CN109869236B - 组合式发动机架构及其制造方法 - Google Patents

组合式发动机架构及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109869236B
CN109869236B CN201811372377.4A CN201811372377A CN109869236B CN 109869236 B CN109869236 B CN 109869236B CN 201811372377 A CN201811372377 A CN 201811372377A CN 109869236 B CN109869236 B CN 109869236B
Authority
CN
China
Prior art keywords
assembly
cylinder
cover
engine block
structural assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811372377.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109869236A (zh
Inventor
A·M·科波拉
H·G·起亚
P·M·纳吉特
R·P·达雷特
M·A·波特
P·P·安德鲁斯基维茨
D·J·布鲁克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN109869236A publication Critical patent/CN109869236A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109869236B publication Critical patent/CN109869236B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/14Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/26Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0095Constructing engine casings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2705/00Use of metals, their alloys or their compounds, for preformed parts, e.g. for inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/748Machines or parts thereof not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/242Arrangement of spark plugs or injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4285Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of both intake and exhaust channel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/244Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

一种发动机缸体组件,包括盖部结构组件和气缸结构组件。多个紧固件将盖部结构组件和气缸结构组件互连。外壳封装并支撑盖部结构组件和气缸结构组件。外壳是整体聚合物结构,其被同时包覆模制到盖部结构组件和气缸结构组件上。盖部结构组件和气缸结构组件由部件构成,这些部件设计为以最小的重量承载发动机的操作负载。外壳提供额外的结构完整性,并提供用于润滑和冷却的流体通道,以及提供对其他发动机部件的支撑。

Description

组合式发动机架构及其制造方法
技术领域
本公开大体上涉及一种组合式发动机缸体组件及其制造方法。
背景技术
传统上,发动机缸体和发动机缸体组件的气缸盖都是由固体金属(如铸铁或铝)铸造或加工而成的。由于现有的铸造和加工工艺,固体金属缸体和气缸盖所包含的材料超过了承受操作过程中产生的力所需的材料。这种额外的材料增加了这些部件(即发动机缸体和气缸盖)的重量。为了减轻这些部件的重量,发动机缸体和气缸盖以前都是用复合聚合物材料制造的。以前用复合聚合物制造发动机缸体和气缸盖的尝试试图复制现有固体金属缸体的设计和形状。因此,并没有改变发动机缸体组件的结构和/或用于组装发动机缸体组件的制造工艺。
发明内容
