专利名称：气缸体,气缸盖和发动机主体的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机的气缸体、气缸盖和发动机主体。
背景技术：
在汽油机或柴油机或其类似物的气缸体内，围绕气缸形成用于流通冷却剂的水套。作为围绕气缸形成有水套的气缸体结构的一个示例，日本专利公开文献特开平No.5-296103(第2-3页，图1)公开了一种发动机，其中，气缸壁和水套壁一体形成，然后树脂外壳安装到该水套壁上。
同时，日本实用新型公开文献SHO 63-98465(第6-7页，图1)公开了一种发动机，其中，水套形成板环绕其内气缸体和气缸盖一体形成的气缸单体，并通过焊接从外部固定。
此外，日本实用新型公开文献SHO 61-76149(第3-4页，图2)公开了一种气缸体，其中，缸套的端部具有独特形状，且FRP(纤维增强塑料)套外壁部在压力下被固定在缸套部的端部与曲轴轴承部之间。
然而根据日本专利公开文献特开平No.5-296103所公开的技术，当在铸造过程中将水套模制(成型)在气缸体内时，必须使得用于模制该水套的模具部分较薄。尤其，当利用冷却剂可获得足够的冷却性能而从可燃性的角度考虑不希望比所需要的更进一步冷却气缸时，或者当考虑到减小发动机的尺寸和重量时，需要模制非常薄的水套。
因此，需要使形成水套的模具部分极薄。然而，当模具的该部分较薄时，其趋向于容易磨损和损坏，从而缩短该模具的寿命。因此，考虑到这一点，需要使形成水套的模具部分较厚。然而，这样做导致模制厚或宽的水套、宽度方向的设计自由度降低、以及许多问题例如发动机的总尺寸增大以及气缸的过冷和过热。
对于日本实用新型公开文献SHO 63-98465所公开的构造，不需要提供用于形成水套的薄模具部分。而是，薄水套形成板环绕气缸单体。然而，因为水套形成板较薄，其趋向于容易变形，这可能会改变水套在气缸单体中的宽度。尤其，如上所述，当利用冷却剂可获得足够的冷却性能而从可燃性的角度考虑不希望比所需要的更进一步冷却气缸时，或者当考虑到减小发动机的尺寸和重量时，需要模制非常薄的水套。然而，采用极薄的水套，即使是微小变形也会改变冷却剂的流动、降低冷却性能并导致会降低发动机燃烧性能的局部热点及其类似物。
此外，对于日本实用新型公开文献SHO 63-98465所公开的构造，利用其内气缸体和气缸盖一体形成的气缸单体中的水套形成板且通过焊接形成水套，这样其不能应用于其内气缸体和气缸盖相分开的普通发动机。
在形成气缸盖内的水套时，也存在日本专利公开文献特开平No.5-296103和日本实用新型公开文献SHO 63-98465所公开技术的问题。对于日本实用新型公开文献SHO 61-76149所公开的技术，不需要提供用于形成水套的薄模具部分，因为分开提供了FRP套外壁部。然而，因为FRP套外壁部在压力下经由缸套部的端部固定，该缸套部容易受到使孔形状发生变形的压力。因此，若使缸套部较薄以减小发动机的尺寸和重量，孔容易变形这个事实会阻碍减小该发动机的尺寸和重量。
发明内容
因此，考虑到前述问题，本发明提供一种发动机的气缸体、气缸盖和发动机主体，其中该气缸体和该气缸盖分开模制，这可通过增大水套形成部分的设计自由度来帮助减小发动机的尺寸和重量。
本发明的第一方面涉及一种气缸体，在该气缸体中围绕气缸形成有水套，该气缸体与分开的气缸盖相组合形成发动机主体，该气缸体包括i)具有安装面且限定水套的气缸侧的主体气缸体，和ii)作为限定水套的与该气缸侧相对的一侧的气缸体部而与该主体气缸体分开地模制而成的外部气缸体，该外部气缸体设置在一预定位置以位于主体气缸体的安装面上，以便与该主体气缸体一起限定水套，当该外部气缸体设置在所述预定位置时，该外部气缸体被固定就位同时被压在气缸盖与主体气缸体之间。
根据本发明的第一方面，气缸体是这样的，即，主体气缸体和外部气缸体分开模制且在组装时将水套夹在它们之间。因此，在模制每个气缸体部时，尤其在通过铸造模制气缸体部时，不需要使得用以模制水套的模具部分较薄。即，用于主体气缸体的模具仅需要模制水套的内侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套的实际宽度。
同样，对于外部气缸体侧，在铸造时，模具仅需要模制水套的外侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套的实际宽度。因为外部气缸体位于水套的相对于形成气缸的主体气缸体的另一侧上，外部气缸体不需要像主体气缸体那样耐热或耐磨。因此，外部气缸体不需要被铸造，这避免了与模具耐用性有关的问题。
因此，即使水套的宽度被设计得狭窄，该模具的寿命也不会缩短。此外，主体气缸体的气缸的端部承受来自气缸盖的轴向压力，然而此压力也分配给外部气缸体。结果，气缸的端部不需要具有复杂形状。并且，即使气缸的壁较薄，孔本身也不会变形。此外，因为外部气缸体被模制成气缸体部，其抵抗由外力导致的变形，这阻止内侧上的水套的冷却剂通道由于外力而发生变形。
