專利名稱：氣缸套和用于制造氣缸套的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在氣缸體中的用于鑲鑄(嵌鑄，包心鑄造，insertcasting)的氣缸套，以及用于制造該氣缸套的方法。

背景技術(shù)：
用于發(fā)動機(jī)的帶有氣缸套的氣缸體已經(jīng)被用于實(shí)際應(yīng)用中。氣缸套通常應(yīng)用于由鋁合金制成的氣缸體。作為這種用于鑲鑄的氣缸套，已知在日本早期公開的實(shí)用新型62-52255號公報(bào)中有所公開。
在發(fā)動機(jī)中，氣缸的溫度升高使得氣缸孔發(fā)生熱膨脹。此外，氣缸的溫度沿軸向方向變化。因此，氣缸孔的變形量沿軸向方向變化。氣缸的這種變形量的變化會增大活塞的摩擦，這又會使燃料消耗率變差。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種氣缸套和用于制造氣缸套的方法，所述氣缸套和方法可抑制沿氣缸軸向方向的溫差，從而改善燃料消耗率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用在氣缸體中的用于鑲鑄的氣缸套。所述氣缸套具有外圓表面，以及在所述氣缸套的軸向方向上的上部、中部和下部。在所述外圓表面的對應(yīng)于所述上部的部段內(nèi)形成有高導(dǎo)熱性膜，在所述外圓表面的對應(yīng)于所述下部的部段內(nèi)形成有低導(dǎo)熱性膜。所述高導(dǎo)熱性膜和所述低導(dǎo)熱性膜在所述外圓表面的對應(yīng)于所述中部的部段內(nèi)層疊，從而形成層疊膜部分。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用在氣缸體中的用于鑲鑄的氣缸套。所述氣缸套具有外圓表面，以及在所述氣缸套的軸向方向上的上部和下部。在所述外圓表面上形成有噴涂層。所述噴涂層從所述上部到所述下部是連續(xù)的。所述噴涂層的對應(yīng)于所述下部的部段的厚度小于所述噴涂層的對應(yīng)于所述上部的部段的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于制造用在氣缸體中的用于鑲鑄的氣缸套的方法。所述氣缸套具有外圓表面，以及在所述氣缸套的軸向方向上的上部和下部。在所述外圓表面上形成有噴涂層。所述噴涂層從所述上部到所述下部是連續(xù)的。所述噴涂層的對應(yīng)于所述下部的部段的厚度小于所述噴涂層的對應(yīng)于所述上部的部段的厚度。所述方法包括使用與所述外圓表面的對應(yīng)于所述上部的部段相距第一距離的噴涂裝置在所述外圓表面的對應(yīng)于所述上部的部段內(nèi)形成所述噴涂層；以及使用與所述外圓表面的對應(yīng)于所述下部的部段相距比所述第一距離大的第二距離的所述噴涂裝置在所述外圓表面的對應(yīng)于所述下部的部段內(nèi)形成所述噴涂層。



圖1是示出具有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣缸套的發(fā)動機(jī)的示意圖； 圖2是示出第一實(shí)施例的氣缸套的透視圖； 圖3是示出作為第一實(shí)施例的氣缸套的材料的鑄鐵的成分比率的一個示例的表； 圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套的沿軸向方向截取的剖視圖； 圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套的沿軸向方向截取的剖視圖； 圖6A是根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套的沿軸向方向截取的剖視圖； 圖6B是示出在根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套中軸向位置與氣缸壁溫度之間關(guān)系的一個示例的圖示； 圖7A是沿軸向方向截取的剖視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的氣缸套； 圖7B是示出軸向位置與膜厚度之間的關(guān)系的圖示； 圖8A至8C是示出用于在第二實(shí)施例的氣缸套上形成膜的工序的一個示例的圖示； 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氣缸套的透視圖； 圖10是示出形成在第三實(shí)施例的氣缸套上的具有收縮形狀的突起部的模型圖； 圖11是示出形成在第三實(shí)施例的氣缸套上的具有收縮形狀的突起部的模型圖； 圖12是根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的放大剖視圖，其示出圖9中的被圈起部分ZA； 圖13是根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的放大剖視圖，其示出圖9中的被圈起部分ZB； 圖14是示出通過離心鑄造生產(chǎn)氣缸套的步驟的過程圖； 圖15A至15C是示出在通過離心鑄造生產(chǎn)氣缸套期間用于在鑄模涂料層中形成具有收縮形狀的凹部的步驟的過程圖； 圖16A和16B是示出使用三維激光測量根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的參數(shù)的工序的一個示例的圖示； 圖17是示出根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的通過使用三維激光進(jìn)行測量而得到的等高線的圖示； 圖18是示出第三實(shí)施例的氣缸套的測量高度和等高線之間的關(guān)系的圖示； 圖19是示出根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的通過使用三維激光進(jìn)行測量而得到的等高線的圖示；以及 圖20是示出根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套的通過使用三維激光進(jìn)行測量而得到的等高線的圖示。

具體實(shí)施例方式 (第一實(shí)施例) 現(xiàn)在參照圖1至6B對本發(fā)明的第一實(shí)施例進(jìn)行說明。
本實(shí)施例涉及將本發(fā)明應(yīng)用于由鋁合金制成的發(fā)動機(jī)的氣缸套的情況。
<發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)> 圖1示出具有根據(jù)本發(fā)明的氣缸套2的整個發(fā)動機(jī)1的結(jié)構(gòu)。
發(fā)動機(jī)1包括氣缸體11和氣缸蓋12。
氣缸體11包括多個氣缸13。
每個氣缸13包括一個氣缸套2。
各個氣缸套2的內(nèi)圓周表面(氣缸套內(nèi)圓周表面21)形成氣缸體11中的相應(yīng)氣缸13的內(nèi)壁(氣缸內(nèi)壁14)。各個氣缸套內(nèi)圓周表面21限定氣缸孔15。
通過鑲鑄鑄造材料，各個氣缸套2的外圓表面(氣缸套外圓表面22)與氣缸體11接觸。
作為用作氣缸體11的材料的鋁合金，例如，可使用在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)ADC10(相關(guān)的美國標(biāo)準(zhǔn)，ASTM A380.0)或在JIS ADC12(相關(guān)的美國標(biāo)準(zhǔn)，ASTM A383.0)中指定的合金。在本實(shí)施例中，采用鋁合金ADC 12來制造氣缸體11。
<氣缸套的結(jié)構(gòu)> 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的氣缸套2的透視圖。
氣缸套2由鑄鐵制成。
鑄鐵的成分例如如圖3所示地被設(shè)定?；旧?，可選擇表中所列出的成分“基本成分”作為鑄鐵的成分。按照需要，可加入表中所列出的成分“輔助成分”。
在實(shí)施例中，氣缸套2的各個部分的稱謂如下所示。
氣缸套2的上端被稱作氣缸套上端23。
氣缸套2的下端被稱作氣缸套下端24。
從氣缸套上端23到沿軸向方向的預(yù)定位置的部段被稱作氣缸套上部25。
從氣缸套下端24到沿軸向方向的預(yù)定位置的部段被稱作氣缸套下部26。
在氣缸套上部25和氣缸套下部26之間的部段被稱作氣缸套中部27。
氣缸套上端23是氣缸套2的位于發(fā)動機(jī)1中的燃燒室處的端部。氣缸套下端24是氣缸套2的位于與發(fā)動機(jī)1中的燃燒室相對的部分的端部。
圖4是氣缸套2的沿軸向方向的剖視圖。
在氣缸套2中，在氣缸套外圓表面22上形成有高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4。
高導(dǎo)熱性膜3由與未形成這種膜的情況相比可增大氣缸體11和氣缸套2之間導(dǎo)熱性的材料形成。高導(dǎo)熱性膜3的材料和形成方法將在下面討論。
低導(dǎo)熱性膜4由與未形成這種膜的情況相比可減小氣缸體11和氣缸套2之間導(dǎo)熱性的材料形成。低導(dǎo)熱性膜4的材料和形成方法將在下面討論。
高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4具有如下所示的構(gòu)型。
高導(dǎo)熱性膜3形成在對應(yīng)于氣缸套上部25和氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上。也就是說，高導(dǎo)熱性膜3形成在從氣缸套上端23到氣缸套下部26的部段中。
高導(dǎo)熱性膜3包括位于氣缸套上部25內(nèi)的基膜部分31和位于氣缸套中部27內(nèi)的傾斜膜部分32。
基膜部分31和傾斜膜部分32形成為連續(xù)膜。
基膜部分31形成為具有基本上恒定不變的厚度。另一方面，傾斜膜部分32形成為使得其厚度從氣缸套上端23朝氣缸套下端24逐漸減小。
低導(dǎo)熱性膜4形成在對應(yīng)于氣缸套下部26和氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上。也就是說，低導(dǎo)熱性膜4形成在從氣缸套下端24到氣缸套上部25的部段中。
低導(dǎo)熱性膜4包括位于氣缸套下部26內(nèi)的基膜部分41和位于氣缸套中部27內(nèi)的傾斜膜部分42。
基膜部分41和傾斜膜部分42形成為連續(xù)膜。
基膜部分41形成為具有基本上恒定不變的厚度。另一方面，傾斜膜部分42形成為使得其厚度從氣缸套下端24朝氣缸套上端23逐漸減小。
在氣缸套2的氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上形成有層疊膜部分30。通過使高導(dǎo)熱性膜3與低導(dǎo)熱性膜4層疊而形成層疊膜部分30。在層疊膜部分30中，高導(dǎo)熱性膜3形成在氣缸套外圓表面22上，而低導(dǎo)熱性膜4形成在高導(dǎo)熱性膜3上。
