CN104937248A - 发动机气缸中部限位器 - Google Patents

Abstract

根据一个实施方案，内燃发动机包括气缸和衬套。该气缸包括形成在气缸的侧壁内的中部限位器。该中部限位器包括第一接触表面和在第一接触表面和侧壁之间的底部沟槽。该衬套定位在气缸内，并包括具有第二接触表面的座。第二接触表面支撑在第一接触表面上。

Description

发动机气缸中部限位器

技术领域

本公开涉及内燃发动机，更具体地，涉及用于支撑气缸衬套的气缸中部限位器(mid-stop)。

背景

在内燃发动机的设计中，结合可更换的气缸衬套为这种发动机的制造商和用户提供了许多优点。例如，在发动机的大修期间，可更换的衬套可以很容易地移除和更换。此外，气缸衬套消除了在制造过程中如果气缸的内表面被不正确地加工而报废整个发动机缸体的必然性。在使用过程期间,为了协助保持气缸内的衬套处在适当的位置，一些常规的衬套和气缸构造使用了在衬套内形成的座安置在其上的限位器(例如，顶部限位器、中部限位器、底部限位器)。

尽管有上述以及其它优点，许多问题伴随着可更换的气缸衬套的使用而出现，如由发动机制造商以前使用的大量的各种气缸和衬套设计所例证的。尽管每个先前已知的衬套设计可具有明显的优点，但没有一个设计似乎是最佳的或没有问题和缺点的。

例如，带有气缸中位限位器和衬套座构造的常规的发动机系统具有若干缺点。例如，在发动机的操作期间在气缸中部限位器和衬套座界面处可经历显著的气缸和衬套变形。

气缸和衬套的变形在界面处在中部限位器和座之间会引起气缸和衬套之间的相对运动，这在中部限位器及座上会导致过度磨损。过度磨损可以消极地影响发动机的性能，并且在某些情况下，需要更换整个发动机缸体。一些常规的发动机系统在上部限位器和衬套座之间放置环形垫片，以减少上部限位器和座之间的磨损。然而，具有中部限位器构造的常规的发动机系统没有使用环形垫片。此外，对于在衬套和气缸之间的确使用了垫片的那些发动机系统，该垫片会难以安装并且在组装过程期间难以与衬套对齐。这样的垫片通常是在发动机的原始装配后安装，例如在发动机修理或修复过程中安装。由于这个原因，大多数垫片不能很好地适合于在发动机的原始组装期间安装。

此外，气缸和衬套的变形可能引起衬套突入气缸空腔内。衬套的突入气缸内可能造成衬套碰撞活塞，从而造成活塞的磨损和变形。

发明内容

响应于本领域的目前状态,已经开发了本申请的主题，并且特别地，响应于常规发动机气缸和衬套的通过目前可用的发动机构造尚未充分解决的问题和需求。例如，常规的发动机系统通过使用安装困难的垫片或定位在气缸和衬套座之间在顶部限位器界面上的垫片，通过简单地解决气缸和衬套座之间的这些相对运动的症状(例如，磨损),试图掩盖气缸和衬套座之间的相对运动。而且，没有一种常规的发动机系统试图解决相对运动的根本原因。换言之，一些常规的发动机系统没有配置成通过阻止其间的相对运动来减少中部限位器和衬套座之间的磨损。本质上，一些现有技术的发动机系统承认中部限位器和衬套座之间的相对运动是不可避免的，然而不能提供合适的措施以解释这样的相对运动。防止相对运动的症状大多数的尝试(例如，结合垫片)增加了发动机系统的制造复杂性和成本。其它现有技术的发动机系统仅着重于防止相对运动的症状，而不是防止相对运动本身。

因此，本申请的主题已经开发以提供发动机气缸，该发动机气缸克服了现有技术的许多缺点。通常，在一些实施方案中，垫片定位在中部限位器和座界面之间，以减少磨损。在某些实施方案中，垫片被希望用以降低制造的复杂性，并在装配期间确保适当的对齐。根据其它实施方案，气缸中部限位器是专门设计用以限制中部限位器和衬套座之间的相对运动。因此，与一些现有技术的气缸和衬套组件相反，本公开的主题通过使用各种垫片设计和布置，以及通过解决相对运动的根本原因,降低了中部限位器和衬套座之间的磨损。以这种方式，减少了中部限位器和衬套座之间的相对磨损和运动,没有不必要地增加发动机的制造复杂性和成本。

