CN202468049U

CN202468049U - 具有整合排气歧管的气缸盖

Info

Publication number: CN202468049U
Application number: CN2011203899590U
Authority: CN
Inventors: T·拜尔; J·M·斯莱克; J·C·里格
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-10-13
Also published as: US8474251B2; RU114095U1; US20120090565A1; DE102011084222A1

Abstract

本实用新型提供了一种具有整合排气歧管的气缸盖，所述整合排气歧管包括排气歧管凸缘。在一个例子中，气缸盖包括控制排气系统热的冷却凸缘。气缸盖可以在至少一些操作条件期间改善整合气缸盖的操作。

Description

具有整合排气歧管的气缸盖

技术领域

本实用新型涉及一种具有整合排气歧管的气缸盖。

背景技术

用于内燃机的排气歧管可能暴露于高热负荷。整合到气缸盖中的排气歧管可能由于整合设计的热传递特性而经受特别高的热负荷。可以通过将冷却套包括到气缸盖中而减小整合排气歧管和相邻部件的热负荷。冷却套可以减小发动机操作期间生成的热所导致的气缸盖上的热应力。例如，具有整合排气歧管的气缸盖公开在US7,367,294中。上冷却套和下冷却套包括气缸盖的主要部分以从气缸盖去除热。

然而，本文中的实用新型人认识到上述方法的问题。例如，上冷却套和下冷却套可能不将均匀的冷却提供给气缸盖。另外，在排气歧管的出口的凸缘可能由于歧管内的废气的流型而经受比气缸盖的其他部分更高的温度。并且，现有的方法的上冷却套和下冷却套似乎提供凸缘区域的有限冷却。此外，现有的方法的冷却套可能不提供足够量的冷却以减小位于排气歧管的下游的涡轮增压器或部件上的热降解的可能性。另外，冷却套可能不提供足够的冷却以促进位于排气歧管的下游的排放控制系统中的催化剂功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种改进的具有整合排气歧管的气缸盖以便克服上述提及的缺点。

因而，在本文中描述了各种系统和方法的例子。在一个例子中提供一种具有整合排气歧管的气缸盖，所述整合排气歧管包括排气歧管凸缘。所述气缸盖包括与气缸盖冷却系统高压力通道连通的冷却剂入口，与气缸盖冷却系统低压力通道连通的冷却剂出口，以及至少部分地横跨所述排气歧管凸缘并且与所述冷却剂入口和所述冷却剂出口连通的排气凸缘冷却剂通道。

以该方式，凸缘的温度可以经由凸缘冷却子系统被减小，从而减小气缸盖上的热应力。凸缘冷却子系统可以减小气缸盖和下游部件（例如涡轮增压器、排放控制系统等）的热降解的可能性。因此，当使用上述的气缸盖时可以改善发动机、涡轮增压器和排放控制系统的性能。

提供该实用新型内容是为了以简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。该实用新型内容既非旨在确定权利要求的主题的关键特征或必要特征，也非旨在用于限制权利要求的主题的范围。此外，权利要求的主题不限于解决在本公开的任何部分中所述的任何或所有缺点的实现方式。

附图说明

图1显示了内燃机的示意图。

图2显示了可以包括在图1中所示的内燃机中的气缸盖和相关联的冷却系统的示意图。

图3显示了示例性气缸盖的示图。

图4显示了图3中所示的气缸盖的横截面图，气缸盖包括交叉冷却剂通道。

图5显示了包括在图3中所示的气缸盖中的排气歧管凸缘的侧视图。

图6显示了包括在图3中所示的气缸盖中的排气歧管凸缘的另一个实施例。

图7显示了示例性排气歧管凸缘、密封垫圈和第二凸缘的分解图。

图8显示了密封垫圈的另一个实施例。

图9显示了图7中所示的第二凸缘的侧视图。

图10显示了排气歧管凸缘、密封垫圈和第二凸缘以及相应的冷却剂入口、冷却剂出口和排气凸缘冷却剂通道的横截面图。

图11显示了用于铸造图3中所示的气缸盖的复合模芯。

图12显示了包括在图3中所示的气缸盖中的排气流道（runner）的横截面图。

图13显示了包括在图11中所示的复合模芯中的排气歧管口模芯。

图14显示了包括在图3中所示的气缸盖中的进入管路的横截面图。

图15显示了包括在图3中所示的气缸盖中的第一外排气流道的横截面图。

图16显示了包括在图3中所示的气缸盖中的第一外排气流道的另一部分的横截面图。

图17显示了包括在图3中所示的气缸盖中的第二内排气流道的横截面图。

图18显示了发动机的气缸盖中的气缸盖冷却系统的操作的方法。

图19显示了发动机的气缸盖中的气缸盖冷却系统的操作的方法。

具体实施方式

在本文中描述了具有整合排气歧管的气缸盖。包括排气凸缘冷却剂通道的气缸盖与冷却剂入口和冷却剂出口连通。冷却剂入口和出口可以与气缸盖冷却系统的高压力和低压力部分连通。气缸盖冷却系统可以被配置成使冷却剂流动通过气缸盖中的通道。以该方式，可将冷却提供给可能由于整合排气歧管内的流动特性而经受更高温度的排气凸缘。而且，排气冷却剂通道也可以将冷却提供给相邻部件，例如涡轮增压器。以该方式，整合排气歧管的下游的排气凸缘和部件上的热应力可得以减小。因此，排气凸缘、气缸体或相邻部件（例如涡轮增压器）的热降解的可能性可得以减小，由此增加部件寿命。

参考图1，包括多个气缸的内燃机10由电子发动机控制器12控制，在图1中显示了所述气缸中的一个气缸。发动机10包括燃烧室30和气缸壁32，活塞36位于其中并且连接到曲柄轴40。燃烧室30被显示成分别经由进气阀52和排气阀54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气和排气阀可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。备选地，进气和排气阀中的一个或多个可以由机电控制阀线圈和电枢组件操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。

