CN204921182U - 汽缸套组件及发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于发动机的汽缸套组件及发动机。汽缸套组件可具有缸套，所述缸套具有沿纵向轴线从顶端延伸到底端的中空的大致圆柱形主体以及形成于顶端处的内凹部。所述汽缸套组件也可具有在所述缸套顶端处设置于所述内凹部内的防磨环，以及在所述防磨环的内部轴向端部处设置在所述缸套周围的密封件。内凹部的表面粗糙度与防磨环的表面粗糙度一起可形成保温层，所述保温层配置成保持密封件的所需温度。

Description

汽缸套组件及发动机
技术领域
本实用新型总体上涉及一种汽缸套组件，更具体而言，涉及一种具有保温层的汽缸套组件。
背景技术
内燃发动机包括限定多个汽缸孔的发动机体以及在汽缸孔内作往复运动以产生机械动力的活塞。通常，每一汽缸孔包括可更换的缸套。缸套具有装配在汽缸孔内的圆柱形主体，以及位于主体顶端将汽缸套支撑在发动机体上的径向凸缘。在一些实施例中，在围绕缸套的汽缸体内形成腔室，并且冷却剂被引导通过腔室以冷却缸套。密封件围绕缸套设置并压靠凸缘以阻止冷却剂从腔室泄露出。
在一些应用中，防磨环装配到凸缘处的缸套的上端。防磨环所具有的内径略小于缸套的内径，并且功能在于刮擦掉相关活塞的顶部的碳沉积物。如果碳沉积物保持不变，则最终可能会摩擦缸套，磨去缸套中的油保持槽。示例性的防磨环在1996年9月10日授予Paro的美国专利号5,553,585中公开。
尽管防磨环对于从活塞处去除碳堆积可能有效，但它也有可能使过多的热量穿过防磨环到达密封件。在这些情况下，密封件可能过热并且变得易碎或裂开。当密封件的完整性受损后，来自密封件下方的腔室的冷却剂可能会从发动机体中泄漏出。这可能引起发动机过热、其它发动机流体（例如，发动机油）污染、腐蚀以及其它类似的问题。
实用新型内容
本实用新型公开的汽缸套组件解决了上述的一或多个问题和/或本领域中的其它问题。
一方面，本公开涉及一种汽缸套组件。所述汽缸套组件可包括：缸套，所述缸套具有沿纵向轴线从顶端延伸至底端的中空的大致圆柱形主体，以及在所述顶端处形成的内凹部。所述汽缸套组件也可包括设置在所述缸套顶端处的所述内凹部内的防磨环，以及在所述防磨环内部轴向端部处的围绕所述缸套设置的密封件。所述内凹部的表面粗糙度以及所述防磨环的表面粗糙度一起可形成保温层，以保持所述密封件的所需温度。
当所述防磨环和汽缸套经受5MPa的接触压力时，所述保温层具有的接触热阻为0.1-0.5m2℃/kW。
所述防磨环的外部环形表面的粗糙度小于所述内凹部的内部环形表面的粗糙度。
所述防磨环的所述表面粗糙度是所述内凹部的所述表面粗糙度的1/3-1/2。
所述内凹部的所述表面粗糙度是6-10μm；以及所述防磨环的所述表面粗糙度是2-6μm。
所述内凹部的所述表面粗糙度是6-9μm；以及所述防磨环的所述表面粗糙度是3-3.5μm。
所述内凹部的所述表面粗糙度与内部环形表面相关联；以及所述防磨环的所述表面粗糙度与接合所述内部环形表面的外部环形表面相关联。
所述缸套和所述防磨环是由相同的材料制作。
所述缸套进一步包括在所述顶端处连接到所述中空的大致圆柱形主体的凸缘；在所述凸缘和所述密封件之间形成冷却剂储存部；以及所述保温层经配置以抑制所述冷却剂储存部中的冷却剂沸腾。
