CN106988920B - 用于内燃机的气缸衬套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用在内燃机中的气缸衬套(1)，其设置有中空柱形主体(2)，中空柱形主体(2)包括接触活塞圈的内表面(4)，内表面(4)限定了大致三个主要部分，第一部分(Z1)、第二部分(Z2)和第三部分(Z3)，内表面(4)呈现用于其每个部分(Z1、Z2、Z3)的具体粗糙度值，使得以预定间隔建立由每个所述部分(Z1、Z2、Z3)占据的长度，目的是优化内表面(4)的部分(Z1、Z2、Z3)之间的比率，降低第一部分(Z1)以及第三部分(Z3)上因刮擦产生的磨损，并且降低第二部分(Z2)上因摩擦产生的磨损。

Description

用于内燃机的气缸衬套

技术领域

本发明涉及一种使用在内燃机中的气缸衬套，衬套设置有柱形主体，其包括沿着其纵向/轴向长度分隔为至少两个部分的内表面，每个所述部分包括具体粗糙度值以及预定长度值，目的是降低由于刮擦和摩擦发生的磨损。

背景技术

使用在内燃机中的气缸衬套是静态部件，由气缸体的结构组成，向组件提供了用于膨胀气体的封闭系统以及促进燃烧产生的热与在其周围循环的水(湿式气缸衬套)或者空气(干式气缸衬套)的热交换。

在不同类型的衬套的客体之中，需要强调的是要维持燃烧室密封，实现燃烧室内生成的热与冷却介质(水或者空气)的热交换以及再利用气缸体的可能性。

在其功能中，内燃机允许空气/燃料的混合物进入气缸，在压缩混合物期间(酒精和/或汽油发动机)随着被压缩(柴油发动机)或者依靠在燃烧室内创建的点火火花进入自然燃烧。

膨胀气体的燃烧将发生在封闭系统内，使得生成的一部分能量向下推进发动机的活塞，以这种方式，接连移动曲柄轴，结果将能量转换为移动。因而气缸衬套在发动机的功能中起作用，向系统提供能量转换过程必要的封闭条件。

内燃机持续的需求要求连续增强其各种部件以及其作业表面。气缸衬套、活塞和活塞圈之间的精确关系导致改善发动机的性能。

通常，用于使用在内燃机中的气缸衬套通过用铸铁添加合金元件来生产以改善其机械以及热属性。以及添加合金元件，铸铁的衬套还需要优化作业表面，贡献于降低油消耗以及气体的再循环，由于磨损产生较少粒子以及允许较短运行时间，因而，允许较长作业寿命。

结果，为了实现优化气缸衬套的作业表面，通常执行珩磨处理，珩磨处理是一种机加工方法，其中，工具实现往复移动和旋转移动，确保衬套的圆柱度以及其表面的一致性。适当地实现珩磨处理能够确保对活塞圈的磨损、粒子的释放、油的消耗以及摩擦的积极效果。

已经开发了不同技术，目的是获得通过变化的珩磨处理操作气缸衬套的更好条件。

第一种开发见于本申请人的德国文献DE102006057111中，该文献涉及一种气缸衬套，其中，粗糙度沿着在其内部的活塞的位移的方向而变化。更具体来说，沿缸盖的方向靠近活塞的最大行进端部的部分拥有具有第一粗糙度的区域，在活塞的行进方面，衬套的中央区域呈现第二粗糙度，其中，在衬套的作业表面的中间部分的粗糙度的值大于端点的粗糙度的值。所述文献的焦点仅仅在于说明衬套的粗糙度的值，但是没有具体指定在衬套内部所述粗糙度沿着长度的分配。

专利文献DE102009010791揭露了一种气缸衬套，相对于中央区域粗糙度值，其在端部处设置有更高粗糙度值。但是，为了获得这种结构所用的处理导致出现具有更大及更小深度(深度在很大程度上在其间变化)的凹槽，由于堆积润滑油的凹部而减小了该方案的潜在功效。再次，该文献的焦点仅仅在于详细描述衬套的粗糙度的值。

