Гильза цилиндра и двигатель
Изобретение относится к двигателестроению. Гильза цилиндра имеет верхнюю, среднюю и нижнюю части в ее осевом направлении. На наружной круговой поверхности верхней части образована пленка с высокой теплопроводностью, проходящая от верхнего конца гильзы к средней части. На наружной круговой поверхности нижней части образована пленка с низкой теплопроводностью, проходящая от средней части к нижнему концу гильзы. Такое выполнение позволяет уменьшить перепад температур в осевом направлении цилиндра. 2 н. и 35 з.п. ф-лы, 30 ил., 7 табл.
Настоящее изобретение относится к гильзе цилиндра, предназначенной для помещения в отливку и применяемой в блоке цилиндров, а также к двигателю, содержащему гильзу цилиндра.
В настоящее время на практике находят применение блоки цилиндров для двигателей с гильзами цилиндров. Гильзы цилиндров обычно применяют в блоках цилиндров, выполненных из алюминиевого сплава. В качестве такой гильзы цилиндра, предназначенной для помещения в отливку, известна гильза, которая описана в публикации выложенной заявки на полезную модели Японии №62-52255.
В двигателе повышение температуры цилиндров вызывает тепловое расширение канала цилиндра. Кроме того, температура в цилиндре варьируется в осевом направлении цилиндра. Соответственно степень деформации отверстия цилиндра, вызванной тепловым расширением, изменяется в осевом направлении. Такое изменение степени деформации цилиндра увеличивает трение поршня, что приводит к повышению уровня расхода топлива.
Соответственно целью настоящего изобретения является создание гильзы цилиндра, позволяющей уменьшить перепад температур в осевом направлении цилиндра и в двигателе, имеющем гильзу цилиндра.
Согласно приведенной выше цели в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения создана гильза цилиндра, предназначенная для помещения в отливку и применяемая в блоке цилиндров. Гильза цилиндра согласно настоящему изобретению содержит верхнюю часть, среднюю часть и нижнюю часть в осевом направлении гильзы цилиндра, при этом на наружной круговой поверхности верхней части образована пленка с высокой теплопроводностью, проходящая от верхнего конца гильзы цилиндра к средней части, и на наружной круговой поверхности нижней части образована пленка с низкой теплопроводностью, проходящая от средней части к нижнему концу гильзы цилиндра. Пленка с высокой теплопроводностью служит для повышения теплопроводности между блоком цилиндров и гильзой цилиндра. Пленка с низкой теплопроводностью служит для уменьшения теплопроводности между блоком цилиндров и гильзой цилиндра.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью служит для улучшения сцепления гильзы цилиндра с блоком цилиндров.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью образована путем напыления металлического материала.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью образована путем дробеструйного нанесения слоя металлического материала.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью образована путем плакирования слоя металлического материала.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью скреплена с блоком цилиндров металлургическими средствами.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью имеет температуру плавления, которая ниже или равна температуре плавления литейного материала, применяемого при изготовлении отливки блока цилиндров, в которую помещают гильзу цилиндра.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью имеет более высокую теплопроводность, чем гильза цилиндра.
Предпочтительно пленка с высокой теплопроводностью имеет более высокую теплопроводность, чем блок цилиндров.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью служит для образования зазоров между блоком цилиндров и гильзой цилиндра.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью служит для уменьшения сцепления гильзы цилиндра с блоком цилиндров.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из смазки для пресс-формы для литья под давлением.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из литейной краски для центробежного литья.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из вещества, обладающего слабым сцеплением и содержащего в качестве основного компонента графит.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из вещества, обладающего слабым сцеплением и содержащего в качестве основного компонента нитрид бора.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из металлизированной краски.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из жаропрочной смолы.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из слоя обработки напылением с химической конверсией.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из напыленного слоя керамического материала.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из напыленного слоя материала на основе железа, напыленного слоя из оксидов и пор.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью образована из слоя оксида.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью имеет более низкую теплопроводность, чем блок цилиндров.
Предпочтительно пленка с низкой теплопроводностью имеет более низкую теплопроводность, чем гильза цилиндра.
Предпочтительно толщина пленки с низкой теплопроводностью уменьшается по мере удаления от нижнего конца гильзы цилиндра в осевом направлении гильзы цилиндра.
Предпочтительно блок цилиндров содержит несколько каналов цилиндра, и гильза цилиндра помещена в один из каналов, при этом пленка с низкой теплопроводностью образована на наружной круговой поверхности нижней части, за исключением участков, обращенных к соседним каналам цилиндров.
Предпочтительно средняя часть гильзы имеет верхний конец и нижний конец, пленка с высокой теплопроводностью образована на участке от верхнего конца гильзы до верхнего конца средней части, пленка с низкой теплопроводностью образована на участке от нижнего конца средней части до нижнего конца гильзы, между верхним и нижним концами средней части располагается участок без пленки, причем верхний конец средней части в осевом направлении расположен ближе к верхнему концу гильзы, чем нижний конец средней части.
Предпочтительно толщина стенки в верхней части меньше толщины в нижней части.
Предпочтительно наружная круговая поверхность имеет множество выступов, каждый из которых имеет суженную форму.
Предпочтительно количество выступов составляет от пяти до шестидесяти на 1 см2 наружной круговой поверхности гильзы цилиндра.
Предпочтительно высота каждого выступа составляет от 0,5 до 1,5 мм.
Предпочтительно на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,4 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 10% или более.
Предпочтительно на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,2 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 55% или меньше.
Предпочтительно на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,4 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 10-50%.
Предпочтительно на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,2 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 20-55%.
Предпочтительно на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, площадь каждого участка, ограниченного контурной линией, представляющей высоту 0,4 мм, составляет 0,2-3,0 мм2.
Предпочтительно поперечное сечение каждого выступа плоскостью, содержащей контурную линию, представляющую высоту 0,4 мм от ближнего конца выступа, отделено от поперечных сечений других выступов той же плоскостью.
Согласно другому объекту изобретения создан двигатель, содержащий вышеописанную гильзу цилиндра.
Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из следующего описания, выполненного в сочетании с прилагаемыми чертежами, иллюстрирующими в качестве примера принципы изобретения.
Изобретение вместе с его целями и преимуществами может быть лучше всего понято за счет ссылки на следующее описание являющихся в настоящее время наиболее предпочтительными вариантов реализации и на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематический вид, иллюстрирующий двигатель, имеющий гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.2 - вид в перспективе, иллюстрирующий гильзу цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.3 - таблица, которая иллюстрирует один пример химического состава литейного чугуна, являющегося материалом для изготовления гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.4 и 5 - диаграммы модели, иллюстрирующие выступ, имеющий суженную форму и выполненный на гильзе цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.6А - вид в осевом разрезе гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.6В - график, иллюстрирующий один пример взаимозависимости между позициями по осевой линии и температурой стенки цилиндра в гильзе цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.7 - вид в увеличенном масштабе в поперечном разрезе гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZC с Фиг.6А;
Фиг.8 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZD с Фиг.6А;
Фиг.9 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZA с Фиг.1;
Фиг.10 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZB с Фиг.1;
Фиг.11А, 11В, 11С, 11D, 11Е и 11F - схемы технологического процесса, иллюстрирующие операции производства гильзы цилиндра путем центробежного литья;
Фиг.12А, 12В и 12С - схемы технологического процесса, иллюстрирующие операции формирования выемки, имеющей сжатую форму в слое литейной краски при производстве гильзы цилиндра путем центробежного литья;
Фиг.13А и 13В - схемы, иллюстрирующие один пример процедуры измерения параметров гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации с использованием трехмерного лазера;
Фиг.14 - схема, частично иллюстрирующая один пример контурных линий гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, полученных путем измерений с использованием трехмерного лазера;
Фиг.15 - схема, иллюстрирующая взаимозависимость между измеренной высотой и контурными линиями гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.16 и 17 - схемы, каждая из которых частично показывает другой пример контурных линий гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, полученных путем измерений с использованием трехмерного лазера;
Фиг.18А, 18В и 18С - схемы, иллюстрирующие один пример процедуры испытания на разрыв, предназначенной для определения прочности соединения гильзы цилиндра согласно первому варианту реализации блока цилиндров;
Фиг.19А, 19В и 19С - схемы, иллюстрирующие один пример процедуры применения лазерного импульсного способа определения теплопроводности блока цилиндров с гильзой цилиндра согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.20 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZC с Фиг.6А;
Фиг.21 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZA с Фиг.1;
Фиг.22 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZC с Фиг.6А;
Фиг.23 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZA с Фиг.1;
Фиг.24 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZD с Фиг.6А;
Фиг.25 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZB с Фиг.1;
Фиг.26 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно пятому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZD с Фиг.6А;
Фиг.27 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно пятому варианту реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZB с Фиг.1;
Фиг.28 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно шестому-девятому вариантам реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZD с Фиг.6А;
Фиг.29 - вид в поперечном разрезе в увеличенном масштабе гильзы цилиндра согласно шестому-девятому вариантам реализации настоящего изобретения, иллюстрирующий область ZB с Фиг.1; и
Фиг.30 - вид в перспективе, иллюстрирующий гильзу цилиндра согласно десятому варианту реализации настоящего изобретения.
Первый вариант реализации настоящего изобретения будет описан далее со ссылкой на Фиг.1-19С.
Конструкция двигателя
На Фиг.1 показана конструкция всего двигателя 1, выполненного из алюминиевого сплава и имеющего гильзы 2 цилиндра согласно настоящему изобретению.
Двигатель 1 включает в себя блок 11 цилиндров и головку 12 блока цилиндров. Блок 11 цилиндров включает в себя множество цилиндров 13. Каждый цилиндр 13 включает в себя одну гильзу 2 цилиндра. Гильзы 2 цилиндра выполнены в блоке 11 цилиндров путем помещения в отливку.
Внутренняя круговая поверхность 21, которая является внутренней круговой поверхностью каждой гильзы 2 цилиндра, образует внутреннюю стенку (внутреннюю стенку 14 цилиндра) соответствующего цилиндра 13 в блоке 11 цилиндров. Каждая внутренняя круговая поверхность 21 гильзы ограничивает канал 15 цилиндра.
Путем помещения в отливку из литейного материала наружная круговая поверхность каждой гильзы 2 цилиндра, которая является наружной круговой поверхностью каждой гильзы 2 цилиндра, приводится в контакт с блоком 11 цилиндров.
В качестве алюминиевого сплава как материала для блока 11 цилиндров может использоваться, например, сплав, описанный в Японском промышленном стандарте (JIS) ADC10 (соответствует стандарту США ASTM A380.0), или сплав, описанный в JIS ADC12 (соответствует стандарту США ASTM A383.0). В настоящем варианте реализации для формирования блока 11 цилиндров используют алюминиевый сплав по ADC12.
На Фиг.2 показан вид в перспективе, иллюстрирующий гильзу 2 цилиндра согласно настоящему изобретению.
Гильза 2 цилиндра выполнена из литейного чугуна. Химический состав литейного чугуна задан, например, таким, как он показан на Фиг.3. В основном компоненты, перечисленные в таблице «Основные компоненты», могут быть выбраны как химический состав литейного чугуна. В случае необходимости к ним могу быть добавлены компоненты, перечисленные в таблице «Дополнительные компоненты».
На наружной круговой поверхности 22 гильзы 2 выполнены выступы 3, каждый из которых имеет сжатую форму.
Выступы 3 выполнены по всей наружной круговой поверхности 22 гильзы от верхнего конца 23 гильзы, который является верхним концом гильзы 2 цилиндра, до нижнего конца 24 гильзы, который является нижним концом гильзы 2 цилиндра. Верхний конец 23 гильзы является концом гильзы 2 цилиндра, который располагается в камере сгорания двигателя 1. Нижний конец 24 гильзы является концом гильзы 2 цилиндра, который располагается в части, противоположной камере сгорания двигателя 1.
В гильзе 2 цилиндра на наружную круговую поверхность 22 гильзы, включая поверхность выступов, наносят пленку 4 с высокой теплопроводностью и пленку 5 с низкой теплопроводностью. Пленка 4 с высокой теплопроводностью и пленка 5 с низкой теплопроводностью выполнены каждая по всей окружности гильзы 2 цилиндра.
Более конкретно, пленка 4 с высокой теплопроводностью образована на наружной круговой поверхности 22 гильзы на участке от верхнего конца 23 гильзы до средней части 25 гильзы, которая является средней частью гильзы 2 цилиндра в осевом направлении цилиндра 13. Пленка 5 с низкой теплопроводностью образована на наружной круговой поверхности 22 гильзы на участке от средней части 25 гильзы до нижнего конца 24 гильзы. Это означает, что поверхность раздела пленки 4 с высокой теплопроводностью и пленки 5 с низкой теплопроводностью образована на наружной круговой поверхности 22 гильзы в средней части 25 гильзы.
Пленка 4 с высокой теплопроводностью образована из напыленного слоя 41 алюминиевого сплава. В настоящем варианте реализации в качестве алюминиевого сплава, образующего напыленный слой 41, используется сплав Al-Si.
