CN1637259A - 发动机气缸套结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机气缸套结构，其中气缸套(1)被铸进气缸体(3)中，该气缸套包括管状部(12)和在该管状部(12)的外表面上一体形成的大量尖突(13)，该发动机气缸套结构特征在于，在管状部(12)的面对气缸盖(4)的端部m，通过以锥形方式对该端部及位于此处的尖突(13)一起进行斜切，形成斜切部fc。

Description

发动机气缸套结构

技术领域

本发明涉及一种气缸套铸进气缸体中的发动机气缸套结构，尤其涉及一种在气缸套外表面形成有突起以加强气缸套对气缸体的附着性能的发动机气缸套结构。

背景技术

已采用的许多发动机中，为减轻重量，气缸体主体由铝合金制成。顺便说一下，对于这种铝合金制成的气缸体，为了增加对活塞的耐磨性，在很多情况下，在制造气缸体主体的过程中，将各个铸铁或合金钢的气缸套整体铸进气缸体。在这种情况下，气缸套被铸入或压入气缸体中。JP-UM-A-3-89955中披露了这种压入方法的一个实例。

顺便说一下，在采用铸造方法生产气缸体中铸入有气缸套的发动机的情况下，当将由不同的材料制成的气缸套铸进气缸体时，由于在生产气缸体主体时很难使气缸体与气缸套完全附着，因此随着时间推移，气缸体和气缸套之间会产生微小间隙，导致气缸套的圆形精度降低和冷却效果下降的问题。

例如，在JP-A-2002-97998中披露的气缸体中，通过将气缸套铸进气缸体来努力确保气缸套对气缸体的附着性能，其中每个气缸套的外表面上形成有大量的尖突或者尖刺。注意，在该气缸体中，相邻气缸套之间的尖突被去除以防止在该相邻气缸套之间正对的间隙处形成铸造缺陷，从而防止刚性的降低。

顺便说一下，气缸盖通过垫片叠置在气缸体上面，气缸盖和气缸体二者用螺栓紧固在一起。这时，在如图6A所示的气缸体100中，较大的紧固载荷W通过垫片130沿压紧接触方向作用到内部装配有活塞的气缸套110的朝向气缸盖120的上端面fh上。在这种情况下，虽然铸造部140中浇铸有带尖突的气缸套110可以起到确保铸造部140和气缸套110之间的附着性能的作用，但是随着时间的推移，由于所施加的紧固载荷W以及通过气缸盖120所受到的气体压力波动，气缸体100侧的铸造部140和气缸套110之间的接合部b可能会产生缝隙，随着在接合部b产生裂纹，在垫片130上容易产生与裂纹产生有关的损伤部C。而且，由于应力集中，在气缸套110的面对气缸盖120的端部附近形成的针状突起180的末端容易产生裂纹170，这容易导致面向气缸套110的端部所产生的裂纹的垫片130的部分中产生损伤部C，导致了容易发生密封性能降低的问题。

发明内容

如图6B所示，气缸体100b具有连接铸造部140b的主要部分和延伸部141的颈部n，并且其中铸入了带有针状突起180的带尖突的缸套110b，这种气缸体虽然可以解决小的位移。但是由于应力集中，在气缸套110b的面对气缸盖120的端部附近形成的针状突起180末端有可能存在产生裂缝170的趋向。如果在颈部n中产生了裂缝170，就会形成图6B中所示的气体逃逸路径rg，由于这会导致密封性能降低，因此希望确保阻止裂缝170产生。

本发明基于该问题被提出，本发明的首要目的是提供一种发动机气缸套结构，其能抑制在位于气缸体的铸造部和带尖突的气缸套之间的接合部的端部附近产生裂缝，从而防止燃烧气体密封性能的降低。本发明的第二个目的是提供一种发动机气缸套结构，其中铸入了带有突起的气缸套，同时从气缸盖侧用环形延伸部覆盖在气缸套的面对气缸盖的端部。当被用于气缸体时，这种气缸套结构能确保抑制在位于气缸体主体侧的延伸部附近产生裂缝，从而可以防止由于气缸垫片的损坏而导致的密封性能方面的降低。

