對置活塞發動機中的汽缸的衝擊冷卻的製作方法

2023-12-09 12:16:06

對置活塞發動機中的汽缸的衝擊冷卻的製作方法
【專利摘要】一種汽缸冷卻構造包括具有側壁、通過側壁的排氣和進氣埠、缸孔以及被形成為沿側壁自汽缸的中心帶朝向排氣和進氣埠延伸的多個進給通道的汽缸襯套。覆蓋側壁的套筒包括多個衝擊射流埠，其以圍繞中心帶延伸的至少一個系列進行布置，並且其與多個進給通道流體連通。被布置在襯套與套筒之間的環形構件增強了中心帶。套筒還包括內表面，其具有間隔開的環形槽，環形槽與側壁一起限定了鄰近埠的液體冷卻劑儲存器，液體冷卻劑儲存器與進給通道流體連通。通過排氣埠的橋的通道具有與鄰近排氣埠的冷卻劑儲存器流體連通的第一端和開放通過汽缸的排氣端的一部分的第二端。
【專利說明】對置活塞發動機中的汽缸的衝擊冷卻
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請包含與以下未決美國專利申請的主題相關的主題:
[0003]2009 年 6 月 22 日提交的標題為 〃Two_Cycle, Opposed-Piston InternalCombustion Engine"的 US12/456,735，其在 2009 年 12 月 3 日被公布為US2009/0293820A1 ；
[0004]2010 年 2 月 12 日提交的標題為〃Mult1-Cylinder Opposed Piston Engines"的US12/658, 696，其在 2010 年 8 月 26 日被公布為 US2010/0212613 ；
[0005]2010 年 2 月 12 日提交的標題為〃Opposed Piston Engines with ControlledProvision of Lubricant for Lubrication and Cooling"的 US12/658, 697,其在 2010 年8月26日被公布為US2010/0212638 ;以及，
[0006]2010年 2 月 12 日提交的標題為"Cylinder and Piston Assemblies for OpposedPiston Engines"的 US12/658, 695，其在 2010 年 8 月 26 日被公布為 US2010/0212637。
【技術領域】
[0007]本發明的領域涉及用於對置活塞發動機的帶氣門汽缸。更具體地，本發明的領域涉及二衝程對置活塞發動機中的帶氣門汽缸的衝擊冷卻。
【背景技術】
[0008]在二衝程對置活塞發動機中，兩個活塞以對置的方式被布置在細長汽缸的缸孔中。排氣和進氣埠被提供為通過靠近汽缸的各端的汽缸側壁。當發動機運轉時，活塞在汽缸孔中朝向彼此和遠離彼此地滑動。當活塞一起滑動時，空氣在其端面之間被壓縮，並且在燃料被噴射到壓縮空氣內時發生燃燒。活塞端面在汽缸孔中的相對狹小的圓柱形空間中容納燃燒，所述相對狹小的圓柱形空間的側面由基本居中在排氣和進氣埠之間的汽缸側壁的圓周部分限定。該圓周部分被稱為汽缸的中心帶。當活塞響應於燃燒而滑動遠離中心帶時，它們打開排氣和進氣埠，從而實現直流掃氣，其中經由進氣埠流入汽缸孔的加壓空氣迫使燃燒產物通過排氣埠離開缸孔。
[0009]用於這種二衝程對置活塞發動機的冷卻系統結構很大程度上不同於四衝程發動機的冷卻系統結構。在對置活塞發動機中，燃燒將熱負荷集中在中心帶處，並且空氣在掃氣期間的單向流動導致熱從中心帶朝向汽缸的端部的不對稱分布。也就是說，當中心帶是汽缸的最熱部分時，汽缸的排氣端比進氣端更熱。這種不對稱熱負荷引起汽缸的縱向以及周向扭曲。汽缸的扭曲導致活塞與汽缸孔之間的摩擦增加、缸孔的劃傷以及發動機耐久性的降低。
[0010]中心帶中的高度集中的熱引起對發動機使用壽命的另一威脅。當燃燒發生時，對置活塞(未示出)經過上止點(TDC)位置。在活塞TDC之後，它們反向，並且響應於燃燒的壓力而開始遠離彼此地移動。隨著反向開始，燃燒引起中心帶中壓力的突然升高，其將每個活塞環牢固地抵靠在疊覆於中心帶的缸孔表面區域(「頂環反向區域」)。環與缸孔之間的摩擦的峰值會引起缸孔表面磨損的增加。因此，對於發動機耐久性而言重要的是，頂環反向區域中潤滑油膜被保持在由中心帶承擔的熱負荷的面內。