结果，水套形成部分的设计自由度增大。因此，如上所述，可使水套和气缸部足够薄，从而有助于减小发动机的尺寸和重量。
在本发明的第一方面中，用于确定外部气缸体相对于主体气缸体的安装位置的定位部可形成在主体气缸体和外部气缸体中的至少一个上。结果，主体气缸体和外部气缸体能够迅速且准确地装配到一起以形成气缸体。
并且，外部气缸体可由树脂或树脂复合材料形成。也就是说，因为外部气缸体经由水套与形成气缸的主体气缸体分开，所以该外部气缸体不需要像该主体气缸体那样耐热或耐磨。因此，通过用树脂或树脂复合材料形成外部气缸体，可以进一步减小发动机的重量和成本。
并且，出于上述原因，广范围的材料可用于形成外部气缸体。因此，外部气缸体可由选自铝合金、镁合金、树脂、树脂复合材料和陶瓷中的一种或两种或更多种材料形成。
并且，主体气缸体可通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成。结果，进一步减小发动机的重量。
并且，主体气缸体可具有被铸入主体气缸体的孔部内的缸套。结果，可采用薄缸套。通常，缸套由比重高于铝合金或镁合金的耐磨材料例如铁合金制成，这样通过使缸套较薄，能够减轻发动机的重量。
并且，对主体气缸体的孔部进行处理以使其耐磨。由此，因为缸套不需要被铸入主体气缸体内，发动机的重量能够进一步减轻。
本发明的第二方面涉及一气缸盖，在该气缸盖中围绕气缸顶部形成有水套，该气缸盖与分开的气缸体相组合形成发动机主体，该气缸盖包括i)具有安装面且限定水套的气缸顶部侧的主体气缸盖，和ii)作为限定水套的与该气缸侧相对的一侧的气缸盖部而与该主体气缸盖分开地模制而成的外部气缸盖，该外部气缸盖设置在一预定位置以位于主体气缸盖的安装面上，以便与主体气缸盖一起限定水套，当该外部气缸盖设置在该预定位置时，该外部气缸盖被固定就位同时被压在气缸体与主体气缸盖之间。
根据本发明的第二方面，气缸盖是这样的，即，主体气缸盖和外部气缸盖分开模制且在组装时将水套夹在它们之间。因此，在模制每个气缸盖部时，尤其在通过铸造模制气缸盖部时，不需要使得用以模制水套的模具部分较薄。即，用于主体气缸盖的模具仅需要模制水套的内侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套的实际宽度。
同样，对于外部气缸盖侧，在铸造时，模具仅需要模制水套的外侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套的实际宽度。因为外部气缸盖位于水套的相对于形成气缸顶部的主体气缸盖的另一侧上，外部气缸盖不需要像主体气缸盖那样耐热或耐磨。因此，外部气缸盖不需要被铸造，这避免了与模具耐用性有关的问题。
因此，即使水套的宽度被设计得狭窄，该模具的寿命也不会缩短。此外，主体气缸盖的气缸顶部的端部承受来自气缸体的轴向压力，然而此压力也分配给外部气缸盖。结果，气缸顶部的端部不需要具有复杂形状。并且，即使气缸顶部的壁较薄，该气缸顶部本身也不会变形。此外，因为外部气缸盖被模制成气缸盖部，其抵抗由外力导致的变形，这阻止内侧上的水套的冷却剂通道由于外力而发生变形。
结果，水套形成部分的设计自由度增大。因此，如上所述，可使水套和气缸顶部足够薄，从而有助于减小发动机的尺寸和重量。
在本发明的第二方面中，用于确定外部气缸盖相对于主体气缸盖的安装位置的定位部可形成在该主体气缸盖和外部气缸盖中的至少一个上。结果，主体气缸盖和外部气缸盖能够迅速且准确地装配到一起以形成气缸盖。
并且，外部气缸盖可由树脂或树脂复合材料形成。也就是说，因为外部气缸盖经由水套与形成气缸顶部的主体气缸盖分开，所以该外部气缸盖不需要像主体气缸盖那样耐热或耐磨。因此，通过用树脂或树脂复合材料形成外部气缸盖，可进一步减小发动机的重量和成本。
并且，出于上述原因，广范围的材料可用于形成外部气缸盖。因此，外部气缸盖可由选自铝合金、镁合金、树脂、树脂复合材料和陶瓷中的一种或两种或更多种材料形成。
并且，主体气缸盖可通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成。结果，进一步减小发动机的重量。
本发明的第三方向涉及一种发动机主体，该发动机主体包括其内围绕气缸形成有水套的气缸体和其内围绕气缸顶部形成有该水套的气缸盖，该发动机主体包括i)具有安装面且限定水套的气缸侧的主体气缸体；ii)具有安装面且形成水套的气缸顶部侧的主体气缸盖；和iii)作为限定该水套的与气缸侧和气缸顶部侧相对的一侧的气缸体部而与该主体气缸体和主体气缸盖分开地模制而成的外部气缸体，该外部气缸体设置在一预定位置以位于主体气缸体的安装面与主体气缸盖的安装面之间，以便与该主体气缸体和主体气缸盖一起限定水套，当该外部气缸体设置在该预定位置时，该外部气缸体被固定就位同时被压在主体气缸体与主体气缸盖之间。
根据本发明的第三方面，发动机主体是这样的，主体气缸体、主体气缸盖和外部气缸体分开模制且在组装时将水套夹在它们之间。因此，在模制每个部分时，尤其在通过铸造模制每个部分时，不需要使得用以模制水套的模具部分较薄。即，用于主体气缸体和主体气缸盖的模具仅需要模制水套的内侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套的实际宽度。
