CN112996994A - 对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体 - Google Patents

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Abstract

一种内燃对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体，其包括使用3‑D打印的铸造芯体形成的冷却通路。所述铸造芯体能够包括为陶瓷的部分。原有缸孔汽缸体能够包括多个汽缸，每个汽缸具有冷却通路和在那些冷却通路中的特别是环绕汽缸的中心部分的湍流诱导特征。

Description

对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体
关于联邦资助研究的声明
用由美国Army Contracting Command-New Jersey(ACC-NJ)授予给NationalAdvanced Mobility Consortium的协议号W15KQN-14-9-1002下的美国政府资助完成该Project Agreement Holder(PAH)发明。政府在本发明中拥有一定权利。
技术领域
技术领域包括对置活塞内燃发动机。更具体地，技术领域涉及对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体的构造，其中一个或更多个汽缸被铸造为与汽缸体的一体单元。更具体地，领域涉及使用通过3-D打印制作的铸造芯体来铸造对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体。领域可以包括芯体组合的使用，所述芯体组合包括形成汽缸的特征的一个或更多个陶瓷铸造芯体。
背景技术
在两行程循环对置活塞内燃发动机中，存在至少一个带端口的汽缸，其中一对活塞被设置用于汽缸孔中的反向移动运转。活塞在汽缸中的往复滑动运动通过缸孔来引导。
活塞在缸孔中沿互相相反的方向在相应的上止点(TC)与下止点(BC)位置之间往复运动。在一个行程中，活塞接近彼此以在缸孔的中间部分中在其端部表面之间行程燃烧室。在随后的行程中，活塞响应于燃烧而移动分开。当活塞移动通过汽缸的其TC位置时，中间部分中的燃烧室被限定在活塞的端部表面之间，其中活塞端部表面和缸孔表面提供燃烧室边界。该中间部分承受在发动机运转期间发生的最高水平的燃烧温度和压力，并且中间部分中的用于诸如燃料喷射器、气门和/或传感器的装置的开口的存在减弱其强度，并且使它以遭受破裂，特别是通过燃料和气门开口。
在单流扫气式对置活塞发动机中，汽缸构造能够包括在汽缸的第一端部附近的进气端口和在汽缸的第二端部附近的排气端口。每个端口可以包含通常沿着汽缸的圆周布置的一系列开口，其中桥接部(也被称为“横杆”)将相邻的端口开口分开。因为离开汽缸的排气比进来的空气热得多，对置活塞发动机中的汽缸的排气端口经历的温度通常大于同一汽缸的进气端口经历的温度。因此，相比于邻近进气端口的区域，邻近排气端口的区域和排气端口中的桥接部有必要另外的冷却措施。
用于具有冷却系统的汽缸的目前对置活塞构造包括湿式缸套，湿式缸套具有沿着汽缸的外表面引导冷却流体(“冷却液”)的一个或更多个套筒、以及沿着或通过排气端口桥接部的冷却液流过的机加工通道。在美国专利8,485,147中教导了采用缸套/套筒组件的代表性汽缸构造。
目前，对置活塞发动机的汽缸体通过铸造并机加工被组装成具有汽缸套被保持在其中的汽缸隧道的集成式支撑构造的缸体部分来制造。通常，这样的汽缸体包含被分开以允许允许汽缸套在套筒被附接的情况下被插入到隧道内的多个部分。诸如O形环的流体密封件被安装到缸套以限制冷却液流。在缸套/套筒组件和流体密封件处于适当位置的情况下，汽缸体部分通常借助于螺纹紧固件被结合。在美国专利9,435,290中教导了这样的汽缸体构造。显然，希望提供被形成为单件的对置活塞发动机的整体式汽缸体，以便减少部件数量，最小化制造步骤，并且降低制造成本。这些和其他期望目标通过对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体的构造来实现，所述原有缸孔汽缸体包括被铸造在缸体中的汽缸，所述汽缸具有限定当发动机运转时确保汽缸的有效热管理的冷却液路径的特征。原有缸孔汽缸体构造不包含汽缸套或汽缸套筒。