进气歧管44也被显示为在进气阀52和进气拉链管42的中间。燃料由燃料系统（未显示）输送到燃料喷射器66，所述燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料导管（未显示）。将图1的发动机10配置成使得燃料直接喷射到发动机气缸中，这被本领域的技术人员称为直接喷射。将来自对应于控制器12的驱动器68的操作电流供应给燃料喷射器66。另外，进气歧管44被显示成与具有节气门板64的可选电子节气门62连通。在一个例子中，可以使用低压力直接喷射系统，其中可将燃料压力升高到大约20-30巴。备选地，高压力、双级燃料系统可以用于生成更高的燃料压力。

无分点火系统88响应控制器12将点火火花经由火花塞92提供给燃烧室30。通用排气氧（UEGO）传感器126被显示成联接到催化转换器70的上游的排气歧管48。备选地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。

在一个例子中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个例子中，可以使用均具有多个砖的多个排放控制装置。在一个例子中转化器70可以是三元型催化剂。

控制器12在图1中被显示为常规微型计算机，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、保持作用存储器110和常规数据总线。除了先前所述的那些信号以外，控制器12被显示成接收来自与发动机10联接的传感器的各种信号，包括：来自与冷却套114联接的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；与加速踏板130联接的用于感测足132所施加的力的位置传感器134；来自与进气歧管44联接的压力传感器122的发动机歧管压力（MAP）的测量；来自感测曲柄轴40的位置的霍耳效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的节气门位置的测量。气压也可以被感测（未显示的传感器）以供控制器12进行处理。在本描述的优选方面中，对于从其可确定发动机速度（RPM）的曲柄轴的每次旋转，发动机位置传感器118产生预定数量的等间隔脉冲。

在一些实施例中，在混合式车辆中发动机可以联接到电动机/电池系统。混合式车辆可以具有并联配置、串联配置或它们的变型或组合。

在操作期间，发动机10内的每个气缸典型地受到四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常地，排气阀54闭合并且进气阀52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30中，并且活塞36移动到气缸的底部，从而增加燃烧室30内的容量。活塞36靠近气缸的底部并且处于它的冲程的末端（例如，当燃烧室30处于它的最大容量时）的位置典型地被本领域的技术人员称为下止点（BDC）。在压缩冲程期间，进气阀52和排气阀54闭合。活塞36朝着气缸盖移动，从而压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于它的冲程的末端并且最接近气缸盖（例如，当燃烧室30处于它的最小容量时）的点典型地被本领域的技术人员称为上止点（TDC）。在下文中被称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室中。在下文中被称为点火的过程中，被喷射的燃料由已知的点火装置（例如火花塞92）点火，导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体推动活塞36回到BDC。曲柄轴40将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气阀54打开以将被燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48并且活塞返回到TDC。应当注意上面仅仅作为例子被显示，并且进气和排气阀打开和/或闭合正时可以变化，例如提供正或负阀重叠、后期进气阀闭合或各种其他例子。

在一个实施例中，停止/起动曲柄位置传感器具有零速度和双向能力。在一些应用中可以使用双向霍耳传感器，在其他实施例中可以将磁体安装到目标。磁体可以被置于目标上并且如果传感器能够检测信号幅度的变化（例如，使用更强或更弱的磁体来定位轮上的特定位置），则可以潜在地消除“齿隙丢失”。此外，使用双向霍耳传感器或等效物，可以通过停转保持发动机位置，但是在重新起动期间可以使用备选的策略以保证发动机在正向上旋转。

图2显示了用于发动机的气缸盖冷却系统200的示意图。将领会冷却系统可以被包括在图1中所示的发动机10中。可将冷却系统配置成从发动机去除热。如本文中更详细地所述，可将控制器12配置成调节经由冷却剂回路250从发动机去除的热量。以该方式，发动机的温度可得以调节，允许增加燃烧效率以及减小发动机上的热应力。

冷却系统200包括行进通过气缸体252中的一个或多个气缸体冷却剂通道251的冷却剂回路250。水或另一种合适的冷却剂可以用作冷却剂回路中的工作流体。气缸体可以包括一个或多个燃烧室的一部分。将领会冷却剂回路可以与燃烧室的所述部分相邻地行进。以该方式，在发动机操作期间生成的过量热可以被传递到冷却剂回路。可将气缸盖253与气缸体联接以形成气缸组件。当被组装时，气缸组件可以包括多个燃烧室。图1中所示的燃烧室30可以被包括在多个燃烧室中。

气缸盖冷却系统还包括上冷却套254和下冷却套256。将领会上冷却套和下冷却套被整合到气缸盖中。上冷却套包括多个冷却剂通道258。类似地，下冷却套包括多个冷却剂通道260。如图所示，上冷却套包括冷却剂入口262并且下冷却套包括冷却剂入口264。然而，将领会在其他实施例中上和/或下冷却套可以包括多个入口。例如，上冷却套可以包括单一入口并且下冷却套可以包括多个入口。将领会在一些实施例中上冷却套和下冷却套的入口可以联接到气缸体中的公共冷却剂通道。以该方式，上冷却套和下冷却套经由它们的相应入口从包括在发动机的机体中的公共源接收冷却剂。然而，在其他实施例中上冷却套和下冷却套的入口可以联接到气缸体中的独立冷却剂通道。

