一种活塞发动机包括发动机体(3)、部分地布置在发动机体(3)内的至少一个气缸套(2)、用于关闭气缸套(2)的上端的气缸盖(4)以及围绕气缸套(2)布置并且与气缸套(2)一起限定冷却通道(12)的冷却套(10)。发动机的每个气缸(1)设有仅一个用于冷却气缸套(2)的冷却通道(12)，并且整个冷却通道(12)都被布置在发动机体(3)的上方。本发明还涉及一种气缸套(2)。
1.一种活塞发动机，该活塞发动机包括发动机体(3)、部分地布置在所述发动机体(3)内的至少一个气缸套(2)、用于关闭所述气缸套(2)的上端的气缸盖(4)以及围绕所述气缸套(2)布置并且与所述气缸套(2)一起限定冷却通道(12)的冷却套(10)，其中，所述发动机的每个气缸(1)均设有仅一个用于冷却所述气缸套(2)的冷却通道(12)，整个所述冷却通道(12)都被布置在所述发动机体(3)的上方，并且所述气缸套(2)的外周面设有位于所述冷却通道(12)的下方以用于降低热应力的环形凹部(19)，其特征在于，所述凹部(19)的横截面包括第一部分(19a)，该第一部分是圆的扇形部分，所述圆的半径是所述气缸套(2)的壁的厚度的30％至60％，并且所述凹部(19)还包括作为圆的扇形部分的部分(19c)，该部分的半径小于所述凹部(19)的所述第一部分(19a)的半径。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述凹部(19)被定位成至少部分地位于第一支承表面(15)的下方，所述第一支承表面以沿所述气缸套(2)的轴向方向抵靠所述发动机体(3)的方式来支承所述气缸套(2)的所述上端。
3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述凹部(19)与所述第一支承表面(15)交汇。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发动机，其特征在于，所述凹部(19)被定位成位于第二支承表面(16)的上方，该第二支承表面以沿所述气缸套(2)的径向方向抵靠所述发动机体(3)的方式来支承所述气缸套(2)的所述上端。
5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述凹部(19)与所述第二支承表面(16)交汇。
6.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述凹部(19)包括第二部分(19b)，其中，所述凹部(19)的壁相对于所述气缸套(2)的纵向中心线(18)成一角度α，该α为15至50度。
7.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，α是25至35度。
8.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，作为圆的扇形部分并且其半径小于所述凹部(19)的所述第一部分(19a)的半径的所述部分(19c)是第三部分。
9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，所述凹部(19)的所述第三部分(19c)被布置在所述第一支承表面(15)与所述凹部(19)的所述第一部分(19a)之间。
10.一种用于活塞发动机的气缸套(2)，所述气缸套(2)包括第一支承表面(15)、第二支承表面(16)以及第三支承表面(17)，所述第一支承表面能被布置成抵靠发动机体(3)的上表面以承载沿着所述气缸套(2)的轴向方向的力，所述第二支承表面被定位成沿所述气缸套(2)的轴向方向位于所述第一支承表面(16)的下方，以用于沿径向方向支承所述气缸套(2)，所述第三支承表面被布置成沿所述气缸套(2)的轴向方向位于所述第二支承表面(16)的下方，以用于沿径向方向支承所述气缸套(2)，其中，所述气缸套(2)设有环绕该气缸套(2)的外周面的单个冷却凹部(11)，所述冷却凹部(11)被定位成沿所述气缸套(2)的轴向方向位于所述第一支承表面(15)的上方，并且所述气缸套(2)的所述外周面设有位于所述冷却凹部(11)的下方以用于降低热应力的环形凹部(19)，其特征在于，所述凹部(19)的横截面包括第一部分(19a)，该第一部分是圆的扇形部分，所述圆的半径是所述气缸套(2)的壁的厚度的30％至60％，并且所述凹部(19)还包括作为圆的扇形部分的部分(19c)，该部分的半径小于所述凹部(19)的所述第一部分(19a)的半径。
