CN106661995B - 内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)，具有至少一个气缸(2)，为所述气缸分配至少一个进气门和至少一个排气门，所述内燃机还具有分配给气缸(2)的水套(3)，所述水套用于冷却内燃机(1)的曲轴箱和气缸盖。根据本发明，水套(3)在曲轴箱中具有第一曲轴箱流动腔(8)和第二曲轴箱流动腔(10)，它们在周向上分别局部地包围气缸(2)，水套(3)在气缸盖中具有第一气缸盖流动腔(7)和第二气缸盖流动腔(9)，它们分别搭接气缸(2)，第一气缸盖流动腔(7)在轴向方向上布置在气缸(2)和第二气缸盖流动腔(9)之间，第一气缸盖流动腔(7)具有至少一个流体输入部(13)并通过至少一个第一流体线路(15)与第一曲轴箱流动腔(8)相连接，第一曲轴箱流动腔(8)通过第二流体线路(16)与第二气缸盖流动腔(9)连接，该第二气缸盖流动腔通过第三流体线路(17)联接到第二曲轴箱流动腔(10)，第二曲轴箱流动腔(10)具有至少一个流体输出部(18)。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，具有至少一个气缸，为所述气缸分配至少一个进气门和至少一个排气门，所述内燃机还具有分配给气缸的水套，所述水套用于冷却内燃机的曲轴箱和气缸盖。

背景技术

内燃机例如用于特别是为机动车提供驱动力矩。内燃机具有至少一个气缸，在气缸中以可相对于气缸的纵向中轴线在轴向方向上移动的方式布置活塞。活塞与气缸、确切地说气缸壁一起包围燃烧室，在内燃机的运行期间，燃料以及氧化物、优选地氧气、特别是空气中的氧被引入燃烧室中并且在其中燃烧。

氧化物和/或由燃料和氧化物组成的混合物的引入通过至少一个进气门实现，为了该目的，给气缸、特别是燃烧室分配进气门。为了引出在燃烧时产生的废气，设置至少一个排气门，其同样被分配给气缸、特别是燃烧室。气缸至少部分地位于曲轴箱中。特别是，气缸在至少一个方向上、特别是在燃烧室的背离活塞的一侧上由内燃机的气缸盖界定。

由于燃料在气缸中燃烧期间产生热，所以曲轴箱和气缸盖都会升温。为了将内燃机的这些构件的温度保持在可靠的界限之内，设置有水套。在水套中存在流体、特别是冷却剂。该冷却剂通过水套被输送，从而流体可吸收来自曲轴箱和气缸盖的热并且将其导出，特别是朝向热交换器、特别是内燃机的主冷却器的方向上导出。

从现有技术例如已知有文献DE 10 2009 008 237 A1。其涉及一种具有液体冷却系统的气缸盖的内燃机，气缸盖包围至少一个上冷却剂腔和至少一个下冷却剂腔。为了简化气缸盖的制造，提出，上冷却剂腔和下冷却剂腔在气缸盖之内完全相互隔开。

此外，现有技术公开了文献DE 10 2010 041 860 A1。其描述了一种用于内燃机的液体冷却的气缸盖，在气缸盖中冷却剂通道从气缸盖的进气侧延伸到排气侧。在此，设置有第二冷却剂通道，其在测地学上布置在基本上从气缸盖的进气侧延伸到排气侧的冷却剂通道之上或之下，其中，冷却剂通道和第二冷却剂通道由在测地学上在布置在二者之间的分离壁相互分离。以这种方式，显示出了非常好的强制引导的、扁平的热区流动性并且此外通过分离的冷却剂腔实现气缸盖的非常高的结构强度。

