CN113404604A - 多气缸发动机的气缸盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供多气缸发动机的气缸盖，能够抑制排气出口周围的局部过热并且降低排气气体温度。气缸盖(3)具有：排气通路(51)，其按每个气缸(1)而设置，从对应的燃烧室(6)向与气缸列方向交叉的方向延伸；排气集合部(52)，其与多个排气通路(51)共同连接；以及水套(30)，其形成为与排气集合部(52)相邻，在排气集合部(52)的内周面(43i)上形成有沿周向延伸的环状的凹凸部(60)。凹凸部包括从排气集合部(52)的内周面(43i)突出的环状的突条(60)。通过使排气流路缩小的突条(60)而使流速增大了的排气气体相对于突条(60)活跃地进行热传递，排气气体温度降低。

Description

多气缸发动机的气缸盖

技术领域

本发明涉及在内部形成有排气集合部的多气缸发动机的气缸盖。

背景技术

作为柴油机的气缸盖，公知有这样的结构：形成有排气通路和包围该排气通路的水套，在形成排气通路的壁的内壁上形成有多个突起(专利文献1)。在该气缸盖中，为了使与废气接触的受热面积增大、且尽可能地减小在排气通路内流动的流动阻力，从排气口的正后方部分到形成排气通路的壁的内壁的大致整个面形成有突出高度比壁厚大的柱状或台状的多个突起。或者，沿着排气气体的流动方向形成垄状或板状的多个突起。

另外，在形成有从上游端到中途的上游部被分支为多个、从中途到下游端的下游部集合为1个的排气口(排气通路)的气缸盖中，公知有在排气口的内周面设置有沿着排气流动方向的多个突条部的气缸盖(专利文献2)。在该气缸盖中，在排气通路的下游部的铅直方向的上半部分区域中设置有短尺寸的突条部，在从上游部到下游部的短尺寸的突条部的两侧方，沿着排气流动方向设置有至少与上游部相同数量的长尺寸的突条部。

而且，在内部形成有与按每个气缸而设置的多个排气口(排气通路)连通的集合排气口(排气集合部)的气缸盖中，公知有在集合排气口的上表面和下表面设置有呈平缓的山形的堤坝状的多个突条的气缸盖(专利文献3)。在该气缸盖中，在废气从排气口向下游侧的排气通路流出时，由于突条的存在，会受到靠近排气通路的中心部的引导作用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平1-35164号公报

专利文献2：日本特许第5786663号公报

专利文献3：日本特开2013-155690号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1、2所记载的气缸盖中，通过与突起部的热交换促进而减低排气气体温度，另一方面，存在这样的课题：由于排气气体顺畅地流动而没有充分进行热交换即流向下游侧。

另外，专利文献3所记载的技术的目的在于防止排气气体与下游侧的排气通路的始端部的上内表面碰撞，多个突条形成于排气出口附近。因此，在该气缸盖中，排气出口周围的受热量变大，在该部分产生局部过热。另外，排气气体的压力损失增大。

鉴于这样的背景，本发明的目的在于提供一种能够抑制排气出口周围的局部过热并且降低排气气体温度的气缸盖。

用于解决课题的手段

为了实现这样的目的，本发明的一种实施方式是一种多气缸发动机E的气缸盖3，其紧固于气缸体2的上部，在该气缸体2上，多个气缸1被形成为一列，在所述气缸盖3与在所述气缸内滑动的活塞的顶面之间形成燃烧室6，所述气缸盖3具有：排气通路51，其按每个所述气缸而设置，从对应的所述燃烧室向与气缸列方向交叉的方向延伸；排气集合部52，其与多个所述排气通路共同连接，形成单一的排气出口8b；以及水套30，其形成为与所述排气集合部相邻，在所述排气集合部的位于所述排气出口的附近的内周面43i上，形成有沿周向延伸的环状的凹凸部60。

根据该结构，在形成有环状的凹凸部的部分，排气通路面积增减，通过使排气流路缩小而成的凸部使流速增大后的排气气体相对于凸部活跃地进行热传递。传递到凸部的热被传递到水套。因此，能够抑制排气出口周围的过热并且降低排气气体温度。

