专利名称：用于内燃机的无座湿式汽缸套的制作方法
技术领域：
本申请涉及用于内燃机的汽缸套，并且更具体地但非排除性地涉及无座湿式可替换汽缸套。
背景技术：
目前涉及可移除汽缸套的方法受到各种缺点、限制、缺陷和问题的影响，其包括那些相关的机械加工性能和在发动机机体中使用材料的量以形成用于汽缸套坐落和冷却剂通道的结构。因此，需要用于汽缸套的独特且有创新性的装置、系统和方法。
发明内容
本申请的一个实施例是一种用于内燃机的独特的可替换汽缸套。其他实施例包括用于无座湿式汽缸套的装置、系统、设备、硬件、方法及组合。其他实施例、形式、特性、方面、益处和优点将从这里提供的描述和附图中变得明显。
图1是在发动机机体中定位的无座湿式汽缸套和活塞的正视剖面图。图2是图1的汽缸套的不具有活塞的一部分的放大的正视剖面图，并且还示出汽缸盖和盖垫圈的一部分。
具体实施例方式为了促进对本发明原理的理解，现在将参考图中所示的实施例并且具体的语言将用来描述所述实施例。然而将 理解的是，并不会由此而意图对本发明的范围进行限制。所描述的实施例中的任何替代和其它变型，以及如这里描述的本发明的原理的任何其他应用将会是如同对于本发明所涉及技术领域的技术人员而言通常会想到的一样可预期的。本申请的一个实施例包括具有发动机机体和容纳活塞的汽缸套的内燃机。发动机机体包括至少一个汽缸腔以及在汽缸腔内定位的至少一个可替换汽缸套。至少两个压配合区域在发动机机体和可替换汽缸套之间形成干涉配合。一个压配合区域在接近发动机机体的顶面定位并且另一个压配合区域在发动机机体中在汽缸套的相反端处定位。存储空间由汽缸套的外表面和发动机机体的限定出汽缸腔的表面形成在压配合区域之间。在没有从发动机机体突出到汽缸腔中以形成用于汽缸套的轴向抵接结构的诸如座件或其他构件的结构的情况下，压配合区域在汽缸室内抵抗汽缸套的轴向负荷。压配合区域还密封存储空间以防止例如冷却剂从存储空间通过到汽缸腔外。在一个实施例中，冗余的密封在靠近发动机机体的顶面或燃烧板的压配合区域处配置在汽缸套与发动机机体之间。图1描绘包括发动机机体110的内燃机100的一部分的正视剖面图，不出该发动机机体Iio的一部分。发动机机体110包括至少一个汽缸腔112，该汽缸腔112容纳汽缸套140，该汽缸套140限定燃烧室131。内燃机100可以设计成具有单个汽缸或多个汽缸。一些实施例例如考虑到发动机100具有范围从2个至24个汽缸的成对的汽缸，然而任何数量的汽缸都被考虑到。发动机机体110在燃烧室131中包括活塞130，该活塞130可滑动地容纳在汽缸套140的内径122内。顶部活塞环136在活塞130的环槽138中定位并且接触汽缸套140的内径122，并且为燃烧室131提供下部密封。活塞销132将活塞130可旋转地连接到连接杆134。连接杆134以常规方式连接到曲柄轴(未示出)。在内燃机100的运行期间，曲柄轴旋转以迫使活塞130在高燃烧温度和压力下在燃烧室131中上下移动。这些状况尤其引起汽缸套140随时间磨损、裂开或缺陷。汽缸套140易于更换以恢复用于汽缸的活塞和其他部件的适当间隙，使得效率和性能提高。在一个实施例中，汽缸套140是铸造的，并且汽缸腔112仅需要在发动机机体110中适量的机械加工以提供滑动、密封和接触表面以及汽缸套140周围的存储空间，然而其他制造方法也被考虑到。汽缸套140可在形成至少两个压配合区域的状况下插入到汽缸腔112中。压配合，又被称为干涉配合或摩擦配合，例如，形成轴向保持，相邻部分通过在相邻部分之间形成轻微的弹性变形和压缩力的方式在该轴向保持处共享相同的空间。来自压配合的压缩将相邻部分之间的摩擦增大至相邻部分在正常运行状况下不可能独立运动的程度。汽缸套140和发动机机体110之间的压配合可以使用物理按压、热膨胀原理或其他适当方法来形成。