提供了一种发动机缸体组件。发动机缸体组件包括盖部结构组件和气缸结构组件。多个紧固件将盖部结构组件和气缸结构组件互连。外壳封装并支撑盖部结构组件和气缸结构组件。外壳是一种单一的聚合物结构。
在发动机缸体组件的一个方面,盖部结构组件包括盖部框架。盖部框架包括进气口、排气口和上燃烧室部分。在一个实施例中,盖部框架是由金属制造的。
在发动机缸体组件的另一个方面,盖部结构组件包括进气阀导轨和排气阀导轨。进气阀导轨可操作以滑动地支撑进气阀打开和关闭通过进气口的流体连通。排气阀导轨可操作以滑动地支撑排气阀打开和关闭通过排气口的流体连通。
在发动机缸体组件的一个方面,外壳限定了至少一个流体通道,其可操作以循环通过其中的流体。在一个实施例中,外壳限定了设置在邻近盖部框架的盖部冷却剂通道。盖部冷却剂通道可操作,以循环用于冷却盖部框架的冷却剂。在另一实施例中,外壳可进一步限定气缸冷却剂通道,其被设置为邻近气缸结构组件的气缸套。气缸冷却剂通道可操作,以循环用于冷却气缸套的冷却剂。在另一个实施例中,外壳可进一步限定润滑通道,其用于循环通过其中的发动机润滑剂。
在发动机缸体组件的一个方面,外壳永久地相对于气缸结构组件固定盖部框架,使盖部框架不能从气缸结构组件中移除。
在发动机缸体组件的一个方面,盖部结构组件包括与多个紧固件接合的上支撑板。在一个实施例中,上支撑板与盖部框架作为单个制造整体形成。在另一个实施例中,上支撑板与盖部框架分离,并与盖部框架接合,以相对于气缸结构组件固定盖部框架。
在发动机缸体组件的一个方面,气缸结构组件包括形成气缸孔的套筒和支撑套筒的下框架。在一个实施例中,套筒和域下框架是由金属制造的。套筒包括设置在邻近盖部结构组件的上端,以及设置在邻近下框架的下端。
在发动机缸体组件的一个方面,气缸结构组件包括至少一个曲柄盖,曲柄盖至少部分地形成轴承轴颈或部分地支撑轴承组件。气缸结构组件进一步包括至少一个曲柄块,曲柄块至少部分地形成轴承轴颈或部分地支撑轴承组件。曲轴可旋转地支撑在曲柄块和曲柄盖之间,以便围绕曲柄轴线旋转。
在发动机缸体组件的一个实施例中,曲柄块在下框架和曲柄盖之间延伸。所述套筒可操作,以在盖部结构组件和下框架之间传递来自多个紧固件的压缩力;曲柄块可操作,以在下部框架和曲柄盖之间传递来自多个紧固件的压缩力。
在发动机缸体的另一个实施例中,曲柄块在盖部结构组件和至少一个曲柄盖之间延伸。曲柄块可操作,以在盖部结构组件和曲柄盖之间传递来自多个紧固件的压缩力。
在发动机缸体组件的另一个方面,一个附件嵌入到外壳中。附件可包括任何设备,例如但不限于电子设备。例如,附件可包括但不限于传感器、连接器、热电发电机、线束、电线连接器、电子控制单元/模块、螺纹插入件等。
本发明还提供了一种制造发动机缸体组件的方法。该方法包括形成盖部框架。盖部框架形成包括进气口、排气口和上燃烧室部分。盖部框架形成为包括抵抗施加到盖部框架的机械负载所需的最少量的材料。组装气缸结构组件。气缸结构组件由不同的部件组装而成,这些部件被设计为包括最少量的必要材料,以抵抗施加到气缸结构组件的机械负载。气缸结构组件的部件包括但不限于形成气缸孔的套筒、下框架、曲轴、曲柄块和曲柄盖。盖部框架附接到具有多个紧固件的气缸结构组件上。将聚合物包覆模制到盖部框架和气缸结构组件上以形成外壳。外壳是一种单一的结构,封装并支撑盖部结构组件以及气缸结构组件。
在制造发动机缸体组件的一个方面,盖部框架是使用三维打印工艺或添加剂制造工艺之一形成的。
在制造发动机缸体组件的一个方面,将聚合物包覆模制到盖部框架和气缸结构组件以形成外壳,包括在外壳中形成至少一个流体通道,以便通过这些通道循环流体.流体通道可包括外壳中的用于冷却盖部框架的盖部冷却剂通道、外壳中用于冷却套筒的至少一个气缸冷却剂通道、和/或外壳中用于循环发动机润滑剂的润滑通道。形成盖部冷却剂通道时,气缸冷却剂通道和/或润滑通道可进一步被限定为形成盖部冷却剂通道、气缸冷却剂通道和/或具有失芯成型工艺的润滑通道。
在制造发动机缸体组件的方法的一个方面,将聚合物包覆模制到盖部框架和气缸结构组件上以形成外壳,包括将附件嵌入形成外壳的聚合物中,同时将外壳包覆模制到盖部框架和气缸结构组件上。
在制造发动机缸体组件方法的一个方面,在盖部框架上附接进气阀导轨和排气阀导轨,以形成盖部结构组件。在将聚合物包覆模制到盖部框架和气缸结构组件上以形成外壳之前,可以对盖部结构组件进行组装。
因此,上述发动机缸体组件提供了一种独特的发动机架构,其具有足够的强度以最小重量来抵抗操作负载。制造发动机缸体组件的方法提供了一个独特的过程,其中,盖部结构组件和气缸结构组件通过外壳作为一个单一的结构组合在一起。这一过程减少了制造和组装发动机缸体组件所需的步骤。
从以下结合附图对用于实施本发明的最佳模式的详细描述中,本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将容易显现。
附图说明
图1是垂直于发动机缸体组件的第一个实施例的曲柄轴线的示意性剖视图。