在另一方面，本公开涉及另一汽缸套组件。所述汽缸套组件可包括缸套，所述缸套具有：沿着纵向轴线从顶端延伸至底端的中空的大致圆柱形主体，并且径向厚度大约为10-25毫米；在所述顶端处形成的内凹部；凸缘，其在所述顶端处连接到所述中空的大致圆柱形主体；以及冷却剂储存部，其形成在所述凸缘和所述中空的大致圆柱形主体之间的内角处。汽缸套组件还可包括设置在所述缸套顶端处的内凹部内且厚度约2.5mm的防磨环，以及在所述防磨环的内部轴向端部处围绕所述缸套设置的密封件。在所述内凹部的内部环形表面处的第一表面粗糙度可以是约6-9μm，而在与所述内部环形表面接合的所述防磨环的外部环形表面处的第二表面粗糙度可以是约3-3.5μm。第一表面粗糙度和第二表面粗度形成了具有约0.1-0.5m2℃/kW的接触热阻的保温层。
在另一方面，本实用新型涉及一种发动机。发动机可以包括：汽缸体，其至少部分地限定多个汽缸孔；汽缸套组件，其设置在多个汽缸孔的每一个内；以及水冷套，其形成在每个汽缸套组件的环形壁和多个汽缸孔中的对应一个之间。每个汽缸套组件可包括缸套，所述缸套具有：沿着纵向轴线从顶端延伸至底端的中空的大致圆柱形主体；在所述顶端处形成的内凹部；凸缘，其在所述顶端处连接到所述中空的大致圆柱形主体并配置成与所述汽缸体接合；以及冷却剂储存部，其形成在所述凸缘和所述中空的大致圆柱形主体之间的内角处。每个汽缸套组件可包括设置在所述缸套的顶端处的内凹部内的防磨环，以及在所述水冷套和所述冷却剂储存部之间在所述防磨环的内部轴向端部处围绕所述缸套设置的密封件。内凹部的表面粗糙度以及防磨环的表面粗糙度可一起形成保温层，所述保温层配置成维持所述密封件的所需温度并且抑制所述冷却剂储存部中的冷却剂的沸腾。
附图说明
图1是示例性公开的发动机的剖视图；
图2是可与图1的发动机结合使用的示例性公开的汽缸套组件的立体图；以及
图3是图2的汽缸套组件的一部分的剖视图。
具体实施方式
图1示出示例性内燃发动机10的一部分。发动机10可以包括限定至少一个汽缸孔14的发动机体12。汽缸套组件16可以设置在汽缸孔14内，且汽缸盖18可以连接到发动机体12以便封闭汽缸孔14的端部（例如，通过汽缸盖垫圈19）。活塞20可以可滑动地设置在汽缸套组件16内，且活塞20与汽缸套组件16和汽缸盖18一起限定燃烧室22。可以预想发动机10可以包括任意数量的燃烧室22，且燃烧室22可以设置成“直列式”配置、“V型”配置、相对活塞配置或其他任何适合的配置。
活塞20可以配置为在汽缸套组件16内在上止点（TDC）位置和下止点（BDC）位置之间往复移动以促进燃烧室22内的燃烧过程。具体而言，活塞20可以通过连杆26枢转连接到曲轴24，使得每个活塞20在汽缸套组件16内的滑动运动导致曲轴24的旋转。同样，曲轴24的转动可以引起活塞20的滑动运动。在两冲程发动机中，活塞20可以移动经历两个完整冲程以完成燃烧循环，该燃烧循环包括动力冲程/排气冲程/进气冲程（TDC到BDC）以及进气冲程/压缩冲程（BDC到TDC）。在四冲程发动机中，活塞20可以移动经历四个完整冲程以完成燃烧循环，该燃烧循环包括进气冲程（TDC到BDC）、压缩冲程（BDC到TDC）、动力冲程（TDC到BDC）以及排气冲程（BDC到TDC）。燃料（例如，柴油、汽油、气体燃料等等）可以在任一燃烧循环的进气冲程期间喷射到燃烧室22中。燃料可以在压缩冲程期间与空气混合并点火。燃料/空气点火产生的热和压力可以随后在保证动力冲程过程中转变为有用的机械动力。残余气体可以在排气冲程期间从燃烧室22中排放。
如果未作说明，通过水冷套28可以从汽缸孔14散发来自如上所述的燃烧过程的能够损害发动机10的热。水冷套28可以位于汽缸孔14的内壁和汽缸套组件16的外壁之间。例如，水冷套28可以由汽缸孔14的内壁处的发动机体12内的凹部和/或汽缸套组件16的外壁内的凹部形成。如有需要，可以设想水冷套28可以完全形成于汽缸套组件16周围的发动机体12内，完全形成于汽缸套组件16内，和/或由焊到发动机体12或汽缸套组件16之中任一个的中空套筒（未示出）形成。可以引导水、乙二醇或掺混物通过水冷套28以吸收来自发动机体12和汽缸套组件16的热。