发明内容

本发明的目标是提出一种内燃机，其相对于现有技术具有的优点是，在压力损失低的同时——例如通过在待冷却部位处的高流速——实现对流体的特别高的传热。

根据本发明，水套在曲轴箱中具有第一曲轴箱流动腔和第二曲轴箱流动腔，所述第一曲轴箱流动腔和第二曲轴箱流动腔在周向上分别局部地包围气缸，水套在气缸盖中具有第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔，第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔分别搭接气缸，第一气缸盖流动腔在轴向方向上布置在气缸和第二气缸盖流动腔之间，第一气缸盖流动腔具有至少一个流体输入部并通过至少一个第一流体线路与第一曲轴箱流动腔相连接，第一曲轴箱流动腔通过第二流体线路与第二气缸盖流动腔连接，第二气缸盖流动腔通过第三流体线路联接到第二曲轴箱流动腔，第二曲轴箱流动腔具有至少一个流体输出部。

由此，水套具有多个流动腔，即，至少一个第一曲轴箱流动腔、至少一个第二曲轴箱流动腔、至少一个第一气缸盖流动腔以及至少一个第二气缸盖流动腔。这些流动腔以确定的方式布置在曲轴箱或气缸盖中。由此，第一曲轴箱流动腔和第二曲轴箱流动腔在周向上(相对于气缸的纵向中轴线)分别局部地包围气缸。例如，在此参照气缸的纵向中轴线这些曲轴箱流动腔彼此相对地、特别是沿直径相对地布置。

第一曲轴箱流动腔和/或第二曲轴箱流动腔可与气缸的气缸壁的走向形状匹配，即，特别是在周向上相对于纵向中轴线弯曲。第一曲轴箱流动腔和/或第二曲轴箱流动腔在此例如在至少两个在周向上彼此间隔开的点处与气缸壁和/或纵向中轴线具有相同的距离。特别优选地，这适用于相应的流动腔在周向上的整个延伸，然而优选地，至少在至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％的份额上是如此。在轴向方向上观察，第一曲轴箱流动腔和第二曲轴箱流动腔至少局部地、优选完全地重叠布置，即，至少部分地位于相同的轴向位置处。

两个气缸盖流动腔、即第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔分别搭接气缸并且为此在参照气缸的纵向中轴的轴向方向上观察布置成与气缸或燃烧室间隔开。优选地，气缸的(假想的)纵向中轴线伸延经过第一气缸盖流动腔和/或第二气缸盖流动腔。

气缸盖流动腔构造或布置在气缸盖中。与第二气缸盖流动腔相比，第一气缸盖流动腔在轴向方向上更加靠近气缸或燃烧室。由此，第一气缸盖流动腔位于气缸和第二气缸盖流动腔之间。优选地，第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔在横向的方向上完全搭接气缸。

水套具有流体输入部和流体输出部。流体输入部被分配给第一气缸盖流动腔并且通入其中。在其背离第一气缸盖流动腔的一侧上，流体输入部可联接到流体通道、特别是流体输送通道，流体通道例如至少部分地构造在曲轴箱中。而流体输出部被分配给第二曲轴箱流动腔并联接到该第二曲轴箱流动腔。优选地，在流体输出部的背离第二曲轴箱流动腔的一侧上同样存在流体通道，然而，流体通道设计成流体导出通道。该流体通道同样可局部地构造在曲轴箱中。

曲轴箱流动腔和气缸盖流动腔现在借助于多个流体线路相互流动连接。由此，在第一气缸盖流动腔和第一曲轴箱流动腔之间存在第一流体线路。在此，第一流体线路优选地在第一气缸盖流动腔的背离流体输入部的一侧上从第一气缸盖流动腔中通出。第一曲轴箱流动腔又通过第二流体线路与第二气缸盖流动腔相连接。第二流体线路优选地以与第一流体线路到第一曲轴箱流动腔中的通入部间隔开的方式从第一曲轴箱流动腔中通出。

第二气缸盖流动腔最终通过第三流体线路联接到第二曲轴箱流动腔，其中，第三流体线路优选地以与第二流体线路到第二气缸盖流动腔中的通入部间隔开的方式、特别是与其相对地从第二气缸盖流动腔中通出。如以上已经解释的那样，第二曲轴箱流动腔具有流体输出部，流体可通过该流体输出部从水套中流出。例如，第三流体线路与流体输出部间隔开地、例如与其相对地通入第二曲轴箱流动腔中。