专利文献DE19605588涉及一种气缸衬套，其内表面在端部相对于在第二部分呈现较大粗糙度值。但是，为了实现该结果，利用具有特定技术参数的珩磨处理来处理端部区域的表面，在中央区域中使用不同的参数。以相同方式，该文献的焦点仅仅在于详细描述衬套的粗糙度的值。

最终，专利文献FR2884889涉及一种气缸衬套，其滑动表面呈现三个粗糙度值，(i)第一值S1，在面向缸盖的端部部分中、在第二部分以及在相反端部部分中是最低的(最不粗糙)，(ii)作为中间粗糙度的第二粗糙度值S2，施加在面向缸盖的部分端部和第二部分之间，最后，(iii)较大值的第三粗糙度S3，施加在第二部分和与面向缸盖的端部相反的端部部分之间。在该情况下，该文献的焦点也仅仅在于详细描述衬套的粗糙度的值。

以这种方式，能够观察到，现有技术存在施加至用于气缸衬套的珩磨处理的不同技术，具有的特定目的是详细描述在其内部内沿着活塞的位移长度的粗糙度值。

但是，经发现文献没有证明，除了粗糙度值的量值之外，在衬套的作业表面的不同限定部分中所获得的粗糙度的变化方面长度的比率。

发明内容

为了降低在发动机操作期间因摩擦以及刮擦产生的磨损，提出用于内燃机的气缸衬套设置有中空柱形主体，中空柱形主体包括内作业表面，内作业表面设置有纵向/轴向长度并且沿着其纵向长度分隔为至少两个部分，每个所述部分在整个建立的间隔中包括具体粗糙度值以及预限定长度。

第一本发明的目的是提供一种用于使用在内燃机中的气缸衬套，其设置有柱形主体，柱形主体包括内表面，根据该表面的分割部分，内表面呈现具体值的粗糙度以及预定长度，所述值确保对接触活塞圈的衬套的磨损、粒子的释放、油的消耗以及摩擦具有积极效果，因此，对发动机的作业寿命具有积极效果。

尤其，本发明具有的目的是提供一种气缸衬套，其包括内表面，内表面分割为具有具体粗糙度的三个部分，即第一部分、第二部分和第三部分，使得由每个所述部分占据的长度被预限定为具有建立的间隔，目的是降低尤其因第一和第三部分中的刮擦经受的磨损，以及降低因第二部分中的摩擦经受的磨损。

本发明的目的通过用于内燃机的气缸衬套而实现，其设置有中空柱形主体，中空柱形主体包括具有纵向/轴向长度的内表面，内表面沿着其纵向/轴向长度分隔为至少两个部分，每个部分包括具体值的粗糙度以及预定长度。

本发明的目的还通过气缸衬套而实现，气缸衬套包括沿着其纵向/轴向长度分隔为三个部分的内表面，(i)第一部分，靠近活塞的位移行程的面向发动机缸盖的极限端部，邻近其上死点(TDC)，(ii)中央的第二部分，(iii)第三部分，靠近活塞的位移行程的面向发动机曲柄轴的极限端部，邻近其下死点(BDC)，每个部分包括具体值的粗糙度以及预定长度，预定长度建立为使得(1)第一部分(Z1)和第三部分(Z3)的长度的总和与气缸衬套(1)的纵向/轴向长度(L)之间的比率应该大于0.31并且小于0.58(0.31<(Z1+Z3)/L<0.58)，(2)第一部分(Z1)和第二部分(Z2)的长度之间的比率应该大于0.15并且小于0.46(0.15<Z1/Z2<0.46)。

此外，本发明的目的通过气缸衬套而实现，气缸衬套沿着其整个纵向/轴向长度包括恒定珩磨角度，包括用于其每个部分的具体珩磨角度。

此外，本发明的目的通过气缸衬套而实现，气缸衬套具有：第一部分，其包括的粗糙度值高达0.30Rpk，在0.40和1.50Rk之间，以及在1.10和2.80Rvk之间；第二部分，其包括的粗糙度值高达0.30Rpk，高达0.40Rk，以及在0.30和1.00Rvk，之间；以及第三部分，其包括的粗糙度值高达0.30Rpk，高达1.50Rk，以及在0.30和2.80Rvk之间。

