CN110700936A - 集成气缸盖流体喷射设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“集成气缸盖流体喷射设备”。提供了用于一体地形成在气缸盖中的流体喷射布置的方法和系统。在一个实例中，一种方法可包括将聚合物复合结构作为单部件模制，流体喷射布置一体地布置在其中。

Description

集成气缸盖流体喷射设备

技术领域

本说明书总体涉及一种一体地形成在气缸盖内的流体喷射布置。

背景技术

气缸盖可包括诸如铸铁和/或铝的材料。诸如由铸铁制成的金属气缸盖可能很重并且呈现低热导率。虽然铝制气缸盖可能更轻，但制造起来比铸铁气缸盖更贵。另外，铝制气缸盖在某些情况下可能呈现出不足的耐腐蚀性和不期望的热膨胀。其他类型的气缸盖可包括不锈钢、陶瓷、陶瓷复合材料、镁等。然而，这些气缸盖也可能具有类似缺陷。

然而，本发明人已经认识到此类系统的更多潜在问题。作为一个实例，将辅助部件(诸如流体喷射布置)布置到已经形成的气缸盖中可能既繁琐又昂贵。另外，辅助部件的装配可能存在包装限制，从而限制辅助部件的尺寸和/或形状。

发明内容

在一个实例中，可以通过模制外部聚合物复合结构以至少部分地围绕内部金属结构的方法来解决上述问题，该内部金属结构包括一体地形成在其中的流体喷射设备。以这种方式，气缸盖的复杂性和制造成本相对于前面的实例可以降低。

作为一个实例，3D打印气缸盖和流体喷射布置可以允许集成使用先前制造方法难以实现的更复杂的特征。这些特征可包括模制气缸盖的至少一部分，使气缸盖具有流体通道，该流体通道成形为使流体从流体喷射布置流动到邻近一个或多个气缸布置的一个或多个喷射喷嘴。由于将气缸盖和流体喷射布置作为单部件进行3D打印，所以喷射喷嘴可小于先前实例中使用的喷嘴。较小的喷射喷嘴可允许引入更多数量的喷射喷嘴，从而提供更大的喷射控制，而不会由于喷射喷嘴尺寸和/或位置影响燃烧条件。

应当理解，提供以上发明内容以便以简化形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或基本特征，该主题的范围是由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了包括在混合动力车辆中的发动机的示意图。

图2示出了没有气门盖的气缸盖的视图，暴露出进气口和排气口以及流体喷射布置。

图3示出了与一个或多个排气口邻近的一个或多个流体喷射喷嘴的视图。

图4示出了气缸盖的截面图，暴露出从流体歧管朝向排气口延伸的流体通道。

图5示出了流体通道的透视图。

图6示出了单个流体喷射喷嘴的三维视图。

图7示出了用于形成具有流体喷射布置的气缸盖的方法。

图2至图6大致按比例示出。

具体实施方式

以下描述涉及用于将气缸盖和流体喷射布置作为单部件一体地形成的系统和方法。形成气缸盖还可包括在气缸盖内形成一个或多个导管，以使流体从流体喷射歧管流到一个或多个流体喷射喷嘴。气缸盖可以进一步成形为容纳一个或多个气门、一个或多个燃料喷射器、火花塞等，如图1所示。

在图2中暴露出多个气缸的进气口和排气口。流体喷射布置可以与气缸盖一体地形成，使得流体喷射喷嘴以及从流体喷射歧管通向喷嘴的流体通道可以与气缸盖的至少一部分作为单部件形成。流体喷射喷嘴在图3中进一步示出。在气缸盖的打印期间可以成形流体通道，如图4所示。其中，示出了通道朝向流体喷射孔口的位置分叉。图5中示出了流体喷射孔口和通向其的流体喷射通道的透视图。图6中示出了多个流体喷射喷嘴的流体喷射喷嘴的特写图。图7中示出了用于制造气缸盖和流体喷射布置的方法。

图1至图6示出了在各种部件的相对定位的情况下的示例性配置。如果被示出为彼此直接接触或直接联接，那么至少在一个实例中此类元件可以分别被称为直接接触的或直接联接的。类似地，至少在一个实例中，被示出为彼此邻接或邻近的元件可以分别是彼此邻接的或邻近的。作为一个实例，放置成彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个实例，在至少一个实例中，被定位成彼此间隔开使得仅在其间具有间隔而没有其他部件的元件可以被如此称之。作为又一个实例，被示出为在彼此的上方/下方、在彼此的相对侧或者在彼此的左侧/右侧的元件相对于彼此可以被如此称之。此外，如图所示，在至少一个实例中，最顶部元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴而言的，并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。因此，在一个实例中，被示出为在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件上方。作为又一个实例，图中示出的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆形、倒角的、成角度等)。此外，在至少一个实例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个实例中，显示在另一个元件内或显示在另一个元件外的元件可以被如此称之。应当理解，被称为“基本上类似和/或相同”的一个或多个部件根据制造公差而彼此不同(例如，在1％至5％的偏差内)。

图1描绘了用于车辆的发动机系统100。车辆可以是具有与路面接触的驱动轮的道路车辆。发动机系统100包括发动机10，所述发动机10包括多个气缸。图1详细描述了一个这样的气缸或燃烧室。发动机10的各个部件可以由电子发动机控制器12控制。

