专利名称：发动机的轴承盖结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机的轴承盖结构，特别是，其内部有用与母材不同的材料做成的芯部构件(预成形件)铸在其中的发动机的轴承盖结构。
在车辆的发动机中，在作为发动机的构件的气缸体上部设置气缸头。此外，在气缸体的下部设置作为轴承盖的曲轴下箱，该轴承盖包括作为盖侧轴颈部分的下箱侧轴颈部分，该盖侧轴颈部分枢轴地支承作为与气缸体的缸体侧轴颈部分合作的轴构件的曲轴。
更具体一些，如图6所示，安装在发动机102的气缸体104的下部的曲轴下箱106用铝制造并且例如用压铸法模制，而且包括准备接合至气缸体104的下表面上的接合部分108，用于向上敞开、以枢轴地支承一曲轴(未示出)的半圆形下箱侧轴颈部分110，在下箱侧轴颈部分110的两侧沿垂直方向取向的下箱螺栓孔112-1和112-2，以及在两个端侧的下箱外壁114-1和114-2。
此外，发动机的这种轴承盖结构已经在例如JP-A-2000-205037中公开。该公报记载，左右外壁是彼此连接在一起的，用增强纤维做成并横过左右外壁的预成形件铸入构成曲轴的轴承部分的隔壁，而且预成型件浸渍以熔化的金属，以构成气缸体。
在发动机的轴承盖结构中，过去，作为发动机构件的气缸体和作为轴承盖的曲轴下箱都用铝制造，以便在很多情况下减轻发动机的重量。用铝做的气缸体和曲轴下箱有比用铸铁做的气缸体和曲轴下箱大的线膨胀系数。因此，为了得到低温区的与曲轴的曲轴轴颈部分的间隙，倾向于加大高温区的曲轴轴颈部分的间隙。
另一方面，有一种在铸造用铝做的曲轴下箱时将与铝(母材)不同的材料铸入内部，以减少发动机构件的线膨胀系数的方法。在如图7所示的铸造不同材料的方法中，一用纤维材料做的具有预定形状的芯部构件(预成形件)116被铸入铸模(未示出)中，使下箱侧轴颈部分110变成铝合金，从而减少线膨胀系数。
不过，在铸造时，难于固定并保持芯部构件116。当下箱侧轴颈部分110的内周表面110F的曲率半径R1和芯部构件侧轴颈部分118的内周表面118B的曲率半径R2的基点设定为同一个下箱中心O时，则要考虑下箱侧轴颈部分110的内周表面110F与芯部构件侧轴颈部分118的内周表面118F之间的厚度(距离)T。因此，芯部构件侧轴颈部分118的内周表面118F的曲率半径R2要做成略大于下箱侧轴颈部分110的内周表面110F的曲率半径R1(R2＝R1+T)。在进行铸造并同时在下箱侧轴颈部分110的内周表面110F与芯部构件侧轴颈部分118的内周表面118F之间略留下用铝做的一部分(厚度T不变)时，芯部构件116的沿垂直方向的移动通过采用如图8和9所示的台阶部分124-1U和124-1B以及台阶部分124-2U和124-2B来控制。台阶部分124-1U和124-1B做在铸造模型的一侧上用、一侧下用的铸造拔模销122-1U和122-1B的一侧上，而铸造拔模销122-1U和122-1B则用一侧插入芯部构件116的芯部构件螺钉孔120-1中。台阶部分124-2U和124-2B做在铸造模型的铸造模型的另侧上用、另侧下用的铸造拔模销122-2U和122-2B的另一侧上，而铸造拔模销122-2U和122-2B则用另一侧插入芯部构件116的芯部构件螺钉孔120-2中。
如图9所示，将描述例如用于一侧的上部的台阶部分124-1U。在芯部构件116的芯部构件螺钉孔120-1的上侧的孔的端部120-1M与用于上部的铸造拔模销122-1U的外周表面之间有一间隙S存在。因此，如
