CN113423927B

CN113423927B - 用于内燃机的气缸盖及用于冷却气缸盖的方法

Info

Publication number: CN113423927B
Application number: CN202080014030.1A
Authority: CN
Inventors: A·泽尔克; M·克拉姆普菲尔; R·格伦德纳
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2040-03-20
Also published as: DE112020001362A5; CN113423927A; WO2020188071A1; AT522271B1; JP2022525918A; US20220170428A1; US11519357B2; AT522271A1

Abstract

本发明涉及一种气缸盖(1)，用于有至少一个自上而下的冷却系统的气缸(16)的内燃机，该气缸盖(1)包括界定中间板(4)并与燃烧室相距一定距离的第一子冷却室(2)，以及界定隔热板(5)并靠近燃烧室的第二子冷却室(3)，其中中间板(4)布置在第一子冷却室(2)和第二子冷却室(3)之间，且其中优选为环形的、在第一子冷却室(2)和第二子冷却室(3)之间的至少一个第一传送开口(11)布置在用于喷射或点火装置的中心接纳空间(10)的区域中，其中中心接纳空间(10)优选地相对于气缸的气缸轴线(16a)同心地形成。为了改善对具有高水平热应力的气缸盖(1)的部件的冷却，根据本发明，将第一子冷却室(2)和第二子冷却室(3)之间的至少一个第二传送开口(12a、12b、12c、12d)布置于在两个相邻的气体交换阀(7a、7b、7c、7d)之间的至少一个阀桥(8a、8b、8c、8d)的区域中。

Description

用于内燃机的气缸盖及用于冷却气缸盖的方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的气缸盖，该内燃机具有带有自上而下的冷却系统的至少一个气缸，该气缸盖包括邻接中间板并远离燃烧室的第一室子冷却室，以及邻接隔热板并靠近燃烧室的第二室子冷却室，其中中间板布置在第一子冷却室和第二子冷却室之间，并且其中优选为环形的至少一个第一传送开口布置在第一子冷却室和第二子冷却室之间的、用于喷射或点火装置的中心接纳部的区域中，其中该中心接纳部优选地相对于气缸的气缸轴线同心地形成。此外，本发明涉及一种用于冷却气缸盖的方法。

背景技术

有具有一个布置在另一个上方的两个冷却室的气缸盖中，自上而下的冷却是一种冷却概念，其中，冷却剂从上冷却室通过传送开口流入下冷却室，其中冷却剂的进口布置在上冷却室的区域中，冷却剂的出口布置在下冷却室的区域中。

根据自上而下的冷却概念来操作的气缸盖例如从US 10047660 B2、WO 2012/004340 A1或WO 2018/037368 A1已知。

公开物US 6 681 727 B2和US 6 899 063 B2描述了具有上和下冷却室的气缸盖，这些冷却室通过中间板彼此分开。在用于对应的燃料喷射装置的中心接纳部的区域中，传送开口布置在中间板中以将两个冷却室就流动方面而言彼此连接。此外，在中间板上每个气缸设有一个排气开口，以防止蒸气气泡在下冷却室中积聚。每个排气开口位于在阀桥径向外侧、穿过气缸轴线的横向平面区域内，并且比气体交换阀的轴线更远离气缸轴线。

发明内容

本发明的目的是改善气缸盖的热学高应力部件的冷却。

基于开头所述的气缸盖类型，根据本发明，该目的通过以下方式解决，即，至少一个第二传送开口布置在两个相邻的气体交换阀之间的至少一个阀桥区域中、第一子冷却室和第二子冷却室之间。

有利的是，第一子冷却室布置在第二子冷却室的上方，使得冷却剂从第一子冷却室经由第一传送开口和在两个相邻的气体交换阀之间的区域中的至少一个第二传送开口流入第二子冷却室。这样就实现了自上而下的冷却。冷却剂从上(第一)子冷却室流入下(第二)子冷却室。

另外有利的是，第一传送开口在第二子冷却室的方向上形成特别地连续的渐缩部。特别地，该渐缩部设计成使其延伸至中心元件，即材料从中心元件移除。原则上，渐缩也可以不均匀地形成，在该情况下渐缩部由具有不同倾斜角的若干个邻接的部分元件组成。特别地，渐缩部是通过气缸盖的锥形加工产生的。