11.根据权利要求10所述的气缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)被定位成至少部分地位于所述第一支承表面(15)的下方。
12.根据权利要求11所述的气缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)与所述第一支承表面(15)交汇。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的气缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)被定位成位于所述第二支承表面(16)的上方。
14.根据权利要求13所述的气缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)与所述第二支承表面(16)交汇。
15.根据权利要求10所述的气缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)包括第二部分(19b)，其中，所述凹部(19)的壁相对于所述气缸套(2)的纵向中心线(18)成一角度α，该α为
16.根据权利要求15所述的气缸套(2)，其特征在于，α是25至35度。
17.根据权利要求10所述的气缸套(2)，其特征在于，作为圆的扇形部分并且其半径小于所述凹部(19)的所述第一部分(19a)的半径的所述部分(19c)是第三部分。
18.根据权利要求17所述的气缸套(2)，其特征在于，所述凹部(19)的所述第三部分(19c)被布置在所述第一支承表面(15)与所述凹部(19)的所述第一部分(19a)之间。
活塞发动机和气缸套
技术领域
[0001] 本发明涉及一种活塞发动机。本发明还涉及一种用于活塞发动机的气缸套。
背景技术
[0002] 因为活塞发动机的燃烧室中的高温，气缸套需要设有冷却装置。除非常小型的发动机外，冷却装置包括使用在围绕气缸套的冷却通道中循环的冷却液。在许多发动机结构中，冷却通道至少部分地位于发动机体内。这使得发动机体的结构更复杂和昂贵。在一些情况下，冷却通道部分地位于气缸盖中。同样，气缸盖是非常昂贵的部件，并且如果气缸盖需要具备用于冷却气缸套的冷却通道，甚至增加了气缸盖的成本。许多现有的气缸套冷却装置存在的另一问题是在气缸盖衬垫毁坏的情况下，来自气缸的燃烧气体可能会与冷却水混合。
发明内容
[0003] 本发明的目标是提供一种改进的活塞发动机，其中减少或避免了上述问题。本发明的另一目标是提供一种用于活塞发动机的改进的气缸套。
[0004] 根据本发明的发动机包括发动机体、部分地布置在发动机体内的至少一个气缸套、用于关闭气缸套的上端的气缸盖以及围绕气缸套布置并且与气缸套一起限定冷却通道的冷却套。发动机的每个气缸设有仅一个用于冷却气缸套的冷却通道，并且整个冷却通道都被布置在发动机体的上方。
[0005] 根据本发明的气缸套包括第一支承表面、第二支承表面以及第三支承表面，所述第一支承表面能被布置成抵靠发动机体的上表面以承载沿着气缸套的轴向方向的力，所述第二支承表面被定位成沿气缸套的轴向方向位于第一支承表面的下方，以用于沿径向方向支承气缸套，所述第三支承表面被布置成沿气缸套的轴向方向位于第二支承表面的下方，以用于沿径向方向支承气缸套。气缸套设有围绕该气缸套的外周面的单个冷却凹部，并且冷却凹部被定位成沿气缸套的轴向方向位于第一支承表面的上方。
