专利名称：大流量气缸套冷却通道的制作方法
大流量气缸套冷却通道相关申请的交叉引用本申请要求2009年2月17日提交的美国临时专利申请61/153，092的优先权，其全部内容并入本文。
背景技术：
内燃机的动力缸在燃烧循环中产生高温。因此，需要使冷却剂在整个发动机中循环以降低操作温度。在发动机靠近燃烧室的区域里，温度可能格外高。通常，通过增大冷却通道的尺寸来增强发动机冷却的努力会相应地降低发动机的耐用性。当从发动机部件、例如发动机体或气缸套的区域切出附加的或较大的通道以获得更大的冷却剂容量时，发动机的耐用性会降低。公知的冷却通道结构围绕动力缸的周部、例如围绕气缸套和/或发动机膛的周部基本沿直线延伸。添加附加冷却通道或者增大现有冷却通道的尺寸必然导致气缸套的或者燃烧室附近的其他发动机结构的壁变薄。作为实例， 较薄的气缸套壁必定会降低气缸套的刚度，继而还会降低气缸套在发动机操作期间抵抗翘曲的能力。因此，在本技术领域中需要这样的发动机和气缸套其可以提供增强的冷却力，尤其在发动机燃烧室附近，同时还提供足够的耐用性。
虽然权利要求不限于所描述的实施例，但是通过对各个实例的讨论可以最佳地获得对各个方面的理解。现在参考附图，对示例性实施例进行详细描述。尽管附图表示实施例，然而附图并非必须按比例，而某些特征可以被夸大以便更好地说明和解释实施例的创新方面。此外，在本文中所描述的实施例并非意在穷举或者将本发明限制或局限于在附图中示出并且在以下详细描述中公开的确切的形式和构造。通过参考以下附图来详细描述本发明的示例性实施例图IA是处于颠倒位置的示例性气缸套的立体图；图IB是图IA中的气缸套的侧视图；图IC是图IA中的气缸套的局部剖视侧视图；图ID是图IC的部分剖视图，连同具有容纳气缸套的膛的发动机体的剖视图；图2A是图IA所示的气缸套的冷却通道的放大立体图；图2B是图IB中的气缸套的冷却通道区域的放大侧视图；图3A是图IB所示的气缸套的冷却通道的上部的剖视图，其中包括用于在气缸套中形成凹口的示例性工具；图3B是图IB所示的气缸套的冷却通道的下部的剖视图；以及图4是制造气缸套的示例性方法的流程图。
具体实施方式
说明书中提到的“示例性说明”、“实例”或类似的表达是指在至少一个示例性说明中包含结合示例性方法而描述的具体特征、结构或特性。在说明书中各个位置出现的短语 “在示例性说明中，，或类似的表达不必全部参考相同的说明或实例。这里，对用于内燃机的气缸套和制造该气缸套的方法提供各种示例性说明。气缸套基本包括构造为容纳活塞组件的圆筒体。圆筒体还可包括主体部分，其构造为容纳在发动机膛内；以及上凸缘，其构造为将圆筒体支撑在发动机膛内。圆筒体还可以限定与上凸缘相邻的起伏状冷却通道。起伏状冷却通道基本可以限定围绕圆筒体的周部而延伸的单个冷却剂流路。制造气缸套的方法基本可以包括提供具有上凸缘的圆筒体，围绕邻近上凸缘的圆筒体的周部形成至少两排切口或凹口。第一排和第二排各自的凹口可以基本相同，即，每个凹口相对于圆筒体可以限定基本相同的径向深度和基本相同的周向长度。此外，当圆筒体容纳在匹配的发动机膛内时，第一排和第二排可以共同地形成围绕圆筒体周部的限定单个流路的基本为起伏状的冷却通道。现在参考图1A、图1B、图IC和图1D，图中示出了气缸套100，气缸套100具有形成在气缸套100的中央部分或主体部分102中的主冷却通道或第一冷却通道104。在容纳气缸套100的发动机体200的操作期间，冷却剂可以围绕气缸套100在第一冷却通道104中循环。气缸套100还包括第二冷却通道106，其围绕气缸套100的上部或最上部，即邻近气缸套100的上凸缘108。如在图ID中清晰地看出，当上凸缘108配合于由发动机体200所限定的发动机膛202中时，上凸缘108基本支撑气缸套100。如在图IA中清晰地看出，在起伏状或波浪状构造中，第二冷却通道106基本围绕气缸套100的周部而延伸，图IA是处于颠倒位置的气缸套100的轴测图(即，相对于气缸套100在发动机体中使用期间的位置“上下颠倒”)。与第一冷却通道104 —样，在操作期间，冷却剂可以通过第二冷却通道106围绕气缸套100的周部而循环。