第一组交叉冷却剂通道266可以将上冷却套254流体地联接到下冷却套256。类似地，第二组交叉冷却剂通道268可以将上冷却套流体地联接到下冷却套。

包括在第一组交叉冷却剂通道中的每个交叉冷却剂通道可以包括限制件270。类似地，包括在第二组交叉冷却剂通道中的每个交叉冷却剂通道可以包括限制件271。在气缸盖253的构造期间可以调节限制件的各种特性（例如，尺寸、形状等）。所以，包括在第一组交叉冷却剂通道中的限制件270可以在尺寸、形状等上不同于包括在第二组交叉冷却剂通道中的限制件271。以该方式，可以调节各种发动机的气缸盖，由此增加气缸盖的适用性。尽管在第一和第二组交叉冷却剂通道中均显示了两个交叉冷却剂通道，但是在其他实施例中包括在第一和第二组交叉冷却剂通道中的交叉冷却剂通道的数量可以被改变。

交叉冷却剂通道允许冷却剂在上冷却套和下冷却套的入口和出口之间的各个点的冷却套之间行进。以该方式，冷却剂可以以复杂流型行进，其中冷却剂在上套和下套之间、在套的中间和在套内的各种其他位置移动。混合流型减小发动机操作期间气缸盖内的温度变化性以及增加可以从气缸盖去除的热能的量，由此改善发动机性能。

可将气缸盖冷却系统联接到包括在排气歧管凸缘273中的至少一个冷却剂通道272。排气歧管凸缘被包括在排气歧管48中。冷却剂通道272包括冷却剂入口274和冷却剂出口275。可将冷却剂入口联接到气缸盖冷却系统中的高压力冷却剂通道并且可将冷却剂出口联接到气缸盖冷却系统中的低压力冷却剂通道。将领会高压力冷却剂通道可以被包括在上冷却套或下冷却套中。类似地，低压力冷却剂通道可以被包括在上冷却套或下冷却套中。在一个特定的实施例中，高压力冷却剂通道被包括在下冷却套中并且低压力冷却剂通道被包括在上冷却套中。以该方式，可以使冷却剂围绕凸缘循环，能够使用车辆中的现有冷却系统从凸缘去除热。所以，将领会当与可以使用独立冷却系统将冷却提供给排气系统的其他系统相比时可以减小制造成本。而且，气缸盖凸缘以及相邻部件上的热应力可得以减小，由此增加部件寿命。在本文中关于图3和5-10更详细地描述了排气歧管冷却剂通道。

上冷却套包括出口276。出口276可以包括限制件277。另外，下冷却套包括出口278。将领会在其他实施例中出口278也可以包括限制件。来自上冷却套和下冷却套的出口可以组合并且处于流体连通。冷却剂回路然后可以行进通过包括在散热器282中的一个或多个散热器冷却剂通道280。散热器能够使热从冷却剂回路传递到周围空气。以该方式，可以从冷却剂回路去除热。

泵284也可以被包括在冷却剂回路中。恒温器286可以位于上冷却套的出口276处。恒温器288也可以位于气缸体252的一个或多个冷却剂通道251的入口处。在其他实施例中附加的恒温器可以位于冷却剂回路内的其他位置，例如位于散热器中的一个或多个冷却剂通道的入口或出口处、下冷却套的入口或出口处、上冷却套的入口处等。恒温器可以用于基于温度调节流动通过冷却剂回路的流体的量。在一些例子中，恒温器可以经由控制器12得以控制。然而在其他例子中，可以被动地操作恒温器。

将领会控制器12可以调节泵284所提供的压头的量以调节通过回路的冷却剂的流率并且因此调节从发动机去除的热量。此外，在一些例子中可将控制器12配置成动态地调节经由恒温器286通过上冷却套的冷却剂流量。具体地，当发动机温度低于阈值时通过上冷却套的冷却剂的流率可得以减小。以该方式，冷起动期间发动机预热的持续时间可得以减小，由此增加燃烧效率并且减少排放物。将领会图2中的系统和部件示意性地被显示并且不意味着显示部件的相关位置。

图3显示了气缸盖253的例子的透视图。可将气缸盖配置成附连到气缸体（未显示），所述气缸体限定具有在其中往复移动的活塞的一个或多个燃烧室。气缸盖可以由合适的材料（例如铝）铸造而成。被组装的气缸盖的其他部件已被省略。被省略的部件包括凸轮轴、凸轮轴盖、进气阀和排气阀、火花塞等。

如图所示，气缸盖253包括四个周壁。所述壁分别包括第一侧壁302和第二侧壁304。四个周壁还可以包括前端壁306和后端壁308。

可将底壁312配置成联接到气缸盖（未显示），由此形成发动机燃烧室，如先前所述。气缸盖还可以包括除气口314，所述除气口包括被配置成从上冷却套去除气体的阀。以该方式，上冷却套和下冷却套中的气体的量可得以减小。除气口位于邻近上冷却套的上表面的区域中。在一些例子中，除气口可以位于上冷却套中的脊部（例如，大致最高的竖直点）。然而在其他例子中，除气口可以位于其它合适的位置。除气口可以减小上冷却套和下冷却套中的气体（例如，空气和/或水蒸汽）的量，由此增加上冷却套和下冷却套的操作效率。

气缸盖253还包括多个排气流道所联接到的排气歧管48。关于图12-17更详细地示出和描述了排气流道。可将排气流道联接到用于每个燃烧室的排气阀。以该方式，可将排气歧管和排气流道可以整合到气缸盖铸件中。整合排气流道具有许多优点，例如减小发动机内的部件的数量，由此减小发动机的整个开发周期期间的成本。此外，当使用整合排气歧管时库存和组装成本也可得以减小。

气缸盖还包括围绕排气歧管48的排气歧管凸缘273。凸缘包括螺栓凸起310或被配置成附连到下游排气部件（例如排气管路或包括在涡轮增压器中的涡轮机的入口）的其他合适的附连装置。以该方式，可将涡轮增压器直接安装到气缸盖，减小发动机内的损失。涡轮增压器可以包括经由驱动轴联接到压缩机的排气驱动涡轮机。可将压缩机被配置成增加进气歧管中的压力。