总地来说这意味着，流体首先到达第一气缸盖流动腔中并且从其中被引导到第一曲轴箱流动腔中。紧接着，流体从第一曲轴箱流动腔中被引导到第二气缸盖流动腔中，流体从第二气缸盖流动腔中继续流入第二曲轴箱流动腔中。流体最终从第二曲轴箱流动腔中通过流体输出部从水套离开。

第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔至少沿着流体通过水套的主流动路径在流动技术上串联，即，串行连接，流体的大部分、优选地流体的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％沿着该主流动路径流动。相应地，与两个腔的并联相比，在两个气缸盖流动腔中存在非常高的流动速度，因为流体不会分离或者大多数情况稍微分离。这意味着，在两个气缸盖流动腔中，存在高的流动速度并且因此存在高的涡流强度。这引起高的热传递系数，从而可特别有效地借助于流体至少从气缸盖中导出热。

在本发明的另一设计方案中规定，第一曲轴箱流动腔通过连接线路与第二曲轴箱流动腔流动连接。即，第一曲轴箱流动腔不是仅仅通过第二气缸盖流动腔、而且也附加地也通过连接线路与第二曲轴箱流动腔流动连接。然而，首先提及的流动连接此外表示流体通过水套的主流动路径，而本连接线路被流体的较小的份额穿流，例如被通过流体输入部进入水套中的流体的最高50％、最高40％、最高30％、最高20％、最高10％或最高5％穿流。

在本发明的一特别优选的设计方案中设置成，流体输入部具有多个流体输入线路，这多个流体输入线路中的分别两个布置在第三流体线路的两侧。即，不是仅仅通过唯一的流体输入线路将流体输送给第一气缸盖流动腔，显然这种情况也是可能的。相反地，优选地应存在多个流体输入线路，其特别是与第一流体线路相对地通入第一气缸盖流动腔中。现在，流体输入线路如此布置，即，其中的分别两个在它们之间容纳第三流体线路。这优选地理解成，一假想平面与流体输入线路中的至少两个以及第三流体线路相交叠(schneiden)。特别优选地，该假想平面不仅在其自身中容纳两个流体输入线路的纵向中轴线的区域并且容纳第三流体线路的纵向中轴线的区域。

本发明的改进方案设置成，设置至少两个第一流体线路和/或至少两个第二流体线路。因此，以上描述的第一流体线路并不是仅仅唯一的第一流体线路，显然这同样也是可能的。以上描述的第二流体线路也是如此。在此处描述的实施例中，或者应存在至少两个第一流体线路、至少两个第二流体线路或者不仅两个第一流体线路而且两个第二流体线路。利用这种类型的设计方案，可实现第一曲轴箱流动腔的对称的穿流。

本发明的优选的另一设计方案设置成，第二流体线路布置在第一流体线路之间。这特别是理解成，假想平面至少局部地与第二流体线路以及第一流体线路相交叠(schneiden)，其中，第二流体线路布置在内部并且第一流体线路布置在外侧。特别优选地，第二流体线路的纵向中轴线和第一流体线路的纵向中轴线分别至少局部地位于设想的平面中。例如，第二流体线路和第一流体线路相对于另一假想平面彼此镜像对称地布置，从而两个第一流体线路分别相对于另一假想平面具有相同的距离。对于第二流体线路，优选同样是如此。

在本发明的另一设计方案中设置成，第一流体线路从面对气缸盖的一侧或者在背离气缸盖的一侧上通入第一曲轴箱流动腔中。就此而言，基本上可实现两种不同的实施形式，其它实施形式显然也是可行的。在实施形式中的第一实施形式中，第一流体线路通入第一曲轴箱流动腔的面对气缸盖的一侧。在实施形式中的第二实施形式中，第一流体线路首先围绕第一曲轴箱流动腔，以紧接着从背离气缸盖的一侧通入第一曲轴箱流动腔中。

