專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的汽缸體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，特別涉及一種可消除在將汽缸頭部緊固到汽缸體上時(shí)所引起的汽缸內(nèi)腔及墊圈密封表面變形的汽缸體結(jié)構(gòu)。
在常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)中，如

圖10、11及12所示，在將汽缸頭部52用帶頭螺栓53緊固到封閉的蓋板形汽缸體51上時(shí)，螺栓凸臺(tái)56被向上拉曳，從而在連接內(nèi)腔中心和螺栓中心的平面上引起關(guān)于頭部墊圈54的剛性墊圈55的力矩E1，E2并引起汽缸內(nèi)壁57和上蓋板58的變形。在這個(gè)例子中，中間的汽缸內(nèi)腔發(fā)生第四狀態(tài)的變形，而端部的汽缸內(nèi)腔發(fā)生如圖12中虛線所示的第三種狀態(tài)的變形，并且上蓋板58如圖10所示的那樣向內(nèi)并向下傾斜。汽缸內(nèi)腔的變形增大了油耗及活塞撞擊的噪音。
為了消除汽缸內(nèi)腔的變形，已提出了各種各樣的建議。例如，日本實(shí)用新型公開SHO59-24846提出一種如圖13所示的汽缸體，其中汽缸體外壁61和二重連接的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分62通過(guò)一位于活塞的油環(huán)一側(cè)的單橋結(jié)構(gòu)63相連，由此消除油環(huán)附近的汽缸內(nèi)腔的第四種狀態(tài)的變形，同時(shí)在單橋結(jié)構(gòu)的上方?jīng)]有設(shè)置蓋板，由此切斷了通過(guò)上蓋板的彎曲力矩的傳遞。
但是，在常規(guī)的汽缸體中存在著一些問題。更特別的是，盡管汽缸內(nèi)腔的變形得到抑制，但是汽缸內(nèi)腔外壁的上端面64由于有帶頭螺栓65的緊固力的作用而嚴(yán)重傾斜，從而引起密封方面的問題。當(dāng)螺栓凸臺(tái)67相對(duì)于設(shè)置在鄰接汽缸內(nèi)腔之間的公共壁部分被向上拉曳時(shí)，汽缸體外壁61如圖14所示的那樣向內(nèi)傾斜。結(jié)果，在公共壁部分的上端面和汽缸頭部68的下表面之間形成一縫隙g，氣體可通過(guò)該縫隙在兩鄰接的汽缸間滲漏。另外，汽缸體外壁上端面的傾斜可能會(huì)引起冷卻水的滲漏并可能會(huì)降低墊圈的壽命。
本發(fā)明的目的在于提供一種能消除汽缸內(nèi)腔的變形及汽缸體上蓋板的傾斜的內(nèi)燃機(jī)用汽缸體。
上述目的可由根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體來(lái)實(shí)現(xiàn)，該汽缸體包括一整體的且二重連接的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，該內(nèi)壁結(jié)構(gòu)限定了多個(gè)設(shè)置成一排且彼此平行的汽缸內(nèi)腔，所述內(nèi)壁結(jié)構(gòu)包括一公共壁部分，它設(shè)置在兩鄰接的汽缸內(nèi)腔之間且共同地用作汽缸內(nèi)壁的一個(gè)部分，用于限定兩鄰接汽缸內(nèi)腔;一環(huán)繞內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的汽缸體外壁，它有一用于在汽缸體外壁和內(nèi)壁結(jié)構(gòu)之間旋轉(zhuǎn)水套的空間，所述汽缸體外壁包括沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向位于內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分兩側(cè)的螺栓凸臺(tái)，所述螺栓凸臺(tái)包括一設(shè)置在其內(nèi)的螺栓孔，螺栓孔在其下部設(shè)有螺紋部分;以及一連接內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分和汽缸體外壁的雙橋結(jié)構(gòu)，所述雙橋結(jié)構(gòu)包括一與設(shè)置在螺栓凸臺(tái)上的螺栓孔的螺栓部分處于同一水平面上的下橋和一位于下橋上方的上橋。
