CN102269075A - 调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法，该发动机包括具有部分形成所述燃烧室的凹陷部分和用于与汽缸体配合的配合面的汽缸盖，该方法包括：铸造具有位于所述汽缸盖的凹陷部分的顶部处的平坦参考面的汽缸盖材料；加工所述汽缸盖材料以形成所述配合面；分别测量从所述配合面到所述参考面的高度方向距离；以及基于测量到的高度方向距离调节所述凹陷部分的参考面的加工部分的加工余量。

Description

调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法

技术领域

本发明涉及一种调节多汽缸发动机的燃烧室容积的方法，更具体地涉及一种调节多汽缸发动机的燃烧室容积的方法，其中通过使用燃烧室表面的切削余量（加工余量）调节铸造成型的汽缸盖的燃烧室容积。

背景技术

通常，由于火花点火汽油发动机的理论热效率与可高达约17：1的压缩比成比例地增长，压缩比的增加被认为是改进燃料消耗的有效手段。此外，其中进气道侧斜面和排气道侧斜面以屋脊形状形成的屋脊形燃烧室已知是对于实现高压缩比有效的燃烧室结构。该屋脊形燃烧室被认为是有效的结构，是因为可以确保进气门和排气门有较大的直径，相对于汽缸容积燃烧室容积可制造得较小，且方便控制汽缸内进气的流动，例如滚流（汽缸内垂直涡流）或旋流（汽缸内水平涡流）。

JP H9-119344A中公开的火花点火汽油发动机的汽缸盖包括，在单汽缸内、两个进气道和两个排气道、火花塞孔和冷却水通道。位于进气道下方的冷却水通道的部分由作为汽缸盖下表面主模具的金属铸造模具形成，非位于进气道下方的冷却水通道的部分由砂芯形成。冷却水通道的这些部分制造为在铸造后通过机械加工操作彼此连通。在这种包括屋脊形燃烧室的汽缸盖中，设置在进气道下方的冷却水通道的部分由金属铸造模具形成，因此通过防止损坏用于形成设置在进气道下方的冷却水通道的砂芯可提高铸件质量，且通过精确控制尺寸进而控制冷却水通道的容积可以提高防爆震能力。

理论上，压缩比ε可由以下公式计算：ε= ((π/4) × b² × s+V)/V

在该公式中，“b”表示汽缸的缸径，“s”表示活塞的行程长度，及“V”表示燃烧室容积。当增加压缩比时，容易发生异常燃烧，例如爆震、提前点火或爆燃。因此，通常通过根据活塞到达压缩行程上止点时的预设压缩比的预定时间段延迟点火正时来控制燃烧以抑制异常燃烧。

一种将熔化金属填充到模腔中的金属模铸方法用于制造汽缸盖，一种采用较低压力（例如约0.5kg/cm²或更低）的低压铸造方法通常适用于制造由轻合金例如铝合金制成的铸件产品。填充到模腔中的熔化金属在经过预定时间后固化以形成汽缸盖材料。然后，该汽缸盖材料从金属铸造模具中脱模，且作为后处理，切削脱模的汽缸盖以形成例如与汽缸体配合的配合面。为此，即使在金属铸造模具内精确地形成模腔以产生具有目标容积的燃烧室，各汽缸的熔化金属的冷却特性会不同，且由于例如固化特性，汽缸的燃烧室中会产生收缩差。

如果由于固化特性导致汽缸盖材料的燃烧室中产生收缩差，汽缸的燃烧室容积不同，从而不能获得各汽缸的均匀燃烧，且对发动机的燃烧状态会有不利影响。此外，在高压缩比发动机中，如果预定燃料供给量、压缩比和点火正时之间的平衡缺失，会发生如上所述的异常燃烧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法，其中，在铸造成型的汽缸盖中，可以抑制由于汽缸的燃烧室中的收缩差对燃烧的影响，且即使压缩比设定较高也可抑制异常燃烧。

根据本发明的一方面，提供一种调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法，该发动机包括具有部分形成所述燃烧室的凹陷部分和用于与汽缸体配合的配合面的汽缸盖，该方法包括铸造具有位于所述汽缸盖的凹陷部分的顶部处的平坦参考面的汽缸盖材料；加工所述汽缸盖材料以形成所述配合面；分别测量从所述配合面到所述参考面的高度方向距离；以及基于测量到的高度方向距离调节所述凹陷部分的表面的加工部分（切削部分）的加工余量（切削余量）。

