CN109751099A - 用于冷却往复式发动机的排气阀门的系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种系统，所述系统包括安装到往复式发动机的发动机缸体的发动机缸盖，并且所述发动机缸盖包括进气流动通路、排气流动通路、冷却剂流动通路，以及设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器和第二密封配准器。此外，所述第一密封配准器和第二密封配准器配置成接纳用于支撑排气阀门的阀杆的阀门导承。此外，所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路与所述冷却剂流动通路的壁中。此外，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与配置成接纳所述排气阀门的阀头的排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸。

Description

用于冷却往复式发动机的排气阀门的系统

技术领域

本说明书中所公开的主题大体上涉及往复式发动机，并且更确切地说，涉及往复式发动机的排气阀门。

背景技术

往复式发动机(例如，往复式内燃机)使用氧化剂(例如空气)燃烧燃料以产生热燃烧气体，所述热燃烧气体又驱动位于气缸盖的气缸内的活塞(例如，往复式活塞)。确切地说，所述热燃烧气体在膨胀冲程期间膨胀并且对所述活塞施加压力，从而使所述活塞从气缸的顶部部分以线性方式移动到底部部分。所述活塞将燃烧气体和活塞线性运动所施加的压力转换成驱动一个或多个负载(例如，发电机)的旋转运动(例如，通过连接到活塞的连杆和曲柄轴)。所述气缸盖还包括进气阀门和排气阀门，所述进气阀门和排气阀门在所述往复式发动机操作期间打开和关闭以控制空气的吸入以及燃烧气体的排出。遗憾的是，所述排气阀门承受来自燃烧过程的大量热量，并且所述热量可能导致排气阀门所用的润滑剂发生降解和焦化。因此，需要改进与排气阀门相关的冷却和润滑。

发明内容

下文概述与最初所要求的本公开的范围相符的某些实施例。这些实施例并不意图限制所要求的实施例的范围，相反，这些实施例仅意图提供本公开的可能形式的简述。实际上，本公开可以包括与下述实施例类似或不同的各种形式。

在第一实施例中，一种系统包括安装到往复式发动机的发动机缸体(engineblock)的发动机缸盖(engine head)，并且所述缸盖包括进气流动通路、排气流动通路、冷却剂流动通路，以及设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器(sealingregister)和第二密封配准器。此外，所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路与所述冷却剂流动通路的壁中。此外，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸。所述缸盖进一步包括阀门导承(valve guide)，所述阀门导承沿所述冷却剂流动通路安装在所述发动机缸盖中，并且所述阀门导承包括具有中心轴线的环形导承主体。此外，所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分，并且所述环形冷却部分配置成延伸到所述冷却剂流动通路中。此外，所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装到位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应所述第一密封配准器和第二密封配准器中。此外，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚。所述阀门导承还包括沿所述中心轴线延伸穿过所述环形导承主体的阀孔，并且所述阀孔配置成接纳排气阀门的阀杆，所述排气阀门具有阀头，所述阀头配置成在所述发动机缸盖中相对于所述排气阀座打开和关闭。

在第二实施例中，一种系统包括：阀门导承，所述阀门导承沿冷却剂流动通路安装在往复式发动机的发动机缸盖中，并且所述阀门导承包括具有中心轴线的环形导承主体。此外，所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分。此外，所述环形冷却部分延伸到所述冷却剂流动通路中，并且所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装到位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应第一密封配准器和第二密封配准器中。此外，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚。所述阀门导承还包括沿所述中心轴线延伸穿过所述环形导承主体的阀孔，其中所述阀孔配置成接纳排气阀门的阀杆，所述排气阀门具有阀头，所述阀头配置成在所述发动机缸盖中相对于排气阀座打开和关闭。

在第三实施例中，一种系统包括安装到往复式发动机的发动机缸体的发动机缸盖，并且所述发动机缸盖包括进气流动通路、排气流动通路、冷却剂流动通路，以及设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器和第二密封配准器。此外，所述第一密封配准器和第二密封配准器配置成接纳用于支撑排气阀门的阀杆的阀门导承。此外，所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路与所述冷却剂流动通路的壁中。此外，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与配置成接纳所述排气阀门的阀头的排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸。此外，所述第一壁部分包括沿所述冷却剂流动通路设置在邻近所述第一密封配准器处的凸块(bump)。此外，所述第二壁部分相对于穿过所述第一密封配准器和第二密封配准器的中心轴线成角度定向，并且所述角度为约23度到27度。

除了上述实施例之外，本公开还提供以下技术方案：

技术方案1.一种系统，包括：

发动机缸盖，所述发动机缸盖配置成安装到往复式发动机的发动机缸体，其中所述发动机缸盖包括：

进气流动通路；

排气流动通路；

冷却剂流动通路；以及

设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器和第二密封配准器，其中所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路和所述冷却剂流动通路的壁中，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸；以及

阀门导承，所述阀门导承配置成沿所述冷却剂流动通路安装在所述发动机缸盖中，其中所述阀门导承包括：

环形导承主体，所述环形导承主体具有中心轴线，其中所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分，所述环形冷却部分配置成延伸到所述冷却剂流动通路中，所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装在位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应第一密封配准器和第二密封配准器中，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚；以及