优选的是，所述凹凸部包括从所述排气集合部的所述内周面突出的环状的突条60。

根据该结构，与在内周面设置凹槽部、排气气体与在凹槽部之间形成的突条部活跃地进行热传递的情况相比，能够在排气流动方向的较短的距离形成突条。另外，通过由突条的形成引起的排气通路面积的缩小，与突条相接触的排气气体的流速增大。因此，能够使从排气气体向突条的热传递变得活跃，能够有效地降低排气气体温度。

优选的是，所述突条具有在排气流动方向上与所述排气集合部的所述内周面平行地延伸的平坦的环状顶面63。

根据该结构，使流速增大后的排气气体沿着突条的环状顶面流动，因此能够抑制排气气体的压力损失，并且有效地进行从排气气体经由环状顶面向突条的热传递。另外，由于排气气体相对于突条的前表面的碰撞，热传递效率也会提高。

优选的是，在所述排气集合部的所述内周面上，在排气流动方向上隔开规定的间隔L地形成有多个所述突条。

形成于突条之间的凹槽作为滞留部发挥功能，该滞留部具有与突条之间的间隔相当的长度，使排气气体滞留。根据该结构，通过使排气气体暂时滞留于滞留部而降低该部分的流速，能够延长排气气体与突条之间的内周面进行热交换的时间，从而能够从排气气体向气缸盖有效地进行热传递。另外，通过形成多个突条，能够进一步降低排气气体温度。

优选的是，所述间隔L比所述突条在排气流动方向上的宽度W大。

根据该结构，在作为滞留部发挥功能的突条之间的凹槽中紊乱的排气气体的流动容易在与突条相接触的部分成为整理流，能够抑制排气气体的压力损失增大，并且能够可靠地增大与突条相接触的排气气体的流速。由此，能够可靠地进行从排气气体向突条的活跃的热传递。

优选的是，所述水套以围绕所述突条的方式设置。

根据该结构，能够使从排气气体向突条传递的热向水套传递。因此，能够抑制气缸盖的排气出口周围的过热。

发明效果

这样，根据本发明，能够提供一种能够抑制排气出口周围的局部过热并且降低排气气体温度的气缸盖。

附图说明

图1是实施方式的发动机的主要部分的与气缸列方向垂直的方向的剖视图。

图2是从下方观察气缸盖的立体图。

图3是从上方观察气缸盖的水套的立体图。

图4是从下方观察气缸盖的水套的立体图。

图5是气缸盖的排气集合通路周围的主要部分剖视图。

图6是气缸盖的排气集合通路的立体图。

图7是图6所示的排气集合通路的主要部分放大图。

图8是排气集合部的示意性剖视图。

图9是表示排气气体温度与曲轴角之间的相关性的曲线图，细线表示现有例，粗线表示本发明。

标号说明

1：气缸；

2：气缸体；

3：气缸盖；

6：燃烧室；

8：排气集合通路；

8a：排气口；

8b：排气出口；

30：水套；

32：上排气侧水套；

33：下排气侧水套；

43：内周壁；

43i：内周面；

51：排气通路；

52：排气集合部(排气通路下游部)；

60：突条(凹凸部)；

63：环状顶面；

64：凹槽；

E：发动机；

L：突条的间隔；

W：突条的宽度。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在本实施方式中，发明被应于汽车用内燃机(以下，简称为发动机E)。以下，以发动机E搭载于汽车的状态为基准，按照图1所示的上下方向进行说明。

如图1及图2所示，发动机E是SOHC型4阀式的直列4气缸汽油发动机。如图1所示，发动机E具备：气缸体2，在该气缸体2上，收纳活塞的4个气缸1被形成为一列；箱形的气缸盖3，其紧固于气缸体2的上部；以及盖罩4，其紧固于气缸盖3的上部。发动机E以将气缸盖3配置于铅直方向的上侧的姿态搭载于汽车。气缸体2和气缸盖3用铝合金铸造。

