CN100460656C - 液冷式内燃机气缸套筒和气缸壳体 - Google Patents

液冷式内燃机气缸套筒和气缸壳体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于液冷式内燃机的气缸套筒(3)，包括气缸套筒凸肩(4)和至少部分为圆柱形的外侧面(28)，还包括在外侧面(28)中成型的并以环形槽(21)的形式构成的冷却槽(7)，所述冷却槽用于冷却气缸套筒凸肩(4)，其中，冷却槽(7)的轮廓线(29)在与气缸套筒凸肩(4)连接的上部区域(30)内，与外侧面(28)邻接的下部区域(31)内和上部-与下部区域(30，31)之间的侧面区域(32)内弯曲。为了避免因制造产生的应力集中造成气缸套筒断裂的后果和保证配合区域(35)中气缸套筒(3)的最佳冷却，使侧面区域(32)具有比下部区域(31)和上部区域(32)大的曲率半径(R2)。

Description

液冷式内燃机气缸套筒和气缸壳体
技术领域
本发明涉及液冷式内燃机用气缸套筒，该套筒具有气缸套筒凸肩和至少一部分为圆柱形的外侧面，并且还具有在外侧面中成型的以环形槽形式构成的冷却槽，所述冷却槽用于冷却气缸套筒凸肩，其中，冷却槽的轮廓线在连接到气缸套筒凸肩上的上部区域内，以及与外侧面邻接的下部区域内和上部-与下部区域之间的侧面区域内弯曲。此外，本发明还涉及用于接受该气缸套筒的气缸壳体。
背景技术
用于冷却气缸套筒凸肩且带有以成型的环形槽形式构成的冷却槽的气缸套筒已经由DE 198 38 746 C2和US 5.596.954 A公开。在此，冷却槽具有基本上为矩形的横截面，轮廓线基本上平行于气缸套筒的侧面，其中，将下部区域-和上部区域内的角倒圆。公知的用于冷却气缸套筒凸肩的冷却槽，是用带有相当小的切削半径的车槽工具从在下部区域-和上部区域中的角区加工而成的。显然，这样做的缺点是，在这些部位上会出现很高的应力集中，在实际运行中，这种高应力集中常常会在高负荷的柴油机中导致气缸套筒断裂。
DE 25 39 478 A介绍了一种用于冷却气缸套筒凸肩的冷却槽，其轮廓线基本上为半圆。特别是在薄壁气缸套筒情况下，当将冷却槽制成起冷却作用的横截面时，将大大削弱套筒的强度。
US 5,402.754 A公开了一种带有通过浅的环绕槽构成冷却槽的气缸套筒，其轮廓线在上部区域-和下部区域内略微弯曲。用于支承在气缸壳体上的气缸套筒凸肩不是设置在气缸顶侧端上，而是设置在曲轴箱侧端的区域内。因此没有出现难于冷却套筒凸肩的问题。
发明内容
本发明的目的在于，避免上述缺点和保证套筒凸肩区域内和进气区域内的最佳冷却，并且将应力集中保持在尽可能小的程度上。
依据本发明，这一目的是通过使侧面区域具有大于下部区域和上部区域的曲率半径而实现的。最好使上部区域和下部区域形成不同的曲率半径。事实表明，如果下部区域的曲率半径为上部区域曲率半径的0.5至1倍，优选为上部区域曲率半径的0.75倍的话，冷却槽成型时可以形成特别低的应力。
在一特别优选的变型实施例中，下部区域中轮廓线的曲率中心处于冷却槽内部，特别是处于轮廓线和外侧面的延长线之间。如果上部区域的曲率半径中心处于气缸套筒外侧面的延长面中远离轮廓线那一侧上的话，气缸套筒凸肩可以达到特别好的冷却效果。
为了将应力集中保持在尽可能小的程度上，在侧面区域具有曲率半径的情况下，优选使其曲率半径为上部区域曲率半径的8倍到15倍之间，最好为11.5倍，这被证明是非常好的。轮廓线因此具有近似椭圆形的形状。
通过椭圆形弯曲的轮廓线可以降低应力集中的技术。本身是公知的AT 3，673 U1公开了一种带有每个气缸由冷却套包围的气缸套筒的气缸壳体。冷却套通过带有椭圆形轮廓线的过渡孔与冷却槽连接。由此可以降低上部区域内的峰值应力。此外，EP 0 182 323 B1公开了一种在冷却套和过渡管路之间的椭圆形弯曲的过渡孔。但是，没有公开轮廓线具有不同弯曲区域的环形冷却槽。