在本實(shí)施例的氣缸套2中，層疊膜部分30如上所述地構(gòu)造。但是，在層疊膜部分30內(nèi)的高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4之間的關(guān)系可如圖5所示地加以修改。即，層疊膜部分30可構(gòu)造成使得低導(dǎo)熱性膜4形成在氣缸套外圓表面22上，而高導(dǎo)熱性膜3形成在低導(dǎo)熱性膜4上。
<膜的形成> 下面對高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4在氣缸套2上的形成(膜的位置和厚度)進(jìn)行說明。
[1]膜的位置 參照圖6A和6B，對高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的位置進(jìn)行說明。圖6A是氣缸套2沿軸向方向的剖視圖。圖6B示出在發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下在氣缸內(nèi)沿軸向方向的溫度(氣缸壁溫度TW)變化的一個示例。在下文中，移除了高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的氣缸套2將被稱作基準(zhǔn)氣缸套。具有基準(zhǔn)氣缸套的發(fā)動機(jī)將被稱作基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)。
在該實(shí)施例中，基于基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中的氣缸壁溫度TW來確定高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的位置。
現(xiàn)在對氣缸壁溫度TW的變化進(jìn)行說明。在圖6B中，實(shí)線代表基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)的氣缸壁溫度TW，而虛線代表本實(shí)施例的發(fā)動機(jī)1的氣缸壁溫度。在下文中，氣缸壁溫度TW的最高溫度被稱作最大氣缸壁溫度TWH，而氣缸壁溫度TW的最低溫度被稱作最小氣缸壁溫度TWL。
在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中，氣缸壁溫度TW以如下方式改變。
(A)在從氣缸套下端24到氣缸套中部27的區(qū)域內(nèi)，由于燃燒氣體的小的影響，氣缸壁溫度TW從氣缸套下端24向氣缸套中部27逐漸升高。在氣缸套下端24附近，氣缸壁溫度TW為最小氣缸壁溫度TWL1。
(B)在從氣缸套中部27到氣缸套上端23的區(qū)域內(nèi)，由于燃燒氣體的大的影響，氣缸壁溫度TW急劇升高。在氣缸套上端23附近，氣缸壁溫度TW為最大氣缸壁溫度TWH1。
在包括上述基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)的內(nèi)燃機(jī)中，氣缸壁溫度TW的升高會導(dǎo)致氣缸孔的熱膨脹。另一方面，由于氣缸壁溫度TW沿軸向方向變化，氣缸孔的變形量沿軸向方向變化。氣缸的這種變形量的變化會增大活塞的摩擦，這又會使燃料消耗率變差。
這樣，在根據(jù)本實(shí)施例的各個氣缸套2中，低導(dǎo)熱性膜4在氣缸套下部26內(nèi)形成在氣缸套外圓表面22上，而高導(dǎo)熱性膜3在氣缸套上部25內(nèi)形成在氣缸套外圓表面22上。這種構(gòu)型可減小最大氣缸壁溫度TWH和最小氣缸壁溫度TWL之間的差異(氣缸壁溫差ΔTW)。
在本實(shí)施例的發(fā)動機(jī)1中，高導(dǎo)熱性膜3增大了氣缸體11和氣缸套上部25之間的導(dǎo)熱性。因此，氣缸套上部25內(nèi)的氣缸壁溫度TW降低。這使得最大氣缸壁溫度TWH成為低于最大氣缸壁溫度TWH1的最大氣缸壁溫度TWH2。
在發(fā)動機(jī)1中，低導(dǎo)熱性膜4減小了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性。因此，氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。這使得最小氣缸壁溫度TWL成為高于最小氣缸壁溫度TWL1的最小氣缸壁溫度TWL2。
這樣，在發(fā)動機(jī)1中，最大氣缸壁溫度TWH與最小氣缸壁溫度TWL之間的差異(氣缸壁溫差ΔTW)減小。因此，各個氣缸孔15沿氣缸軸向方向的變形的變化減小(變形量得以均衡)。這可減小摩擦并由此改善燃料消耗率。此外，層疊膜部分30抑制氣缸套中部27內(nèi)的氣缸壁溫度TW的急劇變化。這進(jìn)一步可靠地均衡了氣缸孔15的變形量。
氣缸套上部25和氣缸套中部27之間的邊界(壁溫邊界28)可基于基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)的氣缸壁溫度TW獲得。另一方面，已發(fā)現(xiàn)在許多情況下氣缸套上部25的長度(從氣缸套上端23到壁溫邊界28的長度)為氣缸套2總長度(從氣缸套上端23到氣缸套下端24的長度)的三分之一到四分之一。因此，在確定高導(dǎo)熱性膜3的位置時(shí)，可將從氣缸套上端23起的整個氣缸套長度的三分之一到四分之一的范圍看作是沒有精確確定壁溫邊界28時(shí)的氣缸套上部25。
[2]膜的厚度 現(xiàn)在對高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的厚度設(shè)定進(jìn)行說明。
在氣缸套2中，高導(dǎo)熱性膜3的基膜部分31的厚度和低導(dǎo)熱性膜4的基膜部分41的厚度基本上彼此相等。此外，層疊膜部分30的厚度基本上等于高導(dǎo)熱性膜3的基膜部分31的厚度和低導(dǎo)熱性膜4的基膜部分41的厚度。即，高導(dǎo)熱性膜3的厚度和低導(dǎo)熱性膜4的厚度如此確定，使得從氣缸套上端23到氣缸套下端24形成厚度基本上恒定不變的膜。
<高導(dǎo)熱性膜的形成> 作為用于高導(dǎo)熱性膜3的材料，可使用滿足以下條件(A)和(B)中的至少一個的材料。
(A)熔點(diǎn)低于或等于鑄造材料的熔化金屬的溫度(基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC)的材料，或包含這種材料的材料。更具體地，基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC可描述如下。即，基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC是指在將鑄造材料供給到模具中以進(jìn)行氣缸套2的鑲鑄時(shí)氣缸體11的鑄造材料的被熔化金屬的溫度。
(B)可通過冶金工藝接合到氣缸體11的鑄造材料上的材料，或包含這種材料的材料。
作為用于形成高導(dǎo)熱性膜3的方法，可采用以下任意方法。
[1]噴涂 [2]噴丸涂覆(shot coating) [3]鍍覆 在下文中示出高導(dǎo)熱性膜3的主要示例。
[1]高導(dǎo)熱性膜的第一構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過噴涂形成的層作為高導(dǎo)熱性膜3。作為噴涂層的材料，可主要使用鋁、鋁合金、銅或銅合金。
在高導(dǎo)熱性膜3由鋁合金(Al-Si合金)的噴涂層形成的情況下，氣缸體11與氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3的接合狀態(tài)，由于高導(dǎo)熱性膜3通過噴涂形成，因此氣缸套上部25和高導(dǎo)熱性膜3以充分的附著性和接合強(qiáng)度彼此機(jī)械地接合。氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3的附著性高于在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中氣缸體與基準(zhǔn)氣缸套的附著性。
對于氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3的接合狀態(tài)，高導(dǎo)熱性膜3由熔點(diǎn)低于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC并且具有與氣缸體11的鑄造材料的高潤濕性的Al-Si合金形成。因此，氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3以充分的附著性和接合強(qiáng)度彼此機(jī)械地接合。氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3的附著性高于在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中氣缸體與基準(zhǔn)氣缸套的附著性。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套上部25以這種狀態(tài)彼此接合，因此可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。
[A]由于高導(dǎo)熱性膜3確保了氣缸體11和氣缸套上部25之間的附著性，因此氣缸體11和氣缸套上部25之間的導(dǎo)熱性增大。
[B]由于高導(dǎo)熱性膜3確保了氣缸體11和氣缸套上部25之間的接合強(qiáng)度，所以氣缸體11與氣缸上部25的剝離得以抑制。因此，即使氣缸孔15膨脹，仍可保持氣缸體11與氣缸套上部25的附著性。這樣就抑制了導(dǎo)熱性的減小。
此外，在將上所述構(gòu)型應(yīng)用于高導(dǎo)熱性膜3時(shí)，還可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。
[C]由于高導(dǎo)熱性膜3通過噴涂Al-Si合金而形成，因而氣缸體11的膨脹程度與高導(dǎo)熱性膜3的膨脹程度之間的差異減小。這樣，當(dāng)氣缸孔15膨脹時(shí)，確保了氣缸體11與氣缸套2之間的附著性。
[D]由于使用的Al-Si合金具有與氣缸體11的鑄造材料的高潤濕性，所以氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3之間的附著性和接合強(qiáng)度進(jìn)一步增大。