根据一个实施方案，内燃发动机包括汽缸和衬套。气缸包括形成在气缸的侧壁内的中部限位器。中部限位器包括第一接触表面和位于第一接触表面和侧壁之间的底部沟槽(undercut)。衬套定位在气缸内并且包括具有第二接触表面的座。第二接触面支撑在第一接触表面上。

在发动机的一些实施方式中，气缸界定了中心轴线,并且第一接触表面大体上垂直于中心轴线。底部沟槽能够远离第一接触表面向下地延伸。在某些实施方式中，中部限位器包括中部限位区域和底部沟槽,该中部限位区域界定了第一接触表面,底部沟槽界定了中部限位区域和侧壁之间的空间。中部限位区域在承受操作负载荷时沿径向向外的方向朝向侧壁可以是可变形的。

根据发动机的某些实施方式，底部沟槽包括环形槽。底部沟槽能够从侧壁径向向内地定位。当承受操作载荷时，第一接触表面和第二接触表面能够沿径向向外的方向朝向侧壁移动。当承受操作载荷时，底部沟槽能够有助于第一接触表面和第二接触表面的共同运动。

在另一个实施方案中，内燃发动机的气缸包括通道，该通道从顶端至底端延伸。该通道由一个侧壁界定。气缸还包括环形的中部限位区域，该中部限位区域绕通道的周界延伸。另外，气缸包括环形的底部沟槽，该环形的底部沟槽绕通道的周界在环形的中部限位区域和侧壁之间延伸。

根据气缸的一些实施方式，环形的中部限位区域界定了接触表面，该接触表面相对于通道的中心轴线大体上垂直地延伸。环形的底部沟槽能够界定中部限位区域和侧壁之间的空间。环形的中部限位区域可以配置成用于在操作载荷下沿径向向外的方向朝向侧壁变形并移动进入该空间。

在气缸的某些实施方式中，环形的底部沟槽包括环形槽，该环形槽垂直地伸入中部限位区域。环形的底部沟槽可包括凹的表面。在一些实施方式中，环形的中部限位区域的第一宽度和环形的底部沟槽的第二宽度的比在约为0.20和约为0.5之间。环形的底部沟槽的深度可以大于通道在环形的底部沟槽上方的高度的约2％。在一些实施方式中，环形的底部沟槽具有大体半圆形的表面。

在又一实施方案中，公开了一种用于减小内燃发动机内的磨损的方法，内燃发动机具有气缸和支撑在气缸内的气缸衬套。该方法包括在气缸内设置中部限位器,中部限位器包括中部限位区域以及定位在中部限位区域和气缸的侧壁之间的底部沟槽。此外，该方法包括在气缸衬套上设置座,并将座定位在中部限位区域上。该方法还包括沿径向向外的方向朝向气缸的侧壁移动中部限位区域和座。

根据一些实施方式，该方法还包括把压缩载荷和横向载荷施加到中部限位区域和座。在施加压缩载荷和横向载荷期间,沿径向向外的方向朝向气缸的侧壁能够发生移动中部限位区域和座。此外，该方法可以包括从中部限位区域和座释放压缩载荷和横向载荷。此外，该方法可以包括在释放压缩载荷和横向载荷期间,沿径向向内的方向远离气缸的侧壁移动中部限位区域和座。

所描述的本公开的主题的特征、结构、优点和/或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施方案和/或实施方式中结合。在以下的描述中，提供了许多具体细节，以给予对本公开的主题的实施方案的透彻理解。相关领域的技术人员应认识到，本公开的主题可以在没有特定的实施方案或实施方式的一个或多个具体特征、细节、组件、材料和/或方法的情况下实施。在其它实例中，在某些实施方案和/或实施方式中可以认识到另外的特征和优点，该另外的特征和优点可能没有出现在所有实施方案或实施方式中。此外，在一些实例中，没有示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊本公开的主题的方面。本公开的主题的特征和优点根据下面的描述和所附的权利要求将变得更加明显，或者可以通过按如下说明的实践本主题来获知。

附图说明

为了使本主题的优点可以更容易地理解，将通过参考示出在附图中的具体实施方案提供上面简要描述的主题的更具体的描述。理解的是，这些附图仅描绘本主题的代表性实施方案，并且因此不被认为是限制它的范围，通过使用附图将以另外的具体说明和细节来描述本主题，在附图中：