Пленка 5 с низкой теплопроводностью образована из напыленного слоя 51 керамического материала. В настоящем варианте реализации в качестве керамического материала, образующего напыленный слой 51, используется оксид алюминия. Напыленные слои 41, 51 образуются путем напыления (плазменного напыления, дугового напыления или высокоскоростного напыления с использованием кислородного топлива).
В качестве материала для пленки 4 с высокой теплопроводностью может быть использован материал, отвечающий, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):
(A) материал, у которого температура плавления ниже или равна эталонной температуре ТС, которая является температурой расплавленного литейного материала, или материал, содержащий такой материал. Более конкретно эталонная температура ТС может быть описана следующим образом. То есть эталонная температура ТС относится к температуре расплавленного литого материала блока 11 цилиндров в то время, когда расплавленный литейный материал заливают в форму для получения отливки, предназначенной для помещения в нее гильз 2 цилиндра;
(B) материал, который может быть скреплен металлургическими средствами с литейным материалом блока 11 цилиндров, или материал, который содержит такой материал.
На Фиг.4 показана диаграмма модели, иллюстрирующая выступ 3. Далее радиальное направление гильзы 2 цилиндра (направление, указанное стрелкой А) обозначается как осевое направление выступа 3. Кроме того, осевое направление гильзы 2 цилиндра (направление, указанное стрелкой В) обозначается как радиальное направление выступа 3. На Фиг.4 показана форма выступа 3 так, как она видна в радиальном направлении выступа 3.
Выступ 3 образует одно целое с гильзой 2 цилиндра. Выступ 3 соединяется с наружной круговой поверхностью 22 гильзы ближним концом 31. На дальнем конце 32 выступа 3 образована верхняя поверхность 32А, которая соответствует поверхности дальнего конца выступа 3. Верхняя поверхность 32А является по существу плоской.
В осевом направлении выступа 3 между ближним концом 31 и дальним концом 32 образовано сужение 33.
Сужение 33 образовано таким образом, что площадь его поперечного сечения в осевом направлении выступа 3 (площадь поперечного сечения в осевом направлении SR) меньше площади поперечного сечения SR в осевом направлении на ближнем конце 31 и на дальнем конце 32.
Выступ 3 образуют таким образом, что площадь поперечного сечения SR в осевом направлении постепенно возрастает от сужения 33 по направлению к ближнему концу 31 и к дальнему концу 32.
На Фиг.5 показана диаграмма модели, иллюстрирующая выступ 3, в котором отмечено пространство 34 сужения гильзы 2 цилиндра. В каждой гильзе 2 цилиндра сужение 33 каждого выступа 3 создает пространство 34 сужения (заштрихованные участки на Фиг.5).
Пространством 34 сужения является пространство, окруженное воображаемой цилиндрической поверхностью, которая описывает наиболее удаленную часть 32В (на Фиг.5 прямые линии D-D соответствуют цилиндрической поверхности), и поверхностью сужения 33А, которая является поверхностью 33А. Наибольшая дальняя часть 32В представляет собой часть, в которой диаметр выступа 3 является наибольшим на дальнем конце 32.
В двигателе 1, имеющем гильзы 2 цилиндров, блок 11 цилиндров и гильзы 2 цилиндров скреплены между собой притом, что часть блока 11 цилиндров располагается в пространствах 64 сужения, т.е. иными словами, блок 11 цилиндров находится в зацеплении с выступами 3. Поэтому обеспечивается достаточная прочность скрепления блока 11 цилиндров и гильз 2 цилиндра. Кроме того, поскольку повышенная прочность скрепления гильзы препятствует деформации каналов 15 цилиндров, уменьшается трение. Соответственно, снижается уровень расхода топлива.
Со ссылкой на Фиг.6А, 6В и 7 будет описано формирование в гильзе 2 цилиндра пленки 4 с высокой теплопроводностью и пленки 5 с низкой теплопроводностью. Толщину пленки 4 с высокой теплопроводностью и толщину пленки 5 с низкой теплопроводностью обозначают как толщину ТР пленки.
[1] Расположение пленок
Положение пленки 4 с высокой теплопроводностью и пленки 5 с низкой теплопроводностью будет описано со ссылкой на Фиг.6А и 6В. На Фиг.6А показан поперечный разрез гильзы 2 цилиндра в осевом направлении. На Фиг.6В показан пример изменения температуры в цилиндре 13 при обычном рабочем состоянии двигателя, в частности температуры TW стенки цилиндра. После этого гильза 2 цилиндра, с которой удалены пленка 4 с высокой теплопроводностью и пленка 5 с низкой теплопроводностью, будет обозначаться как эталонная гильза цилиндра. Двигатель с эталонными гильзами цилиндра будет обозначаться как эталонный двигатель.
В этом варианте реализации положение пленки 4 с высокой теплопроводностью и пленки 5 с низкой теплопроводностью определяют основываясь на температуре TW стенок цилиндра в эталонном двигателе.
Будет описано изменение температуры TW стенок цилиндра. На Фиг.6В сплошная линия представляет температуру TW стенок цилиндра эталонного двигателя, а пунктирная линия представляет температуру TW стенок цилиндра двигателя 1 согласно настоящему варианту реализации. Далее более высокую температуру TW стенок цилиндра обозначают как максимальную температуру TWH стенок цилиндра, а самую низкую температуру TW стенок цилиндра эталонного двигателя обозначают как минимальную температуру TWL стенок цилиндра.
В эталонном двигателе температура TW стенок цилиндра изменяется следующим образом.
(A) На участке от нижнего конца 24 гильзы до средней части 25 гильзы температура TW стенок цилиндра постепенно возрастает от нижнего конца 24 гильзы до средней части 25 гильзы за счет небольшого воздействия газообразных продуктов сгорания. Рядом с нижним концом 24 гильзы температура TW стенок цилиндра является минимальной температурой TWL1 стенок цилиндра. Участок гильзы 2 цилиндра, на котором температура TW стенки цилиндра изменяется таким образом, обозначают как низкотемпературный участок 27 гильзы.
(B) На участке от средней части 25 гильзы до верхнего конца 23 гильзы температура TW стенок цилиндра резко возрастает за счет большого воздействия газообразных продуктов сгорания. Рядом с верхним концом 23 гильзы температура TW стенок цилиндра является максимальной температурой TWH1 стенок цилиндра. Участок гильзы 2 цилиндра, на котором температура TW стенки цилиндра варьируется таким образом, обозначают как высокотемпературный участок 26 гильзы.
В двигателях внутреннего сгорания, включая описанный выше эталонный двигатель, повышение температуры TW стенок цилиндра вызывает тепловое расширение каналов цилиндра. Поскольку температура TW стенок цилиндра изменяется в осевом направлении, в осевом направлении изменяется степень деформации канала цилиндра. Такое изменение степени деформации цилиндра увеличивает трение поршня, что ведет к повышению уровня расхода топлива.
Таким образом, в каждой гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью наносят на наружную круговую поверхность 22 гильзы на высокотемпературном участке 26 гильзы, в то время как пленку 5 с низкой теплопроводностью наносят на наружную круговую поверхность 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы. Такая конфигурация уменьшает разницу между температурой TW стенок цилиндра на высокотемпературном участке 26 гильзы и температурой TW стенок цилиндра на низкотемпературном участке 27 гильзы.
В двигателе 1 согласно настоящему варианту реализации обеспечивается достаточное сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературными участками 26 гильзы, то есть в каждом высокотемпературном участке 26 гильзы возникает небольшой зазор. Это обеспечивает высокую теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературными участками 26 гильзы. Соответственно снижается температура TW стенок цилиндра на высокотемпературном участке 26 гильзы. В результате максимальная температура TWH стенок цилиндра становится максимальной температурой TWH2 стенок цилиндра, которая ниже максимальной температуры TWH1 стенок цилиндра.
В двигателе 1 пленка с низкой теплопроводностью снижает теплопроводность между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы. Соответственно повышается температура TW стенок цилиндра на низкотемпературном участке 27 гильзы. В результате минимальная температура TWL стенок цилиндра становится минимальной температурой TWL2 стенок цилиндра, которая выше минимальной температуры TWL1 стенок цилиндра.
Таким образом, в двигателе 1 уменьшается разница температур ΔTW стенок цилиндра, которая является разницей между максимальной температурой TWH стенок цилиндра и минимальной температурой TWL стенок цилиндра. Соответственно уменьшается изменение деформации каждого канала 15 цилиндра в осевом направлении цилиндра 13. Другими словами, происходит выравнивание величины деформации канала 15 цилиндра. Это уменьшает трение и, таким образом, снижает уровень расхода топлива.
Температурная граница 28 стенок, которая является границей между высокотемпературным участком 26 гильзы и низкотемпературным участком 27 гильзы, может быть определена на основании температуры TW стенок цилиндра эталонного двигателя. С другой стороны, обнаружено, что во многих случаях длина высокотемпературного участка 25 гильзы (расстояние от верхнего конца 23 гильзы до температурной границы 28 стенок) составляет от одной трети до одной четверти от всей длины гильзы 2 цилиндра (длина от верхнего конца 23 гильзы до нижнего конца 24 гильзы). Поэтому при определении расположения пленки 4 с высокой теплопроводностью диапазон от одной трети до одной четверти от верхнего конца 23 гильзы ко всей длине гильзы может рассматриваться как высокотемпературный участок 26 гильзы без точного определения расположения температурной границы 28 стенок.
[2] Толщина пленок
В гильзе 2 цилиндра пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют таким образом, что ее толщина ТР меньше или равна 0,5 мм. Если толщина ТР пленки превышает 0,5 мм, снижается анкерный эффект выступов 3, что приводит к значительному уменьшению прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
В настоящем варианте реализации пленка 4 с высокой теплопроводностью выполнена таким образом, что среднее значение толщины ТР пленки во множестве точек высокотемпературного участка 26 гильзы меньше или равно 0,5 мм. Однако пленка 4 с высокой теплопроводностью может быть выполнена таким образом, что толщина ТР пленки меньше или равна 0,5 мм по всему высокотемпературному участку 26 гильзы.
В двигателе 1 при уменьшении толщины ТР пленки возрастает теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. Таким образом, при формировании пленки 4 с высокой теплопроводностью желательно, чтобы толщина ТР пленки была как можно ближе к нулю по всему высокотемпературному участку 26 гильзы.
Однако, поскольку в настоящее время трудно образовать напыленный слой 41, обладающий одинаковой толщиной по всему высокотемпературному участку 26 гильзы, некоторые части высокотемпературного участка 26 гильзы окажутся лишенными пленки 4 с высокой теплопроводностью, если заданная толщина ТР пленки имеет очень малое значение при формировании пленки 4 с высокой теплопроводностью. Таким образом, в настоящем варианте реализации при формировании пленки 5 с высокой теплопроводностью заданная толщина ТР пленки определяется согласно следующим условиям (А) и (В):
(A) пленка 4 с высокой теплопроводностью может быть образована на всем высокотемпературном участке 26 гильзы;
(B) минимальное значение находится в диапазоне, при котором удовлетворяется условие (А).
Поэтому пленка 4 с высокой теплопроводностью образована на всем высокотемпературном участке 26 гильзы, и толщина ТР пленки для пленки 4 с высокой теплопроводностью имеет небольшое значение. Поэтому происходит надежное повышение теплопроводности между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. Хотя этот вариант реализации сфокусирован на повышении теплопроводности, заданная толщина ТР пленки определяется в соответствии с другими условиями, когда температура TW стенки цилиндра нуждается в регулировании до определенного значения.
В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют таким образом, что ее толщина ТР меньше или равна 0,5 мм. Если толщина пленки ТР превышает 0,5 мм, снижается анкерный эффект выступов 3, что приводит к значительному уменьшению прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В настоящем варианте реализации пленка 5 с низкой теплопроводностью выполнена таким образом, что среднее значение толщины ТР пленки во множестве точек низкотемпературного участка 27 гильзы меньше или равно 0,5 мм. Однако пленка с высокой теплопроводностью 5 может быть выполнена таким образом, что толщина ТР пленки меньше или равна 0,5 мм по всему низкотемпературному участку 27 гильзы.
[3] Формирование пленок вокруг выступов
На Фиг.7 показан вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий область ZC с Фиг.6A. В гильзе 2 цилиндра пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы и на поверхностях выступов 3, так что пространства 34 сужения не заполняются. То есть при литье отливок для размещения гильз 2 цилиндров литейный материал заполняет пространства 34 сужений. Если пространства 34 сужений заполнены пленкой 4 с высокой теплопроводностью, литейный материал не заполнит пространства 34 сужений. Таким образом, на высокотемпературном участке 26 гильзы не будет достигнуто никакого анкерного эффекта выступов 3.
На Фиг.8 показан вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий область ZD с Фиг.6A. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы и на поверхностях выступов 3, так что пространства 34 сужения не заполняются. То есть при литье отливок для размещения гильз 2 цилиндров литейный материал заполняет пространства 34 сужений. Если пространства 34 сужений заполнены пленкой 5 с низкой теплопроводностью, литейный материал не заполнит пространства 34 сужений. Таким образом, на низкотемпературном участке 27 гильзы не будет достигнуто никакого анкерного эффекта выступов 3.