在所示实施例中，汽缸套140在汽缸腔112中与发动机机体110的组装包括第一压配合区域150和第二压配合区域160。第一压配合区域150和第二压配合区域160形成汽缸套140与发动机机体110的连接，其以在发动机100的运行状况下抵抗汽缸套140相对于发动机机体110的轴向运动的方式将汽缸套140保持在汽缸腔112中。压配合区域150、160内的摩擦在没有从发动机机体110延伸到汽缸腔112中的物理止动结构，诸如凸缘、壁架、轮缘、突起边缘、脊等 的情况下，将汽缸套140保持在轴向位置。将在汽缸腔112中的形成汽缸套140与发动机体110的轴向抵接的结构消除减少形成汽缸腔112所需的机械加工量和发动机机体110所需的材料量。压配合区域150、160通过将汽缸腔112的内径布置为稍小于汽缸套140的外径的方式被配置，从而使得力必须施加到汽缸套140以将其插入到汽缸腔112以克服其间的干涉。在所示实施例中，第一压配合区域150通过汽缸套外径152和第一汽缸腔内径154形成。第二压配合区域160通过汽缸套外径152和第二汽缸腔内径164形成。第一汽缸腔内径154可以与第二汽缸腔内径164相同或不同。汽缸套外径152稍大于汽缸腔112的相应部分的第一和第二汽缸腔内径154、164，汽缸套140压配合到该汽缸腔112中。汽缸套140压配合到汽缸腔112中直到汽缸套140的上端144的至少一部分与发动机机体110的燃烧板或顶面172对齐或齐平。盖垫圈194随后能够沿着顶面172跨过汽缸套140与发动机机体110的会合处定位并且与发动机盖196紧固在适当位置。在所示实施例中，压配合区域150沿着汽缸套140和汽缸腔112的长度显著小于第二压配合区域160的长度，并且汽缸套140与发动机机体110的压配合沿着压配合区域150、160的相应的长度基本上连续。在其他实施例中，压配合区域150、160的长度相同或大致相同。在另一些实施例中，在汽缸套140与发动机机体110之间沿着压配合区域150、160中的一个或两个的压配合包括一个或多个不连续。例如,如图2中更详细地示出，压配合区域150包括由汽缸套外径152中的凹部142和第一汽缸腔内径154中的凹部190形成的不连续。圆周密封192在凹部142、190中定位。在一个实施例中，密封192是弹性O形环，然而其他类型的密封也被考虑到并且不被排除。护套区域170通过在汽缸腔112的顶端172与底端174之间在发动机机体110中的侧凹围绕汽缸套140由汽缸腔112形成。护套区域170沿着汽缸套140的轴向长度的足够部分延伸以提供存储空间180，其容纳在发动机运行期间提供从汽缸套140充分热传递的冷却剂、隔热剂或其他介质。在所示实施例中，护套区域170包括面对相对的底部唇缘178的上部唇缘176和在唇缘176、178之间延伸的护套表面182。唇缘176、178从汽缸套140径向向外延伸以便不突出到汽缸腔112中，并且每个唇缘176、178限定相应的压配合区域150、160的末端。例如，压配合区域150从唇缘176延伸至顶面172并且压配合区域160从唇缘178延伸至汽缸套140的底端146。存储空间180允许使用形成“潮湿”环境的冷却或隔热介质，汽缸套140在该环境中运行。存储空间180在相对的上端和下端处由第一压配合区域150和第二压配合区域160密封。存储空间180的附加的密封能够由密封190提供。在任何情况下，存储空间180中的冷却、隔热或其他介质被密封以防止泄漏到盖垫圈194和发动机盖196。密封192提供当发动机100的温度在冷热之间变化时协助维持存储空间180密封的冗余密封。沿着汽缸套140的轮廓由两个压配合区域150、160形成，该压配合区域150、160被存储空间180沿着汽缸套140的长度彼此间隔开。