CN102251872A - 用于内燃发动机的气缸盖 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的气缸盖，包括具有高体积下部和低体积上部的冷却水套。在所述高体积下部中的多个冷却剂立管配置成接收来自气缸体中的冷却剂开口的高压冷却剂。在所述高体积下部和所述低体积上部之间延伸的冷却剂立管限定约束部，以便以预定体积和流量调节从所述高体积下部到所述低体积上部的冷却剂流。

Description

用于内燃发动机的气缸盖
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2010年 5月17日提交的序列号为61/345,361的美国临时专利申请的优先权，在这里通过引用将其全文并入。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及用于内燃发动机的气缸盖，更特别地，涉及具有多区水套的气缸盖，所述多区水套用于气缸盖的定向和/或定制的冷却。
背景技术
随着对车辆经济性特别是车辆燃料经济性的增加的关注，汽车制造商转向替代性的、先进的动力系设计，以便改善性能和提高效率。 一种这样的设计将发动机排气歧管集成到气缸盖里（“IEM”）。这样的集成设计减小了从排气中的热量损失，其可以改善涡轮增压器的性能以及排气后处理装置的性能。发动机整体尺寸中的减小允许在更小型车辆中进行封装。
由于由气缸盖中包含排气所导致的更高温度，所以IEM可能存在特别的冷却需求。更特别地，更接近气缸体面（deck）的气缸盖下部中的温度高于气缸盖上部中的温度，并且从而可能需要更高水平的热去除，并因而可能需要更大量的冷却剂流量。
其他替代性动力系设计例如燃料的气缸直接喷射可能需要燃料喷射器和火花塞被居中放置在气缸盖上部中的燃烧室的顶部。尽管气缸盖的一部分通常需要低水平的热去除，但是燃料喷射器相对于火花塞的接近放置可能导致用于冷却剂流量的减小的面积，由此增加了所需要的热去除水平，并因而需要更大量的冷却剂流量。
因此，期望提供一种气缸盖，其具有提供了下述冷却特性的水套，即，所述冷却特性可以被调整以便解决先进气缸盖例如IEM气缸盖的变化的冷却需要。
发明内容
在示例性实施例中，一种用于内燃发动机的气缸盖组件包括冷却水套，所述冷却水套包括下部和上部；位于所述下部中的多个冷却剂立管，配置成通过气缸盖平面中的冷却剂开口接收高压冷却剂；和延伸在所述下部和所述上部之间的冷却剂立管，限定了变化尺寸的约束部，以便以预定体积和流量调节从所述下部到所述上部的冷却剂流。
在另一个示例性实施例中，提供了一种用于限定内燃发动机的气缸盖中的冷却水套的冷却水芯，所述冷却水芯包括高体积下部和低体积上部；在所述高体积下部中的多个冷却剂立管，配置成限定高压冷却剂入口以接收冷却剂；和延伸在所述高体积下部和低体积上部之间的冷却剂立管，配置成限定变化尺寸的约束部，以便以预定体积和流量调节从所述冷却水套的高体积下部到低体积上部的冷却剂流。
当结合附图，由以下对本发明的详细说明，本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将变得明显。
附图说明
仅作为示例，在以下对实施例的详细说明以及参照附图的详细说明中体现了其它的目的、特征、优点和细节，附图中：
图1是具体体现了本发明特征的气缸盖的俯视图；
图2是图1的气缸的仰视图；
图3是具体体现了本发明特征的冷却水套芯的透视图；
图4是沿图1的气缸盖的线4-4所取的剖视图；
图5是沿图1的气缸盖的线5-5所取的剖视图；
图6是沿图1的气缸盖的线6-6所取的剖视图；
图7是具体体现了本发明特征的冷却水套芯的俯视图；
图8是具体体现了本发明特征的冷却水套芯的局部仰视透视图；和
