CN107532540B - 自带双壁的汽缸套 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种坚固的发动机总成，其重量减少且可有效冷却，不增加燃料消耗或二氧化碳排放。该发动机总成包括夹在气缸盖和曲轴箱之间的双壁气缸套。沿气缸套的一部分设置的歧管，其包括与气缸套的流体端口对齐的流体端口，以将冷却流体输送至位于气缸套双壁之间的冷却室。例如，该歧管可以是与曲轴箱铸造为一体的低损耗液压歧管。连接模制气缸盖与曲轴箱的拉杆，以将气缸套夹紧就位。或者，该拉杆可以连接位于曲轴箱下方的主轴承座。无附接件延伸到气缸套的壁中，这对于铝制气缸套是特别有利的。

Description

自带双壁的汽缸套

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年3月18日提交的第14/661520号美国实用新型专利申请的权益，其全部内容通过引用并入此案。

技术领域

本发明大体涉及包括气缸套的内燃发动机总成及其制造方法。

背景技术

内燃机制造商一直致力于减少发动机的总重量，从而降低燃料消耗和二氧化碳排放。例如，由压实石墨铸铁制成的重型柴油发动机缸体一直使用复杂的冶金铸造工艺进行设计，并且对其外壁进行复杂且费用高的雕刻以减少发动机的总重量。然而，小型柴油发动机与典型柴油发动机相比散热更多。例如，典型的柴油内燃机的冷却需求约为燃料燃烧发出的热量的约20-25％，而小型发动机通常散热更多，可达到燃料燃烧发出的热量的约25-30％。这部分热量的散失则需要对发动机缸体的内壁进行更复杂的雕刻，才能以适当的速率将冷却剂输送到位于发动机缸体中的气缸套的各个部分。

除了高成本之外，几何形状复杂的壁可导致流体滞留，从而造成核状沸腾和气蚀，从而可能对发动机造成危害。增加冷却剂的用量可以弥补这些缺陷，通过将冷却剂的热梯度限制在不超过8-10℃，并且在不使流体发生气蚀的情况下将冷却剂的流速尽可能地加快。然而，所有这些措施都可增加寄生泵送损失，燃料消耗和二氧化碳排放的不良增加就反映了这个问题。

发明内容

本发明的一个方面包括一种坚固的发动机总成，该发动机总成的重量降低且可有效冷却并且不会有燃料消耗或二氧化碳排放的不良增加。发动机总成包括夹在气缸盖和曲轴箱之间的双壁气缸套。气缸套包括外壁和内壁，各壁均围绕中轴线设置，并在两壁之间形成冷却室。外壁包括至少一个缸套流体端口，用于将冷却流体输入至冷却室或从冷却室输出。歧管沿外壁的一部分设置在气缸盖和曲轴箱之间。歧管包括至少一个歧管流体端口与至少一个缸套流体端口对齐，用于将冷却流体输送至冷却室或从冷却室输出。

本发明的另一方面提供一种制造发动机总成的方法。该方法包括将气缸套夹在气缸盖和曲轴箱之间。该方法还包括沿着外壁的一部分将歧管设置在气缸盖和曲轴箱之间，并将至少一个歧管流体端口与至少一个缸套流体端口对齐，以将冷却流体输送至冷却室或从冷却室输出。

发动机总成可以用于汽油和柴油用途，并且与从前开发的设计相比有许多优点。发动机总成的设计使得无需对缸壁进行复杂雕刻或复杂的发动机缸体结构来支撑或进行冷却液分配。事实上，由于双壁气缸套可以提供所需的冷却路径并且能够承载所有的夹紧力和推力，因此可以完全去除发动机缸体和冷却套。因此，发动机的总包尺寸、成本和重量得以降低。发动机可以替代地设计为“开放缸体”的结构以减少自重。例如，总成可以设计为由铝制成的简单的开放缸体，但却没有刚度损失，因为气缸套本身可以尽可能多地承载压力负荷和应力。

此外，双壁气缸套可以被夹紧就位在气缸盖和曲轴箱之间，没有任何紧固件延伸到缸套的壁中。相反，拉杆可以沿着气缸套的外壁在气缸盖和曲轴箱之间延伸。或者，拉杆可以连接气缸盖和主轴承座。当气缸套由铝制成时，该特征尤其有优势，例如可设计铝制气缸套用于具有高峰值点火压力的柴油发动机。

双壁结构还可提供更大的截面模量从而在同样的承载能力下使得结构更加刚性。刚性结构使得气缸套在总成负载时变形较小，因此能更好地控制油品，从而降低润滑油消耗。双壁设计还具有比单壁缸套更强的阻尼能力，较强的阻尼能力意味着低频谱下振动较小，因此噪声印迹较小。

