CN108568509B - 内燃发动机及形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内燃发动机及其形成方法。提供了一种工具和使用该工具形成发动机的方法。该工具包括嵌件和至少一个模具。通过在第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套之间形成孔间通道、铸造失芯然后铸造金属壳体而形成嵌件。嵌件被定位到工具的模具中并且铸造发动机缸体。然后可以移除失芯材料以提供冷却夹套。发动机包括具有冷却夹套的汽缸体，冷却夹套沿周向围绕与闭合的平台面相交的第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套。冷却夹套分别在第一轴向部分和第二轴向部分中具有第一宽度和第二宽度。第一汽缸套和第二汽缸套的孔间区域限定第一孔间冷却通道和第二孔间冷却通道，第一孔间冷却通道和第二孔间冷却通道彼此平行并且与平台面间隔开。

Description

内燃发动机及形成方法

技术领域

各个实施例涉及内燃发动机的汽缸体以及制造或形成内燃发动机的方法和工具。

背景技术

内燃发动机汽缸体可以使用高压压铸方法形成。使用这种方法形成的传统汽缸体通常产生敞开式的平台面冷却夹套构造，其中，水套的深度通过缸盖螺栓样式和缸盖螺栓尺寸而被包封。缸盖螺栓柱可根据结构刚度设计尺寸，并定位以获得合适的夹紧负载。汽缸孔或汽缸套的壁厚可以基于燃烧压力和缸盖螺栓所施加的夹紧载荷来选择。结构限制和材料选择也在内燃发动机汽缸体的设计和所产生的发动机系统性能方面发挥作用。例如，使用高压压铸方法形成的发动机汽缸体中的传统冷却夹套结合缸孔尺寸和缸孔间距以及缸盖螺栓尺寸和样式一起提供了在平台面处产生的冷却夹套开口的尺寸和形状。另外，在高压压铸工艺期间，基于使用具有特定拔模角度的叶片状模具(blade die)，传统缸体中的冷却夹套的形状可能受到限制。基于热和结构方面的考虑，冷却夹套的形状和尺寸可能影响发动机的性能。

发明内容

在实施例中，提供了一种形成发动机的方法。在第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套之间形成孔间通道。围绕汽缸套的外表面铸造失芯。围绕失芯和汽缸套铸造金属壳体以形成嵌件。将嵌件定位到工具中。在工具中围绕嵌件铸造发动机缸体。从缸体中移除失芯以形成冷却夹套。

根据本发明的一个实施例，纹理表面仅形成在第一汽缸套和第二汽缸套的外表面的轴向部分上。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括等离子涂覆每个汽缸套的内表面。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括在铸造失芯之前涂覆嵌件的外表面。

在另一实施例中，提供了一种工具，该工具设置有嵌件和被构造为接纳嵌件并具有汽缸体形成表面的至少一个模具。嵌件包括：第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套，具有形成在其中的至少一个孔间通道；失芯材料，围绕汽缸套的外表面形成。失芯材料的厚度在轴向方向上减小。嵌件具有封住失芯和汽缸套的金属壳体。

根据本发明的一个实施例，第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套的内表面包括等离子涂层，并且第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套的外表面包括纹理。

在又一实施例中，提供了一种发动机，该发动机设置有：汽缸体，具有与闭合的平台面相交的第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套。汽缸体限定沿周向围绕汽缸套的冷却夹套。冷却夹套具有与平台面间隔开的上壁，沿着汽缸套的第一轴向部分具有第一宽度，并且沿着汽缸套的第二轴向部分具有第二宽度。第二轴向部分位于平台面和第一轴向部分之间，第一宽度小于第二宽度。第一汽缸套和第二汽缸套的孔间区域限定延伸穿过其中的第一孔间冷却通道和第二孔间冷却通道，其中，第一孔间冷却通道和第二孔间冷却通道彼此平行并且与平台面间隔开。