[0011]用於二衝程對置活塞發動機的簡單的冷卻結構包括液體冷卻劑在其內沿汽缸側壁在軸向方向上從靠近進氣埠的入口流至靠近排氣埠的出口的套。例如，在US6, 182,619中所描述的汽缸套冷卻結構中，液體冷卻劑在汽缸外殼的外表面之上沿從進氣端到排氣端的方向流動。然而，這種結構產生在汽缸外殼周圍的縱向以及周向的不均衡冷卻。
[0012]通過在中心帶附近引入冷卻劑並提供自中心帶朝向汽缸的任一端輸送冷卻劑的裝置，已經在用於對置活塞發動機的帶氣門汽缸中實現了改善的熱響應。參見US20100212613的圖3E，其中冷卻劑流入到中心帶中的汽缸側壁的一部分的外表面上的周向凹槽內，以及朝向汽缸結構的進氣和排氣端流過在中心凹槽的任一側上並且與中心凹槽流體連通的縱向凹槽。US2009/0293820的圖1lA和圖1lB示出了在汽缸襯套的側壁中包括三組凹槽的汽缸冷卻結構。一組凹槽沿汽缸襯套的中心圓周的方向延伸。分開的成組凹槽自中心一組凹槽的任一側朝向各自的埠縱向延伸。被布置在中心帶上的套筒為每組凹槽提供分開的輸入口。
[0013]在這兩種結構的中心帶中，存在用於噴射器的周向凹槽和開口，其顯著地削弱中心帶處的汽缸結構完整性並且導致汽缸可靠性和耐久性問題。另外，冷卻劑表面流動的傳熱係數受冷卻劑流動速度以及局部的幾何形狀限制，因此實際上限制了中心帶的冷卻能力。這會引起中心帶處汽缸結構的溫度超過汽缸材料的設計極限，導致引起排氣漏氣、汽缸上的應力集中以及環與汽缸孔過度磨損的過度襯套扭曲。
[0014]通過用於二衝程對置活塞發動機的汽缸冷卻系統避免了這些問題，所述汽缸冷卻系統將中心帶的機械增強與中心帶的衝擊冷卻、中心帶與埠之間的部分側壁的流動冷卻以及埠附近的部分側壁的儲存器冷卻相結合。
[0015]這種冷卻系統的一個目的是減少汽缸縱向以及周向尺寸的熱變化，以便維持其線性和圓狀。理想地，這個目的通過與在發動機運轉期間汽缸受到熱負荷的不對稱方式相反的不對稱方式冷卻汽缸而實現。
[0016]目的是通過增強中心帶區域提供這種冷卻同時維持汽缸的結構完整性。在一個優選示例中，通過消除中心帶中的周向定向的凹槽來維持汽缸的結構完整性。
[0017]另一目的是限制環反向區域中的汽缸的溫度，以便防止或減輕潤滑油膜的粘度損失和蒸發。這個目的通過將液體的衝擊射流引導到中心帶中或附近的側壁而實現，其中活塞環遭受最高水平的熱和缸孔扭曲。
[0018]目的是提供中心帶的這種增強和冷卻，同時降低並且均衡沿著汽缸的整個衝程長度以及缸孔圓周周圍的壁溫和扭曲，以便增加汽缸襯套以及活塞環的可靠性和持久性。

【發明內容】

[0019]汽缸冷卻系統供應衝擊在中心帶中或附近的汽缸側壁上的液體冷卻劑射流。優選地，射流沿汽缸的徑向方向行進至側壁。由此液體冷卻劑的相應部分自中心帶朝向汽缸結構的排氣和進氣埠被引入撞向側壁與側壁流動地接觸。這通過將衝擊冷卻射流聚集在這種高熱集中區域，且同時還提供液體冷卻劑以便沿埠方向冷卻側壁，從而最大化對中心帶的冷卻效果。
[0020]在中心帶中沒有周向延伸的凹槽的情況下向中心帶遞送液體冷卻劑，由此在汽缸的完整性方面消除一個缺陷。另外，通過在中心部分環繞燃燒室的環形構件來機械地增強中心帶處的汽缸結構。在一些方面，環形構件在汽缸側壁的內部；在另一些方面，它被布置在側壁的外表面上。
[0021]液體冷卻劑自中心帶朝向汽缸的排氣和進氣埠與側壁接觸地輸送通過進給通道。液體冷卻劑自流動通道流入位於排氣和進氣埠附近的相應儲存器內。儲存器與埠附近的側壁區段接觸地累積液體冷卻劑，以便在中心帶與埠橋(其鄰接埠處)之間的位置處維持缸孔的圓狀。液體冷卻劑循環離開儲存器，以便被冷卻以及被重新引入到冷卻機構內。
[0022]在一些實施例中，冷卻系統包括圍繞中心帶的至少一種多個衝擊射流埠。優選地，射流埠以沿中心帶的周向方向延伸的一個或更多個系列被布置。例如，多個射流埠圍繞中心帶以環形進行布置，該中心帶與一個或更多個噴射器埠對齊。在另一示例中，多個射流埠以第一環形和第二環形被布置，其中第一和第二環形沿在中心帶內的周向肋的相應側被布置，該中心帶包括一個或更多個噴射器埠。
[0023]用於對置活塞發動機的汽缸冷卻結構包括具有側壁、通過側壁開口的排氣和進氣埠、缸孔以及多個進給通道的汽缸襯套，其中所述進給通道由從汽缸的中心帶朝向排氣和進氣埠的側壁形成並沿該側壁延伸。覆蓋側壁的套筒包括多個衝擊射流埠，其被布置成圍繞中心帶延伸的至少一個系列並且其與多個進給通道流體連通。套筒還包括具有間隔開的環形槽的內表面，環形槽與側壁一起限定了埠附近的液體冷卻劑儲存器，其與進給通道流體連通。優選地，通過排氣埠的橋的通道具有與鄰近排氣埠的冷卻劑儲存器流體連通的第一端和通過汽缸的排氣端的一部分打開的第二端。套筒包括增強在中心帶中的側壁的環形構件。