图1是具有根据一个实施方案的气缸和气缸衬套的发动机系统的剖视侧视图；

图2是根据图1中的细节A的中部限位器和座界面的详细的剖视侧视图；

图3是根据一个实施方案的处于压缩载荷和横向载荷下的中部限位器和座界面的剖视侧视图；

图4是根据一个实施方案的气缸中部限位器的剖视侧视图；

图5是根据一个实施方案的具有定位在中部限位器和座之间的垫片的中部限位器和座界面的剖视侧视图；

图6是根据一个实施方案的垫片的仰视透视图；

图7是根据一个实施方案的联接到气缸衬套的图6的垫片的仰视透视图；以及

图8是根据一个实施方案的具有定位在中部限位器和座之间的图6的垫片的中部限位器和座界面的剖视侧视图。

详细描述

贯穿本说明书中对“一个(one)实施方案”、“一个(an)实施方案”或类似语言的引用意味着结合该实施方案描述的特定的特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。贯穿本说明书中短语“在一个(one)实施方案中”、“在一个(an)实施方案中”以及类似语言的出现可以，但不一定都指的是同一实施方案。同样，术语“实施方式”的使用意味着具有与本公开的一个或多个实施方案结合描述的特定的特征、结构或特性的实施方式，然而，没有明确的相关性作相反指示，一个实施方式可以与一个或多个实施方案相关联。

参考图1，根据一个实施方案，发动机10包括具有气缸13的发动机缸体12。气缸13形成在发动机缸体12内，并包括径向的内侧壁或内表面，内侧壁或内表面界定了接纳空间的衬套。如本文所界定的，径向方向或径向指向与垂直于气缸13的中心轴线95的方向相关联，气缸13与活塞21同轴。另外，气缸13包括形成在内壁中的中部限位器或壳42。中部限位器42绕气缸13周向地延伸,并且将气缸分隔成在中部限位器上方的上部部分和在中部限位器下方的下部部分。中部限位器42也将内壁分隔成上部内壁14A和下部内壁14B。上部部分具有比下部部分大的直径。此外，中部限位器42被界定为中部限位器，因为它在气缸13内远离气缸13的顶部15(例如，上部开口)定位。中部限位器42形成中部限位器和衬套界面40的部分，衬套界面被界定为在中部限位器42和气缸衬套26的座44之间的物理界面。

气缸衬套26以一定的尺寸制作并成形为可嵌套地与气缸13配合。因此，气缸衬套26包括具有径向的外壁或外表面29的大体圆柱形的管,径向的外壁或外表面29大体匹配气缸13的径向的内壁14A、14B。此外，衬套26的座44绕衬套周向地延伸。座44靠在中部限位器42上并由中部限位器42支撑。因此，中部限位器42和座44各包括配合表面。例如，如图2所示，中部限位器42包括第一接触表面60，并且座44包括第二接触表面62。第一接触表面60与第二接触表面62在其内接触的区域可界定为接触区域。为了方便示出本主题的细节，图2中所示的接触区域显示为在接触表面60、62之间的间隙。在实践中，接触表面60、62在发动机10的操作期间会彼此接触。

第一接触表面60和第二接触表面62中的每一个大体上是平的，并界定了大体上垂直于气缸13的中心轴线95的平面。因此，第一接触表面60相对于气缸13的至少靠近接触区域的内壁14A、14B大体上垂直地延伸。同样地，第二接触表面62相对于衬套26的内壁27和外壁29在一些位置处大体垂直地延伸。气缸13的界定第一接触表面60的部分在本文中被界定为中部限位区域81，并且衬套26的界定第二接触面62的部分在本文中被界定为座区域83。中部限位区域81包括气缸13的沿径向向外的方向与第一接触表面60直接相邻(例如，下部)的部分，但中部限位区域(和第一接触表面)通过将在下面更详细的说明的底部沟槽64与气缸13的上部内壁14A径向向内地间隔开。实际上，中部限位区域81的径向向外的部分通过底部沟槽64界定。座区域83包括衬套26的沿径向向外的方向直接与第二接触表面62相邻的部分。如本文所使用的，径向向内和径向向外参照了气缸13的中心轴线95。

当座44支撑在中部限位器42上时，气缸衬套26的顶端29向上延伸刚好超出气缸13的顶部15。尽管未示出，气缸盖密封垫片和气缸盖在发动机10的装配期间通过多个紧固件在气缸的顶上安装到发动机缸体12。当气缸盖抵靠发动机缸体12被紧固时，气缸盖接触气缸衬套26并把压缩载荷50施加至气缸衬套26。气缸衬套26上的压缩载荷50通过中部限位器和座28之间的接合转移到施加到中部限位器42的相应的拉伸载荷。因此，座44被预加载为抵靠中部限位器42处于压缩状态，并且中部限位器42经由通过汽缸盖施加到衬套26上的压缩载荷50，被预加载为处于张力状态。