气缸1分别沿大致上下方向延伸，相互平行地形成于气缸体2。以下，将排列设置的多个气缸1的排列方向称为气缸列方向。各气缸1的上端在气缸体2的上端面2a开口，下端在形成于气缸体2的下部的曲轴室(未图示)开口。在气缸体2上的气缸1的侧部，以一体地包围各气缸1的侧周部的方式形成有气缸体内水套5(气缸体内冷却水通路)。气缸体内水套5以沿着各气缸1的侧周部的方式弯曲，气缸体内水套5的上端在气缸体2的上端面2a开口。气缸体内水套5为了供冷却水(冷却剂)流通而在气缸体2成型时通过砂型等形成为空腔。

在气缸盖3的与气缸体2接合的接合面(以下，称为对气缸体接合面3a)上的与各气缸1相对的部分，形成有作为曲面状的凹陷的燃烧室凹部3b。各燃烧室凹部3b与各气缸1的比活塞靠上方的部分一起划定出燃烧室6。即，气缸盖3划定出了燃烧室6的上边缘。

在气缸盖3的内部形成有4个进气通路7。各进气通路7的上游端使进气入口7a在气缸盖3的沿着气缸列方向的一个侧面(图1的左侧的侧面)上开口。各进气通路7的下游端为了使2个进气口7b在燃烧室凹部3b的壁面上开口而分支为两股。8个进气口7b在气缸列方向上排列配置。另外，在气缸盖3的内部形成有1个排气集合通路8。排气集合通路8的上游端各使2个排气口8a在各燃烧室凹部3b的壁面上开口。排气集合通路8的下游端使单一的排气出口8b在气缸盖3的沿着气缸列方向的另一侧面(图1的右侧的侧面)上开口。8个排气口8a在气缸列方向上排列配置。以下，以燃烧室凹部3b作为基准，将设有进气通路7的一侧称为进气侧，将设有排气集合通路8的一侧称为排气侧。

在气缸盖3上，对进气口7b进行开闭的进气门9以及对排气口8a进行开闭的排气门10分别沿气缸列方向排列且设置为滑动自如。在气缸盖3与盖罩4之间，由两者划定出气门传动室11，在气门传动室11中收纳有对进气门9以及排气门10进行开阀驱动的气门传动机构12。气门传动机构12构成为包括：能够旋转地安装于气缸盖3的凸轮轴13；配置于凸轮轴13的上方的摇臂轴14；被摇臂轴14支承为能够摆动的进气摇臂15以及排气摇臂16等。在凸轮轴13上，形成有针对每个气缸1而对一对进气门9以及排气门10进行驱动的4个气门传动凸轮13a。

如图2所示，排气出口8b形成于气缸盖3的排气侧侧面3c的长度方向的中间位置。另外，在燃烧室凹部3b的壁面上的4个进气通路7及排气集合通路8的中央，以贯通气缸盖3的上表面的方式形成有用于插入火花塞(未图示)的火花塞插入孔17。

如图1及图2所示，排气集合通路8形成为比气缸盖3的对气缸体接合面3a进一步向排气侧延伸。更具体而言，排气出口8b由在气缸盖3的排气侧侧面3c上突出的管状的排气出口管状部18划定，气缸盖3的排气出口管状部18及其附近构成了相对于气缸体2向侧方鼓出的鼓出部19。

排气出口管状部18的末端面构成未图示的增压器(涡轮增压器)的涡轮、废气净化装置等下游侧排气通路部件20的连接面18a。并且，在排气出口管状部18的末端，以包围排气出口8b的方式形成有多个(在图示例中为4个)用于用螺栓紧固下游侧排气通路部件20的紧固凸台21。另一方面，在鼓出部19的下表面，以从对气缸体接合面3a的周缘分别到达紧固凸台21的方式形成有2个肋22。这些肋22在相对于气缸列接近或远离的方向即前后方向上延伸，这些肋22呈从紧固凸台21朝向对气缸体接合面3a打开的锥形形状。

