CN109906312A - 用于活塞往复式内燃机的气缸壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特别是汽车的活塞往复式内燃机的气缸壳体(20)，所述气缸壳体具有受第一气缸内衬(16)限制的第一气缸(12)和至少一个受第二气缸内衬(18)限制的第二气缸(14)，其中所述气缸(12，14)在其由所述相应的气缸内衬(16，18)构成的相应内轮廓(22，24)方面互不相同。

Description

用于活塞往复式内燃机的气缸壳体

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于往复式内燃机的气缸壳体。

背景技术

这类用于特别是汽车的往复式内燃机的气缸壳体已在一般现有技术特别是车辆批量生产中广为人知。此气缸壳体具有受第一气缸内衬限制的第一气缸以及至少一个受第二气缸内衬限制的第二气缸。气缸为相应的燃烧室，在往复式内燃机的燃烧运行中，在这些燃烧室中实施燃烧过程。在这些气缸中，通常以可平移运动的方式容置有相应的活塞，其中活塞由燃烧过程驱动。

此外，DE 10 2008 026 146 A1揭示过一种内燃机气缸，其中此气缸具有气缸工作面，此气缸工作面具有用于活塞的上活塞反转区和下活塞反转区。活塞特别是可以沿其径向支撑在也被称为气缸工作面或衬里的气缸内衬上，其中活塞例如可以在其从其下止点至其上止点或者从其上止点至其下止点的路径上至少暂时地沿气缸内衬移动或滑动。

DE 10 2009 024 227 A1例如揭示过一种气缸曲轴箱，其具有受气缸内衬限制的气缸孔。其中，气缸孔并非呈圆柱形。

DE 10 2011 117 660 A1还揭示过一种内燃机，其具有至少一个气缸，在气缸的汽缸内腔中布置有可以在上反转点与下反转点之间沿轴向位移的具有至少一个活塞环的活塞。

发明内容

本发明的目的是对本文开篇所述类型的气缸壳体进行进一步改进，从而实现往复式内燃机的特别高效的运行和特别有利的噪声特性。

本发明用以达成上述目的的解决方案为具有权利要求1的特征的一种气缸壳体。本发明的有利设计方案和有益改进方案参阅其余权利要求。

为了进一步改进权利要求1的前序部分中所述类型的气缸壳体，从而实现往复式内燃机的特别高效的运行和特别有利的噪声特性，根据本发明，所述气缸在其由所述相应的气缸内衬构成的相应内轮廓方面互不相同。所述相应的内轮廓优选至少在相应的分区或长度范围内沿所述相应的气缸的轴向朝下扩展。因此，内轮廓或气缸内衬例如呈锥形，其中例如通过喇叭珩磨(Trompetenhonung)，特别是通过锥形的喇叭珩磨来形成扩展。

本发明特别是基于以下认识，即在往复式内燃机中可能导致气缸发生气缸特定或气缸特有的变形，其中气缸的这些变形也称为气缸变形。例如可以通过气缸头螺接、通过在往复式内燃机的燃烧运行期间存在于构建为燃烧室的气缸中的燃烧室压力以及通过气缸壳体和气缸内衬的热膨胀来引起这些气缸特定的气缸变形。气缸特定的气缸变形是指气缸以不同的方式运转，或者导致相应的气缸发生不同的变形，使得并非每个气缸都会同样地遇热变形或发生热变形。因此，在例如气缸在初始状态下的具有相同的内轮廓的情况下，且随后在特别是燃烧运行中导致不同的气缸变形的情况下，气缸例如在燃烧运行期间具有互不相同的内轮廓。这一点可能导致摩擦功率增大以及/或者产生非期望的噪声，因为例如气缸内衬与以可平移运动的方式容置在气缸中的相应活塞之间的相应间隙具有不利的值。例如在这些也称为活塞间隙的间隙过大或者该间隙具有较大值的情况下，可能例如由于抵靠变换而产生非期望的噪声，这一点可能会对往复式内燃机的噪声特性产生不利影响。但在间隙过小或者该间隙具有较小值的情况下，相应的活塞与相应的气缸内衬之间的摩擦过大，从而导致往复式内燃机的摩擦功率过大。