气缸衬套26的径向内壁或内表面27界定了通道16，沿着通道16活塞21在发动机10的操作期间线性地行进。气缸衬套26的通道16的在活塞21上方的部分可以被界定为气缸13的燃烧室。通道16是圆柱形的，并且以一定尺寸制作成大体上匹配(例如，比过盈配合略小)活塞21的外表面。燃料和空气在燃烧室内燃烧，燃烧能量或力52抵靠界定燃烧室的壁向外辐射。燃烧能量52的一部分抵靠衬垫26施加横向荷载或力。燃烧能量52的另一部分抵靠活塞21施加向下指向的载荷，该载荷驱动通道16内的活塞21向下运动。

当活塞21被向下驱动时，活塞通过连杆32如方向箭头56所指示地旋转曲轴36。连杆32在第一端30处可旋转地联接到活塞21，并且在与第一端相对的第二端32处可旋转地联接到曲轴36的平衡块34。曲轴36的旋转能量或动量通过平衡块34有助于沿着通道16向上驱动活塞21。在到达上死点(TDC)位置(例如，在活塞行程的顶部)之后，随着活塞21从沿向上的方向行进返回至沿向下的方向行进而转换，连杆22的初始角驱动活塞进入衬套26的止推端(thrust side)。活塞21的侧向载荷以这种方式抵靠衬套26的内壁27并且从而对气缸13的内壁14A、14B给予横向或侧向力54。

基于上述情况，在发动机10操作期间，轴向(例如，压缩或拉伸)载荷以及横向(例如，侧向或剪切)载荷抵靠中部限位器42和座44的界面44被施加。变化的轴向载荷和横向载荷可以被界定为操作载荷。此外，热载荷影响界面44上的轴向载荷和横向载荷。作用在界面44上的轴向载荷和横向载荷中的每一个不同地影响中部限位器42和座44的变形和相对运动。例如，如图3中以虚线所示，因为座区域83上不存在径向向外的约束，作用在衬套26上的压缩载荷72使衬套的座区域83变形、压扁或远离气缸的中心轴线95径向向外突出。座区域83的径向向外的变形也导致了接触表面62沿径向向外的方向78的微动。通过活塞21作用在衬套26上的横向载荷73趋向于径向向外使衬套弯曲，这造成了座区域83的径向向外的变形以及接触表面62沿径向向外的方向78的微动。

在第一接触表面60处作用在中部限位器42上的压缩载荷70也可能引起中部限位区域81的变形和相对运动。除了来自气缸盖的组件的载荷，压缩载荷70也可以包括由因横向载荷73使衬套26向外弯曲引起的压缩载荷。由于衬套26在上方轴向受气缸盖约束，在下方轴向受中部限位器42约束，向外的弯曲把压缩载荷诱导到中部限位器上。现有技术的气缸构造包括中部限位器80，中部限位器80具有直接联接到气缸的径向内壁上的接触表面(见图2)。由于接触表面直接联接到内壁上，即气缸的内壁，该壁提供了径向向外的约束，从而防止在径向向外的方向上的变形。因此，当施加到常规的中部限位器80的接触表面上时，压缩载荷70在中部限位器中接近圆筒的内壁引起拉伸载荷74，该拉伸载荷74远离内壁被引导。拉伸载荷导致常规的中部限位器80轴向向下远离衬套座变形，并且也导致中部限位器径向向内远离内壁微动。

因此，对于现有技术的中部限位器80，压缩载荷70、72、横向载荷73和拉伸载荷74导致了中部限位器80的第一接触表面和座的第二接触表面的相对微动。更具体地，施加到常规的中部限位器和座的界面上的载荷导致了中部限位器的接触表面径向向内移动，和座的接触表面径向向外移动。接触表面的相对运动增大了气缸中部限位器和衬套座的显著磨损。

此外，虽然一些施加的载荷，例如由气缸盖安装到发动机缸体12产生的压缩负荷是相对恒定的，其它载荷就大小而言是不断变化的，其在发动机的操作期间可以改变或交替变化。例如，在发动机燃烧循环期间，活塞在通道16内通过各个位置循环运动时，界面44上的压缩载荷和横向载荷也在变化的幅度之间循环。此外，在操作期间当系统内的热负荷变化时，压缩载荷和横向载荷可能会波动。对于常规的系统，这种交变载荷会引起气缸中部限位器和衬套座的接触表面的重复运动，这加剧了中部限位器和衬套座的相对磨损。只要中部限位器和衬套座的接触表面经历相对运动，中部限位器和衬套座将会发生显著的磨损。