[0006] 由于发动机的每个气缸设有仅一个冷却通道，冷却通道可以单独地布置为在发动机体与气缸套的外部围绕气缸套的上端。因此，可以降低发动机体与气缸套的复杂性。而且，可以消除在气缸盖衬垫毁坏的情况下燃烧气体与冷却水混合的风险。还可以消除发动机体内冷却液渗漏的风险。本发明使得能够实现模块化的增加，其使得发动机的安装与保养变得容易。根据本发明的发动机具有较低的生产和工作成本以及较好的可靠性。冷却通道可以被定位成使得当活塞在上死点时围绕最高的活塞环。该点的有效冷却是确保活塞环可靠的功能的关键。
[0007] 根据本发明的实施方式，气缸套的外周面设有位于冷却通道的下方以用于降低热应力的环形凹部。当使用单个冷却通道时，气缸套中热应力增加。在设有位于冷却通道的下方的凹部的情况下，可以降低热应力。
[0008] 根据本发明的实施方式，凹部至少部分地位于第一支承表面的下方。凹部可以与第一支承表面交汇。凹部还可以位于第二支承表面的上方并与其交汇。
[0009] 根据本发明的实施方式，凹部包括作为圆的扇形部分的第一部分。圆的半径优选地是气缸套的壁的厚度的30％至60％。根据本发明的另一实施方式，凹部包括第二部分，其中，凹部的壁相对于气缸套的纵向中心线成一角度α。角度优选为15至50度，更优选为25至35度。根据本发明的另一实施方式，凹部包括作为圆的扇形部分的第三部分并且具有比凹部的第一部分小的半径。根据另一实施方式，凹部的第三部分被布置在第一支承表面与凹部的第一部分之间。
附图说明
[0010] 参照附图，下文中将更详细地描述本发明的实施方式，其中
[0011] 图1示出了根据本发明的实施方式的活塞发动机的一个气缸的截面图，[0012] 图2示出了图1的气缸套的截面图，
[0013] 图3示出了图2的细节，
[0014] 图4示出了与冷却套一起的气缸的上部的截面图，
[0015] 图5示出了发动机的冷却套，以及
[0016] 图6示出了图5的冷却套的截面图。
具体实施方式
[0017] 图1中示出的是根据本发明的实施方式的活塞发动机的一个气缸1。发动机是大型内燃机，例如是船用或在发电厂使用以用于产生电力的主要或辅助发动机。发动机可以包括任意合理的气缸1数目，其可以布置为，例如，直列或V形结构。每个气缸1设有气缸套2(图2中最佳地示出)，其部分地布置在发动机体3内。气缸套2的上端位于发动机体3的上方。术语"上方"这里意思是气缸1的气缸盖端。发动机的每个气缸1设有自己的气缸盖4，其设有气体交换阀和通道。气体交换通道5、6和气体交换阀(未示出)可以具有常规的设计并且因此不在这里更详细地描述了。气缸1内设有往复活塞9。活塞9设有多个活塞环9a。而且，活塞9也可以具有常规的设计。
[0018] 为了冷却气缸套2，发动机设有冷却套10。冷却套10围绕气缸套2的上端布置。冷却套10完全位于发动机体3的上方并且位于气缸盖4的下方。与气缸套2的外周面上的环形冷却凹部11一起，冷却套10在气缸套2与冷却套10之间限定冷却通道12。冷却通道12在当活塞9位于上死点时活塞环9a所位于的区域上沿气缸套2的轴向方向延伸。这是关于气缸套2的冷却的最临界点。冷却凹部11的横截面包括平坦的中间部分11a以及边缘部分11b、11c。上边缘部分11b的深度朝着凹部11的上端减小并且下边缘部分11c的深度朝着凹部11的下端减少。冷却凹部11因此实质上是U形的。冷却通道12的形状使得气缸套2能够有效冷却，但将气缸套2中的热应力保持很低。为了防止来自冷却通道12的渗漏，密封件13、14设置在位于气缸套2与冷却套10之间的冷却套10的上端和下端。由于冷却通道12完全位于发动机体3的上方和气缸盖4的下方，所以不需要发动机体3中昂贵的冷却通道。还可以消除发动机体3内部的冷却液渗漏的危险并且不需要发动机体3的压力试验。
