內燃機的氣缸襯套的制作方法
【專利摘要】本發明以通用方式涉及一種內燃機的部件，更具體來說本發明涉及一種內燃機的氣缸襯套。根據本發明的一個實施例，氣缸襯套包括大致圓形內壁以及外壁，外壁具有至少一個平面(11)和與內壁同心的至少一個大致圓形面(12)，其中，圓形面(12)具有粗糙表面，粗糙表面包括的波峰和波谷之間的距離(c)是0.2mm至2.5mm。
【專利說明】
內燃機的氣缸襯套
技術領域
[0001]本發明以通用方式涉及一種內燃機的部件，更具體來說，本發明涉及一種內燃機的氣缸襯套。
【背景技術】
[0002]內燃機，諸如采用公知奧拓循環或者狄塞爾循環的發動機，廣泛通常利用在車輛中，設計用于移動人和貨物，諸如乘客、運輸以及貨運車輛，包括卡車以及機車。總之，這些發動機利用具有高烴含量的燃料，諸如礦物燃料或者來源于可再生能源的燃料，以將熱能從燃料的燃燒轉化為動能。
[0003]內燃機的構造是公知的，基本地包括關聯于曲柄軸移動在氣缸內部內的活塞。在活塞的上側設置了燃燒室，燃燒室包括的部件諸如火花塞和/或噴射噴嘴、安裝在關聯于氣缸體的頭部中的至少一個進氣閥和至少一個排氣閥。在這個問題上部件以及內燃機的操作對于技術人員是公知的，由于此原因，在該描述中無需更多解釋。
[0004]由于近年來觀察到的內燃機具體功率輸出的增加，以改善組件的熱性能的方式，結果，降低了有害氣體至環境的釋放，內燃機的氣缸體可以設置有利用特定材料制造的氣缸襯套以滿足發動機的應用或者負荷特性的特定需求。這是因為由于壓力和燃燒溫度連同因氣缸內部內的活塞移動導致的摩擦，所以氣缸壁必須支撐高工作量。以這種方式，氣缸襯套大致實現為耐磨損的材料，諸如鑄鐵、鋼或者高強度鋁合金，不同于氣缸體的材料，氣缸體大致實現為允許良好散熱的較輕的韌性材料，諸如具有較小耐磨性的鋁或者鋁合金。
[0005]為了實現降低氣缸體尺寸和重量的目標，氣缸襯套可以具有離心率，其中，兩個直徑上對置的部分具有的厚度小于襯套的直徑的其余部分，使得氣缸可以更靠近地成組。圖1示意地圖示了內燃機的三個氣缸(30、30’、30〃)，其中，每個襯套(10)在設計成以橫向于相鄰氣缸方式定位的部分中具有較小厚度，結果，降低了每個氣缸之間的距離(D)。每個氣缸之間的距離(D)通常稱為“橋”。
[0006]在制造鋁的氣缸體的常規技術中，襯套通常與氣缸體一起鑄造。以這種方式，襯套位于氣缸體的模具內，鋁被澆注，隨后冷卻在襯套周圍，使得確保襯套的外壁機械錨固至氣缸體的鋁。HPDC(高壓壓鑄)、LPDC(低壓壓鑄)和重力鑄造處理應用于這些情況中。
[0007]但是，由于形成襯套和氣缸體的材料的差異，存在關于兩個之間無法以適當的方式發生的金屬結合的問題，導致形成空隙或者氣孔，導致氣缸體中襯套較差的錨固，在發動機操作期間其可能破裂和/或從氣缸內部至氣缸體無效的熱交換，在環滑動的氣缸的變形方面具有影響，這反過來不能夠密封燃燒氣體，以這種方式，將損害發動機的性能。
[0008]為了達到規避該問題的目的，J.B.Thomas的文獻US3165983教導了一種氣缸襯套，其包括以星型形式布置的從襯套向外突出至氣缸體內部的多種散熱翅片。不過，該方案是無效的，這是由于以下事實:除了獲得翅片具有困難之外，不管是通過機加工或者通過塑料變形，均不能消除與鑄造時襯套和氣缸體之間形成空隙或者氣孔相關的問題，導致發生不均勻的熱交換以及導致發動機操作期間氣缸的變形，極大地增加部件的磨損，此外，可能危及頭部的當封。
