專利名稱：具有焊接式活塞刮器的用于內(nèi)燃機(jī)的動力組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，更具體地涉及活塞結(jié)構(gòu)和與活塞相關(guān)的裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)，特別是柴油機(jī)或其它壓燃式內(nèi)燃機(jī)，經(jīng)常以具有差別很大的成分的燃料 進(jìn)行操作。不幸地，一些燃料，諸如船用柴油(MDO)，或植物油，或其它重質(zhì)燃料，產(chǎn)生粘附到 活塞的端環(huán)槽脊(top land)的過多積碳。這種積碳，如果足夠厚，將在氣缸的內(nèi)孔上摩擦， 磨光內(nèi)孔并且移除交叉形成的珩磨(honing)標(biāo)記，其對于充分的活塞環(huán)潤滑的提供是必 要的。如果活塞環(huán)沒有被適當(dāng)?shù)貪櫥?，則將發(fā)生過度的活塞環(huán)和內(nèi)孔磨損，從而導(dǎo)致增加的 竄漏。此外，發(fā)動機(jī)將不能正確運轉(zhuǎn)，這是因為在氣缸中將不能建立足夠的壓力。這種有害 的沉積物的積聚甚至在以更輕的蒸餾燃料諸如2號柴油進(jìn)行操作的柴油發(fā)動機(jī)上觀察到， 并且這個問題由于以更高的溫度和壓力為特征的更加現(xiàn)代的燃燒系統(tǒng)而變得惡化。將希望提供用于特別在具有焊接式氣缸蓋的發(fā)動機(jī)中從活塞的端環(huán)槽脊刮碳的 堅固的、節(jié)省成本的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，用于內(nèi)燃機(jī)的動力組件包括具有限定第一內(nèi)徑的環(huán)形壁的 氣缸，以及往復(fù)地容納在氣缸內(nèi)的活塞。氣缸蓋附連到氣缸的端部。整體式活塞刮器 (scraper)焊接到氣缸蓋和氣缸中的至少一個(即，它附連到氣缸蓋和/或氣缸)。活塞刮 器限定小于第一內(nèi)徑的第二內(nèi)徑。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，活塞刮器焊接到氣缸和氣缸蓋兩者。換言之，氣缸、氣 缸蓋和活塞刮器全部由在一個實施例中限制氣缸的外圍的公共焊縫連接。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，活塞刮器包括容納在由氣缸蓋和氣缸限定的沉孔中的 圓柱形套筒，其中刮器與活塞的端環(huán)槽脊進(jìn)行緊密的間隙配合，以便當(dāng)活塞運動進(jìn)入氣缸 的上部時，沉積物將從活塞的端環(huán)槽脊剪切和移除。(因此，“緊密的間隙配合”意指配合足 夠緊密以便刮器從活塞的端環(huán)槽脊移除沉積物)。本發(fā)明的另一個實施例涉及用于制造內(nèi)燃機(jī)動力組件的方法。該方法包括對氣缸 的上部進(jìn)行擴(kuò)孔，并且對氣缸蓋的下部進(jìn)行擴(kuò)孔，以便一旦氣缸蓋安裝到氣缸，形成在氣缸 蓋中的沉孔和形成在氣缸中的沉孔是鄰接的。然后，圓柱形套筒放置在氣缸或氣缸蓋的擴(kuò) 孔部分內(nèi)，并且氣缸蓋放置為接觸氣缸。刮器套筒然后焊接到氣缸和氣缸蓋。焊件接近氣 缸蓋和氣缸之間的分型線。一旦氣缸蓋、活塞、刮器套筒以及氣缸被焊接，例如通過鉆孔操 作可對連接全部三個構(gòu)件的焊縫的內(nèi)部進(jìn)行精加工。通過使用上文描述的動力組件的實施例，發(fā)動機(jī)可以以產(chǎn)生大量沉積物的重質(zhì)燃 料可靠地進(jìn)行操作，而不存在其它類型的活塞和氣缸組合所經(jīng)歷的過度的活塞環(huán)和氣缸內(nèi) 孔磨損的問題。進(jìn)一步，縫隙容積在氣缸和燃燒室內(nèi)減小，這有助于某些廢氣排放組分的減 少。此外，這種發(fā)動機(jī)的維護(hù)費用將由于不需要拆卸發(fā)動機(jī)以從發(fā)動機(jī)氣缸和活塞的上部移除積碳而減少。