至少一个第二传送开口可有利地设计并且布置为平行于气缸轴线或逆向于冷却剂的流动方向倾斜(特别是在偏离气缸轴线0°至45°的范围内)。

然而，特别优选地是，第二传送开口沿阀桥中冷却剂的流动方向倾斜，其倾斜度偏离气缸轴线约0°至约45°，特别是偏离约15°和偏离约30°。传送开口的这种倾斜使得冷却剂能特别有效地流动，从而使阀桥和整个气缸盖特别有效地受到冷却。第二传送开口的距离优选为气缸孔直径的约15％至约40％。此外，至少第二传送开口可以相对于阀桥居中地或非居中地布置。如果每个阀桥设有多于一个的第二传送开口，则这些第二传送开口相对于阀桥的纵向方向有偏移是有利的。

至少一个第二传送开口有利地布置在隔热板的局部热点之上并且优选地朝向它。这样确保有效的散热。局部热点定义为具有局部温度峰值的隔热板的热学应力区域，例如两个出口阀之间的、或气体交换阀的出口阀和进口阀之间的隔热板的阀桥。

分开的第二传送开口允许针对性的入流，并因此改善所需区域的冷却。此外，第二传送开口也可用于发动机不运行时的排气。

可以通过铸造工艺或以去除材料的制造步骤来制造第二传送开口。为了易于制造，第二传送开口基本平行于气缸轴线布置是有利的。

在本发明的上下文中，如上所述的自上而下冷却系统理解为一种冷却系统，其中，在该在气缸盖上具有一个布置在另一个之上的两个冷却室的情况下，冷却剂从上冷却室通过传送开口流入下冷却室，其中冷却剂的进口布置在上冷却室的区域内，而冷却剂的出口布置在下冷却室的区域中。

第二子冷却室因此与隔热板和中间板两者邻接。因此，中间板将第一子冷却室和第二子冷却室分开，其中它们通过第一传送开口和至少一个第二传送开口流动连接。第一传送开口特别地为环形的形状，并且优选地围绕中心接纳部同心地布置。换言之，第一传送开口允许流体在径向围绕中心接纳部的整个区域中、第一子冷却室和第二子冷却室之间进行传送。

优选地，至少一个第二传送开口和气缸轴线之间的距离为气缸直径的15％至40％，优选地为20％至25％，特别优选地为约20％。该距离一方面能实现特别有效的冷却，另一方面能实现气缸盖相对简单的制造。在本发明的上下文中，气缸直径特别地理解为气缸孔直径。传送开口形成和布置为用于传送冷却水。特别优选地，冷却水围绕套筒过渡的距离约为气缸孔直径的10％至20％。

在本发明的另一实施例中，规定至少一个第二传送开口布置在第一阀桥的区域中，并且至少一个另外的第二传送开口布置在第二阀桥的区域中。在本发明的一个实施例中，至少一个第二传送开口布置在第一阀桥的区域、第二阀桥的区域和第三阀桥的区域中、以及优选地还布置在第四阀桥的区域中。这能实现均匀的冷却剂流，并且因此均匀且有效地冷却经受高热负荷的区域。

本发明的一个实施例变型规定至少两个第二传送开口与气缸轴线等距。特别地，规定至少三个第二传送开口的中心位于围绕气缸轴线的圆形线上，该圆形线的直径为气缸直径的30％至80％、优选地为35％至50％、特别优选地为约40％。在本发明范围内的仿真已经表明，以这种方式可以实现特别有效的流动和冷却。

在本发明的一个实施例变型中，规定至少一个第二传送开口和气缸轴线之间的距离小于相邻的气体交换阀的阀轴和气缸轴线之间的距离。

第一流体传送(部)的横截面总和与第二流体传送(部)的横截面总和之比基本上取决于多个分开的传送(部)和/或到气缸盖中的不期望的热量输入。

气缸盖通过流入气缸盖的第一子冷却室的冷却剂冷却，至少部分的冷却剂从第一子冷却室经由用于喷射或点火装置的中心接纳部的区域中的至少一个第一传送开口流入第二子冷却室，并且冷却剂在流经第二个子冷却室之后从气缸盖离开。根据本发明，至少另一部分的冷却剂从第一子冷却室经由相邻两个气体交换阀之间的至少一个阀桥的区域中的至少一个第二传送开口流入第二子冷却室。

在第一子冷却室和第二子冷却室之间第二传送开口相比于铸造的第一传送开口受到公差影响较少。

第二传送开口的准确位置可以适应各种情况下的相应的冷却要求。这样做可以在期望的区域中产生非常高的湍流，并改善散热。

附图说明

下面参照非限制性附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出了根据本发明的气缸盖根据图3中的I-I线的剖面图，

