活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和氣缸套的制作方法
【專利摘要】一種活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)、部分地布置在發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)內(nèi)的至少一個(gè)氣缸套(2)、用于關(guān)閉氣缸套(2)的上端的氣缸蓋(4)以及圍繞氣缸套(2)布置并且與氣缸套(2)一起限定冷卻通道(12)的冷卻套(10)。發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸(1)設(shè)有僅一個(gè)用于冷卻氣缸套(2)的冷卻通道(12)，并且整個(gè)冷卻通道(12)都被布置在發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)的上方。本發(fā)明還涉及一種氣缸套(2)。
【專利說明】活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和氣缸套

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)另一獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套。

【背景技術(shù)】
[0002]因?yàn)榛钊l(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的高溫，氣缸套需要設(shè)有冷卻裝置。除非常小型的發(fā)動(dòng)機(jī)外，冷卻裝置包括使用在圍繞氣缸套的冷卻通道中循環(huán)的冷卻液。在許多發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，冷卻通道至少部分地位于發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)。這使得發(fā)動(dòng)機(jī)體的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜和昂貴。在一些情況下，冷卻通道部分地位于氣缸蓋中。同樣，氣缸蓋是非常昂貴的部件，并且如果氣缸蓋需要具備用于冷卻氣缸套的冷卻通道，甚至增加了氣缸蓋的成本。許多現(xiàn)有的氣缸套冷卻裝置存在的另一問題是在氣缸蓋襯墊毀壞的情況下，來(lái)自氣缸的燃燒氣體可能會(huì)與冷卻水混合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種改進(jìn)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其中減少或避免了上述問題。根據(jù)本發(fā)明的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特征以權(quán)利要求1的特征部分給出。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的氣缸套。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)體、部分地布置在發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)的至少一個(gè)氣缸套、用于關(guān)閉氣缸套的上端的氣缸蓋以及圍繞氣缸套布置并且與氣缸套一起限定冷卻通道的冷卻套。發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸設(shè)有僅一個(gè)用于冷卻氣缸套的冷卻通道，并且整個(gè)冷卻通道都被布置在發(fā)動(dòng)機(jī)體的上方。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的氣缸套包括第一支承表面、第二支承表面以及第三支承表面，所述第一支承表面能被布置成抵靠發(fā)動(dòng)機(jī)體的上表面以承載沿著氣缸套的軸向方向的力，所述第二支承表面被定位成沿氣缸套的軸向方向位于第一支承表面的下方，以用于沿徑向方向支承氣缸套，所述第三支承表面被布置成沿氣缸套的軸向方向位于第二支承表面的下方，以用于沿徑向方向支承氣缸套。氣缸套設(shè)有圍繞該氣缸套的外周面的單個(gè)冷卻凹部，并且冷卻凹部被定位成沿氣缸套的軸向方向位于第一支承表面的上方。
[0006]由于發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸設(shè)有僅一個(gè)冷卻通道，冷卻通道可以單獨(dú)地布置為在發(fā)動(dòng)機(jī)體與氣缸套的外部圍繞氣缸套的上端。因此，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)體與氣缸套的復(fù)雜性。而且，可以消除在氣缸蓋襯墊毀壞的情況下燃燒氣體與冷卻水混合的風(fēng)險(xiǎn)。還可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)體內(nèi)冷卻液滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明使得能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化的增加，其使得發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝與保養(yǎng)變得容易。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)具有較低的生產(chǎn)和工作成本以及較好的可靠性。