沿所述中心轴线延伸穿过所述环形导承主体的阀孔，其中所述阀孔配置成接纳排气阀门的阀杆，所述排气阀门具有阀头，所述阀头配置成在所述发动机缸盖中相对于所述排气阀座打开和关闭。

技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其中所述第二壁部分相对于穿过所述第一密封配准器和第二密封配准器的所述中心轴线成角度定向，并且所述角度为约23度到27度。

技术方案3.根据技术方案2所述的系统，其中所述角度沿所述第一密封配准器与第二密封配准器之间长度的至少50％大体恒定。

技术方案4.根据技术方案1所述的系统，其中所述第一壁部分包括沿所述冷却剂流动通路设置在邻近所述第一密封配准器处的凸块。

技术方案5.根据技术方案1所述的系统，其中所述第一直径相对于所述第一环形安装部分的长度的比率为约1.5到1.6。

技术方案6.根据技术方案1所述的系统，其中所述环形冷却部分沿所述第一密封配准器与第二密封配准器之间长度的至少30％延伸。

技术方案7.一种系统，包括：

阀门导承，所述阀门导承配置成沿冷却剂流动通路安装在往复式发动机的发动机缸盖中，其中所述阀门导承包括：

环形导承主体，所述环形导承主体具有中心轴线，其中所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分，所述环形冷却部分配置成延伸到所述冷却剂流动通路中，所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装在位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应第一密封配准器和第二密封配准器中，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚；以及

沿所述中心轴线延伸穿过所述环形导承主体的阀孔，其中所述阀孔配置成接纳排气阀门的阀杆，所述排气阀门具有阀头，所述阀头配置成在所述发动机缸盖中相对于排气阀座打开和关闭。

技术方案8.根据技术方案7所述的系统，其中所述第一直径相对于所述第一环形安装部分的长度的比率为约1.5到1.6。

技术方案9.根据技术方案7所述的系统，包括具有设置在所述阀门导承的所述阀孔中的所述阀杆的所述排气阀门。

技术方案10.根据技术方案9所述的系统，包括具有所述阀门导承和所述排气阀门的所述发动机缸盖。

技术方案11.根据技术方案10所述的系统，其中所述发动机缸盖包括：

排气流动通路；

冷却剂流动通路；

设置在所述冷却剂流动通路的所述相对侧上的所述第一密封配准器和第二密封配准器，其中所述阀门导承的所述第一环形安装部分和第二环形安装部分安装在所述相应第一密封配准器和第二密封配准器中，所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路和所述冷却剂流动通路的壁中，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与所述排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸；并且

其中所述第二壁部分相对于穿过所述第一密封配准器和第二密封配准器的所述中心轴线成角度定向，并且所述角度为约23度到27度。

技术方案12.根据技术方案11所述的系统，其中所述第一壁部分包括沿所述冷却剂流动通路设置在邻近所述第一密封配准器处的凸块。

技术方案13.根据技术方案9所述的系统，包括具有所述发动机缸盖、所述阀门导承和所述排气阀门的所述发动机。

技术方案14.一种系统，包括：

发动机缸盖，所述发动机缸盖配置成安装到往复式发动机的发动机缸体，其中所述发动机缸盖包括：

进气流动通路；

排气流动通路；

冷却剂流动通路；

设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器和第二密封配准器，其中所述第一密封配准器和第二密封配准器配置成接纳支撑排气阀门的阀杆的阀门导承，所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路和所述冷却剂流动通路的壁中，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与配置成接纳所述排气阀门的阀头的排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸；

其中所述第一壁部分包括沿所述冷却剂流动通路设置在邻近所述第一密封配准器处的凸块；并且

其中所述第二壁部分相对于穿过所述第一密封配准器和第二密封配准器的中心轴线成角度定向，并且所述角度为约23度到27度。

技术方案15.根据技术方案14所述的系统，其中所述角度沿所述第一密封配准器与第二密封配准器之间长度的至少50％大体恒定。

技术方案16.根据技术方案14所述的系统，其中所述排气流动通路的最小截面积与排气出口面积之间的比率为约0.300到0.320。

技术方案17.根据技术方案14所述的系统，其中所述第二壁部分的厚度相对于所述第一密封配准与所述第二密封配准器之间长度的比率为约0.15到0.25。

技术方案18.根据技术方案14所述的系统，其中所述发动机缸盖包括：

所述阀门导承，所述阀门导承配置成沿所述冷却剂流动通路安装在所述发动机缸盖中，其中所述阀门导承包括：

环形导承主体，所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分，其中所述环形冷却部分配置成延伸到所述冷却剂流动通路中，所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装在位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应第一密封配准器和第二密封配准器中，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚；以及

延伸通过所述环形导承主体的阀孔，其中所述阀孔配置成接纳所述排气阀门的所述阀杆。

技术方案19.根据技术方案18所述的系统，其中所述第一直径相对于所述第一环形安装部分的长度的比率为约1.5到1.6。

技术方案20.根据技术方案18所述的系统，其中所述环形冷却部分沿所述第一密封配准器与第二密封配准器之间长度的至少30％延伸。

附图说明

参照附图阅读以下详细说明将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面及优点，其中附图中的相似附图标记表示相似零件，其中：