附图说明

图1示出了根据实施例的内燃发动机的示意图；

图2示出了根据实施例的汽缸体的透视图；

图3示出根据实施例的形成图2的汽缸体的方法的流程图；

图4示出用于形成图2的汽缸体的汽缸套组件的透视图；

图5示出了图4的汽缸套的透视图，其具有用于形成图2的汽缸体的被包覆的失芯；

图6示出了用于形成图2的汽缸体的嵌件的透视图，嵌件包括图5的包覆成型有失芯的缸套组件；

图7示出了图6的嵌件的截面图；

图8示出了图6的嵌件的另一第二截面图；和

图9示出了在使用图6的嵌件形成图2的汽缸体时使用的工具的示意图。

具体实施方式

根据需要，在此公开详细实施例；然而，将理解的是，公开的实施例仅为示例，并且可以以各种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可以放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以多种形式利用本公开的代表性基础。

图1示出了内燃发动机20的示意图。发动机20具有多个汽缸22，并且示出了一个汽缸。在一个示例中，发动机20是直列四缸发动机，在其它示例中，发动机20具有其它布置和数量的汽缸。在一个示例中，汽缸可以例如作为互连的汽缸组被布置成连体构造。在各种示例中，汽缸体可以具有闭合的平台构造或半敞开的平台构造。发动机20的汽缸体和汽缸盖可以由铝、铝合金或其他金属铸造而成。在另一示例中，发动机20的汽缸体和/或汽缸盖可以由包括纤维增强树脂的复合材料以及其他合适的材料铸造或模制而成。

发动机20具有与每个汽缸22关联的燃烧室24。汽缸22由汽缸壁32形成。汽缸和活塞34配合以限定燃烧室24。汽缸壁32可以由如下所述的汽缸套形成，并且汽缸套可以是与缸体不同的材料或者与缸体相同的材料。

活塞34连接至曲轴36。燃烧室24与进气歧管38和排气歧管40流体连通。进气门42控制从进气歧管38进入燃烧室24的流动。排气门44控制从燃烧室24至排气歧管40的流动。可以以本技术领域已知的各种方式操作进气门42和排气门44而控制发动机运转。

燃料喷射器46将燃料从燃料系统直接输送进燃烧室24从而发动机是直接喷射式发动机。发动机20可以使用低压或高压燃料喷射系统或者在其它示例中可以使用进气道喷射系统。点火系统包括火花塞48，其被控制为以火花的形式提供能量以点燃燃烧室24中的燃料空气混合物。在其它实施例中，可以使用其它燃料输送系统和点火系统或技术，包括压缩点火。

发动机20包括控制器和多个传感器，这些传感器被配置为向控制器提供信号用于控制至发动机的空气和燃料输送、点火正时、发动机的功率和扭矩输出等。发动机传感器可以包括但不限于排气歧管40中的氧传感器、发动机冷却剂温度传感器、加速踏板位置传感器、发动机歧管压力(MAP)传感器、针对曲轴位置的发动机位置传感器、进气歧管38中的空气流量传感器、节气门位置传感器等。

在一些实施例中，发动机20用作车辆(比如传统车辆或停止-起动车辆)中唯一的原动机。在其它实施例中，可以在混合动力车辆中使用发动机，在混合动力车辆中，额外的原动机(比如电机)可用于提供推进车辆的额外动力。

每个汽缸22可以在包括进气冲程、压缩冲程、点火冲程和排气冲程的四冲程循环下运转。在其它实施例中，发动机可以在二冲程循环下运转。在其它示例中，发动机20可以以二冲程循环运转。在进气冲程期间，进气门42打开并且排气门44关闭，同时活塞34从汽缸22的顶部移动至汽缸22的底部以将空气从进气歧管引导至燃烧室。活塞34在汽缸22顶部的位置通常称为上止点(TDC)。活塞34在汽缸底部的位置通常称为下止点(BDC)。

在压缩冲程期间，进气门42和排气门44关闭。活塞34从汽缸22的底部向顶部移动以压缩燃烧室24内的空气。

燃料随后被引入燃烧室24并且被点燃。在示出的发动机20中，燃料被喷射到燃烧室24中随后使用火花塞48点燃。在其它示例中，可以使用压缩点火来点燃燃料。

在膨胀冲程期间，燃烧室24中点燃的燃料空气混合物膨胀，从而使活塞34从汽缸22的顶部移动至汽缸22的底部。活塞34的移动引起曲轴36对应地移动并且从发动机20提供机械扭矩输出。