[0009]KS鋁科技AG的文獻EP0919715、帝國活塞環公司的EP2113320類似地教導了在襯套的外壁上形成徑向翅片，襯套可以呈現平行四邊形、梯形、T形或者正方形的形狀，通過機加工或者塑料變形獲得。但是，除了降低了氣缸之間具有較小距離的橋的形成可能性之外，這些幾何形狀的獲得是非常復雜的，顯著增加了襯套的生產時間。
[0010]在可替換方案中，聯邦大亨布爾沙伊德公司的文獻DE102006016524教導了利用硅鋁層涂布襯套的外面。顯然，盡管涂層是用于降低缺陷以及套和氣缸體之間的空隙或者氣孔襯的有效的方案，但是其要求與清潔以及沉積涂層相關的額外生產階段，除了實現均勻沉積的困難，這事實上增加了相關成本。
[0011 ]除了其他目的，本發明的目的是規避本領域中陳述的這些困難。
【發明內容】
[0012]結果，本發明的第一目的是提供一種內燃機的氣缸襯套，該氣缸襯套能夠良好的錨固至氣缸體的材料并且能夠降低氣缸之間的間距，有助于得到更緊湊、更輕的氣缸體。
[0013]本發明的額外目的是提供一種內燃機的氣缸襯套，其可以防止在襯套中氣缸體的鑄造期間形成空隙或者氣孔或者故障。
[0014]本發明的進一步目的是提供一種內燃機的氣缸襯套，該氣缸襯套易于獲得，不需要機加工以形成翅片或者用于層的沉積的額外階段。
[0015]尤其，為了滿足前述目的的目的，本發明教導了一種內燃機的氣缸襯套，該氣缸襯套包括大致圓形內壁以及外壁，外壁具有至少一個平面以及至少一個與內壁同心的大致圓形面，其中，圓形面具有粗糙表面，粗糙表面包括波峰和波谷之間0.2至2.5_的距離。
[0016]與本發明的額外和/或替換實施例一致，還可以存在單獨或者技術上能夠組合的以下特性:
[0017]-襯套具有兩個平面；
[0018]-襯套具有大致與內壁同心以及被所述兩個平面分離的兩個圓形面；
[0019]-兩個柱形面包括粗糙表面，粗糙表面包括波峰以及波谷之前0.2至2.5mm的距離；
[0020]-襯套通過離心鑄造處理實現；
[0021 ]-至少一個平面，其包括0.5至4.5Rz之間的表面粗糙度；
[0022]-形成在同心部分中的內壁和外壁之間的厚度在1.3mm至5mm之間；
[0023]-形成在內壁和平面之間的厚度小于形成在同心部分的內壁和外壁之間的厚度；
[0024]-形成在內壁和平面之間的厚度在0.7mm至2.5mm之間；
[0025]-平面的長度在襯套的總外徑長度的5和30%之間。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀下文結合附圖提到的其特定實施例的描述，將更好地理解本發明的目的、優勢、效果和技術以及功能改善。這種圖是示意的，其尺寸和比例不對應于現實，由于這個事實，意圖在于以例證方式單獨描述本發明，不施加超出以下權利要求限制的任何限制，其中:
[0027]圖1示意地示出內燃機的三個氣缸，其包括安裝在氣缸體中的相應襯套；
[0028]圖2示意地示出根據本發明的一個實施例的氣缸襯套的立體圖；以及[0029 ]圖3示意地示出圖2的氣缸襯套的平面圖；以及
[0030]圖4是根據本發明的襯套的局部截面圖。
【具體實施方式】
[0031]關于其特定實施例，參考附圖，現在描述本發明。具體實施例被詳細描述并且示出在附圖中，應該理解的是，它們應該被認為是其原理的示例，并且不旨在將本發明僅限制為表示在本說明描述以及圖示中的內容。應該認識到的是，下文討論的不同的教導可以單獨采用或者以任何適當的組合采用以產生相同技術效果。