相应地，虽然流经主冷却通道104和第二冷却通道106的冷却剂可以从发动机中的共同的源流出，但第二冷却通道106基本可设置与第一冷却通道104分离的至少围绕气缸套100的圆周部分的冷却剂流路。第二冷却通道106基本冷却气缸套100的上部和/或位于与气缸套100相关联的燃烧室附近的气缸体的上部，在此处经过在气缸套100内移动的活塞组件(未示出)的活塞环所发生的热量转移最为明显。与围绕气缸套100的周部不起伏的直的冷却通道相比，第二冷却通道的起伏状构造可以明显地增大第二冷却通道106中的冷却剂与气缸套100之间的接触表面。从而也增加了冷却剂与气缸体200之间的接触，增强了对气缸套100与气缸体200的冷却。第二冷却通道106可以相对于气缸套100沿着轴向和/或沿径向起伏，下文中将对此进行说明。相应地，由于流经第二冷却通道106的冷却剂路径的轴向和/径向变化，围绕气缸套的周部的第二冷却通道106的整个距离或范围可以大于气缸套100的周长。与此同时，如下文进一步说明的，第二冷却通道106的起伏状构造还使得无论气缸套100的冷却剂和/或传热能力如何增加，气缸套100都可以保持足够的整体性或刚度。现在参考图2A和图2B，进一步详细示出第二冷却通道106。第二冷却通道106基本可以由沿周向的一系列空腔或凹口 110、112形成，空腔或凹口 110、112围绕气缸套100 或发动机体200的周部，并且基本围绕气缸套100或气缸体200邻近凸缘108的的顶部。例如，如在图2A中清晰地看出，在气缸套100的外周表面上可以设置有独立的两排120、122 或更多排凹口，包括上排120上凹口 110和下排122凹口 112，图2A是在图IA所示的颠倒位置的第二冷却通道106的放大视图。如图所示，第二冷却通道106中的冷却剂流路(以图2A中的箭头所表示)围绕气缸套100的周部基本沿单一方向而延伸。因此，当气缸套100与发动机体200相匹配并且容纳在气缸膛202内(即，如图ID所示的那样)时，气缸套100的表面与气缸膛202的表面共同地基本限定出第二冷却通道106并且设置用于冷却剂的基本闭合的路径，该路径围绕汽缸套100邻近燃烧室的上部或最上部而延伸。如在图2B中清晰地看出，气缸套100中的下排122凹口 112与上排120凹口沿轴向(即沿与气缸套100的轴线基本平行的方向)交迭。例如，上排120中的每个凹口 110 限定了轴向高度Hu,而下排122中的每个凹口 112限定了轴向高度凡。根据用途和冷却所需的等级，两个高度可以相同或不同。两排120、122的凹口 110、112在轴向彼此交迭距离 Η『如在图2A中清晰地看出，上排120中的凹口 110相对于下排122中的相邻凹口 112还存在周向偏移。例如，上凹口 IlOb从相邻的凹口 112b和112c沿周向偏移。两排120、122中凹口 110、112之间的轴向交迭和周向偏移的组合形成了气缸套 100表面上的第二冷却通道106的基本起伏的形状。因此，冷却剂流路也基本上围绕气缸套100的圆周而起伏。流经第二冷却通道106的冷却剂在围绕气缸套100的周部而流动时相对于气缸套100基本沿轴向上下穿越。因此，至少归因于第二冷却通道106围绕气缸套 100的周部沿轴向的上下穿越，相对于具有基本直线形构造的冷却通道，本发明形成更大的通道。相应地，与其中冷却剂围绕气缸套100的周部径直流动而无任何轴向起伏的冷却通道相比，经过第二冷却通道的冷却剂必需围绕气缸套100的周部行进更远的距离。如在图3A和图3B中清晰地看出，可以使用单个切割工具或磨削工具300来形成第二冷却通道106的上排凹口 110和下排凹口 112。例如，如图3A所示，磨削工具可以具有基本为盘形的构造，从而可以使用工具300在气缸套100上形成半圆形表面116。在图 3A和图3B所示的实例中，工具300在一个示例性方法中围绕汽缸套100的周部在上排凹口 110和下排凹口 112的中每一排形成一系列的12个切口。