发明内容
对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体可以使用用于部分或所有汽缸体部件的3-D打印的铸造芯体来制作，因此最小化当允许复杂形状时必须被结合的零件和部分的数量并且潜在地降低制造成本。还呈现了用于产生原有缸孔汽缸体以及用于产生3-D打印的铸造芯体的方法。优选地，原有缸孔汽缸体由单一类型的金属或金属合金铸造。
在一些实施方式中，对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体包括至少一个汽缸、中间部分和冷却管套，所述至少一个汽缸具有缸孔，所述缸孔具有缸孔表面和纵向轴线，所述中间部分位于所述汽缸的排气与进气端口之间，并且沿着纵向轴线延伸，所述冷却管套环绕所述汽缸的所述中间部分的燃烧区域。当本文中使用时，术语“燃烧区域”指的是燃料和空气的混合气在其中燃烧的汽缸的环形部分。燃烧室被定义或形成在当活塞移动通过其在燃烧区域内的TC位置时活塞的端部表面之间。在燃烧区域的构造方面进行提供以使得它能够抵抗燃烧压力，并且有效地去除从燃烧室逸出的燃烧热。
以下特征能够以任何合适的组合存在于原有缸孔汽缸体的汽缸。汽缸可以包括纵向分开的进气和排气端口。进气和排气端口可以包括分别被定位在原有缸孔汽缸体的进气通风室和排气通风室中的端口开口。在每个端口中，端口桥接部将每个端口开口与相邻的端口开口分开。冷却通路可以被提供为通过排气端口的至少一个端口桥接部。原有缸孔汽缸体能够由其中端口开口是铸造特征的单金属铸造来制作。汽缸的其他冷却特征可以包括来自汽缸的外壁的支柱、壁、脊状物、肋和其他突出部中的任一个。这些冷却特征能够被配置为产生用于冷却流体的冷却液流动路径。冷却特征之间的间距能够在从1.5mm至10mm的范围内变动，诸如大约5mm。原有缸孔汽缸体能够进一步包括一个或更多个机加工特征。在一些实施方式中，原有缸孔汽缸体可以包括汽缸的所有进气端口开口从汽缸的内部通向的进气通气室和汽缸的所有排气端口开口从汽缸的内部通向的排气通气室腔室。在一些实施方式中，用于对置活塞内燃发动机的原有缸孔汽缸体可以包括多个汽缸。
在相关的方面中，对置活塞发动机包括由单一类型的金属或金属合金铸造的原有缸孔汽缸体。原有缸孔汽缸体包括至少一个汽缸，所述至少一个汽缸具有汽缸孔、缸孔表面和纵向轴线。汽缸体的燃烧区域位于沿着所述汽缸孔的所述纵向轴线的所述至少一个汽缸的中间部分中。原有缸孔汽缸体包括环绕燃烧区域的冷却管套。汽缸的冷却特征被冷却管套包围。汽缸的进气端口与汽缸的排气端口纵向地分开。进气端口包括在原有缸孔汽缸体中的到原有缸孔汽缸体的进气通风室的开口，并且排气端口包括在原有缸孔汽缸体中的到原有缸孔汽缸体的排气通风室的开口。
在另一相关方面中，本文中描述了一种制作对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体的方法。该方法包括制作用于原有缸孔汽缸体的铸造芯体，使用铸造芯体产生用于原有缸孔汽缸体的模制组件，将金属铸造成模制组件，并且一旦金属原有缸孔汽缸体准备好，就移除模制组件。该方法能够适于用于对置活塞两行程单流扫气式内燃发动机的原有缸孔汽缸体。
用于制作铸造芯体的方法可以包括使用3-D打印技术。在该方法中，所述铸造芯体能够包括陶瓷芯体部分和一个或更多个沙子芯体部件。在该方法中移除所述模制组件能够包括使用腐蚀剂或酸来溶解所述陶瓷芯体部分。在该方法的一些实施方式中，所述铸造芯体的所述陶瓷芯体部分能够包括在所述汽缸的中间部分附近的形成所述金属汽缸体的冷却通道的特征。
附图说明
图1示出了被部分地切开以示出汽缸的对置活塞发动机的一部分，并且被适当地标记“现有技术”。
图2是在套筒的一部分从缸套被切开的情况下的图1的对置活塞发动机的汽缸套组件的侧视图，并且被适当地标记“现有技术”。
图3A是示出被分开的套筒和缸套的图2的汽缸套组件的分解视图，并且被适当地标记“现有技术”。
图3B是图2的汽缸套组件的剖视图，并且被适当地标记“现有技术”。
图4A示出了使用3-D打印的铸造芯体制作的用于对置活塞发动机的示例性汽缸构造。
图4B是示出某些冷却特征的图4A的汽缸的部分的视图，并且图4C是成形一些冷却特征的铸造芯体部分的视图。