歧管和气缸套的外壁还可以设计有多个流体端口，以便控制冷却剂流动时形成旋流并且进一步改善热传递。此外，歧管可以设计有一个简易的低液压损失通道，以便将冷却剂引导至冷却室或从冷却室引导出。冷却剂的流向可以实现自下而上或自上而下(反向)。例如，反向冷却剂流通常与高热负荷需求的动力单元结合，因为它本身可提供更有效的热传递。低液压损失适用于与高温冷却剂，例如钠-钾(NaK)合金或硅基冷却剂配方使用相关的绝热用途，在热和功率两方面可以证明这种用法很方便。歧管还可以与曲轴箱铸造为一体，从而可以最小化或消除使用复杂几何形状的垫片来密封气缸套的需求。冷却剂的接近和流动速度也可实现无气蚀的热传递的改进。

附图说明

结合附图并参考以下详细描述，本发明的其它优点将更易于领会和理解，其中：

图1是根据示例性实施例的包括夹在气缸盖和曲轴箱之间的双壁气缸套的发动机总成的侧面局部横截面图；

图2是图1所示的示例性发动机总成的俯视图；以及

图3是图1所示的示例性发动机总成的气缸套和围绕的歧管的侧面剖视图。

具体实施方式

本发明的一方面提供了一种用于汽油或柴油内燃机的坚固的发动机总成20，其总重量减小且可有效冷却，而没有燃料消耗或二氧化碳排放的不良增加。发动机总成20包括一个夹在一个气缸盖24和一个曲轴箱26之间的双壁气缸套22。发动机总成20还包括一个沿气缸套22的一部分布置的歧管28，用于将冷却流体30输送到气缸套22或从气缸套22输出。

图1-图3中示出包括双壁气缸套22、气缸盖24、曲轴箱26和歧管28的示例性发动机总成20。如图所示，发动机总成20优选设计为没有发动机缸体或冷却夹套，显著地降低了发动机的总重量。

在示例性实施例中，气缸套22包括一个外壁32和一个内壁34及在其间形成的一个冷却室36。双壁32,34围绕一个中轴线A，且内壁34位于外壁32和中轴线A之间。气缸套22的内壁34形成一个燃烧室38，在内燃机的发动机总成20工作时接收往复式活塞40。外壁32包括至少一个缸套流体端口42，以及通常多个缸套流体端口42，以将冷却流体30输送至冷却室36或从冷却室36输出。缸套流体端口42的位置和数量的设计应能控制旋流并进一步改善气缸套22的散热。此外，发动机总成20设计为允许用钠-钾合金(NaK)或硅基油作为冷却流体30。

气缸套22以及发动机总成20的其它部件可由铁基材料或铝基材料制成。铝基材料通常为优选以便减轻重量。在示例性实施例中，气缸套22的外壁32从与气缸盖24接合的一个外上端44沿着中轴线A纵向延伸到与曲轴箱26接合的一个外下端46。气缸套22的内壁34平行于外壁32，并且从与气缸盖24接合的一个内上端48延伸到与曲轴箱26接合的一个内下端50。每个壁32,34都具有一个从面向中轴线A的一个内表面延伸到一个相对的外表面的厚度t。如图所示，壁32,34可设计为简单的扁平结构，而非复杂设计。然而，壁32,34中至少一个的厚度t可以在上端44,48和下端46,50之间变化。此外，当活塞40在燃烧室38中往复运动时，内壁34的内表面由沿着其滑动的活塞环进行正常珩磨。

气缸套22还包括一个连接外下端46和内下端50的底壁52。而壁32,34的上端44,48具有一个通至冷却室36的开口。在该实施例中，壁32,34的上端44,48可用做支撑垫片54的法兰。如图3所示，可以沿着气缸套22的壁32,34设置更多的垫片54，例如在歧管28附近。然而，由于发动机总成20设计简单，因此无需使用复杂的几何形状的垫片。

如图1和图3所示，歧管28沿着外壁32设置在气缸盖24和曲轴箱26之间。歧管28也由铝基或铁基材料制成，并且包括与至少一个缸套流体端口42对齐的至少一个歧管流体端口56，用于将冷却流体30输送到冷却室36或从冷却室36输出。然而，如上所述，歧管28可优选设计为具有与多个缸套流体端口42对齐的多个歧管流体端口56以控制旋流并进一步改善气缸套22的散热。