從氣封和油封的觀點(diǎn)上看，引起問題的汽缸內(nèi)腔的變形是第四種或較高狀態(tài)的變形。第二種狀態(tài)及第三種狀態(tài)的變形可通過(guò)活塞環(huán)和油環(huán)出現(xiàn)并且不會(huì)引起問題。因此，必須消除中間的汽缸內(nèi)腔的第四種狀態(tài)的變形。
當(dāng)帶頭螺栓擰緊時(shí)，作用在螺栓凸臺(tái)上的力矩E1和E2作用在連接螺栓孔中心和鄰接汽缸內(nèi)腔中心的平面上，而力矩E1和E2的合力矩E0作用在垂直于一排汽缸內(nèi)腔的平面上。因此，如果螺栓凸臺(tái)的沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔方向上的彎曲剛度增加，則可防止螺栓凸臺(tái)沿E0方向的變形。與此同時(shí)，汽缸內(nèi)腔在E1和E2方向上的變形將降低，結(jié)果，使汽缸內(nèi)腔的第四種狀態(tài)的變形得以消除。
由于內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分在垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向上基本上是一固定板，并由此使公共壁部分在該方向上有較大的彎曲剛度，故而可在該方向上將公共壁部分設(shè)想成一剛性體。
在根據(jù)本發(fā)明的汽缸體中，由于螺栓凸臺(tái)在垂直于一排汽缸內(nèi)腔的方向上與公共壁部分的剛性體通過(guò)雙橋結(jié)構(gòu)相連，故而可使設(shè)置在汽缸間的螺栓凸臺(tái)的彎曲剛度增加。結(jié)果，可使中間汽缸內(nèi)腔的第四種狀態(tài)的變形減小并使上蓋板的變形同時(shí)減小。
本發(fā)明的上述目的和其它的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)可從下述的對(duì)附圖所示本發(fā)明的較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述中顯而易見且更易于理解，圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體的斜視圖;
圖2是沿線A-A截取的圖1所示汽缸體的截面圖;
圖3是沿線B-B截取的圖1所示汽缸體的截面圖;
圖4是圖1所示汽缸體的局部平面圖;
圖5是沿C-C線截取的圖4所示汽缸體的雙橋結(jié)構(gòu)的截面圖，表示上橋和下橋之間的尺寸關(guān)系;
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體的截面圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體的截面圖;
圖8是圖7所示汽缸體的局部平面圖;
圖9是圖7所示汽缸體的下橋的截面圖;
圖10是常規(guī)汽缸體的局部剖面圖，表示當(dāng)帶頭螺栓擰緊時(shí)汽缸內(nèi)壁和上蓋板的變形;
圖11是當(dāng)帶頭螺栓擰緊時(shí)，在圖10所示汽缸體中產(chǎn)生的彎曲力矩的矢量圖;
圖12是圖10所示汽缸體的平面圖，表示汽缸內(nèi)腔的變形;
圖13是公開于日本實(shí)用新型SHO 59-24846中的汽缸體的示意截面圖;以及圖14是圖13所示汽缸體的截面圖，表示當(dāng)帶頭螺栓擰緊時(shí)汽缸體的變形。
圖1-5表示本發(fā)明的第一實(shí)施例。
在圖1-5中，內(nèi)燃機(jī)的汽缸體1是一例如用于四缸內(nèi)燃機(jī)的汽缸體。汽缸體1包括一整體的且二重連接的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)2和一汽缸體的外壁3，外壁3環(huán)繞內(nèi)壁結(jié)構(gòu)2，并且在內(nèi)壁結(jié)構(gòu)2和汽缸體外壁3之間有一用于水套的空間。內(nèi)壁結(jié)構(gòu)2限定了多個(gè)設(shè)置成一排且彼此平行的汽缸內(nèi)腔。內(nèi)壁結(jié)構(gòu)包括多個(gè)獨(dú)立的內(nèi)壁部分4和一個(gè)公共壁部分5，該公共壁部分5設(shè)置在鄰接的汽缸內(nèi)腔之間且共同地用作汽缸內(nèi)壁的一部分(因此，稱之為二重連接)用于限定鄰接汽缸的內(nèi)腔。汽缸體外壁3包括螺栓凸臺(tái)6，該螺栓凸臺(tái)位于其中心在汽缸內(nèi)腔中心的矩形的四個(gè)角上。設(shè)置在鄰接的汽缸之間的螺栓凸臺(tái)共用于兩個(gè)鄰接的汽缸。在每個(gè)螺栓凸臺(tái)6上開設(shè)一個(gè)螺栓孔7。公共壁部分5沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向延伸。鄰接的汽缸之間的螺栓凸臺(tái)6和設(shè)在位于鄰接汽缸之間的螺栓凸臺(tái)6上的螺栓孔7的中心沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向設(shè)置在公共壁部分5的相對(duì)側(cè)。螺栓孔7包括一埋頭孔部分8(無(wú)螺紋部分)和一位于埋頭孔部分8之下的螺紋部分9。在汽缸體的位于螺栓孔7外側(cè)的側(cè)部上設(shè)有一滲氣且滲油的通道10。