附图说明

基于图示于附图中的示例实施例，下文将更详细地描述本发明，附图示出了：

图1是显示其构成部分的气缸衬套的截面图；

图2是本发明的气缸衬套的示意图，图示出其内表面的粗糙度；

图3是呈现刻痕和刮擦磨损开始的气缸衬套的内表面的照片；

图4是用于不同水平的折叠材料(FMA/FMV)的磨损变化的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种气缸衬套1，其用于使用在内燃机中，其设置有中空柱形主体2，中空柱形主体2包括接触活塞圈的内表面4，内表面4限定了三个重要部分，第一部分Z1、第二部分Z2和第三部分Z3，内表面4呈现用于其每个部分Z1、Z2、Z3的具体粗糙度值，使得由每个部分Z1、Z2、Z3占据的长度以预定间隔建立，目的是优化内表面4的部分Z1、Z2、Z3的长度之间的比率，用于降低因刮擦及摩擦产生的磨损。

如上所述，用于使用在内燃机中的气缸衬套是由气缸体的结构组成的静态部件，向组件提供用于膨胀气体的封闭系统，以及促进因燃烧生成的热与在其周围循环的水(湿式气缸衬套)或者空气(干式气缸衬套)的热交换。

气缸衬套1基本地设置有管或中空/贯通柱形主体2，柱形主体2包括接触冷却流体的外表面3以及接触至少一个活塞圈的内表面4，该流体是水或者空气，其中，发生活塞的轴向位移。能够在本申请的图1中观察到该构造结构。

通常，气缸衬套1由含铁合金、铸铁或者钢生产，能够包括在其制造中其他必要的或者期望的材料(诸如铝合金)。类似地，衬套1能够呈现任何必要或期望的形式，只要实现其功能即可。

用于内燃机正确起作用所需的条件之一是获得气缸衬套1、活塞和活塞圈之间的精确关系，所述起作用导致改善发动机的性能。基于该原因，气缸衬套1需要优化的作业表面，其主要贡献是增加发动机的作业寿命。

因此，为了实现优化气缸衬套1的内部作业表面4，通常实施珩磨处理，目的是消除机加工不规则性，向衬套1提供均匀的最终抛光，使得具有受控的处理角度以及粗糙度值。适当地实现的珩磨处理能够确保对活塞圈的磨损、粒子的释放、油的消耗以及摩擦产生积极效果。

现有技术的一些方案对独特的表面抛光处理具有帮助，以实现沿着衬套1的不同粗糙度标准；但是，本发明利用珩磨并且控制处理变量，使得除了确保控制该类型处理中固有的凹槽角度之外，在内表面4上获得大致不同的粗糙度值。

在第一构造配置中，气缸衬套1的内表面4包括纵向/轴向长度L，内表面4沿着其纵向长度/轴向长度L被分隔为至少两个部分Z1、Z2，部分Z1、Z2中的每个部分包括具体粗糙度值以及预定长度。

在优选构造配置中，气缸衬套1的内表面4包括纵向/轴向长度L，其沿着其纵向/轴向长度L被分隔为三个部分，图2清楚地示出，三个部分为：

(i)第一部分Z1，对应于靠近活塞的位移行程的面向发动机的缸盖(上死点TDC)的极限端部的区域；

(ii)第二中央部分Z2；以及

(iii)第三部分Z3，对应于靠近活塞的位移行程的极限端部的区域，该端部是对置的(面向发动机的曲柄轴，下死点BDC)。

现有技术中存在不同技术，呈现衬套1的内表面4的每个部分Z1、Z2、Z3，包括具体粗糙度值以及珩磨角度。将内表面4分隔为具有截然不同粗糙度和处理的部分Z1、Z2、Z3具有的非常高的优势：其允许控制以及降低发生在衬套1与活塞圈接触中的磨损。

