CN105339639B

CN105339639B - 用于内燃发动机的汽缸盖

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Publication number: CN105339639B
Application number: CN201480036756.XA
Authority: CN
Inventors: R·珀斯彻尔
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2034-04-29
Also published as: DE112014002076A5; WO2015000616A1; AT514087B1; US20160115897A1; AT514087A4; CN105339639A; US10094326B2

Abstract

本发明涉及一种用于内燃发动机的汽缸盖(1)，具有至少一个在过火面侧上的第一冷却室(5a)和一个沿汽缸的轴向方向毗邻所述第一冷却室(5a)的第二冷却室(5b)，所述第一和第二冷却室(5a、5b)借助于中间板(7)彼此分开，中心凹座(4)布置用于喷嘴或每个汽缸(Z)的点火装置，并且所述第一和所述第二冷却室(5a、5b)在所述中心凹座(4)的区域中流动连接到彼此，并且包括每个汽缸(Z)至少两个、优选四个换气气门开口(2、3)，所述第一冷却室(5a)具有至少一个在两个换气气门开口(2、3)之间的气门桥(20、21、22、23)的区域中的径向冷却管道(11、12、13、14)。为了以最简单的可能的方式改善不利的流动区域中的流动活动，所述径向冷却管道(11、12、13、14)具有至少一个在径向地位于所述气门桥(20、21、22、23)外部的区域中的横截面(15、16、17、18)的减小，所述区域优选比至少一个换气气门开口(2、3)的中心(2a、3a)更远离所述汽缸轴线(18)。

Description

用于内燃发动机的汽缸盖

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的汽缸盖，包括在所述过火甲板侧上的至少一个第一冷却室和沿所述汽缸的轴向方向毗邻所述第一冷却室的一个第二冷却室，其中所述上和下冷却室借助于中间甲板彼此分开，其中中心凹座布置用于每个汽缸的喷嘴或点火装置，并且其中所述第一和所述第二冷却室在所述中心凹座的区域中流动连接到彼此，并且包括每个汽缸至少两个、优选四个换气气门开口，其中所述第一冷却室包括在两个换气气门之间的至少一个气门桥的区域中的径向冷却管道。

背景技术

气门桥之间的流动平衡形成通过相关的中间甲板通道的径向膨胀在两件式水套中几乎绝对地发生。由于对排气气门桥中的冷却的更高需要，径向膨胀在该位置处最大。然而，这损害了垂直流动脉冲和流动到喷嘴的接近。由于LCF安全性(低循环疲劳)沿着整个气门桥(从喷射器直到汽缸盖的外部轮廓)对热膨胀的主要影响因素是相关的，因此冷却应当在最大可能的区域内强制提供，并且不应当仅仅针对峰值温度的狭窄范围。由于从喷嘴到外部轮廓的冷却室中的膨胀横截面，因此流速连续地减小并且由于狭窄间隙的湍流影响消退。此外，由于流动朝向这些外汽缸盖区域中的主出口的偏转，停滞点在气门座的圆周上形成。由于HCF负载(高循环疲劳)，因此在气门桥的外部区域中需要更大的过火甲板强度，使得局部更低的气体侧的热输入已经导致在可允许材料极限值的范围内的非常高的结构温度。

流动导向的一般目的是，提供根据局部热输入和结构温度的速度转变和热转移的局部系数的调整。

DE 10 339 244 A1公开了具有第一和第二冷却室的汽缸盖，其两部分冷却室在用于喷射器或火花塞的中心凹座的区域中流动连接到彼此。上和下部分冷却室通过中间甲板彼此分开。冷却管道布置在气门桥的两个相邻的进气与排气门之间的区域中，其中中间甲板包括中心凹座的区域中的降低部分。降低部分减小了内部区域中的第一冷却室，然而这对过火甲板的热临界中心区域的冷却有不利影响。

US 4,576,859 A示出了用于内燃发动机的具有沿纵向方向延伸越过若干汽缸的冷却室的汽缸盖，其中冷却室的面向过火甲板的顶板包括在两个相邻的汽缸之间的横向平面的区域中的相应的悬挂的肋。类似的构造也可从JP 56-148647 A或JP 61-149 551 A中知晓。

发明内容

本发明的目的是防止第一冷却室的外部区域中的停滞区，并且改善来自气门桥和气门中心的外部区域中的LCF临界区的热消散。

这根据本发明以如下方式来实现，即径向冷却管道包括在径向地位于所述气门桥外部的区域中的至少一个横截面的减小，所述区域优选比至少一个换气气门开口的中心更远离所述汽缸轴线。

过火甲板是汽缸盖的毗邻燃烧室的甲板，对于每个汽缸而言，该甲板由换气开口和用于喷嘴或点火装置的中心凹座中断。气门桥界定为过火甲板的两个相邻的换气开口具有其最靠近的接近点的区域。