根据本发明的第一个方面，提供了一种发动机气缸套结构，其中气缸套被铸进气缸体中，气缸套包括管状部和在该管状部的外表面上一体形成的多个尖突，其特征在于，在管状部的面对气缸盖的端部，通过对该端部及位于此处的尖突一起进行斜切形成斜切部。

根据本发明的第二个方面，提供了一种发动机气缸套结构，其中气缸套被铸进气缸体中，该气缸套具有管状部和在该管状部的外表面上一体形成的多个尖突，该气缸套被铸造成从气缸盖侧通过气缸体侧上的环形延伸部对气缸套的面对气缸盖的端部进行覆盖，其中气缸盖适于紧固到气缸体上，该发动机气缸套结构特征在于，在管状部的面对气缸盖的端部，通过对该端部及位于此处的尖突一起进行斜切形成斜切部。

根据本发明的第三个方面，提供了根据本发明的第一或第二个方面所述的一种发动机气缸套结构，其特征在于，斜切部相对于气缸中心线的倾斜角度设置为大约12度到30度。

根据本发明的第四个方面，提供了根据本发明的第一、第二或第三个方面所述的一种发动机气缸套结构，其特征在于，斜切部和面对气缸盖的管状部的端面之间的部分形成圆弧状。

根据本发明的第一个方面，由于斜切部形成于管状部的位于气缸体和气缸套之间的接合部的端部附近(即位于气缸盖侧)的端部，通过以锥形方式对该端部及位于此处的尖突一起进行斜切而形成，因此位于接合部的该端部附近的尖突可以去除，从而可以抑制裂缝从该尖突处产生，从而可以阻止由于在其它情形下可能产生的裂纹而对气缸垫片发生的损伤，因此可以确保防止气缸体和气缸盖之间的密封性能降低。

根据本发明的第二个方面，由于斜切部形成于管状部的位于气缸体和气缸套之间的接合部的端部附近(即位于气缸盖侧)的端部，通过以锥形方式对该端部及位于此处的尖突一起进行斜切而形成，因此位于延伸部附近的尖突可以去除，该延伸部覆盖气缸套的面对气缸盖的端部，从而可以抑制裂缝从位于延伸部附近的尖突处产生，从而可以阻止由于在其它情形下可能产生的裂纹而对气缸垫片发生的损伤，因此可以确保防止气缸体和气缸盖之间的密封性能降低。

根据本发明的第三个方面，由于在管状部的端部形成的斜切部的倾斜角度设置在大约12度到30度，所以当紧固载荷(其随着气体压力变化而发生增大或减小变动)通过延伸部作用到斜切部时，紧固载荷沿气缸径向的分量受到限制，进而抑制了管状部的接合部的端部相对气缸体向气缸内部的倾斜位移，而且，由于尖突是在斜切部的切割处沿所在范围内被切割的，该切割处沿气缸轴向不太大，因此可以防止管状部和气缸体之间的附着性能的降低。

根据本发明的第四个方面，由于斜切部和管状部的面对气缸盖的端面形成圆弧，以消除所有的棱边形状，因而可以确保防止在圆弧状的交接部R附近的延伸部上产生裂纹，特别是，除了在管状部的面对气缸盖的端部通过对该端部及位于此处的尖突进行切割形成斜切部所具有的优点以外，还能更加确保防止在管状部和气缸体之间的接合端部附近产生裂缝。

附图说明

图1所示为应用了作为本发明的实施例的发动机气缸套结构的发动机的整体结构示意图；

图2所示为图1所示的发动机气缸套结构中的缸套上部主要部分的放大剖切截面图；

图3A和3B所示为图1所示发动机气缸套结构中的气缸套与铸造部的接合端部，其中图3A是剖切部分的放大说明图，图3B是剖切部的负载效应说明图；

图4为图1中所示发动机气缸套结构中的缸套上部主要部分的放大剖切截面图，示出了气缸体主体的剖切平面图；

图5A和5B为示出了本发明另一实施例的发动机气缸套结构中的气缸套和铸造部的接合端部的主要部分的放大剖切截面图，其中图5A示出了第一改进实例，图5B示出了第二改进实例；以及