发动机10包括气缸体14和气缸盖16，所述气缸体14包括至少一个气缸孔20，所述气缸盖16包括进气门152和排气门154。在其他实例中，在发动机10被配置为二冲程发动机的实例中，气缸盖16可以包括一个或多个进气口和/或排气口。气缸体14包括气缸壁32，活塞36位于所述气缸壁32中并连接到曲轴40。因此，当联接在一起时，气缸盖16和气缸体14可以形成一个或多个燃烧室。因此，基于活塞36的振荡来调节燃烧室30的容积。燃烧室30在本文中也可以称为气缸30。燃烧室30示出为经由相应的进气门152和排气门154与进气歧管144和排气歧管148连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。另选地，进气门和排气门中的一者或多者可以由机电控制的阀线圈和电枢组件操作。进气凸轮51的位置可通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可通过排气凸轮传感器57确定。因此，当气门152和154关闭时，燃烧室30和气缸孔可以流体密封，使得气体不会进入或离开燃烧室30。

燃烧室30可以由气缸体14的气缸壁32、活塞36和气缸盖16形成。气缸体14可以包括气缸壁32、活塞36、曲轴40等。气缸盖16可以包括一个或多个燃料喷射器(诸如燃料喷射器66)、一个或多个进气门152以及一个或多个排气门诸如(排气门154)。气缸盖16可以经由紧固件(诸如螺栓和/或螺钉)联接到气缸体14。特别地，当联接时，气缸体14和气缸盖16可以经由垫圈彼此密封接触，并且因此气缸体14和气缸盖16可以密封燃烧室30，使得当进气门152打开时气体可以仅经由进气歧管144流入和/或流出燃烧室30，并且/或者当排气门154打开时仅经由排气歧管148流入和/或流出燃烧室。在一些实例中，每个燃烧室30可以包括仅一个进气门和一个排气门。然而，在其他实例中，可以在发动机10的每个燃烧室30中包括多于一个进气门和/或多于一个排气门。

在一些实例中，发动机10的每个气缸可以包括用于引发燃烧的火花塞192。在选定操作模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞192向气缸14提供点火火花。然而，在一些实施例中，诸如在发动机10可以通过自动点火或通过喷射燃料来引发燃烧的情况下，可以省略火花塞192，一些柴油发动机的情况就是如此。

燃料喷射器66可以定位成将燃料直接喷射到燃烧室30中，这是本领域技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的燃料脉冲宽度(FPW)信号的脉冲宽度成比例地递送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)递送到燃料喷射器66。从驱动器68向燃料喷射器66供应工作电流，驱动器对控制器12作出响应。在一些实例中，发动机10可以是汽油发动机，并且燃料箱可以包括汽油，汽油可以由喷射器66喷射到燃烧室30中。然而，在其他实例中，发动机10可以是柴油发动机，并且燃料箱可以包括柴油燃料，柴油燃料可以由喷射器66喷射到燃烧室中。此外，在发动机10被配置为柴油发动机的这种实例中，发动机10可以包括电热塞以发起燃烧室30中的燃烧。

进气歧管144被示出为与节气门62连通，节气门调节节流板64的位置以控制到发动机气缸30的气流。这可以包括控制来自进气增压室146的增压空气的气流。在一些实施例中，可以省略节气门62，并且可以经由联接到进气通道42并位于进气增压室146上游的单个进气系统节气门(AIS节气门)82来控制到发动机的气流。在另外的实例中，可以省略AIS节气门82，并且可以利用节气门62控制到发动机的气流。

在一些实施例中，发动机10被配置为提供排气再循环或EGR。当包括EGR时，EGR可以被提供为高压EGR和/或低压EGR。在发动机10包括低压EGR的实例中，可以从排气系统中涡轮164下游的位置经由EGR通道135和EGR阀138向位于进气系统(AIS)节气门82下游和压缩机162上游的位置处的发动机进气系统提供低压EGR。当存在驱动流的压差时，EGR可以从排气系统汲取到进气系统。通过部分关闭AIS节气门82可以产生压差。节流板84控制压缩机162的入口处的压力。可以电控制AIS，并且可以基于可选的位置传感器88调节其位置。

环境空气经由进气通道42被吸入燃烧室30，所述进气通道42包括空气滤清器156。因此，空气首先通过空气滤清器156进入进气通道42。然后，压缩机162从进气通道42汲取空气，以经由压缩机出口管(图1中未示出)向增压室146供应压缩空气。在一些实例中，进气通道42可以包括具有过滤器的气箱(未示出)。在一个实例中，压缩机162可以是涡轮增压器，其中压缩机162的动力通过涡轮164从排气流汲取。具体地，排气可以使涡轮164旋转，涡轮经由轴161联接到压缩机162。废气门72允许排气旁通涡轮164，使得可以在变化的工况下控制增压压力。废气门72可以响应于增加的增压需求而关闭(或者可以减小废气门的开度)，诸如在驾驶员踩加速器踏板期间。通过关闭废气门，可以增加涡轮上游的排气压力，从而提高涡轮转速和峰值功率输出。这允许升高增压压力。另外，当压缩机再循环阀部分打开时，废气门可以朝向关闭位置移动以保持期望的增压压力。在另一个实例中，废气门72可以响应于降低的增压需求而打开(或者可以增大废气门的开度)，诸如在驾驶员松加速器踏板期间。通过打开废气门，可以降低排气压力，从而降低涡轮转速和涡轮功率。这允许降低增压压力。

然而，在另选实施例中，压缩机162可以是机械增压器，其中到压缩机162的动力从曲轴40汲取。因此，压缩机162可以经由诸如带的机械联动装置联接到曲轴40。因此，曲轴40输出的旋转能量的一部分可以传递到压缩机162，以便为压缩机162提供动力。

