CN1044145C - 内燃机的汽缸体 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的汽缸体包括位于汽缸间的螺柱凸台，该凸台由一包括上桥和下桥的双桥结构连接到二重连接的内壁结构的公共壁部分上，上桥位于下桥上边。由于作用在螺栓凸台上的合成力矩(E₀)在带头螺栓拧紧的期间朝向包括公共壁部分的平面，故而合成力矩可由在垂直于一排汽缸内腔的方向上有很大刚度的公共壁部分承受。结果，使螺栓凸台的变形得以消除，而汽缸内腔的变形和上盖板的倾斜也被有效地制止。

Description

内燃机的汽缸体

本发明涉及一种用于内燃机的汽缸体，特别涉及一种可消除在将汽缸头部紧固到汽缸体上时所引起的汽缸内腔及垫圈密封表面变形的汽缸体结构。

在常规的内燃机中，如图10、11及12所示，在将汽缸头部52用带头螺栓53紧固到封闭的盖板形汽缸体51上时，螺栓凸台56被向上拉曳，从而在连接内腔中心和螺栓中心的平面上引起关于头部垫圈54的刚性垫圈55的力矩E₁,E₂并引起汽缸内壁57和上盖板58的变形。在这个例子中，中间的汽缸内腔发生第四状态的变形，而端部的汽缸内腔发生如图12中虚线所示的第三种状态的变形，并且上盖板58如图10所示的那样向内并向下倾斜。汽缸内腔的变形增大了油耗及活塞撞击的噪音。

为了消除汽缸内腔的变形，已提出了各种各样的建议。例如日本专利申请JP55046066和日本实用新型公开SHO59-24846，其中提出一种如图13所示的汽缸体，其中汽缸体外壁61和二重连接的内壁结构的公共壁部分62通过一位于活塞的油环一侧的单桥结构63相连，由此消除油环附近的汽缸内腔的第四种状态的变形，同时在单桥结构的上方没有设置盖板，由此切断了通过上盖板的弯曲力矩的传递。

但是，在常规的汽缸体中存在着一些问题。更特别的是，尽管汽缸内腔的变形得到抑制，但是汽缸内腔外壁的上端面64由于有带头螺栓65的紧固力的作用而严重倾斜，从而引起密封方面的问题。当螺栓凸台67相于设置在邻接汽缸内腔之间的公共壁部分被向上拉曳时，汽缸体外壁61如图14所示的那样向内倾斜。结果，在公共壁部分的上端面和汽缸头部68的下表面之间形成一缝隙g，气体可通过该缝隙在两邻接的汽缸间渗漏。另外，汽缸体外壁上端面的倾斜可能会引起冷却水的渗漏并可能会降低垫圈的寿命。

本发明的目的在于提供一种能消除汽缸内腔的变形及汽缸体上盖板的倾斜的内燃机用汽缸体。

上述目的可由根据本发明的内燃机的汽缸体来实现，该汽缸体包括一整体的且二重连接的内壁结构，该内壁结构限定了多个设置成一排且彼此平行的汽缸内腔，所述内壁结构包括一公共壁部分，它设置在两邻接的汽缸内腔之间且共同地用作汽缸内壁的一个部分，用于限定两邻接汽缸内腔；一环绕内壁结构的汽缸体外壁，它有一用于在汽缸体外壁和内壁结构之间放置水套的空间，所述汽缸体外壁包括沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向位于内壁结构的公共壁部分两侧的螺栓凸台，所述螺栓凸台包括一设置在其内的螺栓孔，螺栓孔在其下部设有螺纹部分以及它还包括一连接内壁结构的公共壁部分和气缸体外壁的双桥结构，所述双桥结构包括一与设置在螺栓凸台上的螺栓孔的螺栓部分处于同一水平面上的下桥和一位于下桥上方的上桥，另外，所述上桥和下桥由一个形成所述冷却水套的一部分的空间隔开。

从气封和油封的观点上看，引起问题的汽缸内腔的变形是第四种或较高状态的变形。第二种状态及第三种状态的变形可通过活塞环和油环出现并且不会引起问题。因此，必须消除中间的汽缸内腔的第四种状态的变形。