如前所述，在气缸体2及气缸盖3的前方配置有增压器或废气净化装置等下游侧排气通路部件20，在发动机E起动后，它们成为高温。因此，气缸盖3的相对于气缸体2向侧方鼓出的鼓出部19容易从增压器、废气净化装置通过热传导、辐射以及对流而被传递热，特别是其下表面容易成为高温。而且，当鼓出部19的下表面成为高温时，由于伴随热膨胀的变形，气缸盖3与下游侧排气通路部件20的密封性容易降低。在本实施方式中，在鼓出部19的下表面形成有在接近和远离气缸列的方向上延伸的肋22，由此抑制了鼓出部19的变形。

如图1及图3～图4所示，在气缸盖3的内部，为了抑制由来自燃烧室6内或排气集合通路8内的燃烧气体的热传播引起的温度上升，形成有气缸盖内水套(气缸盖内冷却水通路)。以下，将气缸盖内水套简称为水套30(31～36)。水套30也是为了供冷却水(冷却剂)流通而在气缸盖3的成型时通过砂型等形成为空腔。在图3和图4中，以透视气缸盖3的方式，实体地示出了作为空腔部分的水套30。

水套30具有主水套31、上排气侧水套32、下排气侧水套33等作为主要要素。主水套31在多个燃烧室凹部3b的上方与燃烧室凹部3b相邻地配置，在气缸盖3的气缸列方向(长度方向)上延伸。上排气侧水套32和下排气侧水套33以从上下夹着排气集合通路8的方式与排气集合通路8相邻地配置，上排气侧水套32和下排气侧水套33分别沿气缸盖3的长度方向延伸。上排气侧水套32和下排气侧水套33与主水套31相互连通。

图2中的虚线表示在气缸盖3紧固于气缸体2时气缸体内水套5的上端面向气缸盖3的对气缸体接合面3a的部分。在气缸体内水套5中，如空心箭头所示，供冷却水流通。在气缸列方向的一端，在气缸体内水套5的上端面向相对气缸体接合面3a的部分，形成有2个从相对气缸体接合面3a在气缸盖3内向上方延伸并与水套30连通的冷却水流入通路34。2个冷却水流入通路34分别与主水套31的气缸列方向的一端侧连通，供冷却水从气缸体内水套5流入。

另外，在气缸体内水套5的上端面对对气缸体接合面3a的虚线部分中的、比冷却水流入通路34靠气缸列方向的另一端侧的位置，在适当部位形成有从对气缸体接合面3a在气缸盖3内向上方延伸并与水套30连通的旁通通路35。旁通通路35与主水套31连通。各旁通通路35形成为流路截面积比冷却水流入通路34小。

如图3及图4所示，在上排气侧水套32中的气缸列方向的另一端(与设置有冷却水流入通路34的一侧不同的端部)形成有用于将冷却水从水套30排出的冷却水流出通路36。冷却水流出通路36的外端经由配管、软管等而与散热器(未图示)连通。在主水套31、上排气侧水套32以及下排气侧水套33中，如黑色箭头所示，冷却水在气缸列方向上流通。

如图5所示，上排气侧水套32和下排气侧水套33分别形成在形成鼓出部19的壁的内部。即，在图5所示的截面中，鼓出部19具有：划定上排气侧水套32及下排气侧水套33的轮廓的上下一对的上外壁41及下外壁42；以及划定排气集合部52的圆环状的内周壁43。在以形成空腔的方式相互分离地配置的上外壁41与内周壁43之间形成有上排气侧水套32，在以形成空腔的方式相互分离地配置的下外壁42与内周壁43之间形成有下排气侧水套33。另外，如图1所示，在上外壁41立起设置有气缸盖3的划定气门传动室11的侧壁23。

在图5的截面中，排气集合通路8(图5所示的下游部分)形成为大致直线状。即，在该截面中，划定排气集合通路8的内周壁43的内周面43i形成为大致平行的平面状。内周壁43的外表面43o从燃烧室6侧(图中的左方)朝向排气出口8b(朝向图中的右方)与内周面43i平行地呈直线状延伸至排气出口8b的近前。即，内周壁43在到达末端弯曲区域之前的直线状区域形成为大致固定的厚度。