另外，气缸盖还包括与图2中所示的气缸盖冷却系统200中的高压力通道连通的冷却剂入口274，和与气缸盖冷却系统中的低压力通道连通的冷却剂出口275。如图所示，高压力通道和低压力通道延伸到气缸盖中。在图10中显示了高压力通道和低压力通道。将领会气缸盖冷却系统中的高和/或低压力通道可以是上冷却套或下冷却套。如图所示，排气歧管凸缘还包括横跨排气歧管凸缘的排气歧管凸缘通道315。凸缘通道可以被铸造或者可以在气缸盖被铸造之后被铣削。如图所示，排气歧管凸缘通道围绕整个排气歧管凸缘延伸。换句话说，排气歧管凸缘通道包围排气口316。然而，在其他实施例中凸缘通道可以部分地横跨排气歧管凸缘。凸缘通道可以限定至少部分地横跨排气歧管凸缘的排气凸缘冷却剂通道的边界。可将排气凸缘冷却通道联接到冷却剂入口274和冷却剂出口275。以该方式，可使冷却剂循环通过排气凸缘冷却剂通道。排气凸缘冷却剂通道可以插入排气歧管凸缘和在本文中更详细描述的下游部件（例如涡轮增压器、排气通道、排放控制装置等）的凸缘之间。切割平面320限定图4中所示的横截面。切割平面322限定图10中所示的横截面。切割平面324限定图12中所示的横截面。切割平面326限定图14中所示的横截面。切割平面328限定图15中所示的横截面。切割平面330限定图16中所示的横截面。切割平面332限定图17中所示的横截面。

图4显示了图3中所示的气缸盖253的剖视图。第一交叉冷却剂通道410被显示。第一交叉冷却剂通道410可以被包括在图2中所示的第一组交叉冷却剂通道266中。接着图4，箭头412表示从下冷却套至上冷却套行进通过第一交叉冷却剂通道的总体流体路径。如图所示，冷却剂相对于气缸中的活塞的竖直活塞运动在大致竖直的方向上行进通过竖直对准的通道。将领会第一交叉冷却剂通道的宽度可以在构造期间经由加工得以改变。以该方式，可将交叉冷却剂通道调节到期望的规格。

第一组交叉冷却剂通道可以与包括在发动机中的两个或更多个气缸径向地对准。将领会对准可以关于单一对称线。第一组交叉冷却剂通道也可以与发动机中的进气口和/或排气口间隔开。与可以与进气口或排气口相邻地定位的交叉冷却剂通道（其可能减小围绕排气阀的金属的厚度，由此增加排气或进气阀劣化或故障的可能性）相比，将第一组交叉冷却剂通道定位成与两个或更多个气缸对准并且远离进气口和/或排气口能够增加气缸盖的结构完整性。此外，当以该方式对准交叉流动通道时，与相邻进气或排气阀定位的交叉冷却剂通道相比，可以使用直径更大的流动通道。

第二交叉冷却剂通道414也被显示。第二交叉冷却剂通道414可以被包括在图2中所示的第二组交叉冷却剂通道268中。第二交叉冷却剂通道与气缸盖的周边相邻并且与排气口316间隔开。所以，将领会第二组交叉冷却剂通道可以与气缸盖的周边相邻并且与排气歧管间隔开。箭头416表示从下冷却套至上冷却套行进通过第一交叉冷却剂通道的总体流体路径。如图所示，杯418引导并且限制通过第一交叉冷却剂通道的流动。通过第二组交叉冷却剂通道的冷却剂的流型与弧形一致。当杯用于引导冷却剂流通过第二交叉冷却剂通道时，这能够使气缸盖的构造过程（例如，加工）得以简化。

图5显示了图3中所示的排气歧管48的排气歧管凸缘273和排气口316的侧视图。类似的部分相应地被标示。

图6显示了排气歧管凸缘273的备选实施例的侧视图。如图所示，排气歧管凸缘包括第一冷却剂入口602和第一冷却剂出口604。如先前所述，将第一冷却剂入口和出口联接到气缸盖冷却系统中的高压力通道和气缸盖冷却系统中的低压力通道。第一凸缘通道606在第一冷却剂入口和第一冷却剂出口之间延伸。另外，排气歧管凸缘包括第二冷却剂入口608和第二冷却剂出口610。第二凸缘通道612在第二冷却剂入口和第二冷却剂出口之间延伸。此外，在一些实施例中通道也可以在第一和第二冷却剂入口与第一和第二冷却剂出口之间延伸。第一和第二冷却剂通道可以限定在本文中关于图7-10更详细描述的排气凸缘冷却剂通道的边界。

图7显示了排气歧管凸缘273、密封垫圈702和第二凸缘704的分解图。当组装时螺栓706或其他合适的附连装置可以联接前述部件。所以，当组装时将密封垫圈插入排气歧管凸缘和第二凸缘之间。

密封垫圈702可以包括内密封件708和外密封件710。内密封件和外密封件限定排气凸缘冷却通道的边界。因此，内密封件和外密封件能够使冷却剂围绕排气歧管凸缘循环并且大致防止冷却剂泄漏到排气流中或气缸盖的外部。

在一些例子中，内密封件和外密封件可以是多层金属浮凸。所以，密封件可以是凸起的。换句话说，密封件可以具有比密封垫圈的其他部分更大的侧向厚度。然而，其他合适的密封件可以用于其他例子。例如，附加地或作为替代选择可以使用橡胶密封件。尽管金属密封件可能由于它们能够比橡胶密封件耐高温而是优选的。内密封件可以与排气歧管凸缘以及凸缘704两者面对面接触。另外，外密封件可以与排气歧管凸缘以及凸缘704两者面对面接触。