横截面的减小引起径向地位于气门桥外部的区域中的冷却液流的速度的增加，使得可以防止停滞区。如果横截面的减小的区域中的径向冷却管道的流动横截面最大对应于气门桥的最狭窄点的区域中的流动横截面，这是尤其有利。相比于气门桥的最狭窄点，80％的最大值、优选50％的最大值的横截面的减小的流动横截面垂直膨胀中的减小是可能的。对横截面的减小的限制主要受生产能力(铸造技术)影响。

优选的是设置成横截面的减小布置在中间甲板的区域中，其中优选地，横截面的减小由指状肋或中间甲板的降低部分形成。冷却介质在冷却管道中偏转到过火甲板并且改善来自过火甲板区域的热消散因此得以实现。此外，还使气门座上的区域上的中断点移位。因此，密集流可以到达的气门座圆周的共用可以增加，使得更多热可以从过火甲板移除。

在本发明的进一步实施例中，可以设置成，横截面的减小形成为中间甲板的面向第一冷却室的甲板表面上的材料的积聚，其中优选地，中间甲板以平坦的方式形成在横截面的减小的区域中的面向第二冷却室的表面区域上。

在本发明的进一步变体中，中间甲板以如下方式形成，即在横截面的减小的区域中的面向第二冷却室的表面上，所述中间甲板至少近似地遵循面向第一冷却室的甲板表面的轮廓。

由于中间甲板的面向第一冷却室的甲板表面上指状肋，该肋布置在径向冷却管道的外部区域中，局部流动活动的大致激活在否则不利放置的区域中实现。不管来自第一冷却室的冷却液的主出口的位置如何，指状肋都允许通过不同的尺寸设定来调整气门桥之间的流动分布。

不管来自第一冷却室的冷却液的主排出的位置如何，悬挂在径向冷却管道的外部区域中的中间甲板上的肋都允许在气门桥区域外部的第一冷却室中的停滞点的减少。该肋确保仅需要更低等级的中间甲板通道。

由于材料积聚，位于过火甲板上肋或从过火甲板到中间甲板的连续垂直肋将不会导致任何热改善，但是无疑会导致肋的附接区域中的HCF和LCF问题。

由于悬挂的肋未沿动力流的任何方向设置并且仅在一侧上附接到中间甲板，因此可以避免对部件强度的负面影响。指状肋对铸造质量和铸造技术有高要求。

在本发明的更易于生产的变体中，提供的是，横截面的减小至少联接到入口端口和/或出口端口，优选仅一个入口或出口端口。还通过根据本发明的进一步实施例对铸造质量和铸造技术提出低要求，其中横截面的减小形成为连续的单个肋，所述肋在两端处附接到毗邻的入口和/或出口端口。该变体对于热的出口端口之间的局部应用是尤其有利的。