图2是平行于发动机缸体组件的第一个实施例的曲柄轴线的示意性剖视图。
图3是垂直于发动机缸体组件的第二个实施例的曲柄轴线的示意性剖视图。
图4是平行于发动机缸体组件的第二个实施例的曲柄轴线的示意性剖视图。
图5是垂直于曲柄轴线的示意性剖视图,显示附接到气缸结构组件的盖部结构组件。
图6是垂直于曲柄轴的示意性剖视图,显示外壳被包覆模制到盖部结构组件和气缸结构组件上。
图7是盖部冷却剂通道的放大示意性剖视图。
具体实施方式
本领域普通技术人员应当认识到,如权利要求所限定的,“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语被描述性地用于数字,并不代表对公开范围的限制。此外,在本文中,该教导可以用功能和逻辑块组件和/或各种处理步骤来描述。应该认识到,此类块组件可由配置为执行指定功能的任意数量的硬件、软件和固件组件组成。
参照附图,其中贯穿多个视图,相同的附图标记指示相同的零件,发动机缸体组件整体显示为20。发动机缸体组件20是内燃机的一部分,内燃机可适用于任何可移动或不可移动的平台。例如,发动机缸体组件20 可适用于可移动平台,例如但不限于汽车、卡车、拖拉机、全地形车辆、摩托车、雪地车、船只、飞机等。发动机缸体组件20也可适用于不可移动的平台,例如但不限于发电机或其他类似的固定应用。发动机缸体组件 20可适用于任何适用于内燃机的燃料,例如但不限于汽油、柴油、丙烷、压缩天然气、乙醇或其组合。
参照图1-4,发动机缸体组件20包括盖部结构组件22和气缸结构组件24。盖部结构组件22包括大致与气缸盖和内燃机上端相关联的部件。气缸结构组件24包括通常与发动机缸体和内燃机的下端52相关联的部件。盖部结构组件22和气缸结构组件24分别包括结构部件,这些部件旨在以最小的材料和/或重量抵抗发动机缸体组件20操作过程中产生的机械负载。然后将聚合物包覆模制到盖部结构组件22和气缸结构组件24的结构部件上,以形成发动机缸体组件20的外壳26。外壳26为发动机缸体组件20 提供了额外的结构完整性,使得能够形成润滑和冷却剂通道,并提供对各种其他组件和/或附件的附接和支撑。
参看图5,盖部结构组件22包括盖部框架28。盖部框架28是骨架结构,其限定和/或形成气缸盖组件的各个方面。特别地,盖部框架28限定和/或形成进气口30、排气口32和上燃烧室部分34。虽然对发动机缸体组件20的描述仅涉及并描述了单个气缸,但应该理解的是,发动机缸体组件20可包括任何数量的气缸。例如,发动机缸体组件20可包括单个气缸,两个气缸,三个气缸,四个气缸等。因此,应当理解,盖部框架28将包括进气口30、排气口32和用于盖部结构组件22的每个气缸的上燃烧室部分34。进气口30提供用于将燃烧空气流供应到燃烧室的流体通道。排气口32提供用于从燃烧室排出废气流的流体通道。
在一个示例性实施例中,盖部框架28是金属。然而,应当理解,可以使用其他材料或材料的组合来形成盖部框架28。如上所述,盖部框架 28是骨架结构,并且被设计为提供所需的强度并处理特定应用的给定负载。盖部框架28成形为提供所需的强度,同时使盖部框架28的重量和/或质量最小化。因此,盖部框架28可以使用本领域技术人员容易理解的三维打印工艺或某种形式的增材制造工艺来制造。3D打印和增材制造工艺使能够制造能够承载盖部结构组件22的负载的复杂形状,同时最小化盖部框架 28的重量。
参见图5,盖部结构组件22可进一步包括进气阀导轨80和排气阀导轨82。如本领域技术人员所理解的,进气阀导轨80可滑动地支撑进气阀 36(图6中所示)。进气阀36可操作以打开和关闭通过进气口30的流体连通。如本领域技术人员所理解的,排气阀导轨82可滑动地支撑排气阀 38(图6中所示)。排气阀38可操作以打开和关闭通过排气口32的流体连通。盖部结构组件22还可为发动机缸体组件20的每个气缸支撑燃烧装置40(图6中所示)。燃烧装置40可包括但不限于燃料喷射器、火花塞、电热塞或支撑燃烧的一些其他装置。燃烧装置40的具体类型、构造和操作与本公开的教导无关,因此这里不再详细描述。
盖部结构组件22包括上支撑板42。在一个实施例中,如图1-4所示,上支撑板42与盖部框架28分离。在其他实施例中,如图5和6所示,上支撑板42与盖部框架28作为单个制成品整体成形。在一个实施例中,上支撑板42是金属。然而,在其他实施例中,上支撑板42可以由非金属材料制成。
如图1-4所示,气缸结构组件24包括套筒44和下框架48。套筒44 形成缸孔46。在一个实施例中,套筒44是金属。在其他实施例中,套筒 44可以由非金属材料或金属和非金属材料的组合制成。如最佳地示于图 2-4,下框架48支撑套筒44。在一个实施例中,下框架48是金属。然而,在其他实施例中,下框架48可以由非金属材料或金属和非金属材料的组合制成。下框架48成形为提供所需的强度以支撑套筒44和发动机缸体组件20的其他部件,同时使下框架48的重量和/或质量最小化。下框架28 可以由合适的工艺制造,例如但不限于三维打印工艺,或本领域技术人员容易理解的某种形式的增材制造工艺。3D打印和增材制造工艺使得能够制造能承载气缸结构组件24的负载的复杂形状,同时使下框架48的重量最小化。在一个实施例中,套筒44包括上端50和下端52。套筒44的上端 50邻近盖部结构组件22设置。套筒44的下端52邻近下框架48设置并由下框架48支撑。在其他实施例中,套筒44与下框架48整体形成。