图6A和6B为示出了传统发动机气缸套结构中的气缸套和铸造部的接合端部的主要部分的放大剖切截面图，其中图6A示出了第一传统实例，图6B示出了第二传统实例。

具体实施方式

图1中示出了汽油发动机(此后称作发动机)2，其采用的气缸体上应用了图1所示的作为本发明实施例的发动机气缸套结构。

发动机2的机身包括其中铸入有气缸套1的气缸体3、按顺序依次连接到气缸体3上侧的气缸盖4和缸盖罩(未示出)，以及整体连接到气缸体3下侧的油底壳6。发动机2是多缸发动机，具有多个相同结构的气缸S，活塞7以垂直滑动的方式设置在每个气缸S中，燃烧室由气缸套1、活塞7、以及气缸盖4的下表面限定形成，其容积可以改变。

气缸体3和设置在该气缸体3上侧的气缸盖4之间设置有垫片5，气缸体3和气缸盖4通过缸盖紧固螺栓(未示出)牢牢地整体紧固在一起，垫片5保持在它们之间。燃油供应系统、进气及排气系统以及气门驱动系统或气门机构(均未示出)设置在气缸盖4上，藉此可以实现控制供应到每个气缸的燃烧室C中的燃油流量、吸入燃烧室C中的吸入气体、以及从燃烧室C中排出的废气。

在应用了根据本发明的发动机气缸套结构的气缸体3中，多个气缸S沿该组气缸的纵向X(参照图4)设置成一条直线，该纵向为从图1中所看到的图面的垂直方向，水套9以围绕气缸S外周缘的形式形成，外壁部分15环绕在如此形成的水套9的外周缘周围。另外，在气缸体3沿外壁部分15的纵向X的端部形成有连通口16(参照图4)，从而从水泵(未示出)来的冷却液可以流入其中，进而可以进一步流入气缸盖4中所形成的水套中(未示出)。注意，图4中示出的标号18表示通孔，缸盖螺栓(未示出)穿过该通孔将气缸盖4固定到气缸体3上。

气缸体3采用高压压铸法制成，在该方法中，熔化的铝合金在高压下浇铸到模型中，使气缸体主体8、铸入气缸体主体8中的多个气缸套1、环绕各个气缸S外周缘部分的水套9、围绕水套9外周缘的外壁部分15和构成气缸体主体8下部的曲轴箱19铸造在一起。

气缸体3中的每个气缸S均由气缸套1和气缸体主体8侧的铸造部11构成，气缸套1的外表面整体铸入该铸造部。这里，气缸套1外表面整个区域被铸造部11围铸，而气缸套1和铸造部11之间的接合部的端部m，其位于沿垂直方向Y(形成气缸轴线L)的上端并朝向气缸盖4，被一个延伸部14覆盖，该延伸部14经由颈部n从铸造部11延伸。

从铸造部11上端向气缸轴线L延伸的延伸部14从缸盖侧覆盖在接合端部m上，该接合端部从气缸盖4侧以环形方式构成管状部12的上端。铸造部11和延伸部14的上壁面fb均位于气缸体3侧，形成为位于同一平面上，并且通过延伸宽度d(参照图2)，沿垂直方向Y(该垂直方向构成气缸的轴线L的方向)相对于接合端部m突出，从而形成了铸造部11、外壁部分15以及延伸部14的上壁面fb，使得气缸盖4通过垫片5与上壁面fb压紧接触。由于延伸部14的存在，可以防止气缸套1的面对气缸盖4的接合端部m附近与铸造部11之间的接合面F面对垫片5，从而可以避免由于二者的相对位移而损伤颈部。

