CN106715002B - 铸造缸盖中的水冷却系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造位于铸造缸盖(10)内的水冷却系统(20)的方法，所述水冷却系统(20)包括上部水套(21)和下部水套(22)，并且其中过渡通道(23)位于所述上部水套(21)和所述下部水套(22)之间。此外，本发明涉及一种位于铸造缸盖(10)内的水冷却系统(20)，所述水冷却系统包括上部水套(21)和下部水套(22)，其中，所述上部水套(21)和所述下部水套(22)通过至少一个过渡通道(23)互通流体地连接。

Description

铸造缸盖中的水冷却系统及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造位于铸造缸盖内的水冷却系统的方法，所述水冷却系统包括上部水套和下部水套，并且其中过渡通道位于所述上部水套和所述下部水套之间。此外，本发明涉及一种位于铸造缸盖内的水冷却系统，所述水冷却系统包括上部水套和下部水套，其中，所述上部水套和所述下部水套通过至少一个过渡通道互通流体地连接。

背景技术

已知的是现代内燃机中包括用于冷却内燃机的水冷却系统。在内燃机的运行期间所产生的热量被转移到水冷却系统的水套中的水中，并且被带离至吸热器、优选地为冷却单元、例如散热器。已知的是，在内燃机内提供内部的水冷却系统，既在内燃机的缸盖也在内燃机的缸体中提供。特别地在缸盖中，两个或更多个水套型芯可用于铸造工艺中以获得用于水冷却系统的腔体，所述腔体最适于在内燃机的运行期间实现冷却目的。这种用于缸盖的铸造工艺的型芯例如公开于GP 11 173 211 A或DE 10 2008 057 338 A1中。

在缸盖的铸造工艺中使用用于水冷却系统的不同水套的若干型芯导致在不同型芯的连接区域中产生型芯飞边的问题。水冷却系统常常包括位于缸盖中的上部水套和下部水套。因此，对于缸盖的铸造工艺，使用上部水套型芯和下部水套型芯。在铸造的缸中，上部水套和下部水套通常由水平壁分隔，并且通过一个或更多个专用的过渡通道连接。上部水套型芯和下部水套型芯的上述连接区域通常位于该一个或更多个过渡通道中。已知的是为水套型芯提供平坦表面，其中，水套型芯的这些平坦表面彼此相贴靠地设置，优选地位于竖直方向上的过渡通道的中部。这导致以下问题：在铸造过程中，缸盖的铸造材料会侵入到两个水套型芯之间，造成所谓的型芯飞边。这些型芯飞边直接位于过渡通道的侧壁处而减小了过渡通道的宽度，并且阻挡冷却水的流动路径。因此，去除这些型芯飞边通常是必要的。然而，去除这些型芯飞边隐含着在去除过程中对过渡通道的侧壁造成损伤的危险。

发明内容

本发明的目的是要至少部分解决上述问题和缺点。具体地，本发明的目的是要提供一种用于制造位于铸造缸盖内的水冷却系统的方法以及一种位于铸造缸盖内的水冷却系统，这允许以简单和成本有效的方式来准确校准位于水冷却系统的上部水套和下部水套之间的过渡通道的宽度，并且允许进一步去除过渡通道中的型芯飞边，其中，与此同时防止了对过渡通道的侧壁造成损伤。

上述问题通过根据独立权利要求1的用于制造位于铸造缸盖内的水冷却系统的方法和通过根据独立权利要求9的位于铸造缸盖内的水冷却系统来解决。本发明的更多的特征和细节由从属权利要求、说明书和和附图获得。只要在技术上可行，对于方法所讨论的特征和细节也可应用于水冷却系统，反之亦然。