图5A和5B示出了具有多个对置活塞发动机汽缸以及冷却特征的原有缸孔汽缸体的视图。
图5C和5D示出了图5A和图5B的原有缸孔汽缸体的铸造芯体。
图5E是图5C和5D中示出的铸造芯体的分解视图。
图5F示出了用于图5A和图5B中示出的原有缸孔汽缸体的的冷却特征的铸造芯体。
图6示出了用于制作对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体或原有缸孔发动机缸体的方法。
具体实施方式
本文中描述并图示的原有缸孔汽缸体提供了改善的对置活塞发动机。其他方面包括通过下面描述的新颖性制造手段和方法的使用是可能的对置活塞发动机的发动机实施例。
图1示出了具有汽缸体12的现有技术对置活塞发动机10，汽缸体12具有三个相同构造的汽缸14、15和16。移除了汽缸体12的一部分以示出包括被形成在缸体中的汽缸隧道18的汽缸16的构造，汽缸套20被支撑在汽缸隧道18中。发动机10包括两个曲轴22和23。汽缸套20包括在第一缸套端部27附近的进气端口25、在第二缸套端部31附近的排气端口29和位于进气与排气端口之间的中间部分34。进气端口25和排气端口29分别通向进气通风室和排气通风室。排气通风室可以是接收来自汽缸体中的所有汽缸的排气端口的所有排气的排气室。
图2、图3A和图3B图示了对置活塞发动机的现有技术汽缸结构，所述对置活塞发动机包括具有缸孔和纵向位移的在其相应端部附近的进气和排气端口的缸套。按照图1和3A，压缩套筒40被接收在缸套20上面。燃料喷射器45通过汽缸的侧壁被支撑在凸台46中，以便将燃料直接喷射到燃烧室内。
图2、图3A和图3B示出了现有技术汽缸16的结构的细节，汽缸16包括缸套20以及压缩套筒40，压缩套筒40紧密地包围并增强从进气端口25延伸到中间部分34的缸套20的部分。如图2和图3B中所见，中间部分34包含当被相对地设置在缸孔中的一对活塞的端部表面紧密地互相邻近时在其中形成燃烧室的顶环反向区域41。压缩套筒40被形成为在其本身与缸套的外表面42之间限定大致环形管套，液体冷却液可以通过大致环形管套沿轴向方向从进气端口附近朝向排气端口流动。中间部分34的强度通过在中间部分34与压缩套筒40之间延伸的支柱52的环形网格50来增强。网格50紧密地包围遭受高压和燃烧温度的中间部分34。支柱52支撑缸套中间部分34抵靠压缩套筒40。网格50还限定跨中间部分34延伸的环形湍流液体冷却液流动路径。
大致环形空间55被形成在缸套的外表面42与压缩套筒40之间。该空间环绕缸套中间部分34的最接近进气端口25的侧面。另一大致环形空间59被顶出在缸套的外表面42与压缩套筒40之间。该空间抵靠缸套中间部分34的最接近排气端口29的侧面。这些空间55和59经由由网格50限定的冷却液流动路径与彼此流体连通。被形成在压缩套筒40中的一个或更多个冷却液进入端口61被定位在环形空间55上面并与环形空间55流体连通，并且被形成在压缩套筒中的一个或更多个冷却液离开端口63被定位在环形空间59上面并与环形空间59流体连通。
按照图2和图3A，网格支柱52可以以足够的密度被提供，以紧密地环绕并增强的中间部分的其中放置有凸台46的那些区段，并且支撑喷射器喷嘴、气门等。有利地，网格支柱52之间的空隙的曲径提供了液体冷却液到每个凸台46的整个外表面和到缸套的紧邻凸台的外表面区域的进入。
在对置活塞发动机10的运转期间，汽缸16通过将液体冷却液(诸如基于水的混合物)引入到压缩套筒40与缸套的外表面42之间的管套内来冷却。冷却液被泵送通过汽缸体12中的冷却液通道，所述冷却液通道与环形空间55流体连通。泵送的冷却液经由冷却液进入端口61进入环形空间55，这引起冷却液沿着缸套20的中间部分34在外表面42上流动。泵压力引起液体冷却液流过网格50，其中支柱52充当湍流器(将层流流动转变成湍流流动的装置)的环形曲径，所述湍流器环绕中间部分34并且跨中间部分生成冷却液的湍流流动。湍流流动增加了到在中间部分34上面流动的液体冷却液内的传转移效率。流过网格50的冷却液的压力引起液体冷却液从中间部分34朝向排气端口29流动并进入环形空间59。冷却液从环形空间59流向且流过被形成在汽缸体12中的返回通道。在一些实例中，冷却液可以从环形空间59被运送通过通道69(例如，冷却通路)，所述通道69在排气端口桥接部70上、上面经过或通过排气端口桥接部70。
