Гильза цилиндра (варианты) и двигатель

Гильза цилиндра (варианты) и двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к гильзе цилиндра для литья с закладными элементами, используемого при изготовлении блока цилиндров, а также к двигателю, содержащему такую гильзу цилиндра.

В настоящее время на практике стали использовать блоки цилиндров для двигателей с гильзами цилиндра. Гильзы цилиндров обычно применяют в блоках цилиндров, изготовленных из алюминиевого сплава. В качестве такой гильзы цилиндра для литья с закладными элементами известна гильза, описанная в публикации японской выложенной заявке на патент №2003-120414.

Чтобы соответствовать предъявляемым в последнее время по соображениям защиты окружающей среды требованиям к уменьшению расхода топлива (повышению степени сжигания топлива), предложена конструкция, в которой расстояния между отверстиями цилиндров в двигателе уменьшены для снижения веса двигателя.

Однако уменьшенное расстояние между отверстиями приводит к возникновению следующих проблем.

(1). Участки между отверстиями цилиндров имеют меньшую толщину, чем окружающие их участки (участки, удаленные от этих участков между отверстиями цилиндров). Поэтому при изготовлении блока цилиндров при помощи литья с закладными элементами скорость кристаллизации на участках между отверстиями цилиндров выше, чем на окружающих участках. Скорость кристаллизации на участках между отверстиями цилиндров увеличивается при уменьшении толщины этих участков.

Следовательно, в случае, когда расстояние между отверстиями цилиндров является небольшим, скорость кристаллизации литейного материала дополнительно увеличивается. Это увеличивает разницу между скоростью кристаллизации литейного материала между отверстиями цилиндров и скоростью кристаллизации окружающего литейного материала. Соответственно, увеличивается сила, растягивающая литейный материал, находящийся между отверстиями цилиндров в направлении окружающих участков. Это с высокой вероятностью может привести к возникновению трещин между отверстиями цилиндров (горячая трещина).

(2). В двигателе, у которого расстояние между отверстиями цилиндров является небольшим, теплоотвод, по всей видимости, будет сосредоточен на участках между отверстиями цилиндров. Поэтому повышение температуры стенки цилиндра будет способствовать увеличению расхода моторного масла.

Соответственно, при повышении степени сжигания топлива за счет уменьшения расстояния между отверстиями цилиндров необходимо, чтобы выполнялись следующие условия (А) и (В):

(A) чтобы препятствовать движению литейного материала из участков между отверстиями цилиндров в окружающие участки из-за разницы в скоростях кристаллизации, необходимо обеспечить достаточную прочность соединения между гильзами цилиндров и литейным материалом при изготовлении блока цилиндров;

(B) чтобы препятствовать расходу моторного масла, необходимо обеспечить достаточную теплопроводность между блоком цилиндров и гильзами цилиндров.

В указанной публикации заявки №2003-120414 описана гильза цилиндра, на которой образована пленка, обеспечивающая связь между металлом этой гильзы и металлом литейного материала, используемого для блока цилиндров. Такая схема увеличивает прочность соединения между блоком цилиндров и гильзой цилиндра. Однако было обнаружено, что при изготовлении блока цилиндров с использованием такой гильзы цилиндра между этими блоком и гильзой возникают относительно большие зазоры, что приводит к снижению теплопроводности. Вероятно, это вызвано недостаточной прочностью соединения между гильзой цилиндра и литейным материалом во время изготовления блока цилиндров.

Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание гильзы цилиндра, которая обеспечивает достаточную прочность соединения с литейным материалом блока цилиндров и достаточный теплоотвод в блок цилиндров. Другой задачей настоящего изобретения является создание двигателя, содержащего такую гильзу цилиндра.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создана гильза цилиндра для литья с закладными элементами, используемая при изготовлении блока цилиндров и имеющая внешнюю периферийную поверхность, на которой выполнено множество выступов, каждый из которых имеет зауженную форму, при этом на внешней периферийной поверхности и поверхностях выступов образована пленка из металлического материала, имеющая теплопроводность выше теплопроводности гильзы цилиндра.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создана гильза цилиндра для литья с закладными элементами, используемая при изготовлении блока цилиндров и имеющая внешнюю периферийную поверхность, на которой выполнено множество выступов, каждый из которых имеет зауженную форму, при этом на внешней периферийной поверхности и поверхностях выступов образована пленка из металлического материала, имеющая теплопроводность выше теплопроводности блока цилиндров.