在本发明的另一个实施例中，用于接受上述气缸套筒的气缸壳体包括凸肩，凸肩上带有垂直于气缸轴线构成的用于气缸套筒凸肩的接触区域和用于气缸套筒的圆柱形配合区域，其中，冷却槽至少部分地在具有至少近似相同宽度的高度上构成。在此，最好在接触区域和配合区域之间构成与气缸轴线同心环绕的削角。在此，削角在冷却槽的一部分高度上，最好在大部分高度上，特别是最好在整个高度上延伸。特别有益的是，使削角从断面上观察平行于冷却槽轮廓线的至少一个区域。由此将达到气缸套筒凸肩特别好的冷却效果。在此特别优选的是，使削角在断面上观察平行于上部区域曲率半径和侧面区域曲率半径之间过渡区域中的冷却槽轮廓线的切线。这样可以在削角区域内形成近似恒定的流体断面。为达到最佳冷却，特别优选使削角展开角>0，最好在5°和45°之间，特别是最好与气缸轴线成约15°。为了一方面保证足够的冷却，另一方面使气缸套筒凸肩的接触面不致于太小，优选使圆柱形配合区域的延长线和削角与接触面的切线之间的距离最大为上部区域中轮廓线曲率半径的一半。
附图说明
下面借助附图对本发明进行详细说明。其中：
图1示出气缸壳体的截面图，其带有在第一个变型实施例中依据本发明所述的气缸套筒和
图2示出图1中的细部II，
图3示出第二个变型实施例中的气缸壳体的截面图，
图4示出依据图3中线段IV-IV剖面中的气缸壳体和
图5示出图3中的细部V。
具体实施方式
功能相同的部分在实施例中具有相同的参考标号。
在气缸壳体1的孔2中，置入湿式气缸套筒3。气缸套筒3具有气缸套筒凸肩4。在气缸套筒3和气缸壳体1之间，气缸套筒3构成环形围绕的第一和第二冷却腔5，6以及在气缸套筒3内构成环形槽21形式的冷却槽，该冷却槽用于冷却气缸套筒凸肩4。在气缸壳体1中，侧壁26的区域内形成分配槽8和集流槽9，它们基本上平行于没有进一步示出的曲轴轴线分布。在此集流槽9设置在分配槽8之上，并因此比分配槽8距气缸顶部的连接表面10更近。分配槽8和集流槽9通过隔板11彼此隔开，其中，隔板11构成分配槽8的顶部表面12。
从分配槽8的顶部表面12引出一条基本上呈弯管形弯曲的输送槽13并通入第一冷却腔5。设置在第一冷却腔5下方通过环形间隙14与第一冷却腔5流体连接的第二冷却腔6，通过过渡孔15与分配槽8流体连接。分配槽8，集流槽9，输送槽13和过渡孔15处于包括气缸轴线16的发动机纵向平面17的A侧上。气缸顶部连接表面10在每个气缸的同一A侧上具有至少一个通向集流槽9的排出孔18，用于排出来自气缸顶部的冷却介质。
在与发动机纵向平面17相关的位于对面的B侧上，气缸顶部连接表面10具有溢流孔19，它通过溢流槽20与第一冷却腔5连接。
冷却槽7在与发动机纵向平面17相关的位于分配槽8和集流槽9对面的B侧上，与第一冷却腔5流体连接。在依据图1和2所述的变型实施例中，流体连接通过流入槽22完成。与此相反，图3至5中示出的第二变型实施例中，流体连接通过大致平行于配合区域35内气缸轴线16的槽22a实现。冷却槽7在A侧上通过排出槽23与集流槽9连接。因此，流入槽22和排出槽23与气缸套筒3基本上是径向相关设置。第一冷却腔5中流入槽13的排出孔24和第一冷却腔5中溢流槽20的排出孔25与气缸套筒3基本上是径向相关设置。
排出孔24和排出孔25具有基本上为椭圆形的外形，由此可避免因密封压力造成的机械应力集中。两个孔在第一冷却腔5的整个高度H上延伸。