同样，对于外部气缸体侧，在铸造时，模具仅需要模制水套的外侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套的实际宽度。因为外部气缸体位于水套的相对于形成气缸和气缸顶部的主体气缸体和主体气缸盖的另一侧上，外部气缸体不需要像主体气缸体和主体气缸盖那样耐热或耐磨。因此，外部气缸体不需要依靠铸造，这避免了与模具耐用性有关的问题。
因此，即使水套的宽度被设计得狭窄，该模具的寿命也不会缩短。此外，主体气缸体的气缸的端部和主体气缸盖的气缸顶部的端部承受来自对方的轴向压力，然而此压力也分配给外部气缸体。结果，气缸的端部和气缸顶部的端部不需要具有复杂形状。并且，即使气缸和气缸顶部的壁较薄，孔本身也不会变形。此外，因为外部气缸体被模制成气缸体部，其抵抗由外力导致的变形，这阻止内侧上的水套的冷却剂通道由于外力而发生变形。
结果，提供外部气缸体增大了共同形成水套的主体气缸体侧和主体气缸盖侧的设计自由度。因此，如上所述，可使水套、气缸或气缸顶部足够薄，从而有助于减小发动机的尺寸和重量。
在本发明的第三方面中，用于确定外部气缸体相对于主体气缸体的安装位置的定位部可形成在该主体气缸体和外部气缸体中的至少一个上。结果，主体气缸体和外部气缸体能够迅速且准确地装配到一起以形成气缸体。此外，该发动机主体可通过将外部气缸体固定就位同时压在主体气缸体与主体气缸盖之间而形成。
并且，外部气缸体可由树脂或树脂复合材料形成。也就是说，因为外部气缸体经由水套与形成气缸和气缸顶部的主体气缸体和主体气缸盖分开，所以该外部气缸体不需要像该主体气缸体和主体气缸盖那样耐热或耐磨。因此，通过用树脂或树脂复合材料形成外部气缸体，可以进一步减小发动机的重量和成本。
并且，出于上述原因，广范围的材料可用于形成外部气缸体。因此，外部气缸体可由选自铝合金、镁合金、树脂、树脂复合材料和陶瓷中的一种或两种或更多种材料形成。
并且，主体气缸体可通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成。结果，进一步减小发动机的重量。
并且，主体气缸体可具有被铸入主体气缸体的孔部内的缸套。结果，可采用薄缸套。通常，缸套由比重高于铝合金或镁合金的耐磨材料例如铁合金制成，这样通过使缸套较薄，能够减轻发动机的重量。
并且，对主体气缸体的孔部进行处理以使其耐磨。由此，因为缸套不需要被铸入主体气缸体内，发动机的重量能够进一步减轻。
并且，主体气缸盖可通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成。结果，进一步减小发动机的重量。
并且，利用紧固螺栓将外部气缸体固定在主体气缸体与主体气缸盖之间的适当位置。结果，外部气缸体被固定就位同时被压在主体气缸盖与主体气缸体之间。
本发明的第四方面涉及一种采用根据本发明第一方面的任一气缸体以及气缸盖的发动机主体，外部气缸体被利用紧固螺栓固定在主体气缸体与气缸盖之间。结果，该发动机主体形成，而外部气缸体被固定就位同时被压在主体气缸盖与主体气缸体之间。
并且，采用密封材料或焊接来密封主体气缸体与外部气缸体之间。采用此构造阻止冷却剂从水套漏出。
本发明的第五方面涉及一种采用根据本发明第二方面的任一气缸盖以及气缸体的发动机主体，外部气缸盖被利用紧固螺栓固定在主体气缸盖的气缸体与气缸盖之间。结果，该发动机主体形成，而外部气缸体被固定就位同时被压在主体气缸盖与气缸体之间。
并且，采用密封材料或焊接来密封主体气缸盖与外部气缸盖之间。采用此构造阻止冷却剂从水套漏出。
本发明第六示例性实施例涉及一种发动机主体，该发动机主体包括其内围绕气缸形成有水套的气缸体和其内围绕气缸顶部形成有该水套的气缸盖，该发动机主体包括i)具有安装面且限定水套的气缸侧的气缸体；ii)具有安装面且形成水套的气缸顶部侧的主体气缸盖；和iii)作为限定水套的与气缸侧相对的一侧的气缸盖部而与主体气缸盖分开地模制而成的外部气缸盖，该外部气缸盖设置在一预定位置以位于主体气缸盖的安装面上，以便与气缸体和主体气缸盖一起限定水套，当该外部气缸盖设置在该预定位置时，该外部气缸盖被固定就位同时被压在气缸体与主体气缸盖之间。