在示例性实施例中，歧管28为圆柱形状并且仅围绕气缸套22的外壁32的一部分，以便大部分外壁32能够露出。在该实施例中，歧管28位于气缸套22的外下端46附近，并与曲轴箱26铸造为一体。歧管28优选为低损耗液压歧管28，并将冷却流体30运送到位于气缸套22底部的缸套流体端口42。如果需要反向冷却，则可以使用相同的歧管28将由缸套流体端口42排出的冷却流体30送离气缸套22。

发动机总成20的气缸盖24也可由铝基材料或铁基材料制成，并且搁在气缸套22的上端44,48上。根据所用的发动机类型，气缸盖24可以采用各种不同的设计。类似地，曲轴箱26可由铝基材料或铁基材料制成，并且根据所用的发动机类型，可采用各种不同的设计。

如图1所示，示例性实施例的发动机总成20还包括一个主轴承座58和一个油槽60。主轴承座58在与气缸套22相对的一侧连接至曲轴箱26，并且油槽60在与曲轴箱26相对的一侧连接到主轴承座58。曲轴箱26和主轴承座58也可由铝基材料或铁基材料制成，并且根据所用的发动机类型，可以采用各种不同的设计。

示例性发动机总成20还包括连接气缸盖24与曲轴箱26的多个拉杆62，以将气缸套22固定在气缸盖24和曲轴箱26之间。如图所示，拉杆62沿着气缸套22延伸并且与外壁32的外表面间隔开。因此，没有螺栓、螺纹或其它附接件与气缸套22连接。这是特别有利的，尤其当气缸套22由铝基材料制成时。或者，拉杆62可以将气缸盖24连接到主轴承座58，以将气缸套22固定在气缸盖24和曲轴箱26之间。在该替代实施例中，拉杆62再次与气缸套22的外壁32间隔开，使得没有附接件延伸到气缸套22的壁中。

本发明的另一方面提供一种用于制造上述坚固且减重的发动机总成20的方法。该方法包括将气缸套22夹在气缸盖24和曲轴箱26之间。该方法还包括沿着与气缸套22相对的曲轴箱26设置主轴承座58，并且沿着与曲轴箱26相对的主轴承座58设置油槽60。

在所示的示例性实施例中，该方法包括用拉杆62连接气缸盖24与曲轴箱26，以便将气缸套22夹在气缸盖24和曲轴箱26之间，这样拉杆62与气缸套22的外壁32间隔开。在替代实施例中，该方法包括用拉杆62将气缸盖24与主轴承座58连接，这样拉杆62与外壁32间隔开。两种情况下均没有螺栓、螺纹或其它附接件延伸到气缸套22的壁中。

该方法还包括仅沿着外壁32的一部分在气缸盖24和曲轴箱26之间设置歧管28，从而允许外壁32的其余部分露出。该步骤还包括将歧管流体端口56与缸套流体端口42对齐，以将冷却流体30输送至气缸套22的冷却室36或从冷却室36输出。

显然，根据以上教导，本发明在权利要求的范围内还可能具有多种修改和变化，且可通过具体描述之外的方式实现。

Claims (20)

1.一种发动机总成，其特征在于，该发动机总成不具有发动机缸体，该发动机总成包括：

一个夹在一个气缸盖和一个曲轴箱之间的气缸套；

所述气缸套包括一个围绕一个中轴线的外壁，一个围绕所述中轴线并位于所述外壁和所述中轴线之间的内壁，所述内壁与外壁之间形成一个冷却室，并且所述外壁包括至少一个缸套流体端口，用于将冷却流体输送到所述冷却室或从所述冷却室输出；以及

一个沿着所述外壁的一部分设置在所述气缸盖和所述曲轴箱之间的歧管，并且所述歧管包括与所述至少一个缸套流体端口对齐的至少一个歧管流体端口，用于将冷却流体输送到所述冷却室或从所述冷却室输出。

2.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述歧管与所述曲轴箱铸造为一体并且仅沿着所述外壁的一部分设置，以便所述外壁的其余部分能够露出。

3.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述歧管邻近所述气缸盖，并且仅沿着所述外壁的一部分设置，以便所述外壁的其余部分能够露出。

4.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，包括将所述气缸盖连接至所述曲轴箱的多个拉杆，用于将所述气缸套固定在所述气缸盖和所述曲轴箱之间，并且所述拉杆与所述外壁间隔开。

5.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，包括一个沿着与所述气缸套相对的所述曲轴箱设置的主轴承座；将所述气缸盖连接到所述主轴承座的多个拉杆，用于将所述气缸套固定在所述气缸盖和所述曲轴箱之间，并且所述拉杆与所述气缸套的所述外壁间隔开。

6.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，包括一个沿着与所述气缸套相对的所述曲轴箱设置的主轴承座，以及一个连接到与所述曲轴箱相对的所述主轴承座上的油槽。