在分配槽8内输送给各个气缸的冷却剂，每个气缸沿箭头S1表示的方向通过输送槽13流入第一个冷却腔5。同时，少量的流体沿箭头S2所示方向通过过渡孔15流入第二冷却腔6。通过环形间隙14，冷却介质从第二冷却腔6进入第一冷却腔5。冷却介质在第一个和第二冷却腔5，6中环绕气缸套筒3流动，并通过位于对面B侧上的排出孔25进入溢流槽20，由其沿箭头S4所示方向导入溢流孔19进入未进一步示出的气缸顶部。从溢流槽20或从第一冷却腔5分流箭头S5所示的支流，并通过流入槽22(图1和2)或槽22a(图3至5)进入冷却槽7。通过冷却槽7，冷却剂沿着环形槽21环绕气缸套筒凸肩4区域内的气缸套筒3流动，并在集流槽9的方向上沿箭头S6所示方向通过排出孔23离开冷却槽7。
通过溢流孔19沿箭头S4所示方向流入气缸顶部的冷却介质横穿过气缸顶部，然后在位于对面的分配槽8和集流槽9所处的A侧上返回气缸壳体1，其中，冷却介质通过回流孔18沿箭头S7所示方向进入集流槽9。
如图2和5所示在气缸套筒凸肩4和气缸套筒3的外侧面28中的配合区域27之间形成的环绕冷却槽7的环形槽21具有轮廓线29，它由多个不同曲率的轮廓线组成。在连接到气缸套筒凸肩4上的上部区域30内，轮廓线29具有半径R1。在连接到配合区域27上的下部区域31内，轮廓线29具有半径R3。在上部区域30和下部区域31之间，构成侧面区域32，其中轮廓线29具有曲率半径R2。在此，上部区域30内的曲率半径R1大于下部区域31内的曲率半径R3。在实施例中，下部区域31内的曲率半径R3为上部区域30内的曲率半径R1的0.55倍。侧面区域32内的半径R2在实施例中为上部区域30内的半径R1的11.5倍。
在下部区域31中，轮廓线29的曲率半径R3的中心M3处于冷却槽7内，也就是处于轮廓线29和气缸套筒3的外侧面28的延长面28′之间。曲率半径R1的中心M1优选已经处于气缸壳体1中。
气缸体壳体1具有凸肩33，凸肩上带有垂直于气缸轴线的接触面34，该接触面用于接受气缸套筒凸肩4。为了实现冷却槽7均匀的通流，冷却槽至少部分地具有高度相等的宽度B。在气缸壳体1的配合区域35和凸肩33之间的过渡区域中，气缸壳体1具有削角36。削角36也可以在冷却槽7的整个高度C上延伸，如图2和5中虚线所示。在实施例中，削角36在曲率半径R1和曲率半径R2之间的过渡区域38中平行于轮廓线29上的切线37，并与气缸轴线16的平行线16′之间具有角度α>0，例如约为15°。气缸壳体1的圆柱形配合区域35的延长线35′和削角36与接触面34的切线S之间的距离a最大为上部区域30中轮廓线29的曲率半径R1的1/2，在实施例中约为0.8mm。中心点M2参见在接触面34上的投影处于切线S和配合区域35的延长线35′之间。在实施例中，切线S和中心点M2之间的距离b约为0.3mm。冷却槽7的高度用C表示。
通过由多个曲率半径R1、R2、R3组成的轮廓线29能尽可能减少因制造环形槽21造成的应力集中。倒圆形冷却剂流动断面的车削和加工可以由CNC-控制进行。通过削角36一方面使气缸套筒4更容易装入气缸壳体1中，另一方面可保证配合区域35内的气缸套筒凸肩4获得最佳的冷却。

Claims (21)

1.一种用于液冷式内燃机的气缸套筒(3)，包括气缸套筒凸肩(4)和至少部分为圆柱形的外侧面(28)，还包括在外侧面(28)中成型的并以环形槽(21)形式构成的冷却槽(7)，所述冷却槽用于冷却气缸套筒凸肩(4)，其中，冷却槽(7)的轮廓线(29)在与气缸套筒凸肩(4)相连接的上部区域(30)内，与外侧面(28)邻接的下部区域(31)内和上部区域-与下部区域(30，31)之间的侧面区域(32)内弯曲，其特征在于，侧面区域(32)具有大于下部区域(31)和上部区域(30)的曲率半径(R2)。
2.按权利要求1所述的气缸套筒(3)，其特征在于，上部区域(30)的曲率半径(R1)大于下部区域(31)的曲率半径(R3)。
3.按权利要求2所述的气缸套筒(3)，其特征在于，下部区域(31)的曲率半径(R3)等于或大于上部区域(30)中曲率半径(R1)的0.5倍。