压缩机再循环阀158(CRV)可以设置在压缩机162周围的压缩机再循环路径159中，使得空气可以从压缩机出口移动到压缩机入口，以便减小可能在压缩机162上产生的压力。增压空气冷却器157可以在增压室146中定位在压缩机162下游，用于冷却递送到发动机进气口的增压充气。然而，在如图1所示的其他实例中，增压空气冷却器157可以定位在进气歧管144中的电子节气门62的下游。在一些实例中，增压空气冷却器157可以是空气-空气增压空气冷却器。然而，在其他实例中，增压空气冷却器157可以是液体-空气冷却器。

在所描绘的实例中，压缩机再循环路径159被配置为将冷却的压缩空气从增压空气冷却器157的上游再循环到压缩机入口。在另选实例中，压缩机再循环路径159可以被配置为将压缩空气从压缩机的下游和增压空气冷却器157的下游再循环到压缩机入口。CRV158可以经由来自控制器12的电信号打开和关闭。CRV 158可以被配置为具有默认半开位置的三态阀，其可以从默认半开位置移动到完全打开位置或完全关闭位置。

通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为在排放控制装置70上游联接到排气歧管148。另选地，双态排气氧传感器可以用UEGO传感器126代替。在一个实例中，排放控制装置70可以包括多个催化剂砖。在另一个实例中，可使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。虽然所描绘的实例示出了UEGO传感器126在涡轮164上游，但是应当理解，在另选实施例中，UEGO传感器可以在排气歧管中定位在涡轮164下游和排放控制装置70上游。附加地或另选地，排放控制装置70可以包括柴油氧化催化剂(DOC)和/或柴油冷起动催化剂、微粒过滤器、三元催化剂、NO_x捕集器、选择性催化还原装置及其组合。在一些实例中，传感器可以布置在排放控制装置70的上游或下游，其中传感器可以被配置为诊断排放控制装置70的状况。

图1中将控制器12示出为微计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和传统数据总线。控制器12示出为除了接收先前讨论的那些信号之外，还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到输入装置130用于感测由车辆驾驶员132调节的输入装置踏板位置(PP)的位置传感器134；用于确定末端气体点火的爆震传感器(未示出)；来自联接到进气歧管144的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自联接到增压室146的压力传感器122的增压压力的测量值；来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器58的节气门位置的测量值。还可以感测大气压力(传感器未示出)以供控制器12处理。在本说明书的优选方面，霍尔效应传感器118在曲轴的每转中产生预先确定数量的等距脉冲，从中可以确定发动机转速(RPM)。输入装置130可以包括加速踏板和/或制动踏板。因此，来自位置传感器134的输出可以用于确定输入装置130的加速踏板和/或制动踏板的位置，并且因此确定期望的发动机扭矩。因此，可以基于输入装置130的踏板位置估计车辆驾驶员132所请求的期望发动机扭矩。

在一些实例中，车辆5可以是具有可用于一个或多个车轮59的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他实例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆，或仅具有一个或多个电机的电动车辆。在所示实例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴40和电机52经由变速器54连接到车轮59。在所描绘的实例中，第一离合器56设置在曲轴40与电机52之间，而第二离合器56设置在电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送信号以接合或脱离离合器，以便将曲轴40与电机52和与其连接的部件连接或断开，并且/或者将电机52与变速器54和与其连接的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。动力传动系统可以通过各种方式配置，所述方式包括并联、串联或串并联混合动力车辆。

电机52从牵引电池58接收电力以向车轮59提供扭矩。电机52还可以作为发电机操作，以例如在制动操作期间提供电力从而对电池58充电。

控制器12接收来自图1的各种传感器的信号并且采用图1的各种致动器，以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机操作。例如，可以基于来自ECT传感器112的反馈调节电机52的操作。作为另一个实例，控制器可以接收关于一个或多个燃烧条件的反馈，并且响应于所述一个或多个条件致动流体喷射布置的一个或多个阀。本文更详细地描述了阀和流体喷射布置。

现在转向图2，其示出了发动机10的气缸盖16的实施例200。因此，先前介绍的部件可以在随后的附图中类似地编号。基于一种或多种所需特性诸如耐久性、热传递和包装约束，可以至少部分地经由3-D打印各种材料来制造气缸盖16。在一些实例中，气缸盖16可包括一种或多种材料，包括金属、碳纤维、镁、钛、铝、铸铁和陶瓷组合物，其中这些材料可涂覆有热涂层，诸如陶瓷涂层、钼涂层或其他类似涂层。

更具体地，气缸盖16可包括第一部分214和第二部分216。第一部分214在本文中可称为内部金属结构214。内部金属结构214可以是形成燃烧室和/或气缸盖的上部部分的部分。在一些实施例中，附加地或另选地，内部金属结构可包括一个或多个气门杆导向件、排气面、一个或多个进气门弹簧座、一个或多个排气门弹簧座、防火板、一个或多个燃烧室的一个或多个圆顶以及一个或多个螺栓柱。内部金属结构214可以由铝、组织化铝、铸铁、CGI铁、钢或另一种金属制成。内部金属结构214可包括一种或多种合金。例如，内部金属结构214可以包括铝合金，该铝合金包括铜、硅、锰、镁等或其组合，其可以用作热涂层。更具体地，添加热涂层可以减少热膨胀和收缩、提高耐久性，并且增加内部金属结构的可铸性。内部金属结构214可以经由铸造、单晶铸造(monocasting)、模制、焊接或通过其他类似方法作为单部件制造。