图1是示出根据本发明一个示例性实施例的发动机主体的透视图；图2是该发动机主体的分解透视图；图3是根据本发明第一示例性实施列的气缸体的透视图；图4是该气缸体的俯视图；图5是根据本发明第一示例性实施列的主体气缸体的俯视图；图6是该主体气缸体的局部断裂透视图；图7A是根据本发明第一示例性实施列的外部气缸体的透视图，图7B是该外部气缸体倒置的透视图；图8A是该外部气缸体的俯视图，图8B是该外部气缸体的正视图，图8C是该外部气缸体的仰视图，图8D是该外部气缸体的右视图；图9是该外部气缸体的局部断裂透视图；图10是沿气缸之一的轴线切开的该气缸体的截面图；图11是沿两气缸之间切开的该发动机主体的局部断裂透视图；图12是示出根据本发明第二示例性实施例的气缸体的透视图；图13是沿气缸之间切开的根据本发明第二示例性实施例的发动机主体的局部断裂透视图；图14是示出沿气缸之一的轴线切开的该发动机主体的截面图；图15是沿气缸之一的轴线切开的根据本发明第三示例性实施例的发动机主体的截面图；图16是示出沿气缸之一的轴线切开的根据本发明第四示例性实施例的发动机主体的截面图；图17A示出锥形面设置在外部气缸体的底面上的密封结构的一个示例的截面图，图17B是示出液封材料固定在如图17A所示外部气缸体的锥形面上的状态的说明图；图18A是说明主体气缸体或主体气缸盖的安装面和外部气缸体或外部气缸盖的底面的变形的一个示例的截面图，图18B是示出图18A所示主体气缸盖安装在主体气缸体上的说明图；以及图19是示出封闭上侧边的截面图。
具体实施例方式
作为本发明的第一示例性实施列，图1的透视图示出采用本发明的四缸内燃机的发动机主体2的构造。此发动机主体2是通过将主体气缸体4、外部气缸体6、垫圈(密封垫)7以及气缸盖8堆叠在一起构成的，如图2的分解透视图所示。
主体气缸体4和外部气缸体6装配在一起，如图3的透视图和图4的俯视图所示，以形成气缸体10。
主体气缸体4由铝合金或镁合金一体铸造而成。主体气缸体4包括四个形成在顶部的圆筒形气缸12、形成在底部的裙部14、以及形成在气缸12与裙部14之间的外壁安装部16。多根肋18和20设置在裙部14和外壁安装部16的外侧上以增加强度。
如图5的俯视图和图6的(沿图5中线VI-VI切开的)截面透视图所示，(在此示例性实施例中由铁合金制成的)缸套22被铸入形成位于每个气缸12的内周侧上的孔的部分内。安装面24围绕所有气缸12形成在外壁安装部16上。此安装面垂直于气缸12的宽度方向。此外，螺栓孔26设置在围绕气缸12的安装面24的十个位置上。另外，凸出的定位销28设置在安装面24上相互成对角线的两个位置处，以定位外部气缸体6。
外部气缸体6的透视图在图7A和图7B中给出，外部气缸体6的四个面示出在图8A至8D中。图7A是正常透视图，图7B示出倒置的外部气缸体6的透视图。同时，图8A是俯视图，图8B是正视图，图8C是仰视图，图8D是右视图。在此示例性实施例中，外部气缸体6是树脂或树脂复合材料(例如玻璃纤维或碳纤维一类的纤维增强树脂)的模制体。或者，外部气缸体6由铝合金、镁合金或陶瓷一体模制而成。
外部气缸体6被模制成具有与图6所示气缸12的外周面12a对应的内周面30的环形。此内周面30包括上部内周面30a和下部内周面30b。下部内周面30b被模制成其比上部内周面30a更靠近气缸12的外周面12a。
平坦的外周上侧面32形成在外部气缸体6的顶端上，底面34形成在外部气缸体6的底端上。螺栓通孔36沿着从外周上侧面32延伸至底面34的内周面30的轴向设置在十个位置上，如图9的截面透视图(图8A的IX-IX截面)所示。这些螺栓通孔36的位置对应于设置在主体气缸体4内的十个螺栓孔26。此外，供设置在主体气缸体4侧上的定位销28插入的定位孔38设置在底面34中与主体气缸体4侧上的定位销28对应的位置。定位销28和定位孔38一起相当于定位部。螺栓通孔36内还设置有金属套筒。
围绕外部气缸体6设置有多根肋40和42以及允许冷却剂流入和流出水套的冷却剂口44。
根据此构造，主体气缸体4和外部气缸体6经由主体气缸体4侧上的定位销28和外部气缸体6侧上的定位孔38正确对准地装配到一起，如图3所示。当它们以这种方式组装时，水套50形成在主体气缸体4的气缸12的外周面12a与外部气缸体6的内周面30之间，如图10所示。此时，水套50的宽度在外部气缸体6的内周面30的上部内周面30a上比在其下部内周面30b上宽。位于主体气缸体4的气缸12的顶端上的内周上侧面12b与位于外部气缸体6的顶端上的外周上侧面32在同一个水平面上或者基本在同一个水平面上。
液封材料(例如硅密封材料)预先涂覆在主体气缸体4的安装面24和外部气缸体6的底面34之一或两者上。结果，主体气缸体4与外部气缸体6之间被密封以阻止冷却剂从水套50漏出。或者，采用垫圈以代替液封材料。同时，当外部气缸体6由金属例如铝合金或镁合金制成时，也可采用焊接(例如，TIG焊接、MIG焊接、激光焊接、摩擦(搅动)焊接)来提供密封。即，在主体气缸体4的安装面24和外部气缸体6的底面34相互接触时，从外部将主体气缸体4和外部气缸体6的边界处焊接到一起，如图10所示。
在内周上侧面12b和外周上侧面32经过机械加工后，气缸盖8装配到本身是主体气缸体4和外部气缸体6的组件的气缸体10上，如图3所示，且垫圈7夹入其间。
如图11的纵向截面透视图所示，十个紧固螺栓52从气缸盖8经由垫圈7内的螺栓通孔7a和外部气缸体6内的螺栓通孔36拧入主体气缸体4中的螺栓孔26中。由此，外部气缸体6被固定就位，同时承受来自气缸盖8和主体气缸体4的压力。因此，主体气缸体4、外部气缸体6和气缸盖8能够整合为发动机主体2，如图1所示。
以下将说明上述示例性实施例所实现的效果。