图2示出了图1中的细节II，

图3示出了根据图1中的III-III线的气缸盖的剖面图，以及

图4示出了根据另一实施例的气缸盖的细节。

具体实施方式

图1至3示出了为一个或多个气缸16设计的气缸盖1。图1至3分别示出了具有一个气缸16的气缸盖1。

设计有自上而下的冷却系统的气缸盖有上部的、即远离燃烧室的第一子冷却室2，以及下部的、即靠近燃烧室的第二子冷却室3，其中第一子冷却室2通过中间板4与第二子冷却室3分开。第二子冷却室3邻接形成燃烧室天花板的隔热板5。邻接燃烧室的隔热板5由附图标记17表示。

对于每个气缸16，开口到燃烧室17中的、用于气体交换阀7a、7b、7c、7d的多个阀开口6a、6b、6c、6d布置在隔热板5中。气体交换阀7a、7b、7c、7d形成用于向燃烧室供应空气或空气燃料混合物的进口阀、以及用于排放来自燃烧室17的废气的出口阀。阀桥8a、8b、8c、8d布置在相邻的气体交换阀7a、7b、7c、7d的阀开口6a，6b；6b，6c；6c，6d；6d，6a之间。

在气缸轴线16a的区域中，气缸盖1具有例如由插入式套筒构成的中心接纳部10，用于中心元件、例如火花塞或喷射装置。例如，中心接纳部10相对于气缸轴线16a同心地形成。在中心接纳部10的区域中，至少一个第一传送开口11布置在第一子冷却室2和第二子冷却室3之间，该第一传送开口11在实施例示例中由中间板4和接纳部10之间的环形间隙形成。

除了第一传送开口11之外，第二传送开口12a、12b、12c、12d布置在至少一个、优选地为每个阀桥8a、8b、8c、8d的区域中，该第二传送开口与气缸16的气缸轴线16a相距一定距离。第二传送开口12a、12b、12c、12d相对于气缸轴线16a平行地形成。第二传送开口12a、12b、12c、12d的中心13a、13b、13c、13d布置在围绕气缸轴线16a的圆形线14上，该圆形线的直径d在气缸16直径D的30％至80％之间，例如50％。在示例性实施例中，至少一个第二传送开口12a、12b、12c、12d的中心13a、13b、13c、13d与气缸轴线16a之间的距离a小于相邻的气体交换阀7a、7b、7c、7d的阀轴线9a、9b、9c、9d与气缸轴线16a之间的距离A。换句话说，在示例性实施例中，第二传送开口12a、12b、12c、12d的中心13a、13b、13c、13d布置得比最近的气体交换阀7a、7b、7c、7d的阀轴线9a、9b、9c、9d更靠近气缸轴线16a。

如从图2可以清楚地看出的，至少一个第二传送开口12a、12b、12c、12d指向离隔热板5最近的阀桥8a、8b、8c、8d的热点15。因此，分开的第二传送开口12a、12b、12c、12d可以实现有针对性的流入，从而改善所期望的区域中的冷却。

如图1和图2中箭头S所示，液态冷却剂从第一子冷却室2经由第一传送开口11和第二传送开口12a、12b、12c、12d流入第二子冷却室3，并且沿着隔热板5的阀桥8a、8b、8c、8d径向向外流动，从热学高应力区域的热点15吸收并耗散热量。

由于第二传送开口12a、12b、12c、12d的布置可针对具体情况单独地设计，可以在所期望的区域中产生非常高的湍流并且可以因此改善冷却。

另一个优点是，通过第二传送开口12a、12b、12c、12d的流动S对制造公差的敏感性低于通过第一传送开口11的流动S对制造公差的敏感性。

图4示出了根据本发明的另一气缸盖1的细节，其中，传送开口11沿第二个子冷却室3的方向形成渐缩(部)，允许冷却剂沿元件的方向流动。因此，在剖视图中，渐缩的传送开口11表示锥形的环形间隙。

Claims

1.一种用于内燃机的气缸盖（1），所述内燃机具有带有自上而下的冷却系统的至少一个气缸（16），所述气缸盖具有邻接中间板（4）并远离燃烧室的第一子冷却室（2），以及邻接隔热板（5）并靠近所述燃烧室的第二子冷却室（3），其中所述中间板（4）布置在所述第一子冷却室（2）和所述第二子冷却室（3）之间，并且至少一个第一传送开口（11）布置在用于喷射装置或点火装置的中心接纳部（10）的区域中、在所述第一子冷却室（2）和所述第二子冷却室（3）之间，其特征在于，在所述第一子冷却室（2）和所述第二子冷却室（3）之间的至少一个第二传送开口（12a、12b、12c、12d）布置在两个相邻的气体交换阀（7a、7b、7c、7d）之间的至少一个阀桥（8a、8b、8c、8d）的区域中，其中，至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）与气缸轴线（16a）之间的距离（a）小于至少一个相邻的所述气体交换阀（7a、7b、7c、7d）的阀轴线（9a、9b、9c、9d）与所述气缸轴线（16a）之间的距离（A）。

