CN105339638A - 具有多个冷却通道的汽缸盖 - Google Patents

Abstract

公开了一种汽缸盖(20)。汽缸盖可包括主体、形成在主体的下部的下夹套(50)。汽缸盖还可包括通过主体下部的位于中心的燃料喷射器开口(35)，以及在燃料喷射器开口周围均匀间隔开的多个进气阀开口和排气阀开口(38，40)。汽缸盖还可包括位于多个进气阀开口(38)中的相邻开口之间或多个排气阀开口(40)中的相邻开口之间的至少一个入口(51)，以及位于多个进气阀开口(38)中的一个和多个排气阀开口(40)中的一个之间的至少一个出口(53)。汽缸盖可进一步包括围绕多个进气阀开口和多个排气阀开口且连接至少一个入口和至少一个出口的多个冷却通道(52)。

Description

具有多个冷却通道的汽缸盖

技术领域

本发明总地涉及一种汽缸盖，并且更具体地说，涉及一种具有多个冷却通道的汽缸盖。

背景技术

总体上，内燃机包括一个或多个燃烧室，燃烧室容纳燃烧过程以产生机械能和排气流。每个燃烧室由汽缸、活塞上表面以及汽缸盖的下表面限定。通过汽缸盖中的进气口，将空气或空气/燃料混合物引导到燃烧室，并且同样通过在汽缸盖中的排气口，将产生的排气流从燃烧室排出。阀门位于与进气和排气口相连的孔内并且封抵阀座嵌入件，以选择地允许和阻止空气和排气流通过进气和排气口。在一些实施例中，燃料喷射器位于汽缸盖内，以使燃料随同空气的流动喷射进入到燃烧室中来支持发动机的燃料燃烧。

在发动机运行期间，汽缸盖、阀门、阀座嵌入件以及燃料喷射器暴露于高应力和高温度下。并且，随时间推移，这些高应力和高温度可导致这些组件的过度磨损。

1998年5月5号授予Adachi等人的美国专利5,745,993(“’933专利”)中已公开了一个针对于以上描述的高应力和高温低的解决方案。’993专利描述了一种往复式机器，该往复式机器具有汽缸盖，汽缸盖包括进气和排气流通道，进气和排气流通道由进气和排气提升型阀控制。每一阀都具有与在进气和排气流动通道下端形成的相应的阀座相配合的阀头部分。汽缸盖采用阀嵌入件环，以形成压配合在每个流动通道内的阀座。一个或多个水夹套形成在汽缸盖内，并且为汽缸盖、阀、阀嵌入件环和/或相关的燃料喷射器提供冷却。

尽管’993专利中的水夹套有助于为汽缸盖、阀、阀嵌入件环和/或燃料喷射器提供一些冷却，但其可能仍然并非最佳。具体地说，’993专利中的水夹套位于与阀、阀嵌入件环和/或燃料喷射器有一定距离的位置，并且这个距离可限定从这些组件转移到水夹套中的冷却剂的热量。

本发明中的汽缸盖解决了上述的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种汽缸盖。汽缸盖可包括主体和形成在主体的下部的下夹套。该汽缸盖还可包括通过主体的下部的位于中心的燃料喷射器开口，以及在燃料喷射器开口周围均匀间隔开的多个进气阀开口和多个排气阀开口。该汽缸盖还可包括位于多个进气阀开口中的相邻开口对之间或多个排气阀开口中的相邻开口对之间的至少一个入口，以及位于多个进气阀开口中的一个和多个排气阀开口中的一个之间的至少一个出口。该汽缸盖还可进一步包括多个冷却通道，多个冷却通道围绕多个进气阀开口和多个排气阀开口，且连接至少一个入口和至少一个出口。

在另一个方面，本发明涉及一种冷却汽缸盖的方法。该方法可包括将冷却剂引导到汽缸盖中。该方法还可包括在两个相似阀门开口之间的位置处将冷却剂分成两股基本相等的流动流，并且将两个流动流中的每一个细分成两个以上围绕该两个相似阀门开口中的每一个延伸的流动流。该方法还可进一步包括重新将该细分的流动流的每一个连回在一起，并且在两个不同阀门开口之间将每一个重新结合的流与单独的流连接。