在發(fā)動機(jī)1中，隨著氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3之間的附著性以及氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3之間的附著性降低，這些部件之間的間隙量增大。因此，氣缸體11和氣缸套上部25之間的導(dǎo)熱性降低。隨著氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3之間的接合強(qiáng)度以及氣缸套上部25和高導(dǎo)熱性膜3之間的接合強(qiáng)度降低，更有可能在這些部件之間產(chǎn)生剝離。因此，當(dāng)氣缸孔15膨脹時(shí)，氣缸體11和氣缸套上部25之間的附著性降低。
人們認(rèn)為，在高導(dǎo)熱性膜3的熔點(diǎn)低于或等于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC的情況下，在生產(chǎn)氣缸體11時(shí)，高導(dǎo)熱性膜3熔化并被冶金地接合到鑄造材料上。但是，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人所進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果，可確認(rèn)如上所述的氣缸體11是機(jī)械地接合到高導(dǎo)熱性膜3的。此外，發(fā)現(xiàn)了冶金接合的部分。但是，氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3主要是以機(jī)械方式接合的。
通過這些試驗(yàn)，發(fā)明人還有以下發(fā)現(xiàn)。即，即使鑄造材料和高導(dǎo)熱性膜3不是以冶金方式接合的(或僅部分地以冶金方式接合)，只要高導(dǎo)熱性膜3的熔點(diǎn)低于或等于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC，則氣缸體11和氣缸套上部25之間的附著性和接合強(qiáng)度增大。盡管其機(jī)理尚未得到確切闡釋，但可認(rèn)為，鑄造材料的凝固速率由于高導(dǎo)熱性膜3不能平穩(wěn)地移除鑄造材料的熱量而降低。
[2]高導(dǎo)熱性膜的第二構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過噴丸涂覆形成的層作為高導(dǎo)熱性膜3。作為噴丸涂覆層的材料，可主要使用鋁、鋁合金、銅和鋅。
在高導(dǎo)熱性膜3由鋁的噴丸涂覆層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3的接合狀態(tài)，由于高導(dǎo)熱性膜3通過噴丸涂覆形成，因此氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3以充分的附著性和接合強(qiáng)度機(jī)械地和冶金地彼此接合。即，氣缸套上部25和高導(dǎo)熱性膜3以機(jī)械接合部分和冶金接合部分交混的狀態(tài)彼此接合。氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3的附著性高于在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中氣缸體與基準(zhǔn)氣缸套的附著性。
對于氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3的接合狀態(tài)，高導(dǎo)熱性膜3由熔點(diǎn)低于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC并且具有與氣缸體11的鑄造材料的高潤濕性的鋁形成。因此，氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3以充分的附著性和接合強(qiáng)度彼此機(jī)械地接合。氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3的附著性高于在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中氣缸體與基準(zhǔn)氣缸套的附著性。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套上部25以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得“[1]高導(dǎo)熱性膜的第一構(gòu)型”中的優(yōu)點(diǎn)[A]和[B]。關(guān)于氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3之間的機(jī)械接合，可應(yīng)用與在“[1]高導(dǎo)熱性膜的第一構(gòu)型”中相同的解釋。
此外，在將上述構(gòu)型應(yīng)用于高導(dǎo)熱性膜3時(shí)，還可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。
[C]在噴丸涂覆中，形成高導(dǎo)熱性膜3而不熔化涂覆材料。因此，高導(dǎo)熱性膜3不含有氧化物。因此，可防止高導(dǎo)熱性膜3的導(dǎo)熱性因氧化而降低。
[3]高導(dǎo)熱性膜的第三構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過鍍覆形成的層作為高導(dǎo)熱性膜3。作為鍍覆層的材料，可主要使用鋁、鋁合金、銅或銅合金。
在高導(dǎo)熱性膜3由銅合金的鍍覆層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。層疊膜部分30如圖5所示地構(gòu)造。
對于氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3的接合狀態(tài)，由于高導(dǎo)熱性膜3通過鍍覆形成，因此氣缸套上部25和高導(dǎo)熱性膜3以充分的附著性和接合強(qiáng)度彼此機(jī)械地接合。氣缸套上部25與高導(dǎo)熱性膜3的附著性高于在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中氣缸體與基準(zhǔn)氣缸套的附著性。
對于氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3的接合狀態(tài)，高導(dǎo)熱性膜3由熔點(diǎn)高于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC的銅合金形成。但是，氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3以充分的附著性和接合強(qiáng)度彼此冶金地接合。氣缸體11與高導(dǎo)熱性膜3的附著性高于在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中氣缸體與基準(zhǔn)氣缸套的附著性。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套上部25以這種狀態(tài)彼此接合，因此可獲得“[1]高導(dǎo)熱性膜的第一構(gòu)型”中的優(yōu)點(diǎn)[A]和[B]。
此外，在將上述構(gòu)型應(yīng)用于高導(dǎo)熱性膜3時(shí)，還可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。
[C]由于氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3彼此冶金地接合，因而氣缸體11和氣缸套上部25之間的附著性和接合強(qiáng)度進(jìn)一步增大。
[D]由于高導(dǎo)熱性膜3由熱導(dǎo)率比氣缸體11的熱導(dǎo)率高的銅合金形成，因而氣缸體11和氣缸套上部25之間的導(dǎo)熱性進(jìn)一步增大。
為了使氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3彼此冶金地接合，人們認(rèn)為高導(dǎo)熱性膜3基本上需要用熔點(diǎn)等于或低于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC的金屬制成。但是，根據(jù)由本發(fā)明的發(fā)明人所進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果，即使高導(dǎo)熱性膜3由熔點(diǎn)高于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC的金屬形成，在某些情況下氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3仍然彼此冶金地接合。
<低導(dǎo)熱性膜的形成> 作為用于形成低導(dǎo)熱性膜4的材料，可使用滿足以下條件(A)和(B)中的至少一個的材料。
(A)可降低氣缸體11與鑄造材料的附著性的材料，或包含這種材料的材料。
(B)熱導(dǎo)率低于氣缸體11和氣缸套2中至少一者的熱導(dǎo)率的材料，或包含這種材料的材料。
作為用于形成低導(dǎo)熱性膜4的方法，可采用以下任意方法。
[1]噴涂 [2]涂敷 [3]樹脂涂覆 [4]化學(xué)轉(zhuǎn)化處理 在下文中示出低導(dǎo)熱性膜4的主要示例。
[1]低導(dǎo)熱性膜的第一構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過噴涂形成的層作為低導(dǎo)熱性膜4。作為噴涂層的材料，可主要使用陶瓷材料，例如氧化鋁和氧化鋯?；蛘?，低導(dǎo)熱性膜4可由包括氧化物和大量孔隙的鐵基材料的噴涂層形成。
在低導(dǎo)熱性膜4由氧化鋁的噴涂層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由熱導(dǎo)率低于氣缸體11的熱導(dǎo)率的氧化鋁形成，因而氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4以導(dǎo)熱性低的狀態(tài)彼此機(jī)械地接合。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得如下優(yōu)點(diǎn)。即，由于低導(dǎo)熱性膜4降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。
[2]低導(dǎo)熱性膜的第二構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過涂敷形成的壓鑄用脫模劑層作為低導(dǎo)熱性膜4。作為脫模劑，可使用以下制劑。
通過混合蛭石、Hitazol和水玻璃而獲得的脫模劑。