密封垫圈还包括传递开口712。如图所示，传递开口与冷却剂入口274和冷却剂出口275对准。然而，其他对准是可能的。以该方式，冷却剂可以围绕排气歧管凸缘以及凸缘704循环。将领会这可能不仅减小排气歧管凸缘的温度、减小气缸盖的热降解的可能性，而且减小相邻部件（例如涡轮增压器）的温度，由此减小相邻部件的热降解的可能性。

然而在其他实施例中，密封垫圈702可以不包括传递开口712并且内密封件和外密封件（708和710）可以仅仅与排气歧管凸缘面对面接触。因此，冷却剂可以围绕排气歧管凸缘循环。然而，热可以经由传导通过密封垫圈702从凸缘704传递到冷却剂。

图8显示了密封垫圈702的备选实施例。如图所示开口802围绕密封垫圈延伸。换句话说，开口包围密封垫圈的内缘804。如图所示，连接器 806横跨开口802。将领会当使用连接器时内密封件相对于外密封件的相对位置可以大致固定，减小不适当组装（例如内和外密封件的不适当放置（例如间隔））的可能性。在一些例子中，连接器中的一个或多个的侧向距离可以不相等。将领会当以该方式定位连接器时可以生成减小排气凸缘冷却剂通道内的损失的冷却剂流型。以该方式，当与具有以相等侧向距离定位的连接器的冷却系统相比时，排气歧管冷却系统的效率可得以增加。

图9显示了凸缘704。凸缘可以被包括在下游部件（例如涡轮增压器或排气管路）中。凸缘704包括通道902。通道902可以被铣削或铸造。然而，在其他实施例中通道902可以不包括在凸缘704中。通道902可以限定排气凸缘冷却剂通道的边界。通道902允许更大的冷却剂量围绕凸缘704循环，增加可以从凸缘和相关联的部件去除的热量。

图10显示了排气歧管凸缘273、密封垫圈702和凸缘704的横截面图。通过排气口316的废气流的总体方向由箭头1002表示。气缸盖冷却系统中的冷却剂经由冷却剂入口274从高压力通道1004流动到排气歧管冷却剂通道1006中。如先前所述，内密封件708和外密封件710限定排气凸缘冷却剂通道1006的边界。此外，排气歧管凸缘通道315和通道902也可以限定排气凸缘冷却剂通道1006的边界。然而在其他例子中，凸缘通道315可以不包括在排气歧管凸缘中和/或通道902可以不包括在凸缘704中。将领会冷却剂可以行进通过图7中所示的传递开口712。因此，在气缸盖冷却系统的操作期间冷却剂围绕排气歧管凸缘273以及凸缘704的一部分流动。冷却剂可以经由联接到气缸盖冷却系统中的低压力通道1008的冷却剂出口275（图3、4、5和7中所示）离开排气凸缘冷却剂通道1006。以该方式，热可以从排气歧管凸缘273以及凸缘704被去除，减小气缸盖以及下游部件（例如涡轮增压器）上的热应力。

图11显示了包括上模芯1102、下模芯1104和排气歧管口模芯1106的复合模芯1100。这些铸模芯如图所示被定位并且可以在铸造过程期间一起被置于外模具中。浇注到模具中的金属然后可以呈模具的形状，硬化并且形成气缸盖253。这样的铸造过程在本领域中是公知的。

如图所示，包括在上模芯和下模芯中的竖直对准突起1150可以限定第一组交叉冷却剂通道266。将领会交叉冷却剂通道可以相对于活塞运动竖直地定向。上模芯和下模芯中的侧向对准延伸部1152可以限定第二组交叉冷却剂通道268。将领会水平对准延伸部1103可以限定包括限制件 277的上冷却套的出口276。

如图所示，铸件包括形成从凸缘延伸到气缸盖中的冷却剂通道的突起1154和1156。突起的端部形成冷却剂入口274和冷却剂出口275。然而，将领会在其他例子中冷却剂通道可以在气缸被铸造之后被铣削。上冷却套和下冷却套限定多个冷却剂通道，如先前所述。此外，排气歧管口模芯限定包括流体地联接到排气口的多个排气流道的排气歧管。

图12显示了包括在图3中所示的气缸盖253中的排气歧管48的横截面图。将包括在排气歧管中的排气口316联接到用于位于两个其他气缸之间的气缸的第一内排气流道1210。第一内排气流道1210包括在汇流区域1216会合的第一进入管路1212和第二进入管路1214。第一和第二进入管路包括图14中所示的第一和第二阀引导进入点（1410和1412）。将领会可将阀引导进入点配置成均接收排气阀的一部分。排气口316也联接到第二内排气流道1218。第二内排气流道1218包括在汇流区域1224会合的第一进入管路1220和第二进入管路1222。第一和第二进入管路包括图14中所示的第一和第二阀引导进入点（1414和1416）。排气流道在发动机操作期间接收来自气缸的废气。阀引导进入点允许排气阀在气缸盖中被定位成使得排气阀可以限制从气缸至排气流道的气流。所以，每个内排气流道包括联接到两个排气阀的两个进入管路。然而，在其他例子中，第一和第二内排气流道均可以包括单一阀引导进入点。所以，在这样的例子中，第一内排气流道和第二内排气流道均包括单一进入管路。

将领会两个内排气流道可以联接到位于两个其他气缸之间的气缸。第一和第二内排气流道可以在用于混合来自内气缸的废气的汇流区域1226会合。如图所示，第一和第二内排气流道可以在大致直的路径中被引导到排气口316。