附图说明

图1是示例性公开的发动机的立体说明图；

图2是示例性公开的可以与图1发动机结合使用的汽缸盖组件的立体说明图；

图3是图2的汽缸盖组件沿线3-3进行剖切的横截面视图；

图4是图2中的汽缸盖组件沿线4-4进行剖切的横截面视图；

图5是图2中的汽缸盖组件沿线5-5进行剖切的横截面端视图；以及

图6是图5中的汽缸盖组件的替代实施例中的横截面端视图。

具体实施方式

图1示出了一个示例性发动机12。出于本发明的目的，发动机12被描绘和说明为四冲程柴油机。然而，本领域技术人员将认识到，发动机12可以是任意其他类型的内燃机，例如，举例而言，二冲程-或四冲程汽油发动机或气体燃料动力发动机。

发动机12可包括至少部分地限定多个汽缸16的发动机汽缸体14。活塞18可滑动地置于每个汽缸16内，以在上死点中心位置和下死点中心位置之间往复运动，并且汽缸盖20可与每个汽缸16相关联。每一汽缸16、活塞18和汽缸盖20可共同至少部分地限定燃烧腔室28。燃料喷射器34可至少部分地置于每个汽缸盖20内，并且被配置为将燃料喷射到每个相应的燃烧腔室28内以在发动机12内支持燃料燃烧。一个或多个进气和排气阀27，29还可至少部分地置于汽缸盖20内，并且被配置为选择性地允许和阻挡空气流和排气进入和排出燃烧腔室28。发动机12还可包括通过多个轴颈轴承(未示出)可旋转地支撑在发动机汽缸体14内的曲轴24。连杆26可以将每个活塞18连接到曲轴24上，使得活塞18在每个相应的汽缸16内的滑动运动会引起曲轴24的旋转。

如图2所示，汽缸盖20可包括主体，主体具有底板或点火板表面30、多个侧表面32以及顶表面33。汽缸盖20的点火板表面30可包括与燃料喷射器34和两个或多个阀开口相关联的位于中心的燃料喷射器开口35。在所示实施例中，阀开口包括一对相似的进气阀开口38和一对相似的排气阀开口40。可以设想进气阀开口38与排气阀开口40可不相似。还可以设想，在一些实施例中，点火板表面30可只具有一个进气阀开口38/或一个排气阀开口40。阀开口38，40可均匀隔开地环绕燃料喷射器开口35。通道(未示出)可限定在汽缸盖20内，该通道从每个阀开口38，40延伸到进气口46和排气口48中的相应的一个。进气和排气口46，48可置于汽缸盖20的侧表面32内以允许空气和排气进入和排出汽缸盖20。在一些实施例中，一个或多个安装孔72可置于汽缸盖20内，并且被配置为使用多个螺栓通过本领域已知的其他任何连接形式，将汽缸盖20附接到发动机汽缸体14(参考图1)上。

在图2中还示出汽缸盖20可具有与每个阀开口38，40相关联的阶梯式孔60。大致圆形或环形的阀座嵌入件42可被压入到每个阶梯式孔60内并且为进气阀27或排气阀29(在图1中被示出)中的相应一个提供座表面。在发动机运行期间，阀座嵌入件42可用于保护汽缸盖20免受因接触进气和排气阀27，29而引起的过度磨损和/或侵蚀。阀座嵌入件42还可为进气和排气阀27，29提供紧密密封，以选择性地阻挡空气和排气进入或排出燃烧腔室28(参考图1)时的不期望的泄露。

图3和图4分别示出了沿图2中示出的汽缸盖20的线3-3和线4-4截取的横截面图。在内部，汽缸盖20可包括多个冷却通道，该冷却通道被配置为便于使热量转移离开汽缸盖20、进气和排气阀27，29、阀座嵌入件42和/或燃料喷射器34。冷却通道可例如包括利用冷却剂的水夹套，冷却剂例如是乙二醇、水、水/乙二醇混合物或本领域已知的其他冷却剂。