內(nèi)壁結(jié)構(gòu)2的公共壁部分5和位于公共壁部分5的中心線的延長(zhǎng)線上的螺栓凸臺(tái)6通過(guò)一雙橋結(jié)構(gòu)相連。雙橋結(jié)構(gòu)包括一個(gè)和螺栓孔7的螺紋部分9處于同一水平面上的下橋11和一個(gè)位于下橋11上方的上橋12。下橋11沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向延伸。圖2表示下橋11，圖4表示上橋12。圖3表示位于左、右下橋11之間且位于左、右上橋12之間的公共壁部分5。公共壁部分5是一塊單獨(dú)的固定板。因此，公共壁部分5有很大的彎曲剛度并能在垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向上近似地將其看作是一剛性體。由于公共壁部分5的上部與燃燒氣體接觸并被加熱，故而可在公共壁部分5上設(shè)置具有小直徑的冷卻水通道13和14用以冷卻公共壁部分5。在圖3中，冷卻水通道13的一端通向位于汽缸體上的水套15，其另一端通向位于汽缸頭部上的水套(圖中未示出)，而冷卻水通道14從冷卻水通道13的中部延伸至位于汽缸頭部上的水套。由于冷卻水通道13和14的直徑細(xì)小，故而冷卻水通道13和14僅使公共壁部分5的彎曲剛度稍微下降。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，如圖3所示，用于冷卻水通道16的空間保持在下橋11和上橋12之間，因此冷卻水能平穩(wěn)地流過(guò)該空間。結(jié)果，盡管設(shè)有下橋11，還保持了良好的冷卻效果。
圖5表示在本發(fā)明第一實(shí)施例中的雙橋結(jié)構(gòu)的較佳尺寸關(guān)系。如圖5所示，下橋11的寬度W2與公共壁部分5的最薄部分的厚度D幾乎相等，而上橋12的寬度W1大于下橋11的寬度W2。如圖8所示，為了滿足W1和W2之間的上述關(guān)系，位于穿過(guò)汽缸內(nèi)腔中心的直線和連接內(nèi)腔中心與一點(diǎn)的直線之間的α角應(yīng)小于位于穿過(guò)汽缸內(nèi)腔中心的直線和連接內(nèi)腔中心和螺栓孔中心的直線之間的β角，其中的所述點(diǎn)為下橋11與同一汽缸內(nèi)腔的壁結(jié)構(gòu)2的交點(diǎn)。另外，要使上橋12的第二力矩面積I1大于下橋11的第二力矩面積I2。
現(xiàn)有解釋上述尺寸關(guān)系確定的原因。首先是關(guān)于W2近乎等于D，如果W2比D大許多，下橋11的通過(guò)表面部分(W2-D)傳遞的力矩就可能會(huì)使汽缸內(nèi)腔變形。W1大于W2的原因是由于使I1大于I2。使I1大于或等于I2的原因是，當(dāng)彎曲力矩如圖3所示的那樣作用時(shí)，作用于上橋12上的力矩要比作用在下橋上的力矩大，這是因?yàn)樯蠘?2靠近力矩中心(圍繞內(nèi)腔的上蓋板部分)的緣故。這樣，上橋12應(yīng)該有大的第二力矩面積及大的彎曲剛度以承受巨大的彎曲力矩。要增大I1，就要加大上橋12的厚度。但是，如果上橋12的厚度增加，汽缸內(nèi)腔的溫度就將增加，結(jié)果，當(dāng)活塞行至上沖程死點(diǎn)的位置時(shí)，活塞環(huán)凹槽部分的溫度將升高。由于活塞的溫度應(yīng)該保持在相對(duì)較低的溫度上，于是在本發(fā)明中，上橋12的寬度增大以增大I1。
現(xiàn)在解釋本發(fā)明的第一實(shí)施例的運(yùn)行。
