CN104696092A - 整体结构的液冷式内燃机的气缸体及用于其制造的铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液冷式气缸体(1)，其具有多个由共同冷却套管(7)包围的气缸，该气缸体(1)在冷却套管(7)与各环流气缸之间具有第一冷却水腔(6)并在气缸(4、5)上方具有与第一冷却水腔(6)流体连通的第二冷却水腔(19)。为实现对气缸体(4)充分均匀的冷却，在冷却套管(7)的纵面安装配流管(10)和集流管(11)，将配流管(10)与第一冷却水腔(6)分开的冷却套管(7)具有与各气缸(4、5)相关联的第一通孔(24)，并且集流管(11)通过一列第二通孔(28)与设置于其上方的第二冷却水腔(19)保持连通。

Description

整体结构的液冷式内燃机的气缸体及用于其制造的铸模

技术领域

本发明涉及一种整体结构的液冷式内燃机的气缸体，其具有多个呈直线排列且由共同冷却套管围绕的气缸，其中第一冷却水腔构造于冷却套管与各环流气缸之间，第二冷却水腔设置于这些气缸上方并与第一冷却水腔流体连通，其中在冷却套管的纵向侧，配流管沿纵向安装于所述冷却套管纵面的一侧，集流管沿纵向安装于另一侧，这两个管道分别具有用于外部冷却回路的接口。

在这种内燃机中，气缸体与气缸盖一体成型。在该结构中，无法装配气缸套。而这种结构方式却能受到极强的冷却并由此适于高功率密度的发动机。在具有多个直列式气缸的发动机中，各气缸均需尽量获得同等强度的冷却，而这并不容易实现。

背景技术

第DE4033623C1号专利文献涉及一种汽油发动机，其缸体是由多个彼此焊接的部件及彼此相连的气缸组成。配流管和集流管均非失芯浇铸成型的细管且均未超出气缸的整体高度。各气缸的四周均未形成环流。在该文中并未披露盖区域的冷却水如何从该部分向下流入集流管中。

第JP H05-19542U号专利文献仅涉及对气缸盖的冷却。冷却水自配流管向上流入气缸盖的冷却水腔中，随后再向下流入集流管中。配流管和集流管均为铸造成型后固定于发动机缸体上的单独部件。在该文中并未提及对气缸壁的冷却。

在由第JP H05-66219U号专利文献知悉的发动机中，配流管以螺旋方式固定于气缸列两侧，冷却水分别由这两个配油管朝向气缸壁流入第一冷却水腔。由于其连接关系，并未在气缸四周形成环流，而仅在其上方区域形成环流。由于冷却水升入气缸盖中的第二冷却水腔并通过喷管自此流出，因此在该发动机中未设集流管。

第DE102009023530A1号专利文献虽大概涉及一种气缸体，但仅描述了用于气缸体的铸芯。相应地，配流管和集流管的截面较小且并未设置在气缸壁的至高处，而是设于其下方。冷却水从配流管仅在一侧沿楔形构件向上流入左侧的冷却腔中。在该气缸体中，仅先在气缸一侧形成环流。冷却水流经气缸盖之后，如此持续升温的冷却水自上方流入右侧的冷却腔中。因此，对气缸的冷却并不均等对称。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述缺陷，利用整体结构的特征实现强度足够的均匀冷却，同时尽可能简化制造过程。

根据本发明可实现一种整体结构的液冷式内燃机的气缸体，其具有多个呈直线排列且由共同冷却套管围绕的气缸，其中第一冷却水腔构造于冷却套管与各环流的气缸之间，第二冷却水腔设置于气缸上方并与第一冷却水腔流体连通，配流管沿纵向安装于冷却套管纵面的一侧，集流管沿纵向安装于其另一侧，这两个管道分别具有用于外部冷却回路的接口，其中配流管及集流管与气缸体一体铸成并延伸至气缸的整个高度；将配流管与第一冷却水腔分开的冷却套管具有与各气缸相关联的第一通孔，所述第一通孔指向气缸靠近冷却套管纵面的部分，由此使冷却液在两侧绕气缸环流；配流管及集流管是具有大过流截面的通道且向上伸至气缸座的高度；集流管通过一列第二垂直通孔在气缸座的平面上与设置于其上方的第二冷却水腔保持连通。