Состояние скрепления блока 11 цилиндров и гильзы 2 цилиндра будет описано со ссылкой на Фиг.9 и 10. На Фиг.9 и 10 показаны виды в поперечном разрезе, иллюстрирующие блок 11 цилиндров и выполненные по оси цилиндра 13.
[1] Состояние скрепления высокотемпературного участка гильзы
На Фиг.9 показан вид в поперечном разрезе области ZA с Фиг.1 и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. В двигателе 1 блок 11 цилиндров скреплен с высокотемпературным участком 26 гильзы в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 4 с высокой теплопроводностью.
Поскольку пленка 4 с высокой теплопроводностью образована путем напыления, высокотемпературный участок 26 гильзы и пленка 4 с высокой теплопроводностью механически скрепляются между собой при достаточном сцеплении и прочности скрепления. Сцепление высокотемпературного участка 26 гильзы и пленки 4 с высокой теплопроводностью выше, чем сцепление между блоком цилиндров и эталонной гильзой цилиндра в эталонном двигателе.
Пленка 4 с высокой теплопроводностью образована из сплава Al-Si, у которого температура плавления ниже эталонной температуры ТС плавления и который обладает высокой смачиваемостью с литейным материалом блока 11 цилиндров. Таким образом, блок 11 цилиндров и пленка 4 с высокой теплопроводностью механически скрепляются между собой при достаточном сцеплении и прочности скрепления. Сцепление блока 11 цилиндров и пленки 4 с высокой теплопроводностью выше, чем сцепление блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.
Поскольку блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются следующие преимущества.
(A) Поскольку пленка 4 с высокой теплопроводностью обеспечивает сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы, теплопроводность между блоком цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы возрастает.
(B) Поскольку пленка 4 с высокой теплопроводностью обеспечивает прочность скрепления блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы, подавляется шелушение блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы. Поэтому даже при расширении канала 15 цилиндра сцепление блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы сохраняется. Это препятствует уменьшению теплопроводности.
(C) Поскольку выступы 3 обеспечивают прочность скрепления блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы, подавляется шелушение блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы. Поэтому даже при расширении канала 15 цилиндра сцепление блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы сохраняется. Это препятствует уменьшению теплопроводности.
В двигателе 1 по мере уменьшения сцепления между блоком 11 цилиндров и пленкой 4 с высокой теплопроводностью и сцепления между высокотемпературным участком 26 гильзы и пленкой с высокой теплопроводностью происходит увеличение зазора между этими компонентами. Соответственно уменьшается теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. При уменьшении прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и пленкой 4 с высокой теплопроводностью и прочности скрепления между высокотемпературным участком 26 гильзы и пленкой 4 с высокой теплопроводностью возрастает вероятность шелушения между этими компонентами. Поэтому при расширении канала 15 цилиндра уменьшается сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации температура плавления пленки 4 с высокой теплопроводностью меньше или равна эталонной температуре ТС. Таким образом, полагают, что при производстве блока 11 цилиндров пленка 4 с высокой теплопроводностью плавится и металлургически скрепляется с литейным материалом. Однако согласно результатам испытаний было подтверждено, что блок 11 цилиндров, описанный выше, был механически скреплен с пленкой 4 с высокой теплопроводностью. Кроме того, были обнаружены металлургически скрепленные участки. Однако блок 11 цилиндров и пленка 4 с высокой теплопроводностью были главным образом скреплены механическим путем.
В ходе испытаний также было обнаружено следующее. А именно, даже в случае, если литейный материал и пленка 4 с высокой теплопроводностью не были металлургически скреплены (или только частично скреплены металлургическим образом), сцепление и прочность скрепления блока 11 цилиндров и высокотемпературного участка 26 гильзы возрастали, пока пленка с высокой теплопроводностью имела температуру плавления, меньшую или равную эталонной температуре ТС. Хотя механизм этого явления недостаточно разъяснен, полагают, что скорость затвердевания литейного материала уменьшается из-за того, что тепло литейного материала недостаточно равномерно отводится пленкой 4 с высокой теплопроводностью.
[2] Состояние скрепления низкотемпературного участка гильзы
На Фиг.10 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1 и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров скреплен с низкотемпературным участком 27 гильзы в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленка 5 с низкой теплопроводностью образована из оксида алюминия, у которого теплопроводность ниже, чем у блока 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью механически скрепляются между собой в состоянии низкой теплопроводности.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются следующие преимущества:
(A) поскольку пленка 5 с низкой теплопроводностью обеспечивает сцепление между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы, теплопроводность между блоком цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы возрастает;
(B) поскольку выступы 3 обеспечивают прочность скрепления блока 11 цилиндров и низкотемпературного участка 27 гильзы, подавляется шелушение блока 11 цилиндров и низкотемпературного участка 27 гильзы.
Далее будет описано со ссылкой на Таблицу 1 формирование выступов 3 на гильзе 2 цилиндра.
В качестве параметров, представляющих выступы 3 (параметров режима формирования), представлены первое соотношение SА площадей, второе соотношение SB площадей, стандартная площадь SD поперечного сечения, стандартная плотность NP выступов и стандартная высота HP выступа.
Далее будут описаны измеренная высота Н, первая эталонная плоскость РА и вторая эталонная плоскость РВ, которые являются базовыми значениями для перечисленных выше параметров, представляющих выступы 3.
(a) Измеренная высота Н представляет расстояние от ближнего конца выступа 3 в осевом направлении выступа 3. На ближнем конце гильзы 3 измеренная высота Н равна 0. На верхней поверхности 32А выступа 3 измеренная высота Н имеет максимальное значение.
(b) Первая эталонная плоскость РА представляет собой плоскость, которая располагается в радиальном направлении выступа 3 на уровне измеренной высоты, равном 0,4 мм.
(с) Вторая эталонная плоскость РВ представляет собой плоскость, которая располагается в радиальном направлении выступа 3 на уровне измеренной высоты, равном 0,2 мм.
Далее будут описаны параметры, представляющие выступы 3.
[A] Первое соотношение SA площадей представляет собой отношение расположенной в радиальном направлении площади SR поперечного сечения выступа 3 к единичной площади первой эталонной плоскости РА. Более конкретно, первое соотношение SA площадей представляет собой отношение суммарной площади участков, которые ограничены контурной линией на высоте 0,4 мм, к площади всей контурной схемы наружной круговой поверхности 22 гильзы.
[B] Второе соотношение SB площадей представляет собой отношение расположенной в радиальном направлении площади SR поперечного сечения выступа 3 к единичной площади второй эталонной плоскости РВ. Более конкретно, второе соотношение SB площадей представляет собой отношение суммарной площади участков, которые ограничены контурной линией на высоте 0,2 мм, к площади всей контурной схемы наружной круговой поверхности 22 гильзы.
[C] Стандартная площадь SD поперечного сечения представляет собой площадь SR поперечного сечения в радиальном направлении, которая является площадью одного выступа 3 в первой эталонной плоскости РА. Таким образом, стандартная площадь SD поперечного сечения представляет собой площадь каждого участка, ограниченного контурной линией на высоте 0,4 мм на контурной схеме наружной круговой поверхности 22 гильзы.
[D] Стандартная плотность NP выступов представляет количество выступов 3 в расчете на единицу площади на наружной круговой поверхности 22 гильзы.
[Е] Стандартная высота HP выступа представляет собой высоту каждого выступа 3.
| Таблица 1 | ||
| Вид параметра | Выбранный диапазон | |
| [А] | Первое соотношение SA площадей | 10-50% |
| [В] | Второе соотношение SB площадей | 20-55% |
| [С] | Стандартная площадь SD поперечного сечения | 0,2-3,0 мм2 |
| [D] | Стандартное количество NP выступов | 5-60 кол-во/см2 |
| [Е] | Стандартная высота HP выступа | 0,5-1,0 мм |
В настоящем варианте реализации параметры [А]-[Е] задают таким образом, чтобы они находились в рамках выбранных диапазонов, указанных в Таблице 1, так что повышаются прочность скрепления гильзы за счет выступов 3 и коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3. Поскольку коэффициент заполнения литейным материалом повышается, маловероятным становится образование зазоров между блоком 11 цилиндров и гильзами 2 цилиндров. Блок 11 цилиндров и гильзы 2 цилиндров скрепляются при тесном контакте между собой.
Кроме того, выступы 3 образуются на гильзе 2 цилиндра таким образом, чтобы не зависеть друг от друга на первой эталонной плоскости РА согласно настоящему варианту реализации. Другими словами, поперечное сечение каждого выступа 3 плоскостью, содержащей контурную линию, представляющую высоту 0,4 мм от его ближнего конца, не зависит от поперечных сечений других выступов 3 той же плоскостью. Это приводит к дополнительному улучшению сцепления.
Способ производства гильзы 2 цилиндра будет описан со ссылкой на Фиг.11A-11F и Таблицу 2.
В настоящем варианте реализации гильзу 2 цилиндра производят с помощью центробежного литья. Для того чтобы добиться, чтобы перечисленные выше параметры, представляющие выступы 3, соответствовали указанным в Таблице 1 выбранным диапазонам, следующие параметры [A]-[F], относящиеся к центробежному литью, устанавливают в пределах указанного в Таблице 2 выбранного диапазона.
[A] Доля огнеупорного материала 61А в суспензии 61.
[B] Доля связующего 61В в суспензии 61.
[C] Доля воды 61С в суспензии 61.
[D] Средний размер частиц огнеупорного материала 61А.
[Е] Доля добавленного к суспензии 61 поверхностно-активного вещества 62.
[F] Толщина слоя формовочной краски 63 (слой формовочной краски).
| Таблица 2 | ||
| Вид параметра | Выбранный диапазон | |
| [А] | Доля огнеупорного материала в суспензии | 8-30% по массе |
| [В] | Доля связующего в суспензии | 2-10% по массе |
| [С] | Доля воды в суспензии | 60-90% по массе |
| [D] | Средний размер частиц огнеупорного материала | 0,02-0,1 мм |
| [Е] | Доля добавленного к суспензии поверхностно-активного вещества | более 0,005% по массе и 0,1% по массе или менее |
| [F] | Толщина слоя формовочной краски | 0,5-1,0 мм |
Изготовление гильзы 2 цилиндра осуществляется согласно процедуре, показанной на Фиг.11А-11F.
[Этап А] Огнеупорный материал 61А, связующее 61В и воду 61С смешивают для приготовления суспензии 61. В ходе этой операции химический состав огнеупорного материала 61А, связующего 61В и воды 61С, а также средний размер частиц огнеупорного материала 61А выбирают таким образом, чтобы эти показатели соответствовали показанным в Таблице 2 выбранным диапазонам.
[Этап В] Для получения формовочной краски 63 к суспензии 61 добавляют определенное количество поверхностно-активного вещества 62, как показано на Фиг.11В. В ходе этой операции отношение добавленного поверхностно-активного вещества 62 к суспензии 61 выбирают таким образом, чтобы этот показатель соответствовал показанному в Таблице 2 выбранному диапазону.
[Этап С] После нагрева внутренней круговой поверхности вращающейся формы 65 до заданной температуры на нее наносят формовочную краску 63 путем напыления на внутреннюю круговую поверхность формы 65 (внутренняя круговая поверхность формы 65А), как показано на Фиг.11С. В это время формовочную краску 63 наносят таким образом, что на всей внутренней круговой поверхности формы 65А образуется слой формовочной краски 63 (слой формовочной краски 64) по существу однородной толщины. В ходе этой операции толщину слоя формовочной краски 64 выбирают таким образом, чтобы этот показатель соответствовал показанному в Таблице 2 выбранному диапазону.
После [Этапа С] в слое формовочной краски 64 формы 65 выполняют отверстия, имеющие сжатую форму. Далее со ссылкой на Фиг.12А-12С будет описано формирование отверстий, имеющих сжатую форму.
[1] На внутренней круговой поверхности 65А формы 65 образуют слой формовочной краски 64 со множеством пузырьков 64А, как показано на Фиг.12А.
[2] Поверхностно-активное вещество 62 воздействует на пузырьки 64А с образованием выемок 64В во внутренней круговой поверхности слоя формовочной краски 64, как показано на Фиг.12В.
[3] Дно выемки 64В достигает внутренней круговой поверхности 65А формы, так что в слое формовочной краски 64 образуется отверстие 64С, имеющее сжатую форму, как показано на Фиг.12С.
[Этап D] После высушивания слоя формовочной краски 64 в форму 65 заливают расплавленный литейный чугун 66, и форма начинает вращаться, как показано на Фиг.11D. Расплавленный литейный чугун 66 втекает в отверстие 64С в слое формовочной краски 64, имеющее сжатую форму. Таким образом на литой гильзе 2 цилиндра образуются выступы 3, имеющие сжатую форму.
[Этап Е] После затвердевания литейного чугуна 66 и образования гильзы 2 цилиндра гильзу 2 цилиндра извлекают из формы 65 вместе со слоем формовочной краски 64, как показано на Фиг.11Е.
[Этап F] С помощью обдувочного устройства 67 удаляют слой формовочной краски 64 (формовочную краску 63) с наружной круговой поверхности гильзы 2 цилиндра.
