CN101086236B - 包括具有定向冷却的汽缸头的内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机汽缸头单元包括若干个从点火板向上延伸的气流气道。公共冷却剂通道在相邻的气流气道之间延伸。第一冷却剂流导向器包括向下延伸到公共冷却剂通道中，以使公共冷却剂通道内的冷却剂流保持附着于相邻气道之间的点火板上表面上的分流器。第二冷却剂通道围绕汽缸头单元的径向外侧部分，且该通道中的冷却剂流由延伸自第二冷却剂流通道后壁的截面的大流量置换器所导向。第二冷却剂流导向器使冷却剂密切接触点火板上表面和至少一个汽缸气道的外侧部分两者。本发明的一个优点是通过以增强的方式冷却相邻气门之间的桥接区域的能力使汽缸头的耐久性得到增强。

Description

包括具有定向冷却的汽缸头的内燃机
技术领域
本发明涉及具有新颖的位于汽缸头内的冷却通道的内燃机。
背景技术
液冷式内燃机已持续使用达一个世纪以上。最初，单汽缸发动机的冷却系统依赖于结合在发动机汽缸中的储液罐，以用可被蒸发的水淹没汽缸外部。后来的冷却系统设计虽然使用了散热器但仍使用在发动机内产生的蒸汽来强制冷却剂通过各种通道。最终，出现了泵冷却。
在以低比输出操作发动机的情况下，对发动机冷却系统的要求并不太高，发动机冷却系统定义为包括在发动机汽缸体和汽缸头内的各种冷却通道。然而，以高水平比输出操作发动机需要大量的燃料，从而对其冷却系统具有很大的要求。此外，冷却系统设计对于发动机汽缸头的某些特定区域是很关键的，如在相邻气门之间延伸的桥接区域(bridge area)。在每个汽缸头单元中具有单个进气门和排气门的两气门发动机，或具有例如两个进气门和一个排气门的多气门发动机，或甚至具有两个或更多进气门和两个或更多排气门的发动机的情况下，这样的桥接区域特别容易遭受热应力及汽缸头点火板(fire deck)裂化。
在本文中所用的术语“汽缸头单元”指具有专用于单个发动机汽缸的单个燃烧室的汽缸头的特定部分。因此，直列四汽缸发动机的汽缸头可以具有四个汽缸头单元。以此类推，V-6发动机的汽缸头可以具有三个汽缸头单元。
通过向受到最大热通量(热通量是根据每表面积单位的热能单位计量)的汽缸头区域，或易于损坏的汽缸头区域，如上述在给定汽缸头单元中的相邻气门之间延伸的桥接区域，应用循环的冷却剂，根据本发明的具有定向冷却的汽缸头允许以高比输出操作。结果，本发明的汽缸头如所述包括“定向”冷却。
发明内容
一种内燃机汽缸头包括若干个从点火板向上延伸的进气道及若干个从点火板向上延伸的、有部分联在一起的排气道。公共冷却剂通道在排气道之间延伸。第一冷却剂流导向器延伸入公共冷却剂通道中，以使冷却剂在公共冷却剂通道内流动从而使保持附着在排气道之间的点火板的上表面(upper surface)上。第一冷却剂流导向器还使冷却剂围绕每个排气道的外部表面流动。
根据本发明的另一个方面，第一冷却剂流导向器包括从在公共冷却剂通道的上壁悬垂的分流器。分流器可以将公共冷却剂通道的至少一部分划分为三个子通道。
根据本发明的另一个方面，内燃机还可以包括围绕汽缸头单元的径向外侧部分延伸的第二冷却剂通道。第二冷却剂通道较佳地包括第二冷却剂流导向器，第二冷却剂流导向器从第二冷却剂通道的后壁延伸到第二冷却剂通道中，以使冷却剂在第二冷却剂通道内流动从而密切接触(impingement)点火板上表面和至少一个进气道的外侧部分。在此实施例中，第二冷却剂流导向器较佳地包括截面的大流量置换器(displacer)。
根据本发明的又一个方面，一种内燃机汽缸头单元包括至少一个从点火板向上延伸的进气道；至少一个从所述点火板向上延伸的排气道；在所述至少一个进气道和所述至少一个排气道之间延伸的公共冷却剂通道；及第一冷却剂流导向器，其向下延伸入所述公共冷却剂通道中，以促使所述公共冷却剂通道内的冷却剂流保持附着于所述进气道和所述排气道之间的所述点火板的上表面上。