图1是发动机驱动的发电系统的一部分的实施例的方框示意图；

图2是往复式发动机气缸盖的实施例的截面侧视图，其中示出设置在气缸中的活塞、进气阀门和排气阀门；

图3是图2所示发动机缸盖的一部分的局部截面侧视图，其中示出排气阀门、排气阀门导承、冷却流动通路和排气流动通路的实施例；

图4是图3所示排气阀门导承的实施例的截面侧视图；以及

图5是图2和图3所示发动机缸盖的截面侧视图，其中出于讨论排气流动通路和冷却剂流动通路的细节的目的而省去排气阀门和排气阀门导承。

具体实施方式

下文将描述本公开的一或多个具体实施例。为提供这些实施例的简明描述，本说明书中可能不描述实际实施方案中的所有特征。应了解，任何工程或设计项目中在开发任何实际实施方案时，必须做出特定于具体实施方案的大量决定以实现开发人员的具体目标，例如，遵守系统相关和业务相关约束，而这些约束可能会因实施方案的不同而有所不同。此外应了解，所述开发工作可能复杂且耗时，但对受益于本公开的所属领域中的普通技术人员而言将仍是设计、制造及生产中的常规任务。

在介绍本公开各个实施例中的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个所述元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在于包括性含义，并且表示除了所列举元件之外可能还存在其他元件。

所公开的实施例涉及一种用于往复式发动机(例如，往复式内燃机)的动力缸系统。每个动力缸系统具有活塞，所述活塞配置成在气缸(例如，衬管)内以线性方式移动，以将燃烧气体和活塞线性运动施加的压力转换成旋转运动，从而为一个或多个负载提供动力。例如，所述往复式发动机可以包括1、2、4、6、8、10、12个或更多个动力缸系统，所述动力缸系统可以设置在公共发动机缸盖或单独发动机缸盖中。在操作中，每个动力缸系统通过一个或多个排气流动通路(例如，排气流动通道或排气口)将排气流(例如，燃烧气体)输送到所述气缸之外。每个排气口包括排气阀门，所述排气阀门在所述往复式发动机的操作期间选择性地打开和关闭所述排气口。此外，每个排气阀门可以包括排气阀门导承，所述排气阀门导承轴向地引导所述排气阀门沿其轴线运动并且提供侧向支撑。离开气缸的排气仍含有大量热量。在以化学计量燃烧操作的往复式发动机中，所述排气可能含有更多热量。所公开的实施例提供冷却得到改进、润滑剂热降解和焦化减少、零件寿命延长并且性能得到改进的发动机缸盖、排气阀门和排气阀门导承。

图1示出发动机驱动的发电系统8的一部分的实施例的示意图，所述系统可以包括发动机缸盖、排气阀门、排气阀门导承和冷却特征的各种改进，如下文进一步详细讨论。所述系统8包括具有一个或多个燃烧室12(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、14、16、18、20个或更多个燃烧室12)的发动机10(例如，往复式内燃机)。空气源14(air supply)配置成向每个燃烧室12提供加压氧化剂16，例如空气、氧气、富氧空气、减氧空气(oxygen-reduced air)或其任何组合。燃烧室12还配置成接收来自燃料源19(fuel supply)的燃料18(例如，液体和/或气体燃料)，并且燃料空气混合物在每个燃烧室12内点燃并且燃烧。热加压燃烧气体使与每个燃烧室12相邻的活塞20在气缸26内以线性方式移动，并且将所述气体施加的压力转换成旋转运动，从而致使轴22(例如，曲柄轴)旋转。发动机10还包括发动机缸盖28，所述发动机缸盖可以用于将氧化剂16和燃料18提供给气缸26。此外，所述发动机缸盖28可以包括使排气30能够离开发动机10的通道。发动机缸盖28还可以包括一个或多个发动机缸盖。例如，发动机缸盖28可以包括每个气缸26的发动机缸盖，或者发动机缸盖28可以包括用于多个气缸26的一个发动机缸盖(即，单个整体式发动机缸盖)(例如，每个发动机缸盖有2、3、4、5、6个或更多个气缸)。此外，轴22连接到负载24，所述负载通过轴22的旋转获得动力。例如，负载24可以是通过系统10的旋转输出来发电的任何适当装置，例如发电机。此外，尽管以下讨论中的氧化剂16是指空气，但是所公开的实施例可以使用任何适当氧化剂。同样，燃料18可以是任何适当气体燃料，例如天然气、伴生石油气、丙烷、生物气、沼气、垃圾填埋气、煤矿气。