上文簡要描述的本發(fā)明的更具體的描述將參考在附圖中示出的本發(fā)明的特定實 施例提供。應(yīng)理解的是，這些附圖僅描述本發(fā)明的典型實施例并且因此不被認(rèn)為限制其范 圍，本發(fā)明的示例性實施例通過附圖的使用將利用附加的特性和細(xì)節(jié)進(jìn)行描述和解釋，在 附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的方面的具有活塞沉積物刮器的發(fā)動機(jī)的截面圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方面的具有活塞沉積物刮器的發(fā)動機(jī)氣缸局部放大的截 面圖；以及圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的方面的方法的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，發(fā)動機(jī)10具有帶有環(huán)形壁18的氣缸14?；钊?2往復(fù)地容納在氣缸 14內(nèi)。活塞22具有端環(huán)槽脊26。多個活塞環(huán)28位于活塞的端環(huán)槽脊26下方。活塞22通過連桿34和肘銷30附連到曲軸38。傳統(tǒng)的提升閥44分別操縱空氣和 廢氣從發(fā)動機(jī)氣缸14進(jìn)入和排出。燃料噴射器43噴射燃料(或燃料/空氣混合物)進(jìn)入 燃燒室49。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，鑒于本公開，閥門裝置的具體類型以及噴射器的使 用，不管是氣缸內(nèi)置式還是端口內(nèi)置式，不約束本發(fā)明。類似地，本發(fā)明不僅可與示出的壓 燃式發(fā)動機(jī)一起采用，而且可與點燃式內(nèi)燃機(jī)一起采用。圖1還示出氣缸蓋46和整體式無隙活塞刮器50，其容納在由形成在氣缸蓋46和 氣缸14中的單獨沉孔限定的沉孔中。(活塞刮器50容納在其中的沉孔的特征可為由氣缸 中的第一沉孔和形成在氣缸蓋中的第二、分開的沉孔形成的組合沉孔)?；钊纹?0還可 稱為抗磨環(huán)、刮碳器、刮碳器環(huán)、碳切削環(huán)、火焰環(huán)、火環(huán)或刮器環(huán)。在任何情況下，環(huán)50認(rèn) 為是“無隙的”，這是因為環(huán)50構(gòu)造成連續(xù)的環(huán)，其不具有通常在發(fā)動機(jī)動力組件環(huán)例如活 塞環(huán)上發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)的間隙。圖2示出關(guān)于活塞刮器50的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，該活塞刮器50構(gòu)造成容納在由氣缸 蓋46和氣缸14限定的沉孔中的圓柱形套筒。因此，觀察到氣缸14具有第一沉孔70，而氣 缸蓋46具有第二、分開的沉孔74?；钊纹?0裝在由單獨的沉孔70和74限定的組合沉 孔內(nèi)。圖2的分型線76通常限定未焊接區(qū)域，在未焊接區(qū)域中氣缸蓋46、氣缸14和活塞 刮器50將連接成為單個組件。分型線76因此視為劃分氣缸蓋46的下部以及氣缸14的上 部。作為可選方案，活塞刮器50可容納在形成在氣缸14中的單個沉孔70中。圖2還示出焊縫78，其不僅連接氣缸蓋46和氣缸14，而且連接活塞刮器50。一旦 焊縫78形成在氣缸14、刮器50和氣缸蓋46的整個外圍的周圍，刮器50將不僅由形成在氣 缸蓋46和氣缸14中的沉孔，而且由焊縫78本身確定地保持。這確保刮器50將不會在氣 缸14內(nèi)磨損或移動。從圖2注意到，焊縫78可貫穿氣缸蓋46、氣缸14和刮器50的整體。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，鑒于本公開，多于一種類型的焊接工藝可用于放置焊縫78。