Согласно третьему объекту настоящего изобретения создана гильза цилиндра для литья с закладными элементами, используемая при изготовлении блока цилиндров и имеющая внешнюю периферийную поверхность, на которой выполнено множество выступов, каждый из которых имеет зауженную форму, при этом на внешней периферийной поверхности и поверхностях выступов образована пленка из металлического материала, проходящая от одного торца гильзы цилиндра до средней части гильзы в осевом направлении гильзы.

Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создана гильза цилиндра для литья с закладными элементами, используемая при изготовлении блока цилиндров и имеющая внешнюю периферийную поверхность, на которой выполнено множество выступов, каждый из которых имеет зауженную форму, при этом на внешней периферийной поверхности и поверхностях выступов образована пленка из металлического материала, причем гильза цилиндра имеет верхнюю часть и нижнюю часть относительно средней части гильзы в ее осевом направлении, при этом толщина пленки в верхней части меньше толщины пленки в нижней части.

Предпочтительно, пленка, образованная на внешней периферийной поверхности и поверхностях выступов, увеличивает сцепление гильзы с блоком цилиндров.

Предпочтительно, пленка представляет собой напиленный слой.

Предпочтительно, пленка представляет собой слой покрытия из металлического порошка.

Предпочтительно, пленка представляет собой плакированный слой.

Предпочтительно, пленка соединена с блоком цилиндров за счет металлургической связи.

Предпочтительно, температура плавления пленки меньше или равна температуре расплавленного литейного материала, используемого при изготовлении блока цилиндров путем литья с закладным элементом, которым является гильза цилиндра.

Предпочтительно, толщина пленки меньше или равна 0,5 мм.

Предпочтительно, пленка проходит от одного торца до другого торца гильзы в ее осевом направлении.

Предпочтительно, число выступов, выполненных на ее внешней периферийной поверхности, составляет от пяти до шестидесяти на 1 см².

Предпочтительно, высота каждого выступа составляет от 0,5 до 1,5 мм.

Предпочтительно, выступы выполнены таким образом, что на контурной диаграмме внешней периферийной поверхности гильзы, полученной при помощи устройства измерения с использованием трехмерного лазера, отношение суммарной площади областей, каждая из которых ограничена изолинией, расположенной на высоте 0,4 мм, к площади всей контурной диаграммы равно или превышает 10%.

Предпочтительно, выступы выполнены таким образом, что на контурной диаграмме внешней периферийной поверхности гильзы, полученной при помощи устройства измерения с использованием трехмерного лазера, отношение суммарной площади областей, каждая из которых ограничена изолинией, расположенной на высоте 0,2 мм, к площади всей контурной диаграммы равно или меньше 55%.

Предпочтительно, выступы выполнены таким образом, что на контурной диаграмме внешней периферийной поверхности гильзы, полученной при помощи устройства измерения с использованием трехмерного лазера, отношение суммарной площади областей, каждая из которых ограничена изолинией, расположенной на высоте 0,4 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет от 10 до 50%.

Предпочтительно, выступы выполнены таким образом, что на контурной диаграмме внешней периферийной поверхности гильзы, полученной при помощи устройства измерения с использованием трехмерного лазера, отношение суммарной площади областей, каждая из которых ограничена изолинией, расположенной на высоте 0,2 мм, к площади всей контурной диаграммы составляет от 20 до 55%.

Предпочтительно, выступы выполнены таким образом, что на контурной диаграмме внешней периферийной поверхности гильзы, полученной при помощи устройства измерения с использованием трехмерного лазера, площадь каждой области, ограниченной изолинией, расположенной на высоте 0,4 мм, составляет от 0,2 до 3,0 мм².

