CN112654770A - 用于内燃机的气缸盖及其制造方法 - Google Patents

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CN112654770A CN201980057876.0A CN201980057876A CN112654770A CN 112654770 A CN112654770 A CN 112654770A CN 201980057876 A CN201980057876 A CN 201980057876A CN 112654770 A CN112654770 A CN 112654770A
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Abstract

本发明涉及一种用于遮盖内燃机的燃烧腔(12)的气缸盖(10)，其具有用于热隔绝的至少一个材料凹缺(20)，该材料凹缺在所述气缸盖(10)的主体(14)中形成，并且被布置在流体引导通道(18)与冷却通道(16)之间。材料凹缺(20)可以简单地例如在气缸盖(10)成型(比如浇铸或打印)时直接制得和/或随后制得。例如，在废气被引导经过流体引导通道的情况下，可以有明显较少的热量从热的废气输入到冷却流体中。此外，通过材料凹缺(20)的热解耦还导致热废气不明显地在流体引导通道中冷却。

Description

用于内燃机的气缸盖及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于遮盖内燃机燃烧腔的气缸盖和一种用于制造气缸盖的方法。
背景技术
DE 100 39 790 A1公开了一种内燃机的气缸盖，其带有布置于其中的输出通道，这些输出通道具有由至少一个板材层形成的通道内部框架。
DE 10 2005 025 731 A1公开了一种内燃机的废气引导件，其中，该废气引导件包括至少一个在内燃机的气缸盖中伸展的废气通道和在出口侧与气缸盖连接的废气设备。在废气通道中，至少在废气出口的区域上布置有气隙绝缘的机构。该机构是一种薄壁的套筒形的部件，该部件固定在废气通道中且具有一器件，通过该器件使得所述部件径向地与通道壁部间隔开。替代地，该机构可以通过废气设备的自由伸入到废气通道中的废气管构成，其中，废气通道在废气管伸入其中的所在区域内被，在构造为梯级的梯段的情况下被展宽，并且该机构径向向外环绕地遮盖梯段边缘。
已知的这些装置虽然可以省去关于废气通道的隔热效果，但制造和/或装配复杂。
发明内容
本发明的目的是，提出一种替代的和/或改善的用于内燃机的气缸盖。
该目的通过独立权利要求1的特征得以实现。有利的改进在从属权利要求和说明书中给出。
本发明提出一种用于遮盖内燃机燃烧腔的气缸盖(例如单缸气缸盖或多缸气缸盖)。该气缸盖具有用于把流体(例如进入气体、增压气体和/或空气燃料混合物)供应至燃烧腔或者用于把流体(例如废气或压缩空气)从燃烧腔中排出的流体引导通道。气缸盖具有用于冷却流体(例如水、水冷却剂混合物或机油)的冷却通道，用来冷却气缸盖。气缸盖具有至少一个用于热隔绝的材料凹缺，该材料凹缺在气缸盖的主体中(例如通过浇铸气缸盖)形成。至少一个材料凹缺被布置在流体引导通道与冷却通道之间。至少一个材料凹缺通过主体与流体引导通道分开地被布置(例如通过主体的用于在主体中支撑流体引导通道的支撑区域)。
至少一个材料凹缺可以简单地例如直接在气缸盖主体成形(比如浇铸)时制得和/或随后制得。根据流体引导通道的设计，材料凹缺可以提供不同的优点。这些优点分别基于通过至少一个绝热的材料凹缺使得流体引导通道和冷却通道(部分地)热解耦。例如，在废气被引导经过流体引导通道的情况下，可以有明显较少的热量从热的废气输入到冷却流体中。这导致冷却需求减小，这能实现对冷却系统的改善的设计。由此可以例如减小内燃机的燃料消耗，例如也通过在驱动冷却剂泵时的能量节省来减小燃料消耗。此外，热解耦还导致热废气较不明显地在流体引导通道中冷却。这样就有更多得到废气焓供必要时被布置在下游的废气涡轮机和/或废气后处理装置之用。这能实现这些组件的改善的设计和改善的效率以及减小燃料消耗。
