具有一體式氣缸蓋的柴油發(fā)動機的發(fā)動機缸體及其鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)動機的發(fā)動機缸體，其與氣缸蓋一體鑄成并帶有多個直列式氣缸，該發(fā)動機缸體具有外壁(21)和各氣缸壁(13)以及其間用于液態(tài)冷卻劑的第一冷卻室(22)并在氣缸頂(14)上方具有第二冷卻室(25)，其中該氣缸頂(14)具有用于換氣閥的開口(15、16)并且第一冷卻室(22)在四周完全環(huán)繞全部氣缸壁(13)。為加強并制冷從氣缸壁(13)向氣缸頂(14)過渡的薄弱區(qū)域，根據(jù)本發(fā)明，冷卻室(22)在相鄰氣缸的氣缸壁(13)之間形成間隙(23)，其寬度(35)恒定或自上向下增大，并且環(huán)繞氣缸壁(13)的第一冷卻室(22)全面延伸到氣缸頂(14)上方。
【專利說明】
具有一體式氣缸蓋的柴油發(fā)動機的發(fā)動機缸體及其鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)動機的發(fā)動機缸體，該發(fā)動機缸體具有一體成型的氣缸蓋、具有多個直列式氣缸、具有外壁和各個氣缸壁以及其間用于液態(tài)冷卻劑的第一冷卻室并具有在氣缸頂上方的第二冷卻室，該氣缸頂具有用于換氣閥的開口，其中第一冷卻室全面環(huán)繞全部氣缸且向上延伸至氣缸頂上方。
[0002]這種結(jié)構(gòu)類型亦稱作“整體式缸體(Monoblock)”。該結(jié)構(gòu)避免了獨立氣缸蓋相關(guān)的不利因素:通過螺栓使氣缸蓋與發(fā)動機缸體相連以及氣缸蓋的密封。由此，該結(jié)構(gòu)特別適于高功率密度的柴油發(fā)動機。高功率密度引起高壓并需要通過液態(tài)冷卻劑進行強冷卻，特別是在氣缸頂周圍。然而，這種結(jié)構(gòu)類型對鑄造工藝的要求較高。
【背景技術(shù)】
[0003]這種類型的發(fā)動機例如參閱第DE1938134 A號專利文獻。其中，冷卻液(通常為水)在氣缸壁四周環(huán)流。為在氣缸頂周圍達到足夠的剛度，在此將其構(gòu)成連續(xù)水平壁的一部分。但是，由此將冷卻室分為兩個分隔的腔室，氣缸壁向氣缸頂過渡的特殊薄弱區(qū)域在機械結(jié)構(gòu)上存在缺陷且并未直接受冷卻液環(huán)流。
[0004]第DEGM 1995270號專利文獻同樣公開一種整體式缸體結(jié)構(gòu)的發(fā)動機，其中氣缸頂接合至連接全部四個氣缸的板體。由此，環(huán)繞氣缸壁的第一冷卻室并未在四周超出氣缸頂。由此，薄弱的過渡區(qū)域并未受到冷卻水沖刷。
[0005]由第AT382429號專利文獻已知一種通用類型的發(fā)動機，其氣缸體的蓋部分中的噴油單元由連續(xù)的縱向孔道供以燃料并且其第一冷卻室全面延伸超出氣缸頂，而并未疊蓋氣缸頂。可以看出，該第一冷卻室僅通過一個自外部鉆孔并塞住的橫向孔道與第二冷卻室(蓋部分內(nèi))形成流體連通。從而，冷卻水流不能以高功率發(fā)動機所需的方式流入上方的冷卻室內(nèi)。
[0006]第JP07-071310號專利文獻涉及一種整體式缸體結(jié)構(gòu)的發(fā)動機。如其中圖3所示，第一冷卻室在閥門開口的區(qū)域內(nèi)疊蓋氣缸頂，但僅疊蓋少許部分。為盡量取得結(jié)構(gòu)剛性及冷卻性的提高，疊蓋部分應(yīng)與自上向下增大的間隙寬度協(xié)同作用。
[0007]第DE10033271 B4涉及常規(guī)結(jié)構(gòu)發(fā)動機的冷卻套型芯(并非整體式缸體結(jié)構(gòu))。在常規(guī)結(jié)構(gòu)中，在氣缸壁與氣缸頂之間并不存在薄弱的過渡部分。在其中所述的鑄造方法中，采用嵌件插入型芯內(nèi)。而這種嵌件耗費時間、構(gòu)型受限且其在鑄件脫模的過程中會受到損毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在用于這類整體式缸體的鑄模的制造過程中，須為對應(yīng)于圍繞氣缸壁的冷卻室的型芯部件設(shè)置一定角度的模鍛斜度。必須如此才能將型芯部件完好無損地從制造該型芯所需的型芯模具(亦稱作型芯箱)拔出。這種所謂的模鍛斜度始終必不可少，即便其可能由于角度過小而在普通圖示中無法看出。該特征在型芯部件極薄的情況下尤為重要，諸如其對應(yīng)于相鄰氣缸間的冷卻室區(qū)域內(nèi)。薄型芯部件尤為易碎。