参见图1-4,气缸结构组件24包括至少一个曲柄盖54和至少一个曲柄块56A和56B。曲柄块56A和56B可以是下框架48的一部分并与下框架48整体形成。在其他实施例中,曲柄块56A和56B是附接到下框架48 的单独部件。曲柄块的第一实施例在图1和图2中示出并由附图标记56A 标识。曲柄块的第二实施例在图3和4中示出并由附图标记56B标识。曲柄盖54和曲柄块56A和56B配合以形成轴承轴颈,或者可选地在其间支撑轴承组件。这样,曲柄盖54形成每个相应轴承轴颈的下半部或支撑轴承组件的下半部,并且曲柄块56A和56B形成每个相应轴承轴颈的上半部或支撑轴承组件的上半部。应该理解的是,发动机缸体组件20可包括比发动机缸体组件20的总缸数多一个的曲柄盖54和多一个的曲柄块56A和 56B。例如,如果发动机缸体组件20构造为包括三个气缸,例如图2和图 4所示,则发动机缸体组件20可包括四个曲柄盖54和4个曲柄块56A和 56B。
参见图1-4,曲轴58可旋转地支撑在曲柄块56A和56B和曲柄盖54 之间,以绕曲柄轴线60旋转。曲轴58的具体配置与本公开的教导无关,因此这里不再详细描述。此外,如本领域技术人员所理解的,发动机缸体组件20的每个气缸包括相应的活塞62和将活塞62附接到曲轴58的连杆 64。如本领域技术人员所理解的,连杆64相对于曲柄轴线60偏心地连接到曲轴58,使得曲轴58绕曲柄轴线60的旋转让活塞62在它们各自的气缸内往复运动而移动。此外,如本领域技术人员所理解的,上燃烧室部分 34、套筒44和活塞62的顶表面配合以在其间限定燃烧室。
参见图1-4,发动机缸体组件20包括多个紧固件66,紧固件将盖部结构组件22和气缸结构组件24互连。紧固件66接合上支撑板42和缸盖,以将盖部结构组件22和气缸结构组件24固定在一起。在一个实施例中,紧固件66包括螺栓,每个相应的螺栓延伸穿过上支撑板42、曲柄块56A 和56B中的一个、下框架48、以及曲柄盖54中的一个。在另一个实施例中,紧固件66包括带子,每个相应的带子缠绕在上支撑板42、曲柄块56A 和56B中的一个、下框架48、以及曲柄盖54中的一个的外圆周上。带子可以是金属带子,或者可以包括固化在合适位置处的纤维增强聚合物带子。
参见图3和图4,曲柄块56B在下框架48和曲柄盖54之间延伸。在该实施例中,套筒44可操作以在盖部结构组件22的上支撑板42和下框架48之间传递来自多个紧固件66的压缩力。曲柄块56B可操作以在下框架48和曲柄盖54之间传递来自多个紧固件66的压缩力。因此,在该实施例中,套筒44用于在盖部结构组件22和曲柄盖54之间传递压缩力。
参见图1和图2,曲柄块56A在盖部结构组件22的上支撑板42和曲柄盖54之间延伸。曲柄块56A可操作以在盖部结构组件22的上支撑板42 和曲柄盖54之间传递来自多个紧固件66的压缩力。因此,在该实施例中,套筒44不传递压缩力,并且它们的厚度和重量可以相应地减小。
如上所述,发动机缸体组件20包括外壳26,外壳26至少部分地封装和支撑盖部结构组件22和气缸结构组件24。参见图6,外壳26是整体聚合物结构,其同时包覆模制到盖部结构组件22和气缸结构组件24上。这样,外壳26永久地封装盖部框架28和紧固件66,并且至少部分地封装气缸结构组件24,使得盖部框架28和紧固件66不能从气缸结构组件24移除。外壳26可以提供额外的结构完整性,以增加发动机缸体组件20的扭转和弯曲刚度。形成外壳26的聚合物可包括连续纤维增强材料、非连续纤维增强材料或两者的组合。用于形成外壳26的聚合物可包括但不限于热塑性塑料,例如聚酰胺、聚丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、PPS、PPA、或热固性材料,例如环氧树脂、酚醛树脂、BMI、聚酰亚胺、氰酸酯、或聚氨酯。
参见图6,外壳26可以限定一个或多个流体通道,其用于循环通过其中的流体。例如,外壳26可以形成为限定一个或多个盖部冷却剂通道68、一个或多个气缸冷却剂通道70、以及一个或多个润滑通道72。盖部冷却剂通道68可以定位在邻近盖部框架28并且可操作以循环冷却剂以冷却盖部框架28。例如,排气口32可暴露在高温下,并且需要冷却以便与形成邻近排气口32的外壳26的聚合物接触。类似地,气缸冷却剂通道70可以定位在邻近套筒44并且可操作以循环冷却剂以冷却套筒44。至少部分地由套筒44形成的燃烧室也暴露于高温,并且可能需要冷却以与形成邻近套筒44的外壳26的聚合物接触。润滑通道72可定位为使发动机缸体组件20的各种部件(例如但不限于发动机轴承)循环并供应润滑剂。