另一方面，上外壁41的划定上排气侧水套32的内表面41i以在排气集合通路8侧具有曲率中心的方式弯曲，由此使上排气侧水套32扩大。另外，下外壁42的划定下排气侧水套33的内表面42i以在排气集合通路8侧具有曲率中心的方式弯曲，由此使下排气侧水套33扩大。

如图6所示，排气集合通路8具有：按每个气缸1而设置的4个排气通路51；和与4个排气通路51共同连接并使流过它们的排气气体汇合的排气集合部52。各排气通路51具有：与对应的燃烧室6连通的2个排气通路上游部53；和与2个排气通路上游部53共同连接的排气通路中游部54。排气集合部52构成与4个排气通路中游部54共同连接的排气通路下游部，在气缸盖3的另一侧面形成有单一的排气出口8b。全部排气通路上游部53具有大致相同的截面积。全部排气通路中游部54具有排气通路上游部53的大约2倍的截面积。排气集合部52具有与排气通路中游部54同等的高度和比排气通路中游部54大的宽度及截面积，并使宽度及截面积朝向下游逐渐减小。排气集合部52具有使流路面积朝向下游急剧减少的大致扇形的上游侧部分55和使流路面积朝向下游平缓地减少的大致管状的下游侧部分56。

如图5至图7所示，在划定排气集合部52的内周壁43的内周面43i(参照图5)中，在与下游侧部分56对应的部分形成有沿周向延伸的多个环状的突条60。在图示例中形成有3个突条60。如图5所示，这些突条60配置在上排气侧水套32和下排气侧水套33之间的位置。换言之，上排气侧水套32和下排气侧水套33以围绕突条60的方式设置。

如图7及图8所示，3个突条60呈大致相同的截面形状，并且在排气流动方向上隔开规定的间隔L而配置。各突条60呈宽度W(排气流动方向上的长度)比从内周面43i突出的突出高度H大的矩形。各突条60具有：与内周面43i(排气流)大致垂直的前表面61及后表面62；以及将前表面61与后表面62连结的环状顶面63。前表面61及后表面62的高度大致相同，环状顶面63在排气流动方向上与排气集合部52的内周面43i平行地延伸。在排气流动方向上相互相邻的2个突条60之间的间隔L被设定为比突条60的宽度W大。在排气流动方向上彼此相邻的2个突条60之间，形成有具有相当于间隔L的长度的凹槽64。凹槽64作为使排气气体滞留的滞留部而发挥功能。

气缸盖3如以上那样构成。以下，对这样构成的气缸盖3的作用效果进行说明。在该气缸盖3中，沿周向延伸的环状的突条60形成于排气集合部52的位于排气出口8b附近的内周面43i上。因此，在形成有环状的突条60的部分，排气集合通路8的截面积(以下，称为排气通路面积)减少，通过使排气流路缩小的突条60部而使流速增大了的排气气体相对于突条60活跃地进行热传递。传递到突条60的热被传递至上排气侧水套32以及下排气侧水套33。因此，排气出口8b周围的过热被抑制，并且排气气体温度降低。

图9是表示实施方式的气缸盖3的排气出口8b处的排气气体温度与曲轴角之间的相关性的曲线图。另外，在图表中，将在排气集合部52的内周面43i上形成有3个突条60的本实施方式所涉及的气缸盖3的情况表示为“本发明”，用粗线表示，将未形成有突条60的情况表示为“现有例”，用细线表示。如图9所示，在本实施方式的气缸盖3中，与现有例相比，用粗线表示的排气温度以1个循环(曲柄旋转2周＝720度)的平均中降低了5℃左右。