有益地，这里采用的术语“材料凹缺”可以这样理解：它是指通过相应的制造步骤有意地设置的材料凹缺，而不是比如并非所愿地在浇铸或打印时产生的砂眼等。
有益地，流体引导通道可以在没有接头例如管接头的情况下形成。
例如，至少一个材料凹缺可以通过主体径向地与流体引导通道的通道壁或外轮廓间隔开。
在一实施方式中，至少一个材料凹缺通过成形、变型和/或分开而制得。
在另一实施方式中，主体被浇铸或打印(例如通过3D-打印机)。
在另一实施方式中，至少一个材料凹缺在主体成形、优选浇铸或打印(例如通过3D-打印机)时形成，或者随后形成，优选通过分开的制造方法(例如钻孔、铣削等)形成。
在一实施例中，流体引导通道构造成废气通道、进入通道(例如空气进入通道或空气燃料混合物进入通道)或压缩空气排出通道。例如，在进入通道的情况下，进入空气可以较不明显地被冷却流体加热，进入空气优选应具有30℃和50℃之间的温度，冷却流体通常具有高于90℃的温度。这例如可以实现对增压空气冷却器等的改善的设计。
可行的是，在气缸盖中包括多个流体引导通道(例如两个废气通道和/或两个进入通道)，布置用于在多个流体引导通道与冷却通道之间的热隔绝的至少一个材料凹缺。
在另一实施例中，气缸盖具有阀、优选盘式阀，其被布置用来在燃烧室侧密封流体引导通道。
在一实施例中，至少一个材料凹缺经过构造，从而它优选明显地减小在冷却通道与流体引导通道之间的热传递。
在另一实施例中，至少一个材料凹缺经过构造，从而它至少部分地使得流体引导通道与冷却通道彼此热隔绝。
在一实施方式中，至少一个材料凹缺由空气优选外界空气填充和/或流过。
在另一实施方式中，至少一个材料凹缺形成了在流体引导通道与冷却通道之间的(例如热隔绝的)气隙(例如具有大于或等于5mm和/或小于或等于15mm的间隙大小)。
在另一实施方式中，至少一个材料凹缺(例如部分地或完全地)由阻热材料填充。
在一种设计变型中，至少一个材料凹缺的外轮廓至少局部地优选在基本上保持恒定间距的情况下依照流体引导通道和/或冷却通道的外轮廓。
在另一种设计变型中，至少一个材料凹缺局部地或完全地包围流体引导通道。
在另一种设计变型中，至少一个材料凹缺具有环形段形的横截面，和/或套筒段形地被构造。
在一实施例中，至少一个材料凹缺沿着流体引导通道长度的至少50％、60％、70％、80％或90％优选在基本上保持恒定间距的情况下依照流体引导通道。
在另一实施例中，至少一个材料凹缺与主体的气缸盖底部区域邻接地终止。
在另一实施例中，至少一个材料凹缺通入到气缸盖的外面(例如外表面)中，优选用于通过至少一个材料凹缺实现空气循环。
例如，至少一个材料凹缺可以从在主体的表面上的开口，例如以弧形的形式，经过主体，伸展至与主体的气缸盖底部区域邻接。
在另一实施例中，除了主体的气缸盖底部区域和/或主体的用来支撑流体引导通道所需的支撑区域外，至少一个材料凹缺基本上完全包围流体引导通道。
在一实施方式中，至少一个材料凹缺至少部分地包围流体引导通道。
在另一实施方式中，至少一个材料凹缺具有多个凹缺区域。优选地，多个凹缺区域优选通过主体中的通道而相互流体连接。可行的是，多个凹缺区域围绕流体引导通道对称地被布置。也可行的是，多个凹缺区域分别具有环形段形状的横截面，和/或共同环形地包围流体引导通道。此外可行的是，多个凹缺区域分别套筒段形地被构造，和/或共同套筒形地包围流体引导通道。
在一种设计变型中，流体引导通道与至少一个材料凹缺之间的主体材料厚度大于或等于5mm，和/或小于或等于10mm。
在另一种设计变型中，至少一个材料凹缺的材料凹缺厚度优选在流体引导通道的径向方向上大于或等于5mm，和/或小于或等于15mm。
在另一实施例中，流体引导通道具有在气缸盖外侧的开口，至少一个材料凹缺具有在气缸盖外侧的开口。优选地，至少一个材料凹缺的开口至少部分地、优选环形段形地包围流体引导通道的开口。
在一种改进中，在流体引导通道的开口与至少一个材料凹缺的开口之间形成优选环形的腹条区段。优选地，腹条区段具有至少一个固定机构、优选螺纹孔，用来使得流体管路与流体引导通道流体地连接。