[0009]該區(qū)域型芯部件的模鍛斜度致使型芯部件在氣缸頂周圍的厚度大于在其下端的厚度并由此導(dǎo)致氣缸壁上部的壁厚較小，特別是在氣缸頂中薄弱的過渡區(qū)域內(nèi)。該“薄弱處”使功率密度的提高受到局限。
[0010]因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何消除這種薄弱處。根據(jù)本發(fā)明，冷卻室在相鄰氣缸的氣缸壁之間形成間隙，其寬度自上向下恒定或增大。在此處及下文中，“上/下”是針對直立式發(fā)動機而言，其氣缸頂處于上方且其曲軸處于下方。臥式和立式亦然。
[0011]此舉導(dǎo)致氣缸壁在其與氣缸頂?shù)谋∪踹^渡區(qū)域不再易損，在間隙寬度向下增大或間隙彌合的情況下甚至得到加固，并且對氣缸壁與氣缸頂過渡部分的制冷更強。這可令功率密度進一步增高。
[0012]較佳地，冷卻室在排氣閥的區(qū)域內(nèi)疊蓋氣缸頂。疊蓋及環(huán)繞可進一步加強易損區(qū)域的冷卻，特別有利于排氣閥的周圍區(qū)域。
[0013]若發(fā)動機缸體包含將第一冷卻室與第二冷卻室分隔的壁部件，則在優(yōu)選的改進方案中設(shè)置兩個水平孔道，第一水平孔道止于外壁中，第二水平孔道止于對置的外壁中，其中兩水平孔道之一止于噴油嘴附近，從而自第一冷卻室向上流動的冷卻液定向于噴油嘴。由此，還通過對準(zhǔn)靈敏噴油嘴的射流使其受到有效的制冷。通過每一氣缸成對布置的橫向孔道，第二冷卻室可完全涵蓋于冷卻劑環(huán)路內(nèi)。
[0014]在加工技術(shù)方面，自外部對發(fā)動機缸體鉆孔并穿透垂直的壁部分十分輕松，尤其是鑄成的缸體至少還可在多處位置受到機械加工?？椎涝谕獗诘拈_口易于如同其他型芯定位孔同樣的方式封閉。
[0015]本發(fā)明還涉及一種鑄造方法，該方法特別適用于根據(jù)本發(fā)明在相鄰氣缸之間形成間隙。在此，可設(shè)想，型芯的各部分分別由已相應(yīng)備好的型砂在型芯箱中成型，形成第一冷卻室的型芯部件在相鄰氣缸之間的間隙區(qū)域內(nèi)借助各自單獨的嵌件構(gòu)成，該嵌件的形狀對應(yīng)于間隙的寬度或間隙的寬度變化。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，厚度恒定或向下增大的嵌件沿垂直方向插進用于制造型芯的模具(型芯箱)中。為實現(xiàn)該插進行為，在型芯箱中及嵌件上設(shè)置垂直導(dǎo)軌。將型芯從型芯工具脫模的過程中，嵌件與型芯部件共同由型芯工具向上脫出，就此導(dǎo)軌由其中脫出，隨后移向一旁。如此，僅需附加相當(dāng)簡單的型芯工具。嵌件由耐久性材料組成且由此可再利用。此外，其形成間隙的側(cè)面可具有任意形狀。
【附圖說明】
[0017]下面將參照附圖闡述本發(fā)明。其中:
[0018]圖1表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的通用類型發(fā)動機的局部縱剖面圖；
[0019]圖2表示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的局部縱剖視圖；
[0020]圖3表示圖2所示發(fā)動機沿圖5中II1-1II的剖面圖；
[0021]圖4表示圖2所示發(fā)動機沿圖5中IV-1V的剖面圖；
[0022]圖5表示圖2所示發(fā)動機沿圖3中V-V的水平剖面圖；
[0023]圖6表示用于制造如圖2所示發(fā)動機的鑄模的剖面圖；
[0024]圖7表示用于根據(jù)本發(fā)明的方法制造鑄模型芯部件的型箱。
【具體實施方式】