在排气冲程期间，进气门42保持关闭并且排气门44打开。活塞34从汽缸的底部移动至汽缸22的顶部以通过减小燃烧室24的容积从燃烧室24排出排气和燃烧产物。排气从燃烧汽缸22流至排气歧管40并且流至后处理系统(诸如催化转化器)。

对于各个发动机冲程，可以改变进气门42和排气门44的位置和正时以及燃料喷射正时和点火正时。

发动机20具有连接到汽缸体70或曲轴箱以形成汽缸22和燃烧室24的汽缸盖72。汽缸体70和汽缸盖72之间插入缸盖垫片74以密封汽缸22。每个汽缸22沿着相应的汽缸轴线76布置。对于具有直列布置的汽缸22的发动机，汽缸22沿着缸体70的纵向轴线78布置。

发动机20具有一个或更多个流体系统80。在所示的示例中，虽然发动机20具有的流体系统在缸体70和缸盖72中具有相关联的夹套，但是可以构想任何数量的系统。发动机20具有流体系统80，流体系统80可以至少部分地与汽缸体70集成，并且还可以至少部分地与缸盖72集成。流体系统80在缸体70中具有流体地连接到缸盖中的夹套86的夹套84，其可以用作冷却系统、润滑系统等。在其他示例中，系统80可以仅由缸体70中的夹套84提供，并且可以使用单独的冷却系统来冷却缸盖72。

在所示的示例中，流体系统80是冷却夹套并且被设置成从发动机20去除热。从发动机20去除的热的量可以由冷却系统控制器或发动机控制器控制。流体系统80具有一个或更多个流体夹套或回路，其可以包含水、其它冷却剂或润滑剂作为液态、汽态或混合相状态的工作流体。在本示例中，第一系统80包含诸如水、水基冷却剂或乙二醇基冷却剂等的冷却剂。流体系统80具有一个或更多个泵88和诸如散热器的热交换器90。泵88可以是机械驱动(例如，通过连接到发动机的旋转轴)的或者可以是电驱动的。系统80还可以包括阀、恒温器等(未示出)以在发动机操作期间控制流体的流动或压力，或者引导系统80内的流体。

如下所述，流体系统和夹套80中的各个部分和通道可以与发动机缸体和/或缸盖一体地形成。流体系统80中的流体通道可以位于汽缸体70内并且可以邻近于并且至少部分地围绕汽缸22和燃烧室24。

图2示出了根据实施例的汽缸体100。汽缸体100可以用作以上参照图1所述的发动机20中的汽缸体70。虽然缸体被设置用于直列四缸发动机，但也可以预期更多或更少数量的汽缸。缸体100还可以与另一缸体一起使用以形成具有V形汽缸构造或其他汽缸布置的发动机。

缸体100具有纵向轴线102。在缸体中设置有连体式汽缸套106的组104。汽缸套106与平台面108相交。缸体100形成有闭合的平台面108或半敞开式平台面。半敞开或闭合的平台面108是指大体上或基本上为实心的缸体100的平台面，其中，冷却剂端口选择性地从缸体冷却夹套到缸盖平台面上的相应端口设置。相比之下，在敞开式平台设计中，冷却夹套围绕汽缸套的外周连续地与缸体的平台面相交，或者在平台面处仅有横跨夹套的少量桥支撑。

一系列缸盖螺栓孔110或缸盖螺栓柱110围绕汽缸套106，当将缸盖连接至缸体100以组装发动机时，缸盖螺栓孔110或缸盖螺栓柱110接收缸盖螺栓。

冷却夹套112围绕汽缸套组104的外周并且延伸到缸体100中，使得夹套112沿周向围绕汽缸套。夹套112可以在各个端口位置114处与平台面108相交，以将冷却剂从缸体100引导至缸盖。以下将更详细地描述夹套112。