现有技术汽缸套(诸如图2、图3A和图3B中示出的那些)能够使用常规铸造和/或机加工技术来制作。常规铸造过程可以包括产生沙子和在与特定气体或与空气接触之后凝固的粘合剂(诸如有机材料(例如，植物油、谷类)、热固性聚合物、低熔化温度金属或合金、粘土或无机粘合剂)的芯体。在与特定气体接触之后凝固的粘合剂的示例是硅酸钠，其在暴露于二氧化碳之后硬化。常规的材料能够被用来形成用于铸造汽缸套和汽缸体部分的模具的外部分。汽缸套或缸体的部分能够被铸造为随后使用已知的技术或手段被结合以最终组装汽缸套和/或发动机缸体的个体零件。
铸造原有缸孔汽缸体：对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体可以从包括3-D打印的铸造芯体的模具被铸造为单个金属件。优于需要更少的接合和连接零件(例如，o形环)，单件式、一体式或整体式原有缸孔汽缸体能够优于由被配合在一起的许多件制作的汽缸体。相比于不能产生期望的湍流器(例如，湍流流动产生特征)的常规铸造技术，产生3-D打印的铸造芯体(特别是在一些部分中使用陶瓷的铸造芯体)能够允许需要的特征尺寸和纹理。
使用3-D打印技术产生的铸造芯体特别适合于如本文中描述的原有缸孔汽缸体的产生。湍流器的阵列的复杂性以及围绕每个汽缸的中间区段和排气端口的结构(例如，压缩套筒、冷却水供应和离开管道、端口桥接部冷却通路)更合适地使用3-D打印技术来形成。使用3-D打印技术制作的铸造芯体根据由被分成薄片的计算机辅助设计文件(CAD文件)一次被建立一层。每个薄片由一层固体材料(例如，沙子或陶瓷)和覆盖的一层粘合剂构成。组装的薄片产生完整的形式。在为陶瓷或具有陶瓷部分的铸造芯体的情况下，在窑或炉中点火之前，在陶瓷主体还未凝固时，从陶瓷主体去除过多粉末。可锻陶瓷主体能够在被用作由至少一个壳体和芯体部件组成的更大铸造模具的一部分之前被点火。如果陶瓷主体在未点火状态下是足够强的，它能够在成形之后被用作芯体或芯体部件。随着熔化的金属在被倾倒之后冷却，铸造模具对熔化的金属进行成形。在一些实施方式中，模具能够在金属冷却时被旋转，以影响最终金属产品的材料性质。3-D打印技术能够被用来产生为沙子芯体或混合芯体的铸造芯体。混合芯体使用沙子用于更大尺寸的体积，并且使用陶瓷用于芯体的具有更精细特征的部分。
相比于完全沙子芯体，包含沙子和陶瓷部分的混合芯体可以更好地适合于用于如上面描述的具有中间区段的汽缸的芯体的形成，其中原有缸孔汽缸体的内表面代替压缩套筒限定具有当汽缸被用于对置活塞发动机中时液体冷却液(例如，水)流过的一系列湍流诱导特征的环形冷却管套。当产生原有缸孔汽缸体时，混合芯体是有益的，因为混合铸造芯体的一部分能够陶瓷(即，陶瓷芯体部分)制作，并且更精细的特征能够被产生。陶瓷芯体的性质使其比沙子芯体更耐用，因此具有更小特征的结构或一起被更紧密地间隔开的那些结构能够以更好的尺寸稳定性被形成，确保零件具有更靠近预期的那些尺寸的尺寸。在完全沙子芯体的情况下，存在在融化的金属被引入到模具内之后精细特征将会破坏或芯体将会在该过程期间受侵蚀的更大风险。另外，在完全沙子芯体的情况下，铸造金属零件能够具有反映沙子颗粒或包括在芯体从铸造零件移除之后留下的一些嵌入的沙子颗粒的表面纹理。在相邻特征之间几乎没有间隙或表面纹理会负面地影响流体流动的区域中，这样的纹理或表面包括会是不期望的。因为陶瓷铸造芯体(或铸造芯体的为陶瓷的部分)通过利用腐蚀剂或酸进行浸析而被最终移除，铸造零件的表面更可能具有不需要侵略性模制后处理的光滑平面。
汽缸：图4A示出了对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体的示例性汽缸构造，所述原有缸孔汽缸体使用具有陶瓷部分的3-D打印的铸造芯体来产生汽缸的中间区段周围的冷却特征而被制作。图4B在某些冷却特征可见的情况下更详细地示出了汽缸的一部分。图4C示出了可以被用来制作图4A中示出的汽缸的某些特征的3-D打印的铸造芯体。汽缸120包括进口端口，所述进口端口由通过汽缸的侧壁的沿着汽缸的圆周被布置在第一汽缸端部127(例如，进入端部)附近的进口端口开口125的一个或更多个阵列组成。排气端口包括排气端口开口129的一个或更多个阵列，排气端口开口129被桥接部130分开，并且排气端口开口129延伸通过汽缸的侧壁。按照图4A和4B，排气端口开口129沿着汽缸的圆周被布置在第二汽缸端部131(例如，排气端部)附近。汽缸120的中间区段中的中间部分134位于进气125和排气端口之间。在发动机的运转期间，当活塞最靠近彼此时，燃料通过燃料喷射端口146被喷射到其内的燃烧室被限定在中间部分134中，在活塞的相邻端部表面之间。