在本发明的气缸壳体中可以避免上述问题和缺点，因为通过例如通过气缸特定的相应的锥形喇叭珩磨所形成的互不相同的内轮廓，就能优化气缸特定的气缸变形或者至少大体对其进行补偿。这样就能避免活塞间隙的值过大以及过小，从而将往复式内燃机的摩擦功率以及燃料消耗和CO₂排放保持在较低水平，以及实现往复式内燃机的特别有利的噪声特性。往复式内燃机的噪声特性也称为NVH特性(NVH-噪声、振动、声振粗糙度)。

本发明还基于以下认识，即在传统的往复式内燃机中，相应的气缸通常实施气缸珩磨，从而至少大体呈圆柱形，也就是具有直圆柱体的形状。由于例如构建为曲轴箱或气缸曲轴箱的气缸壳体的结构、气缸头螺钉的紧固程度、燃烧运行中的热膨胀和在燃烧运行期间存在于气缸中的气缸压力，在燃烧运行期间，内轮廓的形状可能会与理想的圆柱形形状产生较大偏差，这样就会造成摩擦功耗从而增大消耗。同样可以防止出现上述问题和缺点。相应的内轮廓例如在室温下具有不同于圆柱形的形状，但其中内轮廓在其形状方面由于因燃烧运行导致的气缸壳体升温而接近理想的圆柱形形状，或者至少大体相当于理想的圆柱形形状。这样就能防止产生非期望的噪声，其中可以同时将往复式内燃机的摩擦功率以及燃料消耗和CO₂排放保持在较低水平。

通过同样称为气缸工作面或衬里的相应气缸内衬的相应珩磨来实现相应的内轮廓，其中采用喇叭珩磨，特别是气缸特定的喇叭珩磨来实施珩磨。

内轮廓采用互不相同的构建方案，这样气缸或内轮廓至少在相应的分区内具有不同的直径也就是气缸直径，这样就能将活塞间隙调节至最佳值。这样特别是可以防止活塞与气缸内衬之间的重叠状态，其中这样的重叠状态会导致较大的摩擦功率从而增大燃料消耗。换言之，例如实施气缸特定的珩磨，特别是喇叭珩磨，以及/或者设置气缸内衬的气缸特定的直径，使得这些气缸内衬在其珩磨方面，特别是在其喇叭珩磨方面，以及/或者在其直径方面互不相同。这样就能特别是在考虑到相应的活塞抵靠变换的情况下，将相应的气缸内衬设计为NVH优化且摩擦功率优化的气缸内衬，从而实现有利的活塞间隙。

附图说明

本发明的更多优点、特征和细节参阅下文结合图式对优选实施例所作的描述。在本发明范围内，此前在说明书中所列特征和特征组合以及下文将在附图描述中提及和/或附图中单独示出的特征和特征组合既可以按本申请所给出的方式进行组合，也可按其他方式组合应用或单独应用。

其中：

图1局部地示出根据往复式内燃机的第一实施方式的气缸壳体的示意性剖视图，其中所述气缸壳体具有气缸，所述气缸在其由其相应的气缸内衬所构成的相应内轮廓方面互不相同；

图2局部示出根据第二实施方式的气缸壳体的示意性剖视图；以及

图3分别局部示出根据第三实施方式的气缸壳体的示意性剖视图。

具体实施方式

附图中相同或功能相同的元件用同一附图标记表示。

图1局部地示出用于可以由往复式内燃机驱动的汽车的往复式内燃机的整体用10表示的气缸壳体的示意性剖视图。往复式内燃机在其制造完毕后包括构建为曲柄轴的驱动轴，该驱动轴可以围绕旋转轴相对气缸壳体10旋转。其中，曲柄轴例如以可以围绕旋转轴线相对曲轴箱旋转的方式支承在往复式内燃机的曲轴箱上。曲轴箱可以与气缸壳体10一体成型，使得气缸壳体10构建为气缸曲轴箱。作为替代方案，气缸壳体10和曲轴箱可以构建为相互独立构建且相连的组件。往复式内燃机还包括至少一个气缸头，其未在图中绘示并且与气缸壳体10连接，特别是螺接。

