CN204877696U - 用于发动机的汽缸衬套及内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于发动机的汽缸衬套及内燃机，包括冷却沟（150），以便降低上汽缸衬套密封件处的温度。冷却沟（150）可具有朝向汽缸衬套（100）的内部运行表面（110）向上延伸的间隙，以便向汽缸衬套（100）的上部供应冷却剂。冷却沟（150）可被设置于汽缸衬套（100）的内部运行表面（110）与用于上汽缸衬套密封件的沟槽（140）之间的位置处。

Description

用于发动机的汽缸衬套及内燃机

技术领域

本实用新型总体涉及一种用于发动机的汽缸衬套，且更具体地涉及一种用于冷却上汽缸衬套密封件的冷却沟，所述上汽缸衬套密封件与安装在内燃机的缸膛中的汽缸衬套相关联。

背景技术

内燃机（例如柴油或汽油发动机）包括限定多个缸膛的发动机缸体。在操作期间，活塞在燃料燃烧期间在缸膛内往复运动以产生机械能。每个缸膛可包括汽缸衬套，活塞在所述汽缸衬套中往复运动，并且汽缸衬套可被装配到缸膛中。汽缸衬套允许具有特定缸膛配置和大小的发动机缸体通过简单地改变用于特殊配置过的发动机的汽缸衬套而与不同直径的活塞一起使用。此外，如果磨损或损坏，则汽缸衬套可被拆除和更换。

汽缸衬套的内表面（也称运行表面）用作活塞的活塞环的滑动表面。汽缸衬套的外表面形成用于冷却汽缸衬套的冷却剂循环空间。在燃料燃烧期间，汽缸衬套受到高载荷和高应力（包括热应力）。由于活塞环在汽缸衬套的所述运行表面上滑动，并且汽缸衬套约束燃烧室的至少一部分，热量从汽缸衬套的内侧转移到汽缸衬套的外侧。

名为“活塞发动机和汽缸衬套（Piston Engine and Cylinder Liner）”的WIPO公开文献WO 2013/190175 A1描述了部分设置在发动机缸体内和冷却套管内的示例性汽缸衬套。

尽管对某些发动机配置来说是有效的，但是汽缸衬套且特别是那些完全安装在发动机缸体内的汽缸衬套可能并不能满足高动力发动机的需求。当由高动力发动机产生的缸内温度高于前述发动机的缸内温度时，传统的汽缸衬套的密封材料不再能够在不由于热损坏而劣化到失效点的情况下满足由此引起的高温需求。因此，需要改进的汽缸衬套。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于发动机的汽缸衬套，通过设计冷却沟，以降低密封件的温度，防止密封件损坏和出现热失效。

在一方面中，本实用新型提出了一种用于发动机的汽缸衬套，所述汽缸衬套包括从下端向上端延伸的中空的圆柱形套筒，所述中空的圆柱形套筒具有外表面和内部运行表面；所述汽缸衬套还可包括从中空的圆柱套管的上端径向延伸的环形凸缘；所述汽缸还包括具有间隙的冷却沟，所述冷却沟由所述套筒限定，所述间隙从环形凸缘的边缘朝向所述中空的圆柱套筒的内部运行表面且向上延伸。

进一步的，所述环形凸缘还包括围绕所述环形凸缘的外周的密封槽；所述冷却沟在所述密封槽与所述内部运行表面之间向上延伸。

其中，所述冷却沟包括至少一个沟壁。

优选的，所述冷却沟包括第一沟壁和第二沟壁，所述第一沟壁和所述第二沟壁相互平行。

在另一方面中，本实用新型还提出了一种内燃机，所述内燃机包括具有至少一个发动机汽缸的发动机缸体，和安装在所述至少一个发动机汽缸中的汽缸衬套；安装在所述至少一个发动机汽缸中的汽缸衬套包括从下端向上端延伸的中空的圆柱形套筒，所述中空的圆柱形套筒具有外表面和内部运行表面；安装在所述至少一个发动机汽缸中的汽缸衬套还包括从中空的圆柱形套筒的上端径向延伸的环形凸缘；安装在所述至少一个发动机汽缸中的汽缸衬套还包括具有间隙的冷却沟，所述冷却沟由所述套筒限定，所述间隙从环形凸缘的边缘朝向中空的圆柱形套管的内部运行表面且向上延伸。