为了降低并且在某些情况下防止中部限位器42和座44的各自的接触表面60、62之间相对运动，从而降低发动机10操作期间中部限位器和座的磨损，中部限位器包括底部沟槽64。底部沟槽64定位在中部限位器42的接触表面60和气缸13的上部内壁14A之间。如图2中所示，参考不具有底部沟槽的现有中部限位器设计80，底部沟槽64相对于气缸13的中心轴线95和接触表面60轴向向下延伸。因此，底部沟槽64在接触表面60下方延伸，这允许中部限位区域81的一部分对由底部沟槽界定的空间是开放的，并面对上部内壁14A。

压缩载荷和侧向载荷的施加导致了中部限位器42的变形和移动，该中部限位器42不同于现有技术的中部限位器。例如，由于底部沟槽64是开放的或朝向内壁14A，内壁没有以与现有技术的中部限位器80相同的方式径向向外约束中部限位区域81。因此，在无壁的径向向外的约束时，施加到中部限位器42的压缩载荷70以与座区域83大体上相同的方式导致了气缸13的中部限位区域81变形、压扁或远离气缸的中心轴线95径向向外突出(例如，见图3中以虚线所示的)。另外，中部限位区域81的径向向外的变形也导致了接触表面60在径向向外的方向76上的微动。中部限位区域81的运动的径向向外的方向76与座区域81的运动的径向向外的方向78相同。换言之，中部限位区域81和座区域83在相同载荷下沿相同的方向运动。此外，底部沟槽64和中部限位区域81的构造(例如，尺寸和形状)选择成使得运动速度大约相同。由于中部限位区域81和座区域83的运动方向和运动速度大体上相同，中部限位区域和座区域未经历实质上的相对运动。因此，没有实质上的相对运动，经由座区域83的中部限位区域81的磨损以及经由中部限位区域的座区域的磨损显著减小，并且在一些应用中被消除。基于前述内容，底部沟槽64的引入没有阻止中部限位区域81和座区域83的微动，而是底部沟槽减小甚至阻止了中部限位区域和座区域之间的相对运动。

发动机10操作期间经历的交变载荷不会影响通过使用底部沟槽64限制中部限位区域81和座区域83之间的相对运动的益处。如以上所已经描述的，由于某些压缩载荷和横向载荷施加到中部限位区域81和座区域83，这些区域相应地突出并径向向外运动。当压缩载荷和横向载荷被释放时，中部限位区域81和座区域83以近似相同的方向并以近似相同的速率从变形状态收缩回到未变形状态。因此，中部限位区域81和座区域83不仅在施加载荷的过程中未经历相对于彼此的运动，而且这些区域在载荷释放的过程中也未经历相对于彼此的运动。以这种方式，中部限位器和座的相对运动和磨损甚至在往复的和交变的载荷期间会减小。

参考图4，具有中部限位器142的气缸113的实施方案。气缸113类似于图3的气缸13，相同的数字指示相同的元件。例如，中部限位器142绕气缸113周向地延伸。中部限位器142还包括第一接触表面160和界定了第一接触面的中部限位区域181。像第一接触表面60，第一接触表面160大体上是平的，并界定了平面，该平面大体上垂直于气缸的中心轴线和如方向箭头192所指示的气缸的上部内壁114A。第一接触表面160通过底部沟槽164与气缸113的上部内壁114A径向向内地间隔开。换言之，底部沟槽164定位在上部内壁114A和第一接触面160之间。

像底部沟槽64，底部沟槽164相对于气缸13和如方向箭头190所指示的平行于中心轴线的第一接触面60轴向地向下延伸。因此，底部沟槽164的表面定位在第一接触表面60的下方，并且因此不接触或支撑衬套座的第二接触表面。以这种方式，像底部沟槽64，底部沟槽164可被界定为竖直的底部沟槽。底部沟槽164的深度D或沿方向190从第一接触表面60到底部沟槽的最低点的距离可根据需要变化。深度D选择成提供中部限位区域181的足够的部分以对由底部沟槽164界定的空间开放，以引起中部限位区域如以上所讨论的径向向外指向的变形。在一些实施方式中，底部沟槽164的深度D大于上部的壁114A的高度(例如，从气缸113的顶部至第一接触表面160的距离)的约2％。深度D基本上等于中部限位区域181的高度。