[0025]參見圖1，首先根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說明本發(fā)明所要解決的問題。具有直列式氣缸的發(fā)動機缸體I與蓋部分2鑄成一體。氣缸壁3圍繞燃燒室5且四周完全受冷卻室圍繞，這些冷卻室受冷卻液(通常為水)環(huán)流。在鑄模中，通過砂芯實現(xiàn)冷卻室。它們在特定模具中構(gòu)成。為使型芯能夠完好無損地從模具拔出，需要一定角度的模鍛斜度，型芯越薄(越脆)，則該模鍛斜度的角度越大。在相鄰氣缸的氣缸壁3之間的間隙6中的型芯尤其更薄。由于該模鍛斜度，間隙6的厚度自下向上直至氣缸頂4不斷增大并且氣缸壁3的厚度則不斷變薄。由此，氣缸壁3在其與氣缸頂4過渡部分的熱應(yīng)力及機械應(yīng)力最高的區(qū)域8中最薄。該薄弱處使發(fā)動機的功率密度受到局限，例如此處可能會在過載的情況下發(fā)生斷裂。
[0026]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機缸體10的縱剖面圖，其中該縱剖面圖僅為例如具有六個氣缸的發(fā)動機的局部視圖。發(fā)動機缸體10由氣缸部分11以及與其一體成型的蓋部分12組成。每一氣缸由氣缸壁13及氣缸頂14組成，該氣缸頂14具有用于進氣閥的開口 15和用于排氣閥的開口 16以及用于噴油嘴17的開口(圖3)。進氣通道31連接至開口 15，排氣通道32(圖4)連接至開口 16。
[0027]圖3示出發(fā)動機缸體10的第一剖面圖。氣缸壁13及氣缸頂14分別圍繞燃燒室18。每一氣缸壁13四周均受到第一冷卻室22完全環(huán)繞。該第一冷卻室為全部氣缸所共用并且其外部由發(fā)動機缸體10的外壁21環(huán)繞。第一冷卻室22自發(fā)動機缸體10的下部向上延伸并且超出氣缸頂14的氣缸外表面止于29 ο第一冷卻室22在相鄰的氣缸之間形成間隙23(參見圖2)。根據(jù)本發(fā)明，該間隙23的寬度35恒定或自下向上增大，甚至具有特定的分布形狀。如此，例如在兩個相鄰氣缸壁之間可能具有連接橋。該間隙23向上伸出氣缸頂14且止于加寬部24，該加寬部疊蓋并圍繞氣缸頂14。由此，在易損區(qū)域(圖1中以標(biāo)號8表示)，氣缸壁13的厚度不會減小，甚至?xí)雍?，并且氣缸?4中的過渡部分受冷卻液環(huán)流。
[0028]蓋部分12包含第二冷卻室25，該第二冷卻室25與第一冷卻室22由間隔壁26分開。由于間隔壁26涉及形成進氣通道31、排氣通道32及用于容納噴油嘴17的開口，因此其具有不規(guī)整的空間形狀并且還具有垂直的壁部分。而間隔壁26在其間向下延伸至氣缸頂14的氣缸外表面，在此轉(zhuǎn)變?yōu)闅飧醉?14)。第二冷卻室25終止的位置也比第一冷卻室22的上端29更深。為使第一冷卻室22與第二冷卻室25相連，僅需再于鑄成的發(fā)動機缸體10上制出第一水平橫向孔道27并在其外端利用塞子28封閉。
[0029]圖4示出發(fā)動機缸體10自氣缸中間平移的的第二剖面圖。該剖面穿過用于排氣閥的開口 16。在此可以明顯看出，第一冷卻室22在30于排氣閥附近極大范圍地疊蓋氣缸頂14。此外，在此還可看出第二水平橫向孔道33，該第二橫向孔道33在氣缸體的另一縱側(cè)21’使第一冷卻室22與第二冷卻室25相連。利用球體34將其外端塞住。第二橫向孔道33指向噴油嘴17，從而使該薄弱機構(gòu)也受到良好的制冷。
[0030]在由橫向孔道27、33的中線展開的平面中形成圖5的水平剖面圖。該剖面在陰影區(qū)域切斷將兩個冷卻室(22、25)分開的分隔壁26以及外壁21?？梢钥闯?，第一冷卻室22介于外壁21與各氣缸的氣缸壁13之間，間隙23介于相鄰氣缸之間。第一冷卻室22對應(yīng)于下文將提及的型芯，其中涉及在該間隙23之中及周圍的型芯部件。在四氣門發(fā)動機中，情況類似。
[0031]圖6示出整體以40表示的用于制造根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機缸體10的鑄模，以備說明根據(jù)本發(fā)明的鑄造方法。在僅由分界線41表示的兩部分型箱(OK和UK)中置入型芯部件(并未示出細節(jié))。型芯對應(yīng)于鑄件的空腔(例如22*對應(yīng)于第一冷卻室22等等)。本發(fā)明的關(guān)鍵是用于第一冷卻室22的型芯部件22*。其他型芯部件是用于第二冷卻室25的型芯部件25*以及對應(yīng)于通道31、32的型芯部件。
