CN114294122A - 气缸衬套 - Google Patents

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CN114294122A CN202111113133.6A CN202111113133A CN114294122A CN 114294122 A CN114294122 A CN 114294122A CN 202111113133 A CN202111113133 A CN 202111113133A CN 114294122 A CN114294122 A CN 114294122A
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M·M·塞万提斯
A·J·康敏斯
S·D·珀金斯
张舒
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Abstract

一种环形气缸衬套包括环形主体，所述环形主体限定纵向轴线，垂直于所述纵向轴线的径向方向，圆周方向，第一纵向端，第二纵向端，以及沿着所述纵向轴线从所述第一纵向端到所述第二纵向端测量的衬套长度。所述环形主体还包括肩部，所述肩部设置在所述第一纵向端处，限定沿着所述纵向轴线测量的肩部轴向厚度。所述衬套长度与所述肩部轴向厚度的比率范围为24.0到46.0。

Description

气缸衬套
技术领域
本公开大体上涉及用于内燃式发动机的气缸衬套，所述内燃式发动机具有在所述气缸衬套内来回滑动的活塞。更具体地，本公开涉及当采用具有改变的几何形状的其他发动机部件时允许适当间隙的气缸衬套。
背景技术
内燃式发动机通常在各种行业中使用以为机器和设备提供动力。使用这样的机器和设备的行业的示例包括航海、土方、建筑、采矿、机车和农业等行业。在某些市场和细分市场中，需要较少维护和/或提供更多动力的内燃式发动机是期望的。
更具体地，经常需要更换包括气缸衬套的各种发动机部件，因为随着它们磨损，发动机可能会出现问题。在压燃式发动机中，可能需要更多的动力，这可能会导致发动机部件的改变。因此，可以调节间隙以避免在操作中一个部件可能与另一部件发生干涉甚至碰撞。而且，改变发动机部件的几何形状可能会影响需要进一步几何调节的各种其他部件之间的堆叠和间隙。
发明内容
根据本公开的实施例的内燃式发动机可以包括限定内腔的曲轴箱和从所述内腔延伸的气缸腔孔，所述气缸腔孔限定纵向轴线、径向方向、圆周方向，并且形成与所述内腔的接合部。曲轴可以设置在所述曲轴箱的所述内腔中，限定旋转轴线，并且环形气缸衬套可以设置在所述气缸腔孔中。活塞可以设置在所述环形气缸衬套中，而连杆连接到所述活塞，从所述气缸腔孔延伸到所述内腔，并且还连接到所述曲轴。缸头可以附接到所述曲轴箱，包括空气入口通道和排气导管。所述发动机还可以在包含所述纵向轴线的平面中限定曲柄角，以及从所述纵向轴线围绕所述旋转轴线到穿过所述旋转轴线的基准线测量的径向方向，以及范围为233.0度到237.0度的曲拐中心。
根据本公开的实施例的曲轴包括限定旋转轴线和径向方向的主体。所述曲轴还包括至少一个曲拐，所述至少一个曲拐包括配置成附接到连杆的曲柄销，以及至少一个配重，所述至少一个配重包括设置在所述主体的径向末端处的外圆周表面。所述外圆周表面可以包括第一弧形表面，所述第一弧形表面在包含所述径向方向的平面中与所述旋转轴线间隔开范围为160.0mm或更小的第一径向距离。
根据本公开的实施例的环形气缸衬套可以包括环形主体，所述环形主体限定纵向轴线，垂直于所述纵向轴线的径向方向，圆周方向，第一纵向端，第二纵向端，以及沿着所述纵向轴线从所述第一纵向端到所述第二纵向端测量的衬套长度。所述环形主体可以包括肩部，所述肩部设置在所述第一纵向端处，限定沿着所述纵向轴线测量的肩部轴向厚度。所述衬套长度与所述肩部轴向厚度的比率可以在24.0到46.0的范围内。
附图说明
图1是可以采用根据本公开的各种实施例的气缸衬套和曲轴箱的内燃式发动机的透视图。
图2是图1的发动机的侧截面示意图，大体上示出了发动机的功能部件。
