用于内燃机气缸外壳的缸径及由该缸径和活塞组成的装置的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的气缸外壳的带有气缸运行表面的缸径，其中在缸径中限定上折返点和下折返点，在发动机运转期间在缸径中上下移动的活塞在所述点处达到接近零的速度，并且其中活塞在上折返点和下折返点之间的区域中达到最大速度。

背景技术：

例如在de102012201342a1中公开了讨论中的类型的缸径。这样的缸径的气缸运行表面在不同的高度区域处局部地具有不同的粗糙度结构。

de10360148a1公开了一种带有气缸运行表面的缸径，其中在上死点和下死点区域包含微观结构。

通常，气缸运行表面应当具有限定的粗糙度，从而优化气缸运行表面与在缸径中引导的活塞的活塞环之间的润滑，因为润滑油被接纳在这样的气缸运行表面的凹陷中。然而，针对当前的内燃机，需要减小气缸运行表面的粗糙度，从而以这种方式将摩擦最小化。然而，气缸运行表面与活塞环之间的摩擦被这种措施不利地影响。应当另外地指出的是，活塞裙应当尽可能紧密地靠在气缸运行表面上，从而确保活塞在气缸中的最优的引导。另一方面，已知通过增加活塞裙与气缸运行表面之间的游隙能够减小摩擦。由于由此引起的增加的活塞的副力矩以及作为其结果引起的噪音产生，这样的措施在实践中只以有限的程度实施。

在这点上，在de102008026146a1中建议在上下折返点之间的区域中，气缸直径被设计为大于在折返点本身处。针对此的基础是如下的构思：活塞只在上下折返点的区域中需要被紧密地引导，从而有效地避免噪音产生。然而，已经示出的是，特别是在多缸发动机或在运转期间被外力另外地影响的发动机的情况下，在上下折返点之间的区域中不可自由移动的活塞暴露至明显的横向加速度，并且因此倾向于产生噪音。

技术实现要素：

本发明的目的因此存在于以如下方式发展用于内燃机的讨论中的类型的缸径：尽可能地减小气缸运行表面与活塞裙之间的摩擦损失而没有不利地影响在发动机运转期间活塞在气缸中的引导以及引起不期望的噪音产生。而且，应当保持确保气缸运行表面与活塞裙或活塞环之间的润滑。

技术方案主要在于形成在区域内的至少两个圆周凹陷，其直径大于所述区域上方的缸径的直径，并且大于所述区域下方的直径。

本发明还涉及一种由根据本发明的缸径和活塞组成的装置。

根据本发明，术语“缸径”理解为意味着接纳在发动机本体中的气缸衬套和直接包含到发动机本体中的孔。在下文中，“气缸运行表面”在两种情况下理解为意味着气缸衬套或孔的直接包含到发动机本体中的表面。

根据本发明的技术方案通过以下事实而区分：至少在缸径的那个区域的在活塞的活塞裙的区域中，在缸径中上下引导的活塞在发动机运转期间达到其最大速度的部分，根据本发明的缸径具有至少两个凹陷，其具有大于该区域上方和下方的直径。根据本发明，由于润滑薄膜的厚度增加，在该区域中摩擦被最小化。结果，活塞裙与气缸运行表面之间的流体动力学摩擦分量被减小。而且，活塞环与气缸运行表面之间的摩擦性能被改进。

根据本发明，由于与活塞裙紧密接触的运行表面区域出现在凹陷之间，所以活塞裙至少部分地在气缸中被引导。同时，活塞裙与高活塞速度的区域中的气缸运行表面之间的游隙通过根据本发明设置的凹陷增加。因此实现了活塞裙与气缸运行表面之间的摩擦的有效减小。同时，避免了如下情况：通过从相邻的气缸发出的横向加速度的发生，或者车辆以活塞裙撞在气缸运行表面上的方式的移动而使活塞偏斜并且引起不期望的噪音产生。

有益的发展将从从属权利要求显现。

根据本发明设置的圆周凹陷的直径优选为相同的，即，它们具有相同的尺寸。该措施简化了根据本发明的缸径的制造。缸径的上折返点和下折返点的区域中的直径优选地也是相同的，即，它们具有相同的尺寸。而且，优选的是，缸径的上折返点和下折返点的区域中的直径是一致的，从而确保活塞裙在缸径中的最优的引导。

缸径的直径在至少上折返点和下折返点之间的区域的部分中优选地比该区域上方和/或下方的气缸的直径大5μm至30μm。在本领域技术人员意想不到的方式中，该数值在发动机运转期间显现为尽可能减小的摩擦与依然可靠地起作用的活塞引导之间最优的折中。

根据本发明的凹陷与凹陷外侧的气缸运行表面的上方或下方的部分表面之间的过渡优选设计为圆形。这具有以下优点：在根据本发明设计的缸径中，活塞或活塞环不断地以滑动的方式通过根据本发明设置的凹陷。

气缸运行表面的在凹陷的区域中的粗糙度rz优选地小于凹陷外侧的区域。在本领域技术人员意想不到的方式中，已经示出了，在根据本发明设置的凹陷的区域中的粗糙度的减小另外导致了气缸运行表面与活塞或活塞环之间的摩擦的明显减小。

