技术领域
[0001] 本
发明涉及一种内燃机的气缸的气缸套。
背景技术
[0002] 气缸套具有如下任务，即，作为
活塞环的
摩擦副最小化磨损，导出
燃烧热和在最小化由运行引起的
变形的情况下改善运行中系统的机械
稳定性。按照功能区分为湿式和干式气缸套。
[0003] 湿式气缸套具有凸缘，通过所述凸缘轴衬在
发动机缸体或
气缸壳体中沿竖直方向固定。气缸套包括凸缘的
旋转对称构造的外轮廓确定最小气缸间距。湿式轴衬被推入到气缸壳体中到为此对应地加工的接纳部中。为了对于冷却剂和对于油密封使用
密封圈。目前为止，湿式气缸套通常通过
离心铸造制造并且随后被旋转对称地加工。在借助
冷却液从外面冷却的湿式气缸套中，可能基于在被冷却剂加载的面上的热负荷和机械负荷导致
气穴或
腐蚀损伤，所述气穴或腐蚀损伤按照程度可能危害内燃机的功能。在这种气穴效果中，通过激励形成的气泡在
冷却水中内爆并且腐蚀轴衬的外侧，其中气缸套的振动会加剧腐蚀。
[0004] 干式气缸套被压入、冷缩配合或注入气缸壳体中。与湿式轴衬不同，水套不是处于轴衬材料和气缸壳体之间，而是如在纯金属结构型式中那样是气缸壳体铸件的组成部分。干式衬套由灰口
铸铁、Al
合金或作为由粉末金属材料
烧结而成的衬套来制造。
[0005] 为了实现防气穴保护，DE 10 2006 042 549 A1公开一种设计成旋转对称的在外侧设有保护层的湿式气缸套。为此由铁基合金制成的气缸套的至少被冷却剂加载的外部的表面区域涂有
热喷涂层。
[0006] 为了使由于气穴导致的磨损最小化此外已知，为冷却剂附加添加剂，所述添加剂有利地影响冷却剂的
蒸汽压
力。不利地是，所述措施要求提高的维修费，以便补充填充添加剂或控制混合比例。另一个建议涉及使用由具有高的弹性模数的材料制成的气缸套，为此例如备选于灰口
铸铁提出昂贵的蠕虫状
石墨铸铁或
钢作为材料。
[0007] DE 196 05 946 C1公开一种用于气缸套的制造方法，利用该方法为取得改善的
耐磨性首先制造具有薄的壁厚的轴衬。为此使用具有与要制造的气缸套的内周边对应的外周边的芯轴作为成形体，并且按已知的
热喷涂法将喷涂材料以希望的厚度
涂装到旋转的芯轴的外部的周边面上。随后处于芯轴上的衬套可以被再磨和必要时被成型。在拔出芯轴之后，衬套如果需要的话在端面上被加工。
[0008] 按照DE 195 78 11 A1的气缸套由两种不同的材料制成。由灰口铸铁制成的轴衬嵌件在外侧被由钢制造的支承缸包围。这种包括两个彼此同心设置的构件的已知的设计要求高的制造
费用并且出于经济原因因此对于大批量使用不被考虑。
发明内容
[0009] 本发明的任务是，提供一种功能优化的气缸套，该气缸套使得能够实现改善的防气穴保护、强度提高以及结构空间优化的周围结构。此外本发明的任务是提供一种方法，利用该方法可以产生气缸套的任意的外轮廓。
[0010] 从所引用的
现有技术出发，本发明给出用于提供功能优化的气缸套的措施。在根据本发明的内燃机的气缸的气缸套中，往复运动的活塞在工作面上被引导，其中气缸套利用凸缘在气缸壳体和气缸头之间竖直地固定，湿式气缸套的外侧非旋转对称地构成并且所述外侧在气缸壳体的对应的接纳部中有方向性地配合装入。此外本发明提出一种用于构造气缸套外轮廓的方法。
[0011] 用于实现功能优化的湿式气缸套的按照本发明的措施涉及气缸套的外部的构造并且单独或共同可使用。代替气缸套的外侧或周面的旋转对称的构造按照本发明设定，将受到高的气穴
风险的区域构造成非旋转对称的。不同于圆形的周面有利能够实现加强气缸套的有危险的区域并且借此提供针对由冷却剂引起的气穴和腐蚀损害被持久和可靠地保护的气缸套。按照本发明，除去在