通過混合主要成分為硅的液態(tài)材料和水玻璃而獲得的脫模劑。
在低導(dǎo)熱性膜4由脫模劑層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由具有與氣缸體11的低附著性的脫模劑形成，因而氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4彼此接合而在其間具有間隙。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，由于間隙降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。同樣，可使用在生產(chǎn)氣缸體11期間所用的壓鑄用脫模劑或用于這種脫模劑的材料。這樣，生產(chǎn)步驟的數(shù)量和成本減少。
[3]低導(dǎo)熱性膜的第三構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過涂敷形成的離心鑄造用鑄模涂料層作為低導(dǎo)熱性膜4。作為鑄模涂料，可使用以下制劑。
包含硅藻土作為主要成分的鑄模涂料。
包含石墨作為主要成分的鑄模涂料。
在低導(dǎo)熱性膜4由鑄模涂料層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由具有與氣缸體11的低附著性的鑄模涂料形成，因此氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4彼此接合而在其間具有間隙。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，由于間隙降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。同樣，可使用在生產(chǎn)氣缸套2期間所用的離心鑄造用鑄模涂料或用于這種鑄模涂料的材料。這樣，生產(chǎn)步驟的數(shù)量和成本減少。
[4]低導(dǎo)熱性膜的第四構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過涂敷形成的金屬涂料層作為低導(dǎo)熱性膜4。
在低導(dǎo)熱性膜4由金屬涂料層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由具有與氣缸體11的低附著性的金屬涂料形成，因此氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4彼此接合而在其間具有間隙。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，由于間隙降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。
[5]低導(dǎo)熱性膜的第五構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過涂敷形成的低附著性制劑層作為低導(dǎo)熱性膜4。作為低附著性制劑，可使用以下制劑。
通過混合石墨、水玻璃和水而獲得的低附著性制劑。
通過混合氮化硼和水玻璃而獲得的低附著性制劑。
在低導(dǎo)熱性膜4由低附著性制劑層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由具有與氣缸體11的低附著性的低附著性制劑形成，因此氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4彼此接合而在其間具有間隙。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，由于間隙降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。
[6]低導(dǎo)熱性膜的第六構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過樹脂涂覆形成的高溫樹脂層作為低導(dǎo)熱性膜4。
在低導(dǎo)熱性膜4由高溫樹脂層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由具有與氣缸體11的低附著性的高溫樹脂層形成，因此氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4彼此接合而在其間具有間隙。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，由于間隙降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。
[7]低導(dǎo)熱性膜的第七構(gòu)型 在氣缸套2中，可采用通過化學(xué)轉(zhuǎn)化處理噴涂形成的層作為低導(dǎo)熱性膜4。作為化學(xué)轉(zhuǎn)化處理層，可形成下列層。
磷酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理層。
四氧化三鐵的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理層。
在低導(dǎo)熱性膜4由化學(xué)轉(zhuǎn)化處理層形成的情況下，氣缸體11和氣缸套2以如下方式彼此接合。層疊膜部分30如圖5所示地構(gòu)造。
對于氣缸體11與低導(dǎo)熱性膜4的接合狀態(tài)，由于低導(dǎo)熱性膜4由化學(xué)轉(zhuǎn)化處理層形成，因此氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4彼此接合而在其間具有間隙。
在發(fā)動機(jī)1中，由于氣缸體11和氣缸套下部26以這種狀態(tài)彼此接合，因而可獲得以下優(yōu)點(diǎn)。即，由于間隙降低了氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。低導(dǎo)熱性膜4形成為在每個突起部6的收縮部63處具有足夠的厚度，這將在下文中加以說明。因此，間隙容易形成在收縮部63周圍。因此，可有效地防止導(dǎo)熱性降低。
<層疊膜部分的結(jié)構(gòu)> 高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的構(gòu)型難以根據(jù)成形方法(主要是鍍覆和化學(xué)轉(zhuǎn)化處理)進(jìn)行自由選擇。因此，在按照需要通過組合高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4來生產(chǎn)氣缸套2時(shí)，需要采用適于各種方法的層疊膜部分30的構(gòu)型。即，根據(jù)成形方法來適當(dāng)設(shè)定膜的形成順序可消除膜的不實(shí)用組合的缺陷。
層疊膜部分30的構(gòu)型被分成第一層疊構(gòu)型和第二層疊構(gòu)型。
第一層疊膜構(gòu)型是指高導(dǎo)熱性膜3位于氣缸套外圓表面22上而低導(dǎo)熱性膜4位于高導(dǎo)熱性膜3上的構(gòu)型。即，其對應(yīng)于圖4所示的層疊膜部分30。
第二層疊膜構(gòu)型是指低導(dǎo)熱性膜4位于氣缸套外圓表面22上而高導(dǎo)熱性膜3位于低導(dǎo)熱性膜4上的構(gòu)型。即，其對應(yīng)于圖5所示的層疊膜部分30。
下面對層疊膜部分30的適于用來形成高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的方法的構(gòu)型(膜的形成順序)進(jìn)行說明。
(A)在采用噴涂或噴丸涂覆作為用于形成高導(dǎo)熱性膜3的方法的情況下，可選擇第一層疊構(gòu)型和第二層疊構(gòu)型兩者作為層疊膜部分30的構(gòu)型。即，可任意選擇膜的形成順序。
(B)在采用鍍覆作為用于形成高導(dǎo)熱性膜3的方法的情況下，只可選擇第二層疊構(gòu)型作為層疊膜部分30的構(gòu)型。即，通過如下所示地設(shè)定膜的形成順序，使層疊膜部分30形成有適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
[1]通過噴涂、涂敷或樹脂涂覆形成低導(dǎo)熱性膜4。
[2]在形成低導(dǎo)熱性膜4后通過鍍覆形成高導(dǎo)熱性膜3。
(C)在采用噴涂作為用于形成低導(dǎo)熱性膜4的方法的情況下，可選擇第一層疊構(gòu)型和第二層疊構(gòu)型兩者作為層疊膜部分30的構(gòu)型。即，可任意選擇膜的形成順序。
(D)在采用涂敷或樹脂涂覆作為用于形成低導(dǎo)熱性膜4的方法的情況下，盡管不是十分令人滿意，但也可選擇第一層疊構(gòu)型和第二層疊構(gòu)型兩者作為層疊膜部分30的構(gòu)型。但是，根據(jù)材料，膜的可成形性顯著降低。因此，優(yōu)選地為層疊膜部分30選擇第一層疊構(gòu)型。即，通過如下所示地設(shè)定膜的形成順序，可提高層疊膜部分30的可成形性。
[1]通過噴涂或噴丸涂覆形成高導(dǎo)熱性膜3。
[2]在形成高導(dǎo)熱性膜3后通過涂敷或樹脂涂覆形成低導(dǎo)熱性膜4。
(E)在采用化學(xué)轉(zhuǎn)化處理作為用于形成低導(dǎo)熱性膜4的方法的情況下，只可選擇第一層疊構(gòu)型作為層疊膜部分30的構(gòu)型。即，通過如下所示地設(shè)定膜的形成順序，使層疊膜部分30形成有適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
[1]通過噴涂或噴丸涂覆形成高導(dǎo)熱性膜3。
[2]在形成高導(dǎo)熱性膜3后通過化學(xué)轉(zhuǎn)化處理形成低導(dǎo)熱性膜4。
<實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)> 根據(jù)本實(shí)施例的氣缸套及其制造方法可提供以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)在本實(shí)施例的氣缸套2中，低導(dǎo)熱性膜4形成在氣缸套下部26的氣缸套外圓表面22上，而高導(dǎo)熱性膜3形成在氣缸套上部25的氣缸套外圓表面22上。因此，在發(fā)動機(jī)1中最大氣缸壁溫度TWH和最小氣缸壁溫度TWL之間的差異減小。這樣，各個氣缸孔15的變形沿氣缸13的軸向方向的變化減小。因此，各個氣缸孔15發(fā)生變形的變形量得以均衡。這可減小摩擦并由此改善燃料消耗率。
(2)在本實(shí)施例的氣缸套2中，層疊膜部分30形成在氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上。這可防止氣缸壁溫度TW沿氣缸13的軸向方向的急劇變化。這樣，氣缸孔15的變形穩(wěn)定，并由此改善了燃料消耗率。
