加强的复合材料汽缸缸体的制作方法
【专利摘要】本公开涉及用于形成包含热固性复合材料发动机缸体的发动机的系统和方法。一种实例方法包括使用多个金属条带加强发动机缸体，其中，多个金属条带的第一部分在汽缸缸体的基本上横向方向上定位，且多个金属条带的第二部分在汽缸缸体的基本上纵向方向上定位。多个金属加强条带可向发动机缸体提供额外的加强。
【专利说明】
加强的复合材料汽缸缸体
技术领域
[0001 ]本公开涉及一种具有热成型复合材料汽缸缸体的发动机，汽缸缸体内包含有额外的加强条带。
【背景技术】
[0002]在发动机设计中，可能会在用于构造气缸盖和汽缸缸体的材料的强度、重量和其他特性之间进行折衷。例如，人们已使用铸铁来制造汽缸缸体。铸铁与其他材料相比具有多个优点，例如较小的体积强度比以及较小的摩擦系数，从而减小发动机的尺寸并增大燃烧室的寿命。然而，铸铁发动机体可能具有低的强度重量比，可能更易于腐蚀，并可能具有不理想的传热特性。为减小缸体重量并增大传递给水套的热量，汽缸缸体可利用铝铸造。
[0003]也可通过使用由Hol tzberg在美国专利第4，848，292号中示出的纤维增强酚醛树脂制造的发动机缸体来减小缸体重量。在本实例中，作为基体的酚醛树脂被玻璃纤维或石墨纤维加强。发动机缸体可由注塑成型或压缩成型制作。
[0004]本文中的发明人已发现Holtzberg的方法的潜在问题。例如，对纤维增强复合材料进行注塑成型以形成发动机缸体可导致增强纤维的不均匀分布。作为实例，增强纤维可能沿发动机缸体的关键载荷路径不均匀分布。在另一实例中，复合材料本身不具有期望的机械特性，尤其是沿遇到动态载荷、结构载荷、热载荷以及来自连接至外部装置的连接件的载何的路径。
【发明内容】
[0005]本文中的发明人已认识到上述问题并开发了一种方法以至少部分地解决上述问题。在一种实例方法中，提供一种用于成型发动机缸体的方法，其包括使用多个金属条带对汽缸缸体进行加强，其中，多个金属条带的第一部分在汽缸缸体的基本上横向方向上定位，且多个金属条带的第二部分在汽缸缸体的基本上纵向方向上定位。以这种方式，可沿会经受较高载荷的具体路径提供额外的加强，同时减小发动机重量。
[0006]例如，可使用热固性复合材料通过成型工艺(例如注塑成型)形成发动机缸体。在一个实例中，该复合材料可包括由玻璃、碳和/或芳香族聚酰胺纤维增强的热固性聚合物基体。在开始成型工艺之前，可将多个额外的金属加强条带在发动机缸体模具内的预定位置定位。所述条带可利用金属，例如钛、钛合金或具有较高特定强度的类似材料制造。此外，该预定位置可为在沿发动机缸体的基本上纵向方向上和/或在发动机缸体的基本上横向方向上。另外，加强条带可沿发动机缸体的基本上竖向上定位。作为实例，预定位置可包括在发动机缸体的纵向方向上的盘轨，在发动机缸体的横向方向上的缸盖顶面，在发动机缸体的竖向上的缸盖螺栓柱，以及可能经受较高载荷的其他类似区域。在注塑成型期间，复合材料可填充加强条带周围的空间并封装所形成的发动机缸体结构内的加强条带。于是，加强条带可在所期望的位置一体成型到汽缸缸体内。因此，加强条带可不同于在热固性聚合物基体内分布的增强纤维。还应注意，加强条带可使用不同于发动机缸体所用的复合材料的材料形成。
[0007]以这种方式，可对轻质复合材料的汽缸缸体进一步进行加强以提供所期望的机械特性。可沿用于汽缸缸体的模具内会承受显著的动态载荷、热载荷或结构载荷的路径定位加强条带。于是，可对汽缸缸体内的具体位置进行加强以获得改进的性能和结构稳定性。通过在期望的位置包含额外的加强，可减小纤维填充物在聚合物基体内的不均匀分布的不利影响。总体而言，可改进汽缸缸体的结构特性，同时维持较低的发动机缸体重量。
[0008]通过单独或结合附图阅读以下【具体实施方式】，本说明的上述优点和其他优点和特征将显而易见。
[0009]应理解，上述
【发明内容】
以简化形式介绍所选择的概念，这些概念在【具体实施方式】中作进一步描述。这并不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由具体实例方式之后的权利要求书唯一地确定。另外，所要求保护的主题并不限于解决上述任何缺点或本发明的任何部分中的任何缺点的实施方案。另外，本文中的发明人已认识到上述问题，且并不承认为已知。
【附图说明】
[0010]图1示出具有发动机的车辆的示意图，该发动机包括带有额外加强条带的成型复合材料汽缸缸体。
[0011]图2示出图1中的发动机的示意图。
[0012]图3示出符合本公开的具有额外加强条带的成型复合材料汽缸缸体的立体图。
[0013]图4示出一种用于制造图3中的成型复合材料汽缸缸体的方法。
【具体实施方式】
[0014]以下【具体实施方式】涉及形成位于车辆中的发动机的发动机缸体，例如图1的车辆中所包含的图2中绘示的发动机。该发动机缸体可利用热固性复合材料形成，在特定位置包含有金属加强条带(图3)。热固性复合材料可包括基体，基体包括带有用作基体加强件的纤维的热固性聚合物。可将金属加强条带沿发动机缸体的不同方向(包括纵向、横向、竖向)定位。因此，用于定位加强条带的特定位置可包括发动机缸体内经受较高关键载荷的路径。可在注塑热固性复合材料之前在发动机缸体的模具内所期望的位置定位加强条带。在注塑热固性复合材料时，加强条带可由热固性复合材料封装在模具内且最终封装在成型发动机缸体内。参照图4描述一种用于形成根据本公开的发动机缸体的方法。以这种方式，可在所期望的位置通过具有较高特定强度的额外加强件对发动机缸体进行加强，从而能够实现发动机缸体重量的减小，同时提供合适的机械特性。
[0015]图1示出车辆50的示意图，车辆50包括进气系统52、发动机54和排气系统56。进气系统52构造为向发动机54内的汽缸57提供进气。汽缸也可被称为燃烧室。箭头58表示进气系统52与发动机54之间的流体连通。具体而言，可将进气系统52构造为向发动机54内的汽缸57的每一者提供进气。进气系统52可包括各种进气导管、进气歧管、节气门等。另外，在一个实例中，可在发动机54内包括涡轮增压器，涡轮增压器包括压缩机和涡轮机。
[0016]发动机54包括汽缸盖59，汽缸盖59连接至成型的汽缸缸体组件60以形成多个汽缸57。汽缸缸体组件60也可称为发动机缸体组件60，或者简单地称为发动机缸体60或汽缸缸体60。在所绘示的实例中，发动机包括三个成直线配置的汽缸。然而，已设想替代的汽缸布置和汽缸数量。例如，汽缸可以以V型配置成组布置，汽缸可以以水平相对配置布置等。可实施多冲程燃烧循环。例如，已设想四个或两个冲程燃烧循环。应理解，在图1中绘示的发动机54具有未在图1中示出的结构复杂性。具体而言，成型的汽缸缸体组件60可包括可用不同材料构造的多个部件。例如，成型的汽缸缸体组件60并且因此发动机54可包括复合材料汽缸缸体、复合材料汽缸缸体内包含的多个加强条带、以及单独的汽缸衬垫。汽缸衬垫可限定三个汽缸的每一者的边界的部分。下文中将参照图3更详细地说明复合材料汽缸缸体内的加强条带。
[0017]箭头62绘示发动机54与排气系统56之间的流体连通。应理解，发动机54中的汽缸57的每一者均可与排气系统56流体连通。排气系统56可包括多个部件，例如排气歧管、排放控制装置(例如，催化剂、过滤器等)、消音器等。
[0018]图2提供连接至变速器70的发动机54的示意图。汽缸盖59绘示为连接至发动机缸体组件60的顶侧(或缸盖顶面)。发动机缸体60包括在汽缸37内往复运动的活塞36。所绘示的实例包括三个活塞以便每一汽缸57均包括一个在其中往复运动的活塞36。每一活塞36均示出为连接至曲轴40以便将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由变速器70连接至车辆的至少一个驱动轮。另外，启动马达可经由飞轮72连接至曲轴40以实现发动机54的启动操作。变速器70、飞轮72、以及启动马达可至少部分地封闭在变速器钟形壳体76内。连接到曲轴40的曲轴传感器118可用作发动机转速传感器。例如，曲轴传感器118可针对曲轴的每一转产生预定数量的等距脉冲，利用该预定数量的等距脉冲可确定发动机转速(RPM)。盛装润滑油66的油盘64示出为连接至发动机缸体60的基座。在一个实例中，油盘64可顺着沿发动机缸体的基座的外围的一个或多个盘轨(在图3中示出)机械连接至发动机缸体60 ο
[0019]现在转至图3，其示出实例成型(例如，热成型)汽缸缸体组件，例如图1和图2中的汽缸缸体组件60。图3中示出的发动机缸体60按比例绘制，然而在需要时可使用其他的相对尺寸。如先前所述，发动机缸体60可使用复合材料制造。发动机缸体60还可包括多个在复合材料内的特定位置定位的加强条带。另外，发动机缸体60可包括汽缸衬垫315，汽缸衬垫315限定多个汽缸5 7的边界的一部分。汽缸衬垫可包括金属(例如，粉末金属)，例如铁(例如，石墨铁)、铝等。在组装配置中，汽缸衬垫315可定位在复合材料汽缸缸体60中的开口 320内。另外，如在所绘示的实例中，汽缸衬垫315可利用单块连续材料形成。然而，已设想其他的汽缸衬垫配置。
[0020]可使用多种适当的制造方法来构造复合材料汽缸缸体60ο例如，复合材料汽缸缸体可经由热固化技术(例如注塑成型)构造。因此，在一个实例中，可将复合材料汽缸缸体60称为热固或热固性复合材料汽缸缸体。用于构造复合材料汽缸缸体的适当材料可包括热固性复合材料，该热固性复合材料包括作为基体的聚合物材料(例如，热固性树脂)。用于基体的实例热固性聚合物包括环氧树脂、酚醛树脂、硅酮等。聚合物基体可由分散在基体内的多个不连续的纤维增强。该纤维可利用具有较高轴向强度、较高刚度、以及较低反应性和其他特性的材料形成。例如，纤维可为碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维等。替代实例可包括对基体加强件使用连续的纤维。
[0021]发动机缸体的复合材料在暴露至从燃烧操作产生的热时可为热稳定。例如，在一个实例中，复合材料在介于120°C与200°C之间的温度范围内工作运行时可为热稳定。然而，在工作期间，复合材料本身并不具有用于应对发动机中产生的应力和应变的期望强度。作为实例，发动机缸体内的某些位置在工作期间可经受较高的载荷和应力。相应地，可通过在这些特定位置在热固性复合材料内包含多个加强条带而在这些位置提供额外的加强。在一个实例中，该多个加强条带可由金属形成。作为实例，该加强条带可由钛制造。钛提供高的强度重量比以及低反应性和较高的延展性。在另一实例中，钛合金可用于形成加强条带。另外地或为另一选择，也可使用碳纤维条带。因此，可设想其他具有较高特定强度的材料作为加强条带。
[0022]应理解，利用金属(例如，钛或类似金属)制造的加强条带与热固性聚合物基体内分散的多个增强纤维不同且分离。因此，钛加强条带可为增强热固性发动机缸体的额外方法。另外，增强构件(条带)不是非连续(或者是连续)的纤维，但具有比增强聚合物基体的纤维较大的宽度。另外，加强条带可利用与纤维填充物基体加强件(例如，玻璃、芳香族聚酰胺等)所用材料不同的材料制造。
[0023]图3中的插件370绘示实例加强条带375，加强条带375设计成具有相对于宽度和长度的标称厚度的带状条带。条带的每一者的长度和宽度都基于条带在发动机缸体内的布置位置而变化。然而，给定的加强条带可具有均匀的宽度和厚度。在一个实例中，加强条带可具有5mm的厚度。在另一实例中，条带可为Imm厚。可使用替代厚度。
[0024]如插件370中所示，加强条带375可包括沿加强条带375的中心线376分布的多个卵形孔375。可使用其他形状(例如圆形、矩形、方形等)的孔而不是所绘示的卵形孔。另外，可选择孔的尺寸(和数量)以便不影响加强条带的强度。除孔372外，加强条带375的周界还可穿有半圆形切口 374。因此，孔372和沿加强条带375的边界的切口 374可实现被热固性复合材料封装。换言之，沿中心线376的孔372以及沿加强条带375的每一边缘的切口 374可使热固复合材料(例如，带有纤维加强件的树脂基体材料)至少部分地包封加强条带，从而在用于形成复合材料发动机缸体的注塑成型程序期间实现经改进的粘接。
[0025]如先前解释，尽管已设想用于加强条带的不同材料，剩余的描述将包括利用钛制造的加强条带。现在返回图3的发动机缸体，应注意，发动机缸体60可能未按比例绘制。另夕卜，示出相对于发动机缸体60的三个方向(例如，纵向、横向和竖向)的三个轴线供在以下的说明中参考。
[0026]复合材料汽缸缸体60包括顶侧312、底侧313(或底面313)、前侧318(或前面318)、后侧316(或后面316)、第一(横向)侧面317、以及第二(横向)侧面319。在发动机缸体60的后侧316上示出具有连接开口 322的变速器连接界面306。变速器连接界面306可经由连接开口 322连接(例如，机械方式)至变速器钟形壳体76。另外，曲轴40可经由飞轮72(未在图3中示出)连接至变速器70。另外，前侧318可包括连接界面308以连接至发动机前盖(未示出)。
[0027]动力传动系可在变速器与汽缸缸体界面处发生弯曲并需要额外的结构支撑。可通过沿壳体的顺着变速器连接界面的不同部件(连接至变速器钟形壳体76)布置钛(或其他材料)加强条带368来实现此结构支撑。如图3中所示，将加强条带366和368沿变速器连接界面306的曲面定位成拱形。如图所示，拱形加强条带366和368中的每一者均可为单个完整的条带。在其他实例中，拱形加强条带366和368中的每一者均可由较短的节段组成。
[0028]可通过沿变速器钟形壳体界面的各个肋336包含额外的加强条带来至少部分地抵消动力传动系弯曲力。从图3可观察到，可对多个肋336定位以在变速器连接界面306中进行支撑。在所绘示的实例中，肋336示出为相对于壳体界面内包含的拱形加强条带368在径向方向上布置。包含加强条带可实现至少部分地抵消沿横向连接界面306的肋336的静态载荷和动态载荷。
[0029]为详细描述，加强条带381、382、383、384、351和386可包含在肋336内，如图3所示。另外，可沿朝向变速器连接界面306的下部的额外肋330包含加强条带385。可在不同于基本上竖直、基本上横向(或水平)以及基本上纵向(或纵长)的方向上沿肋定位加强条带381、382、383、384、385和386。然而，可在发动机缸体60的基本上竖直方向上将加强条带351布置在变速器连接界面306中的肋336中。如图3中所示，加强条带351可为肋336内的单个完整条带。可沿肋339包含基本上横向的加强条带331和329。肋339可在发动机缸体60的基本上纵向的方向上布置，并可以不相对于拱形加强条带368在径向方向上。在其他实施例中，可使用单个基本上横向的条带来代替加强条带331和329。另外，在所示的实施例中，可利用两个单独的条带(如相交的肋339与肋336)而不是单个基本上竖直的肋351。
[0030]可通过朝向变速器连接界面306的第二侧面319集成加强条带333和389来为变速器连接界面提供额外的支撑。也可在拱形加强条带366之上朝向变速器连接界面306的上部包含基本上横向的加强条带317。于是，可沿变速器连接界面306的横向面包含加强条带327，该横向面在拱形加强条带366之上朝向变速器连接界面的上部定位。
[0031]应理解，除图3中所示的加强条带外，还可在发动机缸体60内包含额外的加强条带，而不背离本公开的范围。例如，加强条带可沿曲轴40的壳体内的区域定位。作为实例，可沿曲轴箱内曲轴的壳体的内边缘平行于曲轴40定位一个或多个基本上纵向的加强条带。作为另一实例，可沿第一侧面317顺着可能经受较高应力的区域布置一个或多个基本上竖直的条带。作为再一实例，一个或多个基本上纵向的条带可沿发动机缸体60的底面313加强导轨，尽管在图3中未示出。同样地，在其他实施例中可根据发动机缸体设计以及承受关键载荷的区域或路径省去图3中绘示的加强条带而不背离本公开的范围。
[0032]继续参照图3中的发动机缸体组件60，所绘示的加强复合材料汽缸缸体的顶侧312(也称为缸盖顶面)包括用于汽缸盖连接334的开口、用于冷却剂通道324的开口、以及用于油通道332的空腔。应注意，不是所有开口都有编号。用于汽缸盖连接334的开口可实现经由螺栓或其他适当的连接器件将汽缸盖59连接至发动机缸体60的缸盖顶面312。用于油通道332的空腔可实现油流从汽缸盖59朝向油盘返回。于是，用于油通道332的空腔可与汽缸盖和油盘流体连通且这些空腔可围绕汽缸57。汽缸57可包括汽缸衬垫315，汽缸衬垫315实现汽缸37与形成汽缸缸体60的复合材料分离。
[0033]类似于用于油通道的空腔，用于冷却剂通道324的开口可使冷却剂能够围绕汽缸57的周围流动用于吸热。如图3中所示，冷却剂通道354可使冷却剂从缸盖顶面312上用于冷却剂通道324的开口朝向发动机缸体60的底面313流动。图3绘示用于加强发动机缸体60的第二侧面319上的冷却剂通道354的加强条带353和355。可在发动机缸体60的第一侧面317上包含类似的冷却剂通道且其可类似地使用钛条带进行加强。加强条带353和355可在发动机缸体60的基本上竖向上布置。
[0034]动力传动系弯曲力可影响缸盖顶面312，同时可沿缸盖螺栓柱和(曲轴40的)主轴承柱产生燃烧载荷路径。可通过沿缸盖顶面312以及沿缸盖螺栓柱和主轴承柱(未示出)放置钛加强条带来至少部分地抵消这些力。如图3中所示，加强条带325可在缸盖顶面312的后侦016沿横向边缘304定位。沿缸盖顶面312的后侧316上的横向边缘304的加强条带325可从大约第一侧面317朝向第二侧面319延伸。可在前侧318的横向边缘304上包含类似的加强条带(未示出)。
[0035]为至少部分地抵消沿可在发动机缸体60内部设置的缸盖螺栓柱和主轴承柱的燃烧载荷，可沿这些柱定位加强条带以获得额外的稳定性和支撑。
[0036]沿一个或多个盘轨352也会发生朝向汽缸缸体组件60的基部(或底侧313)的动力传动系弯曲。如先前所述，油盘64可经由一个或多个盘轨352沿汽缸缸体60的基部(或底面313)连接至发动机缸体60。沿盘轨352来自变速器70的应力可通过在一个或多个盘轨352中包含钛加强条带341来至少部分地抵消。因此，可在发动机缸体60的基本上纵向方向上定位加强条带341。另外，加强条带341可为包含在每一盘轨352的整体内的单个纵向条带。在基于发动机设计的替代实施例中，加强条带341可由不同的单独条带组成。第二侧面319还包括在油沟356内布置的基本上纵向的加强条带343、345和347。可在发动机缸体60中的其他油沟内包含类似的加强条带，尽管其没有专门绘示。
[0037]应理解，尽管图3指示在盘轨352的顶部具有纵向加强条带341，加强条带341可在发动机缸体60成型后封装在盘轨352内。如图3中所示在不同面的顶部绘示加强条带是为了目视清楚起见。类似地，可将图3中的其他加强条带绘示为位于肋、导轨等的面上，但事实上，其可在肋、导轨、结构等内一体式地封装。
[0038]发动机缸体60的结构支撑可通过沿发动机缸体的如第二侧面319上所示的框架的多个肋和部件包含加强条带来增强发动机缸体60的结构支撑。例如，可沿发动机缸体60的支撑结构的各个部件包含加强条带390、391、337、393、392和335。
[0039]应注意，在图3的汽缸缸体组件60内分布的多个钛条带可包括在发动机缸体60的基本上横向方向上定位的多个加强条带的第一部分、在发动机缸体60的基本上纵向方向上定位的多个加强条带的第二部分、在发动机缸体60的基本上竖直方向上定位的多个加强条带的第三部分、在发动机缸体60的基本上非横向、非竖向以及非纵向方向上定位的多个加强条带的第四部分。为详细描述，可将多个加强条带的第一部分在基本上平行于发动机缸体60的横向方向的方向上但可不处于(或者不平行于)发动机缸体60的完全横向方向上布置。例如，可将多个加强条带的第一部分布置在发动机缸体的横向方向的15°范围内的方向上。具体而言，多个加强条带的第一部分可包括相对于发动机缸体的横向方向成介于0°与15°之间的角度定位的加强条带，其中，0°指示精确地平行于横向方向。应理解，可相对于横向方向成大约5°定位第一数量的第一部分的加强条带，同时可相对于横向方向成大约10°布置第二数量的加强条带的第一部分。然而，第一数量和第二数量的加强条带的每一者都将被视为属于多个加强条带的第一部分。
[0040]在另一实例中，多个加强条带的第一部分可包括与发动机缸体的横向方向成10°范围内的夹角定位的加强条带。在再一实例中，可将多个加强条带的第一部分定位为与发动机缸体的横向方向精确平行。
[0041]类似地，可在发动机缸体的基本上纵向方向上放置多个加强条带的第二部分。在一个实例中，可在发动机缸体的纵向方向上精确地放置多个加强条带的第二部分。在另一实例中，多个加强条带的第二部分的定位角度可在发动机缸体的纵向方向的10°范围内。应理解，可将第一数量的加强条带的第二部分相对于纵向方向成大约6°定位，同时将第二数量的加强条带的第二部分相对于纵向方向成大约10°布置。然而，第一数量的加强条带和第二数量的加强条带中的每一者都将被视为属于多个加强条带的第二部分。
[0042]同样地，可在发动机缸体的基本上竖直方向上放置多个加强条带的第三部分。因此，可不将多个加强条带的第三部分放置在发动机缸体的精确竖直方向上。例如，多个加强条带的第三部分可包括相对于发动机缸体的竖直方向成20°角布置的那些加强条带。
[0043]在另一实例中，可将与发动机缸体的竖直方向成5°范围内的角度定位的加强条带视为属于多个加强条带的第三部分。在本文中，应理解，可将第一数量的第三部分的加强条带相对于竖直方向成大约2°定位，同时可将第二数量的第三部分的加强条带相对于竖直方向成大约4°布置。然而，可将第一数量的加强条带和第二数量的加强条带的每一者视为属于多个加强条带的第三部分。
[0044]可替代地，也可将平行于竖直方向的加强条带视为多个加强条带的第三部分。
[0045]可将不在基本上竖直、纵向或横向的方向上定位的加强条带视为属于多个加强条带的第四部分。例如，如果多个加强条带的第一部分包括与发动机缸体的横向方向成5°(即，O到5°)范围内的角度放置的加强条带，且如果多个加强条带的第二部分包括与发动机缸体的纵向方向成5° (O到5°)范围内的角度放置的加强条带，以及如果多个加强条带的第三部分包括与发动机缸体的竖直方向成5° (O到5°)范围内的角度放置的加强条带，则多个加强条带的第四部分将包括与发动机缸体的横向方向、纵向方向和竖直方向的每一者成大于5°的角度放置的加强条带。因此，可在多个加强条带的第四部分中包含不被视为多个加强条带的第一部分、或第二部分、或第三部分的加强条带。也可在多个加强条带的第四部分中包含拱形加强条带366和368。
