CN111520250A - 冷铁及具有其的气缸盖、发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种冷铁及具有其的气缸盖、发动机。所述冷铁呈双曲面型，所述冷铁用于铸造气缸盖。根据本发明的冷铁，具有双曲面设计的冷铁保证轴向位置精度和周向一致性，同时能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。

Description

冷铁及具有其的气缸盖、发动机
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种冷铁及具有其的气缸盖、发动机。
背景技术
目前，球墨铸铁和蠕墨铸铁气缸盖缩孔问题严重，废品率颇高，生产成本较高，造成产品市场竞争力降低。
在气缸盖产品结构定型后，经铸件合金成分及过程控制优化后仍不能解决气缸盖缩松缩孔问题，一般采用冒口和冷铁解决缩松问题。但添加冒口与冷铁仍然存在一些问题：发热冒口成本高，发热冒口主体尺寸及冒口颈尺寸设计最佳平衡点难以探寻到；内冷铁一般呈圆柱状、管状或其他异形，由于内冷铁的尺寸较小蓄热能力低；外冷铁应用受到产品结构及工艺布置影响，难以在特定生产条件下应用。因此，现有的冒口及冷铁难以解决气缸盖的缩松问题。
发明内容
本发明的目的是至少解决气缸盖缩松的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明第一方面提出了一种冷铁，所述冷铁呈双曲面型，所述冷铁用于铸造气缸盖。
根据本发明实施例的冷铁，具有双曲面设计的冷铁保证轴向位置精度和周向一致性，同时能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。
本发明第二方面提供了一种气缸盖，所述气缸盖包括缸盖本体和根据上述实施例所述的冷铁，所述冷铁与所述缸盖本体形成为一体。
根据本发明实施例的气缸盖，具有双曲面设计的冷铁保证轴向位置精度和周向一致性，同时能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。
另外，根据本发明实施例的气缸盖，还可以具有如下的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述冷铁沿轴向开设有通孔。
在本发明的一些实施例中，所述缸盖本体上形成有气门导管孔，所述气门导管孔与所述通孔沿轴向连通。
在本发明的一些实施例中，所述气缸导管孔与所述通孔直径相等。
在本发明的一些实施例中，所述冷铁垂直于轴向的最小截面沿所述冷铁与所述气门导管孔接触的一端至所述冷铁的另一端的方向位于所述冷铁三分之一至二分之一的位置。
在本发明的一些实施例中，所述缸盖本体上形成有气道，所述气道与所述气门导管孔连通。
在本发明的一些实施例中，所述缸盖本体上形成有冷却水道，所述冷却水道位于所述冷铁与所述气道的一侧。
本发明第三方面提供了一种发动机，所述发动机包括根据上述实施例所述的气缸盖。
根据本发明实施例的发动机，具有双曲面设计的冷铁保证轴向位置精度和周向一致性，同时能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的气缸盖的结构示意图；
图2为图1所示冷铁加工前的结构示意图；
图3为本发明实施例的双曲线示意图；
图4为图3应用到同系列产品结构设计时的双曲面变化示意图。
附图中各标记表示如下：
100：气缸盖、101：缸盖本体、102：气门导管孔、103：气道、104：冷却水道；
10：冷铁、11：通孔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与第二区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1、图2所示，本发明第一方面提出了一种冷铁10，冷铁10呈双曲面型、冷铁10用于铸造气缸盖100。
根据本发明实施例的冷铁，具有双曲面设计的冷铁10保证轴向位置精度和周向一致性，同时能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁10设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。
本发明第二方面提供了一种气缸盖100，气缸盖100包括缸盖本体101和上述实施例的冷铁10，缸盖本体101与冷铁10形成于一体。
根据本发明实施例的气缸盖100，具有双曲面设计的冷铁10能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁10设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。
具体地，气缸盖100在浇注前先将冷铁10安装在砂型上，将金属液浇注进气缸盖模具后，金属液冷却后形成缸盖本体101，冷铁10与缸盖本体101融为一体并形成气缸盖100。在本实施例中，缸盖本体101采用蠕墨铸铁或球墨铸铁，冷铁10采用灰铸铁、蠕墨铸铁或低碳合金钢，优选的，冷铁10采用灰铸铁，灰铸铁便于加工，能够降低加工难度，同时降低刀具的磨损。冷铁10与缸盖本体101的材料不限于此，可采用其他可结合为一体且结合强度高的材料。在本实施例中，双曲面型的冷铁10的外表面采用经抛丸粗化、镀锡等表面处理，并消除油脂、灰尘等污染物或吸潮、吸湿等不利因素，以提高双曲面复合气门导管结构和缸盖本体101结合强度。