(3)在本實(shí)施例的氣缸套2中，高導(dǎo)熱性膜3的傾斜膜部分32的厚度從氣缸套上端23向氣缸套下端24逐漸減小。因此，高導(dǎo)熱性膜3的導(dǎo)熱性從氣缸套上部25向氣缸套下部26降低。這可靠地抑制了氣缸壁溫度TW的急劇變化。
(4)在本實(shí)施例的氣缸套2中，低導(dǎo)熱性膜4的傾斜膜部分42的厚度從氣缸套下端24向氣缸套上端23逐漸減小。因此，低導(dǎo)熱性膜4的導(dǎo)熱性從氣缸套下部26向氣缸套上部25降低。這可靠地抑制了氣缸壁溫度TW的急劇變化。
(5)在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中，由于在氣缸套上部25的氣缸壁溫度TW過度升高時(shí)會促進(jìn)發(fā)動機(jī)油的消耗，因而要求活塞環(huán)的張力較大。即，由于活塞環(huán)張力的增大，燃料消耗率不可避免地變差。
在根據(jù)本實(shí)施例的氣缸套2中，在氣缸體11和氣缸套上部25之間產(chǎn)生了充分的附著性，即，在各個氣缸套上部25周圍僅產(chǎn)生很小的間隙。這確保了氣缸體11和氣缸套上部25之間的高導(dǎo)熱性。因此，由于氣缸套上部25內(nèi)的氣缸壁溫度TW降低，所以發(fā)動機(jī)油的消耗減少。由于以這種方式抑制了發(fā)動機(jī)油的消耗，因而與在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)中相比，可使用張力較小的活塞環(huán)。這改善了燃料消耗率。
(6)在基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)1中，氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW較低。這樣，發(fā)動機(jī)油在氣缸套下部26的氣缸套內(nèi)圓周表面21上的粘性過度地高。即，由于活塞在氣缸13的氣缸套下部26處的摩擦大，因而燃料消耗率的變差由于這種摩擦增大而不可避免。由于氣缸壁溫度TW引起的這種燃料消耗率的變差在氣缸體的熱導(dǎo)率較高的發(fā)動機(jī)例如由鋁合金制成的發(fā)動機(jī)中特別顯著。
在本實(shí)施例的氣缸套2中，由于氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性低，因而氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW升高。這降低了發(fā)動機(jī)油在氣缸套下部26的氣缸套內(nèi)圓周表面21上的粘性，并由此減小了摩擦。因此，燃料消耗率得以改善。
<實(shí)施例的變型> 上述的第一實(shí)施例可如下所示地進(jìn)行修改。
在第一實(shí)施例中，層疊膜部分30形成在氣缸套中部27內(nèi)。但是，層疊膜部分的位置可按照需要根據(jù)與所要求的氣缸壁溫度TW的關(guān)系而改變。例如，層疊膜部分30的位置可從以下構(gòu)型[A]至[D]中選擇。
[A]使層疊膜部分30形成在氣缸套上部25上。
[B]使層疊膜部分30遍布?xì)飧滋咨喜?5和氣缸套中部27而形成。
[C]使層疊膜部分30遍布?xì)飧滋字胁?7和氣缸套下部26而形成。
[D]使層疊膜部分30遍布?xì)飧滋咨喜?5和氣缸套下部26而形成。
[E]使層疊膜部分30形成在氣缸套下部26上。
用于形成高導(dǎo)熱性膜3的方法不限于在第一實(shí)施例中所示的方法(噴涂、噴丸涂覆和鍍覆)。可按照需要應(yīng)用任意其它方法。
用于形成低導(dǎo)熱性膜4的方法不限于在第一實(shí)施例中所示的方法(噴涂、涂敷、樹脂涂覆和化學(xué)轉(zhuǎn)化處理)?？砂凑招枰獞?yīng)用任意其它方法。
在第一實(shí)施例中，高導(dǎo)熱性膜3的膜厚度TP可從氣缸套上端23向氣缸套中部27逐漸增大。在這種情況下，氣缸體11和氣缸套上部25之間的導(dǎo)熱性從氣缸套上端23向氣缸套中部27減小。這樣，氣缸套上部25內(nèi)的氣缸壁溫度TW沿軸向方向的差異減小。
在第一實(shí)施例中，低導(dǎo)熱性膜4的膜厚度TP可從氣缸套下端24向氣缸套中部27逐漸減小。在這種情況下，氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性從氣缸套下端24向氣缸套中部27增大。這樣，氣缸套下部26內(nèi)的氣缸壁溫度TW沿軸向方向的差異減小。
根據(jù)第一實(shí)施例的形成高導(dǎo)熱性膜3的構(gòu)型可如下所示地進(jìn)行修改。即，只要滿足下述條件(A)和(B)中的至少一個，則高導(dǎo)熱性膜3可由任意材料形成。
(A)高導(dǎo)熱性膜3的熱導(dǎo)率大于氣缸套2的熱導(dǎo)率。
(B)高導(dǎo)熱性膜3的熱導(dǎo)率大于氣缸體11的熱導(dǎo)率。
根據(jù)上述實(shí)施例的形成低導(dǎo)熱性膜4的構(gòu)型可如下所示地進(jìn)行修改。即，只要滿足下述條件(A)和(B)中的至少一個，則低導(dǎo)熱性膜4可由任意材料形成。
(A)低導(dǎo)熱性膜4的熱導(dǎo)率小于氣缸套2的熱導(dǎo)率。
(B)低導(dǎo)熱性膜4的熱導(dǎo)率小于氣缸體11的熱導(dǎo)率。
在第一實(shí)施例中，低導(dǎo)熱性膜4沿氣缸套2的整個圓周形成。但是，低導(dǎo)熱性膜4的位置可如下所示地改變。即，在氣缸13被布置的方向上，可從氣缸套外圓表面22的面向相鄰氣缸孔15的部段上省去膜4。換句話說，低導(dǎo)熱性膜4可形成在氣缸套外圓表面22的除了在氣缸13的布置方向上面向相鄰氣缸套2的氣缸套外圓表面22的部段之外的部段內(nèi)。該種構(gòu)型可提高以下優(yōu)點(diǎn)(i)和(ii)。
(i)來自每對相鄰氣缸13的熱量可能被限制在相應(yīng)氣缸孔15之間的部段內(nèi)。這樣，該部段內(nèi)的氣缸壁溫度TW可能高于除了氣缸孔15之間的部段之外的部段內(nèi)的氣缸壁溫度。因此，上述的形成低導(dǎo)熱性膜4的變型可防止在氣缸13的周向方向上面向相鄰氣缸孔15的部段內(nèi)的氣缸壁溫度TW過度升高。
(ii)在各個氣缸13中，由于氣缸壁溫度TW沿周向方向變化，因而氣缸孔15的變形量沿周向方向變化。氣缸孔15變形量的這種變化會增大活塞的摩擦，這又會使燃料消耗率變差。
當(dāng)采用形成膜3和4的上述構(gòu)型時(shí)，在氣缸13的周向方向上除了面向相鄰氣缸孔15的部段之外的部段內(nèi)導(dǎo)熱性降低。另一方面，面向相鄰氣缸孔15的部段的導(dǎo)熱性與通常的發(fā)動機(jī)相同。這就降低了除了面向相鄰氣缸孔15的部段之外的部段內(nèi)的氣缸壁溫度TW與面向相鄰氣缸孔15的部段內(nèi)的氣缸壁溫度TW之間的差異。因此，各個氣缸孔15的變形沿周向方向的變化減小(變形量得以均衡)。這可減小活塞的摩擦并由此改善燃料消耗率。
(第二實(shí)施例) 現(xiàn)在參照圖7A至8C對本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行說明。
通過以如下方式改變膜在根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套上的形成而構(gòu)造出第二實(shí)施例。除下述構(gòu)型之外，根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套與第一實(shí)施例的氣缸套相同。
<膜的形成> 參照圖7A和7B對膜的形成進(jìn)行說明。圖7A是氣缸套2沿軸向方向的剖視圖。圖7B示出軸向位置與膜厚度之間的關(guān)系。
在氣缸套2中，膜51從氣缸套上端23到氣缸套下端24形成在氣缸套外圓表面22上。
膜51由Al-Si合金噴涂層形成。膜51包括位于氣缸套上部25內(nèi)的高導(dǎo)熱性部分51A、位于氣缸套下部26內(nèi)的低導(dǎo)熱性部分51B和位于氣缸套中部27內(nèi)的傾斜膜部分51C。高導(dǎo)熱性部分51A、低導(dǎo)熱性部分51B和傾斜膜部分51C形成為連續(xù)膜。
膜51的各個部分的厚度設(shè)定如下。
高導(dǎo)熱性部分51A的厚度基本上恒定不變。
低導(dǎo)熱性部分51B的厚度基本上恒定不變。
低導(dǎo)熱性部分51B的厚度小于高導(dǎo)熱性部分51A的厚度。
傾斜膜部分51C的厚度從氣缸套上端23向氣缸套下端24逐漸減小。
<用于生產(chǎn)膜的方法> 參照圖8A至8C對用于形成膜51的方法進(jìn)行說明。
在該實(shí)施例中，在通過噴涂形成膜51時(shí)對噴涂裝置52的噴嘴與氣缸套外圓表面22之間的距離(噴涂距離L)進(jìn)行調(diào)節(jié)。即，通過以低率(low-rate)噴涂距離LB進(jìn)行噴涂在氣缸套下部26的氣缸套外圓表面22上形成膜，而通過以基準(zhǔn)噴涂距離LA進(jìn)行噴涂在氣缸套上部25的氣缸套外圓表面22上形成膜。
基準(zhǔn)噴涂距離LA和低率噴涂距離LB以如下方式設(shè)定。
(A)當(dāng)噴涂材料53的沉積效率最高時(shí)，將噴涂距離L設(shè)定為基準(zhǔn)噴涂距離LA。
(B)當(dāng)噴涂材料53的沉積效率低于在噴涂距離L被設(shè)定為基準(zhǔn)噴涂距離LA的情況下的沉積效率時(shí)，將噴涂距離L設(shè)定為低率噴涂距離LB。
在進(jìn)行噴涂時(shí)，有些材料53未聚集到外圓表面22上而是在表面22周圍被氧化。如果噴涂材料53的沉積效率低，則材料53的這種被氧化部分會增加。噴涂材料53的一些被氧化部分與正在氣缸套外圓表面22上形成的噴涂層相混合。這樣，已完成的噴涂層在其中包含有大量的氧化物。
因此，在將噴涂距離L設(shè)定為低率噴涂距離LB的情況下，在氣缸套外圓表面22上形成其中包括有大量氧化物的噴涂層。即，形成了具有低熱導(dǎo)率的噴涂層。另一方面，在將噴涂距離L設(shè)定為基準(zhǔn)噴涂距離LA的情況下，在氣缸套外圓表面22上形成了與噴涂距離L被設(shè)定為低率噴涂距離LB的情況相比熱導(dǎo)率更高的噴涂層。
在本實(shí)施例中，當(dāng)在氣缸套下部26上形成噴涂層時(shí)，將噴涂距離L設(shè)定為低率噴涂距離LB，而當(dāng)在氣缸套上部25上形成噴涂層時(shí)，將噴涂距離L設(shè)定為基準(zhǔn)噴涂距離LA。因此，在氣缸套上部25的高導(dǎo)熱性部分51A與氣缸套下部26的低導(dǎo)熱性部分51B之間產(chǎn)生了熱導(dǎo)率的差異，并且高導(dǎo)熱性部分51的熱導(dǎo)率高于低導(dǎo)熱性部分51B的熱導(dǎo)率。這增大了氣缸體11和氣缸套上部25之間的導(dǎo)熱性。另一方面，由于氣缸體11和氣缸套下部26之間的導(dǎo)熱性降低，所以在發(fā)動機(jī)1中最大氣缸壁溫度TWH與最小氣缸壁溫度TWL之間的差異減小。