第二部分216在本文中可称为外部聚合物复合结构216。在一些实例中，外部聚合物复合结构216可包括增强聚合物材料、热塑性材料和热固性树脂中的一种或多种。热固性树脂可包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、硅树脂或其他类型的树脂及其组合。外部聚合物复合结构216可以用纤维材料诸如纤维增强聚合物进行增强，该纤维增强聚合物包括碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃、玄武岩等中的一种或多种。可以通过将内部金属结构214布置在模具中形成外部聚合物复合结构216，其中内部金属结构214被回火并且模具是关闭的。将复合材料供应给模具，其中外部聚合物复合结构通过模制成形，在此期间复合材料固化。外部聚合物复合材料结构216可包括冷却剂套、气门弹簧套座、火花塞和直接喷射套座、燃料泵套座、到凸轮的一个或多个给油件、进气安装端口等中的一者或多者。

以这种方式，可以从气缸体侧视图示出实施例200。因此，内部金属结构214可以比外部聚合物复合结构更靠近气缸体、活塞、车辆布置在其上的地面等中的一者或多者。

多个孔支撑件218可以布置成与内部金属结构214的防火板219邻近。该多个孔支撑件218可以成形为有助于燃烧室、外部聚合物复合结构216和内部金属结构214中的一者或多者的对准。该多个孔支撑件218可被进一步配置为用作冷却桥背衬特征。

示出轴系290包括三个轴，即平行于水平方向的x轴，平行于竖直方向的y轴，以及垂直于x轴和y轴中的每一者的z轴。示出了气缸盖16的进气侧211和排气侧212。

气缸组202示出为包括多个气缸203。在一个实例中，多个气缸203中的气缸可以基本上类似于图1的气缸30使用。在一些实例中，气缸组202和多个气缸203是第一气缸组和第一多个气缸，其中第二气缸组包括第二多个气缸，其中第一多个气缸和第二多个气缸包括相等数量的气缸。在一些实施例中，第一多个气缸和第二多个气缸可分别包括四个气缸，并且可布置成V形配置，使得图1的发动机10是V8发动机。然而，应当理解，气缸组可以以箱形配置直接彼此相对地布置。附加地或另选地，每个气缸组可包括少于或多于四个的多个气缸。

气缸组202的每个气缸可包括多个进气口204和多个排气口206。该多个进气口204可以将燃烧室流体联接到进气通道。该多个排气口206可以将燃烧室流体联接到排气通道(例如，图1的排气通道148)。可以经由节气门和进气门中的一者或多者计量进入燃烧室的进气流，并且可以经由排气门计量流出燃烧室的排气流。火花塞和直接喷射区域292可以沿着进气口204和排气口206之间的竖直轴线布置，位于外部聚合物复合结构216的火花塞和燃料喷射套座正下方。在一些实例中，图1的火花塞192可以与火花塞和直接喷射区域292竖直对准。进气道燃料喷射区域294可以对应于至少一个进气道燃料喷射器(诸如图1的燃料喷射器66)的位置。附加地或另选地，中心燃料喷射器可以布置成与火花塞区域292邻近。

如图所示，进气口204和排气口206与内部金属结构214一体地形成。为了降低制造成本，仅排气口206可包括上述热涂层。由于相对于排气口206的较低温度，进气口204可能不会暴露于排气口206中存在的相同热应力，并且可能没有热涂层。

流体喷射布置220可沿排气侧212布置，包括可流体联接到多个辅助流体通道224的主流体通道222。如图所示，主流体通道222可以布置在内部金属结构214和聚合物复合结构216中的每一个的外部。在一些实例中，附加地或另选地，在不脱离本公开的范围的情况下，主流体通道222可以一体地形成在至少内部金属结构214中。在一个实例中，主流体通道222的至少一部分布置在内部金属结构214内，并且其余部分布置在内部金属结构214的外部。在外部聚合物复合结构216的模制期间，外部聚合物复合结构216可以可选地围绕主流体通道222的其余部分的至少一部分模制。在一个实例中，主流体通道222完全布置在内部金属结构214和外部聚合物复合结构216中的每一个之外。

辅助流体通道224可以从主流体通道222延伸，穿过内部金属结构214及其热涂层，到达与排气口206邻近的位置。附加地或另选地，内部金属结构214可包括流体联接辅助流体通道的多个内部流体通道，如将参考图4更详细地描述的。

在一些实例中，诸如图2中所示的实例，可以经由一个或多个阀226计量和/或调节从主流体通道222通过每个辅助流体通道224的流体流。更具体地，可以经由第一阀226A调节从主流体通道222到第一辅助流体通道224A的流体流。可以经由第二阀226B调节从主流体通道222到第二辅助流体通道224B的流体流。可以经由第三阀226C调节从主流体通道222到第三辅助流体通道224C的流体流。可以经由第四阀226D调节从主流体通道222到第四辅助流体通道224D的流体流。阀226可以布置在辅助流体通道224的位于内部金属结构214外部的部分上。如图所示，主流体通道222和辅助流体通道224中的每一个都经由管形成。

第一辅助流体通道224A可对应于气缸组202的第一气缸202A，使得第一阀226A调节仅流向第一气缸202A的流体流。第二辅助流体通道224B可对应于第二气缸202B，使得第二阀226B调节仅流向第二气缸202B的流体流。第三辅助流体通道224C可对应于第三气缸202C，使得第三阀226C调节仅流向第三气缸202C的流体流。第四辅助流体通道224D可对应于第四气缸202D，使得第四阀226D调节仅流向第四气缸202D的流体流。其中一个辅助流体通道224中的流体流可不与不同辅助流体通道224中的流体流混合。例如，第一辅助流体通道224A中的流体可不与第二辅助流体通道224B、第三辅助流体通道224C或第四辅助流体通道224D中的流体混合。

