CN105874191A - 内燃机的气缸衬套 - Google Patents

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Abstract

本发明以通用方式涉及一种内燃机的部件，更具体来说本发明涉及一种内燃机的气缸衬套。根据本发明的一个实施例，气缸衬套包括大致圆形内壁以及外壁，外壁具有至少一个平面(11)和与内壁同心的至少一个大致圆形面(12)，其中，圆形面(12)具有粗糙表面，粗糙表面包括的波峰和波谷之间的距离(c)是0.2mm至2.5mm。

Description

内燃机的气缸衬套
技术领域
本发明以通用方式涉及一种内燃机的部件，更具体来说，本发明涉及一种内燃机的气缸衬套。
背景技术
内燃机，诸如采用公知奥拓循环或者狄塞尔循环的发动机，广泛通常利用在车辆中，设计用于移动人和货物，诸如乘客、运输以及货运车辆，包括卡车以及机车。总之，这些发动机利用具有高烃含量的燃料，诸如矿物燃料或者来源于可再生能源的燃料，以将热能从燃料的燃烧转化为动能。
内燃机的构造是公知的，基本地包括关联于曲柄轴移动在气缸内部内的活塞。在活塞的上侧设置了燃烧室，燃烧室包括的部件诸如火花塞和/或喷射喷嘴、安装在关联于气缸体的头部中的至少一个进气阀和至少一个排气阀。在这个问题上部件以及内燃机的操作对于技术人员是公知的，由于此原因，在该描述中无需更多解释。
由于近年来观察到的内燃机具体功率输出的增加，以改善组件的热性能的方式，结果，降低了有害气体至环境的释放，内燃机的气缸体可以设置有利用特定材料制造的气缸衬套以满足发动机的应用或者负荷特性的特定需求。这是因为由于压力和燃烧温度连同因气缸内部内的活塞移动导致的摩擦，所以气缸壁必须支撑高工作量。以这种方式，气缸衬套大致实现为耐磨损的材料，诸如铸铁、钢或者高强度铝合金，不同于气缸体的材料，气缸体大致实现为允许良好散热的较轻的韧性材料，诸如具有较小耐磨性的铝或者铝合金。
为了实现降低气缸体尺寸和重量的目标，气缸衬套可以具有离心率，其中，两个直径上对置的部分具有的厚度小于衬套的直径的其余部分，使得气缸可以更靠近地成组。图1示意地图示了内燃机的三个气缸(30、30'、30")，其中，每个衬套(10)在设计成以横向于相邻气缸方式定位的部分中具有较小厚度，结果，降低了每个气缸之间的距离(D)。每个气缸之间的距离(D)通常称为“桥”。
在制造铝的气缸体的常规技术中，衬套通常与气缸体一起铸造。以这种方式，衬套位于气缸体的模具内，铝被浇注，随后冷却在衬套周围，使得确保衬套的外壁机械锚固至气缸体的铝。HPDC(高压压铸)、LPDC(低压压铸)和重力铸造处理应用于这些情况中。
但是，由于形成衬套和气缸体的材料的差异，存在关于两个之间无法以适当的方式发生的金属结合的问题，导致形成空隙或者气孔，导致气缸体中衬套较差的锚固，在发动机操作期间其可能破裂和/或从气缸内部至气缸体无效的热交换，在环滑动的气缸的变形方面具有影响，这反过来不能够密封燃烧气体，以这种方式，将损害发动机的性能。
为了达到规避该问题的目的，J.B.Thomas的文献US3165983教导了一种气缸衬套，其包括以星型形式布置的从衬套向外突出至气缸体内部的多种散热翅片。不过，该方案是无效的，这是由于以下事实：除了获得翅片具有困难之外，不管是通过机加工或者通过塑料变形，均不能消除与铸造时衬套和气缸体之间形成空隙或者气孔相关的问题，导致发生不均匀的热交换以及导致发动机操作期间气缸的变形，极大地增加部件的磨损，此外，可能危及头部的密封。
KS铝科技AG的文献EP0919715、帝国活塞环公司的EP2113320类似地教导了在衬套的外壁上形成径向翅片，衬套可以呈现平行四边形、梯形、T形或者正方形的形状，通过机加工或者塑料变形获得。但是，除了降低了气缸之间具有较小距离的桥的形成可能性之外，这些几何形状的获得是非常复杂的，显著增加了衬套的生产时间。
在可替换方案中，联邦大亨布尔沙伊德公司的文献DE102006016524教导了利用硅铝层涂布衬套的外面。显然，尽管涂层是用于降低缺陷以及套和气缸体之间的空隙或者气孔衬的有效的方案，但是其要求与清洁以及沉积涂层相关的额外生产阶段，除了实现均匀沉积的困难，这事实上增加了相关成本。
除了其他目的，本发明的目的是规避本领域中陈述的这些困难。
发明内容
结果，本发明的第一目的是提供一种内燃机的气缸衬套，该气缸衬套能够良好的锚固至气缸体的材料并且能够降低气缸之间的间距，有助于得到更紧凑、更轻的气缸体。
本发明的额外目的是提供一种内燃机的气缸衬套，其可以防止在衬套中气缸体的铸造期间形成空隙或者气孔或者故障。
本发明的进一步目的是提供一种内燃机的气缸衬套，该气缸衬套易于获得，不需要机加工以形成翅片或者用于层的沉积的额外阶段。
尤其，为了满足前述目的的目的，本发明教导了一种内燃机的气缸衬套，该气缸衬套包括大致圆形内壁以及外壁，外壁具有至少一个平面以及至少一个与内壁同心的大致圆形面，其中，圆形面具有粗糙表面，粗糙表面包括波峰和波谷之间0.2至2.5mm的距离。
与本发明的额外和/或替换实施例一致，还可以存在单独或者技术上能够组合的以下特性：
-衬套具有两个平面；
-衬套具有大致与内壁同心以及被所述两个平面分离的两个圆形面；
-两个柱形面包括粗糙表面，粗糙表面包括波峰以及波谷之前0.2至2.5mm的距离；
-衬套通过离心铸造处理实现；
-至少一个平面，其包括0.5至4.5Rz之间的表面粗糙度；