[0019] 气缸套2设有用于抵靠发动机体3来支承气缸套2的三个支承表面15、16、17。第一支承表面15布置在气缸套2的上部并且其以沿轴向方向(即，气缸套2的纵轴18的方向)抵靠发动机体3的方式来支承气缸套2。第一支承表面15是可以抵靠发动机体3的上表面布置的肘部。第二支承表面16在第一支承表面15的下方布置在气缸套2的上部中。第二支承表面16以沿气缸套2的径向方向抵靠发动机体3的方式支承气缸套2。第二支承表面16是气缸套2的这样一部分，即，这一部分的外径比气缸套2的基本外径大。第三支承表面17位于气缸套的下半部中。而且，第三支承表面17承载径向力。
[0020] 由于发动机设有围绕气缸套2的上端的单个冷却通道12，所以气缸套2的热应力比围绕气缸套设置若干冷却通道的常规设计要大。为了减少热应力，气缸套2配备有在气缸套2的冷却凹部11的下方布置的环形凹部19。图3示出了凹部19的放大图。在附图的实施方式中，凹部19位于第二支承表面16的上方。凹部11还部分地位于第一支承表面15的下方。凹部
19环绕整个气缸套2。凹部19由第一部分19a、第二部分19b以及第三部分19c形成。当观察凹部19的横截面时，凹部19的第一部分19a是圆的扇形部分。凹部的第一部分19a的半径优选地是气缸套2的壁的厚度的30％至60％，更优选为气缸套2的壁的厚度的35％至50％。在附图的实施方式中，半径是气缸套2的壁的厚度的大约40％。壁的厚度指的是支承表面15、16、
17的外部以及气缸套2的其它加强区域的厚度。因此，其是气缸套2的位于第二支承表面16与第三支承表面17之间的那些主体部分的厚度。形成第一部分19a的扇形部分的宽度优选地在90至130度的范围内。在附图的实施方式中，扇形部分约为110度。凹部19的第一圆形部分19a的半径中心25沿气缸套2的轴向方向被定位成与第一支承表面15相距一距离，该距离小于第一部分19a的半径。因此，凹部19的第一部分19a的一部分位于第一支承表面15的上方。在气缸套2的径向方向中，半径中心25位于第二支承表面16的内侧。凹部19的第二部分
19b是与凹部19的第一部分19a交汇的直切线。第二部分19b还与气缸套2的第二支承表面16交汇。凹部的第二部分19b相对于气缸套2的纵轴18成一角度α。角度α优选地是15至50度，更优选为25至35度。在附图的实施方式中，角度是约30度。而且，凹部19的第三部分19c也是圆的扇形部分。第三部分19c的半径小于第一部分19a的半径。第三部分19c的半径优选地是气缸套2的壁的厚度的5至15％。形成第三部分19c的扇形部分的宽度优选地在30至60度的范围内。凹部19的第三部分19c与气缸套2的第一支承表面15和凹部19的第一部分19a交汇。沿气缸套2的轴向方向，第三部分19c位于第一支承表面15的上方。沿气缸套2的径向方向，凹部19的第三部分19c的半径中心26位于第一部分19a的半径中心25的外侧并且位于第一支承表面15的内侧。
[0021] 冷却套10的结构最佳地在图5和图6中示出。冷却套10可以例如通过铸造制造。冷却套10配备有多个支架20，其可以用于将冷却套10连接到发动机体3上。由于冷却套10直接地紧固到发动机体3上，所以可以在不移动冷却套10的情况下移动气缸套2。这使得气缸套2的保养更容易。冷却套10配备有用于将冷却液导入冷却通道12并且当需要时用于排出冷却通道12的进口21。设置了出口22以用于将冷却液从冷却通道12排出。冷却液可以从出口22导入到气缸盖4的冷却通道中。而且，用于冷却液的进口管23被集成到冷却套10中。图4中，可以看到冷却套10与气缸套2和气缸盖4连接。图4还示出了位于气缸套2与气缸盖4之间的衬垫24。如可以看到的，发动机的结构防止了燃烧气体与冷却液的混合，即使在一些密封件13、14、24泄漏的情况下也是如此。
[0022] 本领域技术人员将要理解，本发明并不限于如上所述的实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内进行变化。