盖部冷却剂通道68、气缸冷却剂通道70和润滑通道72可以以任何合适的方式成形和/或配置,以循环通过其中的流体。例如,参见图7,盖部冷却剂通道68可包括多个较大的通道74和多个较小的脉管通道76。图7 示出了盖部框架28的排气口32和与其相邻设置的外壳26。盖部冷却剂通道68包括较大的通道74和较小的脉管通道76,设置在盖部框架28和外壳26的界面处。
参见图1和图3,发动机缸体组件20还可包括附件78,其至少部分地嵌入外壳26中。附件78可包括但不限于电子设备。例如,附件78可包括但不限于传感器、电连接器、热电发电机、线束、电子控制单元/模块等。或者,附件78可包括一些其他装置,例如但不限于,用于附接辅助部件的支撑架、用于接收螺栓的螺纹插入件、用于接收螺母的螺柱、致动器,电动机、等等。
本发明还提供了一种制造发动机缸体组件20的方法。参看图5,该方法包括形成盖部框架28。如上所述,盖部框架28形成为限定发动机缸体组件20的每个气缸的进气口30、排气口32和上燃烧室部分34。盖部框架28可以由金属形成,通过使用三维打印工艺、增材制造工艺、或本文未具体提及或描述的一些其他成形工艺。如上所述,盖部框架28形成为提供所需的强度,同时使盖部框架28的重量最小化。
一旦形成盖部框架28,其他部件可以附接到盖部框架28以形成盖部结构组件22。例如,进气阀导轨80和排气阀导轨82可以附接到盖部框架 28。在本文所描述的示例性实施例中,在将外壳26包覆模制到盖部结构组件22上之前,盖部结构组件22的部件被附接在一起,包括盖部框架28、进气阀导轨80和排气阀导轨82。在将外壳26模制到盖部结构上之后,可以添加盖部结构组件的其他部件,例如但不限于进气门36、排气门38和燃料喷射器40。
参见图5,形成气缸结构组件24。如上所述,气缸结构组件24可包括但不限于套筒44,以形成气缸孔46、下框架48、以及曲柄块56A和56B。气缸结构组件24还可形成为包括曲轴58、曲柄盖54、活塞62和连杆64、轴承等。应当理解,形成气缸结构组件24可包括但不限于为了形成或成形气缸结构组件24的各种部件,以及将气缸结构组件24的各种部件附接在一起。例如,形成气缸结构组件可包括与曲柄块56A和56B整体地形成下框架48,或者形成下框架48并将曲柄块56A和56B附接其上。类似地,形成气缸结构组件24可包括与套筒44整体地形成下框架48,或形成下框架48,然后将套筒44附接其上。另外,在一些实施例中,形成气缸结构组件可包括附接其他部件,例如但不限于连杆64和活塞62,以及曲轴58,将活塞62定位在气缸孔46内,定位曲柄块56A和56B和曲柄盖54之间的曲轴58,以及相对于套筒44定位曲柄块56A和56B。
参见图5,一旦盖部结构组件22和气缸结构组件24已经组装,盖部结构组件22和气缸结构组件24就被多个紧固件66附接在一起。如果盖部框架28将上支撑板42作为其整体部分,则紧固件66连接盖部框架28 和曲柄盖54,并夹紧曲轴58、曲柄块56A和56B、下框架48、以及它们之间的套管44。如果上支撑板42与盖部框架28分离,则紧固件66连接上支撑板42和曲柄盖54,并夹紧曲轴58、曲柄块56A和56B、下框架48、套筒44、以及位于它们之间的盖部框架28。如上所述,紧固件66可包括螺栓和相应的螺母、碳纤维带、金属带或能够将盖部结构组件22和气缸结构组件24固定在一起的一些其他装置。
参见图6,一旦盖部结构组件22和气缸结构组件24与紧固件66附接在一起,聚合物则被包覆模制到盖部结构组件22和气缸结构组件24上以形成外壳26。如上所述,外壳26是整体结构,其部分地封装和支撑盖部结构组件22和气缸结构组件24。因为外壳26是包覆模制在盖部结构组件 22和气缸结构组件24上的整体结构,包括连接它们的紧固件66,所以盖部结构组件22和气缸结构组件24永久地彼此固定。这样,围绕盖部框架 28设置的外壳26的部分与围绕气缸结构组件24设置的外壳26的部分成为整体并且不分离。因此,发动机缸体组件20的缸体部分和盖部整体地形成为单个单元,并且不可分离。
如上所述,在包覆模制过程中,可以在外壳26中形成至少一个盖部冷却剂通道68、至少一个气缸冷却剂通道70和/或至少一个润滑通道72。例如,可以使用空芯模制工艺来形成盖部冷却剂通道68、气缸冷却剂通道 70和/或润滑通道72。如本领域技术人员所理解的,空芯模制工艺包括将模板放置在通道的期望位置,然后将外壳26包覆模制到模板上。然后移除模板,例如通过从外壳26加热和熔化模板,从而留下形成通道的空隙,烧掉模板或溶解模板。可以使用其他加工和/或模制工艺在外壳26中形成各种不同的通道。
应当理解,当在盖部结构组件22和缸结构组件24上模制外壳26时,必须考虑曲轴58和曲柄盖54的形状和位置。因此,在包覆模制外壳之前,可能需要将曲轴58和曲柄盖54的模板放置在气缸结构组件24中。或者,外壳和/或下框架48可以被加工或以其他方式形成以接受发动机的各种部件,例如曲轴58、曲柄盖54、活塞62等。
