缸体缸盖的合铸件及其铸造方法、内燃机和车辆

技术领域

本发明涉及缸体缸盖的铸造加工技术领域，尤其涉及一种缸体缸盖的合铸件及其铸造方法、内燃机和车辆。

背景技术

在现有乘用车内燃机的传统结构中，缸体和缸盖为分体结构，实际使用时需要使用高强度的缸盖螺栓进行联接固定，并在缸体和缸盖之间装配有气缸垫，防止两者之间出现漏气、漏水和漏油的问题。

缸盖螺栓的使用会挤占缸盖上进气道和排气道的布置空间，会影响气道内流体的流动性能，进而影响发动机或内燃机效率的进一步提升；同时缸盖螺栓轴力也作用到缸体上，会引起缸孔变形，因此需要设计高强度和高刚度的缸筒才能降低此变形，否则会造成整机漏气量、排放量及机油油耗的增加，影响整机可靠性。如果缸盖螺栓在使用中出现松懈或提供的轴力不足，会造成缸体和缸盖之间出现三漏（漏气、漏水和漏油）问题。

现有乘用车内燃机用的缸体和缸盖因结构复杂，一般均采用独立铸造生产，其中缸盖已经实现同进气管和排气管的集成生产。由于复杂的砂芯（型芯）结构，缸体和缸盖（含集成的进气管和排气管）合铸在一起比较难实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缸体缸盖的合铸件及其铸造方法、内燃机和车辆，以解决现有技术中缸体和缸盖的连接界面处易发生的泄漏和可靠性低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供一种缸体缸盖的合铸件，包括缸体和缸盖，所述缸体和所述缸盖为铸造成型的一体结构，所述缸体缸盖的合铸件内部具有一体结构的油腔和一体结构的水腔，所述缸体缸盖的合铸件内部具有曲轴箱内腔和燃烧室，所述曲轴箱内腔和所述燃烧室为一体结构并连通设置。

可选地，所述缸体缸盖的合铸件的外周壁的两侧分别设有进气管和排气管，所述进气管与所述燃烧室的进气口连通，所述排气管与所述燃烧室的排气口连通，所述进气管、所述排气管、所述缸体和所述缸盖为一体铸造成型结构。

可选地，所述缸体缸盖的合铸件的内壁沿周向具有多个间隔设置的加强肋，所述加强肋的厚度为8-25mm。

本发明还提供一种缸体缸盖的合铸件的铸造方法，用于制造上述的缸体缸盖的合铸件，所述缸体缸盖的合铸件的铸造方法包括如下步骤：

采用3D打印方法，分层打印制作第一铸造型芯，所述第一铸造型芯用于成型所述缸体缸盖的合铸件的油腔；

采用3D打印方法，分层打印制作第二铸造型芯，所述第二铸造型芯用于成型所述缸体缸盖的合铸件的曲轴箱内腔和燃烧室；

采用3D打印方法，分层打印制作第三铸造型芯，所述第三铸造型芯用于成型所述缸体缸盖的合铸件的水腔；

将所述第一铸造型芯、所述第二铸造型芯和所述第三铸造型芯组装成内腔型芯；

将所述缸体缸盖的合铸件的外腔型芯与所述内腔型芯进行组装，然后铸造成型，得到所述缸体缸盖的合铸件。

可选地，所述缸体缸盖的合铸件的铸造方法还包括在组装后的所述内腔型芯上套装铸铁缸套的步骤。

可选地，所述缸体缸盖的合铸件的铸造方法还包括：

采用3D打印方法，分层打印制作第四铸造型芯，所述第四铸造型芯用于成型进气管和排气管，所述第四铸造型芯与所述内腔型芯进行组装。

可选地，所述第一铸造型芯、所述第二铸造型芯、所述第三铸造型芯和所述第四铸造型芯之间采用粘接或搭接的方式连接。

可选地，所述铸造成型为低压铸造成型或重力铸造成型。

内燃机，包括所述的缸体缸盖的合铸件。

车辆，包括所述的内燃机。

本发明的有益效果：

本发明的缸体缸盖的合铸件及其铸造方法，通过将3D打印技术应用于型芯制造，实现了缸体缸盖的合铸件一体铸造成型，缸体缸盖的合铸件无缸体和缸盖的连接界面，整体密封性好，解决了缸体和缸盖为分体结构时存在的连接界面处易发生泄漏和可靠性低的问题，缸体缸盖的合铸件无缸盖螺栓和缸垫等连接件，相对于现有技术减少了零件数量，利于降低缸体缸盖的合铸件的尺寸和重量，节约材料成本。