冷卻通道可以被定位成使得當(dāng)活塞在上死點(diǎn)時(shí)圍繞最高的活塞環(huán)。該點(diǎn)的有效冷卻是確保活塞環(huán)可靠的功能的關(guān)鍵。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，氣缸套的外周面設(shè)有位于冷卻通道的下方以用于降低熱應(yīng)力的環(huán)形凹部。當(dāng)使用單個(gè)冷卻通道時(shí)，氣缸套中熱應(yīng)力增加。在設(shè)有位于冷卻通道的下方的凹部的情況下，可以降低熱應(yīng)力。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，凹部至少部分地位于第一支承表面的下方。凹部可以與第一支承表面交匯。凹部還可以位于第二支承表面的上方并與其交匯。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，凹部包括作為圓的扇形部分的第一部分。圓的半徑優(yōu)選地是氣缸套的壁的厚度的30%至60%。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，凹部包括第二部分，其中，凹部的壁相對(duì)于氣缸套的縱向中心線成一角度a。角度優(yōu)選為15至50度，更優(yōu)選為25至35度。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，凹部包括作為圓的扇形部分的第三部分并且具有比凹部的第一部分小的半徑。根據(jù)另一實(shí)施方式，凹部的第三部分被布置在第一支承表面與凹部的第一部分之間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]參照附圖，下文中將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中
[0011]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸的截面圖，
[0012]圖2示出了圖1的氣缸套的截面圖，
[0013]圖3示出了圖2的細(xì)節(jié)，
[0014]圖4示出了與冷卻套一起的氣缸的上部的截面圖，
[0015]圖5示出了發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻套，以及
[0016]圖6示出了圖5的冷卻套的截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1中示出的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸I。發(fā)動(dòng)機(jī)是大型內(nèi)燃機(jī)，例如是船用或在發(fā)電廠使用以用于產(chǎn)生電力的主要或輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括任意合理的氣缸I數(shù)目，其可以布置為，例如，直列或V形結(jié)構(gòu)。每個(gè)氣缸I設(shè)有氣缸套2(圖2中最佳地示出)，其部分地布置在發(fā)動(dòng)機(jī)體3內(nèi)。氣缸套2的上端位于發(fā)動(dòng)機(jī)體3的上方。術(shù)語(yǔ)"上方"這里意思是氣缸I的氣缸蓋端。發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸I設(shè)有自己的氣缸蓋4，其設(shè)有氣體交換閥和通道。氣體交換通道5、6和氣體交換閥(未示出)可以具有常規(guī)的設(shè)計(jì)并且因此不在這里更詳細(xì)地描述了。氣缸I內(nèi)設(shè)有往復(fù)活塞9。活塞9設(shè)有多個(gè)活塞環(huán)9a。而且，活塞9也可以具有常規(guī)的設(shè)計(jì)。
[0018]為了冷卻氣缸套2，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有冷卻套10。冷卻套10圍繞氣缸套2的上端布置。冷卻套10完全位于發(fā)動(dòng)機(jī)體3的上方并且位于氣缸蓋4的下方。與氣缸套2的外周面上的環(huán)形冷卻凹部11 一起，冷卻套10在氣缸套2與冷卻套10之間限定冷卻通道12。冷卻通道12在當(dāng)活塞9位于上死點(diǎn)時(shí)活塞環(huán)9a所位于的區(qū)域上沿氣缸套2的軸向方向延伸。這是關(guān)于氣缸套2的冷卻的最臨界點(diǎn)。冷卻凹部11的橫截面包括平坦的中間部分Ila以及邊緣部分lib、11c。上邊緣部分Ilb的深度朝著凹部11的上端減小并且下邊緣部分Ilc的深度朝著凹部11的下端減少。冷卻凹部11因此實(shí)質(zhì)上是U形的。冷卻通道12的形狀使得氣缸套2能夠有效冷卻，但將氣缸套2中的熱應(yīng)力保持很低。為了防止來(lái)自冷卻通道12的滲漏，密封件13、14設(shè)置在位于氣缸套2與冷卻套10之間的冷卻套10的上端和下端。由于冷卻通道12完全位于發(fā)動(dòng)機(jī)體3的上方和氣缸蓋4的下方，所以不需要發(fā)動(dòng)機(jī)體3中昂貴的冷卻通道。還可以消除發(fā)動(dòng)機(jī)體3內(nèi)部的冷卻液滲漏的危險(xiǎn)并且不需要發(fā)動(dòng)機(jī)體3的壓力試驗(yàn)。
[0019]氣缸套2設(shè)有用于抵靠發(fā)動(dòng)機(jī)體3來(lái)支承氣缸套2的三個(gè)支承表面15、16、17。第一支承表面15布置在氣缸套2的上部并且其以沿軸向方向(即，氣缸套2的縱軸18的方向)抵靠發(fā)動(dòng)機(jī)體3的方式來(lái)支承氣缸套2。第一支承表面15是可以抵靠發(fā)動(dòng)機(jī)體3的上表面布置的肘部。第二支承表面16在第一支承表面15的下方布置在氣缸套2的上部中。第二支承表面16以沿氣缸套2的徑向方向抵靠發(fā)動(dòng)機(jī)體3的方式支承氣缸套2。第二支承表面16是氣缸套2的這樣一部分，即，這一部分的外徑比氣缸套2的基本外徑大。第三支承表面17位于氣缸套的下半部中。而且，第三支承表面17承載徑向力。