图3是图1的内燃式发动机的截面后视图，更详细地示出了彼此相邻设置的根据本公开的各种实施例的气缸衬套和曲轴箱，其中气缸腔孔延伸到曲轴箱的内腔。
图4是图3的气缸衬套和活塞的放大截面前视图，示出了活塞在发动机的气缸腔孔中的气缸衬套中的往复移动。
图5是图3至5的气缸衬套的透视图，以增强的细节单独示出。
图6是图6的气缸衬套的前视图。
图7是发动机的截面前视图，示出了在操作中接近活塞和气缸衬套的曲轴。描绘了外圆周表面的曲率。示出了曲轴和气缸衬套之间存在最小间隙的曲柄角。
图8是图7的曲轴箱的放大截面前细节图，更清楚地示出了可以设置在曲轴和气缸衬套之间的间隙。
图9是图8的曲轴的放大透视图，更清楚地示出了两个外圆周表面。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施例，其示例在附图中示出。在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。在某些情况下，附图标记将在本说明书中指出，并且附图将示出在后面跟着字母的附图标记(例如100a、100b)或者在后面跟着撇标志的附图标记(诸如100’、100”等)。应当理解，紧跟在附图标记之后使用字母或撇标志是为了指出这些特征具有相似的形状和相似的功能，在几何结构关于对称平面成镜像时通常就是这样。为了便于在本说明书中解释说明，字母或撇标志往往不会被包括在本文中，却可以在附图中示出，以便指出这是在本书面说明书中讨论过的特征的复制品。
现在将描述根据本公开的原理的可以用于内燃式发动机的气缸衬套和/或曲轴箱的各种实施例。更特别地，曲轴箱在气缸腔孔和设置曲轴的内腔的接合处可能具有几何变化，需要对气缸衬套进行几何变化以便在连杆和曲轴箱之间提供适当的间隙。
例如，在图1中示出了内燃式发动机100，其可以采用根据本文阐述的原理构造的气缸衬套和曲轴箱的各种实施例。发动机100可以包括活塞(未示出)在其中往复移动的发动机缸体102(或曲轴箱)，以及缸头104，所述缸头可以包含用于将流体引入位于发动机缸体102中的腔孔/燃烧室中的各种发动机部件。
转到图2，发动机100的一部分被剖切示出，露出可以具有大致圆柱形状的燃烧室106，其限定在形成于发动机100的曲轴箱或发动机缸体102内的气缸腔孔108内。燃烧室106进一步在一端处由缸头104的焰板表面110限定，并且在另一端处由活塞128的冠部126限定，所述冠部往复地设置在腔孔108内，并连接到连杆124，所述连杆又连接到曲轴(在图2中未示出)。燃料喷射器112安装在缸头104中。喷射器112具有尖端114，所述尖端通过焰板表面110在燃烧室106内突出，使得它可以将燃料直接喷射到燃烧室106中。
在发动机100的操作期间，当一个或多个进气阀117(示出一个)在进气冲程期间打开时，空气经由空气入口通道115进入燃烧室106。在已知配置中，允许高压燃料流过尖端114中的喷嘴开口以形成进入燃烧室106的燃料射流。每个喷嘴开口产生通常分散以产生预定燃料/空气混合物的燃料射流118，其在压燃式发动机中自动点火和燃烧。燃料射流118可以以在110度至150度之间的夹角β从喷射器提供，但是也可以使用其他角。在燃烧之后，当一个或多个排气阀122(示出一个)在排气冲程期间打开时，废气通过排气导管120从燃烧室排出。
燃烧气缸中燃料/空气混合的均匀性和程度与燃烧效率以及形成的燃烧副产物的量和类型有关。例如，在燃烧事件期间由于混合不足而可能局部存在于燃烧室106内的富含燃料的混合物可能导致更高的烟灰排放和更低的燃烧效率。
现在参照图3，现在将讨论图1的发动机100的进一步细节。发动机可以包括限定内腔202的曲轴箱200，以及与水平轴线140成60度角138(+/-5度)从内腔202延伸的气缸腔孔204。因此，“V形”发动机在图3中示出为具有多个气缸，围绕水平地位于气缸之间中途的竖直平面142形成V形。在包括直列的本公开的其他实施例中其他配置是可能的。在本公开的一些实施例中，所有气缸及其相应的部件可以彼此类似或相同地配置。
气缸腔孔204可以限定纵向轴线206、径向方向208和圆周方向210(见图4)，并且形成与内腔202的接合部。也就是说，气缸腔孔与内腔连通。
一起参见图3和4，曲轴214通常设置在曲轴箱200的内腔202中，而环形气缸衬套300通常设置在气缸腔孔204中。而且，活塞216通常设置在环形气缸衬套300中以用于衬套中往复移动。连杆218连接到活塞216，从气缸腔孔204延伸到内腔202。连杆218还连接到曲轴214。缸头220附接到曲轴箱200。还可以提供具有设置在其中的燃料喷射器230的燃料喷射器腔孔228。在其他实施例中，可以采用化油器和火花塞代替燃料喷射器等。
专注于图7和8，发动机100可以在包含纵向轴线206的平面中限定曲柄角130，以及从(其中最小间隙134出现在曲轴和环形气缸衬套之间的)纵向轴线206围绕旋转轴线132到穿过(曲轴214的)旋转轴线132的基准线141测量的径向方向208，以及范围为200.0度到270.0度的曲拐中心。在某些实施例中，曲柄角130可以在233.0度到237.0度的范围内(例如235.0度)。
此外，曲轴214可以限定包括弧形表面的外圆周表面223，所述弧形表面也可以限定曲轴214和环形气缸衬套300之间的最小间隙134(见图8)。在本公开的各种实施例中该最小间隙可以在1.0mm至25.0mm的范围内。在本公开的其他实施例中这些尺寸中的任何一个可以不同。
参见图6，环形气缸衬套300可以限定沿着纵向轴线206设置的第一轴向端302和第二轴向端304。衬套还可以包括从第一轴向端302延伸到第二轴向端304的外圆周表面306，并且在某些实施例中还限定沿着纵向轴线206从第一轴向端302到第二轴向端304测量的范围为246.0mm到271.0mm的总纵向长度308。如本文中将立即描述的，外圆周表面306可以径向地内外张开以在衬套的外侧上形成一个或多个台阶或环。在本公开的其他实施例中可能不是这种情况。环形气缸衬套300还限定从第一轴向端302延伸到第二轴向端304的内圆周表面310。肩部312可以设置在第一轴向端302处。
更具体地，肩部312包括肩部顶表面314、肩部底表面316和肩部圆周表面318。在本公开的一些实施例中，肩部312还限定沿着纵向轴线206从肩部顶表面314到肩部底表面316测量的范围为6.0mm到12.0mm的轴向厚度320(见图6)，以及沿着径向方向208从外圆周表面306到肩部圆周表面318测量的范围为3.0mm到7.0mm的径向宽度322。
而且，如图4中所示，环形气缸衬套300可以包括设置在第二轴向端304处的径向薄部分324(也见图4)，以及轴向设置在径向薄部分324和肩部312之间的径向厚部分326。在本公开的一些实施例中，径向薄部分324可以限定沿着径向方向208测量的范围为3.0mm到6.0mm的薄径向厚度328，并且径向厚部分326可以限定沿着径向方向208测量的范围为5.0mm到10.0mm的厚径向厚度330。
如图4中最佳所示，径向薄部分324延伸到曲轴箱200的内腔202中。肩部可以接触曲轴箱中的肩部沉孔，如将立即讨论的。
现在将继续参照图4描述可以作为替换部件或替换子组件提供的曲轴箱200。曲轴箱200的主体(例如，稍后加工的铸件)可以包括旨在与缸头220配合的平坦接口表面238。肩部沉孔240可以从平坦接口表面238延伸到沉孔底表面242(可以是平面的和环形的)。肩部沉孔240与气缸腔孔204连通，限定沿着纵向轴线206从平坦接口表面238到沉孔底表面242测量的肩部沉孔深度244。在本公开的一些实施例中该深度244可以在9.0mm到12.0mm的范围内，并且径向尺寸大于环形气缸衬套的肩部的径向尺寸。此外，在本公开的一些实施例中，气缸腔孔204限定沿着纵向轴线206从平坦接口表面238到内腔测量的范围为230.0mm到240.0mm的腔孔轴向长度246。
接下来，将参照图5和6讨论可以作为替换部件提供的环形气缸衬套。
环形气缸衬套300可以包括环形主体，所述环形主体限定纵向轴线332，垂直于纵向轴线332的径向方向334，以及圆周方向336。第一纵向端338和第二纵向端340都可以沿着纵向轴线332设置。另外，衬套长度342可以沿着纵向轴线332从第一纵向端338到第二纵向端340测量。类似地，内腔孔346可以从第一纵向端338完全延伸到第二纵向端340。在这样的情况下，内腔孔346可以限定连续圆柱形表面348，其从第一纵向端338延伸到第二纵向端340，在一些实施例中限定范围为140.0mm到150.0mm的内径350。在本公开的其他实施例中可能不是这种情况。在本公开的其他实施例中其他范围是可能的。
肩部312可以设置在第一纵向端338处，限定沿着纵向轴线332测量的肩部轴向厚度344。在一些实施例中，衬套长度342与肩部轴向厚度344的比率可以在27.0到32.0的范围内。在这样的情况下，肩部轴向厚度344可以在6.0mm到12.0mm的范围内，而衬套长度342可以在246.0mm到271.0mm的范围内。在本公开的其他实施例中可以采用比率和尺寸的其他范围。
如本文前面提到的，外圆周表面306可以限定轴向邻近肩部312设置的大直径部分352，并且肩部312从外圆周表面306突出沿着径向方向334测量的径向距离354，所述径向距离在一些实施例中在2.0mm到5.0mm的范围内。
对于图5和6中所示的实施例，大直径部分352限定在一些实施例中范围为145.0mm到155.0mm的变化大直径356，形成第一多个台阶或环358。大直径轴向长度360可以沿着纵向轴线332测量，在一些实施例中在188.0mm到195.0mm的范围内。
另外，小直径部分362可以从大直径部分352延伸到第二纵向端340。在该实施例中大直径轴向长度360将沿着纵向轴线332从肩部312(即肩部底表面)到小直径部分362测量。小直径部分362限定范围为145.0mm到155.0mm的变化小直径364，以及沿着纵向轴线332从大直径部分352到第二纵向端340测量的小直径部分轴向长度366，其在一些实施例中在55.0mm到80.0mm的范围内。
因此，本领域技术人员可以理解，小直径部分的最大直径与大直径部分的最小直径大致相同，从而得出衬套的这些部分的对应名称。
在一些实施例中脊部368也可以在连续圆柱形表面348和肩部顶表面314处设置在第一纵向端338处。
接下来，将参照图7和9描述可以作为替换部件提供的曲轴214。
曲轴214可以包括限定旋转轴线132和径向方向136的主体。可以提供至少一个曲拐248，其包括配置成附接到连杆218的曲柄销250。此外，可以提供至少一个配重252，其包括设置在主体的径向末端处的外圆周表面223。
外圆周表面223可以包括第一弧形表面256，以及与第一弧形表面256形成尖头260的第二弧形表面253，所述第一弧形表面在包含径向方向136的平面(并且垂直于旋转轴线132，例如图9的截平面)中与旋转轴线132间隔开范围为160.0mm或更小的第一径向距离226(即沿着径向方向136测量的尺寸)。此外，第一弧形表面限定的圆周范围258小于第二弧形表面253的圆周范围254。
如本文所用，“圆周表面”或“弧形表面”包括非直线或非平面的任何形状，包括半径、椭圆、多项式、花键等。
根据不同应用，本文讨论的任何实施例的配置和尺寸范围可以改变为不同。
曲轴箱可以由灰口铸铁或铸铁通过铸造工艺制成，然后具有加工的特征。气缸衬套和曲轴可以由钢、铸铁或其他耐用、耐腐蚀等合适的材料制成。衬套和曲轴也可以具有加工在其上的特征。合适的加工工艺可以包括铣削、车削、放电加工等。
工业适用性
在实践中，可以根据需要或期望在售后市场或OEM(原始设备制造商)环境中提供、销售、制造和购买等根据本文所述的任何实施例的气缸衬套、曲轴箱、曲轴和/或使用这种气缸衬套或曲轴箱或曲轴的发动机组件。例如，曲轴箱或气缸衬套可以用于改装已在现场使用的现有发动机，或者可以与发动机或在设备的第一销售点与使用该发动机的设备一起出售。
包括连杆、曲轴箱、曲轴和气缸衬套的各种部件之间的适当间隙可以由本文公开的实施例提供。这可以减少对发动机的维护需要。
因此，曲轴和气缸衬套的几何形状都需要调整。然而，这些部件仍然需要足够耐用才能正常工作并满足其他发动机性能。具体地，衬套的长度减少了5.4mm。然而，衬套不能太短，否则会影响发动机操作时的活塞动力学。本文针对衬套和曲轴箱的各种实施例给出的尺寸和比率平衡这些各种期望的性能。
应当理解，上文的描述提供了所公开的组件和技术的实例。然而，可设想，本公开的其它实施方式可在细节上与前述示例不同。对本公开或其示例的所有引用旨在引用当时所讨论的特定示例，而并非旨在更一般地暗示对本公开的范围的任何限制。关于某些特征的所有区别和不利言辞旨在表明这些特征不是优选的，但除非另外指明，否则并不是将这些特征从本发明的范围中完全排除。
除非本文另有指示，否则本文对值范围的叙述仅仅旨在用作分别提及落入所述范围内的每个独立值的速记方法，并且每个独立值并入到说明书中，如同在本文中分别叙述一样。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本文中讨论的设备和组装方法的实施例进行各种修改和变化。考虑到本文中公开的各种实施例的说明和实施，本公开的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，一些设备可以被构造并且不同于本文中所述起作用，并且任何方法的某些步骤可以被省略，按照与具体提到的不同的顺序被执行或者在一些情况下同时或在子步骤中被执行。此外，可以对各种实施例的某些方面或特征进行变化或修改以产生另外的实施例，并且各种实施例的特征和方面可以补充或替代其它实施例的其它特征或方面以便提供另外的实施例。
因此，如适用法律所允许的，本公开包括所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效内容。另外，除非在本文中另有指示或者与上下文明显矛盾，本公开涵盖上述元件以所有可能变型的任何组合。

Claims (10)

1.一种环形气缸衬套，其包括：
环形主体，所述环形主体限定纵向轴线，垂直于所述纵向轴线的径向方向，圆周方向，第一纵向端，第二纵向端，以及沿着所述纵向轴线从所述第一纵向端到所述第二纵向端测量的衬套长度，所述环形主体包括：
肩部，所述肩部设置在所述第一纵向端处，限定沿着所述纵向轴线测量的肩部轴向厚度；并且
其中所述衬套长度与所述肩部轴向厚度的比率范围为24.0到46.0。
2.根据权利要求1所述的环形气缸衬套，其中所述肩部轴向厚度范围为6.0mm到12.0mm。
3.根据权利要求1所述的环形气缸衬套，其中所述衬套长度范围为246.0mm到271.0mm。
4.根据权利要求1所述的环形气缸衬套，其还包括外圆周表面，所述外圆周表面限定与所述肩部轴向相邻设置的大直径部分，并且所述肩部从所述外圆周表面突出沿着所述径向方向测量的径向距离，所述径向距离范围为3.0mm到7.0mm。
5.根据权利要求1所述的环形气缸衬套，其还限定从所述第一纵向端延伸到所述第二纵向端的内腔孔。
6.根据权利要求5所述的环形气缸衬套，其中所述内腔孔限定连续圆柱形表面，所述连续圆柱形表面从所述第一纵向端延伸到所述第二纵向端，限定范围为140.0mm到150.0mm的内径。
7.根据权利要求4所述的环形气缸衬套，其中所述大直径部分限定范围为150.0mm到160.0mm的变化大直径，形成第一多个台阶或环，以及沿着所述纵向轴线测量的范围为188.0mm到195.0mm的大直径轴向长度。
8.根据权利要求7所述的环形气缸衬套，其还包括从所述大直径部分延伸到所述第二纵向端的小直径部分，所述大直径轴向长度沿着所述纵向轴线从所述肩部到所述小直径部分测量，所述小直径部分限定范围为145.0mm到155.0mm的变化小部分直径，形成第二多个台阶或环，以及沿着所述纵向轴线从所述大直径部分到所述第二纵向端测量的范围为55.0mm到80.0mm的小直径部分轴向长度。
9.一种曲轴，其包括：
主体，所述主体限定旋转轴线和径向方向；
至少一个曲拐，所述至少一个曲拐包括配置成附接到连杆的曲柄销；以及
至少一个配重，所述至少一个配重包括设置在所述主体的径向末端处的外圆周表面；
其中所述外圆周表面包括第一弧形表面，所述第一弧形表面在包含所述径向方向的平面中与所述旋转轴线间隔开范围为160.0mm或更小的第一径向距离。
10.根据权利要求9所述的曲轴，其中所述外圆周表面包括与所述第一弧形表面形成尖头的第二弧形表面，并且所述第一弧形表面限定的圆周范围小于所述第二弧形表面的圆周范围。
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