[0032]圖1示意地示出內燃機的三個氣缸30、30’、30〃，每個氣缸具有被氣缸體20的材料圍繞的襯套10。自然地，此處圖示的視圖不包括氣缸體的所有部件，而是僅僅示出氣缸。正如先前提到的，依靠當前鑄造技術，以與氣缸體不同的材料實現的襯套與氣缸體一起鑄造，由于材料的不兼容以及形成襯套和氣缸體之間的空隙或者氣孔，這會產生襯套至氣缸體的良好錨固的問題，空隙或者氣孔功能為絕緣熱障，損害適當熱流傳遞并且導致從襯套至氣缸體的不規則熱傳遞。當兩種不同的鋁合金利用于襯套和氣缸體時，即高耐磨性合金用于襯套以及具有低重量及更好熱傳遞的另一合金用于氣缸體時，該問題的出現尤其明顯。
[0033]圖2和圖3中示出了根據本發明的襯套。已經驚人地發現，提供具有粗糙表面的襯套的外壁12、12’的圓形面將給予鑄造在襯套周圍的氣缸體的材料良好的錨固，以及在氣缸體和襯套之間形成空隙或者氣孔的可能性低，以這種方式改善了從襯套至氣缸體的熱交換。而且，由于與由粗糙結構形成的氣缸體的材料接觸的較大表面面積，還改善了氣缸體的熱傳遞。此外，已經發現，粗糙表面優選必須具有的深度在0.2mm至2.5mm之間。對于“深度”，應該理解的是，其是氣缸襯套的粗糙外結構中在特定直徑距離中最深波谷和最高波峰之間進行的測量，事實上，粗糙表面預設是由具有不同高度和深度的波所形成的不規則平面。
[0034]圖4示意地圖示了本發明的襯套的局部截面，示出了粗糙面12，其中，示出了在襯套的一點所截取的波峰和波谷之間的距離。
[0035]粗糙度的密度和形式可以改變，并且不相關于獲得本發明的技術效果的目的，只要沿著粗糙面測量的深度是位于上文指定的值之間即可。該粗糙度還可以沿著面的表面以任何方式分布，也即是說，按振幅和按間距的標準分配不是必要的，始終假設其特征不是形成的偏差。類似地，粗糙度可以以簡單的方式獲得，諸如，例如在鑄造襯套的處理中特定地采用離心鑄造處理，以這種方式消除機加工或者層的沉積的后續階段，正如在【背景技術】中發現的。
[0036]而且，因為由于存在粗糙面形成的襯套至氣缸體的良好錨固，所以襯套的內壁的后續機加工可以利用更高機加工參數實現，這是因為以下事實:其支持切向以及縱向的較大力，而不存在變得松散于氣缸體的風險，以這種方式減小了制造時間。
[0037]襯套的外側平面11、11’提供了離心率以形成相鄰氣缸之間的距離的降低，襯套的外側平面11、11’可以以特定方式包括的粗糙度在0.5Rz至4.5Rz之間。還已經發現的是，平面的較低粗糙度被設計為形成橋，允許在鑄造期間氣缸體的材料更好地流動。該特性防止在該面上故障或者襯套和氣缸體之間的空隙/氣孔的存在，以這種方式，允許在橋至氣缸體的區域中良好均勻的熱傳遞以及傳遞至冷卻系統。特定粗糙度的獲得可以是通過在襯套的鑄造之后的后續機加工來獲取，或者是通過塑料變形的任何處理來獲取。
[0038]此處使用的術語“大致圓形”應該被解釋為顯然圓形的形狀，公知的是，襯套可以具有稍微橢圓的形狀，為了意圖補償熱或者幾何學變形，或者由于機加工本身。以相同方式，術語“大致同心”指的是幾何學形狀顯然同心，公知的是，鑄造、機加工或者塑料變形的處理不允許獲得絕對同心。
[0039]氣缸和襯套可以具有任何適當的尺寸，這是由于以下事實:內燃機本身的尺寸、氣缸中活塞的直徑和沖程可以取決于尺寸和應用而改變。已經發現的是，本發明的襯套可以利用較小尺寸的厚度而實現，從而允許降低氣缸之間的橋。以特定方式，在同心部分中形成在氣缸的內壁和外壁之間的厚度(a)可以在1.3mm至5mm之間，形成在內壁和平面之間的厚度(b)較小(b〈a)并且可以包括在0.7mm至2.5mm之間。