[0020]由于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有圍繞氣缸套2的上端的單個(gè)冷卻通道12，所以氣缸套2的熱應(yīng)力比圍繞氣缸套設(shè)置若干冷卻通道的常規(guī)設(shè)計(jì)要大。為了減少熱應(yīng)力，氣缸套2配備有在氣缸套2的冷卻凹部11的下方布置的環(huán)形凹部19。圖3示出了凹部19的放大圖。在附圖的實(shí)施方式中，凹部19位于第二支承表面16的上方。凹部11還部分地位于第一支承表面15的下方。凹部19環(huán)繞整個(gè)氣缸套2。凹部19由第一部分19a、第二部分19b以及第三部分19c形成。當(dāng)觀察凹部19的橫截面時(shí)，凹部19的第一部分19a是圓的扇形部分。凹部的第一部分19a的半徑優(yōu)選地是氣缸套2的壁的厚度的30%至60%，更優(yōu)選為氣缸套2的壁的厚度的35%至50%。在附圖的實(shí)施方式中，半徑是氣缸套2的壁的厚度的大約40%。壁的厚度指的是支承表面15、16、17的外部以及氣缸套2的其它加強(qiáng)區(qū)域的厚度。因此，其是氣缸套2的位于第二支承表面16與第三支承表面17之間的那些主體部分的厚度。形成第一部分19a的扇形部分的寬度優(yōu)選地在90至130度的范圍內(nèi)。在附圖的實(shí)施方式中，扇形部分約為110度。凹部19的第一圓形部分19a的半徑中心25沿氣缸套2的軸向方向被定位成與第一支承表面15相距一距離，該距離小于第一部分19a的半徑。因此，凹部19的第一部分19a的一部分位于第一支承表面15的上方。在氣缸套2的徑向方向中，半徑中心25位于第二支承表面16的內(nèi)側(cè)。凹部19的第二部分19b是與凹部19的第一部分19a交匯的直切線。第二部分19b還與氣缸套2的第二支承表面16交匯。凹部的第二部分19b相對(duì)于氣缸套2的縱軸18成一角度α。角度α優(yōu)選地是15至50度，更優(yōu)選為25至35度。在附圖的實(shí)施方式中，角度是約30度。而且，凹部19的第三部分19c也是圓的扇形部分。第三部分19c的半徑小于第一部分19a的半徑。第三部分19c的半徑優(yōu)選地是氣缸套2的壁的厚度的5至15%。形成第三部分19c的扇形部分的寬度優(yōu)選地在30至60度的范圍內(nèi)。凹部19的第三部分19c與氣缸套2的第一支承表面15和凹部19的第一部分19a交匯。沿氣缸套2的軸向方向，第三部分19c位于第一支承表面15的上方。沿氣缸套2的徑向方向，凹部19的第三部分19c的半徑中心26位于第一部分19a的半徑中心25的外側(cè)并且位于第一支承表面15的內(nèi)側(cè)。
[0021]冷卻套10的結(jié)構(gòu)最佳地在圖5和圖6中示出。冷卻套10可以例如通過鑄造制造。冷卻套10配備有多個(gè)支架20，其可以用于將冷卻套10連接到發(fā)動(dòng)機(jī)體3上。由于冷卻套10直接地緊固到發(fā)動(dòng)機(jī)體3上，所以可以在不移動(dòng)冷卻套10的情況下移動(dòng)氣缸套2。這使得氣缸套2的保養(yǎng)更容易。冷卻套10配備有用于將冷卻液導(dǎo)入冷卻通道12并且當(dāng)需要時(shí)用于排出冷卻通道12的進(jìn)口 21。設(shè)置了出口 22以用于將冷卻液從冷卻通道12排出。冷卻液可以從出口 22導(dǎo)入到氣缸蓋4的冷卻通道中。而且，用于冷卻液的進(jìn)口管23被集成到冷卻套10中。圖4中，可以看到冷卻套10與氣缸套2和氣缸蓋4連接。圖4還示出了位于氣缸套2與氣缸蓋4之間的襯墊24。如可以看到的，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)防止了燃燒氣體與冷卻液的混合，即使在一些密封件13、14、24泄漏的情況下也是如此。
[0022]本領(lǐng)域技術(shù)人員將要理解，本發(fā)明并不限于如上所述的實(shí)施方式，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。
【權(quán)利要求】
1.一種活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，該活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)、部分地布置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)內(nèi)的至少一個(gè)氣缸套(2)、用于關(guān)閉所述氣缸套(2)的上端的氣缸蓋(4)以及圍繞所述氣缸套(2)布置并且與所述氣缸套(2) —起限定冷卻通道(12)的冷卻套(10)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸(I)均設(shè)有僅一個(gè)用于冷卻所述氣缸套(2)的冷卻通道(12)，并且整個(gè)所述冷卻通道(12)都被布置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述氣缸套(2)的外周面設(shè)有位于所述冷卻通道(12)的下方以用于降低熱應(yīng)力的環(huán)形凹部(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)被定位成至少部分地位于第一支承表面(15)的下方，所述第一支承表面以沿所述氣缸套(2)的軸向方向抵靠所述發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)的方式來(lái)支承所述氣缸套(2)的所述上端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)與所述第一支承表面(15)交匯。