所述发动机驱动的发电系统8还可以包括控制器32(例如，电子控制器和/或基于处理器的控制器)以控制系统8的操作。所述控制器32可以通过与点燃系统34、冷却剂系统36、监测系统38和/或燃料喷射系统40以电气方式连通来独立地控制系统8的操作。所述点燃系统34可以用于控制氧化剂16和燃料18混合物在气缸26中的点燃。例如，所述点燃系统34可以包括温度传感器、压力传感器、位置传感器(例如，监测活塞20或轴22的位置的传感器)以及用于点燃氧化剂16和燃料18混合物的点燃装置(例如，火花塞、热线点火塞等)。冷却剂系统36可以用于通过使冷却剂(例如，诸如水的液体)流动通过发动机中的通道来从发动机10散热。例如，所述冷却剂系统36可以包括提供流动通过发动机10的冷却剂流的冷却剂源和冷却剂泵(例如，电动泵或皮带驱动泵)。所述监测系统38可以用于监测发动机10的各个方面。例如，所述监测系统38可以包括位于发动机各处向监测系统38发送数据的传感器(例如，空气质量流量传感器、爆震传感器、冷却剂温度传感器、油温传感器、油位传感器等)。所述监测系统38可以使用所述传感器提供的数据来确定发动机10的状态、通过图形用户界面向操作员显示数据等。所述燃料喷射系统40可以用于向气缸26提供燃料18。例如，所述燃料喷射系统40可以包括一个或多个燃料泵(例如，电动泵或皮带驱动泵)、燃料喷射器、汽化器等，以将燃料18提供给气缸26。

所述控制器32可以包括分布式控制系统(DCS)，或者完全或部分自动化的任何基于计算机的工作站。例如，所述控制器32可以包括一个或多个处理器42(例如，一个或多个微处理器)，所述处理器可以执行软件程序以执行所公开的技术。此外，所述处理器42可以包括多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或一个或多个专用集成电路(ASICS)，或者它们的特定组合。例如，所述处理器42可以包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器。所述控制器32可以包括存储器装置44，所述存储器装置用于存储能够被处理器42执行的指令。存储在所述存储器装置44上的数据可以包括但不限于系统8的爆震检测算法、冷却剂温度参数、油温参数、冷却剂流速参数、油流速参数、燃料流速参数等。所述存储器装置44可以包括有形非暂态机器可读介质，例如易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器或任何其他适当光学、磁性或固态存储介质，或者它们的组合)。此外，所述控制器32可以包括分布于系统8各处的多个控制器(例如，点燃系统34、冷却剂系统36、监测系统38和燃料喷射系统40中的每一者可以包括一个或多个控制器)。

本说明书中所公开的系统8可以适配成用在固定应用(例如，工业发电发动机)或移动应用(例如，汽车、轮船、机车或飞行器)中。所述发动机10可以是二冲程发动机、三冲程发动机、四冲程发动机、五冲程发动机或六冲程发动机。所述发动机10还可以包括任何数量的燃烧室12、活塞20和关联气缸(例如，1个到24个)。例如，在某些实施例中，所述系统8可以包括大型工业往复式发动机，所述大型工业往复式发动机具有在气缸26中往复运动的4、6、8、10、16、24个或更多个活塞20。在某些所述情况下，所述气缸和/或活塞20的直径可以在约13.5到34厘米(cm)之间。在一些实施例中，所述气缸和/或活塞20的直径可以在约10cm到40cm之间、15cm到25cm之间，或者为约15cm。所述系统8可以产生在从10kW到10MW范围内的电力。在一些实施例中，发动机10可以以小于约1800转/分钟(RPM)运行。在一些实施例中，所述发动机10可以以小于约2000RPM、1900RPM、1700RPM、1600RPM、1500RPM、1400RPM、1300RPM、1200RPM、1000RPM或900RPM运行。在一些实施例中，所述发动机10可以以约800RPM到2000RPM，900RPM到1800RPM或者1000RPM到1600RPM之间操作。在一些实施例中，所述发动机10可以以约1800RPM、1500RPM、1200RPM、1000RPM或者900RPM操作。示例性发动机10可以包括例如通用电气公司的Jenbacher发动机(例如，Jenbacher 2型、3型、4型、6型或J920FleXtra)或Waukesha发动机(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。

图2是活塞组件25的实施例的截面侧视图，其中所述活塞组件具有设置在往复式发动机10的气缸26(例如发动机气缸)内的活塞20。所述气缸26具有内环形壁29，所述内环形壁限定圆柱形空腔31。活塞20可以参照轴向轴线或轴向35、径向轴线或径向37以及周向轴线或周向39来描述。如图所示，所述活塞20经由连杆52和销54附接到曲柄轴50。所述曲柄轴50将活塞24的往复式线性运动转换成旋转运动。燃料喷射器56将燃料18提供给燃烧室12，并且进气阀门58(例如，空气进气阀门)打开和关闭以控制空气16到燃烧室12的输送。燃料18在燃烧室12中与空气16混合并且燃烧以驱动活塞24在气缸26中线性运动。在操作中，活塞20在气缸26的空腔30内沿轴向34以往复方式移动(例如，前后移动)，从而驱动曲柄轴50旋转并且为负载24(参见图1)提供动力，如上文所讨论。被排气阀门导承62沿其轴线支撑的排气阀门60打开和关闭排气口或通道48以控制来自发动机10的排气30(例如，燃料18与空气16燃烧的热产物)的排放。在一些实施例中，燃烧室12可以包括针对排气30的多个排气口48，例如2、3、4个或更多个出口。因此，往复式发动机10可以包括多个排气阀门60和排气阀门导承62，其中每个排气口48具有对应排气阀门60和排气阀门导承62。