以这种方式，无论衬套1的规格如何，考虑内表面4限定的三个部分Z1、Z2、Z3，其构造将为：

(a)第一部分Z1，其呈现表面抛光，具有由凹槽和突起(波谷和波峰)的结构限定的第一粗糙度值；

(b)第二部分Z2，其呈现表面抛光，具有由凹槽和突起(波谷和波峰)的结构限定的第二粗糙度值；以及

(c)第三部分Z3，其呈现表面抛光，具有由凹槽和突起(波谷和波峰)的结构限定的第三粗糙度值。

衬套1的另一特性，本发明的目的是控制在每个部分Z1、Z2、Z3中的其珩磨处理，诸如为了确保其每个部分的凹槽和突起(波谷和波峰)的结构在其分布的整个区域中是大致均匀的。以这种方式，能够确保的是，在凹槽方面，呈现的深度和体积理想的用于存储润滑油，在突起方面，除了导致不期望的增加燃料消耗以及温度升高之外，还能够实现防止非常高的突起，这增加了发动机的运行周期。

以下表格示出了用于本发明的目的衬套1的优选实施例：

粗糙度[μm]	第一部分Z1	第二部分Z2	第三部分Z3
				Rpk	0.30(max.)	0.30(max.)	0.30(max.)
Rk	0.40至1.50	0.40(max.)	1.50(max.)
				Rvk	1.10至2.80	0.30至1.00	0.30至2.80

以这种方式，本发明的优选实施例呈现以微米为单位的以下值：

(1)第一部分Z1的粗糙度包括的值高达0.30Rpk，在0.40和1.50Rk之间，以及在1.10和2.80Rvk之间。

(2)第二部分Z2的粗糙度包括的值高达0.30Rpk，高达0.40Rk，以及在0.30和1.00Rvk之间。

(3)第三部分Z3的粗糙度包括的值高达0.30Rpk，高达1.50Rk，以及在0.30和2.80Rvk之间。

此外，在其优选实施例中，衬套1包括根据提出的粗糙度的变化要修改的珩磨的角度的关系。在第一可行构造中，珩磨角度沿着衬套1的整个纵向/轴向长度L恒定，也即是说，第一部分Z1、第二部分Z2和第三部分Z3呈现相同珩磨角度(珩磨角度＝Z1＝Z2＝Z3)。

在第二可行构造中，珩磨角度在第一部分Z1、第二部分Z2和第三部分Z3之间变化，第一部分Z1的珩磨角度等于第三部分Z3的珩磨角度，相对于第二部分Z2的珩磨角度改变(珩磨角度＝Z1＝Z3≠Z2或者Z1≠Z2＝Z3)。根据应用的发动机以及利用的油的黏性，用于部分Z1、Z2、Z3的珩磨角度的典型角度范围为30°至60°以及120°至160°。

除了提出的特性，本发明的气缸衬套1包括迄今为止的创新性构造配置，除了控制粗糙度值以及限定了珩磨角度的关系之外，其还提议由每个部分Z1、Z2、Z3占据的长度以预定间隔限定，目的是降低因尤其发生在第一部分Z1和第三部分Z3中的刮擦产生的磨损，以及降低因发生在第二部分Z2中的摩擦产生的磨损。

在本领域中，由每个部分Z1、Z2、Z3占据的长度和面积能够根据活塞的行程、衬套1的直径及纵向/轴向长度L以及其他变量而自由改变。

在本领域中，本申请提出了一种气缸衬套1，在其内表面4上包括的每个部分Z1、Z2、Z3占据呈预定间隔的长度，使得：

(I)第一部分Z1和第三部分Z3的长度的总和与气缸衬套1的纵向/轴向长度L之间的比率应该大于0.31并且小于0.58，因此：

0.31<(Z1+Z3)/L<0.58；

(II)第一部分Z1和第二部分Z2的长度之间的比率应该大于0.15并且小于0.46，因此：

0.15<Z1/Z2<0.46。

以这种方式，在第一部分Z1和第三部分Z3之间获得优化的比率以增加刮擦阻力，在第一部分Z1和第二部分Z2之间获得优化的比率以增加摩擦阻力。

在可替换构造中，气缸衬套1的内表面4沿着其纵向/轴向长度L分隔为2或3或4或5或6或多个部分，2个至高达6个或多个部分中的每个以类似于建立的用于其优选构造的方式包括具体粗糙度值以及预定长度。