[0024]在一個實施例中，冷卻機構包括多個衝擊射流埠，其被設置成圍繞中心帶、優選地沿中心帶的周向方向延伸的一個系列。在一些方面，多個射流埠圍繞中心帶以環形布置，對齊於與一個或更多個噴射器埠對齊的汽缸的圓周。每個射流埠打開到沿汽缸側壁在排氣與進氣埠之間延伸的進給通道。進給通道的第一端打開到鄰近排氣埠的圍繞汽缸襯套沿周向方向延伸的第一儲存器。進給通道的第二端打開到鄰近進氣埠的圍繞汽缸襯套沿周向方向延伸的第二儲存器。一個或更多個循環通道自第一儲存器延伸至第二儲存器。衝撞汽缸襯套的中心帶中的側壁表面的液體冷卻劑射流被重新弓I導到將液體冷卻劑輸送至第一和第二儲存器的進給通道內。在第二儲存器中收集的液體冷卻劑經由循環通道輸送至第一儲存器。液體冷卻劑被循環離開至少第一儲存器，以便被冷卻，以及被重新引入到冷卻機構內。在一些方面，埠通道被提供為通過排氣埠中的橋，用於來自第一儲存器的液體冷卻劑經過排氣埠。具有凸起的中心過道的材料的環形帶被安放在與衝擊射流和噴射器埠的圓周對齊的汽缸孔中。
[0025]在第二實施例中，冷卻機構包括多個射流埠，其被設置成圍繞中心帶延伸的在具有一個或更多個噴射器埠的側壁的環形構件的任一側上的系列。優選地，每個系列沿汽缸襯套的周向方向延伸。第一射流埠開放到沿汽缸壁在環形構件與排氣埠之間延伸的第一進給通道。第二射流埠開放到沿汽缸壁在環形構件與排氣埠之間延伸的第二進給通道。第一進給通道開放到鄰近排氣埠的沿周向方向圍繞汽缸襯套延伸的第一儲存器。第二進給通道開放到鄰近進氣埠的沿周向方向圍繞汽缸襯套延伸的第二儲存器。撞擊汽缸套的中心帶中的側壁表面的液體冷卻劑射流被重新引導到將液體冷卻劑輸送至第一或第二儲存器的進給通道內。液體冷卻劑被循環離開第一和第二儲存器，以便被冷卻以及被重新引入到冷卻機構內。在一些方面，埠通道被提供為通過排氣埠中的橋，用於來自第一儲存器的液體冷卻劑經過排氣埠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是裝有第一衝擊冷卻結構的對置活塞發動機的汽缸的局部剖視立體圖；
[0027]圖2是圖1的汽缸的分解立體圖；
[0028]圖3是圖1的單個汽缸的側視圖；
[0029]圖4是描述了圖1的汽缸上的液體冷卻劑流動的圖解；
[0030]圖5是描述了冷卻對置活塞發動機的汽缸的方法的圖解，將圖1的汽缸用作示例性示例；
[0031]圖6是裝有第二衝擊冷卻結構的對置活塞發動機的汽缸的局部剖視立體圖；
[0032]圖7是圖6的汽缸的分解立體圖。
【具體實施方式】
[0033]如在圖1和3中所見，對置活塞發動機的汽缸組件10具有側壁11、缸孔12以及縱向分開的排氣和進氣埠 13和14。每個埠均由一個或更多個開口系列組成，所述開口通過襯套且由側壁的實心區段分開。這些實心區段被稱為「橋」。汽缸的中心帶是圍繞發生燃燒的缸孔空間的側壁的環形部分；它佔據了大體被布置在排氣和進氣埠之間的中間的汽缸區域。中心帶20在圖3中由虛線表示，但這僅用於圖示說明，並不是意圖指出汽缸的不連續的以及準確標註尺寸的元件。
[0034]由於被中心帶圍繞的空間中的燃燒，對置活塞發動機的熱負荷高度地集中在汽缸組件的該部分中。期望地，通過用於在其內輸送液體冷卻劑的一個或更多個周向定向的凹槽的缺失來維持汽缸組件的結構完整性。而且，通過提供被布置在中心帶中並且用於增強中心帶的環形增強構件來提高汽缸的結構完整性。期望地，通過使用通過汽缸襯套側壁中的射流埠噴射的液體冷卻劑射流對中心帶進行衝擊冷卻來限制中心帶中的缸孔表面的溫度。衝擊射流、用於遞送冷卻劑到側壁的多個通道和鄰近汽缸埠的儲存器的結合確保了那些區域被適度冷卻，從而實現整個汽缸組件的基本一致的溫度分布。
[0035]第一實施例:在圖1-4中圖示說明的第一實施例中，隨著朝向中心帶噴射的射流撞擊汽缸側壁，它們被重新引導至沿汽缸襯套的軸向方向延伸的成組冷卻劑通道內。一組冷卻劑通道將液體冷卻劑輸送至鄰近排氣埠的排氣冷卻劑儲存器，並且輸送至鄰近進氣埠的進氣冷卻劑儲存器。液體冷卻劑通過旁通孔離開排氣冷卻劑儲存器。通過一組循環通道將在進氣冷卻劑儲存器中收集的液體冷卻劑輸送至排氣儲存器。通過中心帶開放到汽缸孔的一個或更多個埠被提供用於安裝燃料噴射器噴嘴；其他此類埠可以被提供用於安裝傳感器、制動閥和/或需要通達到缸孔的其他機構。鄰近至少一個噴射器埠的另一組射流埠與僅將液體冷卻劑輸送至排氣和進氣冷卻劑儲存器中的一個或另一個的另一組冷卻劑通道流體連通。通過延伸通過排氣埠橋的通道將液體冷卻劑從排氣冷卻劑儲存器輸送至排氣歧管冷卻套。