Предпочтительно, на контурной диаграмме внешней периферийной поверхности гильзы, полученной при помощи устройства измерения с использованием трехмерного лазера, области, каждая из которых соответствует одному выступу и каждая из которых ограничена изолинией, расположенной на высоте 0,4 мм, обособлены друг от друга.

Согласно пятому объекту настоящего изобретения создан двигатель, содержащий любую из вышеописанных гильзу цилиндра.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приведенного ниже описания, рассмотренного совместно с прилагаемыми чертежами, которые иллюстрируют на примере принципы изобретения.

Настоящее изобретение вместе с его задачами и преимуществами может стать более понятным при рассмотрении приведенного ниже описания предпочтительных в настоящее время вариантов его реализации совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 - схематичный вид двигателя, который содержит гильзы цилиндров, соответствующие первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг. 2 - общий вид гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.3 - таблица, в которой приведен один из примеров химического состава литейного чугуна, являющегося материалом гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.4 - диаграмма модели выступа, имеющего зауженную форму, который выполнен на гильзе цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.5 - диаграмма модели выступа, имеющего зауженную форму, который выполнен на гильзе цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.6А - сечение гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения, в осевом направлении ;

фиг.6В - график для одного из примеров взаимосвязи между осевыми положениями и температурой точек стенки гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.7 - вид в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZC, показанной на фиг.6А, для гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.8 - сечение в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZA, показанной на фиг.1, для гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.9 - сечение в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZB, показанной на фиг.1, для гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.10 - схема технологического процесса, иллюстрирующая этапы производства гильзы цилиндра с использованием центробежного литья;

фиг.11 - этапы создания углубления зауженной формы в слое формовочной краски для технологического процесса по производству гильзы цилиндра с использованием центробежного литья;

фиг.12 - схемы для одного из примеров методики измерения параметров гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения, с использованием трехмерного лазера;

фиг.13 - схема расположения изолиний гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения, полученная при помощи измерения с использованием трехмерного лазера;

фиг.14 - схема взаимосвязи между высотой измерения и положением изолиний для гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.15 - схема расположения изолиний для гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения, полученная при помощи измерения с использованием трехмерного лазера;

фиг.16 - схема расположения изолиний для гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения, полученная при помощи измерения с использованием трехмерного лазера;

фиг.17 - схема одного из примеров испытания на растяжение для оценки прочности соединения гильзы цилиндра, соответствующей первому варианту реализации настоящего изобретения, с блоком цилиндров;

фиг.18 - схема одного из примеров испытания с использованием лазерной стробоскопии для оценки теплопроводности блока цилиндров, содержащего гильзу цилиндра, соответствующую первому варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.19 - вид в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZC, показанной на фиг.6А, для гильзы цилиндра, соответствующей второму варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.20 - сечение в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZA, показанной на фиг.1, для гильзы цилиндра, соответствующей второму варианту реализации настоящего изобретения;

фиг.21 - вид в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZC, показанной на фиг.6А, для гильзы цилиндра, соответствующей третьему варианту реализации настоящего изобретения; и

фиг.22 - сечение в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZA, показанной на фиг.1, для гильзы цилиндра, соответствующей третьему варианту реализации настоящего изобретения.

Далее со ссылкой на фиг.1-18 описан первый вариант реализации настоящего изобретения.

Представленный вариант реализации настоящего изобретения относится к случаю, когда это изобретение применяется к гильзам цилиндров двигателя, изготовленного из алюминиевого сплава.

На фиг.1 показана конструкция двигателя 1 в целом, содержащего гильзы 2 цилиндра, соответствующие представленному варианту реализации настоящего изобретения.

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.

Внутренняя периферийная поверхность каждой гильзы 2 цилиндра (внутренняя периферийная поверхность 21 гильзы) образует внутреннюю стенку (внутреннюю стенку 14 цилиндра) соответствующего цилиндра 13 в блоке 11 цилиндров. Внутренняя периферийная поверхность 21 каждой гильзы определяет отверстие (внутренний диаметр) 15 цилиндра.

Контакт внешней периферийной поверхности 22 гильзы, являющейся внешней периферийной поверхностью каждой гильзы 2 цилиндра, с блоком 11 цилиндров возникает в результате литья с закладными элементами с использованием литейного материала.