由配流管将冷却水就速度、压力及温度方面而言均匀分布于各气缸。其原因在于，集流管设置于气缸体另一侧上，在这两个管之间不会产生非理想的热传递。通过将管道安装在相对的两侧，管道可延伸至气缸的整个高度，从而可在仅略微增大气缸宽度的情况下实现更大的过流截面，第一通孔可极深地设置于冷却水腔中。

在铸造气缸体时由型芯部件形成配流管与冷却水腔之间的第一通孔，因此可将其制成较大尺寸且具有任意形状。由此，在各个气缸四周形成均匀环流。其原因还在于，集流管通过一列第二通孔与设置于其上方的第二冷却腔保持连通，冷却水在盖部分中也均匀流动。

在有利的实施方案中，至少局部气缸壁超出气缸座伸入第二冷却水腔中，设置多个水平的连接孔径以使第一冷却水腔与第二冷却水腔形成流体连通。

在一种等同变化中，围绕气缸壁的冷却水腔从上方钻孔或至少其部分圆周向上开口，从而气缸壁及气缸座受到极强的冷却。由此，冷却水环绕气缸壁四周流动并且垂直向上直接流入第二冷却水室。

其优势在于，配流管和集流管具有较大的过流截面并向上伸至气缸座的高度且向下远伸。由此，管道可配合发动机缸体的外轮廓，这在铸造技术方面同样具有优势。由于截面较大，气缸壁不会产生涡流，则在压力损失最小且速度较高的情况下顺着气缸壁导流，借此热传递系数超高。

较佳地，第二冷却水腔上方由沿流动方向向上倾斜的罩壁界定并且由排气管插入其中。由于在气缸壁四周向上形成环流，因此在第二冷却水腔中向集流管侧的流量增大。倾斜的罩壁导致过流截面相应增大。最终适当地绕着穿入第二冷却水腔的排气管形成环流。如此，超热的气缸座亦可根据需要而受到冷却。

较佳地，第二冷却水腔达至集流管之上并且通过集流腔顶壁中的多个第二通孔与其流体连通。如此，第二通孔可在铸造中制成并且可外壁能够较平。

本发明还涉及一种铸模，该铸模能以最低限度的额外耗费制造根据本发明的气缸体。此外，该铸模的大部分型芯部件不加改动即可用于制造常规的气缸体。有关型芯部件根据本发明的改进之处包括：对应于冷却水套的型芯部件通过第一型芯颈在一侧与对应于配流管的型芯部件相连并在另一侧与对应于集流管的型芯部件相连或者与其一体成型，其中一侧上的型芯颈对应于第一通孔，配流管通过该第一通孔与冷却水腔流体连通，另一侧上的型芯颈借由型芯孔固定栓与外界隔离。通过这种方式，由于型芯颈原本即用于确定管道的位置，因此无需任何额外耗费即可形成第一通孔。型芯颈不必呈筒状，利用其轮廓可优化气缸壁的绕流。

根据本发明的另一改进之处包括：对应于集流管的型芯部件通过第二型芯颈与对应于第二冷却水腔的型芯部件保持连接，其中第二型芯颈对应于第二通孔，第二冷却水腔通过该第二通孔与集流管流体连通。第二型芯颈由铸模的分型面分开。