Далее со ссылками на Фиг.13А и 13В будет описан способ измерения с использованием трехмерного лазера параметров, представляющих выступы. Стандартную высоту HP выступа измеряют другим способом.
Каждый из параметров, представляющих выступы, может быть измерен следующим образом.
[1] Из гильзы 2 цилиндра приготавливают испытательный образец 71, предназначенный для измерения параметров выступов 3.
[2] В бесконтактном трехмерном лазерном измерительном устройстве 81 испытательный образец 71 помещают на испытательный стенд 83 так, что осевое направление выступов 3 оказывается по существу параллельным направлению испускания луча лазера 82 (см. Фиг.13А).
[3] Луч лазера 82 испускается из трехмерного лазерного измерительного устройства 81 на испытательный образец 71 (см. Фиг.13В).
[4] Результаты измерений, полученные трехмерным лазерным измерительным устройством 81, вводятся в устройство 84 обработки изображения.
[5] В результате обработки изображения, выполненной устройством 84 обработки изображения, получают контурную схему 85 (см. Фиг.14) наружной круговой поверхности 22 гильзы. Параметры, представляющие выступы 3, вычисляют на основе контурной схемы 85.
Далее со ссылкой на Фиг.14 и 15 будет объяснена контурная схема 85 наружной круговой поверхности 22 гильзы. На Фиг.14 показана взаимозависимость между измеренной высотой Н и контурными линиями HL. Контурная схема 85 на Фиг.14 является чертежом, сделанным в соответствии с наружной круговой поверхностью 22, имеющей выступ 3, который отличается от выступа 3, показанного на Фиг.18.
На контурной схеме 85 контурные линии HL показаны для каждого заданного значения измеренной высоты Н.
Например, в случае, когда контурные линии HL на контурной схеме 85 показаны через интервал 0,2 мм между измеренной высотой 0 мм и измеренной высотой 1,0 мм, оказываются показаны контурные линии HL0 при измеренной высоте 0 мм, контурные линии HL2 при измеренной высоте 0,2 мм, контурные линии HL4 при измеренной высоте 0,4 мм, контурные линии HL6 при измеренной высоте 0,6 мм, контурные линии HL8 при измеренной высоте 0,8 мм и контурные линии HL10 при измеренной высоте 1,0 мм.
Контурные линии HL4 содержатся в первой эталонной плоскости РА. Контурные линии HL2 содержатся во второй эталонной плоскости РВ. Хотя на схеме с Фиг.14 контурные линии HL проведены через интервал 0,2 мм, расстояние на фактической контурной схеме между контурными линиями можно изменить так, как это может потребоваться.
Далее со ссылкой на Фиг.16 и 17 будут описаны первые участки RA и вторые участки RB на контурной схеме 85. На Фиг.16 показана часть первой контурной схемы 85А, на которой контурные линии HL4 для измеренной высоты 0,4 мм показаны сплошными линями, а другие контурные линии HL на контурной схеме 85 показаны пунктиром. На Фиг.17 показана часть второй контурной схемы 85В, на которой контурные линии HL2 для измеренной высоты 0,2 мм на контурной схеме 85 показаны сплошными линиями, а другие контурные линии HL на контурной схеме 85 показаны пунктиром.
В настоящем варианте реализации области на контурной схеме 85, каждая из которых ограничена контурной линией HL4, обозначаются как первые участки RA. А именно заштрихованные участки в первой контурной схеме 85А соответствуют первым участкам RA. Области на контурной схеме 85, каждая из которых ограничена контурной линией HL2, обозначаются как вторые участки RB. А именно заштрихованные участки во второй контурной схеме 85В соответствуют вторым участкам RB.
Что касается гильзы 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации, то параметры, представляющие выступы 3, рассчитывают на основе контурной схемы следующим образом.
[А] Первое соотношение SA площадей
Первое соотношение SA площадей вычисляют как отношение общей площади первых участков RA к площади всей контурной схемы 85. Таким образом, первое соотношение SA площадей вычисляют по следующей формуле
SA=SRA/ST×100 [%]
В указанной формуле символом ST обозначена площадь всей контурной схемы 85. Символ SRA представляет суммарную площадь первых участков RA в контурной схеме 85. Например, при использовании в качестве модели первой контурной схемы 86А с Фиг.16, площадь прямоугольной зоны, ограниченной рамкой, соответствует площади ST, а площадь заштрихованной зоны соответствует площади SRA. При расчете первого соотношения SA площадей предполагается, что контурная схема 85 включает в себя только наружную круговую поверхность 22 гильзы.
[B] Второе соотношение SB площадей
Второе соотношение SB площадей вычисляют как отношение общей площади вторых участков RB к площади всей контурной схемы 85. Таким образом, второе соотношение SB площадей вычисляют по следующей формуле
SB=SRB/ST×100 [%]
В указанной формуле символом ST обозначена площадь всей контурной схемы 85. Символ SRB представляет суммарную площадь вторых участков RB в контурной схеме 85. Например, при использовании в качестве модели второй контурной схемы 85В с Фиг.17, площадь прямоугольной зоны соответствует площади ST, а площадь заштрихованной зоны соответствует площади SRB. При расчете второго соотношения площадей SB предполагается, что контурная схема 85 включает в себя только наружную круговую поверхность 22 гильзы.
[C] Стандартная площадь SD поперечного сечения
Стандартная площадь поперечного сечения SD может быть рассчитана как площадь каждого первого участка RA на контурной схеме 85. Например, при использовании в качестве модели первой контурной схемы 85А с Фиг.16, площадь заштрихованного участка соответствует стандартной площади SD поперечного сечения.
[D] Стандартная плотность NP выступов
Стандартная плотность NP выступов может быть вычислена как количество выступов 3 в расчете на единицу площади контурной схемы 85 (в этом варианте реализации - 1 см2).
[Е] Стандартная высота HP выступа
Стандартную высоту HP выступа представляет высота каждого выступа 3. Высотой каждого выступа 3 может быть среднее значение высоты выступов 3 в нескольких местах. Высоту выступов 3 можно измерить измерительным устройством, таким как индикатор уровня с круговой шкалой.
Независимость распределения выступов 3 на первой эталонной плоскости РА можно проверить основываясь на первых участках RA на контурной схеме 85. То есть в случае, когда каждый первый участок RA не пересекается с другими первыми участками RA, подтверждается, что выступы 3 независимо распределяются по первой эталонной плоскости РА. Другими словами, подтверждается, что поперечное сечение каждого выступа 3 плоскостью, содержащей контурную линию, представляющую высоту 0,4 мм от ближнего конца, не зависит от поперечных сечений других выступов 3 этой же линией.
Далее настоящее изобретение будет описано на основе сопоставлений между примерами и сравнительными примерами.
В каждом из примеров и сравнительных примеров гильзы цилиндров были получены с помощью центробежного литья. При производстве гильз цилиндров использовали материал литейного чугуна, соответствующий стандарту FC230, а толщина готовой гильзы цилиндра была задана равной 2,3 мм.
В Таблице 3 показаны характеристики гильз цилиндров из примеров. В Таблице 4 показаны характеристики гильз цилиндров из сравнительных примеров.
| Таблица 3 | |
| Характеристики гильзы цилиндра | |
| Пример 1 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка первого соотношения площадей на нижнее предельное значение (10%) | |
| Пример 2 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка второго соотношения площадей на верхнее предельное значение (55%) | |
| Пример 3 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка толщины пленки равной 0,005 мм | |
| Пример 4 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка толщины пленки на верхнее предельное значение (0,5%) |
| Таблица 4 | |
| Характеристики гильзы цилиндра | |
| Сравнительный Пример 1 | (1) Отсутствие формирования пленки с высокой теплопроводностью (2) Установка первого соотношения площадей на нижнее предельное значение (10%) |
| Сравнительный Пример 2 | (1) Отсутствие формирования пленки с высокой теплопроводностью |
| (2) Установка второго соотношения площадей на верхнее предельное значение (55%) | |
| Сравнительный Пример 3 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Отсутствие выступов со сжатием | |
| Сравнительный Пример 4 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка первого соотношения площадей на значение, которое меньше нижнего предельного значения (10%) | |
| Сравнительный Пример 5 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка второго соотношения площадей на значение, которое выше верхнего предельного значения (55%) | |
| Сравнительный Пример 6 | (1) Формирование пленки с высокой теплопроводностью путем напыления слоя из Al-Si |
| (2) Установка толщины пленки на значение, которое выше верхнего предельного значения (0,5%) |
Условия производства гильз цилиндров, особые для каждого из примеров и сравнительных примеров, показаны ниже. За исключением условий, являющихся особыми, все остальные условия производства являются общими для всех примеров и сравнительных примеров.
В Примере 1 и сравнительном Примере 1 параметры, относящиеся к центробежному литью ([А] и [F] в Таблице 2), были заданы в выбранных диапазонах, показанных в Таблице 2, так что первое соотношение SA площадей становится нижним предельным значением (10%).
В Примере 2 и сравнительном Примере 2 параметры, относящиеся к центробежному литью ([А] и [F] в Таблице 2), были заданы в выбранных диапазонах, показанных в Таблице 2, так что второе соотношение SB площадей становится верхним предельным значением (55%).
В Примерах 3 и 4 и в сравнительном Примере 6 параметры, относящиеся к центробежному литью ([А] и [F] в Таблице 2), были заданы в тех же значениях, что и в выбранных диапазонах, показанных в Таблице 2.
В сравнительном Примере 3 поверхность отливки удалили после литья для того, чтобы получить гладкую наружную круговую поверхность.
В сравнительном Примере 4, по меньшей мере, один из параметров, относящихся к центробежному литью ([А] и [F] в Таблице 2), был задан за пределами выбранного диапазона по Таблице 2, так что первое соотношение SA площадей становится меньше нижнего предельного значения (10%).
В сравнительном Примере 5, по меньшей мере, один из параметров, относящихся к центробежному литью ([А] и [F] в Таблице 2), был задан за пределами выбранного диапазона по Таблице 2, так что второе соотношение SB площадей становится выше верхнего предельного значения (55%).
Ниже показаны условия для формирования пленок.
Толщина ТР пленки задана имеющей одинаковое значение в Примерах 1 и 2 и в сравнительных Примерах 3, 4 и 5.
В Примере 4 толщина ТР пленки была задана равной верхнему предельному значению (0,5 мм).
В сравнительных Примерах 1 и 2 пленку не формировали.
В сравнительном Примере 6 толщина ТР пленки была задана в виде величины, превышающей верхнее предельное значение (0,5 мм).
Далее будут разъяснены измерение и расчет параметров, представляющих выступы, в каждом из примеров и сравнительных примеров.
В каждом из примеров и сравнительных примеров параметры, представляющие выступы, были измерены и рассчитаны согласно «Способу измерения параметров, представляющих выступы» и «Способу расчета параметров, представляющих выступы».
Далее будет разъяснен способ измерения толщины ТР пленки в каждом из примеров и сравнительных примеров.
В каждом из примеров и сравнительных примеров толщину ТР пленки измеряли микроскопом. В частности, толщину ТР пленки измеряли в соответствии со следующими процессами [1] и [2]:
[1] из гильзы 2 цилиндра изготавливали испытательный образец для измерения толщины пленки;
[2] толщину пленки измеряли в нескольких местах на испытательном образце с использованием микроскопа и среднюю величину измеренных значений вычисляли как измеренное значение толщины ТР пленки.
Со ссылкой на Фиг.18А-18С будет разъяснен способ оценки прочности скрепления гильзы для каждого из примеров и сравнительных примеров.
В каждом из примеров и сравнительных примеров в качестве способа определения прочности скрепления гильзы было принято испытание на растяжение. В частности, определение прочности скрепления гильзы было выполнено согласно следующим процессам [1]-[5].
[1] Способом литья под давлением были получены блоки 72 цилиндров с одним цилиндром, причем каждый из них содержит гильзу цилиндра (см. Фиг.18А).
[2] Испытательные образцы 74 для определения прочности были выполнены из блоков 72 цилиндров с одним цилиндром. Испытательные образцы 74 для определения прочности были выполнены каждый из образца гильзы 74А, который является частью гильзы 2 цилиндра, и образца алюминия 74В, который является алюминиевой частью цилиндра 73. Между каждым образцом гильзы 74А и соответствующим образцом 74В алюминия образована пленка 4 с высокой теплопроводностью.
[3] Захваты 86 устройства для испытаний на растяжение были прикреплены к испытательному образцу 74 для определения прочности, который включает в себя образец 74А гильзы и образец 74В алюминия (см. Фиг.18В).
[4] После помещения одного из захватов 86 в зажим 87 другим захватом 86 к испытательному образцу 74 для определения прочности было приложено растягивающее напряжение, так что образец 74А гильзы и образец 74В алюминия подверглись расслоению в направлении, указанном стрелкой С, которое является радиальным направлением цилиндра (см. Фиг.18С).