[0036]參照圖1和圖2，對置活塞發動機汽缸組件10包括三個元件:排氣區段10E、進氣區段101和套筒10S。排氣區段IOE是通過鑄造和/或機加工而形成的圓柱形件，其包括其內形成排氣埠 13的開口的後部。在後部的前面，排氣區段IOE的外直徑減小，以便限定側壁區段lie，並且在排氣區段IOE的前端25處再次減小。類似地，進氣區段101是通過鑄造和/或機加工而形成的圓柱形件，其包括在其內形成進氣埠 14的後部。在該後部的前面，進氣區段101的外直徑減小，以便限定側壁區段lli，並且在進氣區段101的前端27處再次減小。汽缸套筒IOS是通過鑄造和/或機加工而形成的圓柱形件，其包括外和內表面29和31。多個衝擊射流埠 33被設置成沿套筒IOS的圓周方向延伸的系列。通過從外表面29到內表面31鑽過套筒IOS而形成射流埠 33。優選地，射流埠的中心線與套筒IOS的半徑對齊。通過沿套筒IOS的徑向方向鑽孔而形成與射流埠 33在相同圓周上的至少一個噴射器埠 35。如在圖1中最佳所見，每個噴射器埠包括具有用於密封與固定的擴口頸圈的凸起36。套筒IOS的內表面31具有其內形成一系列縱向肋37的中心部分。肋37之間的空間構成了開放的進給通道38，其將在下文中進一步描述。在中心部分的外側，在內表面31的每一端處，套筒IOS的內直徑增加，由此形成間隔開的環形槽39e和39i，其限定了在汽缸組件10的側壁上的相應液體冷卻劑儲存器。環形增強構件由具有凸起的中心過道42的材料環41組成。環41安放在內表面31上與衝擊射流和噴射器埠 33和35圓周對齊。環41由與元件10EU0I和IOS相同的材料或與其相容的材料組成。依據圖1和圖2，在與噴射器埠 35同心的位置處鑽出環41。
[0037]依據圖1-3，通過將側壁區段IOE和101的lie和Ili插入到套筒IOS的相應端內從而使前部25和27抵靠在凸起的中心過道42的側面上且金屬密封環44e和44i密封其間的空間，來組裝汽缸10。區段IOE和101與套筒IOS可以通過壓配合、過盈配合、收縮配合、焊接以及釺焊或其任何等同物中的一個或更多個而被連結在一起。這種結構允許液體冷卻劑應用於汽缸組件，同時密封缸孔12以及有待安裝燃料噴射器噴嘴、傳感器、制動閥和/或需要通達到缸孔的其他機構的一個或更多個埠。另外，環繞汽缸的燃燒空間的環41在點火發生時接收燃燒壓力。它增強了汽缸的中心帶，包括安裝有燃料噴射器噴嘴、傳感器、制動閥和/或其他機構的埠。
[0038]汽缸組件的元件可以由諸如鑄鐵、鋁、青銅和/或其他等同材料的金屬材料製成。汽缸結構的多件式結構允許能夠使材料特性與運轉要求匹配的組合。例如，排氣和進氣區段IOE和101能夠由具有良好的摩擦學性能的材料製成，而套筒能夠由具有良好的高溫性能的材料製成。
[0039]依據圖1，當如上所述組裝汽缸10時，間隔開的環形槽39e和39i限定在側壁11上分別鄰近排氣和進氣埠 13和14的相應液體冷卻劑儲存器50e和50i。第一儲存器50e是恰好在排氣埠 13內側的環形空間，而第二液體儲存器50i是恰好在進氣埠 14內側的環形空間。開放的進給通道38被側壁區段IleUls和Ili覆蓋，以便限定連續的進給通道，其具有與冷卻劑儲存器50e流體連通的第一端和與冷卻劑儲存器50i流體連通的第二端。如在圖1中最佳所見，每個衝擊射流埠 33與相應一個進給通道38流體連通。依據圖1和圖2，鑽取通過排氣埠 13的橋，從而形成通道52，其具有與冷卻劑儲存器50e流體連通的第一端和帶有鄰近汽缸10的排氣端的開口 54的第二端。通過在套筒IOS中徑向鑽孔而形成的多個液體冷卻劑旁通埠 56與第一冷卻劑儲存器50e流體連通。套筒IOS還包括循環通道58，其通過在肋37中縱向鑽孔而形成，且其具有分別與冷卻劑儲存器50e和50 i流體連通的第一和第二端。