孔间区域116可以设置在相邻的汽缸套106之间。如下所述，孔间区域116可以设置有一个或更多个孔间冷却通道，并且孔间冷却通道可以具有端口118(如图2所示)，以将冷却剂从缸体100引导至缸盖。在其他示例中，孔间区域116可以不设置端口118。

下面描述用于形成缸体100和发动机20的方法和系统。图3示出了根据实施例的方法200的流程图。方法200可以包括比所示出的更多或更少的步骤，这些步骤可以以另一顺序重新排列，并且根据本公开的各种示例可以顺次地或同时地执行各个步骤。在一个示例中，方法200的步骤按照所示顺序执行。

方法200在形成汽缸套106的组104的步骤202处开始。可以使用挤压工艺形成汽缸套组104，使得缸套106在孔间区域处互连并且所产生的缸套组或缸套组件104与一系列连体式汽缸套一体地形成。缸套组件104可以通过将汽缸套挤压成整体式汽缸套组来提供。挤压工艺提供具有期望长度、期望数量的汽缸套106的缸套组件104。缸套组件104可以使用铝、铝合金、铁合金或其它材料通过挤压工艺形成。根据示例，图4中示出了缸套组件或缸套组104。

在204处，对缸套组件104进行后处理。可对缸套组件104进行后处理以在每个缸套壁的内表面122上设置涂层120。在一个示例中，缸套组件104的内表面122或内部表面被机械粗糙化并考虑到尺寸变化(dimensional shift)而被热喷涂足够的涂层厚度，使得缸套组件104使用此内壁122用作定芯嵌件(set core insert)，以将缸套组件定位在第二工具中，如下所述。在一个示例中，热喷涂层120可以是等离子涂层工艺。如2016年2月29日提交的第15/056201号美国专利申请所述，缸套组件可被挤压和后处理，所述专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

此外，可对缸套组件的外表面124的至少一部分进行后处理，以在外表面上设置图案或纹理，例如在126或128处所示的分别以作为示例的断线形成的宏观或微观的纹理或图案。在一个示例中，外表面124的至少一部分被机加工或以其他方式成形为具有诸如样条线、滚花、膛线或在外表面中形成的其他图案的图案。在另一示例中，外表面124的至少一部分被机加工或以其他方式处理成指定的表面粗糙度(例如，作为纹理表面)。在另一变型中，外表面124可在缸套组件的不同区域中(例如，孔间区域与缸孔中间区域)或沿着汽缸套106的轴向130具有不同的图案或粗糙度，以在汽缸体100中提供进一步的热控制和管理。缸套组件104的外表面124上的不同的宏观或微观的结构化图案126、128可以提供不同的流动特征和表面区域特征，这沿着缸孔长度产生不同的传热率以保持更均匀的缸孔壁温度。在其他示例中，缸套组件可以被设置用于外表面124是挤压出的表面并且没有纹理或图案126、128的情况。

将孔间通道132被机加工到相邻汽缸之间的组件104中。因为此时缸套组件104容易操控并且没有周围结构，所以因易于接近和相对于组件104的工具角度的灵活性而可以使用钻孔或铣削工艺来机加工孔间通道132。组件104被示出为在各个孔间位置处具有相同的孔间通道132；然而，基于发动机冷却要求和策略，可以在不同的孔间位置处设置形状和/或尺寸不同的通道。可以通过对缸套组件进行横向钻孔(cross drill)来设置孔间通道132，使得通道从缸套组件的第一侧朝向相对的第二侧延伸。

在本示例中，孔间通道132通过与平台面108间隔开并且彼此间隔开的第一孔间通道133和第二孔间通道134设置。第一通道133和第二通道134可以与缸套组件104的第一侧136相交并且可以大致跨过缸套组件延伸至一定盲深。在其他示例中，第一通道133和第二通道134可以穿透缸套组件延伸到相对的第二侧。第一孔间通道133和第二孔间通道134可以彼此平行，并且也可以平行于平台面108。在其他示例中，第一通道133和第二通道134可以彼此不平行，并且通道中的一者或两者可以不平行于平台面108。第一通道133和第二通道134可以具有彼此相同的尺寸或不同的尺寸。第一通道133和第二通道134可以通过第三通道135相互连接，该第三通道135与平台面108相交并且提供端口118。第三通道135可以大致垂直于平台面108，或者相对于平台面成其他的角度，并且第三通道135的直径可比第一通道133和第二通道134的直径大。在进一步的示例中，在孔间区域中可以设置与第三通道相交并类似于第一通道和第二通道的其他通道。