如图6至图8所示，在本实施方式中，环状的突条60(而非环状的凹槽部)形成为在排气集合部52的内周面43i沿周向延伸。通过设为这样的结构，与在内周面43i设置凹槽部并且排气气体与形成于凹槽部之间的突条部活跃地进行热传递的结构相比，能够在排气流动方向上的较短的距离形成突条60。另外，通过由突条60的形成引起的排气通路面积的缩小，与突条60相接触的排气气体的流速增大。因此，从排气气体向突条60的热传递变得活跃，排气气体温度有效地降低。

突条60具有在排气流动方向上与排气集合部52的内周面43i平行地延伸的平坦的环状顶面63，通过该结构，使流速增大了的排气气体沿着突条60的环状顶面63流动。因此，能够抑制排气气体的压力损失，并且从排气气体经由环状顶面63向突条60有效地进行热传递。另外，通过排气气体相对于突条60的前表面61的碰撞，热传递效率也会提高。

多个突条60在排气流动方向上隔开规定的间隔L地形成，通过该结构，排气气体暂时滞留于滞留部而使该部分的流速降低。因此，排气气体与突条60之间的内周面43i进行热交换的时间变长，从排气气体向气缸盖3有效地进行热传递。另外，通过形成多个突条60，排气气体温度进一步降低。

突条60之间的间隔L比突条60的排气流动方向上的宽度W大，通过该结构，在作为滞留部发挥功能的突条60之间的凹槽64中紊乱的排气气体的流动在与突条60相接触的部分容易进行整流。由此，抑制了排气气体的压力损失的增大，并且可靠地增大与突条60接触的排气气体的流速，可靠地进行从排气气体向突条60的活跃的热传递。

上排气侧水套32和下排气侧水套33以围绕突条60的方式设置。因此，从排气气体向突条60传递的热被传递向上排气侧水套32以及下排气侧水套33。由此，抑制了气缸盖3的排气出口8b周围的过热。

以上，结束具体的实施方式的说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够广泛地变形实施。例如，在上述实施方式中，作为一例，本发明应用于4气缸汽油发动机，但发明的应用对象只要是多气缸发动机即可，也可以是2气缸、3气缸、或5气缸以上的发动机E、或柴油发动机。另外，在上述实施方式中，在排气集合部52的位于排气出口8b的附近处的内周面43i形成有环状的突条60，而在该部分形成有环状的凹凸部即可。例如，也可以代替突条60而形成环状的多个凹槽部，在排气流动方向上相互邻相邻的2个凹槽部之间形成突条部。此外，只要在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地变更各部件、部位的具体结构、配置、数量、角度等。另一方面，上述实施方式所示的各构成要素并不一定全部是必需的，能够适当选择。

Claims (6)

1.一种多气缸发动机的气缸盖，其紧固于气缸体的上部，在该气缸体上，多个气缸被形成为一列，在所述气缸盖与在所述气缸内滑动的活塞的顶面之间形成燃烧室，其特征在于，

所述气缸盖具有：

排气通路，其按每个所述气缸而设置，从对应的所述燃烧室向与气缸列方向交叉的方向延伸；

排气集合部，其与多个所述排气通路共同连接，形成单一的排气出口；以及

水套，其形成为与所述排气集合部相邻，

在所述排气集合部的位于所述排气出口的附近的内周面上，形成有沿周向延伸的环状的凹凸部。

2.根据权利要求1所述的多气缸发动机的气缸盖，其特征在于，

所述凹凸部包括从所述排气集合部的所述内周面突出的环状的突条。

3.根据权利要求2所述的多气缸发动机的气缸盖，其特征在于，

所述突条具有在排气流动方向上与所述排气集合部的所述内周面平行地延伸的平坦的环状顶面。

4.根据权利要求2或3所述的多气缸发动机的气缸盖，其特征在于，

在所述排气集合部的所述内周面上，在排气流动方向上隔开规定的间隔地形成有多个所述突条。

5.根据权利要求4所述的多气缸发动机的气缸盖，其特征在于，

所述间隔比所述突条在排气流动方向上的宽度大。

6.根据权利要求2所述的多气缸发动机的气缸盖，其特征在于，

所述水套以围绕所述突条的方式设置。

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