在所公开的实施例中，汽缸盖20包括分别形成于汽缸盖20的下部和上部的下夹套50和上夹套54。下夹套和上夹套50，54可由基本上水平的隔板(未示出)分开。下夹套和上夹套50，54可用作分配通道，并且连接到多个位于遍及整个汽缸盖20的较小的冷却通道。例如，下夹套和上夹套50，54可连接到基本上环绕一个或多个阀座嵌入件42的多个环形冷却通道52。每个冷却通道52可完全环绕与进气或排气阀开口38，40中的一个相关联的每个相对应的阀座嵌入件42的外围。冷却通道52可为它们相应的阀座嵌入件42和/或进气或排气阀27，29提供冷却。此外，冷却通道52可用来将冷却剂从下夹套50转移到上夹套54。可以设想冷却通道52可以是使冷却剂通过其可直接在下夹套50和上夹套54之间流动的唯一路径。

如图3所示，下夹套50可流体地连接到一个或多个入口通道56，而一个或多个入口通道56可连接到位于与汽缸16相关联的汽缸衬垫中的一个或多个冷却通道。经由一对位于燃料喷射器34周围的独立的位置的入口51，下夹套50还可流体地连接到冷却通道52。下夹套50可被配置为接收来自入口通道56的冷却剂并且引导冷却剂经由入口51进入到冷却通道52中。

如图4所示，经由一对位于燃料喷射器34周围的独立的位置的入口51，冷却通道52可流体地连接到一个或多个垂直通道58。经由垂直通道58，上夹套54可与冷却通道52流体连通。上夹套54还可流体地连接到基本上环绕燃料喷射器34的冷却通道62。可以设想冷却通道62可分别与上夹套54连接，与冷却通道52分开，这是出于下述更详细的原因。上夹套54可被配置为经由垂直通道58接收来自冷却剂通道52的冷却剂并且引导冷却剂进入到冷却通道62中。然后，冷却剂可通过一个或多个出口通道(未示出)流出汽缸盖20。

图5示出了图2中所示汽缸盖20沿线5-5进行剖切的横截面端视图。如图5所示，入口通道56可位于汽缸盖20的外边缘，并从底板表面30的点火区域74径向向外(即，底板表面30的一部分在燃烧室28暴露)。此定位可允许入口通道56在不暴露于燃烧室28的位置与汽缸衬垫内的冷却通道直接连接。图4中示有七个入口通道56，但根据需要，可以采用任意数量的入口通道56。

通常地，与阀座嵌入件42相关联的冷却通道完全延伸至汽缸盖20的中心内部，使得燃料喷射器34接收来自这些冷却通道的直接冷却。但是，在一些情况下，进入汽缸盖20中心以冷却燃料喷射器34的冷却通道的路线可能产生问题。这种路线构造需要与燃料喷射器34相关联的燃料喷射器套筒的附加密封，以防止冷却剂泄露至燃烧室28内，导致额外的加工和成本。此外，这种构造可导致汽缸盖20中心处的高应力，致使汽缸盖20、燃料喷射器34和/或燃料喷射器套筒的过度磨损。

为帮助减小与设置冷却通道路线相关联的应力，在所公开的实施例中，进入冷却通道52和从冷却通道52排出的入口51和出口53布置在汽缸盖20中心的外部。特别地，如图5所示，入口51和出口53可与汽缸盖20的中心间隔一定的距离。在一个实施例中，入口51和出口53可与汽缸盖20的中心间隔约为点火区域74的半径的三分之二的距离。这个距离有助于减小汽缸盖20的中心的应力和破裂产生的可能性。

如图5所示，相对于燃料喷射器开口35，每个入口51都可径向偏离相邻出口50约90度布置。入口51和出口53也可布置在阀座嵌入件42的相对两侧，使得冷却剂在围绕每个阀座嵌入件42的两个单独的通路中从单个入口51流至出口53。两通路中的每一个都可分成一对，以从每个入口51总共形成四个流路。每对流动通路都可一起围绕每个阀座嵌入件42的外周(即每一对的每个通路可在相关联阀座嵌入件42的一侧上流动)。

在一些实施例中，一个入口51可布置在成对的进气阀开口38之间，而另一入口51可布置在成对的排气阀开口40之间。在另一方面，每个出口53可布置在一个进气阀开口38与一个排气阀开口40之间。在所公开的实施例中，每个入口51可设置为从下夹套50接收冷却剂，在两类似相邻阀开口38，40之间分开冷却剂，并在每个阀开口38，40处再次分开冷却剂，从而围绕每个阀座嵌入件42以两个单独的流动流流动。每个出口53可以构造成接收来自非类似相邻阀开口38，40的冷却剂，并将冷却剂向上经由垂直通道58引导至单个流动流内。