当带头螺栓拧紧时，作用在螺栓凸台上的力矩E₁和E₂作用在连接螺栓孔中心和邻接汽缸内腔中心的平面上，而力矩E₁和E₂的合力矩E₀作用在垂直于一排汽缸内腔的平面上。因此，如果螺栓凸台的沿垂直于所述一排汽缸内腔方向上的弯曲刚度增加，则可防止螺栓凸台沿E₀方向的变形。与此同时，汽缸内腔在E₁和E₂方向上的变形将降低，结果，使汽缸内腔的第四种状态的变形得以消除。

由于内壁结构的公共壁部分在垂直于所述一排汽缸内腔的方向上基本上是一固定板，并由此使公共壁部分在该方向上有较大的弯曲刚度，故而可在该方向上将公共壁部分设想成一刚性体。

在根据本发明的汽缸体中，由于螺栓凸台在垂直于一排汽缸内腔的方向上与公共壁部分的刚性体通过双桥结构相连，故而可使设置在汽缸间的螺栓凸台的弯曲刚度增加。结果，可使中间汽缸内腔的第四种状态的变形减小并使上盖板的变形同时减小。

本发明的上述目的和其它的目的、特征及优点可从下述的对附图所示本发明的较佳实施例的详细描述中显而易见且更易于理解，图中：

图1是根据本发明第一实施例的内燃机的汽缸体的斜视图；

图2是沿线A-A截取的图1所示汽缸体的截面图；

图3是沿线B-B截取的图1所示汽缸体的截面图；

图4是图1所示汽缸体的局部平面图；

图5是沿C-C线截取的图4所示汽缸体的双桥结构的截面图，表示上桥和下桥之间的尺寸关系；

图6是根据本发明第二实施例的内燃机的汽缸体的截面图；

图7是根据本发明第三实施例的内燃机的气缸体的截面图；

图8是图7所示汽缸体的局部平面图；

图9是图7所示汽缸体的下桥的截面图；

图10是常规汽缸体的局部剖面图，表示当带头螺栓拧紧时汽缸内壁和上盖板的变形；

图11是当带头螺栓拧紧时，在图10所示汽缸体中产生的弯曲力矩的矢量图；

图12是图10所示汽缸体的平面图，表示汽缸内腔的变形；

图13是公开于日本实用新型SHO 59-24846中的汽缸体的示意截面图；以及

图14是图13所示汽缸体的截面图，表示当带头螺栓拧紧时汽缸体的变形。

图1-5表示本发明的第一实施例。

在图1-5中，内燃机的汽缸体1是一例如用于四缸内燃机的汽缸体。汽缸体1包括一整体的且二重连接的内壁结构2和一汽缸体的外壁3，外壁3环绕内壁结构2，并且在内壁结构2和汽缸体外壁3之间有一用于水套的空间。内壁结构2限定了多个设置成一排且彼此平行的汽缸内腔。内壁结构包括多个独立的内壁部分4和一个公共壁部分5，该公共壁部分5设置在邻接的汽缸内腔之间且共同地用作汽缸内壁的一部分(因此，称之为二重连接)用于限定邻接汽缸的内腔。汽缸体外壁3包括螺栓凸台6，该螺栓凸台位于其中心在汽缸内腔中心的矩形的四个角上。设置在邻接的汽缸之间的螺栓凸台共用于两个邻接的汽缸。在每个螺栓凸台6上开设一个螺栓孔7。公共壁部分5沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向延伸。邻接的汽缸之间的螺栓凸台6和设在位于邻接汽缸之间的螺栓凸台6上的螺栓孔7的中心沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向设置在公共壁部分5的相对侧。螺栓孔7包括一埋头孔部分8(无螺纹部分)和一位于埋头孔部分8之下的螺纹部分9。在汽缸体的位于螺栓孔7外侧的侧部上设有一渗气且渗油的通道10。