汽缸的中间部分134包含汽缸的燃烧区域。冷却管套壁140(对应于图3A和图3B中的压缩环40)被示为包围汽缸的中间部分134。冷却管套壁140与原有缸孔汽缸体一体。在被限定在冷却管套壁140与汽缸壁的中间部分之间的管套空间中的是在流动的液体冷却液中产生湍流的特征，在此处被示为圆柱形支柱。在图4A中还可见的是排气端口桥接部冷却通道169的部分。这些冷却通道169也能够通过用于通道的3-D打印的铸造芯体来制作，当产生用于原有缸孔汽缸体的模制组件时使用所述铸造芯体。
端口桥接部130将组成排气端口的开口分开，并且冷却通道169能够存在于每个端口桥接部中，在每一对相邻端口开口之间，或更不频繁地存在，例如在每一个第二端口桥接部中。另外，尽管冷却通道169被描述为是在端口桥接部中，冷却通道能够被形成为通过桥接部、在桥接部上面或上的通路，以及邻近被形成在汽缸冷却管套壁中的桥接部流体运输切口，等等。3-D打印的铸造芯体能够适应这些配置中的任一种，包括通过且邻近桥接部的通路的组合。
使用3-D打印的铸造芯体来形成汽缸120的中间部分134实现了用于围绕燃烧区域中的热点引导冷却液的精细布置的特征的形成。
在中间部分134包括具有大约1至10mm的尺寸或分开的特征的汽缸中，铸造芯体能够是在中间部分134的全部或部分中具有陶瓷材料而非沙子的铸造芯体。本文中使用的特征是所描述的汽缸和铸造芯体的结果、独特属性或方面。汽缸的中间部分134上的特征能够包括冷却特征(诸如湍流器)和用于运输冷却流体的通路(例如，管道)。
在图4B中，能够看见冷却液在发动机运转期间流过的支柱152的环形阵列、以及到经过汽缸120的排气侧上的端口桥接部的冷却通道的开口169。在发动机运转期间，冷却液围绕支柱152流动、以及通过冷却通道。在图4C中，能够独立于汽缸120看见成形支柱152的铸造芯体部分151。铸造芯体部分151被示为具有容纳燃料喷射喷嘴(例如，图4B中的燃料喷射凸台146)的两个开口147、容纳用于压缩-释放制动系统的阀或用于燃烧控制机械化的传感器的开口149、和将融化的金属成形为圆柱形支柱以产生液体冷却液沿着并且围绕汽缸120的中间部分134的湍流冷却液流动(例如，图4B中的支柱152)的开口153以及允许该芯体节段151到用于原有缸孔汽缸体的铸造芯体或铸造模具的其他部分的特征171。该铸造芯体部分或节段151能够是3-D打印的，并且可以使用陶瓷材料而非在常规铸造芯体制作中使用的相对更粗糙的沙子来制作。
原有缸孔汽缸体(parent bore cylinder block)：图5A和图5B示出了具有多个对置活塞发动机汽缸514、515、516、517以及根据图4A和图4B的冷却特征的原有缸孔汽缸体500的视图。图5A示出了原有缸孔汽缸体500的第一侧，并且图5B是反向的侧视图。原有缸孔汽缸体500包括曲轴箱部分510(支撑进气侧曲轴的曲轴箱部分的510i和支撑排气侧曲轴的曲轴箱部分510e)以及齿轮系外壳520的部分。在曲轴箱部分510i、510e之间示出的是四个汽缸514、515、516、517，每个汽缸具有包括每个对置活塞在汽缸内的上止点的中间部分570(即燃烧区域)。在图5A和图5B中示出的原有缸孔汽缸体500中还可见的是排气通风室530的部分、进气通风室540的部分、汽缸体500的进气侧上的进入冷却通道550的开口和汽缸体500的排气侧上的进入冷却通道560的开口。在运转中，为了冷却原有缸孔汽缸体500上的热点，冷却流体流过进气侧开口进入冷却通道550，到达汽缸514、515、516、517的中间部分570中的湍流器的阵列，经过或通过端口桥接部，并且通过排气侧开口560出来。