多个气缸203中的每个气缸包括喷射口228，所述喷射口228成形为将流体从辅助流体通道224朝向排气口206喷射。以这种方式，当排气从多个气缸203中的任何一个气缸通过排气口206朝向排气通道(例如，图1的排气通道148)流动时，排气可以与流体混合。附加地或另选地，气缸组202的气缸中不存在或存在一些气缸可以流动与流体混合的排气，同时所有或其他气缸可以基于一个或多个阀226的位置仅流动不含流体的排气。

可以将阀226的每个阀调节到完全关闭和完全打开的位置。完全关闭位置可以防止流体流动，并且完全打开位置可以允许最大流体流量。作为一个实例，如果第一阀226A处于完全关闭位置(例如，0％打开)，则来自主流体通道222的流体可以不流入第一辅助流体通道224A。作为另一个实例，如果第三阀226C处于完全打开位置(例如，100％打开)，则来自主流体通道222的流体可以以最高速率(例如，100％流量)流入第三辅助流体通道224A。附加地或另选地，阀226可以包括另外的控制件以在完全关闭位置和完全打开位置之间进行致动，使得流体流可以被调节到更大的程度。例如，可以将阀226调节到更打开的位置或更关闭的位置，其中更打开的位置可以允许比更关闭的位置更大量的流体流。在一个实例中，阀226可以被致动到0％、100％或其之间的位置。

流体喷射布置220可成形为喷射一种或多种流体包括水、乙醇、汽油、还原剂、催化溶液、燃烧稳定剂及其组合等。在一个实例中，流体喷射布置220喷射乙醇。附加地或另选地，流体喷射布置220喷射水。流体喷射布置220的流体可以不与发动机和/或车辆的其他流体混合。在一个实例中，流体喷射布置220的流体可以不与冷却剂混合。

现在转向图3，其示出了排气口206和喷射口228的一组喷射口328的特写图300。排气口206可以联接到图2的多个气缸203的气缸。

该组喷射口328可包括至少一个喷射口。在图3的实例中，示出三个喷射口。然而，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在内部金属结构214中包括少于三个或多于三个的喷射口。更具体地，该组喷射口328可包括第一喷射口328A、第二喷射口328B和第三喷射口328C。第一喷射口328A、第二喷射口328B和第三喷射口328C的尺寸和形状可以基本相同。然而，喷射口328的取向可以不同。

该组喷射口328的每个喷射口可以是基本圆柱形的。然而，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，喷射口可以包括其他形状诸如立方形、金字塔形或其他类似形状。第一喷射口328A、第二喷射口328B和第三喷射口328C中的每一个可以分别突出到燃烧室中一定距离，如参照图6更详细地描述的。然而，突出量(例如，突出的距离)可小于未与内部金属结构214一体地模制和/或3-D打印的其他流体喷射布置。附加地或另选地，喷射口328可以与内部金属结构214的表面齐平。

更具体地，第一喷射口328A可以指向第一角度α，并且第二喷射口328B可以指向第二角度β，第一角度α和第二角度β中的每一者相对于第三喷射口328C的喷射轴线390测量。第一角度α可以基本上等于第二角度β。在一些实例中，第一角度α和第二角度β可以是锐角。附加地或另选地，第一角度α和第二角度β可以在10o到80o之间。附加地或另选地，第一角度α和第二角度β可以在15o到70o之间。附加地或另选地，第一角度α和第二角度β可以在20o到60o之间。附加地或另选地，第一角度α和第二角度β可以在25o到50o之间。附加地或另选地，第一角度α和第二角度β可以在30o到45o之间。在一个实例中，第一角度α和第二角度β恰好等于40o。附加地或另选地，第一角度α和第二角度β可以彼此不同。

第一喷射口328A可以布置成与第一排气口206A邻近。第一喷射口328A可以进一步取向成在与第一排气口206A邻近的区域处将流体喷射到燃烧室中。第二喷射口328B可以布置成与第二排气口206B邻近。第二喷射口328B可以进一步取向成在与第二排气口206B邻近的区域处将流体喷射到燃烧室中。通过取向成在排气口206中的一个附近喷射流体，流动通过排气口的排气可以容易地将流体喷射扫动通过排气口，使渗透到气缸中的流体喷射最小。

附加地或另选地，可以基于排气门正时调节流体喷射正时以调节喷射的渗透量。例如，可以调节流体喷射正时以更类似于排气门正时，以减少到燃烧室的渗透。

第三喷射口328C可以布置在第一喷射口328A和第二喷射口328B之间。第三喷射口328C可以进一步取向成在与火花塞区域292邻近的区域处将流体喷射到燃烧室中。第三喷射口328C的一般喷射方向可以沿着喷射轴390。

在一些实例中，第一喷射口328A、第二喷射口328B和第三喷射口328C中的每一个可以以锥形、圆柱形、星形或其他形状中的一种或多种喷射流体。在一些实例中，第一喷射口328A、第二喷射口328B和第三喷射口328C中的每一个可以以不同形状喷射。例如，第一喷射口328A可以以圆柱形喷射，并且第三喷射口328C可以以锥形喷射。

现在转向图4，其示出了气缸盖16的横截面400，暴露出内部流体通道428。更具体地，横截面400显现出第一内部流体通道428A和第二内部流体通道428B。每个内部流体通道428可以从辅助流体通道224分叉。也就是说，辅助流体通道224可以流体联接到内部流体通道428。内部流体通道428可以经由内部金属结构214的内表面形成，并且可以没有形成主流体通道和辅助流体通道的管。在一些实例中，阀226可以仅调节流入辅助流体通道224的流体。在一个实例中，阀226可以不调节流向内部流体通道428的各个流体通道的流体流。以这种方式，当阀226的对应阀打开时，辅助流体通道224中的流体可以流向每个对应的内部流体通道428。