(1A)气缸体10是这样的，主体气缸体4和外部气缸体6分开模制。
当如图3，4和10所示的气缸体10像传统技术那样通过铸造模制成单个单元时，用于形成水套50的模具的一部分长且极薄。当重复用于铸造时，该部分易于磨损并受到损坏，严重缩短模具的寿命。
然而，在本发明的此示例性实施例中，气缸体10由分开模制且设置用以将水套50夹在中间的主体气缸体4和外部气缸体6形成。因此，在模制每个气缸体4和6时，尤其在通过铸造模制主体气缸体4时，不需要使模制水套50的模具部分较薄。即，用于主体气缸体4的模具仅需要模制水套50的内侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套50的实际宽度，从而延长该模具的寿命。
同样，在本发明的此示例性实施例中，外部气缸体6由树脂或树脂复合材料模制而成。然而，在这种情况中，模具的耐用性不是问题。尤其，用金属例如铝合金或镁合金铸造外部气缸体6类似于铸造主体气缸体4。即，模具仅需要模制水套50的外侧面，这样该模具本身可具有足够的厚度而不管水套50的实际宽度，从而延长该模具的寿命。
此外，主体气缸体4的气缸12的端部承受来自气缸盖8的轴向压力，然而此压力也分配给外部气缸体6。结果，气缸12的端部仅需要承受来自气缸盖8的压力，从而不需要具有复杂形状。同时，即使气缸12的壁薄，孔本身也不会变形。此外，因为外部气缸体6被模制成气缸体部，其抵抗由外力导致的变形，这阻止内侧上的水套50的冷却剂通道由于外力而发生变形。
结果，水套50形成部分的设计自由度增大。因此，如上所述，可使水套50和气缸12足够薄，从而有助于减小发动机的尺寸和重量。
(1B)提供定位销28和定位孔38能够通过简单地将外部气缸体6放置在主体气缸体4的安装面24上来使外部气缸体6准确设置在主体气缸体4上。
(1C)因为外部气缸体6经由水套50与其内形成有气缸12的主体气缸体4分开，外部气缸体6不需要像主体气缸体4那样耐热或耐磨。因此，外部气缸体6可由树脂或树脂复合材料形成，这能够进一步减少发动机的重量和成本。
外部气缸体6被固定就位同时被压在主体气缸体4的安装面24与气缸盖8之间，但紧固力也分配给气缸12。结果，即使外部气缸体6由树脂制成，其也可抵抗变形，从而能够保持水套50不漏水。
(1D)如上所述，主体气缸体4与外部气缸体6分开地模制，这样模具内部不需要具有复杂形状。此外，气缸12的内周上侧面12b仅需要经由垫圈7与气缸盖8的底面紧密配合，气缸12不具有复杂形状而是具有简单圆筒形，由此进一步简化了模具内部。
结果，熔融金属在铸造过程中平稳地注入模具内，使得铸件内不易于形成空穴，这提高了制造收益率并降低了制造成本。此外，外部气缸体6的铸造也一样，因为外部气缸体6与主体气缸体4分开地铸造，模具内部不需要具有复杂形状。结果，熔融金属在铸造过程中平稳地注入模具内，使得铸件内不易于形成空穴，这提高了制造收益率并降低了制造成本。
(1E)气缸12具有简单的圆筒形，且内周上侧面12a经由基本平坦地环绕其整个周界的垫圈7承受来自气缸盖8的轴向压力。结果，与现有技术相反，气缸12不易于承受来自紧固操作的不均匀压力或者来自侧面的压力，该压力可使气缸12变形或者更具体地说使孔变形。由此，精确维持孔形状，并防止由活塞环导致的摩擦和磨损增大。此外，因为活塞环与孔之间的气密封不会降低，所以能够保持发动机的高能量效率。
对于外部气缸体6也一样，外周上侧面32经由基本平坦地环绕其整个周界的垫圈7承受来自气缸盖8的轴向压力。结果，外部气缸体6不易于承受可使其变形的来自紧固操作的不均匀压力或者来自侧面的压力，这样能够维持主体气缸体4与气缸盖8之间的水密性。
(1F)因为主体气缸体4由铝合金或镁合金铸造而成，可以减轻发动机的重量。同时，通过在主体气缸体4内铸造缸套22，不仅可以增强气缸12的耐用性，还可以采用薄缸套22，这有助于减轻发动机的重量。
(1G)在由如图2所示的铸造而成的主体气缸体4设置的气缸12完全暴露，这便于从内周面和外周面对气缸12进行各种处理(例如，螺纹加工和内孔冷却处理)、从内周面和外周面对缸套22进行处理以及对气缸12周围进行处理。
此外，还便于对外部气缸体6的内周面30进行各种处理。结果，能够以极高的自由度执行水套50的冷却剂通道的模制、易于调节孔周围及孔之间的温度、以及孔周围及孔之间的温度分布得以优化，以控制由紧固操作和燃烧过程中所产生热量导致的孔变形，从而获得更好的发动机性能。
根据本发明的第二示例性实施例，在气缸体110内，主体气缸体104在形状上类似于本发明第一示例性实施例中的主体气缸体4，然而外部气缸体106形成为比气缸112高，如图12的透视图所示。结果，当主体气缸体104和外部气缸体106装配到一起时，外周上侧面132比内周上侧面112b高，如图中所示。
主体气缸盖108形成为使得位于气缸顶部侧上与内周上侧面112b接触的内壁部108a按照与气缸体110形状对应的方式向下凸出，如图13的(沿两气缸112之间的截面)断裂透视图以及图14的(沿一个气缸112的中央的截面)纵向截面图所示。结果，通过用紧固螺栓152紧固外部气缸体106，主体气缸盖108能够经由垫圈107与内周上侧面112b和外周上侧面132紧密配合并实现水密封。
