CN101099037A - 气缸盖冷却套 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机气缸盖的冷却套铸芯(1)以及相应的方法，用于改善气缸盖的耐压性并保证气缸盖容易制造。冷却套铸芯(1)包括至少一个冷却套(2)的模子，冷却套铸芯(1)在纵轴线方向上具有缝隙(20)，缝隙(20)至少近似垂直于冷却套铸芯(1)的纵向延伸长度布置。

Description

气缸盖冷却套
技术领域
本发明涉及多缸内燃机气缸盖的冷却套铸芯以及气缸盖和相应的气缸盖制造方法。
背景技术
在符合希望的功率提升过程中，活塞式内燃机的改进导致了更高的活塞工作压力。尤其在同时提出减轻重量的情况下，这对气缸盖的机械稳定性提出更高要求。有人试图借助适当的气缸盖造型来满足这种要求。例如，此前，WO2004/038206A1提出了一种形态稳定的气缸盖。
发明内容
本发明的任务是改善气缸盖耐压性并保证这样的气缸盖易制造。
根据本发明，通过按照权利要求1的气缸盖的冷却套铸芯、按照权利要求11的气缸盖以及按照权利要求20的气缸盖制造方法来完成该任务。在各自的从属权利要求中给出了其它的有利设计和改进方案。
根据本发明的、用于制造内燃机气缸盖的冷却套铸芯包括至少一个冷却套模子。冷却套铸芯大致在曲轴纵轴线方向上具有至少延伸一段距离的缝隙，该缝隙至少在局部将冷却套铸芯分开。根据一个改进方案，该缝隙至少局部延伸于冷却套模子中。该缝隙最好至少近似有这样的深度，即该深度垂直于冷却套铸芯的纵轴线布置。缝隙的纵延伸走向平行于配属于内燃机气缸盖的曲轴。
通过至少局部分开冷却套铸芯，在铸造时将由铸造材料构成呈横隔形式的相应细长的结构，横隔优选与上层板和/或火焰板相连。冷却套内的模子形成将在铸造中成型的冷却套。冷却套模子最好有多个管接头模子，用于能够在制成的冷却套中输入和排出冷却介质优选是水，以便冷却。冷却套铸芯优选垂直于火焰板地构成一个基本连贯的体积。尤其是，可以在制成的冷却套中的上层板和火焰板之间实现冷却介质循环流动。
分隔用缝隙最好延伸于冷却套铸芯的整个高度上。尤其是，由此在铸造时出现细长结构，该细长结构将上层板和火焰板相互连接起来。
在一个有利的变型方案中，该缝隙至少近似沿整个冷却套铸芯延伸。分隔壁最好在这样的区域内延伸，即该区域在内燃机气缸盖中对应于气缸。在气缸直列布置结构中，缝隙例如从第一气缸延伸至最后一个气缸。
在另一个变型方案中，该缝隙具有反的格栅结构或/和弧形结构。这样一来，在铸造中尤其是由铸造材料形成格栅结构或/和弧形结构，它最好把火焰板和上层板连接起来。尤其是，格栅结构能够在稳定性最好仅略微降低的同时获得轻便结构。此外，弧形结构尤其呈桥拱状。
在一个优选的设计中，冷却套铸芯至少由两部分构成。尤其是，冷却套铸芯包括至少一个带有第一冷却套模子的第一组成部分和带有第二冷却套模子的第二组成部分。第一和第二组成部分最好都具有各自至少一个入流管接头的和排流管接头的模子。冷却套的这两个组成部分最好构成其中冷却介质可彼此无关地流过的冷却套。
特别是针对进入要用气缸盖封闭的气缸而言，冷却套铸芯最好至少近似垂直于纵轴线被间断开，以便形成至少一个用于至少一个圆顶或管座、尤其是用于至少一个喷射器和/或至少一个进气道和/或排气道、和/或螺栓的圆顶或管座的缺口。例如，在对应于气缸盖的内燃机气缸区域内，分别设有一个用于输送填充流体的喷射器的、用于换气阀(Gaswechelventil)的和/或喷油嘴的管座。相对对应的火焰板的法线来说，上述管座最好能成一个不等于零的角度。该缝隙最好过渡变为多个缺口，并且这些缺口相互连通，在这里，这些缺口分别对应于管座和/或圆顶的反像。
为了改善圆顶或管座的冷却，冷却套铸芯最好在缺口区域内具有连通部。这样一来，保证了冷却介质在随后的气缸盖中绕圆顶或管座环流。
冷却套铸芯最好是砂芯。根据另一个设计方案，将借助快速原型系统来制造铸芯。优选这样的装置作为快速原型系统，其中最好首先借助三维数据组尤其由CAD系统完成横截面，随后通过适当的制造方法由此产生待制造的部件。例如，为此可以采用立体成型法(Stereolithograhie)、选择激光烧结、LOM(Laminate Object Manufacture，层叠物体制造)或者例如FDM(Fused Deposition Modelling，熔融淀积成型)。