底部沟槽164的宽度W₂或沿方向192从内壁114A至第一接触表面160的距离也可以根据需要变化。宽度W₂选择成提供中部限位区域181和上部内壁114A之间足够的距离，使得内壁的径向向外的约束不限制中部限位区域径向向外的运动和突出。在一些实施方式中，宽度W₂大约等于深度D。在某些实施方式中，仅作为示例，宽度W₂大于中部限位区域181的宽度W₃的约20％，并且在一些实施方式中可处在宽度W₃的20％和约50％之间。根据某些实施方式中，仅作为示例，宽度W₂超过中部限位器142的总宽度W₁的约20％，并且在一些实施方式中可处在宽度W₁的20％和约40％之间。因此，在某些实施方式中，底部沟槽164的宽度W₂可超过中部限位器142的总宽度W₁的约20％，并且在一些实施方式中可处在总宽度W₁的20％和40％之间。在一个具体实施方式中，仅作为示例，W₁在约4mm和约6mm之间。在又一个具体的实施方式中，仅作为示例，W₂在约1mm和约2mm之间。根据一个具体的实施方式，仅作为示例，深度D在约1mm和约2mm之间。作为一个示例，在某些具体的实施方式中，深度D可处在中部限位区域181的宽度W₃的约20％和约70％之间。

底部沟槽164界定了环形槽，该环形槽绕气缸113周向地延伸。该槽与中部限位区域181的环形的第一接触表面160同心。如图所示，底部沟槽164的环形槽可由具有半径R的倒圆的(radiused)(例如，半圆形)表面形成。半径R可以是所需的不同的半径中的任何一个。在一个实施方式中，半径R处在深度D的约50％和约100％之间。虽然所示出的底部沟槽164具有一个凹的并且相对均匀的弯曲表面，在其它实施方案中，底部沟槽可以是线性表面或不均匀地弯曲表面。同样地，中部限位区域181可以包括与第一接触表面160相邻的倒圆的内边缘194和倒圆的外边缘196。

包括中部限位器和座的气缸和气缸衬套可以由任何的各种材料制成，并使用任何的各种制造技术形成。例如，在一个实施方式中，每个气缸和气缸衬套由铁制成并使用铸造技术形成。在其它实施方式中，气缸和衬套可以由铝制成并使用机械加工技术形成。在又一些实施方式中，气缸和衬套由材料的组合制成，或者可使用制造技术如铸造和机械加工的组合来形成。

参考图5，并且根据一个实施方案，垫片250定位在界面240内在形成在发动机缸体212的气缸213内的中部限位器242和形成在衬套226内的座244之间。中部限位器242可以类似于不具有底部沟槽的常规的中部限位器设计。可选地，中部器242可以包括如上所描述限位的底部沟槽。在示出的实施方案中，垫片250是具有大致矩形的横截面形状的大体上扁平的环形圈。垫片250以一定尺寸制作以支撑在中部限位器242的接触表面260上。垫片250的外径比中部限位器242上方的气缸213的直径小。另外，垫片250的内径比与界面240相邻的衬套226的直径小。垫片250可根据需要具有任何的各种厚度。

使垫片250定位在界面240内，垫片的第一侧接触中部限位器242的接触表面260，并且垫片的相对的第二侧接触座244的接触表面262。在活塞221振动期间，当接触表面260相对于接触表面262径向运动时，接触表面260抵靠垫片250的表面而不是接触表面262滑动。同样地，当接触表面262相对于接触表面260径向运动时，接触表面262抵靠垫片250的表面而不是接触表面260滑动。通常，垫片250由与制造气缸213和衬套226的材料不同的材料制成。在某些实施方式中，垫片250由比气缸和衬套材料更软的材料制成。例如，气缸213和衬套226可以由铁、钢或铝制成，而垫片250由铜或铜合金例如黄铜制成。由于垫片250的材料比气缸213和衬套226的材料更软，气缸和衬套的抵靠垫片的相对运动导致了垫片比气缸和衬套相对更大的磨损。换言之，垫片250与气缸213和衬套226之间的摩擦磨损主要地转移到垫片而不是气缸和衬套。以这种方式，凭借垫片250的增加的磨损气缸和衬套的磨损减小，垫片250相比气缸和衬套更容易更换。