[5] С помощью испытания на растяжение определили величину нагрузки в расчете на единицу площади, при которой происходит разделение образца 74А гильзы и образца 74В алюминия, и эта величина была принята как прочность скрепления гильзы.
| Таблица 5 | ||
| [А] | Алюминиевый материал | ADC12 |
| [В] | Давление при литье | 55 МПа |
| [С] | Скорость литья | 1,7 м/с |
| [D] | Температура литья | 670°С |
| [Е] | Толщина стенок цилиндра без гильзы цилиндра | 4,0 мм |
В каждом из примеров и сравнительных примеров блок цилиндров 72 с одним цилиндром, предназначенный для оценки, был произведен при условиях, показанных в Таблице 5.
Со ссылкой на Фиг.19А-19С будет разъяснен способ определения теплопроводности цилиндра (теплопроводности между блоком цилиндра 11 и высокотемпературным участком 26 гильзы) в каждом из примеров и сравнительных примеров.
В каждом из примеров и сравнительных примеров в качестве способа определения теплопроводности цилиндра применялся лазерный импульсный способ. В частности, определение теплопроводности выполнялось согласно следующим процессам [1]-[4].
[1] Способом литья под давлением были получены блоки цилиндров 72 с одним цилиндром, причем каждый из них содержит гильзу цилиндра (см. Фиг.19А).
[2] Испытательные образцы 75 для определения теплопроводности были приготовлены из блоков 72 цилиндров с одним цилиндром (см. Фиг.19В). Испытательные образцы 75 для определения теплопроводности были выполнены из образца 75А гильзы, который является частью гильзы 2 цилиндра, и образца 75В алюминия, который является алюминиевой частью цилиндра 73. Между каждым образцом 75А гильзы и соответствующим образцом 75В алюминия образована пленка 4 с высокой теплопроводностью.
[3] После установки испытательного образца 75 для определения теплопроводности в лазерном импульсном устройстве 88 лазерный луч 80 направляют из лазерного генератора 89 на наружную окружность испытательного образца 75 (см. Фиг.19С).
[4] На основе результатов испытаний, полученных лазерным импульсным устройством 88, вычислили показатель теплопроводности испытательного образца 75.
| Таблица 6 | ||
| [А] | Толщина образца гильзы | 1,35 мм |
| [В] | Толщина образца алюминия | 1,65 мм |
| [С] | Наружный диаметр испытательного образца | 10 мм |
В каждом из примеров и сравнительных примеров блок 72 цилиндров с одним цилиндром, предназначенный для оценки, был произведен при условиях, показанных в Таблице 5. Испытательный образец 75 для определения теплопроводности был произведен при условиях, показанных в Таблице 6. В частности, часть цилиндра 73 вырезали из блока 72 цилиндров с одним цилиндром. Наружная и внутренняя круговые поверхности вырезанной части были подвергнуты механической обработке таким образом, чтобы толщина образца 75А гильзы и толщина образца 75В алюминия оказались равными значениям, показанным в Таблице 6.
В Таблице 7 показаны результаты измерений параметров в примерах и сравнительных примерах. Значения, приведенные в таблице, являются каждое характерным значением нескольких результатов измерений.
Далее будут разъяснены преимущества, выявленные на основе результатов измерений.
Путем сопоставления Примеров 1-4 со сравнительным Примером 3 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование выступов 3 на гильзе 2 цилиндра способствует повышению прочности скрепления гильзы.
Путем сопоставления Примера 1 со сравнительным Примером 1 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование пленки 4 с высокой теплопроводностью на высокотемпературном участке 26 гильзы способствует возрастанию теплопроводности между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. Кроме того, повышается прочность скрепления гильзы.
Путем сопоставления Примера 2 со сравнительным Примером 2 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование пленки 4 с высокой теплопроводностью на высокотемпературном участке 26 гильзы способствует возрастанию теплопроводности между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. Кроме того, повышается прочность скрепления гильзы.
Путем сопоставления Примера 4 со сравнительным Примером 6 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование пленки 4 с высокой теплопроводностью, имеющей толщину ТР, которая меньше или равна верхнему значению (0,5 мм), увеличивает теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы. Кроме того, повышается прочность скрепления гильзы.
Путем сопоставления Примера 1 со сравнительным Примером 6 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование выступов 3 таким образом, что первое соотношение SА площадей оказывается больше или равным нижнему предельному значению (10%), способствует повышению прочности скрепления гильзы. Кроме того, увеличивается теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
Путем сопоставления Примера 2 со сравнительным Примером 5 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование выступов 3 таким образом, что второе соотношение SB площадей оказывается меньше или равным верхнему предельному значению (55%), способствует повышению прочности скрепления гильзы. Кроме того, увеличивается теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
Путем сопоставления Примера 3 со сравнительным Примером 4 были обнаружены следующие факты. А именно: формирование пленки 4 с высокой теплопроводностью при уменьшении толщины ТР пленки способствует повышению прочности скрепления гильзы. Кроме того, увеличивается теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
Гильза 2 цилиндра и двигатель 1 согласно настоящему изобретению обеспечивают следующие преимущества.
(1) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью наносят на наружную круговую поверхность 22 гильзы на высокотемпературном участке 26 гильзы, в то время как пленку 5 с низкой теплопроводностью наносят на наружную круговую поверхность 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы. Соответственно уменьшается перепад температуры ΔTW стенок цилиндра, который является разницей между максимальной температурой TWH стенок цилиндра и минимальной температурой TWL стенок цилиндра в двигателе 1. Таким образом уменьшается варьирование деформации в каждом канале 15 цилиндра в осевом направлении по цилиндру 13. Соответственно выравнивается степень деформации в каждом канале 15 цилиндра. Это приводит к уменьшению трения и, соответственно, к снижению уровня расхода топлива.
(2) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют из напыленного слоя сплава Al-Si. Это уменьшает разницу между степенью расширения блока 11 цилиндров и степенью расширения пленки 4 с высокой теплопроводностью. Таким образом, при расширении канала 15 цилиндра обеспечивается сцепление между блоком 11 цилиндров и гильзой 2 цилиндра.
(3) Поскольку используется сплав Al-Si, который обладает высокой смачиваемостью с литейным материалом блока 11 цилиндров, дополнительно возрастают сцепление и прочность скрепления между блоком 11 цилиндров и пленкой 4 с высокой теплопроводностью.
(4) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют таким образом, что ее толщина ТР оказывается меньше или равна 0,5 мм. Это не допускает снижения прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. Если толщина ТР пленки превышает 0,5 мм, будет снижаться анкерный эффект выступов 3, что ведет к значительному уменьшению прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
(5) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют таким образом, что ее толщина ТР оказывается меньше или равна 0,5 мм. Это не допускает снижения прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы. Если толщина ТР пленки превышает 0,5 мм, будет снижаться анкерный эффект выступов 3, что приводит к значительному уменьшению прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
(6) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации на наружной круговой поверхности 22 гильзы образуют выступы 3. Это позволяет блоку 11 цилиндров и гильзе 2 цилиндра скрепиться между собой при взаимном зацеплении блока 11 цилиндров и выступов 3. Обеспечивается достаточная прочность скрепления между блоком 11 цилиндров и гильзой 2 цилиндра. Такое повышение прочности скрепления предотвращает шелушение между блоком 11 цилиндров и пленкой 4 с высокой теплопроводностью и между блоком 11 цилиндров и пленкой 5 с низкой теплопроводностью. Надежно сохраняется эффект увеличения и уменьшения теплопроводности, обеспеченный пленками. Кроме того, увеличение прочности скрепления предотвращает деформацию канала 15 цилиндра.
(7) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации выступы 3 образуют таким образом, что стандартная плотность NP выступов находится в диапазоне от 5/см2 до 60/см2. Это дополнительно повышает прочность скрепления гильзы. Кроме того, увеличивается коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
Если стандартная плотность NP выступов выходит за пределы выбранного диапазона, возникают следующие проблемы. Если стандартная плотность NP выступов меньше 5/см2, количество выступов 3 будет недостаточным. Это приведет к уменьшению прочности скрепления гильзы. Если стандартная плотность NP превышает 60/см2, узость промежутков между выступами 3 снизит коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
(8) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации выступы 3 образуют таким образом, что стандартная высота HP выступов находится в диапазоне от 0,5 мм до 1,0 мм. Это повышает прочность скрепления гильзы и точность наружного диаметра гильзы 2 цилиндра.
Если стандартная высота HP выступов выходит за пределы выбранного диапазона, возникают следующие проблемы. Если стандартная высота HP выступов меньше 0,5 мм, высота выступов 3 будет недостаточной. Это приведет к уменьшению прочности скрепления гильзы. Если стандартная высота HP выступов больше 1,0 мм, выступы 3 будут легко ломаться. Это также приведет к уменьшению прочности скрепления гильзы. Кроме того, поскольку высота выступов 3 неодинакова, уменьшается точность выдерживания наружного диаметра.
(9) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации выступы 3 образуют таким образом, что первое соотношение SA площадей находится в диапазоне от 10% до 50%. Это обеспечивает достаточную прочность скрепления гильзы. Кроме того, увеличивается коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
Если первое соотношение SA площадей выходит за пределы выбранного диапазона, возникают следующие проблемы. Если первое соотношение SA площадей будет меньше 10%, прочность скрепления гильзы значительно снизится по сравнению с вариантом, при котором первое соотношение SA площадей превышает или равно 10%. Если первое соотношение SA площадей превышает 50%, второе соотношение SB площадей превысит верхнее предельное значение (55%). Таким образом значительно снизится коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
(10) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации выступы 3 образуют таким образом, что второе соотношение SB площадей находится в диапазоне от 20% до 55%. При этом увеличивается коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3. Кроме того, обеспечивается достаточная прочность скрепления гильзы.
Если второе соотношение SB площадей выходит за пределы выбранного диапазона, возникают следующие проблемы. Если второе соотношение SB площадей будет меньше 20%, первое соотношение SA площадей окажется меньше нижнего предельного значения (10%). Таким образом, значительно снизится прочность скрепления гильзы. Если второе соотношение SB площадей превышает 55%, значительно снизится коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3 по сравнению с вариантом, при котором второе соотношение SB площадей меньше или равно 55%.
(11) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации выступы 3 образуют таким образом, что стандартная площадь SD поперечного сечения находится в диапазоне от 0,2 мм2 до 3,0 мм2. Таким образом предотвращается повреждение выступов 3 во время процесса изготовления гильз 2 цилиндров. Кроме того, увеличивается коэффициент заполнения литейным материалом промежутков между выступами 6.
Если стандартная площадь SD поперечного сечения выходит за пределы выбранного диапазона, возникают следующие проблемы. В случае, если стандартная площадь SD поперечного сечения меньше 0,2 мм2, прочность выступов 3 будет недостаточной, и выступы 3 могут легко повреждаться во время изготовления гильзы 2 цилиндра. Если стандартная площадь SD поперечного сечения превышает 3,0 мм2, узкие промежутки между выступами 3 приведут к уменьшению коэффициента заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
(12) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации выступы 3 (первые участки RA) образуют независимо друг от друга на первой эталонной плоскости РА. Другими словами, поперечное сечение каждого выступа 3 плоскостью, содержащей контурную линию, представляющую высоту 0,4 мм от его ближнего конца, не зависит от поперечных сечений других выступов 3 той же плоскостью. Это приводит к увеличению коэффициента заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3. Если выступы 3 (первые участки RA) не являются независимыми друг от друга на первой эталонной плоскости РА, узкие промежутки между выступами 3 приведут к снижению коэффициента заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
(13) В эталонном двигателе, поскольку расход моторного масла усиливается при избыточном увеличении температуры TW стенок цилиндра высокотемпературного участка 26 гильзы, требуется относительно большое натяжение поршневых колец. Это означает, что при увеличении натяжения поршневых колец неизбежно возрастает расход топлива.
В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему изобретению обеспечивается достаточное сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературными участками 26 гильзы, то есть вокруг каждого высокотемпературного участка 26 гильзы возникает лишь небольшой зазор. Это обеспечивает высокую теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературными участками 26 гильзы. Соответственно, поскольку температура TW стенок цилиндра на высокотемпературном участке 26 гильзы снижается, расход моторного масла уменьшается. Поскольку расход моторного масла таким образом ограничивается, можно использовать поршневые кольца с натяжением, меньшим, чем в эталонном двигателе. Это способствует снижению расхода топлива.
(14) В эталонном двигателе 1 температура TW стенок цилиндра на низкотемпературном участке 27 гильзы является относительно низкой. Таким образом, излишне высокой оказывается вязкость моторного масла на внутренней круговой поверхности 21 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы. При этом, поскольку трение поршня на низкотемпературном участке 27 гильзы цилиндра 13 велико, неизбежным оказывается ухудшение показателей расхода топлива из-за такого повышения трения. Такое ухудшение показателей расхода топлива из-за температуры TW стенок цилиндра особенно заметно в двигателях, в которых теплопроводность блока цилиндров является относительно большой, в таких как двигатели, выполненные из алюминиевого сплава.
В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему изобретению, поскольку теплопроводность между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы низка, температура TW стенок цилиндра на низкотемпературном участке 27 гильзы возрастает. Это уменьшает вязкость моторного масла на внутренней круговой поверхности гильзы 21 на низкотемпературном участке 27 гильзы и, таким образом, уменьшает трение. Соответственно снижается расход топлива.
