CN101981299B - 具有焊接式活塞刮器的用于内燃机的动力组件 - Google Patents

具有焊接式活塞刮器的用于内燃机的动力组件 Download PDF

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Abstract

用于内燃机的动力组件包括容纳在气缸内的活塞，其中气缸具有焊接的气缸盖，并且气缸还包括利用公共焊缝焊接到气缸盖以及气缸的整体式活塞刮器。

Description

具有焊接式活塞刮器的用于内燃机的动力组件
技术领域
本公开涉及往复式内燃机，更具体地涉及活塞结构和与活塞相关的装置。
背景技术
内燃机，特别是柴油机或其它压燃式内燃机，经常以具有差别很大的成分的燃料进行操作。不幸地，一些燃料，诸如船用柴油(MDO)，或植物油，或其它重质燃料，产生粘附到活塞的端环槽脊(top land)的过多积碳。这种积碳，如果足够厚，将在气缸的内孔上摩擦，磨光内孔并且移除交叉形成的珩磨(honing)标记，其对于充分的活塞环润滑的提供是必要的。如果活塞环没有被适当地润滑，则将发生过度的活塞环和内孔磨损，从而导致增加的窜漏。此外，发动机将不能正确运转，这是因为在气缸中将不能建立足够的压力。这种有害的沉积物的积聚甚至在以更轻的蒸馏燃料诸如2号柴油进行操作的柴油发动机上观察到，并且这个问题由于以更高的温度和压力为特征的更加现代的燃烧系统而变得恶化。
将希望提供用于特别在具有焊接式气缸盖的发动机中从活塞的端环槽脊刮碳的坚固的、节省成本的装置。
发明内容
根据本发明的方面，用于内燃机的动力组件包括具有限定第一内径的环形壁的气缸，以及往复地容纳在气缸内的活塞。气缸盖附连到气缸的端部。整体式活塞刮器(scraper)焊接到气缸盖和气缸中的至少一个(即，它附连到气缸盖和/或气缸)。活塞刮器限定小于第一内径的第二内径。
根据本发明的另一个方面，活塞刮器焊接到气缸和气缸盖两者。换言之，气缸、气缸盖和活塞刮器全部由在一个实施例中限制气缸的外围的公共焊缝连接。
根据本发明的另一个方面，活塞刮器包括容纳在由气缸盖和气缸限定的沉孔中的圆柱形套筒，其中刮器与活塞的端环槽脊进行紧密的间隙配合，以便当活塞运动进入气缸的上部时，沉积物将从活塞的端环槽脊剪切和移除。(因此，“紧密的间隙配合”意指配合足够紧密以便刮器从活塞的端环槽脊移除沉积物)。
本发明的另一个实施例涉及用于制造内燃机动力组件的方法。该方法包括对气缸的上部进行扩孔，并且对气缸盖的下部进行扩孔，以便一旦气缸盖安装到气缸，形成在气缸盖中的沉孔和形成在气缸中的沉孔是邻接的。然后，圆柱形套筒放置在气缸或气缸盖的扩孔部分内，并且气缸盖放置为接触气缸。刮器套筒然后焊接到气缸和气缸盖。焊件接近气缸盖和气缸之间的分型线。一旦气缸盖、活塞、刮器套筒以及气缸被焊接，例如通过钻孔操作可对连接全部三个构件的焊缝的内部进行精加工。
通过使用上文描述的动力组件的实施例，发动机可以以产生大量沉积物的重质燃料可靠地进行操作，而不存在其它类型的活塞和气缸组合所经历的过度的活塞环和气缸内孔磨损的问题。进一步，缝隙容积在气缸和燃烧室内减小，这有助于某些废气排放组分的减少。此外，这种发动机的维护费用将由于不需要拆卸发动机以从发动机气缸和活塞的上部移除积碳而减少。
附图说明
上文简要描述的本发明的更具体的描述将参考在附图中示出的本发明的特定实施例提供。应理解的是，这些附图仅描述本发明的典型实施例并且因此不被认为限制其范围，本发明的示例性实施例通过附图的使用将利用附加的特性和细节进行描述和解释，在附图中：
图1是根据本发明的方面的具有活塞沉积物刮器的发动机的截面图；
图2示出根据本发明的方面的具有活塞沉积物刮器的发动机气缸局部放大的截面图；以及
图3是示出根据本发明的方面的方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，发动机10具有带有环形壁18的气缸14。活塞22往复地容纳在气缸14内。活塞22具有端环槽脊26。多个活塞环28位于活塞的端环槽脊26下方。