[0040]參照圖4，通過在壓力下在每個衝擊射流埠 24中提供液體冷卻劑使衝擊冷卻系統運轉。在埠 33中形成的液體冷卻劑的高速射流徑向地行進到汽缸組件10內，在此它們撞擊側壁11。由此被引入汽缸組件10的液體冷卻劑在進給通道38中流動通過其第一和第二端並且流入到冷卻劑儲存器50e和50i內。在冷卻劑儲存器50i中收集的液體冷卻劑通過循環通道58循環回到冷卻劑儲存器50e。自冷卻劑儲存器50e，液體冷卻劑可以流過排氣埠 13中的橋通道52，或流出旁通埠 56。提供旁通埠，以用於調節冷卻劑儲存器50e中的壓力的目的，從而控制遞送至汽缸組件的排氣端的冷卻程度。就這一點而言，如果流過排氣橋的液體冷卻劑超過適合於當前發動機工況的水平，則缸孔12的排氣端會被過度冷卻，從而導致比在缸孔的進氣端處更小的直徑橫截面。為了防止或減輕這種情況，通過旁通埠 56的流出量可以被設定為減少通過排氣埠橋的液體冷卻劑的流量的水平。在製造以及組裝過程中通過適當地設置旁通埠的尺寸，通過旁通埠 56的液體冷卻劑的流出量可以被設定為恆定的；或其可以通過響應於發動機工況的受控配氣設置而被動態地設定和改變。
[0041]在一些方面，希望提供鄰近噴射器埠的額外的冷卻能力，以便耗散在中心帶中的由於與例如噴射器埠相關聯的結構不連續而產生的局部熱點。就這一點而言，參照圖1和圖2，輔助的射流埠 60被形成在套筒IOS中，位於固定有凸起36的噴射器埠的側面。從中心帶延伸至冷卻劑儲存器50e和50i中的一個或另一個的輔助進給通道62被形成在套筒的內表面31上。
[0042]依據圖2和圖5，對置活塞發動機包括至少一個帶埠的汽缸(portedcylinder)，在所述汽缸的缸孔中布置有一對活塞以用於相對的滑動運動。發動機包括一個或更多個液體冷卻劑儲存器、泵組件和分配網絡，以便在發動機運轉期間將加壓的液體冷卻劑輸送至帶氣門汽缸以及自帶氣門汽缸輸送加壓的液體冷卻劑。將汽缸組件10用作示例性示例，發動機中的汽缸冷卻的方法包括步驟70，其中加壓的液體冷卻劑進入衝擊射流埠 24。在72處，液體冷卻劑射流撞擊汽缸的側壁。在74處，由此施加於側壁的冷卻劑沿進給通道38中的側壁被輸送。在76處，進給通道中的液體冷卻劑沿側壁被輸送至鄰近排氣埠的排氣儲存器50e ;在78處，進給通道中的液體冷卻劑沿側壁被輸送至鄰近進氣埠的進氣儲存器50i。液體冷卻劑聚積在排氣和進氣儲存器中，從而液體冷卻劑的環形集中，這緩解了在缸孔的結構連續性被埠橋所打斷的位置處的熱應力。在79處，在進氣儲存器中聚積的液體冷卻劑沿側壁通過循環通道58從進氣儲存器50i輸送至排氣儲存器50e。在80處，在排氣儲存器中聚積的液體冷卻劑被輸送通過排氣埠的橋並且離開汽缸。在82處，在排氣儲存器中聚積的液體冷卻劑被輸送通過旁通埠 56，以便調整作用在被輸送至且通過排氣埠橋的液體冷卻劑上的流體壓力。在冷卻方法的一些方面，離開汽缸的液體冷卻劑被輸送至排氣歧管冷卻劑通道(不可見)，以用於冷卻以及再循環。在冷卻方法的另一些方面，在84處，液體冷卻劑的衝擊射流通過輔助液體冷卻劑射流埠毗鄰一個或更多個噴射器埠被引入，並且沿側壁通過輔助通道62被輸送至排氣和進氣儲存器50e和50i。
[0043]第二實施例:在圖6-7中圖示說明的第二實施例中，汽缸結構包括作為中心肋被構造在側壁上的環形增強構件，其一般位於中心帶的正中並且其沿側壁的圓周方向延伸。優選地，中心肋是連續並且不斷開的/完整的。中心肋具有第一和第二側，相應的第一和第二組進給通道沿側壁自該第一和第二側朝向排氣和進氣埠延伸。相應圓周陣列的衝擊射流埠與第一和第二組進給通道流體連通。與第一組進給通道流體連通的排氣冷卻劑儲存器被布置在鄰近排氣埠的側壁上，而與第二組進給通道流體連通的進氣冷卻劑儲存器被布置在鄰近進氣埠的側壁上。延伸通過排氣埠的橋的橋通道具有開放到排氣冷卻劑儲存器的第一端，並且具有通過缸套的排氣端部分開放的第二端。離開埠被提供用於排氣和進氣冷卻劑儲存器。