图5C-5E中示出的3-D打印的铸造芯体组件575允许四个汽缸514、515、516、517的形成，每个汽缸具有缸孔、在缸孔外部的外绕热点(例如，燃烧区域，邻近排气端口)的冷却特征、和环绕冷却特征从而允许冷却液最佳地以高效地移除热的湍流方式围绕汽缸热点流动的冷却管套。每个汽缸还具有通过3-D打印的铸造芯体形成的进气和排气端口。在一些实施方式中，用于形成原有缸孔汽缸体中的汽缸的3-D打印的芯体的使用允许端口和冷却特征的精确对准、特征尺寸控制和允许最终铸件原样的使用而无需进一步机加工的表面粗糙度。也就是说，端口开口、冷却特征和冷却流体通路能够是使用3-D打印的芯体(特别是在特征或通路的尺寸是相对精细(例如，1至10mm)的区域中具有诸如图4C中看见的一个或更多个陶瓷部分的芯体)制作的原有缸孔汽缸体中的制造特征(即被铸造成最终或接近最终形式的结构)。单一类型的金属或金属合金能够使用3-D打印的铸造芯体被铸造成多汽缸缸体。
使用单个3-D打印的芯体来产生多汽缸原有缸孔缸体的能力具有许多潜在的优点，一些在此处被进一步讨论。多汽缸原有缸孔缸体能够具有对准的空气处理和冷却液运输特征的优点。对准的特征能够包括排气和进气端口、在端口附近且之间(例如，跨端口桥接部)的冷却通道、和在每个汽缸的中间部分周围的冷却特征。使用单个3-D打印的芯体来产生汽缸体的又一优点能够包括改善的密封和更少的泄露。另外，部件壁(例如，汽缸壁、湍流特征、管道)的一致性能够使用3-D打印的铸造芯体被更好地控制。
图5C和图5D示出了用于图5A和5B的原有缸孔汽缸体500的铸造芯体组件575。图5C是示出用于原有缸孔汽缸体500中的所有四个汽缸的铸造芯体的正视图。图5D是铸造芯体组件575的侧视图。铸造芯体组件575包括汽缸体的进气侧577i和排气侧577e的曲轴箱部分芯体、汽缸筒(例如，汽缸孔)芯体578、用于汽缸体的进气和排气侧两者上的油腔579的芯体、和用于冷却组件580的芯体。冷却组件芯体580包括排气侧冷却通道583、进气侧冷却通道584、和用于环绕每个汽缸的中间部分的冷却特征585的芯体。在冷却特征芯体585中的是用于燃料喷射器586的每个湍流器阵列中的开口、以及用于压缩制动阀、压力传感器等等的另外的开口587。在图5C和图5D中还示出了用于进气通气室590和排气通气室592的芯体。
图5E是图5C和图5D中示出的铸造芯体组件575的分解视图。除了用于曲轴箱部分577i、577e和汽缸筒578的芯体之外，能够在图5E中能够更完整地看见用于油腔579、进气通气室590和冷却组件580的芯体。另外，示出了用于排气端口596和用于进气端口597的芯体。如图5C和图5D中，冷却组件580包括排气侧冷却通道583、进气侧冷却通道584和形成每个汽缸的中间部分上的湍流诱导特征的芯体。图5E示出了具有冷却组件580的排气通气室芯体592。
图5F示出了用于图5A和图5B中示出的原有缸孔汽缸体的冷却特征的铸造芯体。在图5F中还示出了排气通气室芯体593和排气端口芯体596。在排气通气室芯体593下方的是用于每个汽缸的中间部分的芯体部分585。这些芯体部分585包括用于形成阵列中的圆柱形湍流器588的孔和用于燃料喷射器586的湍流器阵列中的间隙。图5F中示出的铸造芯体能够与铸造或模制组件的外部分一起形成具有湍流器的冷却管套，所述湍流器在冷却管套的外壁与汽缸的中间部分中的汽缸的外表面之间。如上面讨论的，图5F中的铸造芯体的特征(例如，形成湍流器的独特的结构、孔或孔口，形成管道、通道、接头的管或槽)能够使用陶瓷、沙子或陶瓷材料和沙子两者的组合的3-D打印来制作，以实现所需的尺寸和表面条件。
遍及该说明书描述的特征是为原有缸孔汽缸体或铸造芯体的显著或独特的属性或方面的结构。这些特征可以根据其尺寸、目的、位置或制作的模式(即，3-D打印、铸造、机加工)来指定。铸造芯体的特征被用来在铸造金属产品中产生互补的特征，并且因此铸造金属产品(例如，汽缸体)中的成行特征之间的具有精细间距的小特征需要具有小的互补特征的铸造芯体，包括制作支柱或柱状物的孔、以及制作孔和通道的壁。尽管产生湍流的冷却特征在本文中被描述为圆柱形支柱，但是冷却特征能够包括来自汽缸的外壁的支柱、壁、脊状物、肋和其他突出部中的任一个。冷却特征能够被配置为产生用于冷却流体的冷却液流动路径。冷却特征的形状能够改变，包括是形状的组合。可以被用于冷却特征的一些形状包括圆柱形支柱、具有以下横截面中的任一个的支柱：卵形、椭圆形、新月形、三角形、四叶形、平行四边形、正方形、矩形、不等边四边形、不规则四边形、梯形、风筝形、菱形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形或复合形状(即，两个或更多个简单形状被组合的复合形状)。另外，冷却液流动路径可以包含除了湍流流动路径之外的其他配置。例如，代替支柱，脊状物或岛状物可以被形成为限定细长、盘旋、螺旋、波浪形或线性流动路径。如上面描述的用于原有缸孔汽缸体的3-D打印的铸造芯体(包括具有陶瓷芯体部分的那些)的使用允许冷却特征之间的更精细间距。在一些实施方式中，冷却特征之间的间距能够是在1.5mm至10.0mm之间，诸如大约5mm。本文中描述的原有缸孔汽缸体能够具有所有毛胚铸件特征，或它能够包括毛胚铸件特征和机加工特征，特别是在汽缸孔中和周围。