图5中还示出，汽缸盖20可包括至少部分地限定入口51和出口53并将入口51和出口53与汽缸盖20的中心分离的多个突出部。第一突出部80可大体上为X型，并围绕燃料喷射器开口35。突出部80可包括四个支脚，每个支脚在相邻阀开口38，40之间延伸，至少经过阀开口38，40中心线的位置。在支脚之间，突出部80可包括多个形成在冷却通道52的至少一部分处的基本凹进的表面。第二臂状突出部82可围绕两相邻阀开口38，40。突出部82可具有至少部分地形成一个入口51的第一端，以及至少部分地形成另一入口51的第二端。突出部82的中心可至少部分地形成一个出口53。第三臂状突出部84可基本与突出部82类似，但是，突出部84可布置在突出部82的相对侧，并围绕两个不同的阀开口38，40。

图6示出了示出了图5中汽缸盖组件的替代实施例的横截面端视图。如图6所示，可对突出部80进行调整，以允许冷却剂更靠近燃料喷射器34流动。例如，第一示例性凹部76可不对称地仅在突出部80的一侧形成。在图6所示的实施例中，凹部76可大致为非圆形，且具有布置在最接近燃料喷射器34的基本凹进的内表面，以适应燃料喷射器开口35的形状。第二示例性凹部78可形成在突出部80内，突出部大致为椭圆形，且关于与其相关联的阀开口38，40同心。凹部78可具有基本凹进的内表面，布置在最接近燃料喷射器34的位置。

凹部76，78可生成间隙，该间隙延伸每个相对应阀开口38，40的直径的约5％至10％的距离。该间隙可在燃料喷射器34与相对应进气阀27或排气阀29之间生成冷却空间。采用凹部76，78可通过增加冷却通道52的体积，并使冷却通道定位在更靠近燃料喷射器34的位置，而向汽缸盖20和/或燃料喷射器34提供附加冷却。这种附加冷却可减小燃料喷射器和/或汽缸盖20的中心处的应力和温度。采用凹部76，78还可有助于沿点火区域74提供均匀的温度分布，从而减小横贯点火区域74的热应力。

在一些实施例中，凹部76，78可仅与排气阀开口40相关联。此配置可有助于降低相应排气阀29的温度，排气阀29能基本上比进气阀27热。然而，可以设想，在其他实施例中，凹部76，78可与进气阀开口38和排气阀开口40中的一个或两个相关联。也可以设想，突出部80可包括具有其他不对称几何特征的凹部，凹部向燃料喷射器34和/或汽缸盖20提供额外冷却。可进一步设想，突出部80可包括任何数量的凹部76，78。凹部76，78都在图5中示出，仅用于由描述所公开的汽缸盖的不同实施例的附图合并。

工业实用性

所公开的汽缸盖可在任何使用液体冷却的发动机应用中实施。冷却通道52可在远离汽缸盖20中心的位置处将冷却剂从下夹套50路由至上夹套54，从而有助于降低汽缸盖20中心的应力。此外，不对称凹部76，不对称凹部78可更靠近燃料喷射器34定位冷却通道52，从而向燃料喷射器34提供额外冷却。下文将描述冷却剂穿过所公开的汽缸盖的流动。

参照图3，可经由入口通道56将冷却剂从汽缸衬垫引导到汽缸盖20中。在汽缸盖20内，冷却剂可进入下夹套50且从汽缸盖20的外边缘朝汽缸盖20的中心循环。可经由入口51将来自下夹套50的冷却剂引导到围绕阀座嵌入件42的冷却通道52。

参照图5，在入口51处，在进入与进气阀开口38或排气阀开口40中的一个相关联的邻近冷却通道52之前，冷却剂可被分成两股基本相等的流动流。在每个阀开口38，40处，在围绕阀座嵌入件42流动之前，冷却剂可再次被分成两股基本相等的流动流。围绕每个阀座嵌入件42流动的冷却剂可在出口53处被重新结合。