总的来说，本发明可应用于包括若干个从点火板向上延伸的气流气道的任何汽缸头单元，其中公共流通道在相邻气道之间延伸。气道可以包括两个进气道、两个排气道，或一个进气道和一个排气道。
根据本发明的汽缸头单元的一个优点是，通过以增强的方式冷却相邻气门之间的桥接区域的能力使汽缸头的耐久性得到增强。
根据本发明的汽缸头单元的另一个优点是，具有本发明的发动机因汽缸头的燃烧室具有更均匀的温度分布的可能性而可以具有更低的辛烷需求。
根据本发明的汽缸头单元的又一个优点是，控制和管理汽缸头热量分布的能力通过允许最佳的点火正时将能提高发动机的燃料经济性。
本发明的其他优点及特征和目标对于本说明书的读者将是显而易见的。
附图说明
图1是本发明的汽缸头的透视图。
图2是以图1的方式切除的根据本发明的汽缸头的一部分的放大视图。
图3是沿图2中的线3-3截取所得的图2的汽缸头的一部分的截面图。
图4是沿图2中的线4-4截取所得的图2的汽缸头的一部分的截面图。
具体实施方式
如图1所示，汽缸头10包括铸件12，若干个凸轮轴轴承壁16形成在铸件12中。通过使用适合的盖使凸轮轴连接到凸轮轴轴承壁16中可将顶置凸轮轴(末示出)紧固到汽缸头10上。汽缸头10具有点火板20，其充当汽缸头10在汽缸体(未示出)上的安装面。本发明的冷却系统目的在于通过点火板20的上表面散热。具体来说，点火板20的上表面24在相邻的排气道34之间延伸，该上表面通过冷却剂对其表面直接的密切接触(impingement)来冷却。如果需要，可以在相邻的进气道30之间建立类似的冷却流，在图1和图2中示出了气道30中的一个。
本领域的技术人员在阅读本说明书后应理解，气道34不仅可以示意性地表示两个排气道，也可以表示为两个进气道，或一个进气道和一个排气道。在任何情况下，公共冷却剂通道38都在部分联合的排气道34之间延伸。换句话说，排气道34在剖面线3-3处彼此非常紧密地连接。第一冷却剂流导向器42如图1和图2所示从通道38的上壁悬垂。该上壁在图3中的38d处示出。第一冷却剂流导向器42将公共冷却剂通道38划分为三个子通道38a、38b和38c。这些子通道在图2中详细地示出。
第一冷却剂流导向器42使公共冷却剂通道38内的冷却剂流保持接触点火板20的上表面24。这在图3中详细示出。流导向器42还使冷却剂密切接触排气道34的外部表面，该外部表面在图2中作为通道38的组成部分示出。没有第一冷却剂流导向器42的干预，冷却剂将会自由地流向通道38的中部而不会保持附着于表面24多长距离(时间)。此外，冷却剂还将会自由地避开气道34的壁面。随着冷却剂流被导向到排气道外部表面34，再循环发生，这将进一步促进和保持冷却剂流与表面24的附着。
图3示出了第一冷却剂流导向器42及其活动。如流向箭头所示，冷却剂流被导向到点火板20的上表面24上。如果冷却剂流导向器42未出现在通道38中，则冷却剂流不会有特性地被导向到点火板20的表面24上。
图4示出了第二冷却剂通道50，该通道也在图1和图2中示出。第二冷却剂通道50围绕所示汽缸头单元的径向外侧部分延伸。如各附图所示，第二冷却剂流导向器54是截面的、横向导向的大流量置换器(displacer)，它从第二冷却剂通道50的后壁50a(图4)延伸出来。第二冷却剂流导向器54如所述是横向导向的大流量置换器，因为它具有弓形的前缘和较宽的主体，该主体用于横向推压冷却剂流，以引起冷却剂流对点火板和相邻汽缸单元的气道区域，包括排气道34(图2)的外侧部分58的密切接触(impingement)。
已示出和描述了本发明的具体实施例，但本领域的技术人员可以想到大量的变体和可替代实施例。因此，应理解，本发明只受限于所附权利要求。

Claims (10)

1.一种内燃机汽缸头单元，包括：
多个从点火板向上延伸的进气道；
多个从所述点火板向上延伸的部分联合的排气道；
在所述排气道之间延伸的公共冷却剂通道；及