密封件30可以围绕汽缸套组件16设置，以密封水冷套28的上端。在组装后，密封件30可以被夹在汽缸套组件16的外壁和汽缸孔14的内壁之间，从而抑制水冷套28中的冷却剂通过汽缸孔14的顶部从发动机体12泄漏出。密封件30可以例如是由弹性材料制成的O环型密封件。
如图2和3所示，汽缸套组件16可以是至少两个主要部件的组合，包括汽缸套（“缸套”）32和防磨环或套头（“环”）34（即连同密封件30一起）。缸套32和防磨环34的任一个可以由相同的通用材料制成，例如由合金灰口铁制成。在将汽缸套组件16装配到发动机体12的汽缸孔14中之前，防磨环34可以安装在缸套32的上端或外端。在该位置，防磨环34可以配置用于接纳活塞20的顶端（参考图1）。特别地，在每个向上冲程过程中，活塞20的顶端可以滑动到防磨环34内一定距离，使得防磨环34刮掉在任何相关活塞环上方位置处活塞20的环形外表面上积聚的任何碳沉积物。通过刮掉碳沉积物，发动机10的寿命可以延长。
缸套32可以具有沿纵向轴线38延伸的中空的大致圆柱形主体36，以及在主体36的顶端或暴露端径向地向外突出的环形凸缘40。凸缘40的下面部42可以配置成与发动机体12的上面部44接合，而凸缘40的上面部46可以配置成接合垫圈19。在凸缘40的下面（即在主体36和凸缘40的内角处）可以形成环形凹部或凹槽47，以便用作溢出或备用冷却剂收集腔。特别地，通过密封件30从水冷套28泄漏的任何冷却剂可以收集在凹部47内，而且下面部42与上面部44的接合可以抑制所收集的冷却剂从环形凹部47中流出。
通过位于密封件30相对侧的端部止动件48，可以将密封件30定位在缸套32上的预期轴向位置（例如在防磨环34的内部轴向端部）。水冷套28可以经由环形通道50与密封件30的下半部流体连通，该环形通道50由端部止动件48之间轴向位置处的缸套直径和汽缸孔直径的差形成。此连通可以有助于密封件30的冷却。
内部环形凹部52可以形成于主体36的顶端，并配置用于接纳防磨环34。凹部52可以具有通过研磨工艺形成的表面光洁度，具有的粗糙度大约为6-10μm（例如大约6-9μm）。凹部52和密封件30之间的缸套32的径向厚度T可以是大约10-25mm。
防磨环34可以适合凹部52，并具有小于主体36内径的内径，以及厚度T的大约1/6-1/10的厚度t（例如，1-4mm）。用此配置，可以产生与活塞20相互作用的台阶54以刮落如上所述的碳堆积。防磨环34可以从主体36的暴露端向下轴向地经过凹部47延伸到上端部止动件48。防磨环34的外部环形表面56可具有经研磨工艺产生的表面光洁度，从而具有凹部52的粗糙度的大约1/3-1/2的粗糙度。例如，外部环形表面56可具有大约2-6μm的粗糙度（例如，大约3-3.5μm）。
当与凹部52的表面光洁度相结合时，防磨环34的表面光洁度可以产生保温层58，该保温层58抑制热从燃烧室22传递至密封件30和凹部47。特别地，两个配合的环形表面的粗糙度已经设计为在表面的粗糙结构之间产生期望数目的隔绝期望量的空气的微囊。这些微囊可以增加对于表面之间的热传递的热阻（也叫做接触热阻），有效地产生了保温层58。在一个实例中，保温层58在遭受大约5MPa的接触压力时，可具有大约0.1-0.5m2℃/kW的接触热阻。保温层58设计为与缸套32和防磨环34的厚度结合，以在发动机10的运行期间在密封件30处提供期望的温度。通过这样的方案，密封件30的寿命可以延长，并且可以减少在凹部47内收集的冷却剂沸腾的可能性。