另外,用于形成外壳26的包覆模制工艺可包括将附件78至少部分地嵌入形成外壳26的聚合物中。如上所述,附件78可包括但不限于电子设备。例如,附件78可以包括但不限于传感器、电连接器、热电发电机、线束、电子控制单元/模块等。或者,附件78可包括一些其他装置,例如但不限于,用于附接辅助部件的支撑架、用于接收螺栓的螺纹插入件、用于接收螺母的螺柱、致动器,电动机、等等。
详细描述和附图或图示是本公开的支撑和描述,但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的教导的一些最佳模式和其他实施例,但是存在用于实践所附权利要求中限定的本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种发动机缸体组件,包括:
盖部结构组件;
气缸结构组件;
多个紧固件,其将所述盖部结构组件和所述气缸结构组件互连;以及
外壳,所述外壳同时包覆模制到盖部结构组件和气缸结构组件上,永久地封装并支撑所述盖部结构组件和所述气缸结构组件,使得外壳不能从盖部结构组件和气缸结构组件移除,其中所述外壳是整体聚合物结构。
2.根据权利要求1所述的发动机缸体组件,其中,所述盖部结构组件包括盖部框架,所述盖部框架包括进气口、排气口和上燃烧室部分。
3.根据权利要求2所述的发动机缸体组件,其中,所述外壳限定流体通道,所述流体通道可操作以循环通过其中的流体。
4.根据权利要求2所述的发动机缸体组件,其中,所述盖部结构组件包括与所述多个紧固件接合的上支撑板。
5.根据权利要求4所述的发动机缸体组件,其中,所述上支撑板和所述盖部框架作为单个制成品整体地形成在一起。
6.根据权利要求1所述的发动机缸体组件,其中,所述气缸结构组件包括形成气缸孔的套筒。
7.根据权利要求6所述的发动机缸体组件,其中,所述气缸结构组件包括支撑所述套筒的下框架。
8.根据权利要求7所述的发动机缸体组件,其中,所述套筒包括邻近所述盖部结构组件设置的上端,以及邻近所述下框架设置的下端。
9.根据权利要求8所述的发动机缸体组件,其中,所述气缸结构组件包括至少一个曲柄盖。
10.根据权利要求9所述的发动机缸体组件,其中,所述气缸结构组件包括至少一个曲柄块。
CN201811372377.4A 2017-12-01 2018-11-16 组合式发动机架构及其制造方法 Active CN109869236B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/829449 2017-12-01
US15/829,449 US10487778B2 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Composite engine architecture, and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109869236A CN109869236A (zh) 2019-06-11
CN109869236B true CN109869236B (zh) 2021-03-30

Family

ID=66547841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811372377.4A Active CN109869236B (zh) 2017-12-01 2018-11-16 组合式发动机架构及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10487778B2 (zh)
CN (1) CN109869236B (zh)
DE (1) DE102018130218B4 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10744682B2 (en) * 2017-12-01 2020-08-18 GM Global Technology Operations LLC Vascular channel manufacture by deflagration
AT522801B1 (de) * 2019-07-30 2021-02-15 Avl List Gmbh Brennkraftmaschine
US11220977B2 (en) 2019-08-13 2022-01-11 GM Global Technology Operations LLC High-temperature, wear-resistant coating for a linerless engine block
US11168605B2 (en) * 2019-10-11 2021-11-09 Southwest Research Institute Manufacture of heat transfer jackets