7.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸套的每个所述壁沿着所述中轴线从上端向下端纵向延伸，并且具有从面向所述中轴线的内表面延伸到相对的外表面的厚度,并且至少一个所述壁的所述厚度在所述上端和所述下端之间变化。

8.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸套由铝基材料制成。

9.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸盖由铝基材料制成。

10.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸套的所述外壁包括多个所述缸套流体端口，用于将冷却流体输送至所述冷却室，并且所述歧管包括多个所述歧管流体端口，用于将冷却流体输送至所述缸套流体端口。

11.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸套的所述外壁沿着所述中轴线从与所述气缸盖接合的外上端纵向延伸到与所述曲轴箱接合的外下端；

所述气缸套的所述内壁从与所述气缸盖接合的内上端延伸到与所述曲轴箱接合的内下端；

所述气缸套包括一个连接所述外壁的所述外下端以及所述内壁的所述内下端的底壁；以及

所述外壁的所述外上端和所述内壁的内上端具有一个通至所述冷却室的开口。

12.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸套的所述外壁没有任何附接件延伸到所述外壁中，所述气缸套的所述内壁没有任何附接件延伸到所述内壁中。

13.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，包括一种冷却流体，并且所述冷却流体包括钠-钾合金(NaK)或硅基油。

14.根据权利要求1所述的总成，其特征在于，所述气缸套由铝基材料或铁基材料制成；

所述气缸套的所述外壁沿着所述中轴线从与所述气缸盖接合的外上端纵向延伸至与所述曲轴箱接合的外下端；

所述气缸套的所述外壁包括多个所述缸套流体端口，用于将冷却流体输送至所述冷却室；

所述气缸套的所述内壁与所述外壁平行，从与所述气缸盖接合的内上端延伸至与所述曲轴箱接合的内下端；

所述气缸套包括一个连接所述外下端与所述内下端的底壁；

所述外壁的所述外上端和所述内壁的内上端具有一个通至所述冷却室的开口；

所述歧管为圆柱形，仅围绕与所述气缸套的所述外下端相邻的所述外壁的一部分，以便所述外壁的其余部分能够露出；

所述歧管与所述曲轴箱铸造为一体；

所述歧管是一个由铝基材料或铁基材料制成的液压歧管；

所述歧管包括多个所述歧管流体端口，用于将冷却流体输送至所述缸套流体端口；

所述气缸盖由铝基材料或铁基材料制成；

所述曲轴箱由铝基材料或铁基材料制成；并且

还包括：

一个连接到与所述气缸套相对的所述曲轴箱的主轴承座；

一个连接到与所述曲轴箱相对的所述主轴承座的油槽；一个设置在所述气缸套的所述上端和所述气缸盖之间的垫片；以及

连接所述气缸盖和所述曲轴箱的多个拉杆，用于将所述气缸套固定在所述气缸盖和所述曲轴箱之间，所述拉杆与所述外壁的外表面间隔开。

15.一种用于制造根据权利要求1-14中任一项所述的发动机总成的方法，包括以下步骤：

将一个气缸套夹在一个气缸盖和一个曲轴箱之间，所述气缸套包括一个围绕中轴线的外壁，一个围绕中轴线并位于所述外壁和所述中轴线之间的内壁，所述内壁和所述外壁之间形成一个冷却室，所述气缸套的外壁包括至少一个缸套流体端口，用于将冷却流体输送至所述冷却室以及从所述冷却室输出；并且

沿着所述外壁的一部分在所述气缸盖和所述曲轴箱之间设置一个歧管，并且将所述歧管的至少一个歧管流体端口与所述至少一个缸套流体端口对齐，用于将所述冷却流体输送至所述缸套流体端口或从所述缸套流体端口输出。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括使用多个拉杆将所述气缸盖与所述曲轴箱连接，以将所述气缸套固定在所述气缸盖和所述曲轴箱之间，使得所述拉杆与所述气缸套的外壁间隔开。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括一个沿着所述曲轴箱设置的主轴承座，使得所述主轴承座由所述曲轴箱将其与所述气缸套间隔开，并且利用多个拉杆将所述气缸盖与所述主轴承座连接，以便将所述气缸套夹在所述气缸盖和所述曲轴箱之间，使得所述拉杆与所述气缸套的外壁间隔开。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括沿着与所述气缸套相对的所述曲轴箱设置一个主轴承座，以及沿着与所述曲轴箱相对的所述主轴承座设置一个油槽。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，包括沿所述外壁的仅一部分设置所述歧管从而允许所述外壁的其余部分能够露出。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述气缸套夹在所述气缸盖和所述曲轴箱之间，没有任何附接件延伸到所述气缸套的外壁和内壁中。

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