(15) В обычном двигателе уменьшение расстояния между каналами цилиндров уменьшает вес и, таким образом, способствует снижению расхода топлива. Однако уменьшение расстояния между каналами цилиндров создает следующие проблемы.
[а] Толщина секций между каналами цилиндров меньшей толщины окружающих секций (секций, отделенных от секций между каналами цилиндров). Таким образом, при производстве блока цилиндров путем литья вкладышей скорость затвердевания выше в секциях между каналами цилиндров, чем в окружающих секциях. Скорость затвердевания секций между каналами цилиндров возрастает при уменьшении толщины таких секций. Поэтому в случае, когда расстояние между каналами цилиндров мало, скорость затвердевания литейного материала между каналами цилиндров дополнительно возрастает. Это увеличивает разницу между скоростью затвердевания литейного материала между каналами цилиндров и скоростью затвердевания в окружающих секциях. Соответственно возрастает усилие, которое тянет литейный материал, находящийся между каналами цилиндра, в направлении окружающих секций. Это с большой вероятностью может привести к возникновению трещин (горячих трещин) между каналами цилиндров.
[b] В двигателе, в котором расстояние между каналами цилиндров мало, тепло может ограничиваться в пределах секции между каналами цилиндров. Таким образом, возрастание температуры стенок цилиндров способствует росту расхода моторного масла.
Соответственно следует соблюдать следующие условия для улучшения показателей расхода топлива за счет уменьшения расстояния между каналами цилиндров.
Для подавления перемещения литейного материала от секций между каналами цилиндров к окружающим секциям из-за различий в скорости затвердевания необходимо обеспечить при изготовлении блока цилиндров достаточную прочность скрепления между гильзами цилиндров и литейным материалом.
Для уменьшения расхода моторного масла необходимо обеспечить достаточную теплопроводность между блоком цилиндров и гильзами цилиндров.
Согласно гильзе 2 цилиндра в настоящем варианте реализации при производстве блока 11 цилиндров путем литья вкладышей литейный материал блока 11 цилиндров и выступы 3 взаимодействуют между собой, так что обеспечивается достаточная прочность скрепления этих компонентов. Это препятствует перемещению литейного материала от секций между каналами цилиндра к окружающим секциям из-за различий в скорости затвердевания.
Поскольку пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют вместе с выступами 3, повышается сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы. Это обеспечивает достаточную теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
Далее, поскольку выступы 3 увеличивают прочность скрепления между блоком 11 цилиндров и гильзой 2 цилиндра, подавляется шелушение блока 11 цилиндров и гильзы 2 цилиндра. Поэтому даже в случае расширения канала цилиндра обеспечивается достаточная теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
Таким образом, использование гильзы 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации обеспечивает достаточную прочность скрепления между литейным материалом блока 11 цилиндров и гильзой 2 цилиндра и достаточную теплопроводность между гильзой 2 цилиндра и блоком 11 цилиндров. Это позволяет уменьшить расстояние между каналами цилиндров 15. Соответственно, поскольку расстояние между каналами цилиндров 15 в двигателе 1 меньше, чем в обычных двигателях, происходит снижение расхода топлива.
Согласно результатам испытаний было обнаружено, что в блоке цилиндров, имеющем эталонные гильзы цилиндров, между блоком цилиндров и каждой гильзой цилиндра существуют относительно большие зазоры. Это означает, что простое формирование выступов с сужениями на гильзе цилиндра не обеспечивает достаточного сцепления между блоком цилиндров и гильзой цилиндра. Это неизбежно приводит к снижению теплопроводности из-за наличия зазоров.
Проиллюстрированный выше первый вариант реализации изобретения может быть модифицирован так, как показано ниже.
Хотя в качестве материала для получения пленки 4 с высокой теплопроводностью используют сплав Al-Si, возможно использование и других сплавов алюминия (сплав Al-Si-Cu и сплав Al-Cu). Кроме сплавов алюминия, пленка 4 с высокой теплопроводностью может быть получена путем напыления слоя из меди или медного сплава. В этих случаях получаются преимущества, сходные с теми, которые получаются в первом варианте реализации.
В первом варианте реализации напыленный слой материала на основе алюминия (напыленный слой алюминия) может быть сформирован на пленке 5 с низкой теплопроводностью. В этом случае пленка 5 с низкой теплопроводностью скрепляется с блоком 11 цилиндров при наличии между ними напыленного слоя алюминия. Это приводит к повышению прочности скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
Далее будет описан второй вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.20 и 21.
Второй вариант реализации получен путем изменения способа образования пленки 4 с высокой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно второму варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.20 показан вид в увеличенном масштабе области ZC с Фиг.6А.
В гильзе 2 цилиндра пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на высокотемпературном участке 26 гильзы. В отличие от пленки 4 с высокой теплопроводностью согласно первому варианту реализации, которую образуют на всей наружной круговой поверхности 22, пленку с высокой теплопроводностью согласно второму варианту реализации образуют на верхней поверхности каждого выступа 3 и на участках между соседними выступами 3.
Пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют из нанесенного дробеструйным способом слоя алюминия 42. Нанесенный дробеструйным способом слой 42 образуют путем дробеструйной обработки.
В качестве материала для пленки 4 с высокой теплопроводностью могут быть использованы материалы, отвечающие, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):
(A) материал, у которого температура плавления ниже или равна эталонной температуре ТС, или материал, содержащий такой материал;
(B) материал, который может быть скреплен металлургическими средствами с литейным материалом блока 11 цилиндров, или материал, который содержит такой материал.
На Фиг.21 показан вид в поперечном разрезе области ZA с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 4 с высокой теплопроводностью.
Поскольку пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют дробеструйным способом, высокотемпературный участок 26 гильзы и пленка 4 с высокой теплопроводностью механически скрепляются между собой при достаточном сцеплении и прочности скрепления. Это означает, что высокотемпературный участок 26 гильзы и пленка 4 с высокой теплопроводностью скреплены между собой в состоянии, при котором механически скрепленные участки и скрепленные металлургическими средствами участки перемешаны между собой. Сцепление высокотемпературного участка 26 гильзы и пленки 4 с высокой теплопроводностью выше сцепления блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.
Пленка 4 с высокой теплопроводностью образована из алюминия, у которого температура плавления ниже эталонной температуры ТС плавления литого металла и который обладает высокой смачиваемостью с литейным материалом блока 11 цилиндров. Таким образом, блок 11 цилиндров и пленка 4 с высокой теплопроводностью механически скрепляются между собой при достаточном сцеплении и прочности скрепления. Сцепление блока 11 цилиндров и пленки 4 с высокой теплопроводностью выше, чем сцепление блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.
Поскольку блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества [А] и [В] по «[1] Состоянию скрепления высокотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации. Что касается механического соединения между блоком 11 цилиндров и пленкой 4 с высокой теплопроводностью, то здесь могут быть применены те же объяснения, что и для первого варианта реализации.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) первого варианта реализации, гильза 2 цилиндра согласно второму варианту реализации предлагает следующее преимущество.
(15) В настоящем варианте реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют дробеструйным способом. При дробеструйном нанесения покрытия пленка 4 с высокой теплопроводностью образована без плавления материала покрытия. Поэтому пленка с высокой теплопроводностью 3 не содержит оксидов. Следовательно, предотвращается ухудшение теплопроводности пленки 4 с высокой теплопроводностью из-за окисления.
Проиллюстрированный выше второй вариант реализации может быть модифицирован так, как показано ниже.
Во втором варианте реализации в качестве материала для покрывающего слоя 42 используют алюминий. Однако, например, могут использоваться следующие материалы:
[a] Цинк
[b] Олово
[c] Сплав, который содержит, по меньшей мере, один элемент из алюминия, цинка и олова.
Далее будет описан третий вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.22 и 23.
Третий вариант реализации получен путем изменения формирования пленки 4 с высокой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом.
Гильза 2 цилиндра согласно третьему варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.22 показан в увеличенном масштабе вид области ZC с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на высокотемпературном участке 26 гильзы. Пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют из плакированного слоя 43 из медного сплава. Плакированный слой 43 образуют путем плакирования.
В качестве материала для пленки 4 с высокой теплопроводностью могут быть использованы другие материалы, отвечающие, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):
(А) материал, у которого температура плавления ниже или равна эталонной температуре ТС расплавленного металла, или материал, содержащий такой материал;
(В) материал, который может быть скреплен металлургическими средствами с литейным материалом блока 11 цилиндров, или материал, который содержит такой материал;
На Фиг.23 показан вид в поперечном разрезе области ZA с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором часть блока 11 цилиндров располагается в каждом из промежутков 34 между сужениями. Блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 4 с высокой теплопроводностью.
Поскольку пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют способом плакирования, высокотемпературный участок 26 гильзы и пленка 4 с высокой теплопроводностью механически скрепляются между собой при достаточном сцеплении и прочности скрепления. Сцепление высокотемпературного участка 26 гильзы и пленки 4 с высокой теплопроводностью выше сцепления блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.
Пленка 4 с высокой теплопроводностью образована из медного сплава, у которого температура плавления выше эталонной температуры ТС плавления литого металла. Однако блок 11 цилиндров и пленка 4 с высокой теплопроводностью металлургически скрепляются между собой при достаточном сцеплении и прочности скрепления. Сцепление блока 11 цилиндров и пленки 4 с высокой теплопроводностью выше, чем сцепление блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.
Поскольку блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 в дополнение к преимуществам (А)-(С) по «[1] Состоянию скрепления высокотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации достигается преимущество (D).
(D) Поскольку пленка 4 с высокой теплопроводностью образована из медного сплава, обладающего более высокой теплопроводностью, чем блок 11 цилиндров, теплопроводность между блоком цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы возрастает дополнительно.
Для металлургического скрепления блока 11 цилиндров и пленки 4 с высокой теплопроводностью между собой полагают, что пленка с высокой теплопроводностью должна в своей основе формироваться из металла, имеющего температуру плавления, равную или меньше эталонной температуры ТС. Однако, как показали результаты испытаний, даже в случае формирования пленки с высокой теплопроводностью из металла, температура плавления которого выше эталонной температуры ТС, блок 11 цилиндров и пленка 4 с высокой теплопроводностью в некоторых случаях металлургически скрепляются между собой.
В дополнение к преимуществам, сходным с преимуществами (1) и (4)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно третьему варианту реализации обеспечивает следующие преимущества.
(16) В настоящем варианте реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют из медного сплава. Соответственно блок 11 цилиндров и пленка 4 с высокой теплопроводностью металлургически скреплены между собой. Сцепление и прочность скрепления между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы дополнительно возрастают.
(17) Поскольку медный сплав обладает высокой теплопроводностью, теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы значительно увеличивается.
Проиллюстрированный выше третий вариант реализации изобретения может быть модифицирован так, как показано ниже.
Плакированный слой 43 может быть образован из меди.
Далее будет описан четвертый вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.24 и 25.
Четвертый вариант реализации получен путем изменения формирования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно четвертому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.24 показан вид в увеличенном масштабе области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из напыленного слоя 52 из материала на основе железа. Напыленный слой 52 образуют путем наложения множества тонких напыленных слоев 52А. Напыленный слой 52 (тонкие напыленные слои 52А) содержит оксиды и поры.
На Фиг.25 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из напыленного слоя, содержащего несколько слоев оксидов и пор, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью механически скрепляются между собой при низкой теплопроводности.
Поскольку блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
В настоящем варианте реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют путем напыления. Пленка 5 с низкой теплопроводностью может быть образована с помощью следующего процесса.
[1] Расплавленную проволоку напыляют на наружную круговую поверхность 22 гильзы с помощью дугового распылительного устройства для образования тонкого напыленного слоя 52А.
[2] После формирования тонкого напыленного слоя 52А на первом тонком напыленном слое 52А образуют другой тонкий напыленный слой 52А.
[3] Процесс [2] повторяют до тех пор, пока не будет образована пленка 5 с низкой теплопроводностью нужной толщины.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно четвертому варианту реализации обеспечивает следующее преимущество.
(18) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации напыленный слой 52 образуют из множества тонких напыленных слоев 52А. Соответственно в напыленном слое 52 образовано несколько слоев оксидов. Таким образом, теплопроводность между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы дополнительно снижается.
Далее будет описан пятый вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.26 и 27.
Пятый вариант реализации получен путем изменения формирования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно пятому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.26 показан вид в увеличенном масштабе области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя оксида.
На Фиг.27 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из оксидов, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью механически скрепляются между собой при низкой теплопроводности.
Поскольку блок 11 цилиндров и высокотемпературный участок 26 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
В настоящем варианте реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют путем высокочастотного нагрева. Пленка 5 с низкой теплопроводностью может быть образована с помощью следующей процедуры.
[1] Низкотемпературный участок 27 гильзы нагревают с помощью устройства высокочастотного нагрева.
[2] Нагрев продолжают до тех пор, пока на наружной круговой поверхности 22 гильзы не образуется слой оксида 53.