在步骤206处，在缸套组件104周围形成失芯。失芯140可以是盐芯、砂芯、玻璃芯、泡沫芯或其他适当的失芯材料。在一个示例中，失芯材料包括氯化钾或氯化钠。失芯140以预定的形状和尺寸形成在缸套组件104周围。失芯140通常以冷却夹套112的期望的形状和尺寸设置，并且还形成冷却剂入口输送路径和冷却剂出口输送路径。失芯材料可以填充缸套组件中的孔间通道132。由如下所述的壳体保护的失芯材料允许产生铸入式冷却夹套(cast-in cooling jacket)112，其特征是在不损失完整性的情况下具有小于2毫米或甚至小于1毫米的圆角半径。

可以沿着缸套组件104在不同的轴向位置处形成具有不同厚度的失芯140材料。失芯140可以被形成为厚度沿着缸套组件的轴向长度减小，而在不同区域中厚度大致恒定。失芯140可以被铸造为在缸套组件的邻近于孔间通道的上部区域142上具有第一厚度并且在缸套组件的下部区域144上具有第二厚度，其中，第一厚度大于第二厚度，以在汽缸的上部较热区域附近提供较大的冷却剂体积，从而沿着汽缸的轴向长度提供均匀的冷却和温度并减少缸套变形。在一个示例中，失芯140和所产生的冷却夹套112具有很小的拔模角或没有拔模角。此外，在其他示例中，与传统的冷却夹套相反，失芯140在缸套组件104的远离平台面108的中间区域处可具有厚度增加的区域。

也可以在缸套组件104周围选择性地形成失芯140。可以在缸套组件104的外表面周围铸造失芯，以具有交替的区域145，交替的区域145围绕缸套的外周与缸套组件104的上端间隔开并直接邻近于缸套组件104的上端。因此，失芯材料的上边缘146可至少在围绕缸套组件104的周边的区域中与汽缸套106的上边缘147间隔开。随后，在如下所述的步骤208期间，铸造壳体以填充与缸套的上端间隔开的这些区域145，使得缸体100被铸造成具有闭合的平台面或半敞开的平台面。失芯140的部分148与缸套组件104的上边缘147共面。这些部分148为精加工后的缸体100中的夹套112提供所产生的冷却端口114。

当铸造失芯时，失芯140可以在失芯的外表面149上形成有图案。图案150可以形成为失芯中的负部分，以稍后在缸体的冷却夹套112的外壁中形成导流部。在一个示例中，图案150作为引导形状被定位在围绕缸套组件104的失芯140中的限定位置处，该引导形状被配置为形成引导部，以朝向孔间通道、朝向孔间区域引导冷却剂，以使冷却夹套中的不同深度之间的冷却剂进行搅拌或混合，从而将冷却剂引导到夹套中或引出夹套等。例如，图案150可被定位为形成直的、弯曲的或其它复杂的形状的引导部或翅片，其被构造成增强冷却夹套112中的各个位置处的冷却剂混合或涡流，以减少夹套中的冷却剂温度变化。

在步骤208处，用壳体160封住缸套组件104和铸造失芯140材料，以形成嵌件162。图6至图8中示出了嵌件162的示例。壳体160包围或封住失芯140，使其覆盖失芯140的外表面的至少一部分。壳体160可以完全封住失芯140，或者可以覆盖失芯140的一部分。如果失芯140的区域保持未被覆盖，则其在形成发动机缸体100期间不会与注入的材料相互作用而阻碍失芯140的破坏。