如圖10所示，當(dāng)汽缸頭部緊固在汽缸體上時(shí)，由于螺栓的軸向力，將在設(shè)置于鄰接的汽缸之間的螺栓凸臺(tái)6上產(chǎn)生彎曲力矩E1和E2。如圖11所示，彎曲力矩E1和E2的合成力矩E0沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向(E0方向)作用。由于汽缸間的螺栓凸臺(tái)6與公共壁部分5相連，公共壁部分由雙橋結(jié)構(gòu)的作用而在E0方向上有很大的剛性，因此可消除螺栓凸臺(tái)6的變形。結(jié)果，螺栓凸臺(tái)6在E1和E2方向上的變形也被消除，并且在汽缸內(nèi)腔的第四種狀態(tài)下的變形及頂蓋板的傾斜同時(shí)消除。因此，油燃燒及活塞敲擊的聲音由于汽缸內(nèi)腔的變形情況的消除而降低。另外，防止了由于頂蓋板傾斜而引起的墊圈處的泄漏。此外，還將防止在相鄰汽缸間的通過(guò)產(chǎn)生于汽缸頭部的下表面和公共壁部分5的上端面之間的間隙的氣體滲漏。
圖6表示本發(fā)明的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，在第二實(shí)施例中下橋11′與上橋12是成一體的。
下橋11′向上至上橋12的延伸部分加強(qiáng)了螺栓凸臺(tái)6與公共壁部分5之間的連接。結(jié)果，與第一實(shí)施例相比，進(jìn)一步阻止了汽缸內(nèi)腔的變形和上蓋板的傾斜。
本發(fā)明第二實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)及運(yùn)行與本發(fā)明第一實(shí)施例的相同，并且通過(guò)與第一實(shí)施例相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的結(jié)構(gòu)件而省略了對(duì)相同結(jié)構(gòu)及運(yùn)行的解釋。
圖7-9表示本發(fā)明的第三實(shí)施例。第三實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，在下橋11″上方的上橋12上形成有一個(gè)直徑很小的經(jīng)機(jī)加工的孔17，用于將內(nèi)燃機(jī)的冷卻水從位于汽缸體上的水套導(dǎo)向位于汽缸頭部上的水套(圖中未示出)。在該實(shí)施例中，孔17的直徑的選取應(yīng)使得上蓋板的剛度不會(huì)顯著地降低。孔17的設(shè)置可使冷卻水平穩(wěn)地流入位于汽缸體上部的水套從而改善了冷卻效率。在第三實(shí)施例中，如圖9所示，下橋11″的側(cè)表面可以有一定的錐度，從而可將水流的方向從橫向(水平方向)變至向上的方向，即，朝向汽缸頭部的方向，這樣可進(jìn)一步地改善水套的冷卻效果。
本發(fā)明第三實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)及運(yùn)行均與本發(fā)明第一實(shí)施例的相同，并且通過(guò)與第一實(shí)施例相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的結(jié)構(gòu)件而省略對(duì)相同結(jié)構(gòu)及運(yùn)行的解釋。
根據(jù)本發(fā)明，由于形成于汽缸體外壁3上的螺栓凸臺(tái)6通過(guò)包括有下橋11，11′，11″及上橋12的雙橋結(jié)構(gòu)而與二重聯(lián)接式內(nèi)壁結(jié)構(gòu)2的公共壁部分5相連，故而可在垂直于一排汽缸內(nèi)腔的方向上增加螺栓凸臺(tái)6的剛度。結(jié)果，當(dāng)由于帶頭螺栓擰緊而使螺栓凸臺(tái)6上作用有一彎曲力矩時(shí)，螺栓凸臺(tái)6的變形大大降低，并且汽缸內(nèi)腔在第四狀態(tài)中的變形和頂蓋板的傾斜也有效地降低。因此，可獲得各種優(yōu)點(diǎn)，例如降低油耗，減少活塞撞擊，改善頭部墊圈的耐久性、消除汽缸間的氣體泄漏、以及降低從汽缸體的噪音發(fā)散。
盡管以上只對(duì)本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在本質(zhì)上不背離本發(fā)明的新穎技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)的前提下對(duì)所示的特定實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)和更替。因此，可以認(rèn)識(shí)到所有這類的改進(jìn)和更替都是包括在本發(fā)明的由權(quán)利要求書所限定的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，包括一整體的且二重連接的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，在其中限定了多個(gè)汽缸內(nèi)腔，所述汽缸內(nèi)腔被設(shè)置成一排且彼此平行，所述的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)包括一位于兩鄰接汽缸內(nèi)腔之間的公共壁部分；一環(huán)繞內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的汽缸體外壁，所述汽缸體外壁包括一空間，它用于在汽缸體外壁和內(nèi)壁結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)水口，所述汽缸體外壁還包括沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向位于內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分兩側(cè)上的螺栓凸臺(tái)，每個(gè)螺栓凸臺(tái)包括一設(shè)置于其中的螺栓孔，每個(gè)螺栓孔有一位于下部的螺紋部分；以及一連接所述內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分和汽缸體外壁的雙橋結(jié)構(gòu)，所述雙橋結(jié)構(gòu)包括一與設(shè)置在螺栓凸臺(tái)上的螺栓孔的螺紋部分基本上處于同一水平面的下橋和一位于下橋上方的上橋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向延伸，從而在垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的平面上有大的彎曲剛度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述的上橋和下橋沿垂直于所述一排汽缸內(nèi)腔的方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分包括位于所述公共壁部分上部的冷卻水通道，在此處所述公共壁部分與燃燒的氣體接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述冷卻水通道包括通向位于所述汽缸體上的水套的一端和通向位于汽缸頭部上的水套的另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述上橋和下橋由一個(gè)形成所述冷卻水水套的一部分的空間隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述下橋的寬度幾乎與所述內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分的寬度相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述上橋的寬度大于所述下橋的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述上橋的第二力矩面積大于所述下橋的第二力矩面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述上橋和所述下橋整體地彼此相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述上橋在所述下橋的上方開有一個(gè)孔，用于使冷卻水從中流過(guò)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī)的汽缸體，其特征在于，所述下橋有一傾斜的側(cè)表面，用于將水流方向從橫向變至向上的方向。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的汽缸體包括位于汽缸間的螺柱凸臺(tái)，該凸臺(tái)由一包括上橋和下橋的雙橋結(jié)構(gòu)連接到二重連接的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的公共壁部分上，上橋位于下橋上邊。由于作用在螺栓凸臺(tái)上的合成力矩(E
文檔編號(hào)F02F7/00GK1105738SQ9410651
公開日1995年7月26日 申請(qǐng)日期1994年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月7日
發(fā)明者村上浩章, 福原一行 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社