這 些包括電子束焊接、氣體保護(hù)金屬極電弧焊接、氣體保護(hù)鎢極電弧焊接以及其它工藝。氣缸14的直徑D(I)(圖2)在尺寸方面構(gòu)造成接收端環(huán)槽脊26下方的活塞22的部分。直徑D(2)小于直徑D(I)并且在尺寸方面構(gòu)造成與端環(huán)槽脊26進(jìn)行緊密的間隙配 合。因為活塞刮器50在端環(huán)槽脊26上是緊密的間隙配合，所以當(dāng)活塞22運動到上止點或 氣缸14的上部時，刮器50將使沉積物從端環(huán)槽脊或上面的槽脊26剪切或物理地移除。氣 缸14的這個上部在氣缸14的所謂的環(huán)反轉(zhuǎn)區(qū)域(ring reversal region)上方延伸，活塞 環(huán)28在該環(huán)反轉(zhuǎn)區(qū)域上滑動，即，環(huán)反轉(zhuǎn)區(qū)域由活塞環(huán)28的行程的上限限定?；钊纹?0具有安裝高度H(I)(圖2)，其近似于端環(huán)槽脊26的高度。如此，當(dāng)活 塞22在氣缸14內(nèi)往復(fù)時，活塞刮器50將從端環(huán)槽脊26的整體擦掉沉積物。在示出的實施例中，根據(jù)圖3所示的方法，更通常地其特征可為用于制造發(fā)動機(jī) 動力組件的方法，活塞刮器50安裝在發(fā)動機(jī)內(nèi)。在方框100處以開始指令開始，氣缸14在 方框104處進(jìn)行擴(kuò)孔以構(gòu)造沉孔70。然后，在方框108處，沉孔74形成在氣缸蓋46中。在 方框112處，刮器套筒50安裝在沉孔70和74中，并且然后在方框116處，焊縫78施加在 氣缸蓋46和氣缸14之間的分型線76的整體的周圍。從圖2再次注意，在這個實施例中焊 縫78是基本連續(xù)的，意指公共焊縫限制氣缸14的外圍并且將氣缸蓋46、氣缸14和刮器環(huán) 50三者全部連接在一起。一旦焊接操作在方框116處結(jié)束，該方法在方框120處繼續(xù)進(jìn)行焊縫78的內(nèi)部的 精加工。這可通過由珩磨操作跟隨的對氣缸進(jìn)行鉆孔完成。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解 的是，鑒于本公開，存在用于對氣缸14的內(nèi)表面18以及氣缸蓋46和刮器套筒50的鄰接表 面進(jìn)行精加工的許多方式。實際上，在方框120處的工藝步驟對于某些焊接工藝可能不會 引起足以要求焊接后操作的刮器套筒的內(nèi)表面的破壞的程度是可選擇的。無論如何，一旦 精加工(如果存在的話)結(jié)束
權(quán)利要求
一種用于內(nèi)燃機(jī)的動力組件，包括具有限定第一內(nèi)徑的內(nèi)部環(huán)形壁的氣缸；往復(fù)地容納在所述氣缸內(nèi)的活塞；附連到所述氣缸的端部的氣缸蓋；以及焊接到所述氣缸蓋和/或所述氣缸的整體式活塞刮器，其中，所述活塞刮器限定小于所述第一內(nèi)徑的第二內(nèi)徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器焊接到所述氣缸和所 述氣缸蓋兩者。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器、所述氣缸和所述氣缸 蓋全部由限制所述氣缸的外圍的公共焊縫連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器、所述氣缸和所述氣缸 蓋全部在接近所述氣缸和所述氣缸蓋之間的分型線的位置處、由限制所述氣缸的外圍的公 共焊縫連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力組件，其特征在于，所述焊縫包圍所述氣缸的內(nèi)部環(huán)形 壁的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器包括容納在由所述氣 缸蓋和所述氣缸限定的沉孔中的圓柱形套筒，由此，當(dāng)所述活塞運動到所述氣缸的上部時， 沉積物將通過剪切作用從所述活塞的端環(huán)槽脊移除。