CN114233506B (zh) * 2021-12-09 2023-04-18 中国北方发动机研究所(天津) 一种贯穿螺栓式四缸柴油机机体

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222360A (en) * 1976-07-19 1980-09-16 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine having engine cover
US4644911A (en) * 1983-10-07 1987-02-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cylinder block for internal combustion engine
EP1225325A1 (en) * 1999-10-26 2002-07-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Engine block
CN103080522A (zh) * 2010-09-07 2013-05-01 马修·B·迪格斯 用于x型发动机的气缸体组件
CN104712451A (zh) * 2013-12-13 2015-06-17 北汽福田汽车股份有限公司 用于发动机的机体组及具有它的发动机

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4848292A (en) * 1988-04-27 1989-07-18 Matthew Holtzberg Internal combustion engine block and cylinder head
US4930470A (en) 1989-01-09 1990-06-05 Ford Motor Company Composite engine block
US5083537A (en) * 1990-12-17 1992-01-28 Ford Motor Company Composite internal combustion engine housing
US5058542A (en) * 1991-01-28 1991-10-22 Briggs & Stratton Corporation Rocker box cover assembly for internal combustion engine
US7610893B2 (en) * 2006-02-10 2009-11-03 Federal-Mogul Worldwide, Inc. Plastic cover having metal reinforcement for internal combustion engine applications and method of construction
US8967110B2 (en) * 2012-11-16 2015-03-03 GM Global Technology Operations LLC Engine front cover with rotational support insert
AT514076B1 (de) * 2013-08-01 2014-10-15 Steyr Motors Gmbh Motorgehäuse einer Brennkraftmaschine sowie damit ausgestattete Brennkraftmaschine
BR112016009484B1 (pt) * 2013-11-13 2022-04-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Motor de combustão interna e estrutura de fixação do elemento de cobertura para o motor de combustão interna
US9644568B2 (en) * 2015-01-30 2017-05-09 Ford Global Technologies, Llc Reinforced composite cylinder block
DE102015224440A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-08 Mahle International Gmbh Zylinderkopfhaube

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222360A (en) * 1976-07-19 1980-09-16 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine having engine cover