图10所示，沿横向在下箱螺钉孔112-1与一侧上用、一侧下用的铸造拔模销122-1U和122-1B之间有一侧的偏移D-1，并在下箱螺栓孔122-2与另侧上用、另侧下用的铸造拔模销122-2U和122-2B之间有一另一侧的偏移D-2。此处，横向为熔融金属流动方向，作为母材的铝材沿该方向流动。因此，芯部构件116朝下箱侧壁114-2的一侧偏移。更具体一些，芯部构件(预成形件)中心Q因此朝下箱侧壁114-2相对于下箱中心O(如图10用点划线所示)移动一中心偏移E。由此，在某些情况下，芯部构件侧轴颈部分118的内周表面118F向下箱侧轴颈部分110的内周表面110F露出(如图10的预成型件露出部分P所示)。这样，在芯部构件侧轴颈部分118向下箱侧轴颈部分110露出的情况下，就从该露出部分消除了铝材的渗透作用。由于这一原因，有这样的缺点，即下箱侧轴颈部分不能均匀地变成铝合金，从而造成铸造缺陷。
因此，为了消除上述缺点，本发明提供一发动机的轴承盖结构，其中设置一包括一要接合至发动机构件上的接合部分，和一用于发动机构件的构件侧轴颈部分合作、以枢轴地支承一轴构件的盖侧轴颈部分，并在铸造此轴承盖时，在铸造模型中设置用与母材不同的材料成形的芯部构件。母材从一浇注口注入，以在其中铸入芯部构件。芯部构件有一沿盖侧轴颈部分设置的芯部构件侧轴颈部分和在芯部构件侧轴颈部分两侧的芯部构件螺钉孔。此外，在铸造模型中，芯部构件通过沿垂直方向包括一台阶部分的铸造拔模销配设成与铸造模型表面离间的状态。芯部构件的芯部构件侧轴颈部分的曲率半径如此做成大于轴承盖的盖侧轴颈部分的曲率半径，以致盖侧轴颈部分与芯部构件侧轴颈部分之间的间隙大于芯部构件螺钉孔与铸造拔模销之间的间隙。在铸造模型的侧面上设置浇注口，以使母材沿轴承盖的接合部分注入。
图1为剖视图，它示出曲轴下箱并示出预成形件铸造。
图2为剖视图，它示出铸造时特别是铸造预成型件时的曲轴下箱。
图3为剖视图，它示出发动机的曲轴的周围。
图4为剖视图，它示出按照第二实施例的轴承盖。
图5为剖视图，它示出按照第三实施例的铸造拔模销的周围。
图6为剖视图，它示出按照传统技术的曲轴下箱(轴颈部分)。
图7为剖视图，它示出备有按照传统技术的芯部构件的曲轴下箱，并示出轴颈处于最佳状态的预成形件铸造形状。
图8为剖视图，它示出曲轴下箱在按照传统技术铸造时的支承状态，并示出预成形件的支承。
图9为放大的剖视图，它示出按图8的箭头指出的铸造拔模销部分。
图10为剖视图，它示出铸造后的曲轴下箱，并示出按照传统技术铸造时的问题。
在本发明中，芯部构件的芯部构件侧轴颈部分的曲率半径如此做成大于轴承盖的盖侧轴颈部分的曲率半径，以致盖侧轴颈部分与芯部构件侧轴颈部分之间的间隙大于芯部构件的芯部构件螺钉孔与铸造模型的铸造拔模销之间的间隙。因此，不仅要增加盖侧轴颈部分中最重要的活塞垂直方向的铝材厚度，而且要加大沿轴承盖的接合部分的相对于芯部构件的横向的偏移的公差。由此，就有可能防止在盖侧轴颈部分中的露出。这样，盖侧轴颈部分就可以均匀地变成铝合金。由此，能避免铸造缺陷。
参看附图，将在下面具体而详细地描述本发明的一个实施例。图1至3示出了本发明的第一实施例。在图3中，2代表要装在车辆(未示出)上的发动机，4代表作为发动机构件的气缸体，6代表作为轴承盖的曲轴下箱，和8代表作为轴构件的曲轴。气缸体4和曲轴下箱6用母材铝做成，并例如用压铸法形成。曲轴8用铁基材料形成。
在气缸体4的半圆形缸体侧轴颈部分10和曲轴下箱6的半圆形下箱侧轴颈部分12之间，曲轴8通过缸体侧的轴承金属14和下箱侧的轴承金属枢轴地被支承。因此，曲轴8与气缸体4的缸体侧轴颈部分10和曲轴下箱6的下箱侧轴颈部分12合作，被枢轴地支承。
在缸体侧轴颈部分10的两侧，沿垂直方向从下方越过气缸体4的下表面做出缸体螺钉螺纹孔18-1和18-2，并进一步在两外侧沿垂直方向做出第一和第二外缸体螺钉螺纹孔20-1和20-2。
此外，在曲轴下箱6中，在下箱侧轴颈部分12的两侧做出对应于缸体螺钉螺纹孔18-1和18-2的下箱螺钉孔22-1和22-2，并进一步在下箱外侧壁24-1和24-2上做出对应于第一和第二外缸体螺钉螺纹孔20-1和20-2的第一和第二外下箱螺钉孔26-1和26-2。