气缸壳体10包括第一气缸12和第二气缸14，这些气缸为往复式内燃机的相应燃烧室。在往复式内燃机的燃烧运行中，在气缸12和14中实施燃烧过程，往复式内燃机的燃烧运行同样被称为点火后运行。在气缸12和14中以可平移运动的方式容置有未在图中绘示的相应活塞，其中相应的活塞可以在下止点(UT)与上止点(OT)之间运动。下止点和上止点为相应的止点或反转点，活塞的相应运动方向在这些止点或反转点上反转。按照定义，所述活塞在其从上止点至下止点的路径上朝下运动，并且在此过程中远离气缸头，特别是远离由气缸头构成的对应于相应的气缸的燃烧室顶。所述活塞在其从下止点至上止点的路径上朝上运动，从而朝气缸头方向或朝燃烧室顶运动。

活塞通过相应的连杆与曲柄轴耦合，从而将活塞的平移运动转换成曲柄轴围绕其旋转轴线的旋转运动。其中，活塞由在相应的气缸12和14中实施的相应燃烧过程驱动。在附图中，气缸12和14共同地或以重叠的方式绘示，以便很好地阐明气缸12与14间可能的共同点和区别。

如图1所示，第一气缸12由第一气缸内衬16界定，第二气缸14由第二气缸内衬18界定，其中相应的气缸内衬16或18同样称为气缸工作面、活塞内衬、活塞工作面或衬里。相应的活塞可以沿其径向支撑在相应的气缸内衬16或18上，并且例如在其从上止点至下止点以及从下止点至上止点的路径上在相应的气缸内衬16或18上滑动。

在图1的左边，气缸壳体10以及气缸内衬16和18处于受热状态W，例如在燃烧运行期间或在燃烧运行开始后的某个时间段后达到该受热状态。在图1中间和右边示出在低温状态K以及受热状态W下的根据第一实施方式的气缸壳体20，其中下文将还对气缸壳体20进行更详细的说明。

例如在不在内衬16和18上采取任何措施的情况下，或者在这些内衬特别是在其珩磨和/或其直径方面就其低温状态而言采用相同的构建方案的情况下，就会达到图1的左边所示的气缸壳体10的受热状态W。在低温状态下，例如图1的左边所示的气缸壳体10的气缸内衬16和18例如至少大体具有相同的轮廓，特别是内轮廓。因下文还将详细说明的效应或边界条件，可能导致气缸12和14以及气缸内衬16和18发生不同的变形，其中这些变形也称为气缸变形。上述效应或边界条件例如是指在燃烧运行期间，在气缸12和14中出现的燃烧室压力，由于因燃烧运行导致的气缸壳体10的升温而导致热膨胀，以及/或者是指螺接，气缸壳体10借助这些螺接与气缸头连接在一起。这些边界条件或效应可以导致气缸特定的也就是气缸独特的气缸变形，使得气缸12和14或者气缸内衬16和18以及气缸内衬16和18的内轮廓可以从低温状态出发以不同的方式扭曲，也就是发生变形。因此，气缸内衬16和18在图1左边所示的受热状态W下具有不同的内轮廓，使得气缸12和14具有不同的内周侧形状。