[0044]參照圖6和圖7，對置活塞發動機汽缸組件100包括兩個鑄造和/或機加工的元件:襯套區段100L和套筒10S。襯套區段100L是通過鑄造和/或機加工而形成的圓柱形件，其包括側壁111、其中形成排氣埠 113的開口的排氣區段、其中形成進氣埠 114的開口的進氣區段以及其間的中心區段115。在中心區段中，側壁111被形成為包括構成中心肋120的環形增強構件。中心肋120 —般被設置在中心帶的正中處，並且沿區段的圓周方向分格襯套區段100L。中心肋120的形狀容納一個或更多個埠 122，其開放通過中心帶到汽缸孔內，並且用於安裝燃料噴射器噴嘴；其他此類埠可以被提供用於安裝傳感器、制動閥和/或需要通達到缸孔的其他機構。第一系列肋137由中心肋120的一側形成。肋137之間的空間構成第一組開放進給通道138。開放進給通道138具有在中心肋120的一側上的第一端和開放到襯套區段100L上的鄰近排氣埠 113的凹槽139內的第二端。第二系列肋142由中心肋120的一側形成。肋142之間的空間構成第二組開放進給通道143。開放進給通道143具有在中心肋120的另一側上的第一端和開放到襯套區段100L上的鄰近進氣埠 114的環形凹槽145內的第二端。環形凹槽145的外側壁146過渡到具有表面部分147的襯套部分。
[0045]仍參照圖6-7，汽缸套筒100S是通過鑄造和/或機加工而形成的圓柱形件，其包括外和內表面150和151。以沿套筒100S的圓周方向延伸的第一系列布置多個第一衝擊射流埠 153。以沿套筒100S的圓周方向延伸的第一系列布置多個第二衝擊射流埠 155。射流埠 153和155通過從外表面150到內表面151鑽取通過套筒100S而形成。優選地，射流埠的中心線與套筒100S的半徑對齊。通過沿套筒100S的徑向方向鑽孔而形成位於居中在第一與第二射流埠系列的圓周之間的圓周上的至少一個噴射器埠孔157。靠近內表面151的相應端形成間隔開的周向凹槽159和161。凹槽161的外側面過渡到環形對齊凸緣163。
[0046]進一步參照圖6-7，通過將套筒100S套在襯套區段100L的排氣端上，組裝汽缸100，以便使對齊凸緣61抵靠在襯套區段100L上的凹槽145的外側壁146。隨著套筒旋轉以致第一系列射流埠 153與進給通道138的第一端對齊、使第二系列射流埠與進給通道143的第一端對齊以及使孔157與埠 122對齊，套筒100S與襯套區段100L可以通過壓配合、過盈配合、收縮配合、焊接以及釺焊或其任何等同物中的一個或更多個而被連結在一起。這種結構允許液體冷卻劑被施加於汽缸組件，同時密封缸孔以及需要安裝燃料噴射器噴嘴、傳感器、制動閥和/或需要通達到缸孔的其他機構的一個或更多個埠。另外，點火發生時，給汽缸的中心區段分格的中心肋120接收燃燒壓力。它增強了汽缸的中心帶，包括安裝有噴射器噴嘴、傳感器、制動閥和/或其他機構的埠。
[0047]汽缸組件的元件可以由諸如鑄鐵、鋁、青銅和/或其他等同材料的金屬材料製成。汽缸結構的多件式構造允許能夠使材料特性與運轉要求匹配的組合。例如，襯套區段100L能夠由具有良好的摩擦學性能的材料製成，而套筒100S能夠由具有良好的高溫性能的材料製成。
[0048]依據圖6和圖7，當如上所述組裝汽缸100時，對置環形凹槽139和159限定了鄰近排氣埠 113的第一冷卻劑儲存器170e，而對置環形凹槽143和161限定了鄰近進氣埠 114的第二冷卻劑儲存器170i。第一儲存器IOe是恰好在排氣埠 113內側的環形空間，而第二液體儲存器170i是恰好在進氣埠 114內側的環形空間。開放的進給通道138和143被套筒內表面151覆蓋，以便限定連續的進給通道，其具有在中心肋120的相應側上的第一端和相應地與冷卻劑儲存器170e和170i流體連通的第二端。如在圖7中最佳所見，衝擊射流埠 153中的每一個與進給通道138中的一個的相應第一端流體連通，而衝擊射流埠 155中的每一個與進給通道143中的一個的相應第一端流體連通。依據圖6和圖7，鑽取通過排氣埠 113的橋，從而形成通道182，其具有與冷卻劑儲存器170e流體連通的第一端和帶有鄰近汽缸100的排氣端的開口 184的第二端。
[0049]參照圖6和圖7，通過在壓力下在衝擊射流埠 153和155中的每一個中提供液體冷卻劑使衝擊冷卻系統運轉。在埠 153中形成的液體射流徑向地行進到汽缸組件110內，在此它們撞擊側壁111。由此被引入汽缸組件100內的液體冷卻劑在進給通道138中流動，從其第一端流至第二端，並且流入到冷卻劑儲存器170e內。在埠 155中形成的液體射流徑向地行進到汽缸組件110內，在此它們撞擊側壁111。由此被引入汽缸組件100內的液體冷卻劑在進給通道143中流動，從其第一端流至第二端，並且流入到冷卻劑儲存器170i內。自冷卻劑儲存器170e，液體冷卻劑能夠流過排氣埠 113中的橋通道182，或流出旁通埠 190。提供旁通埠以用於調節冷卻劑儲存器170e中的壓力的目的，以便控制被遞送至汽缸組件的排氣端的冷卻程度。就這一點而言，如果流過排氣橋的液體冷卻劑的量超過適合於當前發動機工況的水平，則缸孔112的排氣端會被過度冷卻，從而導致比在缸孔的進氣端處更小的直徑橫截面。為了防止或減輕這種情況，通過旁通埠 190的流出量能夠被設定為降低通過排氣埠橋的液體冷卻劑的流量的水平。在製造以及組裝過程中通過適當地設置旁通埠的尺寸，通過旁通埠 190的液體冷卻劑的流出量可以被設定為恆定速率；或其可以響應於發動機工況通過受控配氣設置而被動態地設定和改變。在冷卻劑儲存器170i中收集的液體冷卻劑通過離開埠 192流出。