其中，所述汽缸衬套的所述冷却沟包括第一沟壁和第二沟壁，并且，所述第一沟壁和所述第二沟壁各从所述环形凸缘的边缘以相对于由所述环形凸缘的外部纵向表面限定的纵向轴线成20°到60°的角度向上延伸。

本实用新型通过在汽缸衬套上设计冷却沟，并使冷却剂在冷却沟中流动，从而在汽缸衬套的内部运行表面与密封槽之间形成热障，以降低密封件的温度，防止密封件损坏和热失效。

附图说明

图1为具有包括冷却沟的汽缸衬套的发动机的一部分的横截面视图；

图2为图1中所示的汽缸衬套的冷却沟的局部横截面视图。

具体实施方式

现参照附图，其中相同的附图标记指示相同的元件，图1示出了一种内燃机1，所述内燃机1通常包括具有一个或多个缸膛10的发动机缸体5。在一个或多个缸膛10中的每一个中均可安装有汽缸衬套100。汽缸衬套100可被可拆卸地安装在发动机1的缸膛10中。汽缸衬套100具有大体中空的圆柱形套筒106，所述大体中空的圆柱形套筒具有沿纵向轴线40延伸的上端102和下端104，并且包括内部运行表面110和外表面120。

汽缸衬套100包括从汽缸衬套100的上端102径向延伸的环形凸缘130。如图2中所示，环形凸缘130的外表面132与发动机1的缸膛10的安装表面15相配合。同样在图2中示出，环形凸缘130具有周向的平台部分（land portion）134和可被布置在所述平台部分134上方的上汽缸衬套密封槽140。在一些实施例中，所述平台部分134可具有4.4毫米的高度H1。

在安装时，上汽缸衬套密封槽140可承载密封件以便在发动机1的汽缸衬套100与缸膛10之间提供流体密封。在一些实施例中，所述密封件可以是被安装在围绕环形凸缘130的外周的上汽缸衬套密封槽140上的O形环密封件（未示出）。缸膛10、汽缸衬套100和密封件一起可以为冷却腔30的上部区域定界，所述冷却腔30的上部区域可用于向缸膛10的至少上部区域和汽缸衬套100供应冷却剂，以移除由发动机1在燃料燃烧期间产生的热量。

汽缸衬套100可以由铸造级铁、铸造级合金、延性铸铁、贝氏体或任何其他合适的材料制成。密封件可以由EPDM（三元乙丙橡胶）或氟橡胶（例如耐冷却剂的FKM、AFLAS®）或任何其他合适的材料制成。然而，由于对于更高输出的发动机的需求持续存在，因此，由更高输出的发动机产生的缸内温度已经提高到使得安装在传统汽缸衬套上的密封件无法再耐受高温的程度，并且由于热损坏导致密封件快速劣化到失效点。

为了应对更高的缸内温度并降低上汽缸衬套密封槽140处的温度，冷却沟150可被相对于径向方向设置在汽缸衬套100的上汽缸衬套密封槽140与内部运行表面110之间的位置处。冷却沟150可以形成朝向汽缸衬套100的中心向上延伸的间隙，以允许冷却剂在其间流动。在一些实施例中，冷却沟150可以与形成在缸膛10中、处于发动机缸体5与汽缸衬套100之间的冷却腔30（参见图1）直接流体连通。冷却剂存在于冷却沟150处会形成热障以减少向上汽缸衬套密封槽140的热传递，从而导致密封件温度降低并防止密封件损坏和出现热失效。

参考图2，汽缸衬套100在平台部分134处的第一外径D1可介于228毫米到232毫米之间。在一些实施例中，第一外径D1可以是231毫米。汽缸衬套100在外表面120处的第二外径D2可以为约220毫米。视发动机缸体5和汽缸衬套100的公差而定，在平台部分134与缸膛10的壁12之间的径向间隙可以介于0.1毫米到3毫米之间。