图9是沿图2的气缸盖的线9-9所取的剖视图。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的，并不意在限制本本发明、应用或使用。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记指示相同或对应的部分和特征。
现在参考图1和图2，本发明的示例性实施例是针对应用于内燃发动机（未示出）的气缸盖组件10。该气缸盖包括上部12，上部12包括多排凸轮轴支撑件14，多排凸轮轴支撑件14沿着气缸盖的轴线16平行地延伸。 凸轮轴（未示出）操作气门提升器（未示出）的远端，所述气门提升器（未示出）的远端延伸到气缸盖组件10的上部12中的间隙调整器开口18。 轴向延伸的谷部20在凸轮轴支撑件之间延伸并且平行于凸轮轴支撑件，并且包括置于其中的多个燃料喷射器端口22和火花塞端口24。
气缸盖组件10的下部26（图2）包括气缸盖平面28，气缸盖平面28配置成与气缸体的上平面（未示出）密封地配合。气缸盖平面28包括穿过其中的多个燃烧室30的开口。每个燃烧室30具有一个或多个进气开口32和排气开口34，所述一个或多个进气开口32和排气开口34配置成燃烧空气的入口和燃烧气体从其离开的出口。在图2示出的实施例中，燃料喷射器端口22和火花塞端口24通向每个燃烧室30。在其他实施例中，燃料喷射器可以定位在燃烧室30的上游，由此消除了使燃料喷射器端口22位于燃烧室中的需要。 定位在气缸盖平面28周围的冷却剂开口36提供了从气缸体到气缸盖组件10的发动机冷却剂流，用于从中去除过多的热。
气缸盖组件10包括集成的排气歧管（IEM）38，集成的排气歧管（IEM）38铸造在气缸盖下部26中。因为来自于流动通过IEM 38的排气的热的缘故，所以需要有效的冷却以便从IEM周围的位置去除过多的热。在气缸盖组件10的示例性实施例中（图3、图7和图8）例示了冷却水套40的芯39（图4、图５、图6和图9），芯39在管理由IEM 38和它的其他特征所产生的热负载方面是有效的。清楚起见，冷却水套40和芯39的特征将被类似地描述，使得气缸盖组件10的冷却系统的操作将得到清楚的理解，其中芯39在气缸盖组件10的铸造期间用于形成冷却水套。
在示例性实施例中，冷却水套40的芯39包括上部42和下部44。 冷却水套40的下部44包括一系列冷却剂立管（riser）46，所述一系列冷却剂立管46配置成接收来自气缸体（未示出）中的冷却剂开口的高压冷却剂。延伸在发动机气缸体和冷却水套40的下部44之间的冷却剂立管46的数目和直径引起冷却剂的大的体积和流量，以便解决IEM 38的冷却需求以及在燃烧室30周围的热需求，其可包括由气缸盖组件10经受的最高温度。在去除来自这些区域的过多热后，冷却剂通过冷却剂出口48从气缸盖组件10去除，并且循环通过合适的冷却器，例如散热器或换热器（未示出）。
冷却水套40的上部42包括一系列冷却剂立管52，所述冷却剂立管52配置成接收来自冷却水套40的下部44的加压冷却剂。冷却剂立管52限定约束部53（图4）。延伸在冷却水套40的下部44和上部42之间的冷却剂立管52的数目和直径配置成导致冷却剂的预定体积和流量，从而解决上部42的各种冷却需求。如图4和5中所示，限定冷却剂立管52的上到下的触点或连接器（冷却水套的上部42和下部44在接触点或连接器处相接），沿着其长度变化并且操作为约束部以独立改变从下部到上部的冷却剂流量。在去除来自这些区域的过量热后，冷却剂通过冷却剂出口48从气缸盖组件10去除，并且循环通过合适的冷却器，例如散热器或换热器（未示出）。