根据本发明的第一方面，上述目的通过用于制造位于铸造缸盖内的水冷却系统的方法来实现，所述水冷却系统包括上部水套和下部水套，并且其中过渡通道位于所述上部水套和所述下部水套之间。根据本发明的方法的特征在于以下步骤：

a)设置用于所述上部水套的上部水套型芯和用于所述下部水套的下部水套型芯，其中，所述上部水套型芯和所述下部水套型芯在待制造的所述过渡通道的区域中和/或区域近旁互相邻接，并且其中至少一个水套型芯在待制造的所述过渡通道的区域近旁包括凹部，

b)铸造所述缸盖，其中，由于所述凹部的存在，形成突出部，并且由于所述水套型芯的设置，在所述突出部上形成型芯飞边，并且其中待制造的所述过渡通道至少部分被所述突出部和所述型芯飞边阻挡，

c)去除所述上部水套型芯和所述下部水套型芯，和

d)通过去除所述型芯飞边和至少一部分突出部来调整待制造的所述过渡通道的宽度。

应用根据本发明的方法，在铸造缸盖内制造出水冷却系统，所述水冷却系统分成上部水套和下部水套。两个水套通过过渡通道互通流体地连接，所述过渡通道优选设置在所述缸盖中的竖直方向上。所述上部水套和所述下部水套在铸造缸盖中由水平壁分隔，并且只有过渡通道允许冷却水在两个水套之间流动。

在根据本发明的方法的步骤a)中，上部水套型芯和下部水套型芯设置成使得它们在所述过渡通道的区域中和/或区域近旁相互接触。各水套型芯的该接触区域优选在竖直方向上设置在所述过渡通道的中部。其中至少一个水套型芯所包括的凹部优选也在该接触区域中或该接触区域近旁设置在所述水套型芯之一上。在铸造过程中，在根据本发明的方法的步骤b)中，热金属(优选为铝)用来铸造所述缸盖。由于铸造过程，此熔融金属会终止于型芯之间的接触区域中，形成所谓的型芯飞边。由于凹部在过渡通道的区域处形成于其中至少一个水套型芯处，该型芯飞边自动设置在因凹部而形成的突出部处。因此可以防止所述型芯飞边形成于待制造的所述过渡通道的侧壁上。在铸造过程以及对铸造缸盖进行一定的冷却之后，从铸造缸盖内部去除各所述水套型芯。在这种情况下，所述过渡通道至少部分被所述突出部和位于所述突出部处的所述型芯飞边阻挡。在这种情况下，过渡通道的现有宽度不适合于水冷却系统的额定运行。因此，在根据本发明的方法的步骤d)中，对待制造的所述过渡通道的宽度进行调整。为了实现这一点，所述型芯飞边和至少部分的突出部被去除。如上所述，所述型芯飞边仅仅位于所述突出部处。因此，通过去除至少部分的突出部而完全去除所述型芯飞边。此外，可以根据所述过渡通道的所需设计来选择所述突出部被去除的材料量，特别是就过渡通道的宽度而言。由于所述型芯飞边仅仅设置在所述突出部处而没有设置在所述过渡通道的侧壁处，可以防止在去除过程中对所述侧壁造成损伤。因此，根据本发明的方法允许准确校准水冷却系统中的过渡通道的宽度并且同时允许完全去除所述过渡通道中的型芯飞边，而不会有对所述过渡通道的侧壁造成损伤的危险。

此外，根据本发明的方法的特征可以在于：在步骤d)中，所述去除包括钻除。钻除是去除至少一部分突出部和所述型芯飞边的特别简单和成本有效的方式。通过改变钻除深度和/或钻头尺寸和/或通过包括使钻头侧向移动，可以获得过渡通道不同的最终宽度。因此可以以非常简单的方式实现所述过渡通道的宽度的校准。

在根据本发明的方法的一种特别优选的实施例中，所述钻除沿垂直于所述过渡通道中的冷却水的预定流动方向的方向进行。在采用具有根据本发明的水冷却系统的缸盖的发动机运行期间，冷却水可以在所述上部水套和所述下部水套之间流动。所述过渡通道连接所述上部水套和所述下部水套。因此，在一个可能的实施方式中，冷却水通过连接至所述过渡通道的第一端的开口离开所述上部水套，并在所述过渡通道的第一端处进入所述过渡通道。然后，冷却水流动通过所述过渡通道，在所述过渡通道的第二端处离开所述过渡通道，并通过所述下部水套中的连接至所述过渡通道的第二端的开口而进入所述下部水套。在另一个实施方式中，冷却水也可以从所述下部水套通过所述过渡通道流入到所述上部水套中。因此，预定流动方向从上部(下部)水套中的开口指向下部(上部)水套中的开口，特别是沿所述过渡通道的大体方向。在大多数情况下，所述过渡通道设置在竖直方向上。此外，需要被钻通而到达所述过渡通道的材料通常在水平方向上的强度远小于在竖直方向上的强度。因此，通过沿垂直于所述过渡通道中的冷却水的预定流动方向的方向进行钻除，需要被钻通的材料更少。一方面，这是一种非常简单和成本有效的方式，另一方面，这允许在尽可能少削弱铸造缸盖的情况下去除所述型芯飞边和所述突出部。