如上所述，该调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法包括铸造具有位于所述汽缸盖的凹陷部分的顶部处的平坦参考面的汽缸盖材料。因此在最能反映燃烧室容积中的收缩差的位置中，即在汽缸体的各燃烧室中距离配合面最远的凹陷部分的顶部，形成参考面。此外，在汽缸盖的凹陷部分的顶部处形成参考面。因此，汽缸内进气的流动不中断且可以防止对燃烧的影响。

此外，在汽缸盖的凹陷部分的顶部处形成参考面，其中最能反映燃烧室容积中的收缩差，且分别测量从与汽缸体配合的配合面到参考面的高度方向距离。因此，通过使用该高度方向距离作为参数确定该汽缸盖材料的燃烧室容积相对于目标燃烧室容积的收缩差。基于该高度方向距离调节凹陷部分表面的加工部分的加工余量。因此，可以调节燃烧室容积至目标燃烧室容积，由于燃烧室容积中的收缩差对燃烧的影响可以得到抑制，且即使压缩比设定较高也可抑制异常燃烧。

在一个实施例中，所述燃烧室可以为具有进气道侧斜面和排气道侧斜面的屋脊形燃烧室。所述参考面设置在所述进气道侧斜面与排气道侧斜面之间的边界处。所述调节加工余量可包括基于所述测量到的高度方向距离加工所述凹陷部分从进气道至排气道的区域的开放边缘部分，所述开放边缘部分作为所述加工部分。

如上所述，参考面设置在所述进气道侧斜面与排气道侧斜面之间的边界处。因此，容易形成便于测量的平坦参考面。此外，调节加工余量可包括基于所述测量到的高度方向距离加工所述凹陷部分从进气道至排气道的区域的开放边缘部分，所述开放边缘部分作为所述加工部分。因此，能实现燃烧影响的减少和容积调节的简单化，同时保持屋脊形燃烧室的形状。

在一个实施例中，所述铸造汽缸盖材料包括形成所述凹陷部分的加工部分以相对于目标燃烧室容积具有预定的加工余量。

如上所述，所述铸造汽缸盖材料包括形成所述汽缸盖材料的加工部分以使加工部分相对于预先的目标燃烧室容积具有预定加工余量。因此，除了燃烧室容积的尺寸减小外，设计允许尺寸增大的调节，且因此，可以在较宽的范围上进行调节。

在一个实施例中，所述调节加工余量包括当所述测量到的高度方向距离大于参考的高度方向距离时将所述加工余量设置得较小，而当所述测量到的高度方向距离小于所述参考的高度方向距离时将所述加工余量设置得较大。

如上所述，通过比较测量到的高度方向距离和参考的高度方向距离可以容易地进行所述调节。

在一个实施例中，所述多汽缸发动机可具有12：1或更高的压缩比。

如上所述，当发动机的压缩比为高压缩比时，可以抑制发动机的异常燃烧，例如爆震、提前点火或爆燃。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的从下方观测的汽缸盖的视图。

图2是沿图1中的II-II线的剖视图。

图3是沿图1中的III-III线的剖视图。

图4是沿图1中的IV-IV线的剖视图。

图5是图1的燃烧室的凹陷部分的主视图。

图6是示出了调节燃烧室容积的操作步骤的流程图。

图7是汽缸的燃烧室的凹陷部分的垂直剖视图。

图8是示出了凹陷部分的高度方向距离与凹陷部分的切削余量的关系的图表。

图9是示出了通过球头铣刀调节机械操作的视图，其中图9a是俯视图，图9b是垂直剖视图。

图10是示出了根据本发明的变形例的凹陷部分的高度方向距离与凹陷部分的切削余量的关系的图表。

具体实施方式

以下详细描述实现本发明的实施例。

第一实施例

以下参考图1-9详细描述本发明的第一实施例。

在直列四缸发动机中，汽缸盖材料使用金属材料，例如铝合金整体铸造成型，且切削汽缸盖材料的切削部分（加工部分）形成汽缸盖1。装备有汽缸盖1的发动机是高压缩比发动机，其中压缩比设为14：1，且燃料供给量和点火正时根据该压缩比控制。

首先，描述切削加工后的汽缸盖1的结构。

该汽缸盖1包括各自部分形成汽缸的燃烧室的四个凹陷部分2，以及与汽缸体（未示出）配合的配合面3。汽缸盖1连接到汽缸体的上部。由于四个汽缸具有相似的结构，在下文中描述汽缸中的一个的结构。

凹陷部分2连同汽缸体内形成的缸筒（未示出）的周壁表面和活塞（未示出）的头部的顶面形成具有屋脊形状的燃烧室。凹陷部分2形成有进气道侧斜面2a和从进气道侧斜面2a延伸的排气道侧斜面2b，两个斜面在凹陷部分2的顶部形成钝角。进气道侧斜面2a和排气道侧斜面2b之间在凹陷部分2的顶部处的分界线由汽缸排列方向的直线形成。