-形成在同心部分中的内壁和外壁之间的厚度在1.3mm至5mm之间；
-形成在内壁和平面之间的厚度小于形成在同心部分的内壁和外壁之间的厚度；
-形成在内壁和平面之间的厚度在0.7mm至2.5mm之间；
-平面的长度在衬套的总外径长度的5和30％之间。
附图说明
通过阅读下文结合附图提到的其特定实施例的描述，将更好地理解本发明的目的、优势、效果和技术以及功能改善。这种图是示意的，其尺寸和比例不对应于现实，由于这个事实，意图在于以例证方式单独描述本发明，不施加超出以下权利要求限制的任何限制，其中：
图1示意地示出内燃机的三个气缸，其包括安装在气缸体中的相应衬套；
图2示意地示出根据本发明的一个实施例的气缸衬套的立体图；以及
图3示意地示出图2的气缸衬套的平面图；以及
图4是根据本发明的衬套的局部截面图。
具体实施方式
关于其特定实施例，参考附图，现在描述本发明。具体实施例被详细描述并且示出在附图中，应该理解的是，它们应该被认为是其原理的示例，并且不旨在将本发明仅限制为表示在本说明描述以及图示中的内容。应该认识到的是，下文讨论的不同的教导可以单独采用或者以任何适当的组合采用以产生相同技术效果。
图1示意地示出内燃机的三个气缸30、30'、30"，每个气缸具有被气缸体20的材料围绕的衬套10。自然地，此处图示的视图不包括气缸体的所有部件，而是仅仅示出气缸。正如先前提到的，依靠当前铸造技术，以与气缸体不同的材料实现的衬套与气缸体一起铸造，由于材料的不兼容以及形成衬套和气缸体之间的空隙或者气孔，这会产生衬套至气缸体的良好锚固的问题，空隙或者气孔功能为绝缘热障，损害适当热流传递并且导致从衬套至气缸体的不规则热传递。当两种不同的铝合金利用于衬套和气缸体时，即高耐磨性合金用于衬套以及具有低重量及更好热传递的另一合金用于气缸体时，该问题的出现尤其明显。
图2和图3中示出了根据本发明的衬套。已经惊人地发现，提供具有粗糙表面的衬套的外壁12、12'的圆形面将给予铸造在衬套周围的气缸体的材料良好的锚固，以及在气缸体和衬套之间形成空隙或者气孔的可能性低，以这种方式改善了从衬套至气缸体的热交换。而且，由于与由粗糙结构形成的气缸体的材料接触的较大表面面积，还改善了气缸体的热传递。此外，已经发现，粗糙表面优选必须具有的深度在0.2mm至2.5mm之间。对于“深度”，应该理解的是，其是气缸衬套的粗糙外结构中在特定直径距离中最深波谷和最高波峰之间进行的测量，事实上，粗糙表面预设是由具有不同高度和深度的波所形成的不规则平面。
图4示意地图示了本发明的衬套的局部截面，示出了粗糙面12，其中，示出了在衬套的一点所截取的波峰和波谷之间的距离。
粗糙度的密度和形式可以改变，并且不相关于获得本发明的技术效果的目的，只要沿着粗糙面测量的深度是位于上文指定的值之间即可。该粗糙度还可以沿着面的表面以任何方式分布，也即是说，按振幅和按间距的标准分配不是必要的，始终假设其特征不是形成的偏差。类似地，粗糙度可以以简单的方式获得，诸如，例如在铸造衬套的处理中特定地采用离心铸造处理，以这种方式消除机加工或者层的沉积的后续阶段，正如在背景技术中发现的。
而且，因为由于存在粗糙面形成的衬套至气缸体的良好锚固，所以衬套的内壁的后续机加工可以利用更高机加工参数实现，这是因为以下事实：其支持切向以及纵向的较大力，而不存在变得松散于气缸体的风险，以这种方式减小了制造时间。
衬套的外侧平面11、11'提供了离心率以形成相邻气缸之间的距离的降低，衬套的外侧平面11、11'可以以特定方式包括的粗糙度在0.5Rz至4.5Rz之间。还已经发现的是，平面的较低粗糙度被设计为形成桥，允许在铸造期间气缸体的材料更好地流动。该特性防止在该面上故障或者衬套和气缸体之间的空隙/气孔的存在，以这种方式，允许在桥至气缸体的区域中良好均匀的热传递以及传递至冷却系统。特定粗糙度的获得可以是通过在衬套的铸造之后的后续机加工来获取，或者是通过塑料变形的任何处理来获取。
此处使用的术语“大致圆形”应该被解释为显然圆形的形状，公知的是，衬套可以具有稍微椭圆的形状，为了意图补偿热或者几何学变形，或者由于机加工本身。以相同方式，术语“大致同心”指的是几何学形状显然同心，公知的是，铸造、机加工或者塑料变形的处理不允许获得绝对同心。
气缸和衬套可以具有任何适当的尺寸，这是由于以下事实：内燃机本身的尺寸、气缸中活塞的直径和冲程可以取决于尺寸和应用而改变。已经发现的是，本发明的衬套可以利用较小尺寸的厚度而实现，从而允许降低气缸之间的桥。以特定方式，在同心部分中形成在气缸的内壁和外壁之间的厚度(a)可以在1.3mm至5mm之间，形成在内壁和平面之间的厚度(b)较小(b<a)并且可以包括在0.7mm至2.5mm之间。
用于实现衬套和气缸体的材料可以是公知材料，诸如高耐磨性铝合金用于衬套，具有较低耐磨性的铝或者铝合金用于气缸体。
正如可以从前述说明书建立的，本发明避免了背景技术中发现的问题，这是由于以下事实：粗糙表面的存在允许衬套至气缸体的良好锚固，而不会形成空隙或者气孔，消除了用于形成翅片或者沉积涂层的衬套的机加工阶段。还允许形成气缸之间的较小的桥，以这种方式允许实现具有较小长度的气缸体，结果变得更轻。
尽管相对于其特定实施例已经描述了本发明，但是本领域专业人员将能够实现上文未想到的更改或者组合，不过，除了扩大至本说明未想到的其他应用，不会脱离此处描述的教导。结果，附随的权利要求应该被解释为覆盖每个落入本发明的原理内的等同结构。