本发明提供的内燃机，包括缸体缸盖的合铸件，通过采用一体铸造成型的缸体缸盖的合铸件，内燃机的进气道和排气道的布置空间加大，可更好地组织气流，提高内燃机的性能指标和效率。

本发明的车辆，采用具有一体铸造成型的缸体缸盖的合铸件的内燃机，解决了现有技术中由于缸体和缸盖分体导致的连接界面处易发生的泄漏和可靠性低的问题，车辆整体性能指标和燃烧效率提高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的缸体缸盖的合铸件的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的缸体缸盖的合铸件内部的腔体结构示意图。

图中：

1、缸体缸盖的合铸件；11、油腔；12、曲轴箱内腔；13、燃烧室；14、水腔；

2、进气管；3、排气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明实施例提供一种缸体缸盖的合铸件1，如图1和图2所示，包括缸体和缸盖，缸体和缸盖为一体铸造成型结构，缸体缸盖的合铸件1内部具有一体结构的油腔11和一体结构的水腔14，缸体缸盖的合铸件1内部具有曲轴箱内腔12和燃烧室13，曲轴箱内腔12和燃烧室13为一体结构并连通设置。

本发明的缸体缸盖的合铸件1为一体结构，具体为铸造一体成型，与现有技术缸体和缸盖的分体铸造后再组装的结构相比，本发明不使用缸盖螺栓，不存在缸盖螺栓轴力导致的缸孔变形问题，降低整机漏气量及机油油耗，连接零件少，利于提高缸体缸盖的合铸件1的使用可靠性和降低整体重量；缸体和缸盖一体铸造成型，在外部尺寸相同的情况下可以加大进气道和排气道的布置空间，可更好地组织气流，提高内燃机的性能指标和效率；缸体缸盖的合铸件1中不存在缸体和缸盖的连接界面，通过一体铸造成型密封，解决了现有技术中缸体和缸盖的连接界面处易发生漏气、漏油和漏水的泄漏问题；缸体缸盖的合铸件1减少了零件数量，利于降低缸体缸盖的合铸件1的尺寸和重量，从而降低材料成本。

可选地，缸体缸盖的合铸件1的外周壁的两侧分别设有进气管2和排气管3，进气管2与燃烧室13的进气口连通，排气管3与燃烧室13的排气口连通，进气管2、排气管3与缸体缸盖的合铸件1为一体铸造成型结构，进而得到进气管2、排气管3、缸体和缸盖的合铸件。

如图1所示，缸体缸盖的合铸件1上，在相当于现有技术的缸盖的位置设置连通燃烧室13的进气管2和排气管3，用于形成燃烧室13的进气道和排气道，其所占用的空间不限于传统的单缸内，可分布在相邻缸之间。通过将进气管2和排气管3均设置为与缸盖缸体的合铸件1的一体铸造成型，简化了铸造流程，进气口和排气口处的连接密封性好，利于提高燃烧室13的燃烧效率。

可选地，缸体缸盖的合铸件1的内壁沿周向具有多个间隔设置的加强肋，加强肋的厚度为8-25mm。

本实施例提供的缸体缸盖的合铸件1，将现有技术中的分体的缸体和缸盖进行一体铸造成型，在对应原缸体和缸盖的连接处的位置，由于具有更大的油腔11的布置空间，以及具有更大的水腔14的布置空间，因此设置加强肋利于增强缸体缸盖的合铸件1的壳体强度和刚度。缸体缸盖的合铸件1，相对于现有技术省去了缸盖螺栓，也省去了凸台和加强凸缘的结构，因此，设置加强肋的厚度至少为8mm，最大不超过25mm,使得加强肋能够增加缸体缸盖的合铸件1的壳体结构强度和刚度。进一步地，加强肋沿缸体缸盖的合铸件1的轴向方向延伸设置，即加强肋的设置位置相当于分体结构的缸体和缸盖的跨连接界面位置，沿轴向延伸是根据壳体总体受力分析得出的布置形式，加强肋沿轴向延伸，增强效果好。