工具300的圆形表面形成与发动机的气缸膛配合的相应的半圆形(在剖视图中，如图3A和图3B所示)切割表面116， 以便当气缸套100装入发动机膛202时形成第二冷却通道106。因此，工具300可以具有与切割表面116的半径对应的半径。作为选择，可以采用基本直线形的切割工具(未示出)， 其形成基本直的或者线性的切割表面(未示出)，例如，相对于气缸套的基本圆形形状，从截面看去形成为弦状。从而，可以根据冷却所需的特定等级来定制从气缸套100的外周到气缸套100的内部的深度(例如，以工具300所表示的半径的变化)。如在图2A、图3A和图3B中清晰地看出，设置具有相同的间隔和/或尺寸的凹口 110,112以形成第二冷却通道106的过程形成了一系列沿周向间隔开的肋114，肋114保持并提高气缸套100的刚度。如在图2A中清晰地看出，肋114可以相对于气缸套100基本沿轴向延伸，并且当气缸套100装入发动机膛202时，每个肋114基本抵靠或接合气缸膛表面 202(在图2A、图3A和图3B中未示出)。肋114通过对气缸套100，特别是在第二冷却通道 106的区域提供轴向支撑，从而通常增加气缸套100的刚度，至少增加气缸套100的围绕第二冷却通道106的区域的刚度。因此，气缸套100不仅因扩大的第二冷却通道106而提供增大的冷却能力，并且还提供增大的刚度及增大的抵抗翘曲的阻力，该翘曲否则容易在气缸套100的最上部产生。除了轴向起伏，即相对于气缸套100沿轴向上、下起伏之外，第二冷却通道106还可以在其绕着气缸套100的周部延伸时相对于气缸套100的外表面径向起伏。例如，如在图3A、图;3B中清晰地看出，限定凹口 110、112的切割表面116限定了相对于气缸套100的外表面的变化的径向深度，即肋114。第二冷却通道106的径向起伏还增加了第二冷却通道 106围绕气缸套100的周部延伸的距离，进而增大了气缸套100冷却能力。上排凹口 110和下排凹口 112各自可以具有相同数量的切口，并且沿轴向及沿周向彼此交迭以生成波浪状或起伏状的第二冷却通道106。更具体地说，如在图2B中清晰地看出，以及如上所述，上排和下排沿轴向交迭高度Ha。另外，如在图:3B中清晰地看出，上排中的凹口 110与下排中的凹口 112沿围绕气缸套100圆周或周向基本交迭。周向偏移最大可以是凹口 110、112的角度范围或周期的至少大致一半。从而，如图:3B所示，肋114之间的角度偏移基本等于每个凹口 110、112的角度范围的一半。例如，上排中的凹口 110的角度范围是角度Ce。在所示的实例中，由于在上排和下排中各自设置有12个凹口 110、112， 因此角度Cc大致为30°。上排的肋114和下排中下一与之相邻的肋114之间的角度距离 Cqs大致为凹口 110、凹口 112的角度范围Cc的一半。基本上，凹口 110、凹口 112的越大的周向交迭量可以导致越高的冷却剂流量，直至最大交迭量，即凹口 110、凹口 112的周期/角度范围的一半。于是，基本相同的凹口所获得的交迭图案形成基本围绕气缸套100的整个周部而延伸的波浪状或起伏状的冷却通道106。尽管如上所述的气缸套100通常具有两排交迭的凹口 110、112，然而作为选择，也可以采用多排凹口。例如，可以设置三排切口以形成类似的围绕气缸套100的周部的起伏状冷却通道106。在上凸缘108足够宽时，允许更多的材料去除，使得可以采用多于两排的凹口 110、112，理想的是具有更多排的凹口 110、112。此外，更多排的凹口可以进一步提高示例性气缸套100的冷却优势。此外，每一排可以有更多或更少数量的凹口。在一些方法中，每一排可以有不同数量的凹口，或者每排的凹口可以具有不同的深度。从而，使用排数、 每排的凹口数乃至凹口深度的适当的组合，可以为特定的应用而调节冷却剂流量，同时使气缸套的强度和寿命最大化。最后，通过改变凹口的排的纵向范围，可以得到令人满意的附加定制。下面参考图4，描述了制造气缸套的过程400的实例。过程400可以开始于块单元 402，在此设置具有上凸缘的圆筒体。例如，可以在气缸套100中设置如上文所述的主圆筒体102和上凸缘108。