CN102933827A - 内燃机内的装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机中的装置，包括汽缸（11）、汽缸头（12）、汽缸头密封件（16）和刮环（17）。弹性刮环密封件（23、30）靠近刮环的末端表面（20、21）的其中之一或二者设置，并且把靠近刮环形成的体积从燃烧室中分离出。从燃烧室分离出这些体积防止了在这些体积中不完全燃烧的剩余物的积累。这使得提高发动机效率、降低排放值和延长发动机使用寿命成为可能。

Description

内燃机内的装置

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的内燃机内的装置。

背景技术

活塞发动机类型的内燃机具有一个或多个活塞，在发动机处于运行中时，每个所述活塞在处于汽缸体中的汽缸中往复运动。汽缸的上端由汽缸头封闭，所述汽缸头被构造成使燃烧室形成在每个汽缸中的空间内汽缸头与活塞上侧之间。空气被供应至燃烧室，并且在活塞朝向汽缸头运动时被压缩。在合适的时候，将燃料添加至空气，并且在活塞靠近其在汽缸内的最高位置时所述燃料点燃、燃烧和膨胀，造成活塞在汽缸内被向下推。活塞的运动被传递并且在此后被转换成曲轴的旋转运动。为了高效的燃烧，在活塞的外周缘和汽缸的内侧之间存在良好的密封是重要的。然而，出于制造技术的原因，在活塞的外周缘与汽缸的内侧之间必须存在一定的间隙。这种间隙通过放置在活塞外周缘的沟槽内的活塞环以及通过润滑油来密封。出于各种原因，例如在燃烧室附近所达到的高温，所述沟槽处于略低于活塞上角部的位置。这意味着经过一段时间的使用，环绕活塞上端的周缘被涂覆了所谓的焦炭，所述焦炭呈燃料在燃烧室内燃烧的不完全燃烧剩余产物的形式。这种涂层对发动机的效率和排放值具有不利影响。

一种减小活塞上的焦炭涂层的方案是，在汽缸上端的内侧设置所谓的刮环，所述刮环具有略小于汽缸的内径，造成所述刮环对活塞外周缘进行刮削并且移除形成在活塞上的所述涂层。这种方案参见例如专利公开文献US 6164260。这种刮环有时被称作节约器环（saver ring）。

为了在燃烧过程中的良好效率和在废气中的低排放值，燃烧室的构造是重要的。为了实现希望的结果，所述构造需要满足几个不同的决定因素。一个重要的决定因素是，燃烧室需要被如此构造使得尽可能大比例的所供应燃料在室中被燃烧。为了实现这一点，与燃烧室中心相关联但是处于距所述燃烧室中心一段距离处的体积被最小化是重要的，因为在这些体积中的燃料/空气混合物倾向于不以最佳方式燃烧。在设置有刮环的内燃机中，这些体积不幸增大了，后果不利地影响了效率、排放和发动机使用寿命。因此需要不具有这些缺点的装置。

发明内容

本发明的目的是满足上述需求。这通过根据权利要求1的装置实现。

根据本发明的装置以这样的方式满足上述需求，即刮环密封件分离在刮环的末端与汽缸或汽缸头上的容槽之间的空间。因此以这样的方式减小体积增大，即把用于刮环的容槽从燃烧室内的体积中分离出。

刮环密封件被如此构造，使得刮环密封件在汽缸头被安装以封闭汽缸时被压缩并以此可靠地密封容置刮环的空间的部分。根据刮环、汽缸和汽缸头的构造，刮环密封件可以处于刮环的各轴向末端的其中之一附近或二者附近。

刮环可以处于靠近刮环的各末端的其中之一或二者的位置。本发明的作用取决于多大比例的不希望的体积可以被分离掉。

在本装置的一实施例中，刮环具有基本上不变的内径，并且所述刮环的第一和第二末端分别相对于纵向轴线基本上垂直。刮环另外具有与汽缸中容槽的形状相匹配的外表面。本实施例以这样的方式有利，即处于刮环末端与容槽边缘之间的刮环密封件可以环绕整个汽缸被压缩，并且形成在靠近刮环的容槽中的体积被从构成汽缸燃烧室的空间中分离出。

在本装置的一实施例中，刮环密封件处于靠近刮环第二末端的位置，所述刮环密封件背向汽缸头，所述刮环密封件呈处于刮环的末端与邻近刮环末端的容槽边缘之间的弹性密封环的形式。本实施例造成相对简单的装置，所述装置环绕刮环的整个周边形成良好的密封，从而使得在设置有刮环的发动机中产生的缺点由此被减少。