第一冷却剂流导向器，其从所述公共冷却剂通道的上壁悬垂向下延伸入所述公共冷却剂通道中，以使公共冷却剂通道内的冷却剂流保持附着于所述排气道之间的所述点火板的上表面，所述第一冷却剂流导向器还使所述公共冷却剂通道内的冷却剂围绕每个所述排气道的外部表面流动，以进一步使再循环发生，所述再循环促进冷却剂流附着于所述点火板的上表面。
2.如权利要求1所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，所述第一冷却剂流导向器包括从所述公共冷却剂通道的上壁悬垂的分流器。
3.如权利要求2所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，所述分流器将所述公共冷却剂通道的至少一部分划分为三个子通道。
4.如权利要求1所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，还包括围绕所述汽缸头单元的径向外侧部分延伸的第二冷却剂通道。
5.如权利要求4所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，还包括第二冷却剂流导向器，所述第二冷却剂流导向器从所述第二冷却剂通道的后壁延伸到所述第二冷却剂通道中，以使所述第二冷却剂通道内的冷却剂在所述第二冷却剂通道内流动从而密切接触所述点火板的上表面和至少一个所述排气道的外侧部分。
6.如权利要求5所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，所述第二冷却剂流导向器包括横向导向的大流量置换器。
7.一种内燃机汽缸头单元，包括：
至少一个从点火板向上延伸的进气道；
至少一个从所述点火板向上延伸的排气道；
在所述至少一个进气道和所述至少一个排气道之间延伸的公共冷却剂通道；
第一冷却剂流导向器，其向下延伸入所述公共冷却剂通道中，以促使所述公共冷却剂通道内的冷却剂流保持附着于所述进气道和所述排气道之间的所述点火板的上表面上，所述第一冷却剂流导向器包括分流器，所述分流器从所述公共冷却剂通道的上壁悬垂，以进一步使冷却剂围绕所述至少一个进气道和所述至少一个排气道中的每个的外部表面流动；及
延伸到围绕所述汽缸头单元的径向外侧部分的第二冷却剂通道中的第二冷却剂流导向器，所述第二冷却剂流导向器包括横向导向的大流量置换器，所述横向导向的大流量置换器从所述第二冷却剂通道的后壁延伸出来，以使冷却剂在所述第二冷却剂通道内流动从而密切接触所述点火板的上表面以及所述至少一个排气道的至少外侧部分。
8.一种内燃机汽缸头单元，包括：
多个从点火板向上延伸的气流气道；
在相邻气道之间延伸的公共冷却剂通道；
第一冷却剂流导向器，其向下延伸入所述公共冷却剂通道中，以促使所述公共冷却剂通道内的冷却剂流保持附着于所述相邻气道之间的所述点火板的上表面上，所述第一冷却剂流导向器包括分流器，所述分流器从所述公共冷却剂通道的上壁悬垂，以进一步使冷却剂围绕所述相邻气道中的每个的外部表面流动；及
延伸到围绕所述汽缸头单元的径向外侧部分的第二冷却剂通道中的第二冷却剂流导向器，所述第二冷却剂流导向器包括横向导向的大流量置换器，所述横向导向的大流量置换器从所述第二冷却剂通道的后壁延伸出来，以使冷却剂在所述第二冷却剂通道内流动从而密切接触所述点火板的上表面以及所述相邻气道的至少一个的至少外侧部分。
9.如权利要求8所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，还包括多个用于将凸轮轴安装到所述汽缸头单元的轴承壁。
10.如权利要求8所述的内燃机汽缸头单元，其特征在于，所述内燃机汽缸头单元包括两个进气道和两个排气道。
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