此外，根据本发明的方法的特征可以在于：利用塞对所述缸盖中的孔，特别是通过步骤d)中的去除所造成的缸盖中的孔，进行封闭。这种孔可以例如已经由水套型芯在铸造过程中或者由步骤d)中的去除过程所造成。为了得到紧凑的水冷却系统，该孔必须被封闭。使用塞来封闭该孔是一种非常容易、节约时间和节约成本的方式。特别地，可以将所述塞调整为所述过渡通道所要达到的宽度。因此可以实现更加改进地调整和校准所述过渡通道的宽度。

此外，根据本发明的方法的特征可以在于：两个水套型芯均包括位于待制造的所述过渡通道的区域近旁的凹部，并且在步骤b)中，由于所述凹部的存在，形成公共的突出部。因此，形成于两个水套型芯处的凹部互补而产生公共的突出部。通过这样做，特别地，所述型芯飞边也位于该公共的突出部处。所述水套型芯的接触区域(在铸造过程中在该接触区域处可形成型芯飞边)更加远离于待制造的所述过渡通道的侧壁。因此可以进一步降低在去除型芯飞边的过程中对侧壁造成损伤的危险。

根据本发明的方法的另一个优选的改进方案，待制造的所述过渡通道被所述突出部和所述型芯飞边完全阻挡。在没有在根据本发明的方法的步骤d)中去除所述型芯飞边和至少部分突出部的情况下，没有冷却水能够在所述上部水套和所述下部水套之间流动。因此，所述型芯飞边和至少部分突出部的去除单独地限定了所述过渡通道的宽度。由于在根据本发明的方法的步骤d)中所述型芯飞边和至少部分突出部的去除唯一地限定了所述过渡通道的宽度，因此可以进一步改进对所述过渡通道的宽度的校准。不需要考虑其它影响所述过渡通道的宽度的因素，如过渡通道的非阻挡部分。

此外，根据本发明的方法的特征可以在于：在步骤a)中，所述上部水套型芯和所述下部水套型芯设置在排气部型芯附近。这种排气部型芯限定了缸盖中待制造的排气部的腔体。在现代内燃机中，还优选的是对内燃机的排气部进行冷却，特别是对已经位于内燃机缸盖中的排气部进行内部冷却。通过将所述上部水套型芯和所述下部水套型芯设置在所述排气部型芯附近，所得到的水冷却系统能够冷却已经位于缸盖内的排气部和废气。为了实现特别良好的冷却，所述过渡通道的侧壁优选是薄的，以改善排气部和水冷却系统中的冷却水之间的热量传递。通过采用根据本发明的方法，由于不需要考虑去除型芯飞边的安全裕量，该侧壁可以构造得特别薄。因此可以实现对已经位于缸盖内的排气部进行更好的冷却。

在根据本发明的方法的进一步改进方案中，所述上部水套型芯和所述下部水套型芯设置成使得所述排气部型芯至少在局部被所述上部水套型芯和所述下部水套型芯包围。因此，缸盖中所得到的排气部至少在局部被水冷却系统的部分完全包围。因此可以实现对排气部进行甚至更好的冷却。

此外，根据本发明的第二方面，所述目的通过位于铸造缸盖内的水冷却系统来实现，所述水冷却系统包括上部水套和下部水套，所述上部水套和所述下部水套通过至少一个过渡通道互通流体地连接。根据本发明的水冷却系统的特征在于：在铸造所述缸盖之后，所述过渡通道至少部分被突出部和设置在所述突出部处的型芯飞边阻挡，并且所述过渡通道的宽度通过去除所述型芯飞边和至少一部分突出部来进行调整。

通过这样做，由于去除所述型芯飞边的和至少部分突出部的材料，所述过渡通道的宽度可以被准确校准。由于所述型芯飞边设置在所述突出部处，完全去除所述型芯飞边已经可以通过去除至少部分突出部来实现。因此可以防止损伤所述过渡通道的侧壁。这允许所述侧壁制造得更薄，从而可以改善通过该侧壁的热量传递。根据本发明的水冷却系统因此允许准确校准位于上部水套和下部水套之间的过渡通道的宽度，并且同时降低了对所述过渡通道的侧壁造成损伤的危险。