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器安裝在接近所述氣缸 的上部的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器安裝在所述氣缸的環(huán) 反轉(zhuǎn)區(qū)域上方的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器包括容納在由所述氣 缸蓋和所述氣缸限定的沉孔中的圓柱形套筒，其中，所述刮器利用單個基本連續(xù)的焊縫焊 接到所述氣缸和所述氣缸蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動力組件，其特征在于，所述圓柱形套筒是無隙的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力組件，其特征在于，所述活塞刮器包括容納在由所述氣 缸限定的沉孔中的圓柱形套筒，其中，所述刮器利用單個基本連續(xù)的焊縫焊接到所述氣缸 和所述氣缸蓋。
12.一種用于制造內(nèi)燃機(jī)動力組件的方法，包括對氣缸的上部進(jìn)行擴(kuò)孔；對氣缸蓋的下部進(jìn)行擴(kuò)孔，由此，形成在所述氣缸蓋中的所述擴(kuò)孔和形成在所述氣缸 中的所述擴(kuò)孔是鄰接的；將活塞沉積物刮器放置在所述氣缸和所述氣缸蓋的擴(kuò)孔部分中，所述活塞沉積物刮器 包括圓柱形刮器套筒；將所述氣缸蓋放置為接觸所述氣缸；以及將所述刮器套筒焊接到所述氣缸和所述氣缸蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述刮器套筒在接近所述氣缸蓋和所 述氣缸之間的分型線的位置處焊接到所述氣缸蓋和所述氣缸。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括對將所述刮器套筒連接到 所述氣缸蓋和所述氣缸的焊縫的內(nèi)部進(jìn)行精加工。
15.一種用于內(nèi)燃機(jī)的動力組件，包括具有限定第一內(nèi)徑的內(nèi)部環(huán)形壁的氣缸；往復(fù)地容納在所述氣缸內(nèi)的活塞，其中，所述活塞具有端環(huán)槽脊；附連到所述氣缸的端部的氣缸蓋；整體式圓柱形刮器套筒，其安裝在由形成在所述氣缸和所述氣缸蓋中的分開的沉孔限 定的沉孔內(nèi)；以及限制所述氣缸的外圍的公共焊縫，其中，所述焊縫將所述刮器套筒連接到所述氣缸蓋 和所述氣缸兩者。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動力組件，其特征在于，所述刮器套筒限定大于所述活塞 的端環(huán)槽脊的外徑的第二內(nèi)徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動力組件，其特征在于，所述刮器套筒限定第二內(nèi)徑，其在 尺寸方面構(gòu)造成與所述活塞的端環(huán)槽脊進(jìn)行緊密的間隙配合，用于所述刮器套筒從所述端 環(huán)槽脊的表面剪切燃燒沉積物。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動力組件，其特征在于，所述公共焊縫是連續(xù)的。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動力組件，其特征在于，所述刮器套筒是無隙的。
全文摘要
用于內(nèi)燃機(jī)的動力組件包括容納在氣缸內(nèi)的活塞，其中氣缸具有焊接的氣缸蓋，并且氣缸還包括利用公共焊縫焊接到氣缸蓋以及氣缸的整體式活塞刮器。
文檔編號F02B77/04GK101981299SQ200980112510
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者B·雷科德, J·P·多維爾, M·施萊赫, N·布利瑟, R·C·奧爾蘭多, R·S·岡蒂 申請人:通用電氣公司