曲轴下箱6的上部中的接合部分32用紧固螺钉28-1和28-2以及第一和第二外紧固螺钉30-1和30-2接合至气缸体4的下部上，该紧固螺钉28-1和28-2从下方穿过下箱螺钉孔22-1和22-2插入并拧在缸体螺钉螺纹孔18-1和18-2中，该紧固螺钉30-1和30-2从下方穿过第一和第二外侧下箱螺钉孔26-1和26-2插入并拧在第一和第二外侧缸体螺钉螺纹孔20-1和20-2中。
此外，连杆36的大端38连同用连接螺钉40-1和40-2固定的端盖42结合至曲轴34的曲柄销34上。活塞46的活塞销48结合至连杆36的小端44上。
曲轴下箱6通过在铸造时在铸造模型(未示出)中设置一芯部构件(预成形件)50并通过经过铸造模型(未示出)的浇注口注入母材，将芯部构件50铸在其中而模制，该芯部构件用与作为母材的铝材不同的材料形成。铸造模型由沿垂直方向配置的可移动侧的上金属模和固定侧的下金属模组成。如图1所示，上金属模和下金属模有对应于一侧下箱螺钉孔22-1的一侧上用、一侧下用的铸造拔模销52-1U和52-1B，和对应于另一侧下箱螺钉22-2的另侧上用、另侧下用的铸造拔模销52-2U和52-2B。一侧上用、一侧下用的铸造拔模销52-1U和52-1B做有一侧上用、一侧下用的台阶部分54-1U和54-1B。一侧上用、一侧下用的铸造拔模销52-2U和52-2B做有一侧上用、一侧下用的台阶部分54-2U和54-2B。这些台阶部分54用于沿垂直方向固定并保持芯部构件50。
芯部构件50为通过预成形(预模制)陶瓷线材得到的晶须(短纤维)，并进一步浸渍以作为母材的铝材。换句话说，芯部构件50的材料基本由氧化铝纤维形成，并包含少量氧化硅，以作为粘接剂(纤维固定材料)。作为制造芯部构件50的方法，将二氧化铝纤维溶在水中并分散，然后混合以作为粘接剂的氧化硅并充分搅拌，并将混合物放在过滤器中，脱水，并且按其原状放置，以致得到一饼状的湿混合物。以后，在一干燥工度中吹去水份，并在此后进行一焙烧工序，以便完成一具有某种程序的硬度的芯部构件50。此完成的芯部构件50作为单体并没有足够的硬度，而在铸造曲轴下箱6的工序中则被浸透以铝材，以致得到一具有所要求的硬度的铝合金。
芯部构件50有一沿下箱侧轴颈部分12设置的芯部构件侧轴颈部分56，和在芯部构件侧轴颈部分56的两侧沿垂直方向设置的与下箱螺钉孔22-1和22-2对应的芯部构件螺钉孔58-1和58-2。在铸造模型内，芯部构件50通过沿垂直方向包括各台阶部分54的各铸造拔模销52设置成与铸造模型的表面成离间的状态。此外，在通过曲轴下箱6的下箱侧轴颈部分12的下箱中心O的中心线C上，在下箱侧轴颈部分12的内周表面12F与芯部构件50的芯部构件侧轴颈部分56的内周表面56F之间形成的厚度T要如此考虑，以使下箱侧轴颈部分12的内周表面12F与芯部构件侧轴颈部分56的内周表面56F之间的横向间隙F大于一侧下箱螺钉孔22-1的内周表面与一侧铸造拔模销52-1的外周表面之间的间隙D-1。此外，间隙F大于另一侧下箱螺钉孔22-2的内周表面与另一侧铸造拔模销52-2的外周表面之间的间隙D-2。此外，在中心线C上，芯部构件侧轴颈部分56的曲率半径R2的芯部构件中心Q从下箱中心O偏移一距离L，而芯部构件侧轴颈部分56的内周表面56F的曲率半径R2则做成大于下箱侧轴颈部分12的曲率半径R1(R2＝R1+T+L)。此外，在铸造模型的侧面上，也就是说，在下箱外侧壁24-1的一侧上做有浇注口(未示出)，以使作为母材的铝沿曲轴下箱6的接合部分32被注入。也就是说，在铸造时，熔融金属的流动方向与活塞46的上下方向不同。
更具体一些，在本实施例中，在铸造曲轴下箱6的情况下，并未实施特殊的铸造技术，而且采用了与传统方法相同的铸造机械。不过，铸造模型设计成将芯部构件50固定在所要求的位置上。在本实施例中，铸造模型的各个铸造拔模销52各自做有用于固定芯部构件50沿垂直方向的位置的台阶54。不过，即使芯部构件50通过施加过大的力固定在所要求的位置上，作为软的单体构件的芯部构件50也由于压力而破裂。由于这一原因，只能采用支承单体的芯部构件50的固定方法。因此，在铸造曲轴下箱6时，单体芯部构件50由于作为母材的熔融铝材的流动压力而沿横向偏移。因此，芯部构件50的芯部构件侧轴颈部分56从下箱侧轴颈部分12的铝铸件表面露出。因此，在本实施例中，在铸造时，芯部构件的中心(预成形件的中心)沿与熔融的铝材的流动方向垂直的方向偏移，使芯部构件50的偏移有一个允许范围，从而防止芯部构件50外露。这样，热的铝熔液可充分地渗透入芯部构件50中。