优选地，位于铸造缸盖内的水冷却系统的特征在于：所述水冷却系统采用根据本发明第一方面的方法制造。这为水冷却系统提供了按照根据本发明第一方面的方法已经详细讨论的相同优点。

附图说明

参照附图对本发明进行了描述。这些附图示意性地示出了：

图1a、b、c：根据本发明的用于制造水冷却系统的方法，和

图2：根据本发明的水冷却系统。

具体实施方式

在图1a、b、c和图2中，具有相同功能和作用模式的元件采用相同的附图标记。

在图1a、b、c中示出了用于制造位于铸造缸盖10内的水冷却系统20的方法。图1a特别示出了根据本发明的方法的步骤a)。上部水套型芯30和下部水套型芯31彼此相贴靠地设置。仅仅示出了水套型芯30、31的位于待制造的过渡通道23(参见图1b、c)的区域中的那些部分。水套型芯30、31二者均包括凹部32，所述凹部位于水套型芯30、31的接触区域处。此外，示出了排气部型芯33。缸盖10(未示出)的铸造工艺所需的所有其它部件、例如铸模均没有示出。在图1b中示出了去除型芯30、31、33(未示出)之后的铸造工艺的结果。在铸造的缸盖10中，形成了用于水冷却系统20和排气部13的腔体。水冷却系统20分成上部水套21、下部水套22和过渡通道23，该过渡通道将两个水套21、22互通流体地连接。上部水套21的开口51连接至过渡通道23的第一端53，并且下部水套22的开口52连接至过渡通道23的第二端54。由于水套型芯30、31(未示出)的形状，铸造缸盖10中还形成有孔11。可以清楚地看到，由于水套型芯30、31上的凹部32，在铸造缸盖10的位于水冷却系统20的过渡通道23和排气部13之间的侧壁上形成有公共的突出部24。在铸造过程中，模制金属会进入水套型芯30、31之间而到达水套型芯30、31之间的接触区域中。这就是为什么在突出部24的尖部上形成型芯飞边25。还可清楚地看到，过渡通道23几乎完全被突出部24和型芯飞边25阻挡。因此，在根据本发明的方法的步骤d)中，对宽度26(参见图2)进行调整是根据本发明的方法的重要部分。在根据本发明的方法的该实施方式中，通过使用钻头40来实现对型芯飞边25和突出部24的去除。钻头40插入通过孔11，并且用来去除型芯飞边25和突出部24的材料。通过选择钻头40的尺寸和/或钻除的深度和/或使钻头40侧向移动，过渡通道23的宽度26可以被准确校准。由于型芯飞边25仅仅设置在突出部24处，可以容易地防止对铸造缸盖10的位于过渡通道23和排气部13之间的侧壁造成损伤。采用根据本发明的方法，因此可以实现：准确校准过渡通道23的宽度26、完全去除型芯飞边25、并且同时防止对铸造缸盖10中位于过渡通道23和排气部13之间的侧壁造成损伤。在根据本发明的方法的该实施方式中，钻头40沿垂直于待制造的过渡通道23中的预定流动方向50(参见图2)的方向插入。这具有的优点在于需要被钻通的缸盖10的材料更少。一方面，这是一种非常简单和成本有效的方式，另一方面，这允许在尽可能少地削弱铸造缸盖10的情况下去除型芯飞边25和突出部24。