这些不同的气缸特定的气缸变形可能导致往复式内燃机的在摩擦功率和噪声特性方面的缺点，因为其例如可能导致相应的活塞与相应的气缸内衬16或18之间的相应间隙的不利的值。这个间隙也称为活塞间隙。例如在因气缸特定的气缸变形导致活塞间隙的值过大的情况下，就可能产生非期望的噪声，因为例如活塞在相应的气缸内衬16和18上的接触改变可能会产生噪声。例如在因气缸特定的气缸变形导致活塞间隙的值过小的情况下，例如可能会导致活塞与相应的气缸内衬16或18之间的重叠状态。这样就会导致往复式内燃机的在摩擦功率过大，从而导致较高的燃料消耗和较高的CO₂排放。

通过图1所示的功能和目的相当于气缸壳体10的功能和目的的气缸壳体20可以看出，气缸内衬16和18以及气缸12和14在低温状态K下在其由相应的气缸内衬16、18构成的相应内轮廓22、24方面互不相同。其中，根据第一实施方式，通过喇叭珩磨来实施线性的形状修正，其中气缸内衬16和18在低温状态K下在其喇叭珩磨方面和/或在其相应的直径方面互不相同。

图1的右边示出图1中间所示的气缸壳体20的气缸内衬16和18的受热状态W，在这些气缸内衬上通过特殊的加工来设置上述形式为不同的喇叭珩磨和/或不同的直径的特殊措施。由图1的左边和中间所示的气缸内衬16和18或者内轮廓22和24的总和产生图1的右边所示的受热状态。如图1所示，气缸内衬16和18或其内轮廓22和24在右边所示的受热状态W下至少接近期望的曲线19，该曲线表明相应的气缸内衬16或18的目标形状以及其期望的曲线或期望的形状。特别是通过曲线19示出期望的喇叭形状，可以通过前述喇叭珩磨，视情况结合冷间隙调整来实现该喇叭形状。

换言之：为了在气缸壳体20中优化或补偿气缸特定的气缸变形，从而实现往复式内燃机的特别高效的运行和往复式内燃机的特别有利的噪声特性，在气缸壳体20中，气缸12和14特别是在低温状态K下在其由相应的气缸内衬16或18构成的相应内轮廓22或24方面互不相同。换言之，气缸12和14在环境温度下在其由相应的气缸内衬16或18构成的相应内轮廓22或24方面互不相同，其中内轮廓22或24例如在其形状方面由于因燃烧运行导致的相应的气缸12和14的升温而相互匹配。

如图1的中间所示，在第一实施方式中，对气缸特定的不同的零阶气缸变形进行线性修正。在此过程中，相应的内轮廓22或24至少在相应的分区内沿相应的气缸12或14的轴向朝下扩展。因此，相应的内轮廓22或24沿活塞在其从上止点至其下止点的路径上运动的方向扩展。相应的内轮廓22或24例如通过锥形的喇叭珩磨形成。通过不同的内轮廓22和24，内轮廓22和24同样就至少一个相应的内径方面互不相同，其中相应的内径也称为气缸直径。通过应用气缸特定的喇叭珩磨和相应的气缸特定的直径，可以设定至少大体最佳的活塞间隙，从而避免摩擦功率过大以及防止产生非期望的噪声。

此外，如图1所示，相应的内轮廓22或24例如在其整个轴向延伸度上朝下扩展。气缸壳体10或20例如在分隔面25上至少间接地支撑在气缸头上，或与这个气缸头连接。在图1所示的第一实施方式中，内轮廓22或24以及分隔面25上的喇叭形状开始扩展。在第一实施方式中，相应的内轮廓22或24具有至少大体呈线性的曲线，这样就能修正气缸变形间的零阶差分。通过相应的内轮廓22或24在低温状态K下的非线性曲线就能修正气缸变形间的更高阶的差分。在此过程中，相应的内轮廓22或24朝下扩展/变宽，其中同样在第二实施方式中在分隔面25上开始这个扩展。

