绕气缸孔16去除发动机缸体材料以形成第一去除区域50，如图3所示。此外，可以从发动机缸体10的顶部18围绕至少一流体通道22去除发动机缸体材料以形成第二去除区域52。优选地，如参照附图所示，可以从顶部18去除围绕多个流体通道22中的每个的发动机缸体材料，形成相应数量的第二去除区域52。
可以使用任何现有的机加工处理(例如铣削、研磨)从发动机缸体10的顶部18去除材料，以形成第一去除区域50和第二去除区域52。此外，可以使用手动和/或自动处理形成第一去除区域50和第二去除区域52。根据一种实施方式，例如，用于从发动机缸体10去除材料的机加工工具可以通过计算机数控(CNC)操作。但是，根据说明书可以想到用于去除发动机缸体材料的任何可用的工具。
如图3所示的凹入区域54可以由第一去除区域50和多个第二去除区域52限定。应当理解，凹入区域54可以包括足以加工掉发动机缸体10中的裂缝和/或缺陷(例如如图2所示的裂缝30、34、36和38)的预定的深度。凹入区域54也可以从每个气缸孔16或气缸套32和流体通道22径向延伸到足以去除大部分裂缝或缺陷的程度，而不与连接孔20、水套的其他通道或腔室等干涉。应当理解，凹入区域54的具体尺寸可以根据发动机缸体10的配置和/或所执行的维修而改变。
现在参照图4，示出定位在凹入区域54中的插入件60。插入件60也在图5中示出，可以大致包括环形主体62，环形主体62具有与气缸孔16相匹配或对准的中央开口64。插入件60也可以包括从环形主体62的外边缘68径向延伸的多个拱形段66。多个拱形段66中的每一个可以包括与多个流体通道22中的相应的一个相匹配或对准的开口70。应当理解，这里使用的“匹配”大致指开口基本对准或者至少部分重叠。也应当理解，可以使用任何现有的保持措施(包括根据一种实施方式的干涉配合)将插入件60保持在凹入区域54中。特别地，可以例如使用CNC处理对插入件60进行机加工使其尺寸略大于凹入区域54的尺寸，使得插入件60可以压配合在顶部18的相应部分中。
根据一种具体的实施方式，环形主体62可以包括八个径向延伸的拱形段66，与发动机缸体10的八个流体通道22相对应。八个径向延伸的拱形段66可以绕插入件60的周向不均匀地间隔开。但是应当理解，根据发动机缸体10的具体配置，插入件60可以包括任何数量的拱形段66，这些拱形段可以绕插入件60的周向均匀或不均匀地间隔开。根据示例性的实施方式，插入件60也可以包括沿着环形主体62的外边缘68定位的键配合部分72。键配合部分72被示出为在两个拱形段66之间从环形主体62的外边缘68径向延伸的突起，并且可用于将插入件60适当地定位在凹入区域54中。例如，如图3所示，在将插入件60压配合入顶部18中之前，可以将插入件60的键配合部分72与凹入区域54的互补的键配合部分74对准。
插入件60可以由不锈钢或任何其他可用的材料制成，并且可以包括大致均一的厚度。应当理解，插入件60的厚度以及其他尺寸可以根据凹入区域54的尺寸来确定。根据一种实施方式，希望提供的插入件60的厚度使得插入件60的顶部延伸超出顶部18的平面。在将插入件60定位在凹入区域54中之后，可以使用机加工工具来使得顶部18的表面成为平面，由此去除插入件60的任何多余部分。这一过程可以保证在插入件60定位在凹入区域54中之后顶部18的表面基本为平面。
应当理解，在维修之后，诸如裂缝可能形成于凹入区域54中或者从凹入区域54发散。可以重复这里所说明公开的方法来对该裂缝进行维修。特别地，可以通过例如在插入件60中形成一个或多个螺纹孔以连接移除工具从而移除插入件60，并且可以将气缸孔16和流体通道22附近出现的另外的裂缝和/或磨损机加工掉。但是，在不与发动机缸体10的其他结构或部件干涉的情况下，包括第一去除区域50和第二去除区域52的凹入区域54可以仅被扩大足以去除大部分裂缝和/或磨损的量。这样，发动机缸体10的维修可能被限制在有限的次数。在去除额外的发动机缸体材料之后，可以将尺寸适合的插入件60压配合在凹入区域54中。
工业实用性
本发明潜在地适用于可承受导致裂缝和/或磨损的运行负载的任何发动机缸体。此外，本发明特别地适用于具有从气缸孔发散并且经发动机缸体的顶部延伸的裂缝的发动机缸体。而且，本发明可以适用于围绕该气缸孔的承受普遍磨损和/或腐蚀的流体通道。虽然本发明说明了对这种发动机缸体的再制造或维修，但是这里所说明的方法也可以在制造过程中使用以减少运行过程中这种裂缝和/或磨损的出现。
现在参照图1至图5，如前文所述的发动机缸体10可以包括形成于发动机缸体10中并且经发动机缸体10的顶部18开口的多个气缸孔16。发动机缸体10也可以包括绕每个气缸孔16周向地间隔开的多个流体通道22(例如水道)。每个流体通道22可以形成于发动机缸体10中并且可以经顶部18开口，如图1所示。发动机缸体10也可以包括至少部分地围绕气缸孔16的水套或其他适合的腔室以及本领域已知的其他可用的部件。