活塞22通过连杆34和肘销30附连到曲轴38。传统的提升阀44分别操纵空气和废气从发动机气缸14进入和排出。燃料喷射器43喷射燃料(或燃料/空气混合物)进入燃烧室49。本领域技术人员将理解的是，鉴于本公开，阀门装置的具体类型以及喷射器的使用，不管是气缸内置式还是端口内置式，不约束本发明。类似地，本发明不仅可与示出的压燃式发动机一起采用，而且可与点燃式内燃机一起采用。
图1还示出气缸盖46和整体式无隙活塞刮器50，其容纳在由形成在气缸盖46和气缸14中的单独沉孔限定的沉孔中。(活塞刮器50容纳在其中的沉孔的特征可为由气缸中的第一沉孔和形成在气缸盖中的第二、分开的沉孔形成的组合沉孔)。活塞刮器50还可称为抗磨环、刮碳器、刮碳器环、碳切削环、火焰环、火环或刮器环。在任何情况下，环50认为是“无隙的”，这是因为环50构造成连续的环，其不具有通常在发动机动力组件环例如活塞环上发现的不连续的间隙。
图2示出关于活塞刮器50的进一步的细节，该活塞刮器50构造成容纳在由气缸盖46和气缸14限定的沉孔中的圆柱形套筒。因此，观察到气缸14具有第一沉孔70，而气缸盖46具有第二、分开的沉孔74。活塞刮器50装在由单独的沉孔70和74限定的组合沉孔内。图2的分型线76通常限定未焊接区域，在未焊接区域中气缸盖46、气缸14和活塞刮器50将连接成为单个组件。分型线76因此视为划分气缸盖46的下部以及气缸14的上部。作为可选方案，活塞刮器50可容纳在形成在气缸14中的单个沉孔70中。
图2还示出焊缝78，其不仅连接气缸盖46和气缸14，而且连接活塞刮器50。一旦焊缝78形成在气缸14、刮器50和气缸盖46的整个外围的周围，刮器50将不仅由形成在气缸盖46和气缸14中的沉孔，而且由焊缝78本身确定地保持。这确保刮器50将不会在气缸14内磨损或移动。从图2注意到，焊缝78可贯穿气缸盖46、气缸14和刮器50的整体。本领域技术人员将理解的是，鉴于本公开，多于一种类型的焊接工艺可用于放置焊缝78。这些包括电子束焊接、气体保护金属极电弧焊接、气体保护钨极电弧焊接以及其它工艺。
气缸14的直径D(1)(图2)在尺寸方面构造成接收端环槽脊26下方的活塞22的部分。直径D(2)小于直径D(1)并且在尺寸方面构造成与端环槽脊26进行紧密的间隙配合。因为活塞刮器50在端环槽脊26上是紧密的间隙配合，所以当活塞22运动到上止点或气缸14的上部时，刮器50将使沉积物从端环槽脊或上面的槽脊26剪切或物理地移除。气缸14的这个上部在气缸14的所谓的环反转区域(ring reversalregion)上方延伸，活塞环28在该环反转区域上滑动，即，环反转区域由活塞环28的行程的上限限定。
活塞刮器50具有安装高度H(1)(图2)，其近似于端环槽脊26的高度。如此，当活塞22在气缸14内往复时，活塞刮器50将从端环槽脊26的整体擦掉沉积物。
在示出的实施例中，根据图3所示的方法，更通常地其特征可为用于制造发动机动力组件的方法，活塞刮器50安装在发动机内。在方框100处以开始指令开始，气缸14在方框104处进行扩孔以构造沉孔70。然后，在方框108处，沉孔74形成在气缸盖46中。在方框112处，刮器套筒50安装在沉孔70和74中，并且然后在方框116处，焊缝78施加在气缸盖46和气缸14之间的分型线76的整体的周围。从图2再次注意，在这个实施例中焊缝78是基本连续的，意指公共焊缝限制气缸14的外围并且将气缸盖46、气缸14和刮器环50三者全部连接在一起。
一旦焊接操作在方框116处结束，该方法在方框120处继续进行焊缝78的内部的精加工。这可通过由珩磨操作跟随的对气缸进行钻孔完成。然而，本领域技术人员将理解的是，鉴于本公开，存在用于对气缸14的内表面18以及气缸盖46和刮器套筒50的邻接表面进行精加工的许多方式。实际上，在方框120处的工艺步骤对于某些焊接工艺可能不会引起足以要求焊接后操作的刮器套筒的内表面的破坏的程度是可选择的。无论如何，一旦精加工(如果存在的话)结束，该方法在方框124处停止。
本文描述的任何实施例可与具有焊接的气缸盖的发动机一起使用。
根据相关的法律标准描述前述的发明，因此，该描述本质上是示例性的而不是限制性的。对公开的实施例的变更和改变对于本领域技术人员可变得显而易见并且可落在本发明的范围内。因此，提供给本发明的法律保护的范围仅可通过研究权利要求确定。

Claims (22)