具有指状肋的构造提供了优于连续的单个肋的优点，即该指状肋不引起冷的入口端口与热的出口端口之间的任何热连接，使得可以避免热力学张力集中。

附图说明

在下面将会参考附上的示意图更详细地解释本发明，其中：

图1以从下面的视图示出了根据本发明的汽缸盖的水套；

图2以从下面的详细视图示出了图1的汽缸的水套；

图3以沿着图1和图2中的线III-III的剖视图示出了第一实施例中的汽缸的水套；

图4以类似于图3的剖视图示出了第二实施例中的汽缸的水套；

图5以横向于汽缸轴线的剖视图示出了第三实施例中的汽缸的水套；

图6以沿着图5中的线VI-VI的剖视图示出了该水套；

图7以横向于汽缸轴线的剖视图示出了第四实施例中的汽缸的水套；

图8以横向于汽缸轴线的剖视图示出了第五实施例中的汽缸的水套；

图9以沿着图8中的线IX-IX的剖视图示出了该水套；

图10以横向于汽缸轴线的剖视图示出了第六实施例中的汽缸的水套；

图11示出了以沿着图10中的线XI-XI的剖视图示出了该水套。

具体实施方式

图1以从垂直于汽缸轴线的下面、即从过火甲板的侧面的视图示出了用于若干汽缸Z的汽缸盖1的水套5。汽缸盖1包括每个汽缸Z四个换气气门开口、即两个用于容纳进气门的进气门开口2和两个用于容纳排气门的排气门开口3、以及用于中心火花塞或中心喷射器的中心凹座4。水套5包括毗邻汽缸盖1的过火甲板6的第一冷却室5a和与过火甲板6间隔开的第二冷却室5b，其中中间甲板7形成在第一与第二冷却室5a、5b之间，该中间甲板使第一与第二冷却室5a、5b彼此分开。在中心凹座4的区域中，中间甲板7包括第一与第二冷却室5a、5b之间的流动连接8。第一与第二冷却室5a、5b之间的又一流动连接10可以形成在水套5的侧面收集区域9中(参见图4)。第一冷却室5a包括在两个相应地相邻的换气气门、即在两个进气门开口2、两个排气门开口3之间和/或在一个进气门开口2与一个排气门开口3之间的气门桥20、21、22、23中的径向冷却管道11、12、13、14。径向冷却管道11、12、13、14的外部区域11a、12a、13a、14a中，由相应的指状肋15a、16a、17a、18a形成的横截面15、16、17、18的减小布置在中间甲板7的面向第一冷却室5a的甲板表面7a上。具有肋15a、16a、17a、18a的外部区域11a、12a、13a、14a比换气气门开口2、3的中心2a、3a更远离相应的汽缸Z的汽缸轴线1a。在径向冷却管道11、12、13、14外部的否则不利的区域中的局部流动活动的大致激活通过径向冷却管道11、12、13、14的外部区域11a、12a、13a、14a中的中间甲板7的面向第一冷却室5a的侧面上的指状肋15a、16a、17a、18a来实现。在没有指状肋15a、16a、17a、18a的情况下将会在在形成用于换气气门的气门座的换气气门开口2、3的边界区域中的气门桥20、21、22、23的区域外部径向地发生的流动停滞点19(图2)可以移位或减少。通过布置肋15a、16a、17a、18a，气门桥20、21、22、23和凹座4的热临界点的区域中的热消散不被不利地影响，而且甚至通过流速的增加来改善而不产生质量流量的任何明显的损失。

如在图3和图4中可以认识到的，横截面15、16、17、18的减小形成为在中间甲板7的面向第一冷却室5a的甲板表面7a上的物质的积聚，该物质的积聚从中间甲板7的面向第一冷却室5a的甲板表面7a突出某一量，在该实施例中该量对应于气门桥20、21、22、23的最狭窄点的区域中的流动横截面的高度h的大约60％至80％。横截面15、16、17、18的减小的区域中的径向冷却管道11、12、13、14的流动横截面的高度b为气门桥20、21、22、23的最狭窄点的区域中的流动横截面的高度h的最大80％、优选最大50％、更优选大约20％至40％。

通过冷却管道11、12、13、14的流动因此朝向过火甲板6偏转。中间甲板7的远离横截面的减小面向并第二冷却室5b的底面7b的侧面可以以平坦方式形成，而不受肋15a、16a、17a、18a影响，即没有任何额外的升高或降低的部分(参见图4)。第二冷却室5b中的流动因此不被干扰。

为了防止在铸造过程期间的物质的过多积聚，中间甲板7的上部轮廓还可以调整为横截面15、16、17、18的减小的轮廓。由于在该区域中的低流速，因此未预期到热转移的负面的恶化。

图4示出了第二实施例中的汽缸的水套，其中在水套5的侧面收集区域9中清楚地示出了第一与第二冷却室5a、5b之间的又一流动连接10。

在图5中示出的第三实施例，横截面15、16、17、18的减小居中地布置在径向冷却管道11、12、13、14中。这种布置可以有利地用于铸造质量或铸造技术受限制的情况下、或者若干出口24或来自或进入汽缸壳体(未更详细地示出)或第二冷却室5的转移流动可能性的情况下。

图6以剖视图示出了指状肋18a。自由地悬挂在中间甲板7的这些肋对铸造质量和/或铸造技术有高要求。参考数字23a指示气门桥23的区域中的径向冷却管道14的狭窄点。

另一方面，图7示出了横截面15、16、17、18的减小至少部分偏心地布置在径向冷却管道11、12、13、14中的实施例。因此，横截面16的减小的距离c大于例如相应地测量为相距径向冷却管道12的相邻壁的垂直距离的距离d。所述偏心布置允许例如各体积流量相对于流动连接10的细微调整或出口管道3上的流动的促进。

例如如在图8中示出的，横截面15、16的减小的偏心布置在最极限的情况下可以继续直到与入口侧上的径向冷却管道11、12的壁合并，例如由于铸造质量和/或铸造技术中的限制。类似地，横截面的减小也可以以与水套5的外部轮廓25合并在一起的方式形成，例如在图7中横截面17的减小与外部轮廓25合并在一起。一方面，与出口24相对的第一冷却室5a的区域中的冷却液流中的停滞可以避免。另一方面，这种措施改善了汽缸盖1的刚度。

图9以剖视图示出了图8的指状肋16a。可以清楚地看见径向冷却管道12中的偏心布置，其中指状肋16a在一侧上附接到进气门开口2的壁。横截面16的减小也可以形成为中间甲板7的增大。这种布置对铸造质量和/或铸造技术有更低要求。参考数字21a指代气门桥21的区域中的径向冷却管道12的狭窄点。