垫圈107用位于内周上侧面112b与外周上侧面132之间的梯级一体模制而成。然而或者，可给内周上侧面112b和外周上侧面132提供分开的垫圈。
垫圈107也可仅用于内周上侧面112b与主体气缸盖108之间的接触点处，同时利用在本发明第一示例性实施例中描述的液封材料来密封外周上侧面132与主体气缸盖108之间的接触点。
此外部气缸体106还用作位于气缸体110侧上的水套150a的外壁以及位于主体气缸盖108侧上的水套150b的外壁。
外部气缸体106和主体气缸体104的安装位置以及两者之间的密封类似于在本发明第一示例性实施例中所述的外部气缸体6和主体气缸体4的安装位置以及两者之间的密封。
以下将说明上述第二示例性实施例所实现的效果。
(2A)可实现与在本发明第一示例性实施例的(1A)至(1G)中所述效果相当的效果，以及和主体气缸盖108与外部气缸体106之间关系有关的效果。
这些效果可在仅具有一个外部气缸体106的主体气缸体104侧和主体气缸盖108侧上实现，这样发动机的部件数量不会增加。
根据本发明的第三示例性实施例，气缸盖被模制成两部分，一个是主体气缸盖208，另一个是外部气缸盖206，如图15的纵向截面图所示，其不同于本发明的第一示例性实施例。示出的整个气缸体210被一体模制而成，但其也可像本发明第一示例性实施例那样被模制成两部分，一个是主体气缸体，另一个是外部气缸体。
主体气缸盖208与外部气缸盖206之间的关系类似于本发明第一示例性实施例中主体气缸体4与外部气缸体6之间的关系。即，外部气缸盖206在主体气缸盖208的安装面224上的位置由定位销和定位孔决定。同时，通过使紧固螺栓从主体气缸盖208侧穿过形成在外部气缸盖206内的螺栓通孔至气缸体210侧，在压力下紧固外部气缸盖206。
以下将说明上述第三示例性实施例所实现的效果。
(3A)除了与孔形状有关的效果外，可实现与在本发明第一示例性实施例的(1A)至(1G)中所述效果相当的效果，以及与主体气缸盖208与外部气缸盖206之间关系有关的效果。
根据本发明的第四示例性实施例，气缸体310由主体气缸体304和外部气缸体306构成，如在本发明第一示例性实施例中所述的且在图16的纵向截面图所示出的。然而，与本发明第一示例性实施例相反，缸套未铸入主体气缸体304的气缸312内。而是，气缸312的内周面由铝合金或镁合金制成且形成孔。然后，通过喷涂对此孔部进行表面处理以使其耐磨。除此以外的构造与本发明第一示例性实施例中所述的相同。
以下将说明上述第四示例性实施例所实现的效果。
(4A)可实现与在本发明第一示例性实施例的(1A)至(1G)中所述效果相同的效果。尤其，对于第四示例性实施例，如在本发明第一示例性实施例的(1D)中所述的，因为空穴不易于在铸件内形成这个事实，不易于出现由气缸312的内周面内的空穴导致的缺陷。因此，即使进行表面处理例如喷涂，足够光滑的表面也可形成为孔，这样收益率提高，这反过来降低了制造成本。
(4B)因为缸套不需要被铸入主体气缸体的孔部内，可减轻发动机的总重量。
现在将说明修正实施例。
(a)在每个示例性实施例中，当外部气缸体与主体气缸体用液封材料密封时，锥形面434a可设置在外部气缸体406的底面434上，如图17A所示。结果，当液封材料435涂覆在主体气缸体404的安装面424和外部气缸体406的底面434之一或两者上时，以及当这些面424和434抵靠在一起时，液封材料435能够保持足够的厚度，如图17B所示。因此，获得提高水套450的密封持久性的效果。
(b)在每个示例性实施例中，外部气缸体由选自树脂、树脂复合材料、铝合金、镁合金以及陶瓷中的一种材料制成。或者，外部气缸体也可由两或更多种这些材料组合的复合材料制成。例如，铝合金层、镁合金层或陶瓷层可形成在由树脂制成的外部气缸体的外周面上，以增强对由外部摩擦导致的磨损和擦伤的抵抗性。
(c)在前述示例性实施例中，通过将两个定位销装配到两个对应的定位孔中，相对于主体气缸体或主体气缸盖定位外部气缸体或外部气缸盖。然而，孔数量不需要限制于两个，即，可以多于两个。此外，可提供不同于定位销和定位孔的组合的定位部。例如，通过使位于外部气缸体或外部盖的底面上的凹凸形与位于主体气缸体或主体气缸盖的安装面上的对应凹凸形配合，相对于主体气缸体或主体气缸盖定位外部气缸体或外部气缸盖。
(d)在前述示例性实施例中，外部气缸体和外部气缸盖的底面以及对应于这些底面的安装面具有垂直于气缸轴向的表面。然而或者，外部气缸体和外部气缸盖的底面以及对应于这些底面的安装面不一定要具有垂直于气缸轴向的表面。例如，主体气缸体(或主体气缸盖)504的安装面524可被模制成截面为凸三角的形状，如图18A所示，且外部气缸体(或外部气缸盖)506的底面534可被模制成对应的截面为三角槽的形状。此构造还可通过将安装面524和底面534装配到一起来相对于主体气缸体(或主体气缸盖)504定位外部气缸体(或外部气缸盖)506，如图18B所示。或者，安装面524可模制成槽形，而底面534模制成凸形。