在图6中示出了用于制作用于对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体的示例性方法600。最初，在该方法中，产生用于对置活塞发动机的原有缸孔汽缸体的3-D打印的铸造芯体，如605中。铸造芯体能够如上面讨论的那样使用用于铸造芯体的3-D打印的沙子、陶瓷或沙子部分和陶瓷部分的组合来制作。3-D打印的芯体能够与用于浇道、冒口和浇口、以及上下砂型的芯体组装在一起，以形成模制组件，如610中。融化的金属被倒入模制组件并且被铸造成原有缸孔汽缸体，如615中。一旦金属原有缸孔汽缸体准备好，铸造芯体和其他模具材料就能够被移除，如620中。铸造芯体和其他模具材料的移除能够包括使用浸析溶液来溶解陶瓷材料、以及冲走沙子芯体部分。飞边、浇道和冒口能够在移除铸造芯体和模具之后被机加工离开最终铸造零件，如625中。
在本文中未看见或描述将会被包括在原有缸孔汽缸体中的许多其他特征。此类特征通常包括但不限于用于遍及缸体本身运输流体(诸如润滑液和冷却液)的各种内部通道、钻孔、通路等等。此类特征是设计选择的问题，并不是本公开的一部分。
明显地，在对置活塞发动机的汽缸体具有包含缸套或套筒的汽缸(即，“缸套式”或“套筒式”汽缸体)的实例中，具有图4A和4B中示出的特征的汽缸套能够从包括3-D打印的铸造芯体的模具被铸造为当金属件。单件式或整体式汽缸套能够优于需要更少的接合和连接零件(例如，O形环)，单件式、一体式或整体式原有缸孔汽缸体能够优于由被配合在一起的许多件制作的缸套。相比于不能产生期望的湍流器(例如，湍流流动产生特征)的常规铸造技术，产生3-D打印的铸造芯体(特别是在一些部分中使用陶瓷的铸造芯体)能够允许需要的特征尺寸和纹理。
尽管本文中描述的原有缸孔汽缸体在上面被描述为具有一个或更多个汽缸，但是应当意识到原有缸孔汽缸体能够被进行用于少至一个汽缸、以及用于两个或更多个汽缸(优选地三个汽缸)。另外，在本公开中，发动机缸体是发动机的包括原有缸孔汽缸体的部件，并且能够进一步包括其他部件。熟练的实践者将会领会涉及铸造原有缸孔汽缸体的原有缸孔汽缸体或方法的描述如何也能够被应用于发动机缸体。本领域技术人员应意识到在该说明书中阐述的特定实施例仅仅是图示性的，并且各种修改是可能的，并且可以在不脱离该说明书的范围的情况下进行。

Claims (20)

1.一种对置活塞内燃发动机的原有缸孔汽缸体，包含：
汽缸，所述汽缸包括具有缸孔表面和纵向轴线的汽缸孔；
燃烧区域，所述燃烧区域在沿着所述汽缸孔的所述纵向轴线的所述汽缸的中间部分中；以及
冷却管套部分，所述冷却管套部分在所述汽缸的外侧部分上环绕所述燃烧区域，所述冷却管套包围冷却特征；
其中所述原有缸孔汽缸体使用至少一个打印的芯体由单一类型的金属或金属合金铸造而成以限定所述冷却特征。
2.根据权利要求1所述的原有缸孔汽缸体，进一步包含纵向分开的进气端口和排气端口，每个端口包含：
在所述原有缸孔汽缸体中的一系列相邻端口开口，所述一系列相邻端口开口沿着所述汽缸的相应圆周被布置在所述发动机的相应通气室中；以及
在每一对相邻端口开口之间的端口桥接部。
3.根据权利要求2所述的原有缸孔汽缸体，进一步包含用于引导冷却液通过所述排气端口的至少一个端口桥接部的冷却通路。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的原有缸孔汽缸体，其中所述原有缸孔汽缸体由单个金属铸件制作。
5.根据权利要求4所述的原有缸孔汽缸体，其中所述端口开口是所述原有缸孔汽缸体中的铸造特征。
6.根据权利要求1所述的原有缸孔汽缸体，其中所述冷却特征包含来自所述汽缸的外壁的支柱、壁、脊状物、肋和其他突出部中的任一个，所述冷却特征被配置为产生用于冷却流体的冷却液流动路径。
7.根据权利要求6所述的原有缸孔汽缸体，其中所述冷却特征包括大约5mm的间距。