排气歧管还包括联接到排气口316的第一出口排气流道1228和第二出口排气流道1230。第一和第二外排气流道联接到位于气缸排的每个端部的气缸。换句话说，第一和第二外排气流道联接到具有直列式配置的气缸排中的最外侧气缸。第一外排气流道包括在汇流区域1236会合的第一进入管路1232和第二进入管路1234。第一和第二进入管路（1232和1234）包括图14中所示的第一阀引导进入口和第二阀引导进入口（1418和1420）。类似地，第二外排气流道包括在汇流区域1242会合的第一进入管路1238和第二进入管路1240。第一和第二进入管路（1238和1240）包括图14中所示的第一阀引导进入口和第二阀引导进入口（1422和1424）。

第二外排气流道1230和第二内排气流道1218可以在用于混合来自内和外气缸的废气的汇流区域1244会合。类似地，第一外排气流道1228和第一内排气流道1210可以在用于混合来自内和外气缸的废气的汇流区域1246会合。

第一外排气流道具有导入角1248。导入角1248可以被定义为平行于第一外排气流道1228的外壁1250的直部分的线和横跨排气口316的平面的交叉。第一外排气流道的外壁可以是与图3中所示的侧壁302相邻的竖直对准壁。由于排气歧管的对称性，将领会第二外排气流道具有相等的导入角。

意外地发现当外排气流道具有15至17度之间的导入角时可以减小发动机操作期间废气中的流动分离，由此减小排气歧管中的损失。具体地，15.5度的导入角可以用于减小排气歧管中的流动分离。该范围内的导入角也可以减小废气对排气歧管壁的撞击。此外，该范围内的导入角也可以减小排气阀之间的串扰量。例如，排气阀操作期间在外排气流道中生成的反应波可以传播到排气歧管的下游，与其他排气流道中相反。所以，使用具有15至17度之间的导入角的排气阀。以该方式，可以经由排气阀之间的串扰的减小改善发动机操作。

图13显示了图12中所示的排气歧管的排气歧管口模芯。尽管显示了模芯印图，但是将领会废气可以行进通过由排气歧管口模芯限定的通道。所以，相应的部分相应地被标示。

线1318指示从其测量第一外排气流道1228的横截面面积的第一外排气流道1228的排气歧管口模芯的区域的开始位置的切割平面。线1320指示可以测量第一外排气流道1228的弯曲部分的横截面面积的第一外排气流道1228的弯曲部分上的位置的例子的切割平面。线1326和1328指示可以测量第一外排气流道1228的直部分的横截面面积的第一外排气流道1228的直部分上的位置的例子的切割平面。在线1318处，第一外排气流道1228具有第一横截面面积。在线1320处，第一外排气流道1228具有第二横截面面积。在线1326和1328处，第一外排气流道1228具有第三横截面面积。第一外排气流道1228从第一横截面面积膨胀到第二横截面面积并且从第二横截面面积收缩到第三横截面面积。类似地，第二外排气流道1230的线1322指示从其测量该排气流道的横截面的排气歧管口模芯的区域的开始位置的切割平面。线1324指示可以测量第二外排气流道1230的弯曲部分的横截面面积的第二外排气流道1230的弯曲部分上的位置的例子的切割平面。

线1310指示从其测量内排气流道1210的横截面面积的第一内排气流道1210的排气歧管口模芯的区域的开始位置的例子的切割平面。线1312指示测量内排气流道1210的横截面面积的第一内排气流道1210的位置的例子的切割平面。在线1310处，第一内排气流道1210具有第一横截面面积。在线1312处，第一内排气流道1210具有第二横截面面积。第一横截面面积大于第二横截面面积。类似地，线1314指示从其测量内排气流道1218的横截面面积的第二内排气流道1218的排气歧管口模芯的区域的开始位置的例子的切割平面。线1316指示测量内排气流道1218的横截面面积的第二内排气流道1218的位置的例子的切割平面。线1330指示测量第二内排气流道1218的横截面面积的第二内排气流道1218的位置的另一个例子的切割平面。

图14显示了用于第一内排气流道1210的第一阀引导进入点1410和第二阀引导进入点1412以及相应进入管路（1212和1214）的横截面图。另外，图14显示了用于第二内排气流道1218的第一阀引导进入点1414和第二阀引导进入点1416以及相应进入管路（1220和1222）。图14还显示了用于第一外排气流道1228的第一阀引导进入点1418和第二阀引导进入点1420以及相应进入管路（1232和1234）。图14也显示了用于第二外排气流道1430的第一阀引导进入点1422和第二阀引导进入点1424以及相应进入管路（1238和1240）。两个阀引导进入点（1410和1412）的每一个之间的第一内排气流道的横截面面积可以大致为716mm²。作为参考，在图13中显示了第一内排气流道1210的区段的前导边界（线1310）和尾部边界（线1312）。将领会横截面面积经由横跨排气流道并且垂直于与排气流道的中心轴线相切的线1450的平面被测量。类似地，两个阀引导进入点（1414和1416）的每一个之间的第二内排气流道1218的横截面面积可以大致为716mm²。作为参考，在图13中显示了第二内排气流道1218的区段的前导边界（线1314）和尾部边界（线1316）。两个阀引导进入点（1418和1420）的每一个之间的第一外排气流道的横截面面积可以大致为716mm²。作为参考，前导边界（线1318）具有可以大致为716mm²的横截面面积，如图13中所示。类似地，两个阀引导进入点（1422和1424）的每一个之间的第二外排气流道1230的横截面面积可以大致为716mm²。作为参考，前导边界（线1322）具有可以大致为716mm²的横截面面积，如图13中所示。

图15显示了在从图12中所示的气缸的排气流的方向上在阀引导进入点（1418和1420）的下游和汇流区域1246的上游的排气流道的弯曲部分中的第一外排气流道1228的横截面图。如先前所述，第一外排气流道的横截面面积开始于第一面积，并且当排气流道弯曲时膨胀而当排气流道到达来自一个气缸的废气与另一个气缸的废气混合处的汇流点时收缩。第一外排气流道1228开始于在排气流的方向上在阀引导进入点（1418和1420）的下游的位置的大致716mm²的第一面积。