在一个示例中，使用压铸或铸造工艺来形成壳体160，同时保持失芯140的完整性。第一模、模具或工具可以设置有嵌件162的形状。缸套组件104和失芯140被定位在模具内，并且壳体160被铸造或以其他方式形成在失芯140周围。壳体160可以通过低压铸造工艺将熔融金属或其它材料注入模具中而形成。可以在2至10psi(磅/平方英寸)之间、2至5psi之间或其它类似的低压范围内的低压下以重力进料的方式注入熔融金属。用于形成壳体160的材料可以与用于形成缸体100的金属或金属合金相同，或者可以是与发动机缸体不同的材料。在一个示例中，壳体160由铝或铝合金形成，而缸体100由铝、铝合金、复合材料、聚合物等形成。通过在低压下提供熔融金属，失芯140保持其期望的形状并且被保持在壳体160内。在壳体160冷却之后，从第一工具中取出嵌件162并且准备好以供使用。因此，嵌件162在与第二工具一起使用以压铸或以其他方式形成缸体100之前形成。

在一个示例中，嵌件162和壳体160的外表面可以(例如，在缸套组件的外侧下部上)被涂覆以减少氧化。嵌件162的外表面可以例如在氟酸中浸酸，然后冲洗以减少精加工缸体中相邻的铸造缸体材料的氧化和可能的孔隙问题。

在步骤208处形成嵌件162之后，在步骤210处将嵌件162插入并定位在第二工具内，并且移动第二工具的各种模具、滑动件或其他部件以封闭工具而准备注入或铸造过程。如图9中示意性示出的，第二工具180包括模具和滑动件182，其被构造为接收嵌件162并且具有汽缸体成形表面184。在一个示例中，第二工具180被设置为用于金属(诸如，铝或铝合金)的高压压铸工艺的工具。嵌件162和第二工具180设置有相应的定位特征，使得嵌件162在缸体的铸造过程期间被定位在第二工具180内并被第二工具180约束，以防止嵌件162运动。在一个示例中，嵌件162使用缸套的内表面进行定位。

在封闭第二工具180且将嵌件162定位并约束在工具中之后，在步骤212处将材料注入或以其他方式提供到工具以总体形成发动机缸体100。在一个示例中，材料是金属，诸如铝、铝合金或在高压压铸工艺中作为熔融金属注入到工具中的其它金属。在高压压铸工艺中，熔融金属可以在至少20000磅/平方英寸(psi)的压力下注入到工具中。熔融金属可以在大于或小于20000psi(例如在15000-30000psi的范围内)的压力下注入，并且压力可以基于所使用的金属或金属合金、模腔的形状以及其他考虑。

熔融金属流入工具180并与嵌件162的外壳160接触并在嵌件162周围形成铸造表层。嵌件的壳体160可部分熔化而与注入的金属融合。在没有外壳160的情况下，注入的熔融金属可能使失芯140分解或变形。通过提供外壳160，失芯140保持完整以进行后续处理从而形成通道和夹套，并且允许形成小尺寸通道(例如，孔间通道)。

熔融金属在第二工具中冷却以形成未精加工的发动机缸体，然后将其从工具上取出。

在步骤214处，发动机缸体100经历各种精加工步骤。步骤212中的工艺可以是近终形铸造或模制工艺，需要进行很少的后处理工作。

在本示例中，在从工具取出之后，嵌件162保持在未精加工的缸体中。铸造表层围绕失芯140材料。铸造表层可以包含壳体160的至少一部分。可以例如通过铣削来机加工未精加工缸体的表面，以形成缸体的平台面108。未精加工缸体也可以立体加工(cube)或其他方式进行机加工，以提供用于发动机组装的最终缸体100。

可以使用加压流体(例如高压水射流或其他溶剂)来去除失芯140。在其他示例中，可以使用本领域已知的其他技术来移除失芯140。在本公开中失芯140之所以称为失芯是基于在压铸后处理工艺中去除芯的能力。由于壳体160围绕失芯，所以在压铸工艺期间，本公开中的失芯140保持完好。在已经移除失芯140之后，表层或外壳160提供如针对所形成的发动机缸体100描述的流体夹套112的壁和形状，并且重新打开孔间通道132以经其提供流体流动。

图7至图8的用于嵌件162的失芯140区域提供了当从精加工的缸体100移除失芯材料时最终的冷却夹套112的形状和尺寸的图示。图7示出了通过嵌件的孔间区域截取的截面图。图8示出了通过嵌件的缸孔中间区域截取的截面图。

