加強的復合材料汽缸缸體制造技術

本公開涉及用于形成包含熱固性復合材料發動機缸體的發動機的系統和方法。一種實例方法包括使用多個金屬條帶加強發動機缸體，其中，多個金屬條帶的第一部分在汽缸缸體的基本上橫向方向上定位，且多個金屬條帶的第二部分在汽缸缸體的基本上縱向方向上定位。多個金屬加強條帶可向發動機缸體提供額外的加強。

【技術實現步驟摘要】

本公開涉及一種具有熱成型復合材料汽缸缸體的發動機，汽缸缸體內包含有額外的加強條帶。
技術介紹
在發動機設計中，可能會在用于構造氣缸蓋和汽缸缸體的材料的強度、重量和其他特性之間進行折衷。例如，人們已使用鑄鐵來制造汽缸缸體。鑄鐵與其他材料相比具有多個優點，例如較小的體積強度比以及較小的摩擦系數，從而減小發動機的尺寸并增大燃燒室的壽命。然而，鑄鐵發動機體可能具有低的強度重量比，可能更易于腐蝕，并可能具有不理想的傳熱特性。為減小缸體重量并增大傳遞給水套的熱量，汽缸缸體可利用鋁鑄造。也可通過使用由Holtzberg在美國專利第4,848,292號中示出的纖維增強酚醛樹脂制造的發動機缸體來減小缸體重量。在本實例中，作為基體的酚醛樹脂被玻璃纖維或石墨纖維加強。發動機缸體可由注塑成型或壓縮成型制作。本文中的專利技術人已發現Holtzberg的方法的潛在問題。例如，對纖維增強復合材料進行注塑成型以形成發動機缸體可導致增強纖維的不均勻分布。作為實例，增強纖維可能沿發動機缸體的關鍵載荷路徑不均勻分布。在另一實例中，復合材料本身不具有期望的機械特性，尤其是沿遇到動態載荷、結構載荷、熱載荷以及來自連接至外部裝置的連接件的載荷的路徑。
技術實現思路
本文中的專利技術人已認識到上述問題并開發了一種方法以至少部分地解決上述問題。在一種實例方法中，提供一種用于成型發動機缸體的方法，其包括使用多個金屬條帶對汽缸缸體進行加強，其中，多個金屬條帶的第 一部分在汽缸缸體的基本上橫向方向上定位，且多個金屬條帶的第二部分在汽缸缸體的基本上縱向方向上定位。以這種方式，可沿會經受較高載荷的具體路徑提供額外的加強，同時減小發動機重量。例如，可使用熱固性復合材料通過成型工藝(例如注塑成型)形成發動機缸體。在一個實例中，該復合材料可包括由玻璃、碳和/或芳香族聚酰胺纖維增強的熱固性聚合物基體。在開始成型工藝之前，可將多個額外的金屬加強條帶在發動機缸體模具內的預定位置定位。所述條帶可利用金屬，例如鈦、鈦合金或具有較高特定強度的類似材料制造。此外，該預定位置可為在沿發動機缸體的基本上縱向方向上和/或在發動機缸體的基本上橫向方向上。另外，加強條帶可沿發動機缸體的基本上豎向上定位。作為實例，預定位置可包括在發動機缸體的縱向方向上的盤軌，在發動機缸體的橫向方向上的缸蓋頂面，在發動機缸體的豎向上的缸蓋螺栓柱，以及可能經受較高載荷的其他類似區域。在注塑成型期間，復合材料可填充加強條帶周圍的空間并封裝所形成的發動機缸體結構內的加強條帶。于是，加強條帶可在所期望的位置一體成型到汽缸缸體內。因此，加強條帶可不同于在熱固性聚合物基體內分布的增強纖維。還應注意，加強條帶可使用不同于發動機缸體所用的復合材料的材料形成。以這種方式，可對輕質復合材料的汽缸缸體進一步進行加強以提供所期望的機械特性。可沿用于汽缸缸體的模具內會承受顯著的動態載荷、熱載荷或結構載荷的路徑定位加強條帶。于是，可對汽缸缸體內的具體位置進行加強以獲得改進的性能和結構穩定性。通過在期望的位置包含額外的加強，可減小纖維填充物在聚合物基體內的不均勻分布的不利影響。總體而言，可改進汽缸缸體的結構特性，同時維持較低的發動機缸體重量。通過單獨或結合附圖閱讀以下具體實施方式，本說明的上述優點和其他優點和特征將顯而易見。應理解，上述
技術實現思路
以簡化形式介紹所選擇的概念，這些概念在具體實施方式中作進一步描述。這并不旨在確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，所要求保護的主題的范圍由具體實例方式之后的權利要求書唯一地確定。另外，所要求保護的主題并不限于解決上述任何缺點或本專利技術的任何部分中的任何缺點的實施方案。另外，本文中的專利技術人已認識到上述問題，且并不承認為已知。附圖說明圖1示出具有發動機的車輛的示意圖，該發動機包括帶有額外加強條帶的成型復合材料汽缸缸體。圖2示出圖1中的發動機的示意圖。圖3示出符合本公開的具有額外加強條帶的成型復合材料汽缸缸體的立體圖。圖4示出一種用于制造圖3中的成型復合材料汽缸缸體的方法。具體實施方式以下具體實施方式涉及形成位于車輛中的發動機的發動機缸體，例如圖1的車輛中所包含的圖2中繪示的發動機。該發動機缸體可利用熱固性復合材料形成，在特定位置包含有金屬加強條帶(圖3)。熱固性復合材料可包括基體，基體包括帶有用作基體加強件的纖維的熱固性聚合物。可將金屬加強條帶沿發動機缸體的不同方向(包括縱向、橫向、豎向)定位。因此，用于定位加強條帶的特定位置可包括發動機缸體內經受較高關鍵載荷的路徑。可在注塑熱固性復合材料之前在發動機缸體的模具內所期望的位置定位加強條帶。在注塑熱固性復合材料時，加強條帶可由熱固性復合材料封裝在模具內且最終封裝在成型發動機缸體內。參照圖4描述一種用于形成根據本公開的發動機缸體的方法。以這種方式，可在所期望的位置通過具有較高特定強度的額外加強件對發動機缸體進行加強，從而能夠實現發動機缸體重量的減小，同時提供合適的機械特性。圖1示出車輛50的示意圖，車輛50包括進氣系統52、發動機54和排氣系統56。進氣系統52構造為向發動機54內的汽缸57提供進氣。汽缸也可被稱為燃燒室。箭頭58表示進氣系統52與發動機54之間的流體連通。具體而言，可將進氣系統52構造為向發動機54內的汽缸57的每一者提供進氣。進氣系統52可包括各種進氣導管、進氣歧管、節氣門等。另外， 在一個實例中，可在發動機54內包括渦輪增壓器，渦輪增壓器包括壓縮機和渦輪機。發動機54包括汽缸蓋59，汽缸蓋59連接至成型的汽缸缸體組件60以形成多個汽缸57。汽缸缸體組件60也可稱為發動機缸體組件60，或者簡單地稱為發動機缸體60或汽缸缸體60。在所繪示的實例中，發動機包括三個成直線配置的汽缸。然而，已設想替代的汽缸布置和汽缸數量。例如，汽缸可以以V型配置成組布置，汽缸可以以水平相對配置布置等。可實施多沖程燃燒循環。例如，已設想四個或兩個沖程燃燒循環。應理解，在圖1中繪示的發動機54具有未在圖1中示出的結構復雜性。具體而言，成型的汽缸缸體組件60可包括可用不同材料構造的多個部件。例如，成型的汽缸缸體組件60并且因此發動機54可包括復合材料汽缸缸體、復合材料汽缸缸體內包含的多個加強條帶、以及單獨的汽缸襯墊。汽缸襯墊可限定三個汽缸的每一者的邊界的部分。下文中將參照圖3更詳細地說明復合材料汽缸缸體內的加強條帶。箭頭62繪示發動機54與排氣系統56之間的流體連通。應理解，發動機54中的汽缸57的每一者均可與排氣系統56流體連通。排氣系統56可包括多個部件，例如排氣歧管、排放控制裝置(例如，催化劑、過濾器等)、消音器等。圖2提供連接至變速器70的發動機54的示意圖。汽缸蓋59繪示為連接至發動機缸體組件60的頂側(或缸蓋頂面)。發動機缸體60包括在汽缸37內往復運動的活塞36。所繪示的實例包括三個活塞以便每一汽缸57均包括一個在其中往復運動的活塞36。每一活塞36均示出為連接至曲軸40以便將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。曲軸40可經由變速器70連接至車輛的至少一個驅動輪。另外，啟動馬達可經由飛輪72連接至曲軸40以實現發動機54的啟動操作。變速器70、飛輪72、以及啟動馬達可至少部分地封閉在變速器鐘形殼體76內。連接到曲軸40的曲軸傳感器118可用作發動本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于成型發動機缸體的方法，包括：使用多個金屬條帶加強所述發動機缸體，其中，所述多個條帶的第一部分在所述發動機缸體的基本上橫向方向上定位，且所述多個條帶的第二部分在所述發動機缸體的基本上縱向方向上定位。