在一些实施例中，从辅助流体通道224分支的内部流体通道428的数量可以等于定位成喷射到燃烧室中的喷射口的数量。在图4的实例中，存在三个喷射口定位成喷射到燃烧室中，其中横截面400暴露三个内部流体通道中的两个，即第一内部流体通道428A和第二内部流体通道428B。在一个实例中，第一内部流体通道428A可以成形为使流体流动到第一喷射口328A，并且第二内部流体通道428B可以成形为使流体流动到图3的第二喷射口328B。因此，可以被内部金属结构214的表面封闭在横截面400中的第三内部流体通道可以被成形为使流体流向图3的第三喷射口328C。

内部流体通道428可以作为单部件一体地形成在内部金属结构214内。在一个实例中，内部流体通道428未被钻孔、开孔或雕刻到内部金属结构214中。换句话讲，内部流体通道428可以在形成内部金属结构214时形成。

现在转向图5，其示出了第一内部流体通道428A和第二内部流体通道428B和一组喷射口328的透视图500。如图所示，第一内部流体通道428A直接联接到第一喷射口328A，并且第二内部流体通道428B直接联接到第二喷射口328B。第一内部流体通道428A中的流体可以不与第二内部流体通道428B中的流体混合。在一个实例中，其中一个内部流体通道中的流体不与其他内部流体通道中的流体混合。

透视图500进一步示出了辅助流体通道(例如，辅助流体通道224)的划分，该划分产生内部流体通道428，其被成形为将流体递送到喷射口。在一个实例中，辅助流体通道可以流体联接到内部金属结构214的内部通道，其中内部通道三分叉以使流体流动到每个喷射口328。

现在转向图6，其示出了多个喷射口(例如，图2的喷射口228)的单个喷射口628的详细视图600。单个喷射口628可以沿着内部金属结构(例如，图2的内部金属结构214)布置并从内部金属结构延伸到燃烧室中。单个喷射口628可以与内部金属结构一体地形成。在一个实例中，单个喷射口628以及其他喷射口(例如，喷射口228)连同内部金属结构进行3-D打印。

单个喷射口628可以如上所述突出到燃烧室中，其中突出量可以对应于单个喷射口628的长度638。单个喷射口628的长度638可以基本上等于其他喷射口(例如，图2的喷射口228)的长度。长度638可以在0.5mm和5.0mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，长度638可以在1.0mm和3.0mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，长度638可以在1.0mm和2.0mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，长度638可以在1.25mm和1.75mm之间。在一个实例中，长度638等于1.6mm。

在一些实例中，附加地或另选地，单个喷射口628可以与内部金属结构214的表面齐平，使得单个喷射口628不影响燃烧室的容积。在一些实例中，附加地或另选地，喷射口的突出量可以变化，使得一些喷射口突出一定距离进入燃烧室，并且其他喷射口与内部金属结构214的表面齐平。

单个喷射口628连同其他喷射口(诸如图2的喷射口228)可以类似地成形，其中该形状可以是圆柱形的。单个喷射口628的半径636可以等于其他喷射口(例如，图2的喷射口228)的半径。半径636可以在0.1mm至5mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，半径636可以在0.5mm和2mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，半径636可以在0.8mm和1.5mm之间。在一个实例中，半径636等于1.0mm。

在一些实例中，诸如图6的实例，单个喷射口628的主体可以偏离圆柱形。更具体地，在图6的实例中，单个喷射口628的主体在一个或多个喷射孔口和/或开口附近朝向主体的一端变窄。变窄的长度639可以在0.01mm至1.0mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，长度639可以在0.1mm到0.8mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，长度639可以在0.3mm至0.6mm之间。在一个实例中，长度639是0.4mm。

单个喷射口628包括多个开口630，该多个开口630包括主开口632和多个外围开口634。主开口632可以由多个外围开口634围绕。主开口632可以与多个外围开口634中的每一个类似地成形。主开口632和该多个外围开口634的形状可以是三角形、圆形、正方形、矩形、菱形、梯形、多面体形或一些其他类似的形状。这里，主开口632和该多个外围开口634是圆形的。

主开口632可以包括第一直径，并且每个外围开口634可以具有相同的尺寸并且包括第二直径。第一直径可以大于第二直径，使得主开口632可以比外围开口634的单个外围开口喷射更多的流体。然而，从所有外围开口634喷射的流体的总体积可大于从主开口632喷射的流体的体积。

第一开口632的第一直径可以在0.01mm和1.0mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，第一开口632的第一直径可以在0.05mm和0.5mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，第一开口632的第一直径可以在0.1mm和0.3mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，第一开口632的第一直径可以在0.15mm和0.25mm之间。在一个实例中，第一开口632的第一直径等于0.2mm。

外围开口634的第二直径可以在0.001mm和0.5mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，外围开口634的第二直径可以在0.01mm和0.25mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，外围开口634的第二直径可以在0.05mm和0.1mm之间。在一些实例中，附加地或另选地，外围开口634的第二直径可以在0.08mm和0.1mm之间。在一个实例中，外围开口634的第二直径等于0.09mm。

现在转向图7，其示出了用于布置气缸盖的方法700，该气缸盖包括通过图1至图6所示的流体喷射布置。方法700开始于702，其包括布置内部金属结构，该内部金属结构具有至少部分地布置在其中的流体喷射布置。内部金属结构可以是形成燃烧室的上部部分的部分。内部金属结构可以经由铸造、单晶铸造、模制、焊接、3-D打印或通过其他类似方法作为单部件制造。