[0050]在一些方面，希望鄰近噴射器埠提供額外的冷卻能力，以便耗散掉中心帶中的由於與例如噴射器埠相關的結構不連續而發生的局部熱點。就這一點而言，參照圖6-7，輔助射流埠 195被形成在套筒100S中，位於噴射器埠孔157的側面。從中心肋120延伸至冷卻劑儲存器170e和170i中的一個或另一個的輔助進給通道194被形成在缸套區段100L的側壁上。
[0051]將汽缸組件100用作示例性示例，對置發動機中的汽缸冷卻的方法包括，通過兩個系列的衝擊射流埠 153和155提供加壓的液體冷卻劑。自這些射流埠出來的液體冷卻劑射流撞擊汽缸襯套的側壁；在這種情況下，是撞擊在進給通道138和143的第一端處。由此施加於側壁的冷卻劑在進給通道138和143中沿側壁被輸送。進給通道138中的液體冷卻劑沿側壁被輸送至鄰近排氣埠的排氣儲存器170e，並且聚積於此。進給通道143中的液體冷卻劑沿側壁被輸送至鄰近進氣埠的進氣儲存器170i，並且聚積於此。在排氣儲存器170e中聚積的液體冷卻劑被輸送通過排氣埠 113的橋,離開汽缸。在排氣儲存器170e中聚積的液體冷卻劑還被輸送通過旁通埠 190，以便調整作用於被輸送至以及通過排氣埠橋的液體冷卻劑的流體壓力。在進氣儲存器170i中聚積的液體冷卻劑經由離開埠 192離開汽缸。在冷卻方法的一些方面，離開汽缸的液體冷卻劑被輸送至排氣歧管冷卻劑通道(不可見)，以用於冷卻以及再循環。在冷卻方法的另一些方面，液體冷卻劑的衝擊射流通過195處的輔助液體冷卻劑射流埠毗鄰一個或更多個噴射器埠被引入，並且沿側壁通過輔助通道194被輸送至排氣和進氣儲存器170e和170i。
[0052]儘管已經參照多個實施例描述了新穎的結構與方法，但應當理解，在不背離基本原則的情況下可以進行各種更改。
【權利要求】
1.一種用於對置活塞發動機的汽缸構造，所述汽缸構造包括具有側壁(11、111)、通過所述側壁的縱向間隔開的排氣(13、113)和進氣(14、114)埠、缸孔(12、112)以及沿所述側壁自所述汽缸的中心帶(20、120)朝向所述排氣和進氣埠延伸的多個進給通道(38、138)的汽缸襯套，其中覆蓋所述側壁的套筒(10SU00S)包括: 多個衝擊射流埠(33 ;153、155)，其以圍繞所述中心帶延伸的至少一個系列被布置，並且其與所述多個進給通道流體連通；以及， 內表面，其具有間隔開的環形槽(39e、39i ;159、161)，所述環形槽限定在所述側壁上的液體冷卻劑儲存器(50e、50i ;170e、170i)，所述液體冷卻劑儲存器與所述進給通道流體連通。
2.根據權利要求1所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其還包括環形構件(41、120)，所述環形構件被布置在所述襯套與所述套筒之間以便增強所述中心帶。
3.根據權利要求2所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述液體冷卻劑儲存器包括鄰近所述排氣埠的第一冷卻劑儲存器(50eU70e)和鄰近所述進氣埠的第二冷卻劑儲存器(501、50e)，所述排氣埠包括多個橋，並且所述汽缸還包括通過所述橋的通道(52、182)，其具有與第一冷卻劑儲存器(50e、170e)流體連通的第一端和帶有鄰近所述汽缸的排氣端的開口(54、184)的第二端。
4.根據權利要求3所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述套筒還包括與所述第一冷卻劑儲存器流體連通的多個液體冷卻劑離開埠(56、190)。
5.根據權利要求4所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述至少一個系列的衝擊射流埠包括，沿與噴射器埠(36)對齊的襯套圓周的一系列衝擊射流埠(33)。