根据本发明的又一个构想，提供一种多缸内燃机的气缸盖，它至少包括火焰板、上层板和流体冷却套。流体冷却套借助横隔至少在局部被分开，横隔本身垂直地且沿火焰板和上层板延伸。横隔走向最好至少近似平行于对应于内燃机气缸盖的曲轴。该横隔优选地与火焰板和/或上层板连接。优选地，在气缸盖中形成的冷却套垂直于火焰板地形成一个基本连贯的体积。尤其是，可以实现火焰板和上层板之间的冷却介质循环。最好通过横隔获得火焰板和/或上层板的加强。横隔走向尤其可以是非直线的。例如，横隔可以在纵向上以蜿蜒、锯齿状或总体不规则的方式延伸。例如，对应于气缸盖的内燃机气缸横截面分别大致居中经过。在大致居中延伸的情况下，横截面例如被分为同样大小的面积，其中横隔走向在一个横截面内可以是不规则的。尤其是，可以通过不同方式使横隔经过不同的横截面。此外，横隔可以偏心地经过横截面或者在横截面旁经过。
在另一个变型方案中，横隔在气缸盖的整个高度上延伸于火焰板和上层板之间。尤其是，横隔使火焰板和上层板相互连接，并最好在火焰板和上层板之间构成加强结构。
特别为了减轻重量如此设计气缸盖，即横隔呈格栅形状或/和弧形形状。例如，横隔呈桥拱形。此外，横隔例如呈格栅支撑件的形式。气缸盖优选具有两种构造特征的组合。
横隔最好至少近似地沿整个气缸盖长度延伸。尤其是，横隔经过从对应的多缸内燃机的第一气缸到最后一个气缸的气缸盖区域，在这里，气缸以直列方式布置。
横隔具有尤其是可变的0.3毫米至15毫米的宽度，优选3毫米至10毫米的宽度。横隔的宽度和进而壁厚可以在横隔的高度和最好是其长度上变化。例如，横隔在尤其是与火焰板和/或上层板相连的连接区域内具有比在火焰板和上层板之间的中央区更大的壁厚。在一个为获得更好的热传递而提高热输入的区域内的壁厚优选比中央区域薄。
为了更好地冷却圆顶或管座，横隔优选在圆顶或管座的区域内是间断的。此时最好如此形成间断，即圆顶或管座且尤其是喷射器的圆顶被冷却介质环绕流过。
尤其为了提高气缸盖的稳定性，横隔同至少一个圆顶或管座相连接。根据位置的不同，横隔例如在多缸直列布置的情况下与所有的喷射器圆顶和/或一列阀管座相连。
在另一个设计方案中建议，流体冷却套包括至少两个具有尤其不同体积的冷却介质流路。例如，两个冷却介质流路在分隔体的两侧延伸。两个冷却介质流路最好分别在分隔体的纵向端上会聚。例如不同的流体物流流经两个冷却介质流路，在此例如可以强度不同地冷却进气阀和排气阀。
流体冷却套优选至少由两部分构成。尤其是，将冷却套分隔为第一和第二冷却套。为此，分隔最好在一个从对应于气缸盖的内燃机第一气缸至最后一个气缸的区域内连贯地在气缸盖的长度和整个高度上进行。第一和第二冷却套最好可以彼此无关地被冷却介质流过，尤其是由分开的最好具有不同流体物流的冷却介质循环。最好分别在第一和第二冷却套的纵向端上各设一个用于在分隔体的两侧延伸的冷却套的管接头。
尤其是针对轻便结构，作为气缸盖材料，选择轻金属，尤其是轻金属合金。作为材料主要成分，优选铝和/或镁。此外，可以采用灰铸铁以及蠕墨铸铁(Vermikularguss)。
根据本发明的另一个构想，提出一种借助铸造工艺制造多缸内燃机气缸盖的冷却套的方法，其中为了形成冷却套而采用一个如此设置的冷却套铸芯，在浇铸时形成一个布置在纵轴线方向上的横隔，该横隔至少局部分隔开冷却套，并且至少近似垂直于冷却套的纵向延伸长度地延伸。
一个改进方案是，冷却套铸芯最好至少由两部分构成。这允许由多个零件制造出很大型的铸芯，这些零件随后必须被组装在一起。这样，铸芯也可以例如借助小型的铸芯闭式压模设备来制造。
在一个优选设计中规定，冷却套铸芯的组成部分最好至少在一个用于形成尤其是喷射器和/或进气阀和/或排气阀的圆顶或管座的区域内相互连接。冷却套铸芯的操作尤其是组成部分的可靠相互对准最好得到改善。特别优选以下述方式完成连接，即可以实现所形成的圆顶或者管座和例如容纳于其中的喷射器的环流。除了冷却套铸芯的组成部分外，为了连接也可以考虑至少另一个铸芯部分，例如气缸盖中间层板的铸芯。尤其是，使气缸盖所需的所有铸芯在铸造之前相互连接。
为了连接最好规定，冷却套铸芯的组成部分相互粘结。不过，这些部分也可以形状匹配地相互连接，最好是无需进一步的固定。
为了获得轻便结构，作为铸造材料优选轻金属或者轻金属合金。优选铝和/或镁作为材料主要成分。
附图说明
以下，结合附图来举例详细说明本发明。但在这里，特征不局限于这些设计方案。相反，在附图和/或包括附图说明的说明书中给出的特征可以组合成改进方案。其中：
图1表示气缸盖的冷却套铸芯；
图2表示气缸盖的示意横截面图；
图3表示第一横隔；
图4表示第二横隔；
图5表示第三横隔。