[0040]用于實現襯套和氣缸體的材料可以是公知材料，諸如高耐磨性鋁合金用于襯套，具有較低耐磨性的鋁或者鋁合金用于氣缸體。
[0041]正如可以從前述說明書建立的，本發明避免了【背景技術】中發現的問題，這是由于以下事實:粗糙表面的存在允許襯套至氣缸體的良好錨固，而不會形成空隙或者氣孔，消除了用于形成翅片或者沉積涂層的襯套的機加工階段。還允許形成氣缸之間的較小的橋，以這種方式允許實現具有較小長度的氣缸體，結果變得更輕。
[0042]盡管相對于其特定實施例已經描述了本發明，但是本領域專業人員將能夠實現上文未想到的更改或者組合，不過，除了擴大至本說明未想到的其他應用，不會脫離此處描述的教導。結果，附隨的權利要求應該被解釋為覆蓋每個落入本發明的原理內的等同結構。
【主權項】
1.一種內燃機的氣缸襯套，其包括大致圓形內壁以及外壁，所述外壁具有至少一個平面(11)和與所述內壁同心的至少一個大致圓形面(12)，其特征在于，所述圓形面(12)具有粗糙表面，粗糙表面包括的波峰和波谷之間的距離(c)為0.2至2.5_。2.根據權利要求1所述的氣缸襯套，其特征在于，所述襯套具有兩個平面(11、11’)。3.根據權利要求1或2所述的氣缸襯套，其特征在于，所述襯套具有大致與所述內壁同心以及被兩個所述平面分離的兩個圓形面(12、12’)。4.根據權利要求1至3中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，所述兩個柱形面(12、12’)包括粗糙表面，所述粗糙表面包括的波峰和波谷之間的距離(c)為0.2_至2.5_。5.根據權利要求1至4中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，其通過離心鑄造處理獲得。6.根據權利要求1至5中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，至少一個所述平面(11、11 ’)包括的表面粗糙度在0.5Rz至4.5Rz之間。7.根據權利要求1至6中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，在同心部分中形成在所述內壁和所述外壁之間的厚度(a)在1.3mm至5mm之間。8.根據權利要求1至7中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，形成在所述內壁和所述平面之間的厚度(b)小于同心部分中形成在所述內壁和所述外壁之間的厚度。9.根據權利要求1至8中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，形成在所述內壁和所述平面之間的厚度(b)在0.7mm至2.5mm之間。10.根據權利要求1至9中任一項所述的氣缸襯套，其特征在于，所述平面(11、11’)的長度是所述襯套的總外徑長度的5%至30%之間。
【文檔編號】F02F1/00GK105874191SQ201480072026
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】埃德內·德紹爾·雷霍斯基, 若澤·卡洛斯·博特·韋加, 里卡多·達爾托·里切拖
【申請人】馬勒金屬立夫有限公司, 馬勒國際有限公司