在再制造或维修中，可以通过例如视觉检查或利用磁通检测或其他现有的措施来检查发动机缸体10是否具有裂缝。在检查中可能发现诸如裂缝30、34、36和38的裂缝。此外，沿发动机缸体10的顶部18在流体通道22中的一个或多个的开口周围可能出现磨损和/或腐蚀。为了维修发动机缸体10，可以从发动机缸体10的顶部18绕气缸孔16去除材料，以形成如图3所示的第一去除区域50。也可以从发动机缸体10的顶部18绕至少一个流体通道22(优选的是多个流体通道22)去除材料，以形成一个或多个第二去除区域52。第一去除区域50和一个或多个第二去除区域52可以限定凹入区域54。
插入件60可以通过压配合或其他方式定位在凹入区域54中。这样，可以例如通过CNC机加工处理使插入件60具有适当的尺寸以配合在凹入区域54中。根据示例性的实施方式，插入件60可以包括大致环形的主体62，环形主体62具有与气缸孔16匹配或对准的中央开口64。插入件60也可以包括多个拱形段66，拱形段66从环形主体62的外边缘68径向延伸，并且包括穿过拱形段66且与多个流体通道22中的相应的一个相匹配或对准的开口70。
这里公开的方法可以提供有效的措施以维修发动机缸体中、特别是在气缸孔处或气缸孔附近和围绕水道处出现的裂缝和/或磨损。替代地，本发明可以在发动机缸体的制造过程中实施以减少这种裂缝和/或磨损的出现。
应当理解，上述说明仅意于是示例性的，而不意于以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，本发明的其他方面可以通过研究附图、说明书和权利要求书来了解。

Claims (10)

1.一种用于制造发动机缸体(10)的方法，包括：
从所述发动机缸体(10)的顶部(18)绕气缸孔(16)去除材料以形成第一去除区域(50)；
从所述发动机缸体(10)的顶部(18)绕至少一个流体通道(22)去除材料以形成第二去除区域(52)；以及
将插入件(60)定位在由所述第一去除区域(50)和所述第二去除区域(52)限定的凹入区域(54)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二个去除步骤包括从所述发动机缸体(10)的顶部(18)绕多个流体通道(22)中的每一个去除材料，所述多个流体通道(22)绕所述气缸孔(16)周向地间隔开。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一个去除步骤和所述第二个去除步骤中的至少一个包括加工掉所述发动机缸体(10)中的裂缝(30、34、36、38)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定位步骤包括将所述插入件(60)压配合在所述凹入区域(54)中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述定位步骤还包括在所述压配合步骤之前将所述插入件(60)的键配合部分(72)与所述凹入区域(54)的互补的键配合部分(74)对准。
6.一种发动机缸体(10)，包括：
顶部(18)；
至少一个气缸孔(16)，其形成于所述发动机缸体(10)中并且通过所述顶部(18)开口；
至少一个流体通道(22)，其形成于所述发动机缸体(10)中并且通过所述顶部(18)开口；以及
插入件(60)，其定位在所述顶部(18)的凹入区域(54)中，其中所述凹入区域(54)围绕所述气缸孔(16)和所述流体通道(22)。
7.根据权利要求6所述的发动机缸体(10)，其中所述至少一个流体通道(22)包括绕所述气缸孔(16)周向地间隔开的多个流体通道(22)。
8.根据权利要求7所述的发动机缸体(10)，其中所述凹入区域(54)围绕所述多个流体通道(22)中的每一个。
9.一种用于发动机缸体(10)的插入件(60)，包括：
环形主体(62)，所述环形主体的内径与发动机缸体(10)的气缸孔(16)的直径匹配；以及
多个拱形段(66)，其从所述环形主体(62)的外边缘(68)径向延伸，其中所述拱形段(66)中的每一个包括穿过所述拱形段(66)的开口(70)，所述开口的直径与所述发动机缸体(10)的流体通道(22)的直径匹配。
10.根据权利要求9所述的插入件(60)，其中，所述环形主体(62)包括八个径向延伸的拱形段(66)。
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