在图2中示出了根据本发明的位于铸造缸盖10内的水冷却系统20。特别地，图2中所示的水冷却系统20采用根据本发明的如图1a、b、c所示的方法制造。孔11现填充有塞12，其中，塞12被调整以确保过渡通道23的经校准的宽度26。上部水套21和下部水套22现通过过渡通道23连接，并且冷却水可以沿流动方向50在两个水套21、22之间流动，以冷却排气部13中的废气。过渡通道23连接上部水套21和下部水套22。因此在示出的实施方式中，冷却水通过连接至过渡通道23的第一端53的开口51离开上部水套21，并在过渡通道23的第一端53处进入过渡通道23。然后，冷却水流动通过过渡通道23，在过渡通道23的第二端54上离开过渡通道23，并通过下部水套22中的连接至过渡通道23的第二端54的开口52而进入下部水套22。在替代性的实施方式中，冷却水也可以从下部水套22通过过渡通道23流入到上部水套21中(未示出)。因此，预定流动方向50从上部(下部)水套21(22)中的开口51(52)指向下部(上部)水套22(21)中的开口52(51)，特别是沿过渡通道23的大体方向(括号内的附图标记与替代性的、未示出的实施方式相关)。根据本发明的水冷却系统20特别具有的优点是过渡通道23的宽度26可以被准确校准。由于可以避免在铸造工艺之后去除型芯飞边25的安全裕量，铸造缸盖10的位于过渡通道23和例如排气部13之间的侧壁可以被制造得尽可能薄，由此产生了根据本发明的水冷却系统20的另一优点。因此可以提供改进的冷却。

附图标记

10 缸盖

11 孔

12 塞

13 排气部

20 水冷却系统

21 上部水套

22 下部水套

23 过渡通道

24 突出部

25 型芯飞边

26 宽度

30 上部水套型芯

31 下部水套型芯

32 凹部

33 排气部型芯

40 钻头

50 流动方向

51 上部水套中的开口

52 下部水套中的开口

53 过渡通道的第一端

54 过渡通道的第二端

Claims (11)

1.用于制造位于铸造缸盖(10)内的水冷却系统(20)的方法，所述水冷却系统(20)包括上部水套(21)和下部水套(22)，并且过渡通道(23)位于所述上部水套(21)和所述下部水套(22)之间，

其特征在于以下步骤：

a)设置用于所述上部水套(21)的上部水套型芯(30)和用于所述下部水套(22)的下部水套型芯(31)，其中，所述上部水套型芯(30)和所述下部水套型芯(31)在待制造的所述过渡通道(23)的区域中和/或区域近旁互相邻接，并且其中至少一个水套型芯(30，31)包括位于待制造的所述过渡通道(23)的区域近旁的凹部(32)，

b)铸造所述缸盖(10)，其中，由于所述凹部(32)，形成突出部(24)，并且由于各所述水套型芯(30，31)的设置，在所述突出部(24)上形成型芯飞边(25)，并且其中待制造的所述过渡通道(23)至少部分被所述突出部(24)和所述型芯飞边(25)阻挡，

c)去除所述上部水套型芯(30)和所述下部水套型芯(31)，和

d)通过去除所述型芯飞边(25)和至少一部分所述突出部(24)来调整待制造的所述过渡通道(23)的宽度(26)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在步骤d)中，所述去除包括钻除。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述钻除沿垂直于所述过渡通道(23)中的冷却水的预定流动方向(50)的方向进行。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：

利用塞(12)对所述缸盖(10)中的孔(11)进行封闭。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

利用塞(12)对通过步骤d)中的去除所造成的缸盖中的孔进行封闭。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述水套型芯(30，31)二者均包括位于待制造的所述过渡通道(23)的区域近旁的凹部(32)，并且在步骤b)中，由于所述凹部(32)，形成公共的突出部(24)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在步骤b)中，待制造的所述过渡通道(23)被所述突出部(24)和所述型芯飞边(25)完全阻挡。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在步骤a)中，所述上部水套型芯(30)和所述下部水套型芯(31)设置在排气部型芯(33)附近。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述上部水套型芯(30)和所述下部水套型芯(31)设置成使得所述排气部型芯(33)至少在局部被所述上部水套型芯(30)和所述下部水套型芯(31)包围。

10.位于铸造缸盖(10)内的水冷却系统(20)，包括上部水套(21)和下部水套(22)，其中，所述上部水套(21)和所述下部水套(22)通过至少一个过渡通道(23)互通流体地连接，其特征在于：

在铸造所述缸盖(10)之后，所述过渡通道(23)至少部分被突出部(24)和设置在所述突出部处的型芯飞边(25)阻挡，并且所述过渡通道(23)的宽度(26)通过去除所述型芯飞边(25)和至少一部分所述突出部(24)来进行调整。

11.位于铸造缸盖(10)内的水冷却系统(20)，其特征在于：

所述水冷却系统(20)采用根据前述权利要求1至8之一所述的方法制造。