依靠在不同发动机上实现的测试已经获得了限定部分Z1、Z2、Z3的长度的间隔值。在实现的测试之一中，能够观察到，衬套1的内表面4具有的部分Z1、Z2、Z3的长度限定在建立的值的间隔之外，(Z1+Z3)/L＝0.27和/或Z1/Z2＝0.18呈现较强刻痕以及具有刮擦的磨损的开始。图3图示了具有磨损标记的气缸衬套1。

除了增加气缸衬套1的磨损阻力的优势，改善本发明的衬套1的内表面4还允许能够调节参数，诸如通过活塞圈组件施加的切向力，通过高达0.6N/mm(每毫米的牛顿数)，降低发动机的操作期间衬套/圈组件的摩擦。

此外，优化衬套1的内表面4还允许调节对消除因刮擦产生的磨损重要的参数，诸如折叠材料面积(折叠金属面积，FMA)和折叠材料体积(折叠金属体积，FMV)。

参数FMA和FMV越小，材料的颗粒之间油的流动性将越好，以这种方式促进更好地润滑组件，结果可降低磨损。在该情况下，获得的FMA的值高达10％(最大)以及FMV的值高达50000μm³/mm²(每平方毫米的立方微米数)。已经通过100小时发动机测试获得本申请的图4示出的图形，证明了不同水平的折叠材料(FMA/FMV)的磨损的变化。能够观察到的是，对于高水平折叠材料，气缸衬套1呈现出的磨损D1为约0.14微米，而对于低水平折叠材料，磨损D2显著降低，为约0.04微米。从这个意义上来讲，由于气缸衬套1的内表面4的珩磨凹槽内油的较低流动性，衬套1的磨损水平D1、D2越大，刮擦阻力越小。

已经描述了优选实施例的例子，应该理解的是，本发明的范围覆盖仅由附随的权利要求的内容限定的其他可能变型，此处包括可能的等同结构。

Claims (6)

1.一种用于内燃机的气缸衬套，其设置有中空柱形主体(2)，所述中空柱形主体(2)包括具有纵向/轴向长度(L)的内表面(4)，其特征在于，

所述内表面(4)沿着其所述纵向/轴向长度(L)的长度分隔成三个部分(Z1、Z2、Z3)：

(i)第一部分(Z1)，其靠近活塞的位移行程的面向发动机缸盖的极限端部，邻近其上死点(TDC)；

(ii)中央的第二部分(Z2)；

(iii)第三部分(Z3)，其靠近活塞的位移行程的面向发动机曲柄轴的极限端部，邻近其下死点(BDC)；

每个所述部分(Z1、Z2、Z3)包括具体粗糙度值以及预定长度，

所述部分(Z1、Z2、Z3)的所述预定长度建立为使得：

(1)所述第一部分(Z1)和所述第三部分(Z3)的长度的总和与所述气缸衬套(1)的纵向/轴向长度(L)之间的比率应该大于0.31并且小于0.58(0.31<(Z1+Z3)/L<0.58)；

(2)所述第一部分(Z1)和所述第二部分(Z2)的长度之间的比率应该大于0.15并且小于0.46(0.15<Z1/Z2<0.46)。

2.根据权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，所述气缸衬套沿着其整个纵向/轴向长度(L)包括恒定珩磨角度。

3.根据权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，所述气缸衬套包括用于其每个所述部分(Z1、Z2)的具体珩磨角度。

4.根据权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，所述第一部分(Z1)包括的粗糙度值高达0.30Rpk，在0.40和1.50Rk之间，以及在1.10和2.80Rvk之间。

5.根据权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，所述第二部分(Z2)包括的粗糙度值高达0.30Rpk，高达0.40Rk，以及在0.30和1.00Rvk之间。

6.根据权利要求1所述的气缸衬套，其特征在于，所述第三部分(Z3)包括的粗糙度值高达0.30Rpk，高达1.50Rk，以及在0.30和2.80Rvk之间。

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