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)被定位成位于第二支承表面(16)的上方，該第二支承表面以沿所述氣缸套(2)的徑向方向抵靠所述發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)的方式來(lái)支承所述氣缸套(2)的所述上端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)與所述第二支承表面(16)交匯。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)的橫截面包括第一部分(19a)，該第一部分是圓的扇形部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述圓的半徑是所述氣缸套(2)的壁的厚度的30%至60%。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)包括第二部分(1%)，其中，所述凹部(19)的壁相對(duì)于所述氣缸套(2)的縱向中心線(18)成一角度α，該α為15至50度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，α是25至35度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)包括第三部分(19c)，該第三部分是圓的扇形部分，并且該第三部分的半徑小于所述凹部(19)的所述第一部分(19a)的半徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述凹部(19)的所述第三部分(19c)被布置在所述第一支承表面(15)與所述凹部(19)的所述第一部分(19a)之間。
13.—種用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套(2),所述氣缸套(2)包括第一支承表面(15)、第二支承表面(16)以及第三支承表面(17)，所述第一支承表面能被布置成抵靠發(fā)動(dòng)機(jī)體(3)的上表面以承載沿著所述氣缸套(2)的軸向方向的力，所述第二支承表面被定位成沿所述氣缸套(2)的軸向方向位于所述第一支承表面(16)的下方，以用于沿徑向方向支承所述氣缸套(2)，所述第三支承表面被布置成沿所述氣缸套(2)的軸向方向位于所述第二支承表面(16)的下方，以用于沿徑向方向支承所述氣缸套(2)，其特征在于，所述氣缸套(2)設(shè)有環(huán)繞該氣缸套(2)的外周面的單個(gè)冷卻凹部(11)，并且所述冷卻凹部(11)被定位成沿所述氣缸套(2)的軸向方向位于所述第一支承表面(15)的上方。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述氣缸套(2)的所述外周面設(shè)有位于所述冷卻凹部(11)的下方以用于降低熱應(yīng)力的環(huán)形凹部(19)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)被定位成至少部分地位于所述第一支承表面(15)的下方。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)與所述第一支承表面(15)交匯。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)被定位成位于所述第二支承表面(16)的上方。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)與所述第二支承表面(16)交匯。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)的橫截面包括第一部分(19a),該第一部分是圓的扇形部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述圓的半徑是所述氣缸套(2)的壁的厚度的30%至60%。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項(xiàng)所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)包括第二部分(1%)，其中，所述凹部(19)的壁相對(duì)于所述氣缸套(2)的縱向中心線(18)成一角度α，該α為15至50度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氣缸套(2)，其特征在于，α是25至35度。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項(xiàng)所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)包括第三部分(19c)，該第三部分是圓的扇形部分，并且該第三部分的半徑小于所述凹部(19)的所述第一部分(19a)的半徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的氣缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)的所述第三部分(19c)被布置在所述第一支承表面(15)與所述凹部(19)的所述第一部分(19a)之間。
【文檔編號(hào)】F02F1/16GK104395593SQ201380030205
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月19日
【發(fā)明者】F·布里吉, D·洛利斯, V·拉塔奇奧, M·卡塔里努西 申請(qǐng)人:瓦錫蘭芬蘭有限公司