Согласно этому способу нагрев низкотемпературного участка 27 гильзы вызывает плавление дальнего конца 32 каждого выступа 3. В результате слой оксида 53 оказывается толще на дальнем конце 32, чем на других частях. Соответственно улучшаются теплоизоляционные свойства дальнего конца 32 выступа 3. Кроме того, имеющая достаточную толщину пленка 5 с низкой теплопроводностью образована в сужениях 33 каждого выступа 3. Поэтому улучшаются теплоизоляционные свойства вблизи сужения 33.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно пятому варианту реализации обеспечивает следующее преимущество.
(19) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют путем нагрева гильзы 2 цилиндра. Поскольку не требуется никакого дополнительного материала, нужного для образования пленки 5 с низкой теплопроводностью, снижаются трудозатраты и расходы на контроль потребления материалов.
Далее будет описан шестой вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.28 и 29.
Шестой вариант реализации получен путем изменения формирования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно шестому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.28 показан вид в увеличенном масштабе области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя смазки для пресс-форм 54, который является слоем смазки для пресс-форм для литья под давлением.
При формировании слоя 54 из смазки для пресс-форм в качестве смазки для пресс-формы могут быть использованы следующие вещества:
[1] смазка для пресс-форм, полученная путем смешивания вермикулита, Хитазола и жидкого стекла;
[2] смазка для пресс-форм, полученная путем смешивания жидкого материала, основным компонентом которого является кремний, и жидкого стекла.
На Фиг.29 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из смазки для пресс-форм, обладающей слабым сцеплением с блоком 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью скреплены между собой с зазорами 5Н. При изготовлении блока 11 цилиндров литейный материал затвердевает в состоянии, при котором на нескольких участках не достигается достаточное сцепление между литейным материалом и слоем 54 смазки для пресс-форм. Соответственно образуются зазоры 5Н между блоком 11 цилиндров и слоем 54 смазки для пресс-форм.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
В дополнение к преимуществам, сходным с преимуществами (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно шестому варианту реализации обеспечивает следующее преимущество.
(20) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют используя смазку для пресс-форм, применяемую при литье под давлением. Поэтому при формировании пленки 5 с низкой теплопроводностью может использоваться смазка для пресс-форм для литья под давлением, применяемая для производства блока 11 цилиндров, или же материал для этой смазки. Таким образом, можно сократить количество технологических операций и издержки.
Далее будет описан седьмой вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.28 и 29.
Седьмой вариант реализации получен путем изменения образования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно седьмому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.28 показан вид в увеличенном масштабе области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра.
Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя литейной краски 55, который является слоем литейной краски формы для центробежного литья. При формировании слоя 55 из литейной краски могут быть использованы следующие виды литейной краски:
[1] литейная краска, которая содержит в качестве основного компонента диатомовую землю;
[2] литейная краска, которая содержит в качестве основного компонента графит.
На Фиг.29 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из литейной краски, обладающей слабым сцеплением с блоком 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью скреплены между собой с зазорами 5Н. При изготовлении блока цилиндров литейный материал затвердевает в состоянии, при котором на нескольких участках не достигается достаточное сцепление между литейным материалом и слоем 55 литейной краски. Соответственно образуются зазоры 5Н между блоком 11 цилиндров и слоем 55 литейной краски.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно седьмому варианту реализации обеспечивает следующее преимущество.
(21) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют используя литейную краску, применяемую при центробежном литье. Поэтому при формировании пленки 5 с низкой теплопроводностью может использоваться литейная краска для центробежного литья, применяемая для производства гильзы 2 цилиндров, или же материал для этой краски. Таким образом, можно сократить количество технологических операций и издержки.
Далее будет описан восьмой вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.28 и 29.
Восьмой вариант реализации получен путем изменения образования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно восьмому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.28 показан в увеличенном масштабе вид области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра.
Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя 56 вещества, обладающего слабым сцеплением. Веществом, обладающим слабым сцеплением, является жидкий материал, приготовленный с использованием материала, обладающего слабым сцеплением с блоком 11 цилиндров. При формировании слоя 56 из вещества, обладающего слабым сцеплением, могут, например, быть использованы следующие вещества, обладающие слабым сцеплением.
[1] Вещества, обладающие слабым сцеплением и полученные путем смешивания графита, жидкого стекла и воды.
[2] Вещества, обладающие слабым сцеплением и полученные путем смешивания нитрида бора и жидкого стекла.
На Фиг.29 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из вещества, обладающего слабым сцеплением, которое имеет слабое сцепление с блоком 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью скреплены между собой с зазорами 5Н. При изготовлении блока 11 цилиндров литейный материал затвердевает в состоянии, при котором на нескольких участках не достигается достаточное сцепление между литейным материалом и слоем 56 вещества, обладающего слабым сцеплением. Соответственно образуются зазоры 5Н между блоком 11 цилиндров и слоем 56 вещества, обладающего слабым сцеплением.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
Далее будет описан способ получения пленки с низкой теплопроводностью.
Согласно настоящему варианту реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют путем нанесения и высушивания вещества, обладающего слабым сцеплением. Пленку 5 с низкой теплопроводностью можно образовать в ходе следующего процесса:
[1] гильзу 2 цилиндра помещают на определенное время в печь, нагретую до определенной температуры, для предварительного нагрева;
[2] гильзу цилиндра погружают в находящееся в контейнере жидкое вещество, обладающее слабым сцеплением, так что наружная круговая поверхность 22 покрывается веществом, обладающим слабым сцеплением;
[3] после операции [2] гильзу 2 цилиндра помещают в печь, применявшуюся в ходе операции [1], чтобы высушить вещество, обладающее слабым сцеплением;
[4] операции [1]-[3] повторяют до тех пор, пока слой 56 вещества, обладающего слабым сцеплением, сформированный при высушивании, не достигнет заданной толщины.
Гильза 2 цилиндра согласно восьмому варианту реализации обеспечивает преимущества, сходные с преимуществами (1)-(14) согласно первому варианту реализации.
Проиллюстрированный выше восьмой вариант реализации может быть модифицирован так, как показано ниже.
В качестве вещества, обладающего слабым сцеплением, могут использоваться следующие вещества:
(a) вещество, обладающее слабым сцеплением и полученное путем смешивания графита и органического растворителя;
(b) вещество, обладающее слабым сцеплением и полученное путем смешивания графита и воды;
(c) вещество, обладающее слабым сцеплением и имеющее в качестве основных компонентов нитрид бора и неорганическое связующее, или же вещество, обладающее слабым сцеплением и имеющее в качестве основных компонентов нитрид бора и органическое связующее.
Далее будет описан девятый вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.28 и 29.
Девятый вариант реализации получен путем изменения образования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно девятому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.28 показан вид в увеличенном масштабе области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя 57 металлизированной краски.
На Фиг.29 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из металлизированной краски, которая имеет слабое сцепление с блоком 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью скреплены между собой с зазорами 5Н. При изготовлении блока 11 цилиндров литейный материал затвердевает в состоянии, при котором на нескольких участках не достигается достаточное сцепление между литейным материалом и слоем 57 металлизированной краски. Соответственно образуются зазоры 5Н между блоком 11 цилиндров и слоем 57 металлизированной краски.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
Гильза 2 цилиндра согласно девятому варианту реализации обеспечивает преимущества, сходные с преимуществами (1)-(14) согласно первому варианту реализации.
Далее будет описан десятый вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.28 и 29.
Десятый вариант реализации получен путем изменения образования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно десятому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.28 показан вид в увеличенном масштабе области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя 58 жаропрочной смолы.
На Фиг.29 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из жаропрочной смолы, которая имеет слабое сцепление с блоком 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью скреплены между собой с зазорами 5Н. При изготовлении блока 11 цилиндров литейный материал затвердевает в состоянии, при котором на нескольких участках не достигается достаточное сцепление между литейным материалом и слоем 58 жаропрочной смолы. Соответственно образуются зазоры 5Н между блоком 11 цилиндров и слоем 58 жаропрочной смолы.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
Гильза 2 цилиндра согласно десятому варианту реализации обеспечивает преимущества, сходные с преимуществами (1)-(14) согласно первому варианту реализации.
Далее будет описан одиннадцатый вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.28 и 29.
Одиннадцатый вариант реализации получен путем изменения образования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно одиннадцатому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.28 показан в увеличенном масштабе вид области ZD с Фиг.6А. В гильзе 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на наружной круговой поверхности 22 гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы 2 цилиндра.
Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из слоя 59 обработки напылением с химической конверсией. В качестве слоя 59 обработки с химической конверсией могут быть получены следующие слои:
[1] слой обработки напылением с химической конверсией из фосфата;
[2] слой обработки напылением с химической конверсией из оксида одновременно двух- и трехвалентного железа.
На Фиг.29 показан вид в поперечном разрезе области ZB с Фиг.1, и показано состояние скрепления между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы.
В двигателе 1 блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в состоянии, при котором блок 11 цилиндров взаимодействует с выступами 3. Блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой при наличии между ними пленки 5 с низкой теплопроводностью.
Поскольку пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют из фосфатной пленки или из пленки оксида одновременно двух- и трехвалентного железа, которая имеет слабое сцепление с блоком 11 цилиндров, блок 11 цилиндров и пленка 5 с низкой теплопроводностью скреплены между собой с зазорами 5Н. При изготовлении блока 11 цилиндров литейный материал затвердевает в состоянии, при котором на нескольких участках не достигается достаточное сцепление между литейным материалом и слоем 59 обработки напылением с химической конверсией. Соответственно образуются зазоры 5Н между блоком 11 цилиндров и слоем 59 обработки напылением с химической конверсией.
Поскольку блок 11 цилиндров и низкотемпературный участок 27 гильзы скреплены между собой в таком состоянии, в двигателе 1 достигаются преимущества (А) и (В) по «[2] Состоянию скрепления низкотемпературного участка гильзы» согласно первому варианту реализации.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно одиннадцатому варианту реализации обеспечивает следующие преимущества.
(22) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют путем обработки напылением с химической конверсией. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют таким образом, чтобы она обладала достаточной толщиной в сужениях 33 каждого выступа 3. Поэтому вокруг сужений 33 легко образуются зазоры 5Н. Таким образом, улучшаются показатели теплоизоляции вокруг сужений 33.
(23) Также, поскольку пленка 5 с низкой теплопроводностью образована при небольших колебаниях толщины ТР пленки, температура TW стенок цилиндра точно регулируется путем изменения толщины ТР пленки.
Далее будет описан двенадцатый вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на Фиг.30.
Двенадцатый вариант реализации получен путем изменения образования пленки 5 с низкой теплопроводностью на гильзе 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно двенадцатому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
На Фиг.30 показан вид в перспективе, иллюстрирующий гильзу 2 цилиндра. На наружной круговой поверхности 22 гильзы 2 цилиндра пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют на участке от верхнего конца гильзы 23 до первой линии 25А, которая является верхним концом средней части 25 гильзы. Пленку 4 с высокой теплопроводностью образуют по всей окружности.
На наружной круговой поверхности 22 гильзы 2 цилиндра пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на участке от нижнего конца гильзы 24 до второй линии 25В, которая является нижним концом средней части 25 гильзы. Пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют по всей окружности.
На наружной круговой поверхности 22 гильзы 2 цилиндра участок без пленки 4 с высокой теплопроводностью и без пленки 5 с низкой теплопроводностью располагается от первой линии 25А до второй линии 25В. Первая линия 25А располагается к верхнему концу гильзы 23 ближе, чем вторая линия 25В.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно двенадцатому варианту реализации обеспечивает следующее преимущество.
(24) В гильзе 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации теплопроводность между блоком 11 цилиндров и гильзой 2 цилиндра дискретно уменьшается от верхнего конца 23 гильзы до нижнего конца 24 гильзы. Это препятствует резким изменениям температуры TW стенок цилиндра.
Проиллюстрированный выше двенадцатый вариант реализации может быть модифицирован так, как показано ниже.
Двенадцатый вариант реализации может быть применен в сочетании со вторым-одиннадцатым вариантами реализации.
Далее будет описан тринадцатый вариант реализации.
Тринадцатый вариант реализации получен путем изменения структуры гильзы 2 цилиндра согласно первому варианту реализации следующим образом. Гильза 2 цилиндра согласно тринадцатому варианту реализации является такой же, как и в первом варианте реализации, за исключением конфигурации, описанной ниже.
Толщина TL стенки гильзы, которая является толщиной стенки гильзы 2 цилиндра согласно настоящему изобретению, устанавливается следующим образом. А именно: толщина TL стенки гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы устанавливается больше толщины TL стенки гильзы на высокотемпературном участке 26 гильзы. Кроме того, толщина TL стенки гильзы должна постепенно возрастать по направлению от верхнего конца гильзы 23 к нижнему концу 24 гильзы.
В дополнение к преимуществам (1)-(14) согласно первому варианту реализации, гильза 2 цилиндра согласно тринадцатому варианту реализации обеспечивает следующее преимущество.
(25) В соответствии с гильзой 2 цилиндра согласно настоящему варианту реализации теплопроводность между блоком цилиндров и высокотемпературным участком 26 гильзы цилиндра возрастает, в то время как теплопроводность между блоком 11 цилиндров и низкотемпературным участком 27 гильзы уменьшается. Это дополнительно способствует уменьшению перепада ΔTW температур стенок цилиндра.