从环形凸缘130的底部表面136开始，冷却沟150可以朝向汽缸衬套100的内部运行表面110向上延伸，从而形成沿着环形凸缘130的下侧周向地延伸的间隙。冷却沟150可以包括第一沟壁152和第二沟壁154。第一沟壁152和第二沟壁154可以分别以第一沟壁的角度A1和第二沟壁的角度A2朝向汽缸衬套100的中心向上延伸。相对于由环形凸缘130的外部纵向表面限定的纵向轴线50，第一沟壁的角度A1和第二沟壁的角度A2可以介于20°到60°之间。在一些实施例中，第一沟壁的角度A1和第二沟壁的角度A2可以相等，使得第一沟壁152和第二沟壁154相互平行。在一些实施例中，第一沟壁的角度A1和第二沟壁的角度A2可以均为30°。在一些实施例中，可以在第二外径D2与第一沟壁152之间形成曲线，并且所述曲线可以由25毫米的半径限定。

冷却沟150可以包括可在制造或加工期间形成的半球形端部156。半球形端部156的曲率可以由介于1.5毫米到4毫米之间的半径限定。在一些实施例中，半球形端部156的半径可为2.5毫米。冷却沟150沿着与第一沟壁152和第二沟壁154平行的轴线的深度可介于1.5毫米到11毫米之间。在一些实施例中，冷却沟150的深度可为3毫米。从第一沟壁152垂直地延伸到第二沟壁154的冷却沟150的宽度可介于3毫米到8毫米之间。在一些实施例中，冷却沟150的宽度可为3毫米。

工业实用性

本实用新型通常可适用于汽缸衬套并且适用于安装在内燃机的缸膛中的汽缸衬套。本实用新型的多个方面提供了一种汽缸衬套，所述汽缸衬套包括冷却沟以降低密封件温度并防止密封件损坏和热失效。在多个实施例中，汽缸衬套的冷却沟可以允许冷却剂在冷却沟中流动，以形成位于汽缸衬套的内部运行表面与汽缸衬套的上汽缸衬套密封槽之间的热障。在多个实施例中，上汽缸衬套密封槽可用于承载密封件。

参考图1，汽缸衬套100可以被安装在内燃机1的缸膛10中。汽缸衬套100的内部运行表面110提供了用于活塞的活塞环的滑动表面。活塞和内部运行表面110在某种程度上形成燃烧室20，在那里，燃料和空气可被混合在一起并燃烧以产生机械动力。为了移除热能，冷却腔30可被用于向缸膛10的至少上部区域和汽缸衬套100供应冷却剂，以移除由发动机1在燃料燃烧期间产生的热量。此外，可以设置热障以减少向上汽缸衬套密封槽140和安装在上汽缸衬套密封槽140上的相关联的密封件的热传递。

特别地，冷却沟150可被相对于径向方向设置在汽缸衬套100的上汽缸衬套密封槽140与内部运行表面110之间。冷却沟150可以形成朝向汽缸衬套100的中心向上延伸的间隙，以允许冷却剂在其间流动。冷却沟150的间隙减少了到上汽缸衬套密封槽140的直接热传导路径的数目，并且冷却沟150处的冷却剂可以从上汽缸衬套密封槽140上将热量抽走，从而防止安装在上汽缸衬套密封槽140上的密封件的密封损坏和热失效。

参考图2，冷却沟150可以包括第一沟壁152和第二沟壁154。第一沟壁152和第二沟壁154可以介于20°到60°之间的角度向上延伸。冷却沟150可具有介于1.5毫米到11毫米之间的深度，且可具有介于3毫米到8毫米之间的宽度。冷却沟150的上述布置和几何结构可以使汽缸衬套100能够耐受与发动机1的燃烧事件相关联的线性和环向应力，而无需进一步加强或改造所述汽缸衬套100。此外，冷却沟150的所述布置和几何结构可以在无需任何复杂的工具或机器的情况下形成，并且可在加工和制造期间有助于使切削振动最小化。