图2示出气缸壳体20的第二实施方式，其中在图2中同样可以看见气缸壳体10。其中，气缸壳体10或20例如具有四个气缸12、14、26和28。其中，气缸12具有气缸内衬16、气缸14具有气缸内衬18、气缸26具有气缸内衬30、气缸28具有气缸内衬32。

为了对气缸12、14、26、28的气缸特定的变形进行补偿，例如在设有气缸壳体20的第二和第三实施方式中，气缸12、14、26和28在其由相应的气缸内衬16、18、30或32构成的相应内轮廓22、24、34或36方面互不相同。图2示出在图2中用W表示的受热状态下的气缸壳体10或20，其中图2同样示出用K表示的低温状态下的气缸壳体20。

在气缸壳体20中，在低温状态K下结合线性的喇叭珩磨实施径向的扩展，使得相应的内轮廓22、24、34或36至少大体呈线性地朝下扩展。通过不同大小的径向扩展，就能修正气缸壳体10或20中的各个变形的零阶差分。其中，在分隔面25下方开始通过气缸特定的喇叭珩磨所实现的扩展。

如图2所示，内轮廓22、24、34或36由于因往复式内燃机的燃烧运行导致的相应的气缸12、14、26和28的升温而相互匹配，使得内轮廓22、24、34或36在受热状态W下非常相似，或者至少大体相同或一致。在此过程中，内轮廓22、24、34和36至少大体相当于用曲线19表示的期望的目标形状，或者与这个目标形状极为相似。

图3示出根据第三实施方式的气缸壳体20，其中图3示出受热状态W下的气缸壳体10或20以及低温状态K下的气缸壳体20。在第四实施方式中，内轮廓22、24、34和36同样朝下扩展，其中在分隔面25下方开始这个扩展。在此过程中，相应的内轮廓22、24、34或36如在第二实施方式中那样具有非线性的曲线，以便修正更高阶的差分。

气缸壳体10的图2或图3所示的受热状态W表明气缸12、14、36和38的气缸特定的气缸变形，可以通过气缸壳体20的内轮廓22、24、34和36的所描述的技术方案来补偿这些气缸变形。因此，例如气缸壳体20的从气缸壳体20的低温状态K出发进入受热状态W的升温和因这个升温所导致的气缸特定的气缸变形导致受热状态W下的相当于用曲线19表示的期望的目标形状的内轮廓22和24、34和36。

Claims (6)

1.一种用于特别是汽车的往复式内燃机的气缸壳体(20)，所述气缸壳体具有由第一气缸内衬(16)界定的第一气缸(12)和至少一个由第二气缸内衬(18)界定的第二气缸(14)，

其特征在于，

所述气缸(12，14)在其由所述相应的气缸内衬(16，18)构成的相应内轮廓(22，24)方面互不相同。

2.根据权利要求1所述的气缸壳体(20)，

其特征在于，

所述相应的内轮廓(22，24)至少在相应的分区内沿所述相应的气缸(12，14)的轴向朝下扩展。

3.根据权利要求2所述的气缸壳体(20)，

其特征在于，

所述相应的扩展通过相应的喇叭珩磨形成。

4.根据权利要求2或3所述的气缸壳体(20)，

其特征在于，

所述相应的内轮廓(22，24)至少在所述相应分区内呈线性地或非线性地朝下扩展。

5.根据上述权利要求中任一项所述的气缸壳体(20)，

其特征在于，

所述气缸(12，14)在环境温度下在其由所述相应的气缸内衬(16，18)构成的相应内轮廓(22，24)方面互不相同，其中所述内轮廓(22，24)在其形状方面由于因所述往复式内燃机的燃烧运行导致的所述气缸(12，14)的升温而相互匹配。

6.根据上述权利要求中任一项所述的气缸壳体(20)，

其特征在于，

所述内轮廓(22，24)在相应的直径和/或所述气缸内衬(16，18)的相应珩磨形状方面互不相同。