附图说明

下面将参照根据本发明的气缸体及铸模的附图阐明本发明。其中：

图1表示由气缸体沿图2中线I-I的横截面图；

图2表示沿图1中线II-II的水平剖面图；

图3表示根据本发明改进的铸模型芯部件的轴测图；

图4A表示沿图3中线III-III的剖面图；

图4B表示如图3所示铸模型芯部件的局部俯视图；

图5表示图1的等同变化方案。

具体实施方式

在图1中，总体以标号1表示气缸体。该气缸体1包括气缸部分2及与其一体成型的盖部分3。气缸部分2包括若干分别由气缸壁4及气缸座5组成的气缸。气缸壁4四周共同受到第一冷却水腔6的冲刷，而该第一冷却水腔6则由冷却套管7围绕。气缸壁4、冷却水腔6及冷却套管7至少在一处伸出气缸座并分别在此处构成具有水平排放孔9的凸起部8。在本文中，术语“冷却水”表示任意冷却液。

冷却套管7构成各面沿气缸体1长度方向延伸的管道在气缸侧的侧壁。在图1中，在右侧构造配流管10，在另一侧构造集流管11。这两个管道10、11下方由底壁12界定，该底壁12构成下部，气缸壁4在该下部转向冷却套管7。底壁构成平面，气缸体利用该平面置于曲轴箱(图中未示)上。这两个管道10、11上方在气缸座5的高度由顶壁14界定。在图1中，气缸座5及顶壁14处于同一平面内并相互成一体。这两个管道对外分别由侧壁15、16界定。配流管10通过多个第一通孔24与第一冷却水腔6流体连通。这些通孔沿纵向分布成使每一通孔均指向气缸壁。其高度约在气缸壁4的中间，亦或略高或略低。其轮廓可不呈圆形。其通过截面可因气缸而异。经由通孔24流入的冷却水绕气缸壁4流动，向上经由排放孔9流入位于其上方的第二冷却水腔19。对此，在凸起部8中引入贯穿的水平孔径17并借由滚珠18闭锁一侧。由此，孔径17可由外部在制成的铸件上钻孔而成。后者结合图2可见。

第二冷却水腔19在气缸座5和顶壁14之上延伸经过各气缸。其突出于集流管11之上并且侧面由侧壁16界定。其上方由罩壁20界定，该罩壁20自侧面经过集流管11向下倾斜，直至配流管10之上的顶壁14。由通气管21(用于燃烧空气及废气)插入第二冷却水腔19。在其上的腔室26中具有气门机构(图中未示)。由第二通孔28贯通集流管11上方的顶壁14，第二通孔28建立第二冷却水腔19与集流管11之间的流体连通。

在冷却套管7中，在第一冷却水腔6与集流管11之间视铸造技术而定的通孔由型芯孔固定栓闭锁。同样的型芯孔固定栓31设置于侧壁15、16中。在配流管10和集流管11的端侧设置用于冷却水流入或流出的接口22、23，由此用于连接外部冷却系统(图中未示)，如循环泵、热交换器等。

图3和图4表示用于铸造根据本发明的气缸体1的本发明主要型芯部件。其他型芯部件就整体结构中的发动机而言通常不涉及根据本发明的特征。以标号40表示对应于第一冷却水腔6的型芯部件。其两侧通过多个型芯颈41与对应于配流管10的型芯部件42及对应于集流管11的型芯部件46相连。在图中仅概略表示出该型芯颈41。这些型芯颈41可一体连接型芯部件40、42、46或者是插入其他各型芯部件对应凹槽中的销子。

型芯颈41在铸造中形成第一通孔24，这些第一通孔24在配油管10与第一冷却水腔6之间建立流体连通。型芯部件42、46在其外侧具有型芯凸台43，这些型芯凸台43出于定位目的而插入型箱(图中未示)的对应凹口中。型芯部件42、46的内轮廓44与气缸壁4所对应的型芯部件40的外形匹配，从而第一冷却水腔6沿气缸壁4的厚度大致相等。

上方的第二冷却水腔19所对应的型芯部件48装于型芯部件40、46(亦即具有第二型芯颈49的集流管11一侧)上的分型面45上(参见图4)。这些第二型芯颈49在铸造后对应于用于连接两个冷却水腔6、19的第二通孔28。型芯部件48中的凹槽50及型芯部件40上方向朝上的凸缘51在铸造中构成凸起部8。以点划线表示出对应于气缸内腔的型芯部件52。在图中简单用平面表示分型面45，但其亦可为三维形式。