根据一个示例，如图所示，冷却夹套具有与缸体的平台面108间歇地隔开的上壁146。冷却夹套112沿着缸套组件的下部轴向部分144具有第一宽度，并且沿着缸套组件的上部轴向部分142具有第二宽度。上部轴向部分142位于平台面108和第一轴向部分144之间，其中，第一宽度小于第二宽度。第一汽缸和第二汽缸的孔间区域116限定有跨过孔间区域116延伸的第一孔间冷却通道133和第二孔间冷却通道134，其中，第一孔间通道和第二孔间通道与平台面108间隔开并且彼此平行。

通过使用所述的嵌件162结构，可以在精加工的发动机缸体100内设置精确、准确和对复杂几何形状和小尺寸(即，毫米量级)进行控制的特征。这允许形成难以定位位置且尺寸小的通道(例如，孔间通道132)并形成具有期望的几何形状的冷却夹套112结构，以改善缸体的热管理和冷却。此外，整体式嵌件162提供了增加的缸体强度和稳定性以及改进的爆震感测。

如本文所述的嵌件162和形成发动机汽缸体100的方法提供具有冷却夹套112的汽缸体设计，其为缸体提供足够的热管理以在材料的给定机械性能(例如，高操作温度下的极限屈服强度)之下操作。缸体的传统的高压压铸不允许制造薄且深的水套，特别是在闭合或半敞开的平台面并且对缸体进行受限的后处理的情况下。如本文所公开的缸体100和形成缸体的方法200在闭合或半敞开的平台面108中提供小且紧凑的冷却夹套，其允许改进对发动机中的提前点火条件(例如，点火爆震)的检测。通常，发动机中的提前点火条件可与发动机设计和操作变量有关，发动机设计和操作变量影响废气(end-gas)温度、压力和在火焰到达之前在这两个特性的高值处花费的时间。提前点火条件或爆震也可受所使用的低辛烷值燃料以及在燃烧室结构内存在高热通量的运行条件的影响。通常，提前点火条件引起的火焰可能形成在缝隙体积或在顶部火环上方的活塞与缸孔间隙附近，在那里可能发生碳氢化合物堆积并存在高热通量。如本文所公开的控制缸盖平台设计以形成火花爆震检测的直接路径可以为发动机爆震传感器提供增加的灵敏度，并且改进对火花延迟的控制，以减轻爆震并保护发动机。

例如，通过使用孔间冷却通道132和用于对冷却夹套112中的流动进行冷却的引导部，所公开的汽缸体100还控制在汽缸孔106的长度上(包括在多缸发动机上的汽缸孔之间的连体区域或孔间区域)的热传递。

嵌件162为缸体100的封装约束提供了解决方案，并且还为缸体提供了增强的结构刚度。封装约束可包括各种发动机部件的尺寸和位置，诸如缸孔尺寸、缸孔壁厚、缸盖螺栓间距、汽缸孔间距、缸盖螺栓尺寸和缸盖螺栓螺纹深度。

嵌件162通过提供缸体100的受控的冷却夹套尺寸和热管理来提供夹套112中的冷却剂的受控的精确的流动和混合，以提供更均匀的缸孔壁温度而不需要较高的冷却剂流速。此外，本公开的嵌件162提供了通过被挤压的缸套组件104的材料性质和壳体160的合金选择在低压压铸工艺中的机械性能进行组合而实现的增加的结构刚度。使用整体式嵌件162在缸体100中提供了增加的缸孔壁稳定性，并提供了汽缸套在缸体中的更好的定位，以使用固定的缸盖螺栓样式。通过闭合或半敞开的平台108设计而增加了发动机的火花爆震灵敏度，并且冷却剂经由缸体平台面上的端口114离开缸体。爆震感测的增加可提供改进的火花控制、增加的燃料经济性和增加的发动机动力输出。传统的高压压铸缸体在汽缸孔壁附近和周围具有大量的残余应力，并且在生产期间可能需要额外的质量检查，尤其是当用于更高马力的发动机设计时。由于冷却夹套尺寸和拔模角度，传统的汽缸孔壁可能在缸盖螺栓孔和柱附近变薄，使得这种应力位置可能导致缸套裂纹或弱的富氧化铝凹部。此外，由残余应力导致的缸盖螺栓台裂纹可能导致冷却夹套的完整性降低以及可能的密封问题。