(e)在前述示例性实施例中，采用液封材料或焊接来密封主体气缸体或主体气缸盖的安装面与外部气缸体或外部气缸盖的底面之间。然而或者，可采用垫圈来代替液封材料或焊接。
(f)在前述示例性实施例中，在组装发动机主体之前，主体气缸体或主体气缸盖的上端部与外部气缸体或外部气缸盖的上端部分开，且水套具有敞开上侧面。或者，水套可具有封闭上侧面。例如，可围绕外部气缸体606端部上的整个周界设置朝向气缸612侧凸出的凸起606a，使得当通过将外部气缸体606安装到主体气缸体604上来组装气缸体610时，水套650的顶端被封闭，如图19所示。相同构造也可用于外部气缸盖和主体气缸盖。同时，沿着水套650顶端的整个周界不一定要全部封闭，即沿着该顶端的部分周界可敞开。
(g)如在本发明第四示例性实施例中所述的没有缸套但已对其进行表面处理的孔也可用在第二或第三示例性实施例中所述的气缸。同时，气缸可以是没有缸套的铸铁。
权利要求
1.一种气缸体，在该气缸体中围绕气缸(12；412)形成有水套(50；450)，所述气缸体与分开的气缸盖(8)相组合形成发动机主体(2)，所述气缸体的特征在于包括具有安装面(24；424)并且限定所述水套(50；450)的气缸(12；412)侧的主体气缸体(4；404)，和作为限定所述水套(50；450)的与所述气缸(12；412)侧相对的一侧的气缸体部而与所述主体气缸体(4；404)分开地模制而成的外部气缸体(6；406)，该外部气缸体(6；406)设置在一预定位置以位于所述主体气缸体(4；404)的所述安装面(24；424)上，以便与所述主体气缸体(4；404)一起限定所述水套(50；450)，当所述外部气缸体(6；406)设置在所述预定位置时，所述外部气缸体(6；406)被固定就位同时被压在所述气缸盖(8)与所述主体气缸体(4；404)之间。
2.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于，用于确定所述外部气缸体(6；406)相对于所述主体气缸体(4；404)的安装位置的定位部(28)形成在所述主体气缸体(4；404)和所述外部气缸体(6；406)中的至少一个上。
3.根据权利要求1或2所述的气缸体，其特征在于，所述外部气缸体(6；406)由树脂或树脂复合材料形成。
4.根据权利要求1或2所述的气缸体，其特征在于，所述外部气缸体(6；406)由选自铝合金、镁合金、树脂、树脂复合材料和陶瓷中的一种或两种或更多种材料形成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的气缸体，其特征在于，所述主体气缸体(4；404)是通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成的。
6.根据权利要求5所述的气缸体，其特征在于，所述主体气缸体(4；404)具有被铸入所述主体气缸体(4；404)的孔部内的缸套(22；422)。
7.根据权利要求5所述的气缸体，其特征在于，对所述主体气缸体(4；404)的孔部进行表面处理以使其耐磨。
8.一种气缸盖，在该气缸盖中围绕气缸顶部形成有水套，所述气缸盖与分开的气缸体(210)相组合形成发动机主体，所述气缸盖的特征在于包括具有安装面并且限定所述水套的气缸顶部侧的主体气缸盖(208)，和作为限定所述水套的与所述气缸侧相对的一侧的气缸盖部而与所述主体气缸盖(208)分开地模制而成的外部气缸盖(206)，该外部气缸盖设置在一预定位置以位于所述主体气缸盖(208)的所述安装面(224)上，以便与所述主体气缸盖(208)一起限定所述水套，当所述外部气缸盖(206)设置在所述预定位置时，所述外部气缸盖(206)被固定就位同时被压在所述气缸体(210)与所述主体气缸盖(208)之间。
9.根据权利要求8所述的气缸盖，其特征在于，用于确定所述外部气缸盖(206)相对于所述主体气缸盖(208)的安装位置的定位部形成在所述主体气缸盖(208)和所述外部气缸盖(206)中的至少一个上。
10.根据权利要求8或9所述的气缸盖，其特征在于，所述外部气缸盖(206)由树脂或树脂复合材料形成。
11.根据权利要求8或9所述的气缸盖，其特征在于，所述外部气缸盖(206)由选自铝合金、镁合金、树脂、树脂复合材料和陶瓷中的一种或两种或更多种材料形成。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的气缸盖，其特征在于，所述主体气缸盖(208)是通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成的。