在下文中將討論用于形成膜51的具體方法。
具體地，膜51可通過以下工序形成。
[1]在噴涂距離L被設(shè)定為基準(zhǔn)噴涂距離LA的狀態(tài)下，使噴涂裝置52從氣缸套上端23向氣缸套上部25和氣缸套中部27之間的邊界移動，由此在氣缸套上部25的氣缸套外圓表面22上形成膜51的高導(dǎo)熱性部分51A(圖8A)。
[2]在噴涂裝置52移動到氣缸套上部25和氣缸套中部27之間的邊界處后，使噴涂裝置52向氣缸套中部27和氣缸套下部26之間的邊界移動，同時(shí)將噴涂距離L從基準(zhǔn)噴涂距離LA改變成低率噴涂距離LB。這在氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上形成膜51的傾斜膜部分51C(圖8B)。
[3]在噴涂裝置52移動到氣缸套中部27和氣缸套下部26之間的邊界處后，在噴涂距離L被設(shè)定為低率噴涂距離LB的狀態(tài)下使噴涂裝置52向氣缸套下端24移動。這在氣缸套下部26的氣缸套外圓表面22上形成膜51的低導(dǎo)熱性部分51B(圖8C)。
<實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)> 如上所述，除了第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)(5)和(6)之外，根據(jù)第二實(shí)施例的氣缸套及其制造方法還可提供以下優(yōu)點(diǎn)。
(7)在本實(shí)施例的氣缸套2中，膜51的低導(dǎo)熱性部分51B形成在氣缸套下部26的氣缸套外圓表面22上，而膜51的高導(dǎo)熱性部分51A形成在氣缸套上部25的氣缸套外圓表面22上。因此，在發(fā)動機(jī)1中最大氣缸壁溫度TWH與最小氣缸壁溫度TWL之間的差異減小。這樣，各個氣缸孔15的變形沿氣缸13的軸向方向的變化減小。因此，各個氣缸孔15發(fā)生變形的變形量得以均衡。這可減小摩擦并由此改善燃料消耗率。
(8)在本實(shí)施例的氣缸套2中，膜51的傾斜膜部分51C形成在氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上。這可防止氣缸壁溫度TW沿氣缸13的軸向方向的急劇變化。這樣，氣缸孔15的變形穩(wěn)定，并由此改善了燃料消耗率。
(9)在根據(jù)本實(shí)施例的用于制造氣缸套2的方法中，噴涂距離L在基準(zhǔn)噴涂距離LA和低率噴涂距離之間變化，以形成膜51的高導(dǎo)熱性部分51A和低導(dǎo)熱性部分51B。由于使用單一的噴涂材料53來形成用于減小氣缸壁溫差ΔTW的膜51，因而可降低噴涂材料53所需的工作量和成本。
<實(shí)施例的變型> 上述的第二實(shí)施例可如下所示地進(jìn)行修改。
作為用于膜51的材料，可使用滿足以下條件(A)和(B)中的至少一個的材料。
(A)熔點(diǎn)低于或等于基準(zhǔn)熔化金屬溫度TC的材料，或包含這種材料的材料。
(B)能冶金地接合到氣缸體11的鑄造材料上的材料，或包含這種材料的材料。
根據(jù)第二實(shí)施例的用于形成膜51的方法可如下所示地進(jìn)行修改。
[1]在噴涂距離L被設(shè)定為低率噴涂距離LB的狀態(tài)下，使噴涂裝置52從氣缸套下端24向氣缸套下部26和氣缸套中部27之間的邊界移動，由此在氣缸套下部26的氣缸套外圓表面22上形成膜51的低導(dǎo)熱性部分51B。
[2]在噴涂裝置52移動到氣缸套下部26和氣缸套中部27之間的邊界處后，使噴涂裝置52向氣缸套中部27和氣缸套上部25之間的邊界移動，同時(shí)將噴涂距離L從低率噴涂距離LB改變成基準(zhǔn)噴涂距離LA。這在氣缸套中部27的氣缸套外圓表面22上形成膜51的傾斜膜部分51C。
[3]在噴涂裝置52移動到氣缸套中部27和上部25之間的邊界處后，在噴涂距離L被設(shè)定為基準(zhǔn)噴涂距離LA的狀態(tài)下使噴涂裝置52向氣缸套上端23移動。這在氣缸套上部25的氣缸套外圓表面22上形成膜51的高導(dǎo)熱性部分51A。
在第二實(shí)施例中，當(dāng)噴涂材料53的沉積效率最大時(shí)將基準(zhǔn)噴涂距離LA確定為噴涂距離L。但是，基準(zhǔn)噴涂距離LA可具有不同的值。簡言之，只要所形成的高導(dǎo)熱性部分51A可增大導(dǎo)熱性，則可采用任意值的噴涂距離L作為基準(zhǔn)噴涂距離LA。
(第三實(shí)施例) 現(xiàn)在參照圖9至20對本發(fā)明的第三實(shí)施例進(jìn)行說明。
通過以如下方式改變根據(jù)第一實(shí)施例的氣缸套的結(jié)構(gòu)而構(gòu)造出第三實(shí)施例。除下述構(gòu)型之外，根據(jù)第三實(shí)施例的氣缸套與第一實(shí)施例的氣缸套相同。
<氣缸套的結(jié)構(gòu)> 圖9是示出氣缸套的透視圖。
在氣缸套2的氣缸套外圓表面22上形成有突起部6，每個突起部6都具有收縮的形狀。
突起部6從氣缸套2的上端(氣缸套上端23)到氣缸套2的下端(氣缸套下端24)形成在整個氣缸套外圓表面22上。
在氣缸套2中，在包括突起部6的表面的氣缸套外圓表面22上形成有高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4。
<突起部的結(jié)構(gòu)> 圖10是示出突起部6的模型圖。在下文中，氣缸套2的徑向方向(箭頭A的方向)被稱作突起部6的軸向方向。另外，氣缸套2的軸向方向(箭頭B的方向)被稱作突起部6的徑向方向。圖10示出沿突起部6的徑向方向看去時(shí)突起部6的形狀。
突起部6與氣缸套2一體地形成。突起部6在近端61與氣缸套外圓表面22接合。
在突起部6的遠(yuǎn)端62形成有與突起部6的遠(yuǎn)端表面對應(yīng)的頂表面62A。頂表面62A基本上為平的。
在突起部6的軸向方向上，在近端61和遠(yuǎn)端62之間形成有收縮部63。
收縮部63形成為使得其沿徑向方向的截面積(徑向方向截面積SR)小于在近端61和在遠(yuǎn)端62的徑向方向截面積SR。“徑向方向截面積”是指垂直于突起部6的軸向方向的截面的面積。
突起部6形成為使得徑向方向截面積SR從收縮部63朝近端61和遠(yuǎn)端62逐漸增大。
圖11是示出突起部6的模型圖，其中標(biāo)出了氣缸套2的收縮空間64。
在各個氣缸套2中，各個突起部6的收縮部63形成收縮空間64(陰影區(qū)域)。
收縮空間64是由包含沿突起部6的軸向方向的最大遠(yuǎn)端部62B的曲面(在圖11中，線D-D對應(yīng)于該曲面，其為圓柱形面)和收縮部63的表面(收縮表面63A)所包圍的空間。最大遠(yuǎn)端部62B代表在遠(yuǎn)端62處突起部6的徑向長度最長的部分。
在具有氣缸套2的發(fā)動機(jī)1中，氣缸體11和氣缸套2在氣缸體11的一部分位于收縮空間64中的狀態(tài)下彼此接合(氣缸體11與突起部6嚙合)。因此，可確保氣缸體11與氣缸套2的充分的接合強(qiáng)度(氣缸套接合強(qiáng)度)。此外，由于增大的氣缸套接合強(qiáng)度可抑制氣缸孔15的變形，因而摩擦減小。因此，燃料消耗率得以改善。
<膜的形成> 在本實(shí)施例中，基本上根據(jù)與第一實(shí)施例類似的構(gòu)型形成高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4。此外，由于在氣缸套外圓表面22上形成有突起部6，因而高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的厚度以如下方式確定。高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4的厚度可使用顯微鏡進(jìn)行測量。
[1]高導(dǎo)熱性膜的厚度 在氣缸套2中，高導(dǎo)熱性膜3形成為使得其厚度TP小于或等于0.5mm。如果膜厚度TP大于0.5mm，則會降低突起部6的錨固效果，從而導(dǎo)致氣缸體11和氣缸套上部25之間的接合強(qiáng)度顯著下降。
在本實(shí)施例中，高導(dǎo)熱性膜3形成為使得在氣缸套上部25的多個位置處的膜厚度TP的平均值小于或等于0.5mm。但是，高導(dǎo)熱性膜3可形成為使得在整個氣缸套上部25內(nèi)膜厚度TP小于或等于0.5mm。
[2]低導(dǎo)熱性膜的厚度 在氣缸套2中，低導(dǎo)熱性膜4形成為使得其厚度TP小于或等于0.5mm。如果膜厚度TP大于0.5mm，則會降低突起部6的錨固效果，從而導(dǎo)致氣缸體11和氣缸套下部26之間的接合強(qiáng)度顯著下降。
在本實(shí)施例中，低導(dǎo)熱性膜4形成為使得在氣缸套下部26的多個位置處的膜厚度TP的平均值小于或等于0.5mm。但是，低導(dǎo)熱性膜4可形成為使得在整個氣缸套下部26內(nèi)膜厚度TP小于或等于0.5mm。
<突起部周圍的狀態(tài)> 圖12示出圖9的被圈起部分ZA的剖面結(jié)構(gòu)。
在氣缸套2中，高導(dǎo)熱性膜3形成在氣缸套外圓表面22和突起部6的表面上。此外，高導(dǎo)熱性膜3形成為使得不充滿收縮空間64。即，高導(dǎo)熱性膜3形成為使得在進(jìn)行氣缸套2的鑲鑄時(shí)鑄造材料充滿收縮空間64。如果收縮空間64被高導(dǎo)熱性膜3充滿，則鑄造材料將無法充填收縮空間64。這樣，在氣缸套上部25上無法獲得突起部6的錨固效果。
圖13示出圖9的被圈起部分ZB的剖面結(jié)構(gòu)。
在氣缸套2中，低導(dǎo)熱性膜4形成在氣缸套外圓表面22和突起部6的表面上。此外，低導(dǎo)熱性膜4形成為使得不充滿收縮空間64。即，低導(dǎo)熱性膜4形成為使得在進(jìn)行氣缸套2的鑲鑄時(shí)鑄造材料充滿收縮空間64。如果收縮空間64被低導(dǎo)熱性膜4充滿，則鑄造材料將無法充填收縮空間64。這樣，在氣缸套下部26上無法獲得突起部6的錨固效果。
<突起部的形成> 參照表1對氣缸套2上的突起部6的形成進(jìn)行說明。
作為表示突起部6的形成狀態(tài)的參數(shù)(形成狀態(tài)參數(shù))，定義第一面積比率SA、第二面積比率SB、標(biāo)準(zhǔn)截面積SD、標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP和標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP。
現(xiàn)在對作為用于上述形成狀態(tài)參數(shù)的基本值的測量高度H、第一基準(zhǔn)平面PA和第二基準(zhǔn)平面PB進(jìn)行說明。