参考图6，根据另一个实施方案，示出了自保持垫片350。垫片350包括耐磨环352和联接到耐磨环的保持环354。耐磨环352可以与上述的垫片250在大小和形状上相似。换言之，耐磨环352是具有大致矩形的横截面形状的大体扁平的环形圈。自保持垫片350可界定中心轴线，绕中心轴线垫片的各对应部分具有相等的距离。以这种方式界定，耐磨环352包括分别相对的气缸接触面370和衬套接触面372，气缸接触面370和衬套接触面372相对于中心轴线垂直地延伸(也见图8)。保持环354包括衬套接触表面374，衬套接触表面374相对于中心轴平行地并相对于气缸接触面370和衬套接触面372垂直地延伸。因此，在某些实施方式中，如图8所示，垫片350具有大致L形的横截面。保持环354包括多个形成在该环内的狭槽356，该环界定了位于相邻狭槽之间的多个耳片357。在所示的实施方案中，狭槽356彼此间隔开，并且沿大体平行于中心轴线或衬套接触表面374的方向纵向地延伸。在一些实施方式中，狭槽356大体上沿保持环354的整个轴向长度延伸。

如图7所示，自保持垫片350牢固地联接到接近在衬套内形成的中部限位座344的气缸衬套326上。自保持垫片350居中地在气缸衬套326的径向外表面329上，使得垫片与衬套同轴。为了有助于垫片350的自保持，在一些实施方案中，气缸衬套326包括形成在外表面329中的保持槽346。保持槽346具有仅仅比衬套326的槽下方的相邻部分的外径更小的外径。当处于如图6所示的不偏置的或未弯曲的状态时，位于槽346和衬套的底端330之间的衬套326的外表面329的外径至少比如由垫片250的保持环354所界定的垫片350的内径略大。另外，当处于不偏置的或未弯曲的状态时，保持槽346的外径近似等于垫片350的内径。

自保持垫片350通过穿过由垫片界定的孔插入带衬套的底端330，牢固地联接到气缸衬套326。在插入期间，垫片350定向成使得耐磨环352定位在保持环354和中部限位座344之间。换言之，在插入期间，在绕衬套定位保持环354之前，绕气缸衬套326定位耐磨环352。由于在未弯曲状态下在槽346和底端330之间的外表面329具有比垫片350的内径大的直径，保持环354必须径向向外变形成弯曲状态，以便正确地定位并且绕衬套对齐垫片。多个狭槽256和耳片257通过减少弯曲环以绕衬垫326配合所需的力有助于保持环254的径向向外变形或弯曲。一旦处在衬套326上，垫片350沿着衬套从底端330朝向座344和衬套的顶端328滑动，直到保持环354定位在槽346之上。垫片350可以由弹性地易弯材料例如铜或铜合金(例如，黄铜)制成。因此，只要保持环354朝向顶端328运动以通过槽354的具有更小的直径的唇缘，弹性易弯耳片257至少部分地未弯曲(例如，返回到未偏置的状态)，以在槽内有效地卡合到位(例如，径向向内运动)。

使保持环354定位在槽354内，槽的唇缘可充当止动器,以绕衬套326保持保持环到位，并且因此保持垫片350到位。在衬套装配到或安装到气缸313期间,一旦绕衬垫326定位，无需手动协助，自保持垫片350在衬套上保持到位。换言之，为了组装和安装的目的，衬套326和垫片350可作为单一的整体的单元来操作。以这种方式，垫片并不需要作为单独的步骤在安装衬套326之前安装到气缸313内并与止动器342对齐。相反，结合的衬套326和垫片350可以以单一的步骤安装到气缸313内。

虽然在所示实施方案中，衬套326包括保持槽346，在其它实施方案中，衬套不包括保持槽。在这样的实施方案中，不具有保持槽346时，在气缸313中装配结合的衬套和垫片期间，由于拉环357的弹性弯曲，抵靠衬套326的外表面329所施加的径向向内指向的力通常强大到足以充分保持垫片350到位。

如图8中所示，当结合的衬套326和垫片350安装到气缸313中时，耐磨环352以类似于图5的垫片250的方式定位在界面340内在中部限位器342和座344之间。垫片350的耐磨环352的第一侧接触中部限位器342的接触表面360，垫片的相对的第二侧接触座344的接触表面362。使用这种结构，气缸313和衬套326抵靠垫片350的相对运动导致垫片比气缸和衬套相对较多的磨损。