根据本发明设置的凹陷的区域中的粗糙度rz优选地小于3μm，特别优选的是小于1μm，特别是小于0.5μm。

在优选的发展中，气缸运行表面至少在其根据本发明设置的凹陷外侧的部分表面的区域中具有比凹陷的区域更大的硬度(根据维氏硬度或布氏硬度测量)。这例如能够通过本身已知的感应硬化加工的方式而实现。当然，整个气缸运行表面也能够具有比不接触活塞的区域中的缸径的材料(例如衬套的材料)大的硬度。

根据本发明的由缸径和活塞组成的装置例如能够包括如下的活塞：其活塞裙由钢材料组成和/或其中设置有至少一个活塞环，至少在与气缸运行表面的接触区域中，具有由pvd加工的方式制造的crn涂层或dlc涂层。这些措施还减小了活塞裙或活塞环与气缸运行表面之间的摩擦。而且已示出的是，该涂层另外地减小了活塞环与缸径的运行表面磨损。

本发明尤其是适于用于具有至少两个气缸的机动车辆的内燃机。

附图说明

下面将参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施例。在示意性的图示中并非真正符合比例：

图1示出了气缸衬套形式的根据本发明的缸径的第一示例性实施例，所述气缸衬套使活塞在发动机运转期间以与活塞相关的活塞裙的速度曲线在其中上下引导；

图2示出了气缸衬套形式的根据本发明的缸径的另一个示例性实施例，所述气缸衬套使活塞在发动机运转期间以与活塞相关的活塞裙的速度曲线在其中上下引导。

具体实施方式

在图1中图示的根据本发明的缸径10以气缸衬套11的形式构造。在具有薄片状石墨的铸铁材料的示例性实施例中，气缸衬套11例如能够由铸铁材料组成，并且例如能够通过离心铸造加工制造。在示例性实施例中，气缸衬套11具有带有圆周凸缘13的轴12以及气缸运行表面14。

具有活塞环21和活塞裙22的活塞20在发动机运转期间在气缸衬套11中被上下引导。在发动机运转期间，活塞裙22在上折返点os和下折返点us之间沿着气缸运行表面14移动，在所述上折返点os和所述下折返点us处活塞20达到接近零的速度v0。在活塞裙22的最高负荷点处，最小速度点被限定在活塞20本身上。在发动机运转期间，活塞裙22在上折返点os和下折返点us之间的区域15内达到具有最大速度vmax的更高的速度v。

在该区域15中，存在根据本发明的如下设置：设置有具有直径d2a、d2b的两个圆周凹陷18a、18b，所述直径d2a、d2b大于区域15上方的直径d1以及区域15下方的直径d3。直径d2a、d2b与直径d1和直径d3之间的差值优选为5μm至30μm。

在区域15上方和下方形成有气缸运行表面14的运行表面区域14a、14b，其在发动机运转期间与活塞环21摩擦接触。

还能够从图1看出，直径d2a、d2b具有相同的尺寸。直径d1和d3同样具有相同的尺寸。直径d1和d3而且在它们的整个高度h1和h3是一致的。

在凹陷18a、18b之间存在进一步的圆周运行表面区域14c，其在发动机运转期间与活塞环21摩擦接触。这意味着在发动机运转期间活塞20牢固地沿着运行表面区域14a、14b、14c被引导，其结果是，避免了由可能发生的横向加速度引起的活塞裙22的偏斜。

在图2中图示的根据本发明的缸径110同样以气缸衬套111的形式。在具有薄片状石墨的铸铁材料的示例性实施例中，气缸衬套111例如能够由铸铁材料组成，并且例如能够通过离心铸造加工制造。在示例性实施例中，气缸衬套111具有带有圆周凸缘113的轴112以及气缸运行表面114。

具有活塞环21和活塞裙22的活塞20在发动机运转期间在气缸衬套111中被上下引导。在发动机运转期间，活塞裙22在上折返点os和下折返点us之间沿着气缸运行表面114移动，在所述上折返点os和所述下折返点us处活塞20达到接近零的速度v0。在活塞裙22的最高负荷点处，最小速度点被限定在活塞20本身上。在发动机运转期间，活塞裙22在上折返点os和下折返点us之间的区域115内达到具有最大速度vmax的更高的速度v。

在该区域115中，存在根据本发明的如下设置：设置有具有直径d2a、d2b和d2c的三个圆周凹陷118a、118b、118c，所述直径d2a、d2b和d2c大于区域115上方的直径d1以及区域115下方的直径d3。直径d2a、d2b、d2c与直径d1和直径d3之间的差值优选为5μm至30μm。

在区域115上方和下方形成有气缸运行表面114的运行表面区域114a、114b，其在发动机运转期间与活塞环21摩擦接触。

还能够从图1看出，直径d2a、d2b、d2c具有相同的尺寸。直径d1和d3同样具有相同的尺寸。直径d1和d3而且在它们的整个高度h1和h3是一致的。

在凹陷118a、118b、118c之间存在两个进一步的圆周运行表面区域114c、114d，其在发动机运转期间与活塞环21摩擦接触。这意味着在发动机运转期间活塞20牢固地沿着运行表面区域114a、114b、114c被引导，其结果是，避免了由可能发生的横向加速度引起的活塞裙22的偏斜。