(A)測量高度H表示沿突起部6的軸向方向的距突起部6近端的距離(突起部6的高度)。在氣缸套外圓表面22處，即在突起部6的近端處，測量高度H為0mm。在突起部6的頂表面62A處，測量高度H具有最大值。
(B)第一基準(zhǔn)平面PA表示位于測量高度為0.4mm的位置的沿突起部6的徑向方向的平面(見圖18)。
(C)第二基準(zhǔn)平面PB表示位于測量高度為0.2mm的位置的沿突起部6的徑向方向的平面(見圖18)。
現(xiàn)在對形成狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行說明。
[A]第一面積比率SA表示在第一基準(zhǔn)平面PA的單位面積內(nèi)突起部6的徑向方向截面積SR的比率。更具體地，第一面積比率SA表示由高度為0.4mm的等高線HL4所包圍的各個區(qū)域RA的總面積與氣缸套外圓表面22的整個等高線圖86的面積之比(圖17至19)。
[B]第二面積比率SB表示在第二基準(zhǔn)平面PB的單位面積內(nèi)突起部6的徑向方向截面積SR的比率。更具體地，第二面積比率SB表示由高度為0.2mm的等高線HL2所包圍的各個區(qū)域RB的總面積與氣缸套外圓表面22的整個等高線圖86的面積之比(圖17、18和20)。
[C]標(biāo)準(zhǔn)截面積SD表示作為第一基準(zhǔn)平面PA內(nèi)的一個突起部6的面積的徑向方向截面積SR。即，標(biāo)準(zhǔn)截面積SD表示在氣缸套外圓表面22的等高線圖86中由高度為0.4mm的等高線HL4所包圍的各個區(qū)域RA的面積。
[D]標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP表示在氣缸套外圓表面22內(nèi)每單位面積(1cm2)上的突起部6的數(shù)量。
[E]標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP表示在多個位置處的突起部6的測量高度H的值的平均值。
在本實(shí)施例中，形成狀態(tài)參數(shù)[A]至[E]被設(shè)定在表1的選擇范圍內(nèi)，從而突起部6的氣缸套接合強(qiáng)度以及突起部6之間的鑄造材料的充填系數(shù)/充填因子(filling factor)增大。由于鑄造材料的充填系數(shù)增大，因而不大可能在氣缸體11和氣缸套2之間形成間隙。氣缸體11和氣缸套2在接合的同時(shí)彼此緊密接觸。
表1 在本實(shí)施例中，除了對上面列出的參數(shù)[A]至[E]的設(shè)定之外，氣缸套2還形成為使得突起部6在第一基準(zhǔn)平面PA上各自獨(dú)立地形成。這可進(jìn)一步增大附著性。
<用于生產(chǎn)氣缸套的方法> 參照圖14和15A至15C以及表2對用于生產(chǎn)氣缸套2的方法進(jìn)行說明。
在本實(shí)施例中，氣缸套2通過離心鑄造來生產(chǎn)。為了使上面列出的形成狀態(tài)參數(shù)處在表1的選擇范圍內(nèi)，將離心鑄造的參數(shù)(下面的參數(shù)[A]至[E])設(shè)定在表2的選擇范圍內(nèi)。
[A]懸濁液71中耐火材料71A的混合比率。
[B]懸濁液71中粘結(jié)劑71B的混合比率。
[C]懸濁液71中水71C的混合比率。
[D]耐火材料71A的平均粒度。
[E]添加到懸濁液71中的表面活性劑的混合比率。
[F]鑄模涂料73的層(鑄模涂料層74)的厚度。
氣缸套2的生產(chǎn)根據(jù)圖14所示的工序進(jìn)行。
[步驟A]將耐火材料71A、粘結(jié)劑71B和水71C混合以制備懸濁液71。在該步驟中，耐火材料71A、粘結(jié)劑71B和水71C的混合比率以及耐火材料71A的平均粒度被設(shè)定以處于表2的選擇范圍內(nèi)。
[步驟B]將預(yù)定量的表面活性劑72加入到懸濁液71中以獲得鑄模涂料73。在該步驟中，加入到懸濁液71中的表面活性劑72的比率被設(shè)定以處于表2所示的選擇范圍內(nèi)。
表2 [步驟C]在將旋轉(zhuǎn)的模具75的內(nèi)圓周表面加熱到預(yù)定溫度后，通過噴涂將鑄模涂料73涂布到模具75的內(nèi)圓周表面(模具內(nèi)圓周表面75A)上。此時(shí)，鑄模涂料73涂布成使得在整個模具內(nèi)圓周表面75A上形成厚度基本均一的鑄模涂料73的層(鑄模涂料層74)。在該步驟中，鑄模涂料層74的厚度被設(shè)定以處于表2所示的選擇范圍內(nèi)。
在模具75的鑄模涂料層74中，在[步驟C]之后形成具有收縮形狀的孔。
參照圖15A至15C對具有收縮形狀的孔的形成進(jìn)行說明。
[1]在模具75的模具內(nèi)圓周表面75A上形成具有多個氣泡74A的鑄模涂料層74(圖15A)。
[2]表面活性劑72對氣泡74A起作用以在鑄模涂料層74的內(nèi)圓周表面內(nèi)形成凹部74B(圖15B)。
[3]凹部74B的底部到達(dá)模具內(nèi)圓周表面75A，從而在鑄模涂料層74內(nèi)形成具有收縮形狀的孔74C(圖15C)。
[步驟D]在將鑄模涂料層74干燥后，將鑄鐵的熔化金屬76澆入正在旋轉(zhuǎn)的模具75中。熔化金屬76流入鑄模涂料層74內(nèi)的具有收縮形狀的孔74C中。這樣，在鑄造氣缸套2上形成具有收縮形狀的突起部6。
[步驟E]在熔化金屬76硬化且形成氣缸套2之后，將氣缸套2與鑄模涂料層74一起從模具75中取出。
[步驟F]使用噴拋裝置(blasting device)77從氣缸套2的外圓表面上移除鑄模涂料層74(鑄模涂料73)。
<用于測量形成狀態(tài)參數(shù)的方法> 參照圖16A和16B對使用三維激光測量形成狀態(tài)參數(shù)的方法進(jìn)行說明。
可按如下方式測量各個形成狀態(tài)參數(shù)。
[1]從氣缸套2制得用于測量突起部參數(shù)的試件81。
[2]在非接觸式三維激光測量裝置82中，將試件81設(shè)置在試驗(yàn)臺84上，使得突起部6的軸向方向基本上與激光83的照射方向平行(圖16A)。
[3]使激光83從三維激光測量裝置82照射到試件81上(圖16B)。
[4]將三維激光測量裝置82的測量結(jié)果輸入到圖像處理裝置85中。
[5]通過用圖像處理裝置85進(jìn)行的圖像處理顯示出氣缸套外圓表面22的等高線圖86(圖17)?；诘雀呔€圖86計(jì)算形成狀態(tài)參數(shù)。
<氣缸套外圓表面的等高線> 參照圖17和18對氣缸套外圓表面22的等高線圖86進(jìn)行說明。圖17是等高線圖86的一個示例。圖18示出測量高度H與等高線HL之間的關(guān)系。圖17的等高線圖86示出與圖18所示的不同的突起部6。
在等高線圖86中，等高線HL在測量高度H的每個預(yù)定值下示出。
例如，等高線圖86中，在等高線HL從0mm的測量高度到1.0mm的測量高度以0.2mm的間隔示出的情況下，示出測量高度為0mm的等高線HL0、測量高度為0.2mm的等高線HL2、測量高度為0.4mm的等高線HL4、測量高度為0.6mm的等高線HL6、測量高度為0.8mm的等高線HL8和測量高度為1.0mm的等高線HL10。
在圖18中，等高線HL4對應(yīng)于第一基準(zhǔn)平面PA。同樣，等高線HL2對應(yīng)于第二基準(zhǔn)平面PB。盡管示出的是以0.2mm的間隔示出等高線HL的圖示，但在實(shí)際的等高線圖86中可按照需要改變等高線HL之間的距離。
參照圖19和20對等高線圖86中的第一區(qū)域RA和第二區(qū)域RB進(jìn)行說明。圖19是其中除測量高度為0.4mm的等高線HL4之外的等高線均以虛線示出的等高線圖86(第一等高線圖86A)。圖20是其中除測量高度為0.2mm的等高線HL2之外的等高線均以虛線示出的等高線圖86(第二等高線圖86B)。在圖19和20中，實(shí)線表示所要示出的等高線HL，虛線表示其它等高線HL。
在本實(shí)施例中，在等高線圖86中由等高線HL4所包圍的各個區(qū)域被定義成第一區(qū)域RA。即，第一等高線圖86A中的陰影區(qū)域?qū)?yīng)于第一區(qū)域RA。在等高線圖中86由等高線HL2所包圍的各個區(qū)域被定義成第二區(qū)域RB。即，第二等高線圖86B中的陰影區(qū)域?qū)?yīng)于第二區(qū)域RB。
<用于計(jì)算形成狀態(tài)參數(shù)的方法> 對于根據(jù)本實(shí)施例的氣缸套2，基于等高線圖86以如下方式計(jì)算形成狀態(tài)參數(shù)。
[A]第一面積比率SA 第一面積比率SA被計(jì)算為第一區(qū)域RA的總面積與整個等高線圖86的面積之比。即，第一面積比率SA使用下面的公式計(jì)算。
SA＝SRA/ST×100[％] 在上面的公式中，符號ST代表整個等高線圖86的面積。符號SRA代表通過累加等高線圖86中的第一區(qū)域RA的面積而得到的總面積。例如，當(dāng)使用圖19的第一等高線圖86A作為模型時(shí)，矩形區(qū)域的面積對應(yīng)于面積ST。陰影區(qū)域的面積對應(yīng)于面積SRA。在計(jì)算第一面積比率SA時(shí)，假定等高線圖86僅包括氣缸套外圓表面22。
[B]第二面積比率SB 第二面積比率SB被計(jì)算為第二區(qū)域RB的總面積與整個等高線圖86的面積之比。即，第二面積比率SB使用下面的公式計(jì)算。
SB＝SRB/ST×100[％] 在上面的公式中，符號ST代表整個等高線圖86的面積。符號SRB代表通過累加等高線圖86中的第二區(qū)域RB的面積而得到的總面積。例如，當(dāng)使用圖20的第二等高線圖86B作為模型時(shí)，矩形區(qū)域的面積對應(yīng)于面積ST。陰影區(qū)域的面積對應(yīng)于面積SRB。在計(jì)算第二面積比率SB時(shí)，假定等高線圖86僅包括氣缸套外圓表面22。
[C]標(biāo)準(zhǔn)截面積SD 標(biāo)準(zhǔn)截面積SD可被計(jì)算為等高線圖86中各個第一區(qū)域RA的面積。例如，當(dāng)使用圖19的第一等高線圖86A作為模型時(shí)，陰影區(qū)域的面積對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)截面積SD。
[D]標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP 標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP可被計(jì)算為在等高線圖86中每單位面積(在該實(shí)施例中為1cm2)上的突起部6的數(shù)量。例如，當(dāng)使用圖19的第一等高線圖86A或圖20的第二等高線圖86B作為模型時(shí)，在每個圖中的突起部的數(shù)量(一個)對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP。在本實(shí)施例的氣缸套2中，每單位面積(1cm2)上形成有五至六十個突起部6。這樣，實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP與第一等高線圖86A和第二等高線86B的基準(zhǔn)突起部數(shù)量不同。