具体实施方式
图1以简化示意图表示气缸盖的冷却套铸芯1。在这里，它是直列六缸内燃机的气缸盖。但是，它也可以是用于任何其它多缸发动机如三缸发动机或者四缸发动机的气缸盖。冷却套铸芯1在待铸造的气缸盖中构成一个空腔，并且它是冷却水套2内的模子。冷却套铸芯1因而在对应的成品气缸盖中构成冷却介质流路，尤其是是冷却水流路。为了给所属的气缸盖供应冷却水，设置了相应的管接头，冷却套铸芯的纵向设有第一管接头3的和第二管接头4的模子。还设有其它管接头，用于在对所属的未示出内燃机的相应气缸进行供应的缺口的区域内额外供应冷却介质。第三管接头5、第四管接头6、第五管接头7、第六管接头8和第七管接头9设置在一个纵向侧面。沿着第一纵轴线10，尤其是曲轴纵轴线11，设有多个气缸供应区，即具有用于对相应的未示出的六个气缸进行供应的缺口的第一气缸供应区12.1、第二气缸供应区12.2、第三气缸供应区123、第四气缸供应区12.4和第五气缸供应区12.5以及第六气缸供应区12.6。在每个气缸供应区中，分别设有第一缺口15、第二缺口16、第三缺口17以及第四缺口18，用于进气阀的管座。在第一气缸供应区12.1的中心设有第五缺口19，用于点火件或灼热件的圆顶。相应地，同样在其余的气缸供应区中设有这样的缺口。冷却套铸芯的缝隙20沿气缸供应区的中心线13延伸，所述缝隙将冷却套铸芯分开。在铸造过程中，缝隙20区域填充铸造材料并且由铸造材料形成横隔。
图2表示气缸盖的示意横截面。在这里，它是四缸内燃机的气缸盖的简化视图，其中，在此处都未示出的、对应于气缸盖的第一气缸和第二气缸之间完成剖分。
以下，作用相同的构件具有相同的标记和名称。
在这里，气缸盖被简化表示为长方体，它包括火焰板21、上层板22、第一侧壁23和第二侧壁24以及在此未示出的端壁。火焰板21包括气缸的第一覆层25、第二覆层26和第三覆层27，用于在此未示出的各自对应的内燃机气缸。这些覆层沿第二纵轴线28布置。在气缸盖中设有在此呈竖直的隔壁形式的横隔20.1。横隔20.1如此设置，即它在中心经过气缸覆层的横截面。在这里，这由横隔20.1投影于气缸盖底面21的投影29来表示。横隔20.1将气缸盖纵分为冷却套的第一部分30和第二部分31。在这个简化例子中，冷却介质可以沿纵向流过这两个部分。与在此简化的视图不同，气缸盖可以尤其近似垂直于气缸盖底面21地也被至少一个例如至少用于换气阀或/和喷射器和/或螺栓的圆顶或管座穿过，这对应于图1所示的实施例。此外，气缸盖也可以包括至少一个中间层板。
图3在这里以侧视图表示第一横隔32。该横隔配备有圆形缺口33。该缺口尤其能在获得基本相同的连贯横隔稳定性的同时实现轻便结构。例如，圆形缺口33可以如此布置，即在圆顶或管座的且尤其是喷射器圆顶的区域内，保证了同样的环绕流动。第一横隔32可以完全沿直线在一个对应于图面的平面中延伸。不过，第一横隔32同样可以至少部分在该平面外延伸。例如，第一横隔32呈蜿蜒状、锯齿状或者总体说不规则地相对该平面延伸。尤其是，第一横隔32可以至少扭转一次。
图4表示第二横隔34。它具有弧形缺口35。该缺口尤其能够与图3所示的圆形缺口一样在获得至少基本相同的连贯横隔稳定性的同时实现轻便结构。此外，弧形缺口35可以如此布置，即在圆顶或管座的尤其是喷射器圆顶的区域内，保证了同样的环绕流动。与在此所示的视图不同，缺口也可以是相应不对称地形成的，以便例如能改善管座或圆顶的环流。与图3所示的第一横隔一样，第二横隔34也可以完全呈直线状延伸于一个对应于图面的平面中。不过，第二横隔34同样可以至少部分在该平面外延伸。例如，第二横隔34也可以呈蜿蜒状、锯齿状或总体说不规则地相对该平面延伸。第二横隔34也可以至少扭转一次。
最后，图5表示第三横隔36，它呈格栅肋片结构37的形式。与在此示出的视图不同，格栅肋片结构37也可以不规则地延伸。尤其是，它可以具有弯曲的部分，因而例如得到了正弦形侧视图。与图3所示的第一横隔一样，第三横隔36也可以完全呈直线状延伸于对应于图面的平面内。不过，第三横隔36同样可以至少部分地在该平面外延伸。例如第三横隔可以呈蜿蜒状、锯齿状或总体不规则地相对该平面延伸。第三横隔36也可以至少扭转一次。尤其是，第三横隔36可以如此设计，即锯齿结构的转向点位于不同的平面内。

Claims (22)

1、一种用于制造内燃机气缸盖的冷却套铸芯(1)，该冷却套铸芯(1)包括至少一个冷却套模子(2)，其特征在于，该冷却套铸芯(1)大致在曲轴纵轴线方向上具有延伸的缝隙(20)，该缝隙至少在局部分开该冷却套铸芯(1)。