内壁结构2的公共壁部分5和位于公共壁部分5的中心线的延长线上的螺栓凸台6通过一双桥结构相连。双桥结构包括一个和螺栓孔7的螺纹部分9处于同一水平面上的下桥11和一个位于下桥11上方的上桥12。下桥11沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向延伸。图2表示下桥11，图4表示上桥12。图3表示位于左、右下桥11之间且位于左、右上桥12之间的公共壁部分5。公共壁部分5是一块单独的固定板。因此，公共壁部分5有很大的弯曲刚度并能在垂直于所述一排汽缸内腔的方向上近似地带其看作是一刚性体。由于公共壁部分5的上部与燃烧气体接触并被加热，故而可在公共壁部分5上设置具有小直径的冷却水通道13和14用以冷却公共壁部分5。在图3中，冷却水通道13的一端通向位于汽缸体上的水套15，其另一端通向位于汽缸头部上的水套(图中未示出)，而冷却水通道14从冷却水通道13的中部延伸至位于汽缸头部上的水套。由于冷却水通道13和14的直径细小，故而冷却水通道13和14仅使公共壁部分5的弯曲刚度稍微下降。在本发明的第一实施例中，如图3所示，用于冷却水通道16的空间保持在下桥11和上桥12之间，因此冷却水能平稳地流过该空间。结果，尽管设有下桥11，还保持了良好的冷却效果。

图5表示在本发明第一实施例中的双桥结构的较佳尺寸关系。如图5所示，下桥11的宽度W₂与公共壁部分5的最薄部分的厚度D几乎相等，而上桥12的宽度W₁大于下桥11的宽度W₂。如图8所示，为了满足W₁和W₂之间的上述关系，位于穿过汽缸内腔中心的直线和连接内腔中心与一点的直线之间的α角应小于位于穿过汽缸内腔中心的直线和连接内腔中心和螺栓孔中心的直线之间的β角，其中的所述点为下桥11与同一汽缸内腔的壁结构2的交点。另外，要使上桥12的第二力矩面积I₁大于下桥11的第二力矩面积I₂。

现在解释上述尺寸关系确定的原因。首先是关于W₂近乎等于D，如果W₂比D大许多，下桥11的通过表面部分(W₂-D)传递的力矩就可能会使汽缸内腔变形。W₁大于W₂的原因是由于使I₁大于I₂。使I₁大于或等于I₂的原因是，当弯曲力矩如图3所示的那样作用时，作用于上桥12上的力矩要比作用在下桥上的力矩大，这是因为上桥12靠近力矩中心(围绕内腔的上盖板部分)的缘故。这样，上桥12应该有大的第二力矩面积及大的弯曲刚度以承受巨大的弯曲力矩。要增大I₁，就要加大上桥12的厚度。但是，如果上桥12的厚度增加，汽缸内腔的温度就将增加，结果，当活塞行至上冲程死点的位置时，活塞环凹槽部分的温度将升高。由于活塞的温度应该保持在相对较低的温度上，于是在本发明中，上桥12的宽度增大以增大I₁。

现在解释本发明的第一实施例的运行。

如图10所示，当汽缸头部紧固在汽缸体上时，由于螺栓的轴向力，将在设置于邻接的汽缸之间的螺栓凸台6上产生弯曲力矩E₁和E₂。如图11所示，弯曲力矩E₁和E₂的合成力矩E₀沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向(E₀方向)作用。由于汽缸间的螺栓凸台6与公共壁部分5相连，公共壁部分由双桥结构的作用而在E₀方向上有很大的刚性，因此可消除螺栓凸台6的变形。结果，螺栓凸台6在E₁和E₂方向上的变形也被消除，并且在汽缸内腔的第四种状态下的变形及顶盖板的倾斜同时消除。因此，油燃烧及活塞敲击的声音由于汽缸内腔的变形情况的消除而降低。另外，防止了由于顶盖板倾斜而引起的垫圈处的泄漏。此外，还将防止在相邻汽缸间的通过产生于汽缸头部的下表面和公共壁部分5的上端面之间的间隙的气体渗漏。