图5所示的根据本发明气缸体的等同变化与图1所示的实施方案的不同之处在于第一冷却水腔6与第二冷却水腔19之间的流体连通。在此，进入孔9A不再是图1中水平钻出的进入孔9，而是垂直的孔径17A，自上方钻出孔径17A且随后借由滚珠18A将其闭锁。

在另一等同变化中，形成到每一气缸的环状间隙9B来代替构造成孔径17A的进入孔9A(如图5所示)。环状间隙9B可延伸经过部分周长，乃至整周。如此，不再需要钻通罩壁20且不再需要滚珠18A。

Claims (8)

1.一种整体结构的液冷式内燃机的气缸体，其具有多个呈直线排列且由共同冷却套管围绕的气缸，其中第一冷却水腔(6)构造于所述冷却套管(7)与各环流的气缸之间，第二冷却水腔(9)设置于所述气缸(4、5)上方并与所述第一冷却水腔(6)流体连通，其中配流管(10)沿纵向安装于所述冷却套管(7)纵面的一侧，集流管(11)沿纵向安装于其另一侧，这两个管道(10、11)分别具有用于外部冷却回路的接口(22、23)，

其特征在于：

a)所述配流管(10)及所述集流管(11)与所述气缸体一体铸成并延伸至所述气缸(4)的整个高度；

b)将所述配流管(10)与所述第一冷却水腔(6)分开的所述冷却套管(7)具有与各气缸(4、5)相关联的第一通孔(24)，所述第一通孔(24)指向所述气缸(4)靠近所述冷却套管(7)纵面的部分，由此使冷却液在两侧绕所述气缸环流；

c)所述配流管(10)及所述集流管(11)是具有大过流截面的管道且向上伸至所述气缸座(5)的高度；

d)所述集流管(11)通过一列第二垂直通孔(28)在所述气缸座的平面上与设置于其上方的所述第二冷却水腔(19)保持连通。

2.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于：所述气缸壁(4)至少在局部超过所述气缸座(5)伸入所述第二冷却水腔(19)中；设置多个水平的排放孔(9)以使所述第一冷却水腔(6)与所述第二冷却水腔(19)形成流体连通。

3.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于：围绕所述气缸壁(4)的所述第一冷却水腔(6)至少在部分圆周(9B)上向上开口。

4.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于：所述配流管(10)及所述集流管(11)上方止于顶壁(14)，该顶壁(14)与所述气缸座(5)处于共同平面。

5.根据权利要求1所述的气缸体，其特征在于：所述第二冷却水腔(19)上方由沿流动方向向上倾斜的罩壁(20)界定并由排气管(21)穿入其中。

6.根据权利要求5所述的气缸体，其特征在于：所述第二冷却水腔(19)伸至所述集流管(11)之上并通过所述集流管(11)的顶壁(14)中的多个第二通孔(28)与其流体连通。

7.一种用于制造气缸体的铸模，该气缸体(1)具有围绕冷却水腔(6)的冷却套管(7)，配流管(10)沿纵向设置于该冷却套管(7)纵面的一侧，集流管(11)沿纵向设置于另一侧，该铸模由型箱及多个型芯部件组成，

其特征在于：

对应于所述第一冷却水腔(6)的型芯部件(40)通过第一型芯颈(41)在一侧与对应于所述配流管(10)的型芯部件(42)相连并在另一侧与对应于所述集流管(11)的型芯部件相连，其中所述型芯颈(41)在一侧对应于第一通孔(24)，所述配流管(10)通过所述第一通孔(24)与所述冷却水腔(6)流体连通。

8.根据权利要求10所述的铸模，其特征在于：对应于所述集流管(11)的型芯部件通过第二型芯颈(49)与对应于第二冷却水腔(19)的型芯部件(48)保持连接，其中所述第二型芯颈(49)对应于第二通孔(28)，所述第二冷却水腔(19)通过所述第二通孔(28)与所述集流管(11)流体连通。