钻削的冷却喷嘴56（图3、图7、图8和图9）相邻于燃料喷射器端口22和火花塞端口24在气缸体面到冷却通道54之间延伸，其由于围绕这些特征的受约束区域可能需要更高的冷却剂流速和体积用于充分的热去除。利用在气缸体面和冷却通道54之间的较高的压差，通过冷却通道54建立显著更高的冷却剂流速，从而引起从燃料喷射器端口22和火花塞端口24周围的目标（targeted）热去除。冷却喷嘴可以从气缸体面延伸到定位在冷却水套40的下部44中的冷却通道54（图8），或者在替代性实施例中，可以从气缸体面延伸到定位在冷却水套40的上部42中的冷却通道54（图9）。将冷却通道54定位在冷却水套的上部42中将利用在气缸体面中的冷却剂和冷却水套40的上部42中的冷却剂之间的显著更高的压差。通过冷却通道54的更高的冷却剂流速导致了从燃料喷射器端口22和火花塞端口24周围热去除明显增加。
尽管参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员能够实现各种变化，并且可以用等同物替代它们的元件。另外，可以实现许多修改以便使特定的情况或材料适应本发明的教导，而不会脱离其实质范围。因此，本发明并不意在被限制于作为用于实现本发明所设想的最佳模式公开的特定的实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的全部实施例。

Claims (8)

1. 一种用于内燃发动机的气缸盖组件，其包括：
包括下部和上部的冷却水套；
位于所述下部中的多个冷却剂立管，所述多个冷却剂立管配置成通过气缸盖平面中的冷却剂开口接收高压冷却剂；和
在所述下部和所述上部之间延伸的冷却剂立管，限定变化尺寸的约束部，以便以预定体积和流量调节从所述下部到所述上部的冷却剂流。
2. 如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述约束部沿着所述冷却水套的长度尺寸改变，并且配置成单独改变冷却剂从所述下部到所述上部的流量。
3. 如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，其还包括∶
钻削的冷却喷嘴，其在所述冷却水套的下部中相邻于燃料喷射器端口、火花塞端口或者这两者延伸在所述气缸盖平面和冷却通道之间，以便引导穿过其中的目标的冷却剂流。
4. 如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，其还包括∶
钻削的冷却喷嘴，所述钻削的冷却喷嘴在所述冷却水套的上部中相邻于燃料喷射器端口、火花塞端口或者这两者延伸在所述气缸盖平面和冷却通道之间，并且配置成利用相邻于所述气缸盖的燃料喷射器端口、火花塞端口或者这两者的冷却通道和所述气缸盖平面之间的压差，以便引导穿过其中的目标的冷却剂流量。
5. 一种冷却水芯，用于在内燃发动机所用的气缸盖中限定冷却水套，所述冷却水芯包括∶
高体积的下部和低体积的上部；
在所述高体积的下部中的多个冷却剂立管，所述多个冷却剂立管配置成限定接收冷却剂的高压冷却剂入口；和
延伸在所述高体积的下部和低体积的上部之间的冷却剂立管，配置成限定变化尺寸的约束部，以便以预定体积和流量调节从所述冷却水套的高体积下部到低体积上部的冷却剂流。
6. 如权利要求5所述的冷却水芯，其特征在于，所述约束部沿着所述冷却水套的长度尺寸改变，并且配置成单独地改变冷却剂从所述下部到所述上部的流量。
7. 如权利要求5所述的冷却水芯，其特征在于，其还包括：
钻削的冷却喷嘴，其在所述冷却水套的下部中相邻于燃料喷射器端口、火花塞端口或者这两者连接到冷却通道，以便引导穿过其中的目标的冷却剂流。
8. 如权利要求5所述的冷却水芯，其特征在于，其还包括:
钻削的冷却喷嘴，所述钻削的冷却喷嘴在所述冷却水套的低体积上部中相邻于燃料喷射器端口、火花塞端口或者这两者延伸在所述高体积下部和冷却通道之间，并且配置成利用相邻于所述气缸盖的燃料喷射器端口、火花塞端口或者这两者的冷却通道和所述高体积下部之间的压差，以便引导穿过其中的目标的冷却剂流量。
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