曲柄或气缸壳体中的配合部和密封元件的区域以外，气缸套的外侧形成非旋转对称的几何形状。有利地可以按照本发明此外将气缸套的凸缘的外轮廓构造成非圆形的或自由形状。因为凸缘宽度基本上确定安装状态中相邻的气缸套之间的
轴距，所述可以通过凸缘的非圆形的外部区域针对性地减少沿内燃机的纵轴线方向的凸缘宽度并且借此也减少相邻的气缸套之间的距离。按照本发明的措施的几何非对称性能够实现气缸壳体的缩短的缸体长度并且因此允许实现有利地结构空间优化的内燃机。在安装状态中，功能优化构成的气缸套根据
位置定向地和有方向性地在气缸或气缸壳体的适配的、形成配合形状的接纳部中形
锁合地配合装入。本发明因此给出这样的解决方案，由此可以减少气缸套关于气穴、腐蚀或侵蚀的易受影响性或损害并且借此可以改善轴衬的使用寿命。与此关联此外实现了装备有这样的轴衬的内燃机的提高的使用寿命和可靠性。
[0012] 本发明还涉及拼装的、由至少两种不同的材料制成的气缸套。该构造可以用于制造湿式并且也对于干式或注入的气缸套。在此轴衬沿轴向方向形成至少两个区段，所述区段材料锁合地、尤其是借助
摩擦焊接拼装。这种结构上的、低成本可实现的构造包含在选择各个轴衬区段的轴衬材料时的
自由度。例如可以通过使用具有较高的强度和/或耐热性的材料对于包括凹口的凸缘区段实现针对性的强度提高。轴衬的邻接的、包括气缸套的工作面的区段可以由如下材料制造，所述材料例如包含用于在固体
接触区域/混合摩擦区域中的自润滑的能力或能够通过油凹坑实现形成润滑
薄膜。此外这种构造允许，为了优化冷却，设置轴衬的局部减少的壁厚。作为用于气缸套降低重量的措施，使用具有较小的
密度的材料是适合的。此外用于湿式轴衬的构造原理提供如下可能性，即，对于轴衬的有危险的区段或区域使用具有有利的气穴特性的材料或具有较高的弹性模数的材料，以便改善变形特性。作为用于磨损最小化的另外的措施适宜的是，设置材料副，以便减少在
活塞环在工作面上的接触区域中的楔磨损(Zwickelverschleiss)、尤其是在活塞或活塞环回复点的止点位置中的楔磨损。为此例如活塞在其中被引导的轴衬区段可以使用耐磨的材料。在使用对于注入的、干式气缸套的由不同材料制成的轴衬设计方案时适宜的是，有利地优化
制造过程，其方式为选择这样的轴衬材料，所述轴衬材料改善与气气缸或气缸壳体的材料的连接。有利地可以利用优化地匹配的材料组合实现如下气缸套，所述气缸套统一实现了湿式和干式气缸套在力学上、内侧上的
摩擦学上、即例如摩擦、润滑和磨损以及湿式轴衬在外侧上的气穴方面的各种复杂的任务。
[0013] 在本发明的实施形式中设定，气缸套的外侧或周面和/或凸缘的外轮廓具有不同于圆形的、椭圆形的或蛋形构成的几何形状。尤其是对于气缸套的凸缘椭圆形的或蛋形的造型是适宜的，所述造型也可以包括其他的双重的、三重的或多重的
叠加的椭圆度。此外所述凸缘可以以任意的棱柱形的自由形状的形式或作为样条曲面实施。
[0014] 本发明的一种优选的设计设定气缸套的有方向性的安装位置，在该安装位置中，气缸套的朝压力侧(DS)和背压侧(GDS)的方向定向的区域具有超过沿
活塞销方向或沿
气缸体的纵轴线的方向定向的对应的壁厚和/或凸缘宽度的壁厚或凸缘宽度。轴衬凸缘的在此产生的支承面总体上这样设计，以便避免在内燃机的运行状态中超过允许的面压力。必要的面轮廓可以借助非圆形、优选椭圆形实施的支承面或接触面实现。这种构造原理提供如下可能性，即，通过使用对应的气缸套，利用相同的气缸壳体以不同的气缸孔构成不同的工作容积。