另外，可以使用本文所述的方法200来形成各种缸体和发动机，以用于其他发动机冷却配置或发动机设计，包括并行流动、串行流动、交叉流动、分流流动或其各种组合。

尽管上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了本公开的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。此外，可以组合各个实施的实施例的特征以形成本公开进一步的实施例。

Claims (15)

1.一种形成发动机的方法，包括按顺序执行的下述步骤：

在第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套之间形成孔间通道；

围绕汽缸套的外表面铸造失芯；

围绕失芯和汽缸套铸造金属壳体，以形成嵌件；

将嵌件定位到工具中；

在工具中围绕嵌件铸造发动机缸体；

从发动机缸体中移除失芯，以形成冷却夹套，

其中，孔间通道与发动机缸体的平台面间隔开。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，失芯填充孔间通道。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：当铸造失芯时，在失芯的外部上形成图案，所述图案产生形成在发动机缸体的冷却夹套的外壁中的导流部。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，失芯被铸造为在第一汽缸套和第二汽缸套的邻近于孔间通道的上部区域具有第一厚度并在第一汽缸套和第二汽缸套的下部区域具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，孔间通道通过横向钻孔出至少一个通道以从第一汽缸套和第二汽缸套的第一侧朝向第二侧延伸而形成。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个通道被形成为平行于发动机缸体的平台面。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个通道包括与发动机缸体的平台面平行的第一通道和第二通道。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，失芯围绕汽缸套的外表面被铸造为具有交替区域，所述交替区域围绕汽缸套的外周与汽缸套的上端间隔开并直接邻近于汽缸套的上端，其中，金属壳体被铸造以填充与汽缸套的上端间隔开的区域，使得发动机缸体被铸造为具有闭合的平台面。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：在铸造失芯之前，在第一汽缸套和第二汽缸套的外表面上形成纹理表面。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：将第一汽缸套和第二汽缸套挤压为整体式汽缸组。

11.根据权利要求1所述的方法形成的发动机，所述发动机包括：

汽缸体，具有与闭合的平台面相交的第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套，汽缸体限定沿周向围绕汽缸套的冷却夹套，冷却夹套具有与平台面间隔开的上壁，冷却夹套沿着汽缸套的第一轴向部分具有第一宽度，冷却夹套沿着汽缸套的第二轴向部分具有第二宽度，第二轴向部分位于平台面和第一轴向部分之间，第一宽度小于第二宽度，其中，第一汽缸套和第二汽缸套的孔间区域限定延伸穿过其中的第一孔间冷却通道和第二孔间冷却通道，第一孔间冷却通道和第二孔间冷却通道与平台面间隔开并彼此平行。

12.一种工具，包括：

嵌件，包括：第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套，具有形成在其中的至少一个孔间通道，孔间通道与第一连体式汽缸套和第二连体式汽缸套的上边缘间隔开；失芯材料，围绕汽缸套的外表面形成并且填充至少一个孔间通道，失芯材料具有沿着轴向方向减小的厚度；金属壳体，封住失芯和汽缸套；

至少一个模具，被构造为接纳嵌件并且具有汽缸体形成表面。

13.根据权利要求12所述的工具，其中，在失芯材料中形成有图案，作为引导冷却夹套中的冷却剂流动的引导形状，

其中，失芯材料的上边缘与第一汽缸套和第二汽缸套的上边缘间隔开。

14.根据权利要求12所述的工具，其中，所述至少一个孔间通道包括延伸穿过第一汽缸套和第二汽缸套之间的孔间区域的第一孔间通道和第二孔间通道，第一孔间通道和第二孔间通道被形成为彼此平行。

15.根据权利要求14所述的工具，其中，嵌件的第一孔间通道和第二孔间通道填充有失芯材料。

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