在第一实施形式中，第一流体线路在与第二流体线路相同的一侧上通入第一曲轴箱流动腔中。在后面的实施形式中，是相反的情况，从而，因此第一流体线路在与第二流体线路的通出部相对的一侧上通入第一曲轴箱流动腔中。

本发明的一改进方案设置成，第二流体线路从第一曲轴箱流动腔的面对气缸盖的一侧通出。以上已经参考了这种类型的设计方案。

在本发明的一优选的设计方案中设置成，在第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔之间构造至少一个通换线路。两个气缸盖流动腔由此不是仅仅通过第一曲轴箱流动腔流动连接，其中，此外主流动路径在第一曲轴箱流动腔上伸延。由此，通过通换线路，通过流体输入部到达水套中的流体的仅仅一小部分从第一气缸盖流动腔到达第二气缸盖流动腔中，优选地流体的最高25％、最高20％、最高15％、最高10％、最高5％、最高2.5％或最高1％。

例如，通换线路参照第一气缸盖流动腔与第一流体线路相对地从第一气缸盖流动腔中通出。例如，通换线路的纵向中轴线与第一流体线路的纵向中轴线重合。根据以上实施方案，通换线路的穿流横截面明显小于第一流体线路的穿流横截面。

优选地，通换线路的穿流横截面为第一流体线路的穿流横截面的最高1％、最高2.5％、最高5％、最高10％、最高15％、最高20％或最高25％。甚至当存在多个第一流体线路时，可存在仅仅唯一的通换线路。然而优选地，为每个第一流体线路分配独立的通换线路，从而由此通换线路的数量优选地相应于第一流体线路的数量。

在本发明的另一设计方案中设置成，为了冷却进气门或排气门，设置有至少一个环形冷却通道，其一方面联接到第一气缸盖流动腔、另一方面联接到第二流体线路。环形冷却通道优选地作为圆环通道存在，特别优选地作为封闭的圆环通道。环形冷却通道至少局部地围绕进气门或排气门延伸。显然，可存在多个环形冷却通道，其中，优选地为每个进气门和/或每个排气门分配这种类型的环形冷却通道并且包围相应的气门。环形冷却通道在流动技术上一方面联接到第一气缸盖流动腔、另一方面联接到第二流体线路。通过具有两个气缸盖流动腔的基本上串联的穿流方案的特殊的设计方案，在第一气缸盖流动腔和第二流体线路之间存在高的压力差，从而保证了环形冷却通道的有效穿流。

最终，在本发明的另一设计方案中可设置成，第一气缸盖流动腔在周向上完全包围进气门和/或排气门，和/或第二气缸盖流动腔在周向上完全包围联接到进气门或排气门的线路。第一气缸盖流动腔由此基本上设置成用于冷却进气门和/或排气门，而第二气缸盖流动腔可保证联接到相应的气门的线路的冷却。相应地，如此设计第一气缸盖流动腔，即，其分别独立地在周向上完全包围进气门或排气门，特别优选地包围其两者。对于第二气缸盖流动腔和至少一个线路，也是如此。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例详细解释本发明，而不限制本发明。其中：

图1示出了具有用于冷却曲轴箱和气缸盖的水套的内燃机的示意图，

图2示出了水套的整体视图，

图3示出了水套的第一气缸盖流动腔，

图4示出了第一实施形式的水套的第一曲轴箱流动腔，

图5示出了水套的第一曲轴箱流动腔的第二实施形式，

图6示出了水套的第二气缸盖流动腔，以及

图7示出了在内燃机的气缸的纵向中轴线的方向上的水套的视图。

具体实施方式

图1示出了具有至少一个气缸2的内燃机1的示意图，其在此仅仅示意性地示出。内燃机1具有配属于气缸2的水套3，水套3用于冷却曲轴箱(通过箭头4示出)和气缸盖(通过箭头5)示出。气缸2通过纵向中轴线6示出特征，纵向中轴线6沿气缸2的最大纵向延伸的方向取向。气缸2优选地设计成关于纵向中轴线6的圆柱形。