在一实施方式中，主体具有支撑区域，该支撑区域(例如参照流体引导通道的径向方向)被布置在流体引导通道与至少一个材料凹缺之间，用于在主体中支撑流体引导通道。替代地或附加地，至少一个材料凹缺在流体上与流体引导通道分开地被构造，例如借助支撑区域分开。
在另一实施方式中，冷却通道被布置用于冷却主体的气缸盖底部区域和/或与冷却主体的气缸盖底部区域邻接地被布置。
本发明还涉及一种带有如这里公开的气缸盖的机动车、优选商用车(比如载重车或公交车)。
也可行的是，如这里公开的该装置应用于轿车、越野车辆、大功率发动机、固定式发动机、舰船发动机等。
本公开还涉及一种用于制造气缸盖的方法，该气缸盖优选如这里公开那样被构造。该方法包括气缸盖的主体的成形(例如浇铸和/或打印)，其中，至少一个材料凹缺直接在主体成形时和/或在主体成形之后在主体中制得。
附图说明
本发明的前述优选实施方式和特征可任意地相互组合。下面参照附图介绍本发明的其它细节和优点。其中：
图1是根据本公开实施例的示意性示出的气缸盖的区域的立体图；
图2为该示例性的气缸盖的区域的侧视图；
图3为该示例性的气缸盖的区域的沿着图2中的线A-A剖切的剖视图；
图4为该示例性的气缸盖的区域的沿着图2中的线B-B剖切的剖视图；
图5为该示例性的气缸盖的区域的沿着图4中的线C-C剖切的剖视图；
图6为该示例性的气缸盖的区域的沿着图2中的线D-D剖切的剖视图；
图7为该示例性的气缸盖的区域的沿着图2中的线E-E剖切的剖视图；和
图8为该示例性的气缸盖的区域的沿着图2中的线F-F剖切的剖视图。
具体实施方式
这些图中所示的各实施方式至少部分地一致，因而给类似的或相同的部分标有相同的附图标记，在其阐述时，也参见针对其它实施方式或附图的说明，以避免重复。
图1至8示出示意性示出的气缸盖10的区域。该气缸盖10可以设计成单缸气缸盖或多缸气缸盖。气缸盖10可以遮盖内燃机特别是往复活塞式内燃机的一个或多个燃烧腔12。内燃机例如可以包含在机动车优选商用车(比如载重车或公交车)中。
气缸盖10被浇铸。换句话说，气缸盖10具有适宜的金属的主体14。该主体14可以采用任何已知的方法制得。例如，主体14可以被浇铸，比如作为GJV-浇铸体(带有蠕墨铸铁)。也可行的是，主体14例如通过3D-打印机予以打印。
在主体14中例如通过浇铸工艺或打印工艺而形成各种不同的结构。这包括冷却通道16、流体引导通道18和优选一个或多个空缺位置或材料凹缺20。除了示意性地示出的气缸盖10的所示区域外，气缸盖10还具有其它区域，优选带有一个或多个其它的流体引导通道、一个或多个其它的冷却通道和/或阀等。在主体14中还可以例如构造有比如用于燃料喷射器的容纳部28。
冷却通道16引导冷却流体，例如水、水-冷却剂混合物或机油，用于冷却气缸盖10。冷却通道16例如可以构造成气缸盖10的水套的一部分。所示的冷却通道16与气缸盖10的主体14的气缸盖底部区域14A邻接地布置，用于冷却气缸盖10的燃烧室侧。
流体引导通道18用于把流体供应至燃烧腔12，或者用于把流体从燃烧腔12中排出。特别优选地，流体引导通道18被构造成用于把废气从燃烧腔12中排出的废气通道。但已发现，如果流体引导通道18例如被构造成用于把进入空气供应至燃烧腔12的进入通道，或者被构造成用于把压缩空气从燃烧腔12中排出的压缩空气排出通道，则通过材料凹缺20同样产生有利的效果。
流体引导通道18具有燃烧室侧的开口22。流体引导通道18具有在气缸盖10的外侧优选外表面上的开口24。流体引导通道18优选弧形地在开口22与开口24之间伸展。流体引导通道18可以在燃烧侧借助气缸盖10的阀26、优选盘式阀予以密封。
材料凹缺20被布置在流体引导通道18与冷却通道16之间。材料凹缺20使得流体引导通道18与冷却通道16热解耦。材料凹缺20明显地即显著地减小了流体引导通道18与冷却通道16之间的热传递。