方法700可以前进到704，其可以包括模制至少部分地围绕内部金属结构的外部聚合物复合结构。可以通过将内部金属结构布置在模具中形成聚合物复合结构，其中内部金属结构被回火并且模具是关闭的。将复合材料供应给模具，其中聚合物复合结构通过模制成形，在此期间复合材料固化。模制还可包括外部聚合物复合结构不妨碍或覆盖一体地形成在内部金属结构内的流体喷射布置的各个部分，使得辅助流体通道可流体联接到内部流体通道。聚合物复合材料结构可包括冷却剂套、气门弹簧套座、火花塞和直接喷射套座、燃料泵套座、到凸轮的一个或多个给油件、进气安装端口、流体喷射布置等中的一者或多者。冷却剂套可以与内部金属结构的流体喷射布置完全流体分离。在一个实例中，流体喷射布置中的流体不与冷却剂套或冷却剂系统的其他部分中的流体混合。因此，内部金属结构和外部聚合物复合结构可以成形为容纳多个流体源和/或通道而不允许它们之间的混合。

以这种方式，可以制造气缸盖以通过用外部聚合物复合结构至少部分地围绕内部金属结构降低制造成本并减少包装约束。此外，内部金属结构可与流体喷射布置一体地形成，以进一步降低制造成本和包装约束，同时在燃烧室中提供直接喷射布置。将流体喷射布置与内部金属结构集成的技术效果是在燃烧室内提供复杂的特征，同时减少制造时间和成本。

一种方法的实例包括模制外部聚合物复合结构以至少部分地围绕内部金属结构，该内部金属结构包括一体地形成在其中的流体喷射布置。该方法的第一实例还包括其中内部金属结构还包括成形一个或多个内部流体通道，该内部流体通道将主水通道流体联接到多个喷射口。该方法的第二实例(可选地包括第一实例)还包括其中喷射口布置成与燃烧室内的一个或多个排气口邻近。该方法的第三实例(可选地包括第一和/或第二实例)还包括其中内部流体通道与形成在外部聚合物复合结构中的冷却剂和油通道分离，并且其中内部流体通道中的流体不与来自冷却剂和油通道的流体混合。该方法的第四实例(可选地包括第一至第三实例中的一个或多个)还包括其中内部金属结构是燃烧室的上部部分，并且其中内部金属结构包括防火板。

一种系统，其包括发动机，该发动机包括布置在外部聚合物复合结构的燃烧室侧上的内部金属结构，其中外部聚合物复合结构作为单部件模制在内部金属结构上并且至少部分地围绕内部金属结构，并且其中内部金属结构包括一体地形成在其中的流体喷射布置。该系统的第一实例还包括其中流体喷射布置包括布置在内部金属结构外部的主流体通道和多个阀。该系统的第二实例(可选地包括第一实例)还包括其中多个辅助流体通道从主流体通道延伸并且流体联接到一体地形成在内部金属结构中的多个内部流体通道。该系统的第三实例(可选地包括第一和/或第二实例)还包括其中该多个辅助流体通道的数量等于该多个阀的数量。该系统的第四实例(可选地包括第一至第三实例中的一个或多个)还包括其中该多个内部流体通道在内部金属结构内分开，以使流体流动到多个喷射口。该系统的第五实例(可选地包括第一至第四实例中的一个或多个)还包括其中流体喷射布置被布置在内部金属结构的排气侧上。该系统的第六实例(可选地包括第一至第五实例中的一个或多个)还包括其中流体喷射布置被成形为在燃烧室的排气口附近喷射流体。

一种发动机气缸盖，其包括：下部部分，该下部部分包括内部金属结构；以及上部部分，该上部部分包括至少部分地围绕内部金属结构的外部聚合物复合结构，其中该内部金属结构与包括多个内部流体通道的流体喷射布置一体地形成，该多个内部流体通道流体联接到布置成与燃烧室的排气口邻近的多个喷射口。发动机气缸盖的第一实例还包括其中外部聚合物复合结构与内部金属结构共面接触。发动机气缸盖的第二实例(可选地包括第一实例)还包括其中内部流体通道流体联接到布置在内部金属结构外部的流体喷射布置的一部分的流体通道。发动机气缸盖的第三实例(可选地包括第一和/或第二实例)还包括其中主流体通道布置在内部金属结构的排气侧附近和外部。发动机气缸盖的第四实例(可选地包括第一至第三实例中的一个或多个)还包括其中该多个喷射口定位成朝向排气口和中心火花塞和燃料喷射区域中的一者或多者喷射。发动机气缸盖的第五实例(可选地包括第一至第四实例中的一个或多个)还包括其中流体喷射布置不延伸到外部聚合物复合结构中或与其接触。发动机气缸盖的第六实例(可选地包括第一至第五实例中的一个或多个)还包括其中流体喷射布置包括布置在内部金属结构外部的主流体通道和多个辅助流体通道，其中主流体通道和该多个辅助流体通道包括用于引导流体的管，并且其中内部金属结构的内表面成形为引导该多个内部流体通道中的流体。发动机气缸盖的第七实例(可选地包括第一至第六实例中的一个或多个)还包括其中流体喷射布置还包括多个阀，该多个阀成形为调节通过每个辅助流体通道的流体的流量。

应当理解，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非明显的组合和子组合。

下面的权利要求具体地指出了被认为是新颖且非明显的某些组合及子组合。这些权利要求可指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。此类权利要求应当被理解成包括一个或多个这类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个这类要素。通过修改本权利要求书或者通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合。这样的权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或是不同，同样被认为包括在本公开的主题内。