[0046]在图3中绘示的实例中，多个钛加强条带的第一部分包括加强条带335、337、333、325、327、329和331。因此，将加强条带335、337、333、325、327、329和331定位在基本上横向方向上，或者基本上平行于发动机缸体组件60的横向方向。同样地，多个加强条带的第二部分可包括加强条带341、343、345和347。因此，可将加强条带341、343、345和347中的每一者均布置在基本上平行于汽缸缸体组件60的纵向方向的方向上。多个加强条带的第三部分可包括加强条带355、353和351，其中每一者均绘示为在基本上竖直方向上，或者基本上平行于发动机缸体60的竖直方向。多个加强条带的第四部分可包括加强条带392、393、390、391、387、388、389、368、366、381、382、383、384、385和386，其中每一者均定位在不同于基本上竖直、基本上纵向和基本上横向中任一者的方向上。加强条带393绘示为以曲线方式定位，尽管其包括可被视为基本上竖直的某些区段。由于图3中绘示的实例将加强条带393指示为单个无分割的条带，其包含在多个钛加强条带的第四部分中。其他实施例可将本加强条带包含作为区段，其中，每一区段均可包含在多个加强条带的不同部分中。
[0047]应注意，可将图3中绘示的那些加强条带之外的加强条带包含在多个钛加强条带的这些四部分内。因此，图3可能未指示用于包含发动机缸体60中的钛加强条带的所有可能的位置。
[0048]还应理解，在多个加强条带的第一部分中，第一数量的加强条带可沿横向方向从第一侧面317向第二侧面319基本上横跨发动机缸体。作为实例，加强条带325可沿缸盖顶面312的横向边缘304从第一侧面317向第二侧面319基本上横贯发动机缸体60的宽度。可沿前侦018的缸盖顶面312的顶部边缘定位从第二侧面319直至第一侧面317近似地横跨发动机缸体60的宽度的类似加强条带。于是，第一数量的多个加强条带的第一部分包括图3绘示实例中的加强条带325。
[0049]在所绘示的实例中，除加强条带325之外，多个加强条带的第一部分的加强条带335、337、333、327、329和331可不完全从第一侧面317直至第二侧面319横跨发动机缸体60的宽度。例如，加强条带335是横贯第二侧面319上的短肋的相对较短的条带。类似地，加强条带329和331在变速器连接界面306的两个径向肋336之间延伸且不横贯发动机缸体60的宽度。
[0050]第二数量的多个加强条带的第二部分可沿纵向方向从发动机缸体60的前面318(也称为前侧318)向后面316(也称为后侧316)基本上横跨发动机缸体。例如，沿盘轨352的加强条带341可包含在第二数量的多个加强条带的第二部分中。如图3中所观察，加强条带341在盘轨352中基本上从前侧318延伸至后侧316。可沿前侧面317上的盘轨定位从前侧318直至后侧316近似地横跨发动机缸体60的长度的类似加强条带。在图3中所示的多个加强条带的第二部分中，加强条带343、345和347可不横跨发动机缸体的纵向方向，但可显著地比发动机缸体60的长度短。因此，加强条带343、345和347可比加强条带341短。
[0051 ]第三数量的多个钛加强条带的第三部分可基本上沿竖直方向从发动机缸体60的底面313向顶侧312(也称为缸盖顶面312)横跨发动机缸体。作为来自图3的实例，加强条带353和355可包含在第三数量的多个钛加强条带的第三部分中，因为这些条带(353和355)基本上从缸盖顶面312向底侧313延伸以横贯发动机缸体60的高度的相当大部分。
[0052]应注意，尽管图3将钛加强条带绘示为位于肋、盘轨、冷却剂排放柱等的顶部，加强条带可容纳在肋、盘轨、冷却剂排放柱等内。因此，热固性复合材料可将钛加强条带封装在发动机缸体内。加强条带示出为位于面的顶部或待加强的位置以便清楚地提供它们在发动机缸体内的位置。于是，拱形加强条带366和368可以以沿变速器连接界面306的拱形物的形式封装在壳体结构内。
[0053]图4示出一种用于制造根据本发明的发动机的方法400。该方法可用于制造上文中参照图1至图3所述的发动机缸体，或者可用于制造另一合适的发动机。具体而言，该方法包括沿发动机缸体模具的框架的预定位置布置多个金属加强条带以及通过使用热固性复合材料成型发动机缸体。加强条带可使用钛制造。热固性复合材料流入发动机缸体模具且当热固性复合材料发动机缸体冷却并固化时钛加强条带被封装在热固性复合材料内。应注意，钛加强条带提供额外的加强，其作为热固性复合材料的聚合物基体内的增强纤维所提供的加强的补充。另外，热固性复合材料可包括其他形式的加强，例如颗粒加强，此不偏离本公开的范围。
[0054]在402，方法400包括将多个加强条带(使用钛制造)定位在发动机缸体模具内期望的位置。在404可将多个钛加强条带的第一部分沿发动机缸体模具的基本上横向方向放置。因此，发动机缸体模具的横向方向(以及纵向方向和竖直方向)可与发动机缸体的方向(或那些方向)相同。换言之，多个钛加强条带的第一部分可布置在基本上平行于发动机缸体的横向方向的位置。如前文中参照图3所述，可选择沿发动机缸体的横向方向伸展的特定位置，例如肋、导轨等。相应地，可沿在发动机工作期间经受较高载荷、力和应力的路径布置钛加强条带。