在本装置的不同实施例中，刮环密封件或各刮环密封件采用弹性纤维材料、弹性金属材料、具有赋予它弹性的形状的金属垫片、或者硬化以形成弹性密封的化学物质的形式。这些不同材料造成这样的刮环密封件，其对位于用于刮环的容槽附近的体积实现良好的密封，并且可以忍受有关于汽缸室中的燃烧以及由于在汽缸室中的燃烧而产生的高温和高压。

在本装置的一实施例中，刮环密封件处于靠近刮环第一末端的位置，所述刮环密封件面向汽缸头，所述刮环密封件呈汽缸头密封件的一体部分的形式。本实施例提供不涉及另外的部件、使本装置更易于制造和装配的优点。汽缸头密封件被如此构造，使得其在刮环面向汽缸头密封件的末端的上方径向向内突出。然而，在所述密封件在配合的过程中被压缩之后，所述汽缸头密封件不应延伸到刮环的内部空心中。

在本装置的一实施例中，刮环密封件和汽缸头密封件由金属材料制成，其靠近所述刮环的第二末端的边缘采用了朝向所述刮环的第二末端倾斜并且赋予所述边缘弹性的形式。倾斜的边缘邻接刮环的末端并且通过其特定性状而具有弹性特征，而不需要弹性材料本身特别有弹性。本实施例以这样的方式特别有利，汽缸头密封件可以由实现希望的密封的材料制成，并且容忍其所暴露于的高温和高压，而并非也需要是弹性的，以便还要用作刮环密封件。

本发明还涉及设置有至少一个根据任意上述实施例的装置的内燃机。

不同的实施例当然可以以各种方式组合。

附图说明

本发明参照附图被更详细地描述如下，其中

图1和图2描绘本发明的第一实施例，

图3描绘本发明的第二实施例，

图4和图5描绘在未安装状态下的刮环密封件的根据图1和图2实施例以及根据图3的实施例的相应截面图。

具体实施方式

附图以截取形式描绘内燃机的选出部分。该装置意图使用在内燃机例如柴油机中，所述内燃机具有一个或多个未描绘的活塞，每个所述活塞在具有纵向轴线A的汽缸中可动，所述汽缸容置在未描绘的发动机缸体中。汽缸有利地采用配合在发动机缸体中特制空间之内的汽缸套的形式。作为替代方式，汽缸可以直接形成在发动机缸体中。汽缸在随后的描述中意味着活塞布置在其内以便可动的空间，而不论汽缸是发动机缸体的一体部分还是意图用于配合在发动机缸体内的汽缸套。

图1和图2描绘根据本发明的装置的第一实施例。汽缸11从未描绘的曲轴箱延伸并且在相反端由汽缸头12封闭。汽缸头12中设有容槽13，所述容槽联同活塞面向汽缸头12的一侧来形成燃烧室，空气和燃料在所述燃烧室中被压缩和燃烧，从而使得活塞由于在爆炸性燃烧过程中发生的膨胀而离开汽缸头12运动向曲轴箱，活塞的运动在所述曲轴箱中被转换成曲轴的旋转运动。

汽缸头设有靠近容槽13的一个或多个气门14，所述气门与气门座15协作来控制对燃烧室的空气供应，以及来把燃烧气体从燃烧室中排出。如果发动机具有两个或更多个汽缸，每个所述汽缸有利地由汽缸头封闭。

为了确保汽缸的封闭是紧密的，在汽缸11和汽缸头12之间放置汽缸头密封件16。汽缸头12通常通过某种螺纹连接固定至发动机缸体。

所谓的刮环17设置在汽缸11面向汽缸头12的末端。刮环17具有不变的内径SR，所述内径略小于汽缸11的内径CR。这意味着刮环17在活塞经过刮环17时将会对活塞未描绘的外周缘进行刮削，于是活塞上的任何涂层都将被刮去。这减少了经过一段时间累积在活塞上的涂层。

刮环17容置在汽缸11中特制的环形容槽18之内，并且环绕靠近汽缸面向汽缸头的末端的汽缸内周缘延伸。刮环的外侧和容槽的构造二者都可以是各种各样的，只要刮环容置并且可以被配合在容槽18中。然而，为了使将刮环配合在容槽18内成为可能，在刮环的外周缘与容槽18之间必须存在一定的间隙。这种间隙如果与燃烧室连通则造成了对燃烧室的燃烧具有不良影响的空间。

本装置目标在于通过相邻于刮环设置的弹性密封件来将这些空间从燃烧室隔离出。

在图1和图2描绘的实施例中，刮环的上端和下端分别关于中心线A基本上垂直。容槽抵靠刮环的下端表面21的边缘表面同样地关于中心线A基本上垂直。弹性密封环23放置在刮环的末端表面21与容槽的边缘表面19之间。刮环的轴向长度（SL）和密封环的轴向长度（TL）的组合轴向长度（SL+TL）在配合之前大于容槽的轴向长度（UL）和汽缸头密封件的轴向长度（CL）的组合轴向长度（UL+CL），从而使得在配合之后抵靠汽缸头12的刮环17压缩密封环23，以实现刮环的末端表面21与容槽的边缘表面19之间的良好密封。在刮环后方的体积V因而被从燃烧室分离出。为促成配合以及为减小弹性密封环可能到达相对于汽缸和刮环的不正确位置的风险，在刮环的末端表面中形成小凹陷24以保持密封环在希望的位置中。容槽的边缘表面也可以设置有沟槽，即便这在图1中未被描绘。