4.按权利要求3所述的气缸套筒(3)，其特征在于，下部区域(31)的曲率半径(R3)为上部区域(30)中的曲率半径(R1)的0.75倍。
5.按权利要求1所述的气缸套筒(3)，其特征在于，下部区域(31)中轮廓线(29)的曲率中心(M3)处于冷却槽(7)内。
6.按权利要求5所述的气缸套筒(3)，其特征在于，下部区域(31)中轮廓线(29)的曲率中心(M3)处于轮廓线(29)和外侧面(28)的延长线(28′)之间。
7.按权利要求1所述的气缸套筒(3)，其特征在于，上部区域(30)的曲率半径(R1)的中心(M2)处于外侧面(28)延长线(28′)中远离轮廓线(29)的那一侧上。
8.按权利要求1所述的气缸套筒(3)，其特征在于，侧面区域(32)中的轮廓线(29)具有曲率半径(R3)，它为上部区域(30)曲率半径(R1)的8倍到15倍之间。
9.按权利要求8所述的气缸套筒(3)，其特征在于，所述曲率半径(R3)为上部区域(30)曲率半径(R1)的11.5倍。
10.一种用于接受按权利要求1所述的气缸套筒(3)的气缸壳体(1)，包括与气缸轴线(16)同心构成的凸肩(33)，凸肩上带有与气缸轴线(16)垂直设置的用于气缸套筒凸肩(4)的接触面(34)和连接在凸肩(33)上用于气缸套筒(3)外侧面(28)的圆柱形配合区域(35)，其特征在于，冷却槽(7)至少部分地在具有至少接近相同宽度(B)的高度(C)上构成。
11.按权利要求10所述的气缸壳体(1)，其特征在于，至少在配合区域(35)和接触面(34)之间过渡区中的凸肩(33)区域内，对气缸壳体(1)进行削角。
12.按权利要求11所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)在冷却槽(7)的一部分高度(C)上延伸。
13.按权利要求12所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)在冷却槽(7)的大部分高度(C)上延伸。
14.按权利要求13所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)在冷却槽(7)的整个高度(C)上延伸。
15.按权利要求11所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)与气缸轴线(16)同心构成。
16.按权利要求11所述的气缸壳体(1)，其特征在于，从断面上观察，削角(36)至少平行于冷却槽(7)的轮廓线(29)的一个区域。
17.按权利要求16所述的气缸壳体(1)，其特征在于，从断面上观察削角(36)平行于上部区域(30)之曲率半径(R1)和侧面区域(32)之曲率半径(R2)之间过渡区域(38)中的冷却槽(7)轮廓线(29)的切线(37)。
18.按权利要求11至17之一所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)的展开角(α)>0。
19.按权利要求18所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)的展开角(α)在5°和45°之间。
20.按权利要求19所述的气缸壳体(1)，其特征在于，削角(36)的展开角(α)与气缸轴线(16)的平行线(16′)之间约为15°。
21.按权利要求10至16之一所述的气缸壳体(1)，其特征在于，圆柱形配合区域(35)的延长线(35′)和削角(36)与接触面(34)的切线(S)之间的距离(a)最大为上部区域(30)中轮廓线(29)的曲率半径(R1)的1/2。
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