[0055]接下来在406，可在发动机缸体的基本上纵向方向上布置多个钛加强条带的第二部分。换言之，可在基本上平行于发动机缸体的纵向方向的位置布置多个钛加强条带的第二部分。
[0056]在408，可在发动机缸体的基本上竖直方向布置多个钛加强条带的第三部分。换言之，可在基本上平行于发动机缸体(或发动机缸体模具)的竖直方向的位置布置多个钛加强条带的第三部分。接下来在410，可在发动机缸体的非横向、非纵向和非竖直方向布置多个钛加强条带的第四部分。换言之，可在不平行于发动机缸体的纵向方向、不平行于发动机缸体的横向方向且不平行于发动机缸体的竖直方向的位置布置多个钛加强条带的第四部分(例如剩余部分)。
[0057]接下来在412，该方法包括将热固性复合材料注入发动机缸体模具。应注意，上述成型工艺是注塑成型。可使用其他合适的方法来形成本公开的成型发动机缸体。在414，钛加强条带由模具内的热固性材料封装，且当热固性复合材料冷却和固化时，钛加强条带可在特定位置包含在发动机缸体内。因此，可将钛加强条带集成到热固性复合材料内。
[0058]以这种方式，可使用由高特定强度金属(例如钛)制造的加强条带来实现改进的结构稳定性和强度。可通过在这些位置包含加强条带来显著地抵消沿发动机缸体的后面(例如沿变速器连接界面)、前面、朝向盘轨的底面以及沿发动机缸体的缸盖顶面的动力传动系弯曲力，以获得额外的刚度。因此，在发动机工作期间沿发动机缸体中的关键载荷路径的静态载荷和动态载荷可通过包含加强条带来平衡。加强条带在具有轻质的同时可提供额外的稳定性(除了热固性复合材料之外)。另外，通过使用具有低反应性的金属(例如钛)，可减小在成型期间的电反应。
[0059]在实例表述中，发动机可包括由多个选择性地位于汽缸缸体内的钛条带、定位在汽缸缸体内的多个位置的由热固性复合材料封装的多个钛条带(其中，钛条带不同于热固性复合材料内所包含的纤维填充加强件)加强的汽缸缸体。
[0060]注意，本文中包括的实例控制和估算例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并可利用包括控制器结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件的控制系统来实施。本文中所述的具体例程可代表任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可按照所示的顺序执行、并行执行或者在某些情况下可忽略。同样地，不一定需要该处理顺序来实现本文中所述的实例实施例的特征和优点，提供该处理顺序只是便于例示和描述。所例示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可重复执行，取决于所使用的具体策略。另外，当所描述的动作通过执行包括各种发动机硬件组件结合电子控制器的系统中的指令来实施时，所述的动作、操作和/或功能可使用图形代表编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器内的代码。
[0061]应理解，本文中公开的构造和例程是实例性性质，且不应将这些具体实施例视为限制性，因为可以实施许多的变型。例如，可将上述技术应用至V-6、1-4、1-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文中公开的各个系统和构造，以及其他特征、功能和/或特性的所有具有新颖性和非显而易见性的组合和子组合。
[0062]下面的权利要求具体指出被视为具有新颖性和非显而易见性的特定组合和子组合。这些权利要求可指代“一”或“第一”元件或其等效物。应将这些权利要求理解为包括纳入一个或多个这些元件，既不需要也不排除两个或多个这些元件。可通过对现有权利要求进行修改或在本申请或相关申请中陈述新权利要求来对所公开的特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求相比其范围是较宽泛、较狭窄、相同还是不同，也应视为包括在本公开的主题内。
【主权项】