2、根据权利要求1所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)至少局部延伸于该冷却套模子中。
3、根据权利要求1或2所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)至少近似具有以下深度，即该深度垂直于该冷却套铸芯(1)的纵轴线布置。
4、根据权利要求1或2或3所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)延伸于该冷却套铸芯的整个高度上。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)至少近似沿整个冷却套铸芯延伸。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)的上表面具有反的格栅结构或/和弧形结构。
7、根据权利要求1至6中任一项所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该冷却套铸芯(1)至少由两部分构成。
8、根据权利要求1至7中任一项所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)过渡变为许多缺口，这些缺口彼此连通，这些缺口分别对应于管座和/或圆顶的反像。
9、根据权利要求1至8中任一项所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该缝隙(20)相对于反的燃烧室顶偏心地延伸穿过该冷却套铸芯(1)。
10、根据权利要求1至9中任一项所述的冷却套铸芯(1)，其特征在于，该冷却套铸芯(1)利用快速原型系统制造。
11、一种多缸内燃机的气缸盖，该气缸盖至少包括火焰板(21)、上层板(22)和流体冷却套，其特征在于，该流体冷却套至少在局部上借助横隔(20.1)被分开，所述横隔本身垂直且沿该火焰板(21)和该上层板(22)延伸。
12、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该横隔(20.1)在该火焰板(21)和该上层板(22)之间延伸于该气缸盖的整个高度。
13、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该横隔(20.1)至少局部呈格栅形状和/或弧形。
14、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该横隔(20.1)本身至少近似延伸于整个气缸盖的长度。
15、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该横隔(20.1)具有尤其是变化的3毫米至10毫米宽度。
16、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该横隔(20.1)与多个圆顶或管座相连。
17、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该流体冷却套包括至少两个尤其有不同体积的冷却介质流路，所述冷却介质流路通过该横隔(20.1)至少在局部被分开。
18、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，该流体冷却套至少由两部分构成。
19、根据权利要求11所述的气缸盖，其特征在于，作为气缸盖材料，选用轻金属，尤其是轻金属合金。
20、一种借助铸造来制造多缸内燃机气缸盖的冷却套尤其是根据权利要求11至19之一所述气缸盖的冷却套的方法，其特征在于，对于该冷却套，采用按照权利要求1至10之一所述的冷却套铸芯，该冷却套铸芯如此布置，即在浇铸时形成一个布置于纵轴线方向上的横隔(20.1)，该横隔至少在局部分开该冷却套并且至少与该冷却套的纵向延伸方向近似垂直地延伸。
21、根据权利要求20所述的方法，其特征在于，将该冷却套铸芯(1)的组成部分相互粘结在一起。
22、根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，作为铸造材料，采用轻金属、轻金属合金或者灰铸铁。
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