2.根据权利要求1所述的气缸盖（1），其特征在于，所述第一子冷却室（2）布置在所述第二子冷却室（3）上方，使得冷却剂从所述第一子冷却室（2）经由在相邻两个所述气体交换阀（7a、7b、7c、7d）之间的区域中的所述第一传送开口（11）以及至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）流入所述第二子冷却室（3）中。

3.根据权利要求1或2所述的气缸盖，其特征在于，在所述第二子冷却室（3）的方向上形成具有渐缩部的所述第一传送开口（11）。

4.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）在所述阀桥（8a、8b、8c、8d）中的冷却剂的流动方向上倾斜，其中倾斜部自气缸轴线偏离0°至45°。

5.根据权利要求1所述的气缸盖（1），其特征在于，至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）布置在所述隔热板（5）的热点（15）上方。

6.根据权利要求1所述的气缸盖（1），其特征在于，至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）大致平行于所述气缸轴线（16a）布置。

7.根据权利要求1所述的气缸盖（1），其特征在于，至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）与所述气缸轴线（16a）之间的距离（a）为所述气缸（16）直径（D）的15%至40%。

8.根据权利要求1所述的气缸盖（1），具有至少两个阀桥（8a、8b、8c、8d），其特征在于，至少一个所述第二传送开口（12a）布置在第一阀桥（8a）的区域中，以及至少另一个所述第二传送开口（12b）布置在第二阀桥（8b）的区域中。

9.根据权利要求8所述的气缸盖（1），其特征在于，至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）分别布置在所述第一阀桥（8a）的区域中、所述第二阀桥（8b）的区域中以及第三阀桥（8c）的区域中。

10.根据权利要求8或9所述的气缸盖（1），其特征在于，至少两个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）与所述气缸轴线（16a）的距离相等。

11.根据权利要求10所述的气缸盖（1），其特征在于，至少三个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）的中心（13a、13b、13c、13d）位于围绕所述气缸轴线（16a）的圆形线（14）上，所述圆形线的直径（d）为所述气缸（16）直径（D）的30%至80%。

12.根据权利要求1所述的气缸盖（1），其特征在于，所述第一传送开口（11）设计成环形的。

13.根据权利要求1所述的气缸盖（1），其特征在于，所述中心接纳部（10）设计为相对于所述气缸的气缸轴线（16a）同心。

14.根据权利要求4所述的气缸盖（1），其特征在于，所述倾斜部自气缸轴线偏离15°和30°。

15.根据权利要求5所述的气缸盖（1），其特征在于，所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）指向所述热点（15）。

16.根据权利要求7所述的气缸盖（1），其特征在于，少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）与所述气缸轴线（16a）之间的距离（a）为所述气缸（16）直径（D）的20%至25%。

17.根据权利要求7所述的气缸盖（1），其特征在于，少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）与所述气缸轴线（16a）之间的距离（a）为所述气缸（16）直径（D）的约20%。

18.根据权利要求9所述的气缸盖（1），其特征在于，至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）还布置在第四阀桥（8d）的区域中。

19.根据权利要求11所述的气缸盖（1），其特征在于，所述圆形线的直径（d）为所述气缸（16）直径（D）的35%至50%。

20.根据权利要求11所述的气缸盖（1），其特征在于，所述圆形线的直径（d）为所述气缸（16）直径（D）的约40%。

21.一种用于冷却根据权利要求1至20中任一项所述的气缸盖（1）的方法，其中冷却剂流入所述气缸盖（1）的所述第一子冷却室（2），至少部分的冷却剂从所述第一子冷却室（2）经由在用于喷射装置或点火装置的中心接纳部（10）区域中的至少一个所述第一传送开口（11）流入所述第二子冷却室（3），并且其中所述冷却剂在流经所述第二子冷却室（3）之后离开所述气缸盖（1），其特征在于，至少另一部分冷却剂从所述第一子冷却室（2）经由相邻两个所述气体交换阀（7a、7b、7c、7d）之间的至少一个所述阀桥（8a、8b、8c、8d）的区域中的至少一个所述第二传送开口（12a、12b、12c、12d）流入所述第二子冷却室（3）。