1.一种用于成型发动机缸体的方法，包括: 使用多个金属条带加强所述发动机缸体，其中，所述多个条带的第一部分在所述发动机缸体的基本上横向方向上定位，且所述多个条带的第二部分在所述发动机缸体的基本上纵向方向上定位。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机缸体包括聚合物材料，且其中，所述条带包括钛。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述聚合物材料包括热固性复合材料，所述热固性复合材料包括带有增强纤维的热固性树脂的基体。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个金属条带中的每一者均包括具有均匀宽度和厚度的条带，且沿所述条带的中心线分布有多个孔，且沿所述条带的每一边缘均分布有多个半圆形切口。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个金属条带的所述第一部分包括沿所述发动机缸体的缸盖顶面的一个或多个横向边缘以及变速器连接界面的横向面定位的金属条带。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个金属条带的所述第一部分的第一数量基本上沿所述发动机缸体的所述横向方向从所述发动机缸体的第一侧面向第二侧面横跨所述发动机缸体。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个金属条带的所述第二部分的至少第二数量从所述发动机缸体的前面向所述发动机缸体的后面基本上横跨所述发动机缸体的所述纵向方向的整体。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个金属条带的所述第二部分的所述第二数量包括沿一个或多个盘轨朝向所述发动机缸体的底侧定位的金属条带。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个金属条带的第三部分在所述发动机缸体的基本上竖直方向上定位。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个金属条带的所述第三部分包括沿一个或多个冷却剂通道定位的金属条带，缸盖螺栓柱和肋在所述发动机缸体的基本上竖直方向上定位。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个金属条带的第三部分的至少第三数量从所述发动机缸体的底面至所述发动机缸体的顶面基本上横跨所述竖直方向的整体。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个金属条带的第四部分在所述发动机缸体的非横向、非纵向和非竖直方向上定位。13.—种发动机，包括: 热固性复合材料汽缸缸体，所述热固性复合材料汽缸缸体由所述汽缸缸体内的多个钛条带加强，所述多个钛条带的第一部分在所述汽缸缸体的横向方向上定位，且其中，所述多个钛条带的所述第一部分的至少第一数量沿所述横向方向从第一侧面向第二侧面基本上横贯所述汽缸缸体的宽度。14.根据权利要求13所述的发动机，其中，所述多个钛条带的第二部分在所述汽缸缸体的纵向方向上定位，且其中，所述多个钛条带的所述第二部分的至少第二数量沿所述纵向方向从所述汽缸缸体的前面向所述汽缸缸体的后面基本上横跨所述汽缸缸体的长度。15.根据权利要求14所述的发动机，其中，所述多个钛条带的第三部分在所述汽缸缸体的竖直方向上定位，且其中，所述多个钛条带的所述第三部分的至少第三数量沿所述竖直方向从所述汽缸缸体的底面向所述汽缸缸体的顶面基本上横跨所述汽缸缸体的高度。16.根据权利要求15所述的发动机，其中，所述多个钛条带的第四部分在所述发动机缸体的非横向、非纵向和非竖直方向上定位。17.一种成型汽缸缸体组件，包括: 热固性复合材料汽缸缸体，包括变速器连接界面；以及 包含在所述汽缸缸体内的多个钛条带，包含在所述汽缸缸体的基本上横向方向上的所述多个钛条带的第一部分，包含在所述汽缸缸体的基本上纵向方向上的所述多个钛条带的第二部分，包含在所述汽缸缸体的基本上竖直方向上的所述多个钛条带的第三部分。18.根据权利要求17所述的成型汽缸缸体组件，还包括在基本上不同于所述发动机缸体的横向方向、纵向方向或竖直方向上包含的所述多个钛条带的第四部分。
【文档编号】F02F1/18GK105840334SQ201610060415
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】克利夫特·E·梅基, 拉里·迪恩·埃利, 凯文·杜兰德·伯德, 里克·L·威廉姆, 沃尔弗拉姆·布施豪斯, 马修·约翰·扎鲁泽克
【申请人】福特环球技术公司