密封环23可以具有不同的截面形状以适应容槽和刮环的相应构造。密封环要么具有等形的截面，要么具有容置在密封环内的空腔。以截面方式描绘在图4中的密封环23的构造设置有这种空腔。这些决定因素可以被用于实现具有希望的弹性的刮环密封件，因为不同的材料要求不同构造的密封环。在替代实施例中，这种弹性可以如此获得，即通过采用了弹性纤维材料、弹性金属材料、具有赋予其弹性的形状的金属垫片、或者硬化以形成弹性密封的化学物质的形式的刮削器环密封件。

本装置的另一实施例描绘在图3中。在这一版本中，刮环密封件30与靠近刮环17的上端20的汽缸头密封件16一体形成。刮环密封件30采用倾斜边缘31的形式，所述倾斜边缘从汽缸头密封件16突出并且朝向刮环的上端20向下延伸，从而使得在刮环、汽缸和倾斜边缘之间的造成的体积V被从燃烧室中分离出。密封环30的这种实施例的截面以未配合的方式描绘在图5中。

汽缸头密封件并不通常具有刮环密封件所需的弹性，但是倾斜边缘31提供了刮环密封件30中希望的弹性。

刮环的轴向长度（SL）和倾斜边缘的轴向长度（TL）的组合轴向长度（SL+TL）在装置配合之前大于容槽的轴向长度（UL）和汽缸头密封件的轴向长度（CL）的组合轴向长度（UL+CL），从而使得汽缸头和刮环在配合之后压缩倾斜边缘31，以实现在刮环的上端、倾斜边缘和靠近刮环上端的体积V之间的良好密封，因此将容槽从邻近的燃烧室中分离出。

描绘在图1和图2中的实施例和描绘在图3中的实施例可以有利地在内燃机中组合以实现最大效果。

本发明基于两个示例性实施例描述如上。然而，本发明并不局限于这些实施例，而是基于所附权利要求书进行限定。可以以不同的方式构造本装置，只要组成部分的内在联系相互对应。

Claims (7)

1.一种内燃机中的装置，所述装置包括至少一个具有纵向轴线（A）的汽缸（11），所述汽缸在一个末端通过汽缸头（12）、处于所述汽缸和所述汽缸头之间的汽缸头密封件（16）、以及刮环（17）被封闭，所述刮环具有第一轴向末端表面（20）和第二轴向末端表面（21）并且被放置在环绕着汽缸汽缸内周缘的容槽（18）中与所述汽缸头密封件相邻，其特征在于，所述刮环（17）的轴向长度（SL）小于所述容槽（18）和所述汽缸头密封件（16）的组合长度（UL+CL），并且存在靠近刮环的轴向末端表面（20、22）的其中之一或二者的弹性刮环密封件（23、30），所述弹性刮环密封件在未配合状态下的轴向长度（TL）是这样的，使得所述密封件的总轴向长度（TL）加上所述刮环（17）的轴向长度（CL）超过了所述容槽（18）和所述汽缸头密封件（16）的组合轴向长度（UL+CL）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刮环（17）具有基本上不变的内径（SR），所述刮环的第一末端表面和第二末端表面（20、21）分别相对于所述纵向轴线（A）基本上垂直并且相对于外表面基本上垂直，并且所述容槽（18）的形状对应于所述刮环（17）的外表面。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述刮环密封件（23）处于靠近所述刮环背向所述汽缸头（12）的末端处，并且采用被放置在所述容槽的边缘表面（19）与所述刮环的第二末端表面（21）之间的弹性密封环（23）的形式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述刮环密封件（23）或各刮环密封件采用了弹性纤维材料、弹性金属材料、具有赋予其弹性的形状的金属垫片、或者硬化以形成弹性密封的化学物质的形式。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述刮环密封件（30）处于靠近所述刮环（17）面向所述汽缸头（12）的第一末端表面（20）处，并且采用了所述汽缸头密封件（16）的一体部分的形式。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述刮环密封件（30）和所述汽缸头密封件（16）由金属材料制成，其靠近所述刮环的第一末端（20）的边缘（31）采用了朝向所述刮环的第一末端表面（30）倾斜并且赋予所述边缘弹性的形式。

7.一种内燃机，所述内燃机包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的装置。

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