将会理解的是，前述说明提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可以设想的是，本实用新型的其他实施方案可以在细节上与前述示例有所差别。本实用新型或其示例所提到的所有内容意在提及关于那一点所讨论的特定示例，而并非意在更为普遍地暗示为对于本实用新型的范围的任何限制。关于某些特征的区别性和贬义性的所有语言意在指示那些特征不是优选的，而并非将这些特征完全排除在本实用新型的范围之外，另有说明除外。

除非在本文中另外表明，否则本文中对数值范围的叙述仅仅用作一种各自参照落在所述范围内的每一个单独的数值进行说明的便捷方法，并且每一个单独的数值均被结合到本说明书中，如同在本文中将其单独地列举出一样。除非本文中另有说明或者由上下文清楚地相反表明，否则本文中所述的所有方法均可以按任何合适的顺序执行。

Claims (10)

1.一种用于发动机（1）的汽缸衬套（100），其特征在于，包括：

中空的圆柱形套筒（106），所述中空的圆柱形套筒（106）从下端（104）和上端（102）延伸，所述中空的圆柱形套筒（106）具有外表面（120）和内部运行表面（110）；

环形凸缘（130），所述环形凸缘（130）从所述中空的圆柱形套筒（106）的所述上端（102）径向延伸；以及

由所述套筒（106）限定的冷却沟（150），所述冷却沟（150）具有从所述环形凸缘（130）的边缘朝向所述中空的圆柱形套筒（106）的所述内部运行表面（110）且向上延伸的间隙。

2.根据权利要求1所述的汽缸衬套（100），其特征在于，所述环形凸缘（130）还包括围绕所述环形凸缘（130）的外周的密封槽（140）。

3.根据权利要求2所述的汽缸衬套（100），其特征在于，所述冷却沟（150）在所述密封槽（140）与所述内部运行表面（110）之间向上延伸。

4.根据权利要求1所述的汽缸衬套（100），其特征在于，所述冷却沟（150）包括至少一个沟壁。

5.根据权利要求4所述的汽缸衬套（100），其特征在于，所述冷却沟（150）包括第一沟壁（152）和第二沟壁（154）。

6.根据权利要求5所述的汽缸衬套（100），其特征在于，所述第一沟壁（152）和所述第二沟壁（154）相互平行。

7.一种内燃机，其特征在于，包括：

发动机缸体（5），所述发动机缸体（5）具有至少一个发动机汽缸；以及

汽缸衬套（100），所述汽缸衬套（100）安装在所述至少一个发动机汽缸中，所述汽缸衬套（100）包括：

从下端（104）和上端（102）延伸的中空的圆柱形套筒（106），所述中空的圆柱形套筒（106）具有外表面（120）和内部运行表面（110），

环形凸缘（130），所述环形凸缘（130）从所述中空的圆柱形套筒（106）的所述上端（102）径向延伸；以及

由所述套筒（106）限定的冷却沟（150），所述冷却沟（150）具有从所述环形凸缘（130）的边缘朝向所述中空的圆柱形套筒（106）的所述内部运行表面（110）且向上延伸的间隙。

8.根据权利要求7所述的内燃机，其特征在于，所述环形凸缘（130）还包括围绕所述环形凸缘（130）的外周的密封槽（140）。

9.根据权利要求8所述的内燃机，其特征在于，所述冷却沟（150）在所述环形凸缘（130）的所述密封槽（140）与所述中空的圆柱形套筒（106）的所述内部运行表面（110）之间向上延伸。

10.根据权利要求7所述的内燃机，其特征在于，所述汽缸衬套（100）的所述冷却沟（150）包括第一沟壁（152）和第二沟壁（154），并且

所述第一沟壁（152）和所述第二沟壁（154）各从所述环形凸缘（130）的边缘以相对于由所述环形凸缘（130）的外部纵向表面限定的纵向轴线（50）成20°到60°的角度向上延伸。