В качестве материала блока 11 цилиндров может использоваться, например, алюминиевый сплав, указанный в японском промышленном стандарте (JIS) ADC10 (соответствующий стандарту США ASTM А380.0), или сплав, указанный в стандарте JIS ADC12 (соответствующий стандарту США ASTM A383.0). В представленном варианте реализации настоящего изобретения в качестве материала для блока 11 цилиндров используется алюминиевый сплав по ADC12.

Фиг.2 представляет собой общий вид гильзы 2 цилиндра, соответствующей настоящему изобретению.

Гильза 2 цилиндра изготовлена из литейного чугуна.

Химический состав литейного чугуна соответствует, например, приведенному на фиг.3. В качестве основных для литейного чугуна могут быть выбраны компоненты, указанные в таблице "Основные компоненты". При необходимости могут добавляться компоненты, указанные в таблице "Дополнительные компоненты".

На внешней периферийной поверхности 22 гильзы 2 цилиндра выполнены выступы 3, каждый из которых имеет зауженную форму.

Выступы 3 созданы на всей внешней периферийной поверхности 22 гильзы от ее верхнего конца (верхнего торца 23 гильзы 2 цилиндра) до ее нижнего конца (нижнего торца 24 гильзы 2 цилиндра). Верхний торец 23 гильзы является тем концом гильзы цилиндра, который находится в камере сгорания двигателя 1. Нижний торец 24 гильзы является тем концом этой гильзы цилиндра, который расположен в области, противоположной камере сгорания в двигателе 1.

В гильзе 2 цилиндра на внешней периферийной поверхности 22 этой гильзы, а также на выступах 3 образована пленка 5.

На внешней периферийной поверхности 22 пленка 5 расположена в области от верхнего торца 23 гильзы до ее средней части, если смотреть в осевом направлении этой гильзы. Кроме того, пленка 5 образована по всей окружности гильзы.

Пленка 5 состоит из напыленного слоя 51 Al-Si. Напыленными слоями называются пленки, полученные при помощи напыления (плазменное напыление, электродуговая металлизация или высокоскоростное напыление с использованием кислородного топлива).

В качестве материала для пленки 5 может использоваться материал, соответствующий, по меньшей мере, одному из следующих условий (А) и (В):

(А) материал, температура плавления которого меньше или равна температуре расплавленного металла, входящего в состав материала, используемого при литье (эталонная температура ТС расплавленного металла), либо материала, содержащего такой материал. Если говорить более конкретно - эталонная температура ТС расплавленного металла может быть определена, как описано ниже. А именно: эталонная температура ТС расплавленного металла представляет собой температуру расплавленного металла, входящего в состав литейного материала для блока 11 цилиндров, когда этот материал подается в форму для выполнения литья с закладными элементами, которыми являются гильзы 2 цилиндров;

(В) материал, который может создавать металлургическую связь с литейным материалом, используемым для изготовления блока 11 цилиндров, либо с материалом, содержащим такой материал.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму модели для выступа 3. Ниже радиальное направление для гильзы 2 цилиндра (направление по стрелке А) называется осевым направлением для выступа 3. Кроме того, осевое направление для гильзы 2 цилиндра (направление по стрелке В) называется радиальным направлением для выступа 3. На фиг.4 показана форма выступа 3, если смотреть в радиальном направлении этого выступа.

Выступ 3 выполнен за одно целое с гильзой 2 цилиндра. Выступ 3 переходит во внешнюю периферийную поверхность 22 гильзы на его ближнем конце 31.

На дальнем конце 32 выступа 3 выполнена верхняя поверхность 32А, представляющая собой удаленную торцевую поверхность этого выступа. Верхняя поверхность 32А является, по существу, плоской.

В осевом направлении выступа 3 между ближним концом 31 и дальним концом 32 выполнено сужение 33.

Сужение 33 выполнено таким образом, чтобы площадь его сечения плоскостью, перпендикулярной осевому направлению выступа 3 (площадь SR поперечного сечения), была меньше площади SR поперечного сечения плоскостями, перпендикулярными осевому направлению выступа 3 и проходящими через ближний конец 31 и дальний конец 32.