作为具体的结构，如图1所示，下箱侧轴颈部分12的内周表面12F通过按下箱侧轴颈部分12的中心和曲轴下箱6的下箱中心O的中心线C上的厚度(距离)T与芯部构件侧轴颈部分56的内周表面56F离间。芯部构件50的芯部构件中心(预成形件中心)Q在中心线C上偏移一距离L，以反映从曲轴下箱6的下箱侧轴颈部分12的偏移量。因此，芯部构件侧轴颈部分56的曲率半径R2设定为R2＝R1+T+L。
下面描述第一实施例的作用。
在铸造曲轴下箱6时，作为母材的铝材从铸造模型的侧面上的浇注口沿曲轴下箱6的接合部分32注入，芯部构件50被浸渍以作为母材的铝材。
在本实施例中，曲轴下箱6的下箱中心O和芯部构件50的芯部构件中心Q在中心线C上偏移一距离L，芯部构件50的芯部构件侧轴颈部分56的内周表面56F的曲率半径R2做成大于下箱侧轴颈部分12的曲率半径R1。在铸造时(如同用图2的点划线所示)，即使芯部构件50由于熔融金属的流动而朝下箱外侧壁24-2的一侧移动，对于下箱侧轴颈部分12来说是最重要的铝材沿活塞46的垂直移动方向的厚度T也可以被控制。与此同时，对于沿芯部构件50的横向偏移(以图2中的中心间的偏移E为例)的允许范围可以加大。因此，可以防止芯部构件50朝下箱侧轴颈部分12露出，并且铝层可残留在下箱侧轴颈部分12中。这样，可以保持良好的铸造性能并减少铸造缺陷。
此时，芯部构件50的芯部构件侧轴颈部分56中的内周表面56F的直径的扩大量可以由从芯部构件中心Q的偏移量(L)确定，而铝材沿活塞46的垂直移动方向的厚度则可保持成具有所要求的尺寸。
此外，在下箱侧轴颈部分中，铝层如此残留，以使当下箱侧轴颈部分12被加工时，可以用气缸体4和曲轴下箱6加工同样的材料，可以抑制加工芯部构件50的不同材料时可能引起的工具晃动。即使采用了其中铸有芯部构件50的曲轴下箱6，也能像用铝做的传统的曲轴下箱那样，保持轴颈部分有同样的加工精度。
此外，曲轴下箱6的母材为铝材，而芯部构件50为通过预成形陶瓷线材得到的晶须。再有，芯部构件50浸渍以作为铝材的母材。因此，通过铸造芯部构件50，就有可能减少铝材的线膨胀系数，以减小曲轴轴颈部分在高温区的间隙，从而减小振动和噪声。
图4示出本发明的第二实施例。
在第二实施例中，具有与第一实施例相同的功能的部分有同样的参考数字，下面给出其说明。
第二实施例有下列特色。一轴承盖62有一半圆形盖侧轴颈部分64并有一铸造在其中的芯部构件66。在此情况下，与第一实施例的情况相同，芯部构件66的芯部构件侧轴颈部分70的曲率半径R2做成大于轴承盖62的盖侧轴颈部分64的曲率半径R1，也就是说，在盖侧轴颈部分64的内周表面64F与芯部构件侧轴颈部分70的内周表面70F之间的厚度T要考虑设定R2＝R1+T+L，以使盖侧轴颈部分64与芯部构件侧轴颈部分70之间沿横向的间隙大于芯部构件66的芯部构件螺钉孔68-1和68-2与铸造模型的各铸造拔模销之间的间隙(未示出)。
按照第二实施例的结构，在轴承盖为轴承盖62的情况下，也可以得到与第一实施例相同的功能和效果。
图5示出本发明的第三实施例的特殊结构。
第三实施例有下列特色。铸造模型的铸造拔模销82做成有一按一角度θ从台阶部分84的角部84A倾斜的锥形。在此情况下，台阶部分84的角部84A做成与芯部构件86的芯部构件螺钉孔88的孔端部分88A接触，从而固定并夹持芯部构件86，以致不能移动。
按照第三实施例的结构，芯部构件86不会沿横向偏移，这是因为，芯部构件螺钉孔88的孔端部分88A被铸造拔模销82的台阶部分84的角部84A固定在该位置上。因此，采用简单的结构，就可防止芯部构件86朝曲轴下箱6的下箱侧轴颈部分12露出，而铝层可残留在下箱侧轴颈部分12中。因此，可以保持良好的铸造性能并减少铸造缺陷。