Проиллюстрированный выше тринадцатый вариант реализации может быть модифицирован так, как показано ниже.
Тринадцатый вариант реализации может быть применен в сочетании со вторым-двенадцатым вариантами реализации.
В тринадцатом варианте реализации толщина TL стенки гильзы на низкотемпературном участке 27 гильзы может быть установлена как превышающая толщину TL стенки гильзы на высокотемпературном участке 26 гильзы, и толщина TL стенок гильзы может быть установлена постоянной на каждом из этих участков.
Кроме гильзы 2 цилиндра, установка толщины TL стенки гильзы согласно тринадцатому варианту реализации может быть применена к гильзе цилиндра любого типа. Например, установка толщины TL стенки гильзы цилиндра согласно настоящему варианту реализации может быть применена к гильзе цилиндра, отвечающей, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):
(A) гильза цилиндра, на которой не образуют пленку 4 с высокой теплопроводностью и пленку 5 с низкой теплопроводностью;
(B) гильза цилиндра, на которой не образуют выступы 3.
Указанные варианты реализации могут быть модифицированы следующим образом.
Существует возможность следующих сочетаний пленок 4 с высокой теплопроводностью и пленок 5 с низкой теплопроводностью согласно указанным вариантам реализации.
(i) Сочетание пленки 4 с высокой теплопроводностью согласно второму варианту реализации и пленки 5 с низкой теплопроводностью согласно любому из четвертого-одиннадцатого вариантов реализации.
(ii) Сочетание пленки 4 с высокой теплопроводностью согласно третьему варианту реализации и пленки 5 с низкой теплопроводностью согласно любому из четвертого-одиннадцатого вариантов реализации.
В вариантах реализации (i) и (ii) может быть применен двенадцатый и/или тринадцатый вариант реализации.
Способ образования пленки 4 с высокой теплопроводностью не ограничивается способами, показанными в указанных вариантах реализации (напыление, дробеструйный способ и плакирование). В случае необходимости можно применить любой другой способ.
Способ формирования пленки 5 с низкой теплопроводностью не ограничивается способами, показанными в указанных вариантах реализации (напыление, нанесение покрытия, покрытие смолой и обработка путем напыления с химической конверсией). В случае необходимости можно применить любой другой способ.
В проиллюстрированных выше вариантах реализации выбранные диапазоны первого соотношения SA площадей и второго соотношения SB площадей заданы в соответствии с выбранными диапазонами, показанными в Таблице 1. Однако выбранные диапазоны могут быть изменены так, как показано ниже.
Первое соотношение SA площадей: 10%-30%.
Второе соотношение SB площадей: 20%-45%.
Такая установка способствует увеличению прочности скрепления гильзы и коэффициента заполнения литейным материалом промежутков между выступами 3.
В показанных выше вариантах реализации выбранный диапазон стандартной высоты HP выступа установлен равным 0,5 мм - 1,0 мм. Однако выбранный диапазон может быть изменен так, как показано ниже. То есть выбранный диапазон стандартной высоты HP выступа может быть установлен равным 0,5 мм - 1,5 мм.
В каждом из показанных выше вариантов реализации толщина ТР пленки 4 с высокой теплопроводностью может постепенно увеличиваться по направлению от верхнего конца гильзы 23 к средней части 25 гильзы. В этом случае теплопроводность между блоком 11 цилиндров и верхней частью гильзы 2 цилиндра уменьшается от верхнего конца 23 гильзы к средней части 25 гильзы. Таким образом, уменьшается разность между температурой TW стенок цилиндра в верхней части гильзы 2 цилиндра в осевом направлении.
В каждом из показанных выше вариантов реализации толщина ТР пленки 5 с низкой теплопроводностью может постепенно уменьшаться по направлению от нижнего конца гильзы 24 к средней части гильзы 25. В этом случае теплопроводность между блоком 11 цилиндров и нижней частью гильзы 2 цилиндра возрастает от нижнего конца 24 гильзы до средней части 25 гильзы. Таким образом, уменьшается разность между температурой TW стенок цилиндра в нижней части гильзы 2 цилиндра в осевом направлении.
В показанных выше вариантах реализации пленка 5 с низкой теплопроводностью образована по всей окружности гильзы 2 цилиндра. Однако положение пленки 5 с низкой теплопроводностью может быть изменено так, как показано ниже. Так, в отношении направления, вдоль которого размещаются цилиндры 13, пленка 5 может не использоваться на участках наружных круговых поверхностей 22 гильзы, обращенных к соседним каналам 15 цилиндров. Другими словами, пленка 5 с низкой теплопроводностью может быть образована на участках, не включающих участки наружных круговых поверхностей гильзы 2, обращенных к наружным круговым поверхностям гильзы 2 соседних гильз 2 цилиндра по направлению размещения цилиндров 13. Эта конфигурация позволяет получить следующие преимущества (i) и (ii):
(i) тепло от каждой соседствующей пары цилиндров 13 может задерживаться на участке между соответствующими каналами 15 цилиндров. Таким образом, температура TW стенок цилиндра на этом участке может быть выше, чем на других участках, не располагающихся между каналами 15 цилиндров. Поэтому описанная выше модификация образования пленки 5 с низкой теплопроводностью не допускает избыточного повышения температуры TW стенок цилиндра на участке, обращенном к соседним каналам 15 цилиндра по окружности цилиндров 13;
(ii) в каждом цилиндре 13, поскольку температура TW стенок цилиндра изменяется по окружности, изменяется степень деформации канала 15 цилиндра по окружности. Такое изменение степени деформации канала 15 цилиндра приводит к усилению трения поршня и к ухудшению показателей расхода топлива. Когда принимается указанная конфигурация формирования пленки 5, происходит снижение теплопроводности на участках, не включающих участки, обращенные к соседним каналам 15 цилиндров по окружности цилиндра 13. С другой стороны, теплопроводность участков, обращенных к соседним каналам 15 цилиндров, является такой же, как в обычных двигателях. Это уменьшает разницу между температурой TW стенок цилиндра на участках, не включающих участки, обращенные к соседним каналам 15 цилиндров, и температурой TW стенок цилиндра на участках, обращенных к соседним каналам 15 цилиндров. Соответственно, уменьшается изменение деформации каждого канала 15 цилиндров по окружности (выравнивается степень деформации). Это приводит к уменьшению трения поршня и, таким образом, улучшает показатели расхода топлива.
Порядок образования пленки 4 с высокой теплопроводностью согласно показанным выше вариантам реализации может быть модифицирован так, как показано ниже. А именно: пленка 4 с высокой теплопроводностью может быть образована из любого материала, удовлетворяющего, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):
(A) теплопроводность пленки 4 с высокой теплопроводностью выше, чем теплопроводность гильзы 2 цилиндра;
(B) теплопроводность пленки 4 с высокой теплопроводностью выше, чем теплопроводность блока 11 цилиндров.
Порядок образования пленки 5 с низкой теплопроводностью согласно показанным выше вариантам реализации может быть модифицирован так, как показано ниже. А именно: пленка 5 с низкой теплопроводностью может быть образована из любого материала, удовлетворяющего, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):
(A) теплопроводность пленки 5 с низкой теплопроводностью ниже, чем теплопроводность гильзы 2 цилиндра;
(B) теплопроводность пленки 5 с низкой теплопроводностью ниже, чем теплопроводность блока 11 цилиндров.
В описанных выше вариантах реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью и пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на гильзе 2 цилиндра с выступами 3, соответствующие параметры которых находятся в выбранных диапазонах, указанных в Таблице 1. Однако пленка 4 с высокой теплопроводностью и пленка 5 с низкой теплопроводностью могут быть образованы на любой гильзе цилиндра, если только на ней образованы выступы 3.
В описанных выше вариантах реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью и пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на гильзе 2 цилиндра, на которой образованы выступы 3. Однако пленка 4 с высокой теплопроводностью и пленка 5 с низкой теплопроводностью могут быть образованы на гильзе цилиндра, на которой образованы выступы без сужений.
В описанных выше вариантах реализации пленку 4 с высокой теплопроводностью и пленку 5 с низкой теплопроводностью образуют на гильзе 2 цилиндра, на которой образованы выступы 3. Однако пленка 4 с высокой теплопроводностью и пленка 5 с низкой теплопроводностью могут быть образованы на гильзе цилиндра, на которой отсутствуют выступы.
В описанном варианте реализации гильза цилиндра согласно настоящему варианту реализации применяется в двигателе, выполненном из сплава алюминия. Однако гильза цилиндра согласно настоящему изобретению может применяться в двигателе, выполненном, например, из магниевого сплава. В частности, гильза цилиндра согласно настоящему изобретению может применяться в любом двигателе с гильзами цилиндра. Даже в этом случае достигаются преимущества, подобные полученным в перечисленных выше вариантах реализации, если изобретение реализовано в форме, сходной с указанными вариантами реализации.
1. Гильза цилиндра, предназначенная для помещения в отливку и применяемая в блоке цилиндров, отличающаяся тем, что она содержит верхнюю часть, среднюю часть и нижнюю часть в осевом направлении гильзы цилиндра, при этом на наружной круговой поверхности верхней части образована пленка с высокой теплопроводностью, проходящая от верхнего конца гильзы цилиндра к средней части, и на наружной круговой поверхности нижней части образована пленка с низкой теплопроводностью, проходящая от средней части к нижнему концу гильзы цилиндра.
2. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью служит для улучшения сцепления гильзы цилиндра с блоком цилиндров.
3. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью образована путем напыления металлического материала.
4. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью образована путем дробеструйного нанесения слоя металлического материала.
5. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью образована путем плакирования слоя металлического материала.
6. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью скреплена с блоком цилиндров металлургическими средствами.
7. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью имеет температуру плавления, которая ниже или равна температуре плавления литейного материала, применяемого при изготовлении отливки блока цилиндров, в которую помещают гильзу цилиндра.
8. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью имеет более высокую теплопроводность, чем гильза цилиндра.
9. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с высокой теплопроводностью имеет более высокую теплопроводность, чем блок цилиндров.
10. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью служит для образования зазоров между блоком цилиндров и гильзой цилиндра.
11. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью служит для уменьшения сцепления гильзы цилиндра с блоком цилиндров.
12. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из смазки для пресс-формы для литья под давлением.
13. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из литейной краски для центробежного литья.
14. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из вещества, обладающего слабым сцеплением и содержащего в качестве основного компонента графит.
15. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из вещества, обладающего слабым сцеплением и содержащего в качестве основного компонента нитрид бора.
16. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из металлизированной краски.
17. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из жаропрочной смолы.
18. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из слоя обработки напылением с химической конверсией.
19. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из напыленного слоя керамического материала.
20. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из напыленного слоя материала на основе железа, напыленного слоя из оксидов и пор.
21. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью образована из слоя оксида.
22. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью имеет более низкую теплопроводность, чем блок цилиндров.
23. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что пленка с низкой теплопроводностью имеет более низкую теплопроводность, чем гильза цилиндра.
24. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что толщина пленки с низкой теплопроводностью уменьшается по мере удаления от нижнего конца гильзы цилиндра в осевом направлении гильзы цилиндра.
25. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что блок цилиндров содержит несколько каналов цилиндра, и гильза цилиндра помещена в один из каналов, при этом пленка с низкой теплопроводностью образована на наружной круговой поверхности нижней части, за исключением участков, обращенных к соседним каналам цилиндров.
26. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что средняя часть гильзы имеет верхний конец и нижний конец, пленка с высокой теплопроводностью образована на участке от верхнего конца гильзы до верхнего конца средней части, пленка с низкой теплопроводностью образована на участке от нижнего конца средней части до нижнего конца гильзы, между верхним и нижним концами средней части располагается участок без пленки, причем верхний конец средней части в осевом направлении расположен ближе к верхнему концу гильзы, чем нижний конец средней части.
27. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что толщина стенки в верхней части меньше толщины в нижней части.
28. Гильза цилиндра по п.1, отличающаяся тем, что наружная круговая поверхность имеет множество выступов, каждый из которых имеет суженную форму.
29. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что количество выступов составляет от пяти до шестидесяти на 1 см2 наружной круговой поверхности гильзы цилиндра.
30. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что высота каждого выступа составляет от 0,5 до 1,5 мм.
31. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,4 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 10% или более.
32. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,2 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 55% или меньше.
33. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,4 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 10-50%.
34. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, отношение суммарной площади участков, ограниченных контурной линией, представляющей высоту 0,2 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет 20-55%.
35. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что на контурной диаграмме наружной круговой поверхности гильзы цилиндра, полученной с помощью трехмерного лазерного измерительного устройства, площадь каждого участка, ограниченного контурной линией, представляющей высоту 0,4 мм, составляет 0,2-3,0 мм2.
36. Гильза цилиндра по п.28, отличающаяся тем, что поперечное сечение каждого выступа плоскостью, содержащей контурную линию, представляющую высоту 0,4 мм от ближнего конца выступа, отделено от поперечных сечений других выступов той же плоскостью.
37. Двигатель, отличающийся тем, что он содержит гильзу цилиндра по любому из пп.1-36.