虽然图1中示出两个压配合区域，但是可以提供一个或更多的附加的压配合区域，以沿着汽缸套140的长度形成多个存储空间。在一个实施例中还被考虑到的是，存储空间180中的冷却介质与发动机冷却系统共享，其中冷却剂流过存储空间180以维持汽缸套140、发动机机体110和其他部件的适当的运行温度。汽缸套140能够与冷却剂直接接触以提供改进的热传递。沿着汽缸套140的轮廓包括压配合区域150的比压配合区域160的轴向长度更小的轴向长度，使得存储空间180中的冷却介质更靠近密封192和盖垫圈194并且降低这些部件在发动机运行期间的温度。另外，压配合区域150的这个较小长度将存储空间180的上端与活塞环136的上 止点位置对齐以将热量从活塞环136移除。除了由压配合区域150提供的摩擦力之外，压配合区域160的较大轴向长度提供了足够的摩擦力以维持发动机运行期间汽缸套140的轴向保持。在一个实施例中，压配合区域160的轴向长度至少是压配合区域150的长度的两倍。汽缸套140和汽缸腔112的布置使得汽缸套140从顶端144到相反的第二端146具有基本上恒定的外径152，仅具有有限的中断，诸如由凹部142形成的中断。而且，汽缸腔112能够配置有连续的内径152、154，除了内径被护套区域170中断之处外。然而，由容纳汽缸套140的汽缸腔112限定的内部空间中的中断没有诸如突出到汽缸腔112中的唇缘、壁架或抵接的结构，该结构如果存在，那么将会在被汽缸套140接触时形成轴向止动。根据一个方面，一种装置包括内燃机，该内燃机包括发动机机体和发动机机体中的至少一个汽缸腔。汽缸腔包括上端部和下端部以及其间的侧凹区域。至少一个可替换汽缸套容纳在汽缸腔中。汽缸套包括在汽缸套的第一末端附近定位并且与汽缸腔的上端部压配接合的第一压配合区域，以及与第一压配合区域间隔开并且与汽缸腔的下端部压配接合的第二压配合区域。存储空间由汽缸套以及第一和第二压配合区域之间的侧凹区域形成，其中第一压配合区域和第二压配合区域将汽缸套轴向地紧固在汽缸腔中。
在该方面的一个改进中，冷却剂或隔热材料配置在存储空间中。在该方面的另一个改进中，汽缸套在第一压配合区域中包括在汽缸套的外表面中的环状凹部，并且包括在汽缸套与发动机机体之间在环状凹部中的密封。在该方面的另一个改进中，汽缸套包括外径，该外径从汽缸套的第一末端到汽缸套的在第二压配合区域附近定位的相反的第二末端是恒定的，并且汽缸腔包括沿着上端部的第一内径和沿着下端部的第二内径，其中外径大于第一和第二内径。在该方面的另一个改进中，第二压配合区域具有沿着汽缸套的轴向长度，该轴向长度是第一压配合区域的沿着汽缸套的长度的至少两倍。在该方面的又一个改进中，汽缸腔没有在汽缸腔中形成与汽缸套轴向抵接的结构。根据另一方面，一种内燃机包括发动机机体和发动机机体中的至少一个汽缸腔。汽缸腔包括上端部和下端部。至少一个可替换汽缸套利用第一压配合和第二压配合在汽缸腔中定位，第一压配合在汽缸套的第一末端附近在汽缸腔与汽缸套之间，并且第二压配合在汽缸套的第二末端附近在汽缸腔与汽缸套之间。第一压配合和第二压配合轴向地保持汽缸套以抵抗其相对于发动机机体的相对运动，同时汽缸腔没有在汽缸腔中提供与汽缸套的轴向抵接的结构。在该方面的一个改进中，汽缸套具有从汽缸套的第一末端延伸至第二末端的外径，并且汽缸腔在第一压配合处具有第一内径并且在第二压配合处具有第二内径，外径大于第一和第二内径。在又一个改进中，第一和第二内径相同。在该方面的另一个改进中，汽缸腔包括在第一压配合与第二压配合之间的侧凹。侧凹在第一和第二压配合之间绕着汽缸套限定用于容纳热传递介质的存储空间。在又一个改进中，第一压配合和第二压配合密封存储空间。在另一个改进中，第一压配合完全地绕着汽缸套从发动机机体的燃烧板延伸到侧凹并且第二压配合完全地绕着汽缸套从侧凹延伸到汽缸套的第二端。