[E]標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP 標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP可被計(jì)算為一個或多個位置處的突起部6的高度的平均值。突起部6的高度可通過測量裝置如深度千分表進(jìn)行測量。
可基于等高線圖86中的第一區(qū)域RA檢驗(yàn)突起部6在第一基準(zhǔn)平面PA上是否獨(dú)立地設(shè)置。即，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域RA不與其它第一區(qū)域RA發(fā)生干涉時(shí)，可確認(rèn)突起部6在第一基準(zhǔn)平面PA上獨(dú)立地設(shè)置。
<實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)> 除了第一實(shí)施例中的優(yōu)點(diǎn)(1)至(6)之外，根據(jù)本實(shí)施例的氣缸套和發(fā)動機(jī)還可提供以下優(yōu)點(diǎn)。
(10)在本實(shí)施例中的氣缸套2中，突起部6形成在氣缸套外圓表面22上。這使得氣缸體11和氣缸套2可在氣缸體11和突起部6相互嚙合的狀態(tài)下彼此接合。氣缸體11和氣缸套2之間的充分的接合強(qiáng)度得以確保。接合強(qiáng)度的這種增大可防止氣缸體11和高導(dǎo)熱性膜3之間以及氣缸體11和低導(dǎo)熱性膜4之間的剝離。通過膜所獲得的增大或減小導(dǎo)熱性的效果被可靠地保持。此外，接合強(qiáng)度的增大可防止氣缸孔15發(fā)生變形。
(11)在本實(shí)施例的氣缸套2中，高導(dǎo)熱性膜3形成為使得其厚度TP小于或等于0.5mm。這可防止氣缸體11和氣缸套上部25之間的接合強(qiáng)度降低。
(12)在本實(shí)施例的氣缸套2中，低導(dǎo)熱性膜4形成為使得其厚度TP小于或等于0.5mm。這可防止氣缸體11和氣缸套下部26之間的接合強(qiáng)度降低。
(13)在本實(shí)施例的氣缸套2中，突起部6形成為使得標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP在五至六十個的范圍內(nèi)。這進(jìn)一步增大了氣缸套接合強(qiáng)度。此外，可增大鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
如果標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP在選擇范圍之外，則會引起以下問題。如果標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP小于五個，則突起部6的數(shù)量不足。這會降低氣缸套接合強(qiáng)度。如果標(biāo)準(zhǔn)突起部數(shù)量NP多于六十個，則突起部6之間的狹窄空間會減小鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
(14)在本實(shí)施例的氣缸套2中，突起部6形成為使得標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP在0.5mm至1.0mm的范圍內(nèi)。這可增大氣缸套接合強(qiáng)度和氣缸套2的外徑的精度。
如果標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP在選擇范圍之外，則會引起以下問題。如果標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP小于0.5mm，則突起部6的高度不足。這會降低氣缸套接合強(qiáng)度。如果標(biāo)準(zhǔn)突起部長度HP大于1.0mm，則突起部6將容易折斷。這也會降低氣缸套接合強(qiáng)度。此外，由于突起部6的高度不均一，因而外徑的精度降低。
(15)在本實(shí)施例的氣缸套2中，突起部6形成為使得第一面積比率SA在10％至50％的范圍內(nèi)。這可確保充分的氣缸套接合強(qiáng)度。此外，可增大鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
如果第一面積比率SA在選擇范圍之外，則會引起以下問題。如果第一面積比率SA小于10％，則與第一面積比率SA大于或等于10％的情況相比，氣缸套接合強(qiáng)度會顯著降低。如果第一面積比率SA大于50％，則第二面積比率SB將超過上限值(55％)。這樣，鑄造材料在突起部6之間的空間內(nèi)的充填系數(shù)將顯著減小。
(16)在本實(shí)施例的氣缸套2中，突起部6形成為使得第二面積比率SB在20％至55％的范圍內(nèi)。這可增大鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。此外，可確保充分的氣缸套接合強(qiáng)度。
如果第二面積比率SB在選擇范圍之外，則會引起以下問題。如果第二面積比率SB小于20％，則第一面積比率SA將降到下限值(10％)以下。這樣，氣缸套接合強(qiáng)度將顯著降低。如果第二面積比率SB大于55％，則與第二面積比率SB小于或等于55％的情況相比，鑄造材料在突起部6之間的空間內(nèi)的充填系數(shù)將顯著減小。
(17)在本實(shí)施例的氣缸套2中，突起部6形成為使得標(biāo)準(zhǔn)截面積SD在0.2mm2至3.0mm2的范圍內(nèi)。這樣，在氣缸套2的生產(chǎn)過程中可防止突起部6損壞。此外，可增大鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
如果標(biāo)準(zhǔn)截面積SD在選擇范圍之外，則會引起以下問題。如果標(biāo)準(zhǔn)截面積SD小于0.2mm2，則突起部6的強(qiáng)度不足，并且在氣缸套2的生產(chǎn)過程中突起部6容易損壞。如果標(biāo)準(zhǔn)截面積SD大于3.0mm2，則突起部6之間的狹窄空間會減小鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
(18)在本實(shí)施例的氣缸套2中，突起部6(第一區(qū)域RA)形成為在第一基準(zhǔn)平面PA上彼此獨(dú)立。這可增大鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。如果突起部6(第一區(qū)域RA)在第一基準(zhǔn)平面PA中彼此不獨(dú)立，則突起部6之間的狹窄空間會減小鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
<實(shí)施例的變型> 上述的第三實(shí)施例可如下所示地進(jìn)行修改。
第三實(shí)施例的構(gòu)型可應(yīng)用于第二實(shí)施例的氣缸套2。
在第三實(shí)施例中，將第一面積比率SA和第二面積比率SB的選擇范圍設(shè)定為表1所示的選擇范圍。但是，所述選擇范圍可如下所示地改變。
第一面積比率SA10％至30％ 第二面積比率SB20％至45％ 這種設(shè)定可增大氣缸套接合強(qiáng)度和鑄造材料向突起部6之間的空間充填的充填系數(shù)。
在第三實(shí)施例中，高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4在突起部6的形成參數(shù)處于表1的選擇范圍內(nèi)的情況下形成在氣缸套2上。但是，高導(dǎo)熱性膜3和低導(dǎo)熱性膜4也可形成在任意氣缸套上，只要該氣缸套上形成有突起部6即可。
(其它實(shí)施例) 上述的實(shí)施例可作如下修改。
在上述實(shí)施例中，本實(shí)施例的氣缸套被應(yīng)用于由鋁合金制成的發(fā)動機(jī)。但是，本發(fā)明的氣缸套也可應(yīng)用于例如由鎂合金制成的發(fā)動機(jī)。簡言之，本發(fā)明的氣缸套可應(yīng)用于具有氣缸套的任意發(fā)動機(jī)。即使這樣，如果發(fā)明以與上述實(shí)施例類似的方式實(shí)施，則可獲得與上述實(shí)施例類似的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造用在氣缸體中的用于鑲鑄的氣缸套的方法，所述氣缸套具有外圓表面，以及在所述氣缸套的軸向方向上的上部和下部，所述方法包括
使用噴涂裝置在所述外圓表面上形成噴涂層，使得所述噴涂層從所述上部到所述下部連續(xù)；
當(dāng)在所述外圓表面的對應(yīng)于所述上部的部段內(nèi)形成所述噴涂層時(shí)，使所述噴涂裝置與所述外圓表面相距第一距離；以及
當(dāng)在所述外圓表面的對應(yīng)于所述下部的部段內(nèi)形成所述噴涂層時(shí)，使所述噴涂裝置與所述外圓表面相距比所述第一距離大的第二距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噴涂層的對應(yīng)于所述下部的部段的厚度小于所述噴涂層的對應(yīng)于所述上部的部段的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少在所述噴涂層的在所述軸向方向上的一部分中，所述噴涂層的厚度從所述上部向所述下部逐漸減小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用在氣缸體中的用于鑲鑄的氣缸套。所述氣缸套具有外圓表面，以及在所述氣缸套的軸向方向上的上部、中部和下部。在所述外圓表面的對應(yīng)于所述上部的部段內(nèi)形成有高導(dǎo)熱性膜，在所述外圓表面的對應(yīng)于所述下部的部段內(nèi)形成有低導(dǎo)熱性膜。所述高導(dǎo)熱性膜和所述低導(dǎo)熱性膜在所述外圓表面的對應(yīng)于所述中部的部段內(nèi)層疊，從而形成層疊膜部分。結(jié)果，沿氣缸的所述軸向方向的溫差減小。
文檔編號B22D19/00GK101829778SQ20101015885
公開日2010年9月15日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者宮本典孝, 高見俊裕, 平野雅揮, 柴田幸兵, 山下信行, 三原敏宏, 齋藤儀一郎, 堀米正巳, 佐藤喬 申請人:豐田自動車株式會社