图15中所示的排气流道的弯曲部分中的第一外排气流道的横截面面积可以为716mm²。作为参考，在图13中显示了第一外排气流道的弯曲部分的前导边界（线1320）和尾部边界（线1326）。如先前所述，横截面面积可经由横跨排气流道并且垂直于与排气流道的中心轴线相切的线的平面被测量。由于排气歧管内的对称性，第二外排气流道在几何形状和尺寸上类似于第一外排气流道。

图16显示了在排气流的方向上在阀引导进入点（1418和1420）的下游和汇流区域1246的上游的排气流道的直部分中的第一外排气流道1228的横截面图。作为参考，在图13中显示了第一外排气流道的直部分的前导边界（线1326）和尾部边界（线1328）。

第一外排气流道的直部分的横截面面积可以小于第一外排气流道的弯曲部分的横截面面积。所以，沿着第一外排气流道的长度的横截面面积在排气流道的直部分中收缩。特别地，所示的排气流道的直部分中的横截面面积可以为651mm²。由于排气歧管内的对称性，第二外排气流道在几何形状和尺寸上类似于第一外排气流道。所以，第二外排气流道也可以经受膨胀和下游收缩。

意外地发现第一和第二外排气流道中的膨胀和随后的收缩可以减小外排气流道内的废气的流动分离，由此减小排气歧管内的损失。当排气歧管内的损失被减小时，输送到位于排气歧管的下游的涡轮增压器的涡轮机的能量增加，由此增加发动机的效率和可能的功率输出。

图17显示了在排气流的方向上在阀引导进入点（1414和1416）的下游和汇流区域1244的上游的排气流道的部分中的第二内排气流道1218的横截面图。该部分的横截面面积可以小于在排气流的方向上在阀引导进入点的下游的排气流道的横截面面积。具体地，横截面面积可以为660mm²。作为参考，在图13中显示了第二内排气流道的部分的前导边界（线1316）和尾部边界（线1330）。以该方式，第二内排气流道的横截面面积沿着排气流道的长度收缩。由于排气歧管内的对称性，将领会第一内排气流道在几何形状和尺寸上类似于第二内排气流道。

在第一和第二内排气流道中的收缩在排气口316的中心集中废气，减小废气撞击排气口316的壁。因而，排气歧管损失可得以减小。所以，与不具有收缩的其他排气歧管相比，经由废气输送到涡轮机的能量可得以增加。以该方式，可以增加涡轮增压器和因此发动机的效率。

图2-17中所示的气缸盖为气缸盖提供整合排气歧管，所述整合排气歧管包括排气歧管凸缘。气缸盖包括与气缸盖冷却系统高压力通道连通的冷却剂入口、与气缸盖冷却系统低压力通道连通的冷却剂出口，以及至少部分地横跨排气歧管凸缘并且与冷却剂入口和冷却剂出口连通的排气凸缘冷却剂通道。此外，在一些例子中，所述排气凸缘冷却剂通道包括位于排气歧管凸缘中的排气歧管凸缘通道和位于包括在下游部件中的第二凸缘中的通道中的至少一个。在一些例子中，下游部件可以是涡轮增压器。气缸盖还可以包括插入排气歧管凸缘和包括在下游部件中的第二凸缘之间的密封垫圈。密封垫圈可以包括联接到排气歧管凸缘和第二凸缘并且限定排气凸缘冷却剂通道的边界的内密封件和外密封件。另外内和外密封件可以经由连接器得以联接。内和外密封件可以是金属浮凸。冷却剂入口和出口可以联接到延伸到气缸盖中的冷却剂通道。气缸盖还可以包括至少部分地横跨排气歧管凸缘的第二排气凸缘冷却剂通道，所述排气歧管凸缘包括联接到气缸盖冷却系统的第二高压力区域的第二冷却剂入口和联接到气缸盖冷却系统的第二低压力区域的第二冷却剂出口。在一些例子中，气缸盖冷却系统包括上冷却套和下冷却套以及将上冷却套联接到下冷却套的至少一个交叉冷却剂通道。在一些例子中，整合排气歧管包括多个排气流道，每个排气流道具有阀引导进入点和汇流区域，其中多个排气流道中的至少一个具有在阀引导进入点和汇流区域之间收缩的横截面面积，并且多个排气流道中的至少一个具有在排气流道的弯曲部分中膨胀而在排气流道的直部分中收缩的横截面面积。

图18显示了发动机的气缸盖中的气缸盖冷却系统的操作的方法1800，气缸盖具有整合排气歧管。方法1800可以由上述的系统和部件执行。然而，在其他实施例中方法1800可以由其他合适的系统和部件执行。

首先在1802，方法包括将冷却剂从至少一个气缸体冷却剂通道流动到整合到气缸盖中的气缸盖冷却系统中。如先前所述，气缸盖冷却系统可以包括多个整合冷却剂通道和联接到气缸盖的气缸体以形成至少一个燃烧室。

在一些例子中，将冷却剂从至少一个气缸盖冷却剂通道流动到气缸盖冷却系统中可以包括在1804将冷却剂从至少一个气缸体冷却剂通道流动到包括在气缸盖冷却系统中的上冷却套中。此外在一些例子中，将冷却剂从至少一个气缸盖冷却剂通道流动到气缸盖冷却系统中可以包括在1806将冷却剂从至少一个气缸体冷却剂通道流动到包括在气缸盖冷却系统中的下冷却套中。