需要说明的是，本发明提供的缸体缸盖的合铸件1，除了制造方法上采用一体铸造成型，其余的内腔结构和外壁结构与现有技术中分体的缸体和缸盖的结构相同。常规的铸造方法中，由于缸体和缸盖内分别具有结构复杂的油腔11、曲轴箱内腔12、燃烧室13和水腔14等，现有技术很难实现油腔11、曲轴箱内腔12、燃烧室13和水腔14的型芯制造，制约了缸体和缸盖的一体铸造成型。为了解决该技术问题，本发明将3D打印技术应用于铸造方法，实现了缸体和缸盖的一体铸造成型。

本发明实施例提供一种缸体缸盖的合铸件1的铸造方法，包括如下步骤：

采用3D打印方法，分层打印制作第一铸造型芯，第一铸造型芯用于成型缸体缸盖的合铸件1的油腔11；

采用3D打印方法，分层打印制作第二铸造型芯，第二铸造型芯用于成型缸体缸盖的合铸件1的曲轴箱内腔12和燃烧室13，实现曲轴箱内腔12和燃烧室13的一体结构成型；

采用3D打印方法，分层打印制作第三铸造型芯，第三铸造型芯用于成型缸体缸盖的合铸件1的水腔14。

将第一铸造型芯、第二铸造型芯和第三铸造型芯组装成内腔型芯；

将缸体缸盖的合铸件1的外腔型芯与内腔型芯进行组装，然后铸造成型，得到缸体缸盖的合铸件1。

在上述铸造方法中，采用3D打印技术，可以实现具有复杂结构的第一铸造型芯、第二铸造型芯和第三铸造型芯的分别打印成型，也可以同时分层打印，打印过程中逐步实现组装，效率更高。缸体缸盖的合铸件1的外腔型芯可以采用现有技术中的常规模壳方式进行制作，也可以同时采用3D打印方式成型以提高铸造精度。铸造成型的方式，包括但不限于低压铸造成型或重力铸造成型，均为现有常规铸造成型方法，本文不再展开说明。上述缸体缸盖的合铸件1的铸造方法，实现了缸体缸盖的合铸件1的一体铸造成型，油腔11、水腔14、曲轴箱内腔12和燃烧室13为一体铸造成型，与现有技术中缸体和缸盖的分体铸造结构相比，本发明免除了油腔11的密封结构，免除了水腔14的密封结构，免除了曲轴箱内腔12和燃烧室13之间的连通处的密封结构，解决了原分体结构的缸体和缸盖的连接界面处易泄漏的问题，缸体缸盖的合铸件1的使用可靠性大大提高，安装过程更加简单。

可选地，缸体缸盖的合铸件1的铸造方法还包括在组装后的内腔型芯上套装铸铁缸套的步骤。

其中，铸铁缸套可以根据需要进行选择性套装，实现缸孔处镶铸铸铁缸套。

可选地，缸体缸盖的合铸件1的铸造方法，还包括：

采用3D打印方法，分层打印制作第四铸造型芯，用于成型进气管2和排气管3，将第四铸造型芯与内腔型芯进行组装。

如图2所示，燃烧室13的上方的左右两侧分别对应设有进气管2和排气管3的第四铸造型芯，用于形成进气道和排气道，在3D打印制造的过程中与内腔型芯进行组装打印，实现了缸体缸盖的合铸件1内复杂结构的内腔型芯的制造。对于第一铸造型芯、第二铸造型芯、第三铸造型芯和第四铸造型芯的位置关系的固定和组装，可以采用粘接或搭接的方式连接，以便具有更好的固定效果，提高铸造精度。

需要补充说明的是，为了便于铸造后开模和清砂，清砂孔设置在油腔11和水腔14的外部合适位置，进气管2和排气管3的侧面设置清砂孔，缸体缸盖的合铸件1的下部对应于水腔14和油腔11位置也设置有清砂孔。

本发明实施例还提供一种内燃机，内燃机包括上述提供的缸体缸盖的合铸件1，解决了传统内燃机中需要采用缸垫密封缸体和缸盖时易发生泄漏的问题，本发明的内燃机不使用缸盖螺栓，缸体缸盖的合铸件1的内部空间加大，便于合理布置进气道和排气道以便更好地组织气流，提高内燃机的性能指标和效率。

本发明实施例还提供一种包括上述内燃机的车辆，通过在内燃机中采用缸体缸盖的合铸件1，内燃机的效率提高，缸体缸盖的合铸件1不使用缸盖螺栓连接和缸垫密封，因此整体重量降低，材料用料成本降低，组装效率高，利于降低车辆的整体自重和降低车辆的成本。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。