气缸套1包含铸铁，并铸造成气缸套，特别是铸造成带有尖突的气缸套，这种气缸套包括管状部12和大量尖突13，这些尖突设置在管状部12的外表面上并从该外表面上突伸出来形成突起，从而使气缸套1(其为带有尖突的缸套)对铸造部11的附着性能得到保证。如图2、图3A中所示，每个尖突13都具有相同的形状，并构成多突起散布的支撑体，其突伸宽度为h，并且沿垂直方向Y的近端宽度为d，每个尖突都包括较大的突伸部p1和位于该较大的突伸部p1周围的多个较小的突伸部p2。每个尖突13通过形成各个突起部分p1、p2尽量增加其表面积，从而充分增加与熔化铝合金的接触面积，该熔化铝合金构成气缸体3侧的铸造部11，这样，该铸造部11就与这种形状的尖突13接合，藉此确保尖突13对铸造部11的附着性能。

在气缸套1的接合端部m处对气缸套1进行倒角，形成一个锥形切割面fc，该接合端部为气缸套沿垂直方向面对气缸盖4的上端部，位于该接合端部m处的尖突13(在图3A中用双点划线表示)形成部分接合面F。确切来说，如图2、图3A所示，锥形切割面fc相对气缸中心线L的倾斜角度α设定为15度。而且，从接合端部m朝向气缸轴线L的方向，使用诸如端铣刀等对锥形切割面fc进行切割，形成切割宽度B，从而形成环形锥面(圆锥面)。另外，在朝向上方的表面fh上沿气缸径向形成的锥形切割面(倒角面)切割位置，其面对接合端部m，切割形成比尖突13的突伸宽度h更宽的宽度D，从而可以确保朝向上方的表面fh在接合端部m处的宽度i处于预定的宽度内，这样，管状部12也可以适当的方式承受部分紧固载荷W。

相反，如果沿垂直方向Y的切割宽度B太大，气缸体3侧的铸造部11与气缸套1的接合端部m附近之间的附着性能就会降低，反之如果切割宽度B太小，尖突13的突伸端就太靠近延伸部14的颈部，这样会使抑制裂缝产生的作用变差。由于这一点，虽然切割宽度B是根据气缸套1的不同通过实验来设定的，但一般地，切割宽度B被设定在一个数值范围内，该数值范围为从管状部12的厚度A和尖突13突起宽度h二者之和到差不多2倍大于该和。

而且，虽然锥形切割面fc的倾斜角度设定在15度，但该值在15度±3度的范围内都是可以的。在情况允许时，倾斜角度可以在12度到30度的范围内，原因如下。

紧固载荷W从延伸部作用到锥形切割面fc以及挨着该锥形切割面fc的管状部12的接合端部m的上表面fh。如图3B中所示，作用到锥形切割面fc上的紧固载荷W产生一个沿气缸径向的分量ws。假设紧固载荷W不变，沿气缸径向的分量ws的值在锥形切割面fc的倾斜角度为45度时达到最大分量ws1(图3B中由双点划线示出)，当倾斜角度比产生最大值的角度大或小时分量ws减小。

这里，在倾斜角度为45度时施加紧固载荷W的情况下，沿气缸径向的分量ws较大，容易使管状部12的接合端部m向气缸轴线L倾斜移动，因此铸造部11的上端和延伸部14之间发生相对位移的可能性增加。

相反，如果倾斜角度小于45度，沿气缸径向的分量ws就变得相对较小，可抑制管状部12的接合端部m向气缸轴线L倾斜移动。如果倾斜角度太小，或者举例来说，如果倾斜角度设定为小于12度，接合端部m的切割宽度B就变得非常大，此时，气缸体3侧的铸造部11和气缸套1的接合端部m附近之间的附着性能就会降低。

相反，如果倾斜角度变得过大(例如80度)，接合端部m的切割宽度B就会变得非常小，此时，尖突13的突伸端就太靠近铸造部11的主体及从该主体延续的延伸部14的颈部n，这样就使防止裂缝产生的作用变差。因此，倾斜角度要求在15度±3度的范围内，当倾斜角度在12度到30度的范围时，就可以避免尖突13的突伸端靠近颈部n，由此消除了由于切割尖突13的切割宽度B增加过大，使得铸造部11对气缸套1的接合端部m的附着性能恶化的危险。