在把流体引导通道18构造成废气通道的特别优选的实施例中能够实现明显减缓在废气与冷却通道16中的冷却流体之间的热传递。较少的热量输入到冷却流体中导致冷却需求减小，这能实现对冷却系统的改善设计。由此例如可以减小内燃机的燃料消耗，例如也通过在驱动冷却剂泵时节省能量来减小。此外，热解耦还导致流经流体引导通道18的例如具有大约600℃温度的废气不太显著地冷却。这样就有更多的废气焓供必要时布置在下游的废气涡轮机之用。替代地或附加地，可以有更多的废气焓供必要时布置在下游的废气后处理装置之用。例如，废气后处理装置可能需要一定高的温度范围用于有效工作(例如对于SCR-催化器)。这能实现对这些组件的改善设计和改善的效率以及减小燃料消耗。
然而，材料凹缺20例如也可以用于使得构造成进入通道的流体引导通道18热解耦。在这种情况下，材料凹缺20减小了从冷却通道16中的冷却流体到流经流体引导通道18的进入空气的热传递，该冷却流体例如具有高于90℃的温度，该进入空气优选具有低的例如低于40℃或50℃的温度。
优选地，材料凹缺20直接在主体14成形(例如打印或浇铸)时形成为材料凹缺，例如形成为浇铸材料凹缺。但也可行的是，在主体14成形之后才在主体1414中形成材料凹缺20，例如采用切削制造法来形成。例如，可以在主体14中开设出多个包围流体引导通道18的孔。
在材料凹缺20与流体引导通道18之间布置了支撑区域30。该支撑区域30是主体14的一部分。支撑区域30被浇铸。支撑区域30在主体14中支撑流体引导通道18。支撑区域30使得材料凹缺20与流体引导通道18彼此流体地分开。流体引导通道18与材料凹缺20之间的支撑区域30的材料厚度例如可以处于5mm和10mm之间的范围内。支撑区域30应被设计为使得其具有支撑流体引导通道18所必需的刚度，并具有尽可能大的柔性以补偿例如与温度相关的材料膨胀。
材料凹缺20被填充有空气，优选外界空气。由此，材料凹缺20形成了流体引导通道18与冷却通道16之间的绝热的气隙。气隙的间隙大小例如可以处于5mm和15mm之间的范围内。也可行的是，材料凹缺20至少部分地填充有阻热材料。
材料凹缺20可以朝向主体14的外侧开口。这能使得材料凹缺20中的空气可以与外界空气交换，并且产生空气循环。但也可行的是，材料凹缺20向外无开口地作为空腔布置在主体14中。
材料凹缺20的外轮廓或壁轮廓与流体引导通道18的外轮廓或壁轮廓适配，并且例如至少部分地以保持恒定的间距依照它。例如，材料凹缺20的外轮廓可以至少部分地构造成气缸套区段，在其内侧面伸展着流体引导通道18。也可行的是，材料凹缺20的外轮廓附加地或替代地与冷却通道16适配，并且例如至少部分地以保持恒定的间距依照它。
材料凹缺20从气缸盖10的外侧起，沿着流体引导通道18的长度的绝大部分，依照流体引导通道18。如所示，材料凹缺20可以例如在流体引导通道18的长度的80％与90％之间依照流体引导通道18。除了主体14的气缸盖底部区域14A与主体14的支撑区域30外，材料凹缺20基本上完全包围流体引导通道18。
在所示实施例中，材料凹缺20具有两个凹缺区域32、34。凹缺区域32、34通过多个通道36彼此流体连接，如所示。也可行的是，设置有或多或少的凹缺区域，这些凹缺区域可以相互流体连接或不流体连接。
凹缺区域32、34环形地围绕流体引导通道18被布置。凹缺区域32、34可以例如对称地包围流体引导通道18。凹缺区域32、34分别具有环形段形的横截面。环形段形的横截面例如可以分别包夹成大约180°的角度范围。凹缺区域32、34依照套筒节段形式的流体引导通道18的走势。
凹缺区域32、34与主体14的气缸盖底部区域14A邻接地终止。另一方面，凹缺区域32、34在主体14的外侧通入。凹缺区域32、34分别具有开口38、40。开口38、40围绕开口24被布置。开口38、40具有环形段形状。空气可以经由开口38、40流入到凹缺区域32、34中和流出，从而可以在凹缺区域32、34中进而在材料凹缺20中产生空气循环。
支撑区域30的腹条区段42被布置在开口24与开口38、40之间。腹条区段42可以为环形。腹条区段42包围开口24。腹条区段42可以具有一个或多个固定机构44(仅在图2中示意性地示出)，这些固定机构被构造用来使得流体管路与流体引导通道18连接。例如，这些固定机构44可以被构造成用于拧入固定螺钉的螺纹孔。