[0015] 在本发明的一种扩展方案中，为了气缸套的成本优化设定，用于活塞的工作面在活塞的下面的止点(UT)之下的区域中限制于如下区，所述区朝压力侧(DS)和背压侧(GDS)的方向定向。在这种工作面几何形状中，沿活塞销方向没有进行加工(例如因为所述衬套在那里向后错开)，这种工作面几何形状尤其是对于配备有窗口活塞的内燃机是适宜的。接着为了降低重量，气缸套例如可以局部通过窗口或空隙而留有空缺。用于实现这种自由面可以使用机械的或热的分离方法或备选地铸件毛坯中已经存在空隙。
[0016] 另一个按照本发明的措施设置气缸套的外侧的涂层。为了提供抵抗气穴的表面，为此轴衬的至少由铸铁合金制成的区域全面地或局部在压力侧和背压侧的区域中尤其是通
过热喷涂层涂敷。
[0017] 为了制造气缸套的外轮廓上的几乎任意几何构造的表面形貌，设定椭圆
车削或非圆形车削方法。这些以小的过程时间可使用的方法适合用于提供非旋转对称构造的外侧和/或外轮廓。所述椭圆或非圆形车削能够有利地实现自由成形面或轮廓的在定向、走势和尺寸上大的构造自由。一个特别的优点在于，对于几何造型不存在任何限制。这些方法不仅可以用于周面、杆、外表面而且可以用于气缸套的凸缘。一个特别的优点在于，在工作流程中在高尺寸
精度和高表面
质量的同时实现良好的可再现性。
[0018] 为了气缸套的局部的区域的材料去除，气缸套的所述制造包括椭圆或非圆形车削，所述制造具有如下方法步骤。首先通过初始成形法(Urformverfahren)如
锻造或铸造过程进行一件式的坯件或区段坯件的制造。随后所述区段借助材料锁合的连接拼装。作为下一个步骤通过机械的操作、椭圆或非圆形车削对气缸套的外侧和/或外轮廓进行外部的加工，以实现任意几何构造的面或轮廓。随后制造内部的工作面，之后从气缸套上清除冷却
润滑剂、润滑材料和附着的切屑。可选地可以最后给气缸套的外侧完全或局部地加涂层。
附图说明
[0019] 接着说明和借助附图解释本发明的
实施例，本发明不被所述实施例限制。
[0020] 示出：
[0021] 图1在装入状态中的湿式气缸套的剖面图；
[0022] 图2包括两个气缸套的气缸壳体的视图；
[0023] 图3气缸套的剖视图；
[0024] 图4具有非圆形的凸缘的在装入状态中的气缸套；
[0025] 图5朝背压侧定向的气缸套的轮廓；
[0026] 图6朝压力侧定向的气缸套的轮廓；
[0027] 图7干式气缸套的剖视图。
具体实施方式
[0028] 图1和2示出已知的气缸套2的结构的构造和安装位置。为此在图1中一部分描绘未进一步示出的内燃机的也称为气缸
外壳的气缸壳体1。在气缸壳体1中装入直接被冷却剂环流的湿式气缸套2，在所述气缸套中往复运动的活塞3在工作面4上被引导。气缸套2利用凸缘5以及与此轴向错开地在外侧6上配合装入气缸壳体1的接纳部7或导向部8中。为了有效地密封冷却剂空间9，与凸缘5错开地以及在导向部8的区域中设置密封圈10、11。图2示出两个在气缸壳体1中沿气缸壳体1的纵轴线13的方向设置的气缸套2，这两个气缸套的中心距SM通过如下尺寸、即直径D和气缸套2之间的间距尺寸S的相加得出。
[0029] 在图3中用剖视图示出按照本发明功能优化地构造的气缸套12，其包括不同于圆形的、旋转非对称的、也称为周面的外侧14。外侧14的椭圆形的造型可以这样构成，使得在周边侧在所有区域x1、x2；y1、y2中相对于圆柱形的内孔形成彼此不同的壁厚，如从后续的说明可得出的x1≠y1；x1≠x2；x1≠y2；y1≠x1；y1≠x2；y1≠y2；x2≠y2。朝气缸套12的压力侧(DS)和背压侧(GDS)的方向形成的壁厚y1、y2超过关于纵轴线13定向的壁厚x1、x2，所述方向形成垂直于纵轴线13伸展的轴线18。