而且，在气缸套1的管状部12的接合端部m中，锥形切割面fc和挨着锥形切割面fc且面对气缸盖的朝向上方的表面fh之间的交接部R形成圆弧状或以r为半径倒圆角。通过对交接部R以r为半径倒圆角，延伸部14的面向交接部R的颈部n上的应力可以被尽量分散，从而也抑制了在颈部n附近产生裂缝。这样，管状部12的接合端部m和位于接合端部m上的尖突13通过锥形切割面fc被斜切，并且除此之外，又将锥形切割面fc和导向面fh之间的交接部R倒成圆角，藉此，可以进一步确保防止在接合端部m附近的颈部n上产生裂缝。

在采用了本发明的气缸体3的发动机2中，气缸盖4和气缸体3之间置入垫片5后通过缸盖螺栓紧固在一起，从而，气缸盖4和气缸体3之间的接合表面的气密性通过加载到接合表面的预紧载荷W来确保。当发动机2运行时，燃烧室C中的燃烧压力以间歇的方式变化，与该变化相关联，紧固载荷W也增大和减小，这样，位于气缸体3的上壁侧附近的外壁部分15、铸造部11以及延伸部14的上壁面fb与气缸盖4之间的压紧接触状态通过垫片5变化。此时，来自延伸部14主体的紧固载荷W由垂直方向的管状部12的朝向上方的表面fh承受。与此不同的是，由延伸部14的颈部n承载的紧固载荷W作用到图3B中所示的锥形切割面fc上，紧固载荷沿气缸径向的分量ws将管状部12的接合端部m压向气缸轴线L，从而产生位移V。然而，由于铸造部11和构成管状部12外表面的尖突13之间的接合性能在管状部12的接合端部m的切割宽度B下方的区域较强，因此，可确保接合端部m侧具有足够的刚度，从而可以抑制位移V。

此外，由于铸造部11和构成管状部12外表面的尖突13之间的接合性较强，因此，可消除铸造部11和尖突13之间的相对位移，并且也可以消除接合端部m的上端与位于其上的铸造部11和颈部n之间的相对位移。特别地，由于从颈部n附近在切割宽度B范围内将位于铸造部11中的尖突13去除，因此可以避免由于应力集中而在尖突13的末端产生裂纹(参照图6B中的标号170)，而且，通过对交接部R以r为半径倒圆角，还可进一步确保防止产生裂缝(参照图6B中的标号170)。

因此，在应用了本发明的气缸套结构的气缸体3的气缸S中，铸造部11和在其外表面具有尖突13的气缸套1彼此可以牢牢地附着，并且，在铸造部11上通过颈部n设置有延伸部14，由此可以防止垫片5直接面对接合面F，因此确保防止气缸体3和气缸盖4之间的密封性能的降低。

此外，特别地，在切割宽度B范围内以倾斜角度形成锥形切割面fc从而去除尖突13，并对位于锥形切割面fc和上表面fh之间的交接部R倒圆角，藉此，可以确保在紧固载荷W施加到气缸盖4侧的情况下防止颈部n附近产生裂缝，从而可以防止在其它形式下会发生的产生的裂缝到达铸造部11的上壁面fb和延伸部之间而导致的密封性能的降低。因此，通过该结构，还可以确保防止气缸体3和气缸盖4之间的密封性能的降低。

虽然在图1所示的气缸体3中，在铸造部11上经由颈部n设置了延伸部14，但是，也可以不采用这种结构，如图5A所示，本发明可以应用在气缸体3上，该气缸体的铸造部11中去除了延伸部14。