Выступ выполнен таким образом, чтобы площадь SR его поперечного сечения постепенно увеличивалась от сужения 33 в направлениях к ближнему концу 31 и дальнему концу 32.

Фиг.5 представляет собой диаграмму модели для выступа 3, на которой показана пространственная область 34 сужения для гильзы 2 цилиндра.

Сужение 33 каждого выступа 3 создает пространственную область 34 сужения (заштрихованные области) в каждой гильзе 2 цилиндра.

Пространственная область 34 сужения представляет собой пространство, ограниченное криволинейной поверхностью, проходящей в осевом направлении выступа 3 через удаленную часть 32В с наибольшей площадью поперечного сечения (на фиг.5 этой криволинейной поверхности соответствуют линии D-D), и поверхностью сужения 33 (поверхность 33А сужения). Удаленная часть 32В с наибольшей площадью поперечного сечения представляет собой ту часть, в которой диаметр выступа 3 является наибольшим для дальнего конца 32.

В двигателе 1, содержащем гильзы 2 цилиндров, блок 11 цилиндров и гильзы 2 цилиндров соединены друг с другом при помощи той части блока 11 цилиндров, которая находится в пределах пространственных областей 34 сужения (блок 11 цилиндров входит в зацепление с выступами 3). В результате обеспечивается достаточная прочность соединения блока 11 цилиндров и гильз 2 цилиндров (прочность соединения гильз). Кроме того, уменьшается трение, так как повышенная прочность соединения гильз препятствует деформации отверстий 15 цилиндров. Соответственно, улучшается степень сжигания топлива.

С другой стороны, при изготовлении блока 11 цилиндров при помощи литья с закладными элементами, которыми являются гильзы 2 цилиндра, прочность соединения между литейным материалом для блока 11 цилиндров и каждой гильзой 2 цилиндра обеспечивается за счет "якорного" эффекта закрепления. Это препятствует движению литейного материала из участков между отверстиями 15 цилиндров в окружающие участки из-за разницы скоростей кристаллизации.

Далее со ссылкой на фиг.6А-7 будет описано образование пленки 5 на гильзе 2 цилиндра. Ниже толщина пленки 5 обозначается как толщина ТР пленки.

[1] Расположение пленки

Далее со ссылкой на фиг.6А и 6В будет описано расположение пленки 5. Фиг.6А представляет собой продольное сечение гильзы 2 цилиндра в осевом направлении. На фиг.6В показан один из примеров изменения температуры цилиндра 13 (температуры TW стенки цилиндра) в осевом направлении цилиндра 13 в стабильном режиме работы двигателя 1. Ниже гильза 2 цилиндра, с которой удалена пленка 5, будет называться эталонной гильзой цилиндра. Двигатель, содержащий эталонные гильзы цилиндров, будет называться эталонным двигателем.

В этом варианте реализации настоящего изобретения расположение пленки 5 определяется на основе температуры TW стенки цилиндра в эталонном двигателе.

Рассмотрим изменение температуры TW стенки цилиндра для эталонного двигателя. На фиг.6В сплошная линия представляет собой температуру TW стенки цилиндра в эталонном двигателе, а пунктирная линия - температуру TW стенки цилиндра в двигателе 1, соответствующем представленному варианту реализации настоящего изобретения. Ниже наиболее высокое значение температуры TW стенки цилиндра будет называться максимальной температурой TWH стенки цилиндра, а наиболее низкое значение температуры TW стенки цилиндра - минимальной температурой TWL стенки цилиндра.