1.一种用于内燃机的动力组件，包括：
具有限定第一内径的内部环形壁的气缸；
往复地容纳在所述气缸内的活塞；
附连到所述气缸的端部的气缸盖；以及
焊接到所述气缸盖和所述气缸两者的整体式活塞刮器，其中，所述活塞刮器限定小于所述第一内径的第二内径，所述第二内径在尺寸方面构造成与所述活塞的端环槽脊进行紧密的间隙配合。
2.根据权利要求1所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器、所述气缸和所述气缸盖全部由限制所述气缸的外围的公共焊缝连接。
3.根据权利要求1所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器、所述气缸和所述气缸盖全部在接近所述气缸和所述气缸盖之间的分型线的位置处、由限制所述气缸的外围的公共焊缝连接。
4.根据权利要求2所述的动力组件，其特征在于，所述焊缝包围所述气缸的所述内部环形壁的部分。
5.根据权利要求1所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器包括容纳在由所述气缸盖和所述气缸限定的沉孔中的圆柱形套筒，由此，当所述活塞运动到所述气缸的上部时，沉积物将通过剪切作用从所述活塞的端环槽脊移除。
6.根据权利要求5所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器安装在接近所述气缸的上部的位置。
7.根据权利要求5所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器安装在所述气缸的环反转区域上方的位置。
8.根据权利要求1所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器包括容纳在由所述气缸盖和所述气缸限定的沉孔中的圆柱形套筒，其中，所述活塞刮器利用单个基本连续的焊缝焊接到所述气缸和所述气缸盖。
9.根据权利要求8所述的动力组件，其特征在于，所述圆柱形套筒是无隙的。
10.根据权利要求1所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器包括容纳在由所述气缸限定的沉孔中的圆柱形套筒，其中，所述活塞刮器利用单个基本连续的焊缝焊接到所述气缸和所述气缸盖。
11.一种用于在内燃机动力组件的上部处提供活塞沉积物刮器的方法，包括：
对气缸的上部进行扩孔；
对气缸盖的下部进行扩孔，由此，形成在所述气缸盖中的扩孔和形成在所述气缸中的扩孔是邻接的；
将圆柱形刮器套筒放置在所述气缸和所述气缸盖的扩孔部分中；
将所述气缸盖放置为接触所述气缸；以及
将所述刮器套筒焊接到所述气缸和所述气缸盖，其中，所述刮器套筒的内径在尺寸方面构造成与所述活塞的端环槽脊进行紧密的间隙配合，并且小于所述气缸的内部环形壁的内径。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述刮器套筒在接近所述气缸盖和所述气缸之间的分型线的位置处焊接到所述气缸盖和所述气缸。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括对将所述刮器套筒连接到所述气缸盖和所述气缸的焊缝的内部进行精加工。
14.一种用于内燃机的动力组件，包括：
具有限定第一内径的内部环形壁的气缸；
往复地容纳在所述气缸内的活塞，其中，所述活塞具有端环槽脊；
附连到所述气缸的端部的气缸盖；
整体式圆柱形刮器套筒，其安装在由形成在所述气缸和所述气缸盖中的分开的沉孔限定的沉孔内，其中，所述刮器套筒的内径在尺寸方面构造成与所述活塞的端环槽脊进行紧密的间隙配合，并且小于所述第一内径；以及
限制所述气缸的外围的公共焊缝，其中，所述焊缝将所述刮器套筒连接到所述气缸盖和所述气缸两者。
15.根据权利要求14所述的动力组件，其特征在于，所述刮器套筒的内径略大于所述活塞的所述端环槽脊的外径。
16.根据权利要求14所述的动力组件，其特征在于，所述公共焊缝是连续的。
17.根据权利要求14所述的动力组件，其特征在于，所述刮器套筒是无隙的。
18.一种用于内燃机的动力组件，包括：
具有限定第一内径的内部环形壁的气缸；
往复地容纳在所述气缸内的活塞；
附连到所述气缸的端部的气缸盖；以及
焊接到所述气缸盖和所述气缸两者的整体式活塞刮器，其中，所述活塞刮器限定小于所述第一内径的第二内径。
19.根据权利要求18所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器、所述气缸盖和所述气缸连接成为单个组件。
20.一种用于内燃机的动力组件，包括：
具有限定第一内径的内部环形壁的气缸；
往复地容纳在所述气缸内的活塞，其中，所述活塞具有端环槽脊；
附连到所述气缸的端部的气缸盖；
整体式圆柱形刮器套筒，其安装在由形成在所述气缸和所述气缸盖中的分开的沉孔限定的沉孔内，其中，所述刮器套筒焊接到所述气缸盖和所述气缸两者，其中，所述刮器套筒限定小于所述第一内径的第二内径。
21.一种用于内燃机的动力组件，包括：
具有限定第一内径的内部环形壁的气缸；
往复地容纳在所述气缸内的活塞；
附连到所述气缸的端部的气缸盖；以及
焊接到所述气缸盖和所述气缸两者的无隙活塞刮器，其中，所述活塞刮器限定小于所述第一内径的第二内径。
22.根据权利要求21所述的动力组件，其特征在于，所述活塞刮器、所述气缸盖和所述气缸连接成为单个组件。
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