本发明并不局限于上述优选的实施例。确切地说，大量的变型和修改是可能的，其也利用本发明的构思，因此落入保护范围内。本发明特别是也要求保护从属权利要求的主题和特征，而独立于所引用的权利要求。特别地，独立权利要求1的各特征彼此独立地被公开。附加地，从属权利要求的特征也与独立权利要求1的全部特征相独立地、例如与独立权利要求1的关于流体引导通道、冷却通道和/或至少一个材料凹缺的存在状况和/或配置的特征相独立地被公开。这里全部的范围说明都应理解为以这样的方式公开：落入相应范围内的全部值同样各自地被公开，例如也作为相应范围的相应优选的窄的外边界。
附图标记清单
10 气缸盖
12 燃烧腔
14 主体
14A 气缸盖底部区域
16 冷却通道
18 流体引导通道
20 材料凹缺
22 开口
24 开口
26 阀
28 容纳部
30 支撑区域
32 凹缺区域
34 凹缺区域
36 通道
38 开口
40 开口
42 腹条区段
44 固定机构

Claims (15)

1.一种用于遮盖内燃机的燃烧腔(12)的气缸盖(10)，具有：
流体引导通道(18)，用于把流体供应至所述燃烧腔(12)或者用于把流体从所述燃烧腔(12)中排出；
用于冷却流体的冷却通道(16)，用来冷却所述气缸盖(10)；和
至少一个用于热隔绝的材料凹缺(20)，该材料凹缺被形成在所述气缸盖(10)的主体(14)中并且被布置在所述流体引导通道(18)与所述冷却通道(16)之间，其中，至少一个所述材料凹缺(20)通过所述主体(14)与所述流体引导通道(18)分开地被布置。
2.如权利要求1所述的气缸盖(10)，其中：
至少一个所述材料凹缺(20)通过成形、变型和/或分开而制得；和/或，
所述主体(14)被浇铸或打印；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)在所述主体(14)成形时、优选在浇铸或打印时形成，或者随后形成，优选通过分开的制造方法形成。
3.如权利要求1或权利要求2所述的气缸盖(10)，其中：
所述流体引导通道(18)被构造成废气通道、进入通道或压缩空气排出通道；和/或，
所述气缸盖(10)具有阀(16)、优选盘式阀，其被布置用来在燃烧室侧密封所述流体引导通道(18)；和/或，
所述冷却通道(16)被布置用于冷却所述主体(14)的气缸盖底部区域(14A)；和/或，
所述冷却通道(16)与所述主体(14)的气缸盖底部区域(14B)邻接地被布置。
4.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中，至少一个所述材料凹缺(20)被构造为，使得它：
优选明显地减小在所述冷却通道(16)与所述流体引导通道(18)之间的热传递；和/或，
至少部分地使得所述流体引导通道(18)与所述冷却通道(16)彼此热隔绝。
5.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
至少一个所述材料凹缺(20)由空气优选外界空气填充和/或流过；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)形成了在所述流体引导通道(18)与所述冷却通道(16)之间的气隙；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)由阻热材料填充。
6.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
至少一个所述材料凹缺(20)的外轮廓至少局部地优选在基本上保持恒定间距的情况下依照所述流体引导通道(18)和/或所述冷却通道(16)的外轮廓；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)局部地或完全地包围所述流体引导通道(18)；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)具有环形段形的横截面，和/或套筒段形地被构造。
7.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