燃烧热将大量热量传递给沿燃烧气体或排气30的热通路的所有零件。在某些实施例中，发动机10可以由控制器32控制以使用化学计量燃烧操作，因而产生温度和压力比非化学计量燃烧更高的排气30。承受来自排气30的大量热量的排气阀门60包括排气阀门导承62，以帮助引导和冷却所述阀门60。在操作中，排气阀门导承62帮助引导排气阀门60沿其轴线61在相对于排气口或通道48的打开阀门位置与关闭阀门位置之间以线性方式移动。在某些实施例中，排气阀门导承62至少部分或完全围绕排气阀门60的外周延伸。例如，排气阀门导承62可以是环形排气阀门导承62和/或包括环形支撑套筒。排气阀门导承62为排气阀门60提供侧向支撑，并且因此阻止排气阀门60背离轴线61侧向移动。此外，排气阀门导承62配置成帮助改进排气阀门60的冷却和润滑。

当排气30在高温高压下通过排气通道48离开燃烧室12时，所述排气将所述热量的一部分传递给排气阀门60和排气阀门导承62。因此，冷却剂通道64包括在发动机缸盖28中，以向排气阀门导承62提供冷却剂流，从而有助于将来自排气阀门60和排气阀门导承62的热量带离到冷却剂流中。所公开的实施例配置成增加从阀门60和导承62到冷却剂流的热传递，从而增加冷却、减少润滑剂的热降解和焦化、延长阀门60和导承62的寿命，并且改进发动机10的整体性能。

图3是发动机缸盖28的实施例的一部分的截面侧视图。确切地说，图3示出排气通道48、冷却剂通道64、排气阀门60和排气阀门导承62的实施例。在图示实施例中，排气阀门60包括阀杆86和阀头88。所述阀杆86具有近似恒定的阀杆直径90，并且阀杆86沿轴向35延伸穿过排气阀门导承62的孔85(例如，圆柱形孔)。阀杆86与排气阀门导承62的孔85的内表面(例如，环形内表面)之间界面处设有润滑剂(例如，液体润滑剂、烃基润滑剂或油)，以用于减少摩擦以使阀杆86相对于排气阀门导承62更平滑地运动。在操作中，排气阀门60配置成通过使阀杆86沿阀门导承62内的孔85轴向移动来选择性地围绕排气通道48相对于阀座87(例如，圆锥环形阀座)打开和关闭阀头88。通过这种方式，所述阀头88使排气阀门60能够选择性地将燃烧室12和排气通道48流体连通。此外，排气阀门导承62在第一密封配准器94和第二密封配准器96处连接到发动机缸盖28。密封配准器94和96中的每一者可以是可以机加工到发动机缸盖28中的环形密封配准器。例如，密封配准器94和96可以具有环形密封表面95，所述环形密封表面接纳阀门导承62的对应环形密封表面97。

在本实施例中，排气阀门60处于阀头88离开阀座87的打开位置(例如，降低位置)，使得排气30可以从燃烧室12流动到排气通道48中。当排气30流动通过排气通道48时，来自排气30的热量传递到排气阀门60、排气阀门导承62、第一排气壁80和第二排气壁82。冷却通道64提供冷却剂流84以吸收排气30所传递热量中的至少一部分并且将此热量带离排气阀门60、排气阀门导承62、第一排气壁80和第二排气壁82。在图示实施例中，所述冷却剂84沿大体向外方向(例如，向上轴向35)从发动机缸盖28的底部部分81(例如，最靠近燃烧室12处)流动到发动机缸盖28的顶部部分83(例如，更远离燃烧室12处)。当冷却剂84流过排气阀门导承62的表面(例如，环形外表面)时，冷却剂84吸收来自排气阀门导承62的至少一部分热量。排气阀门导承62包括环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)，所述环形冷却部分配置成增加冷却剂84吸收的热量。在操作中，热量从排气30通过排气阀门60传递到排气阀阀门导承62中，然后再传递到冷却剂84中。当热量从排气阀门60传递到冷却剂84时，环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)使热量能够行进通过排气阀门导承62的较少材料，从而提高排气阀门导承62与冷却剂84之间的热传递速率(例如，传导性热传递)。环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)还增大冷却通道64在阀门导承62周围的截面通流面积91，使得阀门导承62周围实现更大冷却剂84流量。

在图示实施例中，所述环形冷却部分98具有沿阀门导承62的距离或长度93轴向延伸的环形凹入部分89，所述环形凹入部分沿在轴向上介于第一密封配准器94与第二密封配准器96之间的总距离或长度99定位。在某些实施例中，环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)的长度93可以至少等于或大于长度99的约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、97.5％、99％或100％。此外，阀门导承62可以具有位于第一密封配准器94处的截面积63、位于第二密配准器96处的截面积65，以及位于环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)处的截面积67，其中截面积67小于截面积63和65。例如，在某些实施例中，截面积67可以小于或等于截面积63和65的约20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。截面积67相对于截面积63和65的比率可以沿长度93纵向恒定，或者此比率可以沿长度93变化(例如，增大或减小)。