[0030] 图4示出两个在气缸壳体1中使用的按照本发明的气缸套12，所述气缸套的蛋形的外侧14用虚线示出。同样构造成蛋形的、遮盖气缸套12的外侧14的凸缘15以外轮廓16形锁合地配合装入气缸壳体1的相应的接纳部17中。凸缘15的沿轴线18的方向设置的凸缘宽度Y3+Y4超过沿纵轴线13的方向设定的凸缘宽度。的凸缘15的蛋形的造型的Y尺寸明显超过X尺寸，与图2相比，这种造型能够实现两个气缸套12之间的减少的间距尺寸S，所述间距尺寸因此确定气缸套12的中心距SM并且同时影响气缸壳体1的结构长度。
[0031] 图5和6在半剖视图中示出气缸套12的根据定向区分的构造。在图5中示出气缸套12沿轴线18的方向定向的壁构造，而在图6中示出气缸套12沿纵轴线13的方向定向的壁构造。尤其是为了降低气穴风险，朝压力侧(DS)和背压侧(GDS)的方向的壁厚z1、z2(图5)超过关于纵轴线13定向的壁厚z3、z4(图6)。对此补充地适宜的是，气缸套12的外侧14局部在外侧具有减低气穴危险的涂层。从凸缘15出发，按照图5在区域z1和z2之间的壁厚和按照图6在区域z3和z4之间的壁厚分别可以是变化的(例如变厚或变薄)。在该示例中示出的在承受热高负荷的区z1和z3中的减小的壁厚有利于气缸套12的冷却作用。作为用于成本和重量优化的措施，如图6所示，气缸套12在背离凸缘15的端部上包含空隙19以及具有工作面4的可选地局部未加工的区域20，该区域从对应于活塞3的下面的活塞环的
下止点位置的区域一直延伸到气缸套12的端部。因为活塞在下止点中以裙部末端超过所述衬套的端部伸出，所述未加工的区域沿活塞销方向只允许处于
活塞裙接触区域外，从而该活塞裙接触区域需要被加工的、优选被珩磨的衬套表面。
[0032] 在图7中示出另一个功能优化的气缸套22，该气缸套沿轴向方向包括两个由不同的材料制成的区段23、24，所述区段材料锁合地拼装成一个单元。优选通过接合平面21支承的区段23、24借助
摩擦焊接连接。这种构造原理不仅对于干式、在气缸壳体1中注入的气缸套22而且对于湿式气缸套可使用。
[0033] 也可设想在对应的旋转对称的接纳部中的旋转对称的
定心和在非定心面、例如水套环绕的面上的旋转非对称的外轮廓。对应的接纳部在凸缘不对称的情况下是必要的，然而在所有其他情况中优选将其构造成对称的。作为本发明的核心思想的补充或备选方案，这是指，例如湿式气缸套12的外侧6和/或凸缘15的外轮廓16非旋转对称地构成和/或有方向性地装入。另一种设计在于，所述外侧6和/或外轮廓16在气缸壳体1的对应的接纳部7、17中进行有方向性的定心。
[0034] 附图标记列表
[0035] 1 气缸壳体
[0036] 2 气缸套
[0037] 3 活塞
[0038] 4 工作面
[0039] 5 凸缘
[0040] 6 外侧
[0041] 7 接纳部
[0042] 8 导向部
[0043] 9 冷却剂空间
[0044] 10 密封圈
[0045] 11 密封圈
[0046] 12 气缸套
[0047] 13 纵轴线
[0048] 14 外侧
[0049] 15 凸缘
[0050] 16 外轮廓
[0051] 17 接纳部
[0052] 18 轴线
[0053] 19 空隙
[0054] 20 区
[0055] 21 接合平面
[0056] 22 气缸套
[0057] 23 区段
[0058] 24 区段