如图1、2和图5所示，彼此相对的一对切削部分21设置在覆盖进气道4和排气道5之间的区域的凹陷部分2的圆形开放边缘部分C0。在进气道侧斜面2a的侧部与排气道侧斜面2b的侧部之间的区域的俯视图中该切削部分21形成圆弧形，且在相对于凹陷部分2的汽缸排列方向布置。

在进气道侧斜面2a中形成两个进气道4，且环形阀片（未示出）压配合到进气道4的开口的各周缘部分。且类似地，在排气道侧斜面2b形成两个排气道5，且环形阀片（未示出）压配合到排气道5的开口的各周缘部分。进气门支撑凸起周围钻孔6形成在燃烧室的外侧且与进气道4连通，分别插入穿过进气门（未示出）的杆部的气门导管设置在进气门支撑凸起周围钻孔6的内侧。排气门支撑凸起周围钻孔7形成在燃烧室的外侧且与排气道5连通，分别插入穿过排气门（未示出）的杆部的气门导管设置在排气门支撑凸起周围钻孔7的内侧。

如图2和4所示，火花塞连接凸起周围插入口8和容纳火花塞（未示出）的火花塞连接孔9沿燃烧室的中心轴（活塞往复运动的轴）形成。该火花塞从上面的汽缸盖1插入到火花塞连接孔9，及通过接合火花塞的公螺纹和火花塞连接孔9的母螺纹，火花塞固定到汽缸盖1且其端部面向燃烧室。该火花塞连接孔9未在汽缸盖材料的铸造中形成，而是通过铸造之后执行的独立的机械加工形成。

在汽缸盖1的凹陷部分2的顶部，形成平坦的参考面10以实质上平行于与汽缸体配合的配合面3。该参考面10设置在进气道侧斜面2a与排气道侧斜面2b之间的边界处以便邻近火花塞连接孔9。在燃烧室的凹陷部分2中，该平坦的参考面10设置在离配合面3最远的位置。该参考面10在铸造中通过金属铸造模具成型，意味着在从模具脱模后预先形成在汽缸盖材料中。

如图1、3和4所示，在两个进气道4之间下方的位置上，设置燃料喷射阀连接凸起周围钻孔11和用于容纳燃料喷射阀（未示出）的燃料喷射阀连接孔12。该燃料喷射阀从汽缸盖1侧插入该燃料喷射阀连接孔12并通过向下斜推固定到燃料喷射阀连接凸起周围钻孔11。该燃料喷射阀连接孔12在脱模时不存在汽缸盖材料中，但通过铸造后的机械加工操作形成。

在汽缸盖1的内侧，多个冷却液在其内流动的水套13、14和15在接近需要冷却部分的位置中形成。该水套13、14和15在铸造中通过设置在金属铸造模具中的砂芯形成，且在脱模时在汽缸盖材料中形成。

接下来，参考图6描述关于调节汽缸盖1的燃烧室容积的方法的操作步骤。应注意图6中的“Si”（i=1，2...）表示调节燃烧室容积的方法中的各步骤。

首先，在S1中，铸造汽缸盖材料包括在低压环境中完成汽缸盖1的凹陷部分2的顶部处的平坦的参考面10。

在铸造中，用于形成汽缸盖材料的模腔通过设置多个对应于进气道4和排气道5的形状的砂芯而形成，以便在上模具和下模具之间固定，且熔化金属填充到模腔中。

汽缸盖材料中用于形成成对的切削部分21的轮廓部分和汽缸的参考面10在形成凹陷部分2的表面的下模具中预先成型。该用于形成切削部分21的轮廓部分形成为相对于目标燃烧室容积（完成的模制件的燃烧室容积）具有预定的切削余量。

在上模具和下模具合模后，通过较低压力（0.5kg/cm²）加压的熔化的铝合金（熔化金属）填充到模腔内。

自熔化的铝合金填充到模腔内经过预定时间后（在熔化的材料固化后），打开上模具和下模具，汽缸盖材料从模具脱模并取出（S2）。

该汽缸盖材料具有通过上模具和下模具以及砂芯预先成型的部分，例如进气道4、排气道5和参考面10。

接下来，在S3中，加工该汽缸盖材料以形成与汽缸体配合的配合面3。该配合面3是如下所述测量（S4）和调节（S5）的参考位置。

在S4中，分别测量从汽缸盖1的配合面3到参考面10在高度方向的距离h。在该测量中，基于对应于燃烧室深度的该高度方向距离h确定最终的模制件的目标燃烧室容积V0与汽缸盖材料的燃烧室容积V之间的差量（收缩差）。