在这种情况下，锥形切割面fc形成于气缸套1a的接合端部m，接合端部m上铸有位于铸造部11a上端部的内延伸部111。藉此，铸造部11a的主体、内延伸部111以及接合端部m通过垫片5与气缸盖4的下壁面压紧接触。而且，在这里，如参照图3A所描述的，锥形切割面fc以倾斜角度(15度)在切割宽度B(＞h+A)的范围内形成，位于接合端部m处的朝向上方的表面fh在宽度i的范围内形成。在这种情况下，紧固载荷W作用到铸造部11a的主体、内延伸部111以及接合端部m上，接合端部m以与紧固载荷W垂直相交的形式承载该紧固载荷W。与此不同的是，虽然由内延伸部111承载的紧固载荷W作用到锥形切割面fc上，但在这种情况下，铸造部11a和构成管状部12a外表面的尖突13之间的接合性能在管状部12a中位于切割宽度B下方的区域仍然较强，可充分确保接合端部m侧的结构的刚性，从而可以抑制位移V。

因此，如图1中示出的气缸S，以及图5A所示的气缸体3a中的气缸Sa，铸造部11a和具有尖突13的气缸套1a彼此牢牢附着从而可以防止损坏垫片5，特别地，通过从内延伸部111附近去除突13，在切割宽度B范围内以一个倾斜角度形成锥形切割面fc，在紧固载荷W从气缸盖4侧施加的情况下，可以确保防止从内延伸部111附近的尖突13处产生裂缝(参照图6B中的标号170)，并且可以防止这种裂缝产生时对垫片5的损害。藉此，可以确保防止气缸体3a和气缸盖4之间的密封性能降低。

虽然在图5A所示的气缸体3a中，锥形切割面fc在气缸套1a接合端部m的上端连续形成，但是也可如图5B中所示，气缸体3b可以在锥形切割面fc的上端侧形成倒圆的台阶部121，然后铸入到铸造部11b中。

在这种情况下，在气缸套1b的接合端部m中，在切割宽度B的范围内形成锥形切割面fc、倒圆的台阶部121以及管状端部122，并且接合端部m被铸入位于铸造部11b的上端的内延伸部112，从而，铸造部11b的主体，内延伸部112以及接合端部m通过垫片5与气缸盖4的下壁面的压紧接触。而且，在这里，参照图3A所描述的，锥形切割面fc以倾斜角度(15度)在切割宽度B(＞h+A)范围内形成，并且，特别地，位于接合端部m处的朝向上方的表面fh由管状端部122在宽度j的范围内形成。

利用这种气缸体3b，可以获得与图5A所示的气缸体3a基本相同的功能和优点。特别是，在接合端部m处的朝向上方的表面fh的宽度j减小并采用具有护孔环的垫片5a的情况下，使强度较大的护孔环501面对内延伸部112和管状端部122之间的接合面的上端，从而可以防止对相同部位的破坏。

虽然如以上所描述的，该发动机气缸套结构中的气缸体描述为使用高压压铸法将气缸套铸入其中，但是本发明也能以相似的方式用于采用重力铸造法将气缸套铸入其中的发动机气缸体中。

Claims (4)

1.一种发动机气缸套结构，其中，气缸套被铸进气缸体中，所述气缸套包括管状部和在所述管状部的外表面上一体形成的多个尖突，所述发动机气缸套结构特征在于：

在所述管状部的面对气缸盖的端部，通过对所述端部及位于此处的尖突一起进行斜切形成斜切部。

2.一种发动机气缸套结构，其中气缸套被铸进气缸体中，所述气缸套包括管状部和在所述管状部的外表面上一体形成的多个尖突，所述气缸套被铸造成从气缸盖侧通过所述气缸体侧上的环形延伸部对所述气缸套的面对所述气缸盖的端部进行覆盖，其中所述气缸盖被紧固到所述气缸体上，所述发动机气缸套结构特征在于：

在所述管状部的面对气缸盖的端部，通过对所述端部及位于此处的尖突一起进行斜切形成斜切部。

3.根据权利要求1或2所述的发动机气缸套结构，其特征在于所述斜切部相对于气缸中心线的倾斜角度设置为大约12度到30度。

4.根据权利要求1、2或3所述的发动机气缸套结构，其特征在于所述斜切部和面对所述气缸盖的所述管状部的端面之间的部分形成圆弧状。

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