如图3中进一步所示，发动机缸盖28中围绕阀门导承62并且限定冷却剂通道64的结构包括额外热控制特征，以改进排气阀门60和排气阀门导承62的冷却。例如，如下文进一步详细讨论，第一排气壁80包括靠近第二密封配准器96的边缘126(例如，内环形端)的凸块124。凸块124提供第一排气壁80在边缘126处的厚度增大，从而有助于从排气阀门60和排气阀门导承62通过第一排气壁80向冷却剂通道64中的冷却剂84中更均匀地热传递。否则，在没有凸块124的情况下，第一排气壁80在边缘126处的厚度将相对较小，因而可能导致边缘126处的热应力增大。另外，如下文详细讨论，第二排气壁82沿环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)可以具有厚度123和角度125(参见图5)，其中厚度123和角度125选择成有助于增加被带离排气阀门60和排气阀门导承62的热量，同时维持排气通道48中的足够通流面积。

图4是排气阀门导承62的实施例的截面侧视图，所述排气阀门导承具有沿中心轴线106的环形通道100(例如，圆柱形阀孔)，其中环形通道100配置成支撑排气阀门60的阀杆86。所述排气阀门导承62还具有环形导承主体102，所述环形导承主体沿长度104具有不同厚度、直径和截面积。在图示实施例中，环形通道100的内径108沿长度104保持大体恒定，使得具有大体恒定直径的阀杆86能够沿中心轴线106相对于排气阀门导承62平移。在某些实施例中，内径108可以是约0.4到0.7英寸、0.45到0.65英寸、0.5到0.6英寸或者0.53到0.58英寸。

外径沿排气阀门导承62的长度104变化，以增加冷却剂84与排气阀门导承62之间的热传递速率。例如，排气阀门导承62具有第一外径110，所述第一外径位于远端112附近并且/或者沿排气阀门导承62的密封安装区域113(例如，密封配准器长度114)的全部或一部分延伸。第一外径110(例如，沿长度114)的尺寸设定成使排气阀门导承62装配在第二密封配准器96内并且使排气通道48与冷却剂通道64流体隔离。在某些实施例中，第一外径110可以沿排气阀门导承62的长度的约1.001到1.0045英寸、1.0015到1.004英寸、1.002到1.0035英寸或者1.0025到1.003英寸延伸，此长度可以与密封配准器长度114的全部或一部分相对应。此外，第一外径110可以跨排气阀门导承62的密封配准器长度114保持大致恒定。

所述密封配准器长度114(例如，密封配准器96的长度)可以是能够实现排气阀门导承62与冷却剂84之间的特定热传递速率的长度。例如，如果所述密封配准器长度114过长，则所述热传递速率将过小。相反，如果所述密封配准器长度114过短，则所述热传递速率过高，导致冷却剂汽化。因此，密封配准器长度114可以是实现预期热传递速率的任何适当长度，包括约0.5到0.8英寸、0.55到0.75英寸、0.6到0.7英寸或者0.62到0.68英寸。

排气阀门导承62的外径105在邻近密封配准器长度114处沿锥形118(例如，圆锥环形表面或圆锥表面)从第一外径110减小到第二外径116。所述锥形118可以是任何适当角度，包括5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度或更大角度。此外，环形导承主体102的厚度107和截面积109沿锥形118从密封配准器长度114向环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)减小，因为当外径105减小时，内径108保持大体恒定。与没有环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)的排气阀门导承62相比，环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)处较小的第二外径116、较小的厚度107和较小的截面积67、109配置成提供排气阀门导承62与冷却剂84之间的较高热传递速率。因此，具有第二外径116的环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)的长度93可以是任何适当长度，例如约0.775到0.975英寸、0.800到0.950英寸、0.825到0.925英寸，或者0.850到0.900英寸。在本实施例中，第二外径116跨环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)的长度93保持大体恒定。在一些实施例中，第二外径116可以跨环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)的长度93变化。此外，在某些实施例中，环形冷却部分98的长度93可以包括沿轴向彼此间隔开的多个环形凹入部分89。

在环形冷却部分98之后，排气阀门导承62的外径105沿锥形122(例如，圆锥环形表面或圆锥表面)从第二外径116增大到第三外径120。所述锥形122可以是任何适当角度，包括5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度或更大角度。排气阀门导承62具有第三外径120，所述第三外径沿排气阀门导承62的密封安装区域111(例如，密封配准器长度115)的全部或一部分延伸。第三外径120(例如，沿长度115)的尺寸设定成使排气阀门导承62装配在第一密封配准器94内并且使冷却剂通道64与发动机缸盖28周围的外部(例如，大气)流体隔离。第三外径120的长度115可以大体等于、小于或大于第一外径110的长度114。在一些实施例中，第三外径120的长度115可以是任何适当长度，包括1.001到1.0045英寸、1.0015到1.004英寸、1.002到1.0035英寸、1.0025到1.003英寸等。