В эталонном двигателе температура TW стенки цилиндра изменяется следующим образом:

(a) в области от нижнего торца 24 гильзы до ее средней части 25 температура TW стенки цилиндра постепенно увеличивается в направлении от нижнего торца 24 гильзы до ее средней части 25 из-за небольшого влияния рабочего газа. В непосредственной близости от нижнего торца 24 гильзы температура TW стенки цилиндра представляет собой минимальную температуру TWL1 стенки цилиндра. В представленном варианте реализации настоящего изобретения часть гильзы 2 цилиндра, в которой температура TW стенки цилиндра изменяется таким образом, называется низкотемпературной частью 27 гильзы;

(b) в области от средней части 25 гильзы до ее верхнего торца 23 температура TW стенки цилиндра резко увеличивается из-за большого влияния рабочего газа. В непосредственной близости от верхнего торца 23 гильзы температура TW стенки цилиндра представляет собой максимальную температуру TWH1 стенки цилиндра. В представленном варианте реализации настоящего изобретения часть гильзы 2 цилиндра, в которой температура TW стенки цилиндра изменяется таким образом, называется высокотемпературной частью 26 гильзы.

В эталонном двигателе, так как расход моторного масла увеличивается при чрезмерном повышении температуры TW стенки цилиндра в высокотемпературной части 26 гильзы, то необходимо, чтобы предел прочности на растяжение у поршневых колец был относительно высоким. То есть за счет увеличения растягивающей нагрузки на поршневые кольца неизбежно уменьшается степень сжигания топлива.

Соответственно, в гильзе 2 цилиндра, соответствующей настоящему изобретению, пленку 5 образуют на высокотемпературной части 26 гильзы, чтобы увеличить сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы. Это приводит к уменьшению температуры TW стенки цилиндра в высокотемпературной части 26 гильзы.

В двигателе 1, соответствующем настоящему изобретению, обеспечивается хороший контакт между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы, то есть вокруг каждой высокотемпературной части 26 гильзы создается небольшой зазор. Это обеспечивает высокую теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературными частями 26 гильз. Соответственно, уменьшается температура TW стенки цилиндра в высокотемпературной части 26 гильзы. В результате максимальная температура TWH стенки цилиндра становится максимальной температурой TWH2 стенки цилиндра, которая ниже максимальной температуры TWH1 стенки цилиндра.

Так как расход моторного масла снижается из-за уменьшения температуры TW стенки цилиндра, то можно использовать поршневые кольца с меньшим пределом прочности на растяжение по сравнению с кольцами в эталонном двигателе. Это увеличивает степень сжигания топлива.

Граница между низкотемпературной частью 27 гильзы и высокотемпературной частью 26 гильзы (температурная граница 28) может быть получена на основе температуры TW стенки цилиндра для эталонного двигателя. С другой стороны, обнаружено, что во многих случаях длина высокотемпературной части 26 гильзы (расстояние от верхнего торца 23 гильзы до температурной границы 28) составляет от одной трети до одной четверти общей длины гильзы 2 цилиндра (расстояние от верхнего торца 23 гильзы до ее нижнего торца 24). Таким образом, при определении расположения пленки 5 от одной трети до одной четверти общей длины гильзы от ее верхнего торца 23 можно считать высокотемпературной частью 26 гильзы без точного определения температурной границы 28.

[2] Толщина пленки

В гильзе 2 цилиндра пленку 5 образуют таким образом, чтобы ее толщина ТР была меньше или равна 0,5 мм. Если толщина ТР пленки превышает 0,5 мм, то якорный эффект закрепления выступов 3 будет уменьшаться, приводя к значительному уменьшению прочности соединения между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы (прочность соединения в высокотемпературной части 26 гильзы).

В представленном варианте реализации настоящего изобретения пленку 5 образуют таким образом, чтобы среднее значение ее толщины ТР, измеренное во множестве точек высокотемпературной части 26 гильзы, было меньше или равно 0,5 мм. Однако пленка 5 может быть образована таким образом, чтобы ее толщина ТР была меньше или равна 0,5 мм во всей высокотемпературной части 26 гильзы.

В двигателе 1 по мере уменьшения толщины ТР пленки теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы увеличивается. Поэтому при образовании пленки 5 предпочтительно, чтобы толщина ТР пленки 5 была как можно ближе к 0 мм во всей высокотемпературной части 26 гильзы.