参照图4，在出口53处，来自一个进气阀开口38的冷却剂和来自一个排气阀开口40的冷却剂可重新结合成单股流动流。随后可将冷却剂通过垂直通道58向上约90°重新引导到上夹套54。穿过下夹套50流动、冷却通道52以及上夹套54的冷却剂可吸收来自汽缸盖20、进气阀27和排气阀29、阀座嵌入件42和/或燃料喷射器34的热能。随后冷却剂可继续从上夹套54离开汽缸盖20且到发动机12的额外冷却部件。

可对所公开的汽缸盖作出各种修改和改变，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。通过考虑所公开的汽缸盖组件的说明书和实践，其他实施例对本领域的技术人员来说将是显而易见的。说明书和示例应被认为仅仅是示例性的，其真实范围通过下面的权利要求书及其等效方案被指出。

Claims (10)

1.一种用于发动机(12)的汽缸盖(20)，其包括：

主体；

下夹套(50)，其形成于所述主体的下部；

中心设置的燃料喷射器开口(35)，其穿过所述主体的所述下部；

多个进气阀开口(38)，其围绕所述燃料喷射器开口间隔开；

多个排气阀开口(40)，其围绕所述燃料喷射器开口间隔开；

至少一个入口(51)，其位于所述多个进气阀开口(38)的邻近对之间或所述多个排气阀开口(40)的邻近对之间；

至少一个出口(53)，其位于所述多个进气阀开口(38)中的一个和所述多个排气阀开口(40)中的一个之间；以及

多个冷却通道(52)，其围绕所述多个进气阀开口和所述多个排气阀开口，且连接所述至少一个入口和所述至少一个出口。

2.如权利要求1所述的汽缸盖，还包括位于所述主体的中心且围绕所述燃料喷射器开口的大致X形的突出部(80)，所述大致X形的突出部将所述多个冷却通道与所述燃料喷射器开口分隔开。

3.如权利要求1所述的汽缸盖，其中所述至少一个入口包括：

第一入口(51)，其位于所述多个进气阀开口(38)中的一对进气阀开口(38)之间；以及

第二入口(51)，其位于所述多个排气阀开口(40)中的一对排气阀开口(40)之间。

4.如权利要求3所述的汽缸盖，还包括围绕所述多个进气阀开口(38)中的第一进气阀开口(38)以及所述多个排气阀开口(40)中的第一排气阀开口(40)的臂状突出部(82，84)，所述臂状突出部包括：

第一端，其至少部分地形成了所述第一入口；以及

第二端，其至少部分地形成了所述第二入口。

5.如权利要求3所述的汽缸盖，其中所述至少一个出口包括：

第一出口(53)，其位于所述多个进气阀开口(38)中的第一进气阀开口(38)和所述多个排气阀开口(40)中的第一排气阀开口(40)之间；以及

第二出口(53)，其位于所述多个进气阀开口(38)中的第二进气阀开口(38)和所述多个排气阀开口(40)中的第二排气阀开口(40)之间。

6.如权利要求2所述的汽缸盖，其还包括形成于大致X形突出部内的不对称凹部(76，78)。

7.如权利要求6所述的汽缸盖，其中所述不对称凹部大致是非圆形的且围绕所述燃料喷射器开口具有基本上凸起的内表面。

8.如权利要求6所述的汽缸盖，其中所述不对称凹部大致是椭圆形的且关于所述多个进气阀开口和所述多个排气阀开口(38，40)中的一个同心。

9.一种冷却汽缸盖(20)的方法，其包括：

将冷却剂引导到所述汽缸盖中；

在两个类似阀开口(38，34)之间的位置处将所述冷却剂分成两股基本相同的流动流；

将所述两股流动流中的每股细分成围绕所述两个类似阀开口中的每个延伸的另两股流动流；

将所述细分的流动流中的每股重新结合在一起；且

在两个不同的阀开口(38，40)之间的位置(53)处，将所述重新结合的流动中的每个与单独流动相结合。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述两个类似阀开口中的每个周围延伸包括使第一流动流在第一阀开口(38，40)的第一半部周围延伸，且使第二流动流在第一阀开口(38，40)的第二半部周围延伸。