13.一种发动机主体，该发动机主体包括其内围绕气缸(112)形成有水套(150a，150b)的气缸体(110)和其内围绕气缸顶部形成有所述水套(150a，150b)的气缸盖，所述发动机主体的特征在于包括具有安装面并且限定所述水套(150a，150b)的气缸侧的主体气缸体(104)；具有安装面并且形成所述水套(150a，150b)的气缸顶部侧的主体气缸盖(108)；和作为限定所述水套(150a，150b)的与所述气缸(112)侧和所述气缸顶部侧相对的一侧的气缸体部而与所述主体气缸体(104)和所述主体气缸盖(108)分开地模制而成的外部气缸体(106)，该外部气缸体(106)设置在一预定位置以位于所述主体气缸体(104)的所述安装面与所述主体气缸盖(108)的所述安装面之间，以便与所述主体气缸体(104)和所述主体气缸盖(108)一起限定所述水套(150a，150b)，当所述外部气缸体(106)设置在所述预定位置时，所述外部气缸体(106)被固定就位同时被压在所述主体气缸体(104)与所述主体气缸盖(108)之间。
14.根据权利要求13所述的发动机主体，其特征在于，用于确定所述外部气缸体(106)相对于所述主体气缸体(104)的安装位置的定位部形成在所述主体气缸体(104)和所述外部气缸体(106)中的至少一个上。
15.根据权利要求13或14所述的发动机主体，其特征在于，所述外部气缸体(106)由树脂或树脂复合材料形成。
16.根据权利要求13或14所述的发动机主体，其特征在于，所述外部气缸体(106)由选自铝合金、镁合金、树脂、树脂复合材料和陶瓷中的一种或两种或更多种材料形成。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的发动机主体，其特征在于，所述主体气缸体(104)是通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成的。
18.根据权利要求17所述的发动机主体，其特征在于，所述主体气缸体(104)具有被铸入所述主体气缸体(104)的孔部内的缸套。
19.根据权利要求17所述的发动机主体，其特征在于，对所述主体气缸体(104)的孔部进行表面处理以使其耐磨。
20.根据权利要求13-19中任一项所述的发动机主体，其特征在于，所述主体气缸盖(108)是通过利用铝合金或镁合金进行铸造模制而成的。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的发动机主体，其特征在于，所述外部气缸体(106)被利用紧固螺栓(152)固定在所述主体气缸体(104)与所述主体气缸盖(108)之间。
22.一种发动机主体，其特征在于包括根据权利要求1-7中任一项所述的气缸体；和气缸盖，所述外部气缸体(406)被利用紧固螺栓固定在所述主体气缸体(404)与所述气缸盖之间。
23.根据权利要求13-22中任一项所述的发动机主体，其特征在于，采用密封材料(435)或焊接来密封所述主体气缸体(404)与所述外部气缸体(406)之间。
24.一种发动机主体，其特征在于包括根据权利要求8-12中任一项所述的气缸盖；和气缸体，所述外部气缸盖(206)被利用紧固螺栓固定在所述气缸体与所述主体气缸盖(208)之间。
25.根据权利要求24所述的发动机主体，其特征在于，采用密封材料或焊接来密封所述主体气缸盖(208)与所述外部气缸盖(206)之间。
26.一种发动机主体，该发动机主体包括其内围绕气缸形成有水套的气缸体(210)和其内围绕气缸顶部形成有所述水套的气缸盖，所述发动机主体的特征在于包括具有安装面并且限定所述水套的气缸侧的所述气缸体(210)；具有安装面(224)并且形成所述水套的气缸顶部侧的主体气缸盖(208)；和作为限定所述水套的与所述气缸侧相对的一侧的气缸盖部而与所述主体气缸盖(208)分开地模制而成的外部气缸盖(206)，该外部气缸盖(206)设置在一预定位置以位于所述主体气缸盖(208)的所述安装面上，以便与所述气缸体(210)和所述主体气缸盖(208)一起限定所述水套，当所述外部气缸盖(206)设置在所述预定位置时，所述外部气缸盖(206)被固定就位同时被压在所述气缸体与所述主体气缸盖(208)之间。
全文摘要
本发明涉及气缸体，气缸盖和发动机主体。该气缸体(10)是这样的，主体气缸体(4；404)和外部气缸体(6；406)分开模制。结果，不需要使得用于模制水套(50；450)的模具部分较薄，从而延长该模具的寿命。此外，气缸(12；412)具有简单形状，沿气缸(12；412)轴向的压力能够基本均匀地分散到气缸(12；412)与外部气缸体(6；406)之间，由此能够使气缸(12；412)较薄。因此，水套(50；450)形成部分的设计自由度增大。因此，能够使水套(50；450)和气缸(12；412)充分薄，从而有助于减小发动机的尺寸和重量。
文档编号F01B1/12GK1738966SQ200380108856
公开日2006年2月22日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年1月15日
发明者竹中一成, 大村清治, 高见俊裕, 吉岛一也 申请人:丰田自动车株式会社