图6表示本发明的第二实施例。第二实施例与第一实施例的区别在于，在第二实施例中下桥11′与上桥12是成一体的。

下桥11′向上至上桥12的延伸部分加强了螺栓凸台6与公共壁部分5之间的连接。结果，与第一实施例相比，进一步阻止了汽缸内腔的变形和上盖板的倾斜。

本发明第二实施例的其它结构及运行与本发明第一实施例的相同，并且通过用与第一实施例相同的参考标号表示相同的结构件而省略了对相同结构及运行的解释。

图7-9表示本发明的第三实施例。第三实施例与第一实施例的不同之处在于，在下桥11″上方的上桥12上形成有一个直径很小的经机加工的孔17，用于将内燃机的冷却水从位于汽缸体上的水套导向位于汽缸头部上的水套(图中未示出)。在该实施例中，孔17的直径的选取应使得上盖板的刚度不会显著地降低。孔17的设置可使冷却水平稳地流入位于汽缸体上部的水套从而改善了冷却效率。在第三实施例中，如图9所示，下桥11″的侧表面可以有一定的锥度，从而可将水流的方向从横向(水平方向)变至向上的方向，即，朝向汽缸头部的方向，这样可进一步地改善水套的冷却效果。

本发明第三实施例的其它结构及运行均与本发明第一实施例的相同，并且通过用与第一实施例相同的参考标号表示相同的结构件而省略对相同结构及运行的解释。

根据本发明，由于形成于汽缸体外壁3上的螺栓凸台6通过包括有下桥11,11′,11″及上桥12的双桥结构而与二重联接式内壁结构2的公共壁部分5相连，故而可在垂直于一排汽缸内腔的方向上增加螺栓凸台6的刚度。结果，当由于带头螺栓拧紧而使螺栓凸台6上作用有一弯曲力矩时，螺栓凸台6的变形大大降低，并且汽缸内腔在第四状态中的变形和顶盖板的倾斜也有效地降低。因此，可获得各种优点，例如降低油耗，减少活塞撞击，改善头部垫圈的耐久性、消除汽缸间的气体泄漏、以及降低从汽缸体的噪音发散。

尽管以上只对本发明的三个实施例进行了详细的描述，但是本领域的技术人员可在本质上不背离本发明的新颖技术和优点的前提下对所示的特定实施例进行各种改进和更替。因此，可以认识到所有这类的改进和更替都是包括在本发明的由权利要求书所限定的实质和范围内的。

Claims (10)

1．一种用于内燃机的汽缸体，包括：

一整体的且二重连接的内壁结构，在其中限定了多个汽缸内腔，所述汽缸内腔被设置成一排且彼此平行，所述的内壁结构包括一位于两邻接汽缸内腔之间的公共壁部分；

一环绕内壁结构的汽缸体外壁，所述汽缸体外壁包括一空间，它用于在汽缸体外壁和内壁结构之间的一个水口，所述汽缸体外壁还包括沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向位于内壁结构的公共壁部分两侧上的螺栓凸台，每个螺栓凸台包括一设置于其中的螺栓孔，每个螺栓孔有一位于下部的螺纹部分；

其特征在于，它还包括一连接所述内壁结构的公共壁部分和汽缸体外壁的双桥结构，所述双桥结构包括一与设置在螺栓凸台上的螺栓孔的螺纹部分基本上处于同一水平面的下桥和一位于下桥上方的上桥，所述上桥和下桥由一个形成所述冷却水水套的一部分的空间隔开。

2．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述内壁结构的公共壁部分沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向延伸，从而在垂直于所述一排汽缸内腔的平面上有大的弯曲刚度。

3．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述的上桥和下桥沿垂直于所述一排汽缸内腔的方向延伸。

4．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述内壁结构的公共壁部分包括位于所述公共壁部分上部的冷却水通道，在此处所述公共壁部分与燃烧的气体接触。

5．根据权利要求4所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述冷却水通道包括通向位于所述汽缸体上的水套的一端和通向位于汽缸头部上的水套的另一端。

6．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述下桥的宽度几乎与所述内壁结构的公共壁部分的宽度相等。

7．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述上桥的宽度大于所述下桥的宽度。

8．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述上桥的第二力矩面积大于所述下桥的第二力矩面积。

9．根据权利要求1所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述上桥在所述下桥的上方开有一个孔，用于使冷却水从中流过。

10．根据权利要求9所述的内燃机的汽缸体，其特征在于，所述下桥有一倾斜的侧表面，用于将水流方向从横向变至向上的方向。

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