在本发明的一些实施例中，冷铁10沿轴向开设有通孔11，通孔11用于为气门导管导向。进一步地，缸盖本体101上形成有气门导管孔102，气门导管孔102与通孔11沿轴向连通，气门导管孔102与通孔11共同组成气门导管的导向孔，冷铁10与缸盖本体100组成气门导向结构，共同为气门导管导向。冷铁10在缸盖本体101成型时为其提供冷却的作用，缸盖本体101成型后，沿冷铁10的轴向在冷铁10和缸盖本体101上加工气门导管的导向孔，即分别在冷铁10上形成的通孔11和缸盖本体101上形成的102，此时冷铁10可为气门导管提供导向的作用。
进一步地，气门导管孔102与通孔11直径相等，避免气门导管在气门导管孔102与通孔11中压装时发生卡顿，从而影响气门导管的压装和装配于气门导管中的气门的运动，进而影响气缸进气，造成更严重的事故。
在本发明的一些实施例中，缸盖本体101上形成有气道103，气道103与气门导管孔102连通。气门导管从气道103中伸入气门导管孔102和通孔11，气道103用于为气缸输送气体。具体地，冷铁10远离气道103的一端距离最近的缸盖本体101表面0mm至6mm；冷铁10距离气道103较近的一端距离气道103最近的表面距离为0mm至6mm，优选的，该距离为5mm，可以消除对气道尺寸的影响和对吹风试验的影响，同时消除了气缸盖100在工作过程中对燃烧过程中性能的影响。
在本发明的一些实施例中，缸盖本体101上形成有冷却水道104，冷却水道104位于冷铁10与气道103的一侧。冷却水道104用于冷却缸盖本体101。
在本发明的一些实施例中，冷铁10垂直于轴向的最小截面沿冷铁10与气门导管孔102接触的一端至冷铁10的另一端方向位于冷铁10的三分之一至二分之一的位置。冷铁10垂直于轴向的最小截面沿冷铁10与气门导管孔102接触的一端至冷铁10的另一端方向位于通孔11与气门导管孔102总高度的三分之一至三分之二的位置。该位置根据气道103、冷却水道104的位置进行设置，也可以根据实际的应用调整冷铁10垂直于轴向的最小截面的位置。
在本发明的一些实施例中，可以根据气缸盖100的结构特征及尺寸选定两个坐标点M1、M2，并将M1和M2带入双曲线方程
Figure BDA0002433976060000061
从而得到该气缸盖100的应用曲线(如图3所示)。如：某型号气缸盖的两个应用点坐标为：M1(16，28)，M2(9，-15)，将M1和M2带入上述方程，得到该型号气缸的双曲线方程为
Figure BDA0002433976060000062
此外，该方程可应用在具有同系列的气缸盖100上(如图4所示)，相同系列产品结构中，存在的特征点坐标如下：
F1(XF1,YF1)
F2(XF2,YF2)
K1(XK1,YK1)
K2(XK2,YK2)
相同系列产品结构中变型产品中，在气门导管孔与通孔共同的高度一定前提下，缸盖本体的冷却水道结构调整，有：
|yF1-yF2|＝|yK1-yK2|
|xF1|≠|xK1|
变型产品的双曲面弧形状由
Figure BDA0002433976060000063
调整为
Figure BDA0002433976060000064
双曲线应用于同系列时，两条曲线的高度不变，只是改变位置。基于双曲面的冷铁10结构，采用变截面尺寸控制，保证了同系列产品结构设计时保持了较好的继承性。
本发明第三方面提供了一种发动机，发动机包括根据上述实施例所述的气缸盖100。
根据本发明实施例的发动机，具有双曲面设计的冷铁10能够减小最后凝固区域热节尺寸，冷铁10设置在气门导管孔的位置以提高了喷油器孔和气门导管孔区域的凝固冷却速度，由使该位置的局部顺序凝固改进为均衡凝固。消除了热节区域冷却速度过慢、温度梯度大导致Mg、Re活性元素偏析引起的球状石墨增多而产生的缩松/缩孔问题，同时，消除了最后凝固区域孤立液相区由于侵入性气体导致的气孔问题。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种冷铁，其特征在于，所述冷铁呈双曲面型，所述冷铁用于铸造气缸盖。
2.一种气缸盖，其特征在于，所述气缸盖包括缸盖本体和根据权利要求1所述的冷铁，所述冷铁与所述缸盖本体形成为一体。
3.根据权利要求2所述的气缸盖，其特征在于，所述冷铁沿轴向开设有通孔。
4.根据权利要求3所述的气缸盖，其特征在于，所述缸盖本体上形成有气门导管孔，所述气门导管孔与所述通孔沿轴向连通。
5.根据权利要求4所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸导管孔与所述通孔直径相等。
6.根据权利要求4所述的气缸盖，其特征在于，所述冷铁垂直于轴向的最小截面沿所述冷铁与所述气门导管孔接触的一端至所述冷铁的另一端的方向位于所述冷铁三分之一至二分之一的位置。
7.根据权利要求4所述的气缸盖，其特征在于，所述缸盖本体上形成有气道，所述气道与所述气门导管孔连通。
8.根据权利要求7所述的气缸盖，其特征在于，所述缸盖本体上形成有冷却水道，所述冷却水道位于所述冷铁与所述气道的一侧。
9.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括根据权利要求2至8中任一项所述的气缸盖。
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