在该方面的另一个改进中，汽缸套在第一压配合中在汽缸套的外表面中包括环状凹部并且密封在汽缸套与 发动机机体之间在环状凹部中定位。在该方面的又一个改进中，第二压配合具有沿着汽缸套的轴向长度，该轴向长度是第一压配合沿着汽缸套的长度的至少两倍。根据另一个方面，一种方法包括:在发动机机体中形成汽缸腔，其中汽缸腔从发动机机体的顶面延伸并且包括具有从顶面延伸至侧凹区域的第一内径部的长度，并且侧凹区域沿着该长度从第一内径部延伸至汽缸腔的第二内径部，其中第二内径部沿着汽缸腔的长度延伸；将可替换汽缸套放置在汽缸腔内；以及利用第一压配合和第二压配合建立汽缸套相对于发动机机体的固定轴向位置，第一压配合在汽缸套的外径与汽缸腔的第一内径部之间，并且第二压配合在汽缸套的外径与汽缸腔的第二内径部之间，其中存储空间由汽缸套的外径和第一与第二压配合区域之间的侧凹区域形成。在该方面的一个改进中，汽缸套在其外径中包括凹部，凹部与第一内径部对齐并且凹部在其中包括密封。在该方面的另一个改进中，第二内径部的长度是第一内径部的长度的至少两倍。在该方面的又一个改进中，第一和第二内径相同并且第一干涉配合和第二干涉配合密封存储空间。虽然本发明已经在附图和前述描述中示出和详细描述，但是这些附图和描述在本质上被认为是示例性的而非限制性的，应当理解的是，仅优选实施例已经示出和描述，并且落入本发明精神内的所有变化和变型都是期望要保护的。应当理解的是，虽然以上描述中使用了诸如优选、优选的、优选地或更优选地之类的词语来表示所述特征可能是更期望的，但其可以不是必要的并且缺少这些特征的实施例也被考虑为在本发明的范围内，本发明的范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，在使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”的词语时，并不是意在将该权利要求限定为具有仅一个项目，除非在权利要求中有特别的相反的说明。在使用“至少一部分”和/或“部分”的语言时，该项目能包括项目的部分和/或整体 ，除非另有特别的相反的说明。
权利要求
1.一种装置，包括: 内燃机，所述内燃机包括发动机机体和在所述发动机机体中的至少一个汽缸腔，其中所述汽缸腔包括上端部和下端部以及所述上端部与下端部之间的侧凹区域； 容纳在所述汽缸腔中的至少一个可替换的汽缸套，其中所述汽缸套包括在所述汽缸套的第一末端附近定位并且与所述汽缸腔的所述上端部压配接合的第一压配合区域，以及与所述第一压配合区域间隔开并且与所述汽缸腔的所述下端部压配接合的第二压配合区域；以及 在所述第一和第二压配合区域之间由所述汽缸套和所述侧凹区域形成的存储空间，其中所述第一压配合区域和所述第二压配合区域将所述汽缸套轴向地紧固在所述汽缸腔中。
2.根据权利要求1的装置，所述装置还在所述存储空间中包括冷却剂。
3.根据权利要求1的装置，其中所述汽缸套在所述第一压配合区域中在所述汽缸套的外表面中包括环状凹部。
4.根据权利要求3的装置，所述装置还在所述汽缸套与所述发动机机体之间在所述环状凹部中包括密封。
5.根据权利要求1的装置，其中 所述汽缸套还包括外径，所述外径从所述汽缸套的第一末端到所述汽缸套的在所述第二压配合区域附近定位的相反的第二末端是恒定的；并且 所述汽缸腔包括沿着所述上端部的第一内径和沿着所述下端部的第二内径，其中所述外径大于所述第一和第二内径。
6.根据权利要求·5的装置，其中所述第一和第二内径相同。
7.根据权利要求1的装置，其中所述第二压配合区域具有沿着所述汽缸套的轴向长度，所述轴向长度是所述第一压配合区域的沿着所述汽缸套的长度的至少两倍。
8.根据权利要求1的装置，其中所述汽缸腔没有在所述汽缸腔中提供与所述汽缸套轴向抵接的结构。