当目标燃烧室容积为“V0”时，该燃烧室容积V0中的高度方向距离为“h0”，该燃烧室容积V0中的凹陷部分2的底部尺寸为“S0”，且因数为“K”，建立以下公式：V0= K × S0 × h0

类似地，当汽缸盖材料的燃烧室容积为“V”时，该燃烧室容积V中的高度方向距离为“h”，该燃烧室容积V中的凹陷部分2的底部尺寸为“S”，建立以下公式：V= K ×S × h

在此，S0和S是实质上相同的尺寸，因此收缩差（V-V0）可使用高度方向距离之间的差（h-h0）作为参数表示。应注意燃烧室容积V0和V为活塞在燃烧室中到达上止点时的燃烧室容积。

因此，如图7所示，通过预定的测量方法，对第一至第四汽缸#1-#4分别测量从配合面3到参考面10的高度方向距离h1-h4。应注意目标燃烧室容积V0和该燃烧室容积V0中的高度方向距离h0根据发动机的设计条件预先设定。

在S5中，基于测量到的高度方向距离h1-h4调节凹陷部分2的表面中的切削部分21的切削余量x。该切削部分21基于在S4中测量到的高度方向距离h1-h4切削。

如图8所示，高度方向距离h（燃烧室深度）和切削余量x（切削部分21的切削深度）之间具有相关性。在该相关性中，切削余量x的参考位置（原始位置）对应于配合面3的高度。因此，当测量到的高度方向距离h大于参考的高度方向距离h0时该切削余量x设置得较小，而当测量到的高度方向距离h小于参考的高度方向距离h0时该切削余量x设置得较大。在图8的相关图中，横轴中的增量表示0.05mm而纵轴中的增量表示0.5mm。

切削部分21形成为相对于目标燃烧室容积V0具有预定的切削余量x0，因此，即使测量到的高度方向距离h与燃烧室容积V0中的高度方向距离h0为相同值，通过球头铣刀16（见图9）执行切削加工。

在S5中，基于高度方向距离h1-h4设定切削余量x1-x4，且执行该切削加工以使第一至第四汽缸#1-#4的切削深度达到相应的切削余量x1-x4。在调节第一汽缸#1的凹陷部分2中，移动具有半径为r的半圆形切削刃部分的球头铣刀16以便基于高度方向距离h1使半圆形切削刃部分的中心从配合面3向切削深度方向（向参考面10的方向）移动切削余量x1。如图9的（a）部和（b）部所示，在切削部分21的区域以圆形C1作为移动路径移动球头铣刀16，该圆形C1从圆形开放边缘部分C0向内设定预定量。在该实施例中，圆形开放边缘部分C0与圆形C1之间的距离设为与球头铣刀16的切削刃半径r相同，无需考虑燃烧室容积V的值即可固定进气道4与排气道5之间的外边缘位置。以下，类似地调节第二至第四汽缸#2-#4的凹陷部分2。然后通过机械制造加工形成火花塞连接孔9和燃料喷射阀连接孔12。

接下来，详细描述根据该第一实施例的调节燃烧室容积的方法的作用和效果。

该调节燃烧室容积的方法用于多个汽缸直列排列的多汽缸发动机，且该汽缸包括具有部分形成汽缸的燃烧室的凹陷部分2和用于与汽缸体配合的配合面3的汽缸盖1。该调节燃烧室容积的方法包括铸造具有位于汽缸盖1的凹陷部分2的顶部处的平坦参考面10的汽缸盖材料（S1），切削该汽缸盖材料以形成用于与汽缸体配合的配合面3（S3），分别测量从汽缸盖1的配合面3到参考面10的高度方向距离h（S4），以及基于测量到的高度方向距离h调节凹陷部分2的表面的切削部分21的切削余量x（S5）。

根据该调节燃烧室容积的方法，在汽缸盖1的凹陷部分2的顶部处形成参考面10，此处最能反映燃烧室容积V中的收缩差，且分别测量从与汽缸体配合的配合面3到参考面10的高度方向距离h。因此，通过使用该高度方向距离h为参数确定该汽缸盖材料的燃烧室容积V相对于目标燃烧室容积V0的收缩差。此外，基于该高度方向距离h调节凹陷部分表面的切削部分21的切削余量x。因此，可以调节燃烧室容积V至目标燃烧室容积V0，由于燃烧室容积V中的收缩差对燃烧的影响可以得到抑制，且即使压缩比设定较高也可抑制异常燃烧。