根据本发明，一种方法包括模制外部聚合物复合结构以至少部分地围绕内部金属结构，该内部金属结构包括一体地形成在其中的流体喷射布置。

根据一个实施例，内部金属结构还包括成形一个或多个内部流体通道，所述内部流体通道将发动机的主水通道流体联接到发动机的多个喷射口。

根据一个实施例，喷射口布置成与燃烧室内的一个或多个排气口邻近。

根据一个实施例，内部流体通道与形成在外部聚合物复合结构中的冷却剂和油通道分离，并且其中内部流体通道中的流体不与来自冷却剂和油通道的流体混合。

根据一个实施例，内部金属结构是燃烧室的上部部分，并且其中内部金属结构包括防火板。

根据本发明，提供了一种系统，该系统具有发动机，该发动机包括布置在外部聚合物复合结构的燃烧室侧上的内部金属结构，其中外部聚合物复合结构作为单部件模制在内部金属结构上并且至少部分地围绕内部金属结构，并且其中内部金属结构包括一体地形成在其中的流体喷射布置。

根据一个实施例，流体喷射布置包括布置在内部金属结构外部的主流体通道和多个阀。

根据一个实施例，多个辅助流体通道从主流体通道延伸并且流体联接到一体地形成在内部金属结构中的多个内部流体通道。

根据一个实施例，该多个辅助流体通道的数量等于该多个阀的数量。

根据一个实施例，该多个内部流体通道在内部金属结构内分开，以使流体流动到多个喷射口。

根据一个实施例，流体喷射布置被布置在内部金属结构的排气侧上。

根据一个实施例，流体喷射布置成形为在燃烧室的排气口附近喷射流体。

根据本发明，提供了一种发动机气缸盖，其具有：下部部分，该下部部分包括内部金属结构；以及上部部分，该上部部分包括至少部分地围绕内部金属结构的外部聚合物复合结构，其中该内部金属结构与包括多个内部流体通道的流体喷射布置一体地形成，该多个内部流体通道流体联接到布置成与燃烧室的排气口邻近的多个喷射口。

根据一个实施例，外部聚合物复合结构与内部金属结构共面接触。

根据一个实施例，内部流体通道流体联接到布置在内部金属结构外部的流体喷射布置的一部分的流体通道。

根据一个实施例，主流体通道布置在内部金属结构的排气侧附近和外部。

根据一个实施例，该多个喷射口定位成朝向排气口和中心火花塞和燃料喷射区域中的一者或多者喷射。

根据一个实施例，流体喷射布置不延伸到外部聚合物复合结构中或与其接触。

根据一个实施例，流体喷射布置包括布置在内部金属结构外部的主流体通道和多个辅助流体通道，其中主流体通道和该多个辅助流体通道包括用于引导流体的管，并且其中内部金属结构的内表面成形为引导该多个内部流体通道中的流体。

根据一个实施例，流体喷射布置还包括多个阀，该多个阀成形为调节通过每个辅助流体通道的流体的流量。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：

发动机，所述发动机包括布置在外部聚合物复合结构的燃烧室侧上的内部金属结构，其中所述外部聚合物复合结构作为单部件模制在所述内部金属结构上并且至少部分地围绕所述内部金属结构，并且其中所述内部金属结构包括一体地形成在其中的流体喷射布置。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述流体喷射布置包括布置在所述内部金属结构外部的主流体通道和多个阀。

3.如权利要求2所述的系统，其中多个辅助流体通道从所述主流体通道延伸并且流体联接到一体地形成在所述内部金属结构中的多个内部流体通道。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述多个辅助流体通道的数量等于所述多个阀的数量。

5.如权利要求3所述的系统，其中所述多个内部流体通道在所述内部金属结构内分开，以使流体流动到多个喷射口。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述流体喷射布置布置在所述内部金属结构的排气侧上。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述流体喷射布置成形为在所述燃烧室的排气口附近喷射流体。

8.一种发动机气缸盖，其包括：

下部部分，所述下部部分包括内部金属结构；以及

上部部分，所述上部部分包括至少部分地围绕所述内部金属结构的外部聚合物复合结构，

其中所述内部金属结构与包括多个内部流体通道的流体喷射布置一体地形成，所述多个内部流体通道流体联接到布置成与燃烧室的排气口邻近的多个喷射口。

9.如权利要求8所述的发动机气缸盖，其中所述外部聚合物复合结构与所述内部金属结构共面接触。

10.如权利要求8所述的发动机气缸盖，其中所述内部流体通道流体联接到布置在所述内部金属结构外部的所述流体喷射布置的一部分的流体通道。

11.如权利要求10所述的发动机气缸盖，其中所述主流体通道布置在所述内部金属结构的排气侧附近和外部。

12.如权利要求8所述的发动机气缸盖，其中所述多个喷射口定位成朝向排气口和中心火花塞和燃料喷射区域中的一者或多者喷射。

13.如权利要求8所述的发动机气缸盖，其中所述流体喷射布置不延伸到所述外部聚合物复合结构中或与其接触。

14.如权利要求8所述的发动机气缸盖，其中所述流体喷射布置包括布置在所述内部金属结构外部的主流体通道和多个辅助流体通道，其中所述主流体通道和所述多个辅助流体通道包括用于引导流体的管，并且其中所述内部金属结构的内表面成形为引导所述多个内部流体通道中的流体。

15.如权利要求14所述的发动机气缸盖，其中所述流体喷射布置还包括多个阀，所述多个阀成形为调节通过每个所述辅助流体通道的流体的流量。

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