上文所讨论的长度可以与具有特定尺寸的发动机缸盖相对应。因此，以相对于彼此的比率的形式来讨论所述尺寸可能是有益的。例如，内径108相对于第二密封配准器长度114的比率可以是约0.7到1、0.75到0.95、0.8到0.9、0.83到0.88等。第一外径110相对于第二密封配准器长度114的比率可以是约1.35到1.75、1.40到1.70、1.45到1.65、1.50到1.60、1.52到1.58等。第二外径116相对于第二密封配准器长度114的比率可以是约1.10到1.60、1.15到1.55、1.20到1.50、1.25到1.45、1.30到1.40、1.32到1.38等。

再者，如上所讨论，环形冷却部分98(例如，环形凹入部分89)配置成通过以下项中的至少一者或多者来增加排气阀门60和排气阀门导承62的冷却：减小介于阀杆86与冷却剂84之间的厚度107和截面积67、109；以及增加围绕排气阀门导承62的冷却剂通道64的截面通流面积91(参见图3)。因此，阀杆86与排气阀门导承62之间的润滑剂(例如，油)发生热降解和/或焦化的可能性较低，并且排气阀门60和排气阀门导承62的寿命和性能可以显著增加。

图5是发动机缸盖28的实施例的一部分的截面侧视图，其中所述发动机缸盖具有排气通道48和冷却剂通道64。如上所述，排气通道48通过第一排气壁80、第二排气壁82和第二密封配准器96与冷却剂通道64流体隔离。第一排气壁80和第二排气壁82的结构特性使排气30能够以足够流速和热传递速率流动通过排气通道48。

在图示实施例中，所述排气通道具有可以尺寸设定成提供预期排气流量、压力比率、排气30中热燃烧气体的膨胀率等的喉部129(例如，最小截面通流面积)和排气出口130(例如，出口截面通流面积)。在某些实施例中，角度125可以选择成增加排气阀门60和排气阀门导承62的冷却(例如，通过增加环形凹入部分89周围的冷却剂84流量)，同时确保喉部129和排气出口130的截面积至少满足最小预期值或比率。例如，第二排气壁82相对于中心轴线106的角度125可以维持喉部129的至少最小截面积，此截面积是沿排气通道48的最小截面积。此外，第二排气壁82相对于中心轴线106的角度125可以维持排气出口130处的至少最小截面积。例如，在某些实施例中，喉部129的截面积相对于排气出口130的截面积的比率可以是约0.210到0.410、0.235到0.385、0.260到0.360、0.285到0.335，或者0.300到0.320。因此，在某些实施例中，第二排气壁82的角度125可以至少等于或大于约20度、21度、22度、23度、24度、25度、26度、27度、28度、29度、30度，或者相对于中心轴线106的任何其他适当角度。例如，角度125可以是约20到30度、22到28度、或者者24到26度。此外，第二排气壁82的角度125可以沿密封配准器94与96之间长度99的任何适当百分比大体恒定，例如沿至少等于或大于长度99的约30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％的长度大体恒定(例如，±0％、0.5％、1％、2％、3％、4％或5％)。

此外，第二排气壁82的厚度123可以实现从排气通道48通过第二排气壁82向冷却剂通道64的足够热传递速率。例如，如果厚度123过大，则所述热传递速率可能过低，而如果厚度123过小，则所述热传递速率可能过高。因此，厚度123可以是约0.300到0.500英寸、0.320到0.460英寸、0.340到0.420英寸、0.350到0.400英寸或者0.365到0.385英寸。此外，第二排气壁82的厚度123可以沿密封配准器94与96之间长度99的任何适当百分比大体恒定，例如沿至少等于或大于长度99的约30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％的长度大体恒定(例如，±0％、0.5％、1％、2％、3％、4％或5％)。此外，所述厚度123可以表示成厚度123与长度99之间的比率。例如，所述比率可以是约0.1到0.3、0.15到0.25、0.175到0.225或者0.19到0.21。在一些实施例中，所述厚度123可以不是大体恒定的，并且可以变化以包括上述厚度内所包括的任何厚度。

第一排气壁80包括位于第二密封配准器96的边缘126附近的凸块124。凸块124提供第一排气壁80在边缘126处的厚度增大。在凸块124处，所述厚度增大可以减小第一排气壁80与冷却剂通道64中的冷却剂84之间的热传递速率。例如，如果第一排气壁80不包括凸块124并且终止于线128处(即，与第一排气壁80的内曲率或轮廓一致)，则第一排气壁80的厚度将逐渐减小并且最终到达边缘126处的某个点，因此导致第一排气壁80与冷却剂84之间的热传递速率更高。因此，凸块124有助于使第一排气壁80的厚度在密封配准器96和排气阀门导承62周围更均匀，从而有助于沿密封配准器96提供更均匀的热传递、减少热差并且减小热应力。

发动机缸盖28还包括第一冷却剂通道壁136和第二冷却剂通道壁138，所述第一冷却剂通道壁和第二冷却剂通道壁成形为使冷却剂84能够围绕排气阀门导承62。例如，所述第一冷却剂通道壁136包括第一表面140，所述第一表面大体上平行于中心轴线106延伸，以增加排气阀门导承62周围用于供冷却剂84流动通过其中的空间的体积。