接着在1808，该方法包括将冷却剂从气缸盖冷却系统的高压力区域流动到排气凸缘冷却剂通道中。如先前所述，可将排气凸缘冷却剂通道插入整合到气缸盖中的排气歧管的排气口的排气歧管凸缘和包括在整合排气歧管下游的部件中的第二凸缘之间。在一些例子中，凸缘冷却剂通道可以包围排气口。然而在其他例子中，凸缘冷却剂通道可以仅仅部分地横跨排气歧管凸缘。如先前所述，气缸盖可以包括插入排气歧管凸缘和第二凸缘之间的密封垫圈。密封垫圈包括联接到第一凸缘和第二凸缘并且限定凸缘冷却剂通道的边界的内和外密封件。

接着在1810，该方法可以包括将冷却剂从气缸盖冷却系统的高压力区域流动到第二排气凸缘冷却剂通道中。然而在其他例子中，步骤1810可以不包括在方法1800中。接着在1812，该方法包括将冷却剂从排气凸缘冷却剂通道流动到气缸盖冷却系统的低压力区域中。

在1814，该方法可以包括将冷却剂从第二排气凸缘冷却剂通道流动到气缸盖冷却系统的低压力区域中。然而在其他例子中，步骤1814可以不包括在方法1800中。接着在1816，经由流体地联接上冷却套和下冷却套的至少一个交叉冷却剂通道在上冷却套和下冷却套之间流动冷却剂。将领会在一些实施例中步骤1816可以在步骤1802之后并且在步骤1806之前执行。

接着在1818，该方法包括将冷却剂从气缸盖冷却系统流动到与散热器联接的冷却剂管路中。在一些例子中，将冷却剂从气缸盖冷却系统流动到与散热器联接的冷却剂管路中可以包括在1820将冷却剂从下冷却套的出口流动到与散热器联接的冷却剂管路中。更进一步地，在一些例子中，将冷却剂从气缸盖冷却系统流动到与散热器联接的冷却剂管路可以包括在1822将冷却剂从上冷却套的出口流动到与散热器联接的冷却剂管路中。

图19显示了发动机的气缸盖中的气缸盖冷却系统的操作的方法1900。方法1900可以由上述的系统和部件执行。然而，在其他实施例中方法1900可以由其他合适的系统和部件执行。

首先在1902，该方法包括确定发动机是否低于阈值温度。可以基于用于发动机中的燃料的类型的材料性质、联接到发动机的排放控制系统的类型等计算阈值温度。如果确定发动机不低于阈值温度（在1902“否”），则方法1900进入1904，其中执行方法1800。在1904方法结束。然而如果确定发动机低于阈值温度（在1902“是”），则方法进入1906，其中方法包括将冷却剂从下游热交换器流动到排气凸缘冷却剂通道中。以该方式，冷却剂可以基于发动机温度选择性地从下游热交换器流动到排气凸缘冷却剂通道中。下游热交换器可以被配置成恢复来自联接到排气歧管的排气系统的废气热。因而，废气热可以在发动机冷起动期间从废气传递到排气凸缘以减小加热排气系统部件的时间量。该方法还可以包括在步骤1906之后在一些例子中大致防止冷却剂从气缸体流动到气缸盖中。在1906之后方法结束。以该方式，热可以在冷起动期间传递到排气凸缘冷却剂通道，增加排气系统的温度并且由此改善在排气歧管凸缘的下游的排放控制系统的操作。

本文中所述的系统和方法能够使凸缘包括在排气歧管中，减小排气歧管（例如，凸缘）的热降解的可能性，由此增加排气歧管的寿命。此外，将领会排气凸缘冷却剂通道可以经由气缸盖中的许多现有部件的修改而得以构造，减小气缸盖的尺寸和成本。

将领会本文中所述的配置和/或方法实质上是示例性的，并且这些具体实施例或例子不应当在限制意义上加以考虑，原因是许多变型是可能的。本公开的主题包括在本文中所述的各种特征、功能、作用和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合以及它们的任何和所有等效物。

Claims

1.一种具有整合排气歧管的气缸盖，所述整合排气歧管包括排气歧管凸缘，所述气缸盖包括：

与气缸盖冷却系统高压力通道连通的冷却剂入口；

与气缸盖冷却系统低压力通道连通的冷却剂出口；以及

至少部分地横跨所述排气歧管凸缘并且与所述冷却剂入口和所述冷却剂出口连通的排气凸缘冷却剂通道。

2.根据权利要求1所述的气缸盖，其中所述排气凸缘冷却剂通道包括位于所述排气歧管凸缘中的排气歧管凸缘通道和位于包括在下游部件中的第二凸缘中的通道中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的气缸盖，其中所述下游部件是涡轮增压器。

4.根据权利要求1所述的气缸盖，还包括插入所述排气歧管凸缘和包括在下游部件中的第二凸缘之间的密封垫圈。

5.根据权利要求4所述的气缸盖，其中所述密封垫圈包括联接到所述排气歧管凸缘和所述第二凸缘并且限定所述排气凸缘冷却剂通道的边界的内密封件和外密封件。

6.根据权利要求5所述的气缸盖，其中所述内密封件和所述外密封件经由连接器被联接。

7.根据权利要求5所述的气缸盖，其中所述内密封件和所述外密封件是金属浮凸。

8.根据权利要求1所述的气缸盖，其中所述冷却剂入口和出口联接到延伸到所述气缸盖中的冷却剂通道。

9.根据权利要求1所述的气缸盖，还包括至少部分地横跨所述排气歧管凸缘的第二排气凸缘冷却剂通道，所述排气歧管凸缘包括联接到所述气缸盖冷却系统的第二高压力区域的第二冷却剂入口和联接到所述气缸盖冷却系统的第二低压力区域的第二冷却剂出口。

10.根据权利要求1所述的气缸盖，其中所述气缸盖冷却系统包括上冷却套和下冷却套以及将所述上冷却套联接到所述下冷却套的至少一个交叉冷却剂通道。