图10示出了又一实施例，其中如在之前的实施例中，横截面15、16、17、18的减小不是通过指状肋15a、16a、17a、18a来形成，而是通过在相应的径向冷却管道的相对壁之间连续的各个肋15b、16b、17b、18b来形成。由于例如铸造质量和/或铸造技术中的限制，可以提供所述各个肋15b、16b、17b、18b。各个肋17b、18b优选在类似的管道之间、即在进气门开口2和/或排气门开口3之间进行拔模。在图10中以虚线示出的各个肋15b、16b会由于由进气门开口与排气门开口2、3之间的极大温度差产生的热力学张力集中而更难以实现，并且需要诸如在各个肋15b、16b的中心中变薄的额外措施。

图11示出了图10的连续的各个肋18b，所述肋18b在两侧上都附接到进气门开口2的壁。在这种情况下，横截面18的减小也可以形成为中间甲板7的增大。类似于在图8和9中示出的实施例，该变体还对铸造质量和/或铸造技术有更低要求。

不管第一冷却室5a中的流动方向如何、即不管是在从第一向第二冷却室的流动期间还是在从第二向第一冷却室的流动期间，本发明都可以用于各种各样的汽缸盖构思和汽缸数量。

Claims

1.一种用于内燃发动机的汽缸盖(1)，包括在过火甲板侧上的至少一个第一冷却室(5a)和沿汽缸的轴向方向毗邻所述第一冷却室(5a)的一个第二冷却室(5b)，其中所述第一和第二冷却室(5a、5b)借助于中间甲板(7)彼此分开，其中中心凹座(4)布置用于每个汽缸(Z)的喷嘴或点火装置，并且其中所述第一和所述第二冷却室(5a、5b)在所述中心凹座(4)的区域中流动连接到彼此，并且每个汽缸(Z)包括至少两个换气气门开口(2、3)，其中所述第一冷却室(5a)包括在两个换气气门开口(2、3)之间的至少一个气门桥(20、21、22、23)的区域中的径向冷却管道(11、12、13、14)，其特征在于，所述径向冷却管道(11、12、13、14)包括在径向地位于所述气门桥(20、21、22、23)外部的区域中的至少一个横截面(15、16、17、18)的减小，所述横截面的减小布置在面向所述第一冷却室的所述中间甲板的甲板表面上，其中所述横截面(15、16、17、18)的减小通过指状肋(15a、16a、17a、18a)来形成。

2.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述横截面(15、16、17、18)的减小的区域中的所述径向冷却管道(11、12、13)的流动横截面的高度(b)不大于所述气门桥(20、21、22、23)的最狭窄点的区域中的流动横截面的高度(h)的80％。

3.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述横截面(15、16、17、18)的减小形成为所述中间甲板(7)的面向所述第一冷却室(5a)的甲板表面(7a)上的材料的积聚。

4.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述中间甲板(7)以平坦的方式形成在所述横截面(15、16、17、18)的减小的区域中的面向所述第二冷却室(5b)的底面(7b)上。

5.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，在所述横截面(15、16、17、18)的减小的区域中的面向所述第二冷却室(5b)的底面(7b)上，所述中间甲板(7)至少近似地遵循所述中间甲板(7)的面向所述第一冷却室(5a)的所述甲板表面(7a)的轮廓。

6.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述横截面(15、16、17、18)的减小至少联接到入口端口和/或出口端口。

7.根据权利要求6所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述横截面(15、16、17、18)的减小形成为连续的各个肋(15b、16b、17b、18b)，所述肋(15b、16b、17b、18b)在两侧处附接到邻近的入口和/或出口端口。

8.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述径向冷却管道(11、12、13、14)的在径向地位于所述气门桥(20、21、22、23)外部的区域中的至少一个横截面(15、16、17、18)的减小的所述区域比至少一个换气气门开口(2、3)的中心(2a、3a)更远离所述汽缸轴线(18)。

9.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述汽缸盖(1)包括每个汽缸(Z)四个换气气门开口(2、3)。

10.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述横截面(15、16、17、18)的减小的区域中的所述径向冷却管道(11、12、13)的流动横截面的高度(b)不大于所述气门桥(20、21、22、23)的最狭窄点的区域中的流动横截面的高度(h)的50％。

11.根据权利要求1所述的汽缸盖(1)，其特征在于，所述横截面(15、16、17、18)的减小的区域中的所述径向冷却管道(11、12、13)的流动横截面的高度(b)对应于所述气门桥(20、21、22、23)的最狭窄点的区域中的流动横截面的高度(h)的20％至40％。