燃烧室为具有进气道侧斜面2a和排气道侧斜面2b的屋脊形燃烧室。参考面10设置在进气道侧斜面2a与排气道侧斜面2b之间的边界处。此外，在调节步骤S5中，基于测量到的高度方向距离h切削凹陷部分2从进气道4至排气道5的区域的开放边缘部分C0作为切削加工目标部分21。从而，便于测量的平坦参考面10容易地形成，且能实现燃烧影响的减少和容积调节的简单化，同时保持屋脊形燃烧室的形状。

在铸造步骤S1中，形成凹陷部分2的切削部分21以相对于目标燃烧室容积V0具有切削余量x0。因此，除了燃烧室容积的尺寸减小外，设计也允许尺寸增大的调节，且因此，可以在较宽的范围上进行调节。

在调节步骤S5中，当测量到的高度方向距离h大于参考的高度方向距离h0时该切削余量x设置得较小，而当测量到的高度方向距离h小于参考的高度方向距离h0时该切削余量x设置得较大。因此，通过比较测量到的高度方向距离h和参考的高度方向距离h0可以容易地进行调节。

如上所述，即使当多汽缸发动机的压缩比设定为14：1，仍可以抑制发动机的异常燃烧，例如爆震、提前点火或爆燃。

接下来，描述上述实施例部分改动的变形例。（1）在上述实施例中，描述了进气道与排气道之间的凹陷部分2的外边缘位置固定的调节例子。然而，如果可以确保配合面中汽缸之间的尺寸，就可以进行切削以使进气道与排气道之间的外边缘位置设定为更靠近燃烧室的中心。

如图10所示，在变形例中，切削余量x的中间位置（原始位置）对应于配合面的高度位置，且当测量到的高度方向距离h大于参考的高度方向距离h0时该切削余量x设置得较小，而当测量到的高度方向距离h小于参考的高度方向距离h0时该切削余量x设置得较大。该调节在调节缸径较小且进气道与排气道之间的空间较难固定的汽缸盖的燃烧室容积中是有效的。

（2）在上述实施例中，描述了火花塞孔和燃料喷射阀连接孔在调节后形成的例子。然而，要求机械制造加工的部分，例如火花塞和燃料喷射阀连接孔，可类似于切削部分在调节中加工。

（3）在上述实施例中，描述了压缩比为14：1的发动机的例子。然而，发动机需要具有至少高压缩比，只要压缩比为12：1或更高，可以获得与上述实施例类似的效果。

（4）此外，在不偏离本发明的精神和范围的程度内可以以本领域技术人员通过对上述实施例进行各种变化而执行的其他各种变形例来实现本发明。

根据本发明，通过使用燃烧室表面的切削余量来调节通过铸造模制的汽缸盖的燃烧室的容积，可以抑制由于汽缸的燃烧室的收缩差对燃烧的影响，且即使压缩比设定较高也可抑制异常燃烧。

应理解，本文中的实施例是示例而非限制，由于本发明的范围由本申请的权利要求而非说明书限定，因此落入权利要求界限或该等效界限内的所有变化由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种调节多汽缸发动机的燃烧室的容积的方法，该发动机包括具有部分形成所述燃烧室的凹陷部分和用于与汽缸体配合的配合面的汽缸盖，该方法包括：

铸造具有位于所述汽缸盖的凹陷部分的顶部处的平坦参考面的汽缸盖材料；

加工所述汽缸盖材料以形成所述配合面；

分别测量从所述配合面到所述参考面的高度方向距离； 以及 

基于测量到的高度方向距离调节所述凹陷部分的表面的加工部分的加工余量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室为具有进气道侧斜面和排气道侧斜面的屋脊形燃烧室；

所述参考面设置在所述进气道侧斜面与排气道侧斜面之间的边界处；以及

所述调节加工余量包括基于所述测量到的高度方向距离加工所述凹陷部分从进气道至排气道的区域的开放边缘部分，所述开放边缘部分作为所述加工部分。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铸造汽缸盖材料包括形成所述凹陷部分的加工部分以相对于目标燃烧室容积具有预定的加工余量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调节加工余量包括当所述测量到的高度方向距离大于参考的高度方向距离时将所述加工余量设置得较小，而当所述测量到的高度方向距离小于所述参考的高度方向距离时将所述加工余量设置得较大。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多汽缸发动机具有12：1或更高的压缩比。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多汽缸发动机具有12：1或更高的压缩比。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多汽缸发动机具有12：1或更高的压缩比。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多汽缸发动机具有12：1或更高的压缩比。

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