[0032]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的鑄造方法所需的成型工具。該成型工具用于制造型芯部件22*且整體以50表示。成型工具的外壁56的內(nèi)輪廓對應(yīng)于發(fā)動機缸體10的外壁21的內(nèi)輪廓，塔狀體51對應(yīng)于氣缸壁13及氣缸頂14的外輪廓。塔狀體51分別在面向于毗鄰氣缸的區(qū)域具有垂直的燕尾槽52 (并未以模鍛斜度的角度傾斜)，嵌件53沿垂直方向(箭頭57)插入該燕尾槽52中作為成型工具用于制造型芯部件的部分。
[0033]嵌件53具有凸面55，該凸面同樣具有垂直的母線或總體上具有任意形狀。由此，凸面55的分布形狀可包括特定構(gòu)形(例如還包括對應(yīng)于在圖中未示的相鄰氣缸壁之間連接橋的穿孔)。凸面55對應(yīng)于型芯部件42在相鄰氣缸的間隙23內(nèi)的形狀。此后，通過將型砂吹入成型工具50形成型芯部件42。由于垂直的導(dǎo)軌54，能夠?qū)⒅瞥傻男托静考?2連同嵌件53—起沿著燕尾槽54拉出用于制造型芯部件的成型工具50。隨后，將嵌件53沿水平方向從型芯部件42拆開，完成型芯22*的制備，其具有根據(jù)本發(fā)明成型的間隙23的界線。
【主權(quán)項】
1.一種柴油發(fā)動機的發(fā)動機缸體，該發(fā)動機缸體具有一體成型的氣缸蓋、多個直列式氣缸、外壁(21)和各氣缸壁(13)及其間用于液態(tài)冷卻劑的第一冷卻室(22)以及在氣缸頂(14)上方的第二冷卻室(25)，其中所述氣缸頂(14)具有用于換氣閥的開口(15、16)，并且所述第一冷卻室(22)全面環(huán)繞全部氣缸壁(13)且向上延伸至所述氣缸頂(14)之上，其特征在于:所述第一冷卻室(22)在相鄰氣缸的所述氣缸壁(13)之間形成間隙(23)，其寬度(35)自上向下恒定或增大。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機缸體，其特征在于:所述第一冷卻室(22)至少在用于排氣閥的開口(16)區(qū)域內(nèi)疊蓋(30)所述氣缸頂(14)。3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機缸體，其中設(shè)置第一水平橫向孔道(27)，通過該第一水平橫向孔道(27)使兩個冷卻室(22、25)相互流體連通，所述橫向孔道(27)自外壁(21)開始穿透向上伸出所述氣缸頂(14)的所述第一冷卻室(22)，其特征在于:設(shè)置使兩個冷卻室(22、25)相互流體連通的第二水平橫向孔道(33)，該第二水平橫向孔道(33)自對置的外壁(21’)開始并終止于噴油嘴(17)附近的位置，以使自所述第一冷卻室(22)向上流動的冷卻液定向于該噴油嘴(17)。4.用于鑄造如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機缸體的方法，其中分別在型芯盒中形成型芯的各部分，并且形成所述第一冷卻室的型芯部件(22*)在相鄰氣缸壁(13)之間的所述間隙(23)的區(qū)域內(nèi)分別借助單獨的嵌件(43、53)構(gòu)成，所述嵌件的形狀對應(yīng)于所述間隙(23)的恒定或自上向下增大的寬度(35)。其特征在于:將所述嵌件(53)沿垂直方向(57)插入用于制造所述型芯(22*)的工具(50)中，并且將在所述型芯工具(50)中形成的所述型芯部件(22*)連同所述嵌件(52)從所述型芯工具向上拉出，隨后將所述嵌件(53)移開。5.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述嵌件(53)在其反向于所產(chǎn)生的型芯部件(22*)的背面具有燕尾狀垂直導(dǎo)軌(54)并由耐久性材料組成。
【文檔編號】F01P3/02GK105934578SQ201380070587
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2013年12月10日
【發(fā)明人】魯?shù)婪颉ぢ喾? 邁克爾·阿沙伯, 約瑟夫·瓦格納
【申請人】斯太爾動力有限責(zé)任公司