9.一种装置，包括: 内燃机，所述内燃机包括发动机机体和在所述发动机机体中的至少一个汽缸腔，其中所述汽缸腔包括上端部和下端部； 利用第一压配合和第二压配合在所述汽缸腔中定位的至少一个可替换的汽缸套，第一压配合在所述汽缸套的第一末端附近在所述汽缸腔与所述汽缸套之间并且第二压配合在所述汽缸套的第二末端附近在所述汽缸腔与所述汽缸套之间，其中所述第一压配合和所述第二压配合轴向地保持所述汽缸套以抵抗所述汽缸套相对于所述发动机机体的相对运动，并且所述汽缸腔没有在所述汽缸腔中提供与所述汽缸套轴向抵接的结构。
10.根据权利要求9的装置，其中 所述汽缸套具有从所述汽缸套的所述第一末端延伸到所述第二末端的外径，并且 所述汽缸腔在所述第一压配合处具有第一内径并且在所述第二压配合处具有第二内径，所述外径大于所述第一和第二内径。
11.根据权利要求10的装置，其中所述第一和第二内径相同。
12.根据权利要求9的装置，其中所述汽缸腔在所述第一压配合与所述第二压配合之间包括侧凹，所述侧凹在所述第一和第二压配合之间绕着所述汽缸套限定用于容纳热传递介质的存储空间。
13.根据权利要求12的装置，其中所述第一压配合和第二压配合密封所述存储空间。
14.根据权利要求12的装置，其中所述第一压配合完全地绕着汽缸从发动机机体的燃烧板延伸到所述侧凹并且第二压配合完全地绕着所述汽缸从所述侧凹延伸至所述汽缸套的所述第二末端。
15.根据权利要求9的装置，其中所述汽缸套在所述第一压配合中在所述汽缸套的外表面中包括环状凹部并且还在所述汽缸套与所述发动机机体之间在所述环状凹部中包括密封。
16.根据权利要求9的装置，其中所述第二压配合具有沿着所述汽缸套的轴向长度，所述轴向长度是所述第一压配合的沿着所述汽缸套的长度的至少两倍。
17.—种方法,包括: 在发动机机体中形成汽缸腔，其中所述汽缸腔从所述发动机机体的顶面延伸并且包括具有从所述顶面延伸至侧凹区域的第一内径部的长度，并且所述侧凹区域沿着所述长度从所述第一内径部延伸至所述 汽缸腔的第二内径部，其中所述第二内径部沿着所述汽缸腔的所述长度延伸； 将可替换的汽缸套放置在所述汽缸腔内；以及 利用第一压配合区域和第二压配合区域建立所述汽缸套相对于所述发动机机体的固定的轴向位置，第一压配合区域在所述汽缸套的外径与所述汽缸腔的第一内径部之间并且第二压配合区域在所述汽缸套的所述外径与所述汽缸腔的第二内径部之间，其中存储空间在所述第一与第二压配合区域之间由所述汽缸套的所述外径以及所述侧凹区域形成。
18.根据权利要求17的方法，其中所述汽缸套在所述汽缸套的所述外径中包括凹部，所述凹部与所述第一内径部对准并且所述凹部在所述凹部中包括密封。
19.根据权利要求17的方法，其中所述第二内径部的长度是所述第一内径部的长度的至少两倍。
20.根据权利要求17的方法，其中所述第一和第二内径相同并且所述第一压配合区域和所述第二压配合区域密封存储空间。
全文摘要
一种用于内燃机的无座湿式汽缸套。本发明涉及一种装置，包括具有发动机机体的内燃机以及容纳活塞的汽缸套。发动机机体包括至少一个汽缸腔以及在汽缸腔中定位的至少一个可替换汽缸套。至少两个压配合区域在发动机机体和可替换汽缸套之间形成干涉配合。一个压配合区域在发动机机体的顶面附近定位并且另一个压配合区域在发动机机体中在汽缸套的相反的端部处定位。存储空间由汽缸套的外表面以及发动机机体的限定出汽缸腔的表面形成在压配合区域之间。
文档编号F02F1/16GK103244300SQ201310049160
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月7日 优先权日2012年2月10日
发明者A·S.·昆顿, J·J.·珀塞尔, N·哈索尔, S·M.·查普曼, J·D.·卡伦贝克 申请人:康明斯有限公司