在上述的说明中，可以使用某些术语例如“向上(up)”、“向下(down)”、“上部的”、“下部的”、“水平的”、“垂直的”、“左”、“右”及类似的词。这些术语在适当情况下使用，以便当处理相对的关系时提供描述的一些清晰度。但是，这些术语并不意在说明绝对的关系、位置和/或方向。例如，相对于一个物体，“上部的”表面可以简单地通过翻转物体成为一个“下部的”表面。尽管如此，它仍然是相同的对象。

此外，在本说明书的实例中，其中一个元“联接”到另一元件上可以包括直接联接和间接联接。直接联接可以界定为联接到另一元件上并与另一元件部分接触。间接联接可以界定为在彼此不直接接触的两个元件之间的联接，但在联接的元件之间具有与一个或多个另外的元件。另外，如本文所使用的，固定一个元件到另一元件可以包括直接固定和间接固定。此外，如本文所使用的，“相邻(adjacent)”并不一定表示接触。例如，一个元件可以与另一元件相邻，而没有与那个元件接触。

本主题可以以其它具体形式实施而不背离其精神或本质特征。所描述的实施方案在所有方面仅视为说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述表明。在权利要求的等同的含义和范围内的所有改变包含在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种内燃发动机，包括：

气缸，其包括在所述气缸的侧壁内形成的中部限位器，所述中部限位器包括第一接触表面和在所述第一接触表面和所述侧壁之间的底部沟槽；和

衬套，其定位在所述气缸内，所述衬套包括具有第二接触表面的座，其中所述第二接触表面支撑在所述第一接触表面上。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述气缸界定了中心轴线，所述第一接触表面大体上垂直于所述中心轴线。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机，其中，所述底部沟槽远离所述第一接触表面向下地延伸。

4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述中部限位器包括界定了所述第一接触表面的中部限位区域，并且其中所述底部沟槽界定了在所述中部限位区域和所述侧壁之间的空间。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机，其中，当承受操作载荷时，所述中部限位区域沿径向向外的方向朝向所述侧壁是可变形的。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述底部沟槽包括环形槽。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述底部沟槽从所述侧壁径向向内地定位。

8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，当承受操作载荷时，所述第一接触表面和所述第二接触表面沿径向向外的方向朝向所述侧壁运动。

9.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，当承受操作载荷时，所述底部沟槽有助于所述第一接触表面和所述第二接触表面的共同运动。

10.一种用于内燃发动机的气缸，包括：

通道，其从顶端延伸到底端，所述通道由侧壁界定；

环形的中部限位区域，其绕所述通道的周界延伸；和

环形的底部沟槽，其绕所述通道的周界在所述环形的中部限位区域和所述侧壁之间延伸。

11.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的中部限位区域界定了相对于所述通道的中心轴线大体上垂直地延伸的接触表面。

12.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的底部沟槽界定了在所述中部限位区域和所述侧壁之间的空间。

13.根据权利要求12所述的气缸，其中，所述环形的中部限位区域配置成在操作载荷的作用下沿着径向向外的方向朝向所述侧壁变形并运动进入所述空间。

14.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的底部沟槽包括垂直伸入所述中部限位区域的环形槽。

15.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的底部沟槽包括凹的表面。

16.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的中部限位区域的第一宽度和所述环形的底部沟槽的第二宽度的比在约0.20和约0.5之间。

17.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的底部沟槽的深度大于所述通道在所述环形的底部沟槽上方的高度的约2％。

18.根据权利要求10所述的气缸，其中，所述环形的底部沟槽包括大体上半圆形的表面。

19.一种用于减小内燃发动机内的磨损的方法，所述内燃发动机包括气缸和支撑在所述气缸内的气缸衬套，所述方法包括:

在所述气缸内设置中部限位器，所述中部限位器包括中部限位区域和定位在所述中部限位区域和所述气缸的侧壁之间的底部沟槽；

在所述气缸衬套上设置座；

将所述座定位在所述中部限位区域上；和

沿径向向外的方向朝向所述气缸的所述侧壁移动所述中部限位区域和所述座。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括将压缩载荷和横向载荷施加到所述中部限位区域和所述座，并且其中在施加所述压缩载荷和横向载荷期间，发生沿径向向外的方向朝向所述气缸的所述侧壁移动所述中部限位区域和所述座，所述方法还包括从所述中部限位区域和所述座释放所述压缩载荷和横向载荷，并在释放所述压缩载荷和横向载荷期间，沿径向向内的方向远离所述气缸的所述侧壁移动所述中部限位区域和所述座。