US4644911A (en) * 1983-10-07 1987-02-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cylinder block for internal combustion engine
EP1225325A1 (en) * 1999-10-26 2002-07-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Engine block
CN103080522A (zh) * 2010-09-07 2013-05-01 马修·B·迪格斯 用于x型发动机的气缸体组件
CN104712451A (zh) * 2013-12-13 2015-06-17 北汽福田汽车股份有限公司 用于发动机的机体组及具有它的发动机

Also Published As

Publication number Publication date
US20190170086A1 (en) 2019-06-06
CN109869236A (zh) 2019-06-11
US10487778B2 (en) 2019-11-26
DE102018130218A1 (de) 2019-06-06
DE102018130218B4 (de) 2022-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109869236B (zh) 组合式发动机架构及其制造方法
US5083537A (en) Composite internal combustion engine housing
CN106870194B (zh) 用于内燃发动机的汽缸盖
AU619598B2 (en) Method of dimensionally stabilizing interface between dissimilar metals in an internal combustion engine
CN106168181B (zh) 用于发动机的复合汽缸体
MX2014014017A (es) Motor que tiene un bloque de cilindros compuesto.
US9932931B2 (en) Composite cylinder block of an I.C. engine
US7387102B2 (en) Cast part for an internal combustion engine
EP0149313B1 (en) Internal combustion engine
WO2008008548A2 (en) Engine with hybrid crankcase
US7464685B2 (en) Crankshaft bearing assembly
CN112012843A (zh) 用于一体式混杂复合材料气缸盖和涡轮的系统
EP1731731A2 (en) Use of diesel engines for motorcycles
US9644568B2 (en) Reinforced composite cylinder block
CN107630763B (zh) 复合内燃发动机
WO1998040608A2 (en) A modular machine
CN1135296C (zh) 内燃机及其制造方法
Beste et al. Lightweight design~ A challenge for modern passenger car engines
Corey et al. MMLV: Carbon Fiber Composite Engine Parts
EP1788262B1 (en) Crankshaft bearing assembly
CN115095440A (zh) 缸体结构、发动机以及缸体制作方法
Turner et al. The design of the NOMAD advanced concepts research engine
Fuchs et al. Light metal materials
Wechsler et al. Evolution and Development of a 900-hp Marine Diesel Featuring Ruggedness and Serviceability in a 4 1/2 lb/hp Package
US20170138255A1 (en) Cylinder head cover for a motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant