CN114837843B - 一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，由两个以上相同结构的气缸套组成，每个气缸套的结构与多缸柴油机的气缸的结构相适配；包括：缸孔、气缸套外壁面圆弧段、两气缸套中间隔板、气缸套外壁面加工定位圆面、气缸套外壁面与缸体铸造结合处的连接表面和位于两气缸套中间隔板处的冷却水通道。气缸套外壁面圆弧段包含一段与缸孔同心的圆弧；相邻两缸通过两气缸套中间隔板连接为一个整体，两气缸套中间隔板连接处的外壁面通过倒角或切线自然过渡，两气缸套中间隔板位于两缸孔与气缸套外壁面包围下自然形成的区域。本发明的连体气缸套通过铸铁铸入铝合金缸体中，在强化燃烧室结构强度的同时还改善了活塞环组与气缸套间的摩擦性能。

Description

一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套

技术领域

本发明涉及一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，属于柴油机领域，该连体气缸套采用连体式设计，能够通过铸铁铸入到铝合金缸体中，适用于缸心距很小的柴油机铝合金缸体，能够强化燃烧室的强度，同时改善活塞环组与气缸套间的摩擦性能。

技术背景

气缸套是汽车发动机中广泛应用的零件，镶嵌在缸体的缸筒内，与活塞和缸盖共同组成燃烧室，其功能主要包括密封、导热以及作为活塞环的工作面，是发动机的核心零部件之一。

目前柴油机的设计优化主要趋向于高功率、轻量化和清洁。

柴油机缸体是构成发动机的骨架，也是柴油机中重量最大的零部件，其设计日趋紧凑，目前结构紧凑性已经趋于极致，想要从结构上实现轻量化空间较小，通过更换柴油机零部件材料的方式来实现轻量化已经迫在眉睫。

铝合金材料具有重量轻、散热快的特点，符合柴油机缸体的需求，能够有效降低柴油机整机质量，提高柴油机功重比，减少燃油消耗等。

铝合金材料制造的缸体目前已经广泛应用于汽油机领域，少量柴油机厂商也尝试投入过柴油机铝合金缸体的研发，但由于铝合金缸体具有体积大、材料强度较差且随温度变化较大、容易变形、摩擦系数大耐腐蚀性的不足，采用全铝合金缸体难以完全满足柴油机缸内爆发压力高、工作温度高的要求，故普遍存在功率输出低，强化程度低，寿命短等问题。

面对上述柴油机铝合金缸体开发中存在的问题，加装铸铁气缸套是改善缸体及气缸套的力学和摩擦性能的有效方法之一。但由于现有铸铁缸体柴油机机型缸心距较小、两缸孔间的壁厚很薄，没有足够的空间镶嵌传统每缸独立的气缸套；同时，若提升现有机型的缸心距则会面临缸盖、曲轴、凸轮轴等一系列柴油机重要零部件的结构和工艺的重新设计，成本投入过大。

因此，有必要设计一种适用于紧凑型铝合金缸体的柴油机的气缸套。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，该连体气缸套由两个以上相同结构的连体结构的气缸套组成，每个气缸套的结构与多缸柴油机的气缸的结构相适配；所述连体气缸套包括：

缸孔，气缸套外壁面圆弧段，两气缸套中间隔板，气缸套外壁面加工定位圆面，气缸套外壁面与缸体铸造结合处的连接表面，位于两气缸套中间隔板处的冷却水通道。

所述气缸套外壁面圆弧段包含一段与缸孔同心的圆弧；所述相邻两缸通过两气缸套中间隔板连接为一个整体，两气缸套中间隔板连接处的外壁面通过倒角或切线自然过渡，两气缸套中间隔板位于两缸孔与气缸套外壁面包围下自然形成的区域。

所述气缸套外壁面与缸体铸造结合处的连接表面设计有波浪形、沟槽状、圆锥状、尖刺状、蘑菇状的钉包等结构，同时保留铸铁气缸套毛刺状凸起的铸态表面，以强化连体薄壁铸铁气缸套与紧凑型铝合金缸体的结合强度。

进一步地，可在靠近气缸套顶部加工一圈高度10～15mm的光滑表面，作为气缸套外壁面加工定位圆面。

进一步地，所述冷却水通道沿水平方向贯穿中间隔板并连接缸体冷却水套，在两缸连接段处沿垂直方向可均匀设置若干个，该冷却水通道可采用交叉斜孔形式，其贯穿中间隔板并连接缸体冷却水套，以强化薄壁气缸套中间区域的传热。

进一步地，所述连体气缸套的材料为铸铁，能够通过铸造方式铸入到铝合金缸体中，具有薄壁的特征。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)铸铁材料的弹性模量高于铝合金材料，线膨胀系数小于铝合金材料，在200-400℃温度环境下力学性能更为稳定，相较于铝合金材料，更能适应高强化柴油机高爆压、高温度的工作环境，在常规工况条件下使用，产生较小的弹性变形，不容易发生塑形变形和开裂，强化燃烧室的强度，提升缸体整体刚度；

2)现有近似柴油机机型的缸体为铸铁缸体，无气缸套设计，活塞-环组-缸孔这一组摩擦副设计较为成熟，直接改变缸孔内壁的材料会导致活塞与缸孔间配缸间隙发生变化，同时也会导致热态下缸孔型线改变，可能导致拉缸或者烧机油的发生，加装连体式气缸套很大程度上可以保留原有缸孔的加工工艺，保证活塞与缸孔间配缸间隙的合理性的同时便于加工；

3)铝合金对铸铁的摩擦性能要优于铝合金对铝合金材料的摩擦性能，不加装铸铁气缸套的铝合金缸体，活塞-环组-缸孔摩擦副为铝合金对铝合金，产生的摩擦力大，增大柴油机的功率损失，严重的还会导致拉缸，加装连体式气缸套能保留近似柴油机机型活塞-环组-缸孔间铝合金对铸铁摩擦副的摩擦性能；

4)连体式气缸套设计，能够通过铸入气缸套的方式使用在缸心距很小的柴油机铝合金缸体上，在保留上述三点铸铁缸孔性能优势的基础上，降低缸体整体的质量，保证缸体刚度强度满足强化柴油机需求的同时，进一步轻量化。

总之，本发明打破了传统每缸独立气缸套的设计方法，该气缸套采用连体式设计，能够以铸铁为材料通过铸入气缸的方式实现，适用于缸心距很小的柴油机铝合金缸体中，能够强化燃烧室的强度，同时改善活塞环组与气缸套间的摩擦性能。

附图说明

图1为本发明的实施例1的连体气缸套的结构示意图。

图2为本发明的实施例1的连体气缸套的俯视图。

图3为本发明的实施例1的连体气缸套的侧视半剖图。

图4为本发明的实施例2、3的连体气缸套的结构示意图。

图5为本发明的实施例2、3的连体气缸套的俯视图。

图中：1-缸孔；2-气缸套外壁面圆弧段；3-两气缸套中间隔板；4-气缸套外壁面定位圆面；5-气缸套外壁面；6-冷却水通道；101-相邻两缸之间相连的倒圆过渡段；201-相邻两缸之间相连的切线过渡段。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明的技术方案进行完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～图3所示，一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，该连体气缸套由两个以上相同结构的气缸套组成，所述气缸套的结构与多缸柴油机的气缸的结构相适配；所述连体气缸套包括：

缸孔1，气缸套外壁面圆弧段2，两气缸套中间隔板3，气缸套外壁面加工定位圆面4，气缸套外壁面与缸体铸造结合处的连接表面5，位于两气缸套中间隔板处的冷却水通道6。

所述气缸套外壁面圆弧段2包含一段与缸孔同心的圆弧；所述相邻两缸通过两气缸套中间隔板3连接为一个整体，两气缸套中间隔板3连接处的外壁面通过倒角或切线自然过渡，两气缸套中间隔板3位于两缸孔与气缸套外壁面包围下自然形成的区域。

所述气缸套的内圆表面与常规气缸套相同，两个相邻气缸套的外表面通过两气缸套中间隔板3相连；气缸套外壁面5外形线包含与内圆同心的圆弧段及相邻两缸之间相连的倒圆过渡段101。从图2可以看出，本发明的连体气缸套的两个相邻的嵌连体气缸套的外表面的整体型线呈8字形。

所述气缸套外壁面5设计波浪形、沟槽状，还可以设计成圆锥状、尖刺状、蘑菇状等带钉包的结构，同时保留铸铁气缸套毛刺状凸起的铸态表面，以强化连体薄壁铸铁气缸套与紧凑型铝合金缸体的铸造结合强度。

所述气缸套外壁面5在靠近气缸套顶面区域内加工一圈光滑外圆面作为外圆定位面4，用于作为气缸套外壁面加工定位圆面4，所述加工区域的高度为10-15mm。

所述连体薄壁气缸套为嵌入式铝包容气缸套，在铝合金铸造过程中直接将铸铁气缸套铸入，利用气缸套外壁面的特殊外形结构和毛刺状铸态表面，避免在铝-铁界面产生气体缺陷，提高结合强度。

所述连体薄壁气缸套的相邻两气缸套中间隔板3区域设计若干冷却水通道6，冷却水通道的形式包括但不限于交叉斜孔或多条横竖孔等，前后贯通气缸套中间隔板，连接隔板两侧的冷却水套；冷却水通道可在气缸套嵌入铝合金缸体铸造完成后通过钻孔工艺加工成型或直接通过盐芯等工艺铸造成型。

实施例2

如图4和图5所示，和实施例1不同的是，实施例1中的气缸套外壁面5外形线包含与内圆同心的圆弧段及相邻两缸之间相连的倒圆过渡段101，在本实施例中采用的是相邻两缸之间相连的切线过渡段201，即两气缸套中间隔板的外壁面以两缸孔外壁面圆周的切线相连，以直边替代实施例1的倒圆内凹，从图5可以看出，其外形线由圆弧和直线组成，以解决由于铝合金材料和铸铁材料收缩率不同，在铸造过程中铝-铁结合面处，铸铁凹面容易形成缝隙，影响结合强度的问题。

实施例3

如图4和图5所示，和实施例1不同的是，两缸间中间隔板3与较实施例1要厚一些，在两缸间隔板3处通过直接铸造或钻孔加工的冷却水通道6，配合适当增加通道的流量，可以提高局部换热效率。此外，还需要于缸体冷却水套的顶端和下端平面处，加工平行于水套顶面的圆孔，连接气缸套冷却水通道和缸体冷却水套。

以上实施例结合附图对本发明的几个具实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，其特征在于，该连体气缸套由两个以上相同结构的连体结构的气缸套组成，每个气缸套的结构与多缸柴油机的气缸的结构相适配；所述连体气缸套包括：

缸孔（1），气缸套外壁面圆弧段（2），两气缸套中间隔板（3），气缸套外壁面加工定位圆面（4），气缸套外壁面与缸体铸造结合处的连接表面（5），位于两气缸套中间隔板处的冷却水通道（6）；所述气缸套外壁面与缸体铸造结合处的连接表面（5）设计有波浪形、沟槽状、尖刺状或蘑菇状的钉包结构，同时保留铸铁气缸套毛刺状凸起的铸态表面，用于强化连体薄壁铸铁气缸套与紧凑型铝合金缸体的结合强度；

所述气缸套外壁面圆弧段（2）包含一段与缸孔同心的圆弧；相邻两缸通过两气缸套中间隔板（3）连接为一个整体，两气缸套中间隔板（3）连接处的外壁面通过切线自然过渡，两气缸套中间隔板（3）位于两缸孔与气缸套外壁面包围下自然形成的区域；所述两气缸套中间隔板（3）连接处的外壁面采用相邻两缸之间相连的切线过渡段（201）连接，该切线过渡段（201）的外形线由圆弧和直线组成，用于解决由于铝合金材料和铸铁材料收缩率不同所带来的在铸造过程中铝-铁结合面处铸铁凹面容易形成缝隙、影响结合强度的问题。

2.根据权利要求1所述的适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，其特征在于：

在靠近气缸套顶部加工一圈高度10-15mm的光滑表面，用于作为气缸套外壁面加工定位圆面（4）。

3.根据权利要求1所述的适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，其特征在于：

所述冷却水通道（6）沿水平方向贯穿中间隔板并连接缸体冷却水套，在两缸连接段处沿垂直方向均匀设置若干个。

4.根据权利要求1或2所述的适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，其特征在于：

所述冷却水通道（6）采用交叉斜孔形式，其贯穿中间隔板并连接缸体冷却水套，用于强化薄壁气缸套中间区域的传热。

5.根据权利要求4所述的适用于紧凑型多缸柴油机的连体气缸套，其特征在于：

所述冷却水通道（6）通过直接铸造或钻孔方式加工形成，并于缸体冷却水套的顶端和下端平面处，加工平行于水套顶面的圆孔，连接气缸套冷却水通道和缸体冷却水套。