如同从上述详细说明所说明的那样，芯部构件有芯部构件侧轴颈部分和在芯部构件侧轴颈部分的两侧的芯部构件螺钉孔，并且在铸造模型中，通过沿垂直方向包括台阶部分的铸造拔模销设置成与铸造模型的表面离间的状态。
芯部构件的芯部构件侧轴颈部分的曲率半径如此做成大于轴承盖的盖侧轴颈部分的曲率半径，以致盖侧轴颈部分与芯部构件侧轴颈部分之间的间隙大于芯部构件螺钉孔与铸造拔模销之间的间隙。此外，浇注口设置在铸造模型的侧面上，以沿轴承盖的接合部分注入母材。因此，芯部构件的芯部构件侧轴颈部分的曲率半径如此做成大于轴承盖的盖侧轴颈部分的曲率半径，以致盖侧轴颈部分与芯部构件侧轴颈部分之间的间隙大于芯部构件的芯部构件螺钉孔与铸造模型的铸造拔模销之间的间隙。因此，除去对盖侧轴颈部分来说是最重要的铝材的沿活塞垂直方向的厚度以外，对于芯部构件沿轴承盖的接合部分的横向的偏移，允许范围可以加大。因此，可以防止芯部构件朝盖侧轴颈部分露出，而盖侧轴颈部分可以均匀地变为铝合金，以致可以避免铸造缺陷。
权利要求
1.用于发动机的轴承盖(bearing cap)结构，它包括一个用于被接合至发动机构件上的接合部分；一个支承轴构件的盖侧轴颈部分；一个芯部构件，它用与母材不同的材料做成并在铸造轴承盖时设置在铸造模型中，芯部构件包括一芯部构件侧轴颈部分和设置在芯部构件侧轴颈部分的两侧的芯部构件螺钉孔；其特征为，芯部构件侧轴颈部分沿盖侧轴颈部分设置，以及芯部构件通过在铸造模型中沿垂直方向包括台阶部分的铸造拔模销设置成与铸造模型的表面成离间状态；以及芯部构件侧轴颈部分的曲率半径如此做成大于盖侧轴颈部分的曲率半径，以使盖侧轴颈部分与芯部构件侧轴颈部分之间的间隙大于芯部构件螺钉孔与铸造拔模销之间的间隙。
2.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，轴承盖的母材为铝材，芯部构件为晶须(whisker)。
3.如权利要求2的轴承盖结构，其特征为，晶须通过预成型陶瓷线材得到。
4.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，芯部构件浸渍以母材。
5.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，轴承盖包括接合部分和盖侧轴颈部分。
6.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，盖侧轴颈部分用于与发动机构件的构件侧轴颈部分合作，枢轴地支承一轴构件。
7.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，浇注口设置在铸造模型的侧面上，以使母材沿接合部分注入，以及母材从浇注口注入，以在其中铸造芯部构件。
8.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，轴承盖为一曲轴下箱。
9.如权利要求1的轴承盖结构，其特征为，铸造拔模销做成具有从台阶部分的角部倾斜的锥形。
全文摘要
一芯部构件有一芯部构件侧轴颈部分和在芯部构件侧轴颈部分的两侧的芯部构件侧螺钉孔，并通过在铸造模型中沿垂直方向包括台阶部分的铸造拔模销设置成与铸造模型的表面成离间状态。芯部构件的芯部构件侧轴颈部分的曲率半径如此做成大于轴承盖的盖侧轴颈部分的曲率半径，以使盖侧轴颈部分与芯部构件侧轴颈部分之间的间隙大于芯部构件螺钉孔与铸造拔模销之间的间隙。浇注孔设置在铸造模型的侧面上，以沿轴承盖的接合部分注入母材。
文档编号C22C49/06GK1428517SQ0215755
公开日2003年7月9日 申请日期2002年12月20日 优先权日2001年12月21日
发明者铃木崇嗣 申请人:铃木株式会社