至少一个所述材料凹缺(20)沿着所述流体引导通道(18)的长度的至少50％、60％、70％、80％或90％优选在基本上保持恒定间距的情况下依照所述流体引导通道(18)；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)与所述主体(14)的气缸盖底部区域(14A)邻接地终止；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)通入到所述气缸盖(10)的外面中，优选用于通过至少一个所述材料凹缺(20)实现空气循环。
8.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
除了所述主体(14)的气缸盖底部区域(14A)和所述主体(14)的用来支撑所述流体引导通道(18)所需的支撑区域(30)外，至少一个所述材料凹缺(20)基本上完全包围所述流体引导通道(18)；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)至少部分地包围所述流体引导通道(18)。
9.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中，至少一个所述材料凹缺(20)具有多个凹缺区域(32、34)，这些凹缺区域：
优选通过所述主体(14)中的通道(36)而相互流体连接；和/或，
围绕所述流体引导通道(18)对称地被布置；和/或，
分别具有环形段形状的横截面，且共同环形地包围所述流体引导通道(18)；和/或，
分别套筒段形地被构造，且共同套筒形地包围所述流体引导通道(18)。
10.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
所述流体引导通道(18)与至少一个所述材料凹缺(20)之间的所述主体(14)的材料厚度大于或等于5mm，和/或小于或等于10mm；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)的材料凹缺厚度在所述流体引导通道(18)的径向方向上大于或等于5mm，和/或小于或等于15mm。
11.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
所述流体引导通道(18)具有在所述气缸盖(10)的外侧的开口(24)；
至少一个所述材料凹缺(20)具有在所述气缸盖(10)的外侧的开口(38、40)，其至少部分地优选环形段形地包围所述流体引导通道(18)的开口(24)。
12.如权利要求11所述的气缸盖(10)，其中：
在所述流体引导通道(18)的开口(24)与至少一个所述材料凹缺(20)的开口(38、40)之间形成优选环形的腹条区段(42)，该腹条区段具有至少一个固定机构(44)优选螺纹孔，用来使得流体管路与所述流体引导通道(18)流体地连接。
13.如前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)，其中：
所述主体(14)具有支撑区域(30)，该支撑区域被布置在所述流体引导通道(18)与至少一个所述材料凹缺(20)之间，用于在所述主体(14)中支撑所述流体引导通道(18)；和/或，
至少一个所述材料凹缺(20)在流体上与所述流体引导通道(18)分开地被构造。
14.一种机动车、特别是商用车，具有根据前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)。
15.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的气缸盖(10)的方法，包括：
成形、优选浇铸或打印所述气缸盖(10)的主体(14)，
其中，至少一个所述材料凹缺(20)直接在所述主体(14)成形时和/或在所述主体(14)成形之后在所述主体(14)中制得。
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