水套3具有多个流动腔，即，第一气缸盖流动腔7、第一曲轴箱流动腔8、第二气缸盖流动腔9以及第二曲轴箱流动腔10。此外，可存在例如作为环形冷却通道的流动腔11和/或至少局部地布置在两个气缸2之间的桥接流动腔12。然而不仅流动腔11而且桥接流动腔12都是可选的。

第一气缸盖流动腔7具有流体输入部13，第一气缸盖流动腔7通过流体输入部13联接到流体通道14。第一流体线路15从第一气缸盖流动腔7中通出，流体线路15通入第一曲轴箱流动腔8中。第一气缸盖流动腔7通过第二流体线路16与第二气缸盖流动腔9流动连接，通入第二曲轴箱流动腔10中的第三流体线路17又从第二气缸盖流动腔9中通出。此外，第二曲轴箱流动腔10具有流体输出部18，第二曲轴箱流动腔10通过流体输出部18联接到流体通道19。不仅流体通道14而且流体通道19可至少部分地构造在曲轴箱中。

如图所示，流动腔11一方面联接到第一气缸盖流动腔7、另一方面联接到第二流体线路16。流动腔11特别是用于冷却内燃机的进气门和/或排气门。而桥接流动腔12一方面与第一流体线路15流动连接、另一方面与第三流体线路17流动连接。在此，分别设置成，与从第一气缸盖流动腔7通过第一曲轴箱流动腔8和第二气缸盖流动腔9朝向第二曲轴箱流动腔10的流动路程的最小的穿流横截面相比，通过流动腔11的穿流横截面和/或通过桥接流动腔12的穿流横截面相对小，从而沿着流动路程，存在用于通过流体输入部13输送给水套3的流体的主流动路径。

最终，在第一气缸盖流动腔7和第二气缸盖流动腔9之间可存在通换线路20。利用水套3或内燃机1的在此提出的配置方案，实现两个气缸盖流动腔7和9的基本上串联的穿流。这引起比并联高的流动速度，从中得到高的涡流强度并且因此高的热传递系数。高的热传递系数又引起穿流水套3的流体的显著的冷却作用。

图2示出了水套3的整体视图。如图所示，流体输入部13具有多个流体输入线路21，流体、特别是冷却流体可通过流体输入线路21在箭头22的方向上被输送给水套3。优选地，流体输入线路21中的分别两个布置在第三流体线路17的两侧。通过流体输入线路21，流体可流入第一气缸盖流动腔7中并且在箭头23的方向上穿流气缸盖流动腔7。紧接着，流体根据箭头24通过第一流体线路15到达第一曲轴箱流动腔8中并且从第一曲轴箱流动腔8开始根据箭头25通过第二流体线路16到达第二气缸盖流动腔9中。流体在箭头26的方向上穿流第二气缸盖流动腔9。随后，其通过第三流体线路17到达第二曲轴箱流动腔10中并且可从其中通过流体输出部18并且如通过箭头27指出的那样从水套3中离开。

现在，在此根据方案可看出，存在两个第一流体线路15。与此相似地，也设置两个第二流体线路16，然而这在此不容易看出。此外表明，设置连接线路28，第一曲轴箱流动腔8通过连接线路28与第二曲轴箱流动腔10流动连接。

例如，桥接流动腔12位于连接线路28中或者相当于连接线路28。

图3示出了第一气缸盖流动腔7的细节图。如图所示，第一气缸盖流动腔7如此构造，即，其具有用于进气门和/或排气门的缺口29，在此处示出的实施形式中用于两个进气门和两个排气门的缺口。此外，为与气缸2的火花塞构造另一缺口30。