过程400然后进行到块单元403。在块单元403中，形成第二冷却通道的构造。例如，如上文所述，在一个示例性说明中，可以使用多个基本一样的凹口 110、112来限定第二冷却通道106。同样如上所述地， 凹口 110、112可以设置在两排120、122中，其中每排包括相同数量的凹口 110、112。每个凹口 110、112可以限定基本相同或均一的形状或构造。作为选择，每一排可以有更多或更少数量的凹口。凹口 110、112还可以具有不同的深度。从而，使用排数、每排的凹口数、凹口深度、一排或更多排的轴向或纵向范围等的适当的组合，可以为特定的应用而调节冷却剂流量，同时使气缸套的强度和寿命最大化。进行到块单元404，可以围绕圆筒体102的周部形成第一排凹口，此处的周部基本
7邻近上凸缘108。例如，可以在气缸套的主体部分102上形成上排120的凹口 110。过程 400然后进行到块单元406。在块单元406处，围绕圆筒体102的周部或圆周形成第二排凹口。此外，第一排 120和第二排122中的每个凹口 110、112相对于圆筒体102具有基本相同的径向深度和基本相同的周向长度。在形成第二排凹口 112时，第一排凹口 110和第二排凹口 112可以相对于圆筒体 102沿轴向基本彼此交迭。此外，如上文所述，第一排的各个凹口 110可以沿周向与第二排中相邻或相关联的凹口 112交迭，反之亦然。第一排120的凹口 110和第二排122的凹口 112还可以由材料去除工具例如盘形磨削工具300形成，该工具限定了与各个凹口 110、112 的半径对应的材料去除表面。换句话说，盘形磨削工具300可以形成基本圆形的表面116， 该表面116所限定的半径大致等于盘形磨削工具300自身的半径。过程400然后进行到块单元408。在块单元408中，使第一排凹口和第二排凹口共同形成基本起伏状的冷却通道， 当圆筒体容纳在匹配的发动机膛内时，该冷却通道限定了围绕圆筒体的周部的单个流路。 例如，相对于最初形成的上排凹口 110，可以在下排形成一系列凹口 112。凹口 110、112通常可以沿周向和轴向交迭，以形成绕气缸套100的周部起伏的第二冷却通道106。关于本文中所描述的过程、系统、方法、直观推断等，应该理解尽管已经说明了根据特定的顺序发生的这种过程等的步骤，但这种过程可以按不同于本文所述的执行顺序来实行。还应该理解某些步骤可以同时执行，可以增加其他步骤，或可以省略本文所述的某些步骤。换句话说，本文提供的过程的描述，目的在于说明某些实施例，而不该解释为限制本发明。因此，应该理解以上描述的目的在于说明而非限制。通过阅读上述说明，可以提供除所提供的实例之外的许多实施例和应用。本发明的范围不应该仅参考以上描述确定，而应该参考所附的权利要求，以及权利要求所要求的等同内容的全部范围。预见并预期到将来本文所述技术将会发展，并且所公开的系统和方法将并入将来的实施例。总之，应该了解本发明能够进行变型和更改，并且仅由后附的权利要求来限制。权利要求中使用的所有术语目的是给出它们最宽的合理的构造和如本领域的技术人员所理解的它们的普通含义，除非本文作出明确相反的指示。具体地，诸如“a”，“the”， “said”等冠词的使用应该理解为所指元件的一个或多个，除非权利要求记载了明确相反的限制。
权利要求
1.一种用于内燃机的气缸套，包括圆筒体，其构造为容纳活塞组件，所述圆筒体包括构造为选择性地与发动机膛接合的主体部分；以及上凸缘，其构造为将所述圆筒体支撑在所述发动机膛内；其中，所述圆筒体限定了邻近所述上凸缘的起伏状冷却通道，所述起伏状冷却通道限定了围绕所述圆筒体的整个周部延伸的单个冷却剂流路。
2.如权利要求1所述的气缸套，其中，所述起伏状冷却通道部分地限定了相对于所述主体部分沿轴向起伏的冷却剂流路。
3.如权利要求1所述的气缸套，其中，所述起伏状冷却通道部分地限定了相对于所述主体部分沿径向起伏的冷却剂流路。
4.如权利要求1所述的气缸套，其中，所述起伏状冷却通道包括围绕所述周部的一系列凹口。
5.如权利要求3所述的气缸套，其中，所述起伏状冷却通道至少包括上排凹口和下排凹口。