Однако, так как в настоящее время трудно создать слой, толщина которого была бы неизменной на всей высокотемпературной части 26 гильзы, то некоторые зоны в этой области не будут покрыты пленкой 5, если целевая толщина ТР задается чрезмерно низкой величины при образовании этой пленки. Поэтому в представленном варианте реализации настоящего изобретения при образовании пленки 5 целевую толщину ТР этой пленки определяют в соответствии со следующими условиями (А) и (В):

(A) пленка 5 может быть образована на всей поверхности высокотемпературной части 26 гильзы;

(B) минимальное значение толщины ТР пленки находится в таком диапазоне, при котором выполняется условие (А).

В результате пленку 5 образуют во всей высокотемпературной части 26 гильзы. Кроме того, так как толщина ТР пленки 5 имеет небольшую величину, то теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы увеличивается.

[3] Образование пленки вокруг выступов

Фиг. 7 представляет собой вид в увеличенном масштабе ограниченной окружностью области ZC, показанной на фиг.6А.

В гильзе 2 цилиндра пленку 5 образуют на внешней периферийной поверхности 22 гильзы и поверхностях выступов 3. Кроме того, пленку 5 образуют таким образом, чтобы пространственные области 34 сужения не заполнялись. То есть пленку 5 образуют таким образом, чтобы при выполнении литья с закладными элементами, которыми являются гильзы 2 цилиндра, литейный материал заполнял пространственные области 34 сужения. Если эти области 34 заполнены пленкой 5, они не будут заполняться литейным материалом. Поэтому не будет обеспечиваться якорный эффект закрепления выступов 3.

Далее со ссылкой на фиг.8 и 9 будет описан принцип соединения блока 11 цилиндров и гильзы 2 цилиндра. Фиг.8 и 9 представляют собой сечения блока 11 цилиндров вдоль оси цилиндра 13.

Фиг.8 иллюстрирует принцип соединения блока 11 цилиндров и высокотемпературной части 26 гильзы (сечение области ZA, показанной на фиг.1).

В двигателе 1 блок 11 цилиндров соединен с высокотемпературной частью 26 гильзы таким образом, что этот блок входит в зацепление с выступами 3. Кроме того, блок 11 цилиндров и высокотемпературная часть 26 гильзы контактируют друг с другом через пленку 5.

Что касается соединения высокотемпературной части 26 гильзы и пленки 5, так как пленка 5 образована путем напыления, то высокотемпературная часть 26 гильзы и пленка 5 механически соединены друг с другом с обеспечением достаточных сцепления и прочности соединения. Сцепление высокотемпературной части 26 гильзы и пленки 5 сильнее, чем сцепление блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.

Что касается соединения блока 11 цилиндров и пленки 5, то пленка 5 состоит из сплава Al-Si, который имеет температуру плавления меньше эталонной температуры ТС расплавленного металла и характеризуется высокой смачиваемостью литейным материалом блока 11 цилиндров. Поэтому блок 11 цилиндров и пленка 5 механически соединены друг с другом с обеспечением достаточных сцепления и прочности соединения. Сцепление блока 11 цилиндров и пленки 5 сильнее, чем сцепление блока цилиндров и эталонной гильзы цилиндра в эталонном двигателе.

В двигателе 1 благодаря такому контакту блока 11 цилиндров и высокотемпературной части 26 гильзы достигаются следующие преимущества:

(A) так как пленка 5 обеспечивает сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы, теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы увеличивается;

(B) так как пленка 5 обеспечивает прочность соединения между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы, предотвращается отставание высокотемпературной части 26 гильзы от блока 11 цилиндров. В результате даже при расширении отверстия 15 цилиндра сохраняется сцепление блока 11 цилиндров и высокотемпературной части 26 гильзы. Это препятствует уменьшению теплопроводности;

(С) так как выступы 3 обеспечивают прочность соединения между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы, предотвращается отставание высокотемпературной части 26 гильзы от блока 11 цилиндров. В результате даже при расширении отверстия 15 цилиндра сохраняется сцепление блока 11 цилиндров и высокотемпературной части 26 гильзы. Это препятствует уменьшению теплопроводности.