【技術特征摘要】
2015.01.30 US 14/610,1591.一種用于成型發動機缸體的方法，包括：使用多個金屬條帶加強所述發動機缸體，其中，所述多個條帶的第一部分在所述發動機缸體的基本上橫向方向上定位，且所述多個條帶的第二部分在所述發動機缸體的基本上縱向方向上定位。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述發動機缸體包括聚合物材料，且其中，所述條帶包括鈦。3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述聚合物材料包括熱固性復合材料，所述熱固性復合材料包括帶有增強纖維的熱固性樹脂的基體。4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個金屬條帶中的每一者均包括具有均勻寬度和厚度的條帶，且沿所述條帶的中心線分布有多個孔，且沿所述條帶的每一邊緣均分布有多個半圓形切口。5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個金屬條帶的所述第一部分包括沿所述發動機缸體的缸蓋頂面的一個或多個橫向邊緣以及變速器連接界面的橫向面定位的金屬條帶。6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個金屬條帶的所述第一部分的第一數量基本上沿所述發動機缸體的所述橫向方向從所述發動機缸體的第一側面向第二側面橫跨所述發動機缸體。7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個金屬條帶的所述第二部分的至少第二數量從所述發動機缸體的前面向所述發動機缸體的后面基本上橫跨所述發動機缸體的所述縱向方向的整體。8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述多個金屬條帶的所述第二部分的所述第二數量包括沿一個或多個盤軌朝向所述發動機缸體的底側定位的金屬條帶。9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個金屬條帶的第三部分在所述發動機缸體的基本上豎直方向上定位。10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述多個金屬條帶的所述第三部分包括沿一個或多個冷卻劑通道定位的金屬條帶，缸蓋螺栓柱和肋在
\t所述發動機缸體的基本上豎直方向...

【專利技術屬性】
技術研發人員：克利夫特·E·梅基，拉里·迪恩·埃利，凱文·杜蘭德·伯德，里克·L·威廉姆，沃爾弗拉姆·布施豪斯，馬修·約翰·扎魯澤克，
申請(專利權)人：福特環球技術公司，
類型：發明
國別省市：美國;US