所公开实施例的技术效果包括提供增强对排气阀门导承62的冷却的系统。例如，提供围绕排气阀门导承62的至少一部分的冷却剂通道84，以增加冷却剂84与排气阀门导承62之间的热传递速率。此外，排气阀门导承62包括环形冷却部分98、89，所述环形冷却部分具有减小的外径和壁厚，从而进一步增加排气阀门导承62与冷却剂84之间的热传递速率。此外，配置成接纳排气阀门导承62的发动机缸盖28包括将冷却剂通道64与排气通道48流体隔离的壁。所述发动机缸盖28的壁可以保持一定壁厚，所述壁厚提供实现充分冷却的热传递速率，但是避免冷却剂84接收过多热量。此外，所述壁的角度维持排气通道48中的特定最小截面积，以提供通过排气通道48的足够排气流速。因此，提供给发动机缸盖28和排气阀门导承62的冷却增加，而不降低排气流的性能。

本说明书使用示例来公开本发明实施例，包括最佳模式，同时还使所属领域中的任何普通技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包括的任何方法。本公开的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域的技术人员想到的其他示例。如果其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义相同，或如果所述示例包括的等效结构构件与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也旨在权利要求书的覆盖范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

发动机缸盖，所述发动机缸盖配置成安装到往复式发动机的发动机缸体，其中所述发动机缸盖包括：

进气流动通路；

排气流动通路；

冷却剂流动通路；以及

设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器和第二密封配准器，其中所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路和所述冷却剂流动通路的壁中，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸；以及

阀门导承，所述阀门导承配置成沿所述冷却剂流动通路安装在所述发动机缸盖中，其中所述阀门导承包括：

环形导承主体，所述环形导承主体具有中心轴线，其中所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分，所述环形冷却部分配置成延伸到所述冷却剂流动通路中，所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装在位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应第一密封配准器和第二密封配准器中，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚；以及

沿所述中心轴线延伸穿过所述环形导承主体的阀孔，其中所述阀孔配置成接纳排气阀门的阀杆，所述排气阀门具有阀头，所述阀头配置成在所述发动机缸盖中相对于所述排气阀座打开和关闭。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二壁部分相对于穿过所述第一密封配准器和第二密封配准器的所述中心轴线成角度定向，并且所述角度为约23度到27度。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述角度沿所述第一密封配准器与第二密封配准器之间长度的至少50％大体恒定。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一壁部分包括沿所述冷却剂流动通路设置在邻近所述第一密封配准器处的凸块。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一直径相对于所述第一环形安装部分的长度的比率为约1.5到1.6。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述环形冷却部分沿所述第一密封配准器与第二密封配准器之间长度的至少30％延伸。

7.一种系统，包括：

阀门导承，所述阀门导承配置成沿冷却剂流动通路安装在往复式发动机的发动机缸盖中，其中所述阀门导承包括：

环形导承主体，所述环形导承主体具有中心轴线，其中所述环形导承主体包括轴向地设置在第一环形安装部分与第二环形安装部分之间的环形冷却部分，所述环形冷却部分配置成延伸到所述冷却剂流动通路中，所述第一环形安装部分和第二环形安装部分配置成安装在位于所述冷却剂流动通路的相对侧上的相应第一密封配准器和第二密封配准器中，所述环形冷却部分的直径小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一直径和第二直径，并且所述环形冷却部分的壁厚小于所述相应第一环形安装部分和第二环形安装部分的第一壁厚和第二壁厚；以及

沿所述中心轴线延伸穿过所述环形导承主体的阀孔，其中所述阀孔配置成接纳排气阀门的阀杆，所述排气阀门具有阀头，所述阀头配置成在所述发动机缸盖中相对于排气阀座打开和关闭。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一直径相对于所述第一环形安装部分的长度的比率为约1.5到1.6。

9.根据权利要求7所述的系统，包括具有设置在所述阀门导承的所述阀孔中的所述阀杆的所述排气阀门。

10.一种系统，包括：

发动机缸盖，所述发动机缸盖配置成安装到往复式发动机的发动机缸体，其中所述发动机缸盖包括：

进气流动通路；

排气流动通路；

冷却剂流动通路；

设置在所述冷却剂流动通路的相对侧上的第一密封配准器和第二密封配准器，其中所述第一密封配准器和第二密封配准器配置成接纳支撑排气阀门的阀杆的阀门导承，所述第一密封配准器设置在分隔所述排气流动通路和所述冷却剂流动通路的壁中，所述壁的第一壁部分在所述第一密封配准器与配置成接纳所述排气阀门的阀头的排气阀座之间延伸，并且所述壁的第二壁部分从所述第一密封配准器背离所述第一壁部分延伸；

其中所述第一壁部分包括沿所述冷却剂流动通路设置在邻近所述第一密封配准器处的凸块；并且

其中所述第二壁部分相对于穿过所述第一密封配准器和第二密封配准器的中心轴线成角度定向，并且所述角度为约23度到27度。