8.根据权利要求1所述的原有缸孔汽缸体，其中所述汽缸孔包含一个或更多个机加工特征。
9.根据权利要求2所述的原有缸孔汽缸体，其中所述排气通风室是所有所述排气端口开口从所述汽缸的内部通向的排气通气室腔室。
10.一种对置活塞发动机，包含：
汽缸体；
所述汽缸体包含：
至少一个汽缸，所述至少一个汽缸具有汽缸孔、缸孔表面和纵向轴线；
燃烧区域，所述燃烧区域沿着所述汽缸孔的所述纵向轴线、在所述至少一个汽缸的中间部分中；
冷却管套，所述冷却管套在所述汽缸的外侧部分上环绕所述燃烧区域，所述套筒包围冷却液流动路径；以及
在所述至少一个汽缸中的纵向分开的进气端口和排气端口，每个端口包含在所述汽缸体中的从所述汽缸孔分别到进气通风室和到排气通风室的一系列圆周间隔开的相邻端口开口和在每一对相邻端口开口之间的端口桥接部，
其中所述汽缸体使用至少一个打印的芯体由单一类型的金属或金属合金铸造而成以限定所述冷却液流动路径。
11.根据权利要求10所述的对置活塞发动机，其中每一对对置活塞被配置为跨所述端口移动并且打开和关闭所述端口，进一步地其中当所述活塞接近相应的上止点位置时，燃烧室被限定在所述活塞的端部表面之间的所述燃烧区域中。
12.一种制作对置活塞发动机的汽缸体的方法，所述方法包含：
制作用于具有至少一个汽缸的汽缸体的打印的铸造芯体，所述汽缸具有缸孔，所述汽缸被配置为接收被对置地设置在所述缸孔中的一对活塞；
使用所述打印的铸造芯体产生用于所述汽缸体的模制组件；
使用所述模制组件将金属铸造成所述汽缸体；以及
移除所述模制组件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述汽缸包含沿着所述汽缸的纵向轴线被分开的进气端口和排气端口，每个端口包含在所述汽缸体中的从所述汽缸孔分别到所述发动机的进气通风室和到所述发动机的排气通风室的一系列圆周间隔开的相邻端口开口和在每一对相邻端口开口之间的端口桥接部。
14.根据权利要求12所述的方法，其中制作铸造芯体包含使用3-D打印技术。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述模制组件包含陶瓷芯体部分和一个或更多个沙子芯体部件。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步地其中移除所述模制组件包含使用腐蚀剂或酸来溶解所述陶瓷芯体部分。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述铸造芯体的所述陶瓷芯体部分包含在所述汽缸的中间部分附近的形成所述金属汽缸体的冷却通道的特征。
18.一种用于对置活塞内燃发动机的汽缸体，包含：
至少一个汽缸，所述至少一个汽缸包括具有缸孔表面和纵向轴线的汽缸孔；
燃烧区域，所述燃烧区域沿着所述汽缸孔的所述纵向轴线、在所述至少一个汽缸中的每一个的中间部分中；以及
冷却管套，所述冷却管套在所述至少一个汽缸的外侧部分上环绕所述燃烧区域，其中所述冷却管套包围包括一系列湍流器的冷却特征，其中所述冷却管套和冷却特征是所述汽缸体中的一体的铸造特征，并且所述汽缸体使用3-D打印的芯体被制作。
19.一种用于对置活塞内燃发动机的汽缸，包含：
汽缸孔，所述汽缸孔具有缸孔表面和纵向轴线；
燃烧区域，所述燃烧区域沿着所述汽缸孔的所述纵向轴线、在所述汽缸的中间部分中；以及
冷却管套，所述冷却管套在所述汽缸的外侧部分上环绕所述燃烧区域，所述冷却管套包围冷却特征，其中所述冷却管套和冷却特征是与所述汽缸一体的铸造特征，并且所述冷却管套中的所述冷却特征使用3-D打印的芯体被制作。
20.一种用于对置活塞内燃发动机的原有缸孔汽缸体的铸造芯体，所述原有缸孔汽缸体包括至少一个汽缸、燃烧区域和冷却管套，所述至少一个汽缸包括具有缸孔表面和纵向轴线的汽缸孔，所述燃烧区域沿着所述汽缸孔的所述纵向轴线在所述至少一个汽缸中的每一个的中间部分中，所述冷却管套在所述至少一个汽缸的外侧部分上环绕所述燃烧区域，所述铸造芯体包含：
至少一个沙子部分；以及
至少一个陶瓷部分，所述至少一个陶瓷部分被配置为在所述燃烧区域中的所述至少一个汽缸的外部分上产生被所述冷却管套包围的冷却特征，
其中所述铸造芯体通过3-D打印来形成。
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