6.如权利要求5所述的气缸套，其中，所述上排与所述下排相对于所述气缸套沿轴向交迭。
7.如权利要求6所述的气缸套，其中，围绕所述气缸套的整个周部，所述上排与所述下排沿所述气缸套的轴向交迭。
8.如权利要求5所述的气缸套，其中，所述上排的每个凹口相对于所述下排的各个凹口围绕所述圆筒体在周向偏移。
9.如权利要求8所述的气缸套，其中，所述上排的每个凹口限定了围绕所述圆筒体的周部的周向延伸量，并且所述下排的每个凹口从所述上排凹口沿周向偏移大约所述周向延伸量的一半的最大值。
10.如权利要求4所述的气缸套，其中，所述起伏状冷却通道包括位于每个凹口之间的轴向肋。
11.如权利要求4所述的气缸套，其中，每个所述凹口限定了半圆形表面。
12.如权利要求4所述的气缸套，其中，每个所述凹口限定了相对于所述圆筒体的外表面变化的径向深度。
13.如权利要求4所述的气缸套，其中，所述主体部分包括与所述起伏状冷却通道分离的构造为容纳冷却剂液流的第一冷却通道。
14.如权利要求4所述的气缸套，其中，所述凹口具有基本相同的形状。
15.如权利要求4所述的气缸套，其中，所述凹口设置在相对于所述气缸套的轴线沿轴向彼此偏移的至少两排中。
16.如权利要求15所述的气缸套，其中，所述至少两排中的每一排具有相同数量的凹
17.一种形成气缸套的方法，包括设置具有上凸缘的圆筒体；围绕所述圆筒体的周部形成第一排切口，所述周部邻近所述上凸缘；围绕所述圆筒体的周部形成第二排切口，所述第一排中的每个切口和所述第二排中的每个切口形成相对于所述圆筒体具有基本相同的径向深度和基本相同的周向长度的凹口； 以及使所述第一排和所述第二排共同形成基本起伏状的冷却通道，当所述圆筒体容纳在匹配的发动机膛内时，所述冷却通道限定围绕所述圆筒体的周部的单个流路。
18.如权利要求17所述的方法，还包括使所述第一排和所述第二排形成为相对于所述圆筒体沿在轴向彼此交迭。
19.如权利要求17所述的方法，还包括使所述第一排的各个凹口形成为绕所述圆筒体的周向与所述第二排中相关联的凹口彼此交迭。
20.如权利要求17所述的方法，还包括利用材料去除工具形成所述第一排切口和所述第二排切口，所述材料去除工具限定了与各所述切口的半径相对应的材料去除表面。
21.如权利要求17所述的方法，还包括使所述材料去除工具形成为大致盘形。
22.一种用于内燃机的气缸套，包括圆筒体，其构造为容纳活塞组件，所述圆筒体包括构造为选择性地与发动机膛接合的主体部分；以及上凸缘，其构造为将所述圆筒体支撑在所述发动机膛内；其中，所述圆筒体限定了邻近所述上凸缘的起伏状冷却通道，所述起伏状冷却通道限定了围绕所述圆筒体的整个周部延伸的单个冷却剂流路；所述起伏状冷却通道包括围绕所述周部的一系列凹口，使得所述起伏状冷却通道部分地限定了单个冷却剂流路，所述冷却剂流路相对于所述主体部分沿轴向和径向起伏；并且所述起伏状冷却通道至少包括上排凹口和下排凹口，所述上排和所述下排相对于所述气缸套沿轴向交迭，所述上排的每个凹口相对于所述下排的每个凹口围绕所述圆筒体在周向偏移。
23.如权利要求22所述的气缸套，其中，所述上排的每个凹口限定了围绕所述圆筒体的周部的周向延伸量，并且所述下排的每个凹口从所述上排凹口沿周向偏移大约所述周向延伸量的一半的最大值。
24.如权利要求22所述的气缸套，其中，每个所述凹口限定了相对于所述圆筒体的外表面变化的径向深度。
全文摘要
本发明公开一种用于内燃机的气缸套和制造气缸套的方法。气缸套可基本包括圆筒体，其构造为容纳活塞组件。圆筒体还可包括主体部分，其构造为选择性地与发动机膛接合；以及上凸缘，其构造为将圆筒体支撑在发动机膛内。圆筒体还可以限定与上凸缘相邻的起伏状冷却通道。起伏状冷却通道基本限定了围绕圆筒体的周部延伸的单个冷却剂流路。
文档编号F02F1/14GK102317607SQ201080008203
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年2月17日
发明者彼得鲁·M·贝格翰, 达恩·H·迪努 申请人:马勒国际公司