图4示出了第一实施形式的曲轴箱流动腔8和10的视图。如图所示，与两个第一流体线路15相似地存在两个第二流体线路16。在此处示出的实施形式中，在第二流体线路16从第一曲轴箱流动腔8通出的那一侧上，第一流体线路15通入第一曲轴箱流动腔8中。如图所示，在参照纵向中轴线6的周向上，两个曲轴箱流动腔8和10分别至少部分地包围气缸2(在此未示出)。

图5示出了第二实施形式的曲轴箱流动腔8和10。参考对第一实施形式的以上实施方案。与该第一实施形式的唯一的区别在于，在参照第一曲轴箱流动腔8与第二流体线路16从第一曲轴箱流动腔通出的一侧相背离的那一侧上，第一流体线路15通入第一曲轴箱流动腔8中。

图6以细节图示出了第二气缸盖流动腔9。参考以上实施方案。

图7示出了在纵向中轴线6的方向上的水套3的视图。现在，在此可看出，设置多个流动腔11，其分别设计成环形冷却通道。流动腔1分别包围内燃机1的气门，例如包围进气门或排气门。显然，也为气缸2的气门中的每一个分配这种类型的流动腔11。每个流动腔11通过第一联接线路31与第一气缸盖流动腔7流动连接并且通过第二联接线路32与第二流体线路16流动连接。在此处选择的图示中表明，设置多个连接线路28。其例如可以以上已经阐述的桥接流动腔12的形式存在并且由此用于在气缸2和邻近的气缸之间存在的桥接部的桥接部冷却。

Claims (10)

1.一种内燃机(1)，具有至少一个气缸(2)，为所述气缸分配至少一个进气门和至少一个排气门，所述内燃机还具有分配给气缸(2)的水套(3)，所述水套用于冷却内燃机(1)的曲轴箱和气缸盖，其特征在于，水套(3)在曲轴箱中具有第一曲轴箱流动腔(8)和第二曲轴箱流动腔(10)，所述第一曲轴箱流动腔和第二曲轴箱流动腔在周向上分别局部地包围气缸(2)，水套(3)在气缸盖中具有第一气缸盖流动腔(7)和第二气缸盖流动腔(9)，第一气缸盖流动腔和第二气缸盖流动腔分别搭接气缸(2)，第一气缸盖流动腔(7)在轴向方向上布置在气缸(2)和第二气缸盖流动腔(9)之间，第一气缸盖流动腔(7)具有至少一个流体输入部(13)并通过至少一个第一流体线路(15)与第一曲轴箱流动腔(8)相连接，第一曲轴箱流动腔(8)通过第二流体线路(16)与第二气缸盖流动腔(9)连接，该第二气缸盖流动腔通过第三流体线路(17)联接到第二曲轴箱流动腔(10)，第二曲轴箱流动腔(10)具有至少一个流体输出部(18)。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，第一曲轴箱流动腔(8)通过连接线路(28)与第二曲轴箱流动腔(10)流动连接。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，流体输入部(13)具有多个流体输入线路(21)，所述多个流体输入线路(21)中的分别两个布置在第三流体线路(17)的两侧。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，设有至少两个第一流体线路(15)和/或至少两个第二流体线路(16)。

5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，第二流体线路(16)布置在第一流体线路(15)之间。

6.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，第一流体线路(15)从面对气缸盖的一侧或者在背离气缸盖的一侧通入第一曲轴箱流动腔(8)中。

7.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，第二流体线路(16)从第一曲轴箱流动腔(8)的面对气缸盖的一侧延伸出。

8.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，在所述第一气缸盖流动腔(7)和所述第二气缸盖流动腔(9)之间构造至少一个通换线路(20)。

9.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，为了冷却进气门或排气门而设有至少一个环形冷却通道(11)，该环形冷却通道一方面联接到第一气缸盖流动腔(7)并且另一方面联接到第二流体线路(16)。

10.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，第一气缸盖流动腔(7)在周向上完全包围进气门和/或排气门；和/或第二气缸盖流动腔(9)在周向上完全包围联接到进气门或排气门的线路。