В двигателе 1 при уменьшении сцепления между блоком 11 цилиндров и пленкой 5, а также между высокотемпературной частью 26 гильзы и пленкой 5, увеличивается зазор между этими элементами. Соответственно, уменьшается теплопроводность между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы. При уменьшении прочности соединения между блоком 11 цилиндров и пленкой 5, а также между высокотемпературной частью 26 гильзы и пленкой 5, наиболее вероятно, что эти элементы будут отставать друг от друга. В результате при расширении отверстия 15 цилиндра будет уменьшаться сцепление между блоком 11 цилиндров и высокотемпературной частью 26 гильзы.

В гильзе 2 цилиндра, соответствующей представленному варианту реализации настоящего изобретения, температура плавления пленки 5 меньше или равна эталонной температуре ТС расплавленного металла. Поэтому предполагается, что при изготовлении блока 11 цилиндров пленка 5 плавится и создает металлургическую связь с литейным материалом. Однако, согласно результатам испытаний, выполненных авторами настоящего изобретения, было подтверждено, что между блоком 11 цилиндров и пленкой 5, как описано выше, возникало механическое соединение.

Кроме того, были обнаружены участки с металлургической связью. Однако основным типом соединения между блоком 11 цилиндров и пленкой 5 было механическое соединение.

В результате испытаний было обнаружено следующее. Даже при отсутствии металлургической связи между литейным материалом и пленкой 5 (либо только частичное обеспечение такой связи) сцепление и прочность соединения блока 11 цилиндров и высокотемпературной части 26 гильзы увеличивались, пока температура плавления пленки 5 была меньше или равна эталонной температуре ТС расплавленного металла. Хотя механизм точно не выяснен, предполагается, что скорость кристаллизации литейного материала уменьшается из-за неравномерности отвода тепла от литейного материала пленкой 5.

Фиг. 9 - проиллюстрирован принцип соединения блока 11 цилиндров и низкотемпературной части 27 гильзы (сечение части ZB, показанной на фиг.1).

В двигателе 1 блок 11 цилиндров соединен с низкотемпературной частью 27 гильзы таким образом, что этот блок входит в зацепление с выступами 3. В результате между блоком 11 цилиндров и низкотемпературной частью 27 гильзы за счет якорного эффекта закрепления выступов 3 обеспечивается достаточный тепловой контакт. Кроме того, предотвращается разъединение блока 11 цилиндров и низкотемпературной части 27 гильзы при расширении отверстия 15 цилиндра.

Далее со ссылкой на Таблицу 1 будет описано создание выступов 3 на гильзе 2 цилиндра.

В качестве параметров, характеризующих создание выступа 3 (параметров создания), задаются первое отношение SА площадей, второе отношение SB площадей, стандартная площадь SD поперечного сечения, стандартное число NP выступов и стандартная длина HP выступов.

Далее будут описаны высота Н измерения, первая эталонная плоскость РА и вторая эталонная плоскость РВ, которые являются основными величинами для указанных выше параметров создания:

(a) высота Н измерения представляет собой расстояние от внешней периферийной поверхности 22 гильзы в осевом направлении выступа 3 (высота выступа 3). На внешней периферийной поверхности 22 гильзы высота Н измерения равна нулю. На верхней поверхности 32А выступа 3 высота Н измерения имеет максимальное значение;

(b) первая эталонная плоскость РА представляет собой плоскость, которая проходит в радиальном направлении выступа 3 на высоте измерения 0,4 мм;

(c) вторая эталонная плоскость РВ представляет собой плоскость, которая проходит в радиальном направлении выступа 3 на высоте измерения 0,2 мм.

Далее будут описаны параметры создания.

[A] Первое отношение SA площадей представляет собой площадь сечения выступов 3 на уровне первой эталонной плоскости РА, проходящей над внешней периферийной поверхностью 22 гильзы, в процентах (площадь SR сечения в радиальном направлении).

[B] Второе отношение SB площадей представляет собой площадь сечения выступов 3 на уровне второй эталонной плоскости РВ, проходящей над внешней периферийной поверхностью 22 гильзы, в процентах (площадь SR сечения в радиальном направлении).

[C] Стандартная площадь SD поперечного сечения представляет собой площадь одного выступа 3 в первой эталонной плоскости РА, проходящей над внешней периферийной поверхностью 22 гиль