6.根據權利要求5所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述內表面包括由所述側壁覆蓋的開放的進給通道(38)。
7.根據權利要求6所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述套筒還包括與所述第一和第二冷卻劑儲存器流體連通的循環通道(58)。
8.根據權利要求5所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述環形構件由被布置在所述套筒的所述內表面上並且遵循所述襯套圓周(41、42)的材料環構成。
9.根據權利要求4所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述至少一個系列的衝擊射流埠包括，遵循相應襯套圓周的間隔開的成系列的衝擊射流埠( 153、155)。
10.根據權利要求9所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述側壁包括具有由所述套筒覆蓋的開放的進給通道(138)形式的外表面。
11.根據權利要求10所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述套筒還包括與所述第二冷卻劑儲存器流體連通的液體冷卻劑離開埠(192)。
12.根據權利要求9所述的用於對置活塞發動機的汽缸構造，其中所述環形構件由在所述側壁上且被設置在相應襯套圓周之間的完整的周向肋(120)構成。
13.一種具有根據權利要求1所述的汽缸構造的汽缸，其中: 所述衝擊射流埠(33)以圍繞所述中心帶的周向系列被布置； 所述液體冷卻劑儲存器包括被布置為毗鄰所述側壁與所述排氣埠(13)相鄰的排氣冷卻劑儲存器(50e)； 所述液體冷卻劑儲存器包括其被布置為毗鄰所述側壁與所述進氣埠(14)相鄰的進氣冷卻劑儲存器(50i)； 所述進給通道包括循環通道，其沿所述側壁延伸並且具有開放到所述進氣冷卻劑儲存器(50i)的第一端和開放到所述排氣冷卻劑儲存器(50e)的第二端； 延伸通過所述排氣埠(13)的橋的橋通道(52)，其具有開放到所述排氣冷卻劑儲存器(50e)的第一端和通過所述汽缸的排氣端部分(IOe)開放的第二端；以及所述側壁中的材料環增強所述中心帶(41、42)。
14.一種具有根據權利要求1所述的汽缸構造的汽缸，其中: 所述側壁中的周向肋(120)增強所述襯套的中心帶； 第一組進給通道(138)沿所述側壁自所述周向肋的第一側朝向所述排氣埠( 13)延伸； 第二組進給通道(143)沿所述側壁自所述周向肋的第二側朝向所述進氣埠(14)延伸； 第一衝擊射流埠(153)被布置成第一周向系列沿所述第一側與所述第一組進給通道流體連通； 第二衝擊射流埠(155)被布置成第二周向系列沿所述第二側與所述第二組進給通道流體連通； 所述液體冷卻劑儲存器包括排氣冷卻劑儲存器(170e)，其被布置為毗鄰所述側壁鄰近所述排氣埠； 所述液體冷卻劑儲存器包括進氣冷卻劑儲存器(170i)，其被布置為毗鄰所述側壁鄰近所述進氣埠 ；以及， 延伸通過所述排氣埠的橋的橋通道(182)具有開放到所述排氣冷卻劑儲存器(170e)的第一端和通過所述汽缸的排氣端部分開放的第二端。
15.一種利用根據權利要求1-14中任一項所述的汽缸構造冷卻對置活塞發動機的汽缸的方法，其包括: 利用多個液體冷卻劑射流撞擊所述側壁(72)，其中所述多個液體冷卻劑射流被布置成沿所述側壁的圓周在所述中心帶中的至少一個系列； 沿所述側壁在所述排氣和排氣埠的方向上從所述中心帶輸送所述液體冷卻劑(74)； 圍繞靠近所述排氣埠的側壁聚積被輸送的液體(76 ); 圍繞靠近所述進氣埠的側壁聚積被輸送的液體(78 ); 輸送被聚積的液體冷卻劑(80)通過所述排氣埠的橋；以及 輸送被聚積的液體冷卻劑離開所述汽缸(80、82 )。
【文檔編號】F02F1/14GK103842634SQ201280038002
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年7月20日 優先權日:2011年7月29日
【發明者】F·S·劉, J·吳, P·R·李 申請人:阿凱提茲動力公司