Claims (10)

1.一种内燃机的气缸衬套，其包括大致圆形内壁以及外壁，所述外壁具有至少一个平面(11)和与所述内壁同心的至少一个大致圆形面(12)，其特征在于，所述圆形面(12)具有粗糙表面，粗糙表面包括的波峰和波谷之间的距离(c)为0.2至2.5mm。
2.根据权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，所述衬套具有两个平面(11、11')。
3.根据权利要求1或2所述的气缸衬套，其特征在于，所述衬套具有大致与所述内壁同心以及被两个所述平面分离的两个圆形面(12、12')。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，所述两个柱形面(12、12')包括粗糙表面，所述粗糙表面包括的波峰和波谷之间的距离(c)为0.2mm至2.5mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，其通过离心铸造处理获得。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，至少一个所述平面(11、11')包括的表面粗糙度在0.5Rz至4.5Rz之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，在同心部分中形成在所述内壁和所述外壁之间的厚度(a)在1.3mm至5mm之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，形成在所述内壁和所述平面之间的厚度(b)小于同心部分中形成在所述内壁和所述外壁之间的厚度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，形成在所述内壁和所述平面之间的厚度(b)在0.7mm至2.5mm之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气缸衬套，其特征在于，所述平面(11、11')的长度是所述衬套的总外径长度的5％至30％之间。
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