工业实用性
公开的汽缸套组件可以用在期望增加相关发动机的可靠性和运行寿命的任何应用中。公开的汽缸套组件通过降低安装在所述组件的汽缸套上的密封件所受的温度，来增加可靠性和运行寿命。通过使用位于汽缸套和相关的防磨环之间的环形界面处的独特设计的保温层来降低温度。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对公开的汽缸套组件作出各种修改及变化。通过考虑公开的汽缸套组件的说明和实践，其他的实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。说明和实例应被视为仅仅是示例性的，保护的范围由所附的权利要求书和它们的等同特征确定。

Claims (10)

1.一种汽缸套组件，其特征在于，包括：
缸套，其具有沿纵向轴线从顶端延伸到底端的中空的大致圆柱形主体，以及形成在顶端的内凹部；
防磨环，其设置在所述缸套的所述顶端处的所述内凹部内；以及
密封件，其在所述防磨环的内部轴向端部处围绕所述缸套设置，
其中，所述内凹部的表面粗糙度和所述防磨环的表面粗糙度一起形成保温层，以保持所述密封件的预期温度。
2.根据权利要求1所述的汽缸套组件，其特征在于，当所述防磨环和汽缸套经受5MPa的接触压力时，所述保温层具有的接触热阻为0.1-0.5m2℃/kW。
3.根据权利要求2所述的汽缸套组件，其特征在于，所述防磨环的外部环形表面的粗糙度小于所述内凹部的内部环形表面的粗糙度。
4.根据权利要求3所述的汽缸套组件，其特征在于，所述防磨环的所述表面粗糙度是所述内凹部的所述表面粗糙度的1/3-1/2。
5.根据权利要求4所述的汽缸套组件，其特征在于，
所述内凹部的所述表面粗糙度是6-10μm；以及
所述防磨环的所述表面粗糙度是2-6μm。
6.根据权利要求5所述的汽缸套组件，其特征在于，
所述内凹部的所述表面粗糙度是6-9μm；以及
所述防磨环的所述表面粗糙度是3-3.5μm。
7.根据权利要求2所述的汽缸套组件，其特征在于，
所述内凹部的所述表面粗糙度与内部环形表面相关联；以及
所述防磨环的所述表面粗糙度与接合所述内部环形表面的外部环形表面相关联。
8.根据权利要求2所述的汽缸套组件，其特征在于，所述缸套和所述防磨环是由相同的材料制作。
9.根据权利要求1所述的汽缸套组件，其特征在于，
所述缸套进一步包括在所述顶端处连接到所述中空的大致圆柱形主体的凸缘；
在所述凸缘和所述密封件之间形成冷却剂储存部；以及
所述保温层经配置以抑制所述冷却剂储存部中的冷却剂沸腾。
10.一种发动机，其特征在于，包括：
汽缸体，其至少部分地限定多个汽缸孔；
汽缸套组件，其设置在所述多个汽缸孔的每一个的内部；以及
水冷套，其形成于每个汽缸套组件的环形壁和相应的汽缸孔之间，
其中每个汽缸套组件包括：
缸套，其具有：
沿纵向轴线从顶端到底端延伸的中空的大致圆柱形主体；
形成于所述顶端处的内凹部；
凸缘，其在所述顶端处连接至所述中空的大致圆柱形主体，并经配置用以接合所述汽缸体；以及
冷却剂储存部，其形成于所述凸缘和所述中空的大致圆柱形主体之间的内角处；
防磨环，其设置在所述缸套的所述顶端处的所述内凹部内；以及
密封件，其在所述水冷套和所述冷却剂储存部之间的所述防磨环的内部轴向端部处围绕所述缸套设置，
其中，所述内凹部的表面粗糙度与所述防磨环的表面粗糙度一起形成保温层，以保持所述密封件的所需温度并抑制所述冷却剂储存部中冷却剂的沸腾。
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