一種用於發動機的汽缸蓋的製作方法
2023-06-12 05:50:36
專利名稱：一種用於發動機的汽缸蓋的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於發動機的汽缸蓋。
背景技術：
冷卻套能夠從內燃發動機的汽缸蓋中抽取熱量。已經設計出兩片式水套來提高從汽缸蓋中移除的熱量，從而改進發動機性能。US 7，367，294中公開了包括兩片式水套的汽缸蓋。冷卻劑流動路徑的兩個實施例被示出。在第一實施例中，冷卻劑流動穿過兩個串聯配置的水套，其中冷卻劑從下冷卻套的出口被引導至上冷卻套的進口。在第二實施例中，冷卻劑流動穿過並聯配置的兩個水套 (即，僅兩個水套各自的進口和出口被流體聯接)。然而，本發明人在此已經認識到以上方法的各種缺點。串聯或並聯的冷卻劑流動路徑可增加汽缸蓋內的熱易變性，這在發動機正在被冷卻時可升高汽缸蓋上的熱應力並且在一些情況下導致汽缸蓋的變形。此外，在US 7，367，294中公開的兩片式水套設計由於汽缸蓋中冷卻劑通道的設計(例如，布置、形狀等等)可能具有下降的結構整體性。此外，過量氣體可聚集在US 7，367，294中公開的冷卻系統中，從而降級冷卻運行。
實用新型內容因此，在此描述了多種示例系統和方法。在一個示例中，提供了發動機的汽缸蓋。 汽缸蓋可包括上冷卻套和下冷卻套，所述上冷卻套至少包括第一進口和第一出口，所述下冷卻套至少包括第二進口和第二出口。汽缸蓋還可包括第一組跨交(crossover)冷卻劑通道，所述第一組跨交冷卻劑通道包括被流體聯接至上冷卻套和下冷卻套並且鄰接一個或多個燃燒室的一個或多個跨交冷卻劑通道。以此方式，可在汽缸蓋內產生混合流動樣式，所述混合流動樣式有助於降低熱易變性並且增強汽缸蓋內以及周圍部件的冷卻同時保持期望量的結構整體性。由於在發動機運行期間冷卻套中溫度的升高，可在冷卻套中產生蒸氣。當蒸氣存在於冷卻套中時，由於與液體冷卻劑相比降低的熱容量，從汽缸蓋至冷卻劑的熱傳遞可被減少，由此降級冷卻運行。因此，在一些示例中，汽缸蓋可包括被配置為從上冷卻套移除氣體的除氣口，所述除氣口可被定位在接合上冷卻套的上表面的區域中。以此方式，氣體可從上冷卻套中被排出，從而增加從冷卻套中被傳遞至冷卻劑的熱量，由此改進冷卻運行。在另一示例中，提供了運行內燃發動機冷卻系統的方法。所述方法包括使冷卻劑從汽缸體中的冷卻劑通道中流進上冷卻套的進口中並且使冷卻劑從汽缸體中的冷卻劑通道中流進下冷卻套的進口中。所述方法還包括經由跨交冷卻劑通道使得冷卻劑在上冷卻套和下冷卻套之間流動，所述跨交冷卻劑通道流體聯接上冷卻套和下冷卻套並且被定位在上冷卻套和下冷卻套的進口的下遊和上冷卻套和下冷卻套的出口的上遊。以此方式，可在汽缸蓋內產生混合的冷卻劑流動樣式，由此降低汽缸蓋內的熱易變性。根據本實用新型另一個實施例，其中所述第一組跨交冷卻劑通道被定位為與包括在所述發動機內的一個或多個燃燒室徑向對齊。根據本實用新型的另一個實施例，其中所述汽缸蓋還包括第二組跨交冷卻劑通道，所述第二組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接並且鄰接所述汽缸蓋的邊緣並且遠離排氣歧管。根據本實用新型的另一個實施例，其中所述汽缸蓋還包括除氣口，所述除氣口被配置為從所述上冷卻套中移除氣體，所述除氣口位於接合所述上冷卻套的上表面的區域中。根據本實用新型的另一個實施例，其中所述汽缸蓋還包括位於所述上冷卻套的凹陷部分內的至少一個排油通道，還包括鄰接排氣歧管被定位並且被配置為附接至渦輪增壓器的渦輪安裝螺栓螺孔。根據本實用新型的另一個實施例，其中所述第一組跨交冷卻劑通道與所述發動機的兩個或更多個燃燒室徑向對齊。根據本實用新型的另一個實施例，其中所述第一組跨交冷卻劑通道遠離排氣歧管。根據本實用新型的另一個實施例，其中分離所述上冷卻套和所述下冷卻套的中間板壁的一部分是彎曲的，其中所述上冷卻套和所述下冷卻套包括鄰接排氣歧管垂直定位的肋。根據本實用新型的另一個實施例，提供一種發動機的汽缸蓋，其特徵在於包括進氣歧管，所述進氣歧管聯接至多個排氣管道；上冷卻套，所述上冷卻套至少部分圍繞一個或多個排氣口和排氣管道，所述上冷卻套至少包括第一進口和第一出口 ；下冷卻套，所述下冷卻套至少部分圍繞所述一個或多個排氣口和排氣管道，所述下冷卻套至少包括第二進口和第二出口 ；第一組跨交冷卻劑通道，所述第一組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接並且鄰接一個或多個燃燒室，所述跨交冷卻劑通道相對活塞運動被基本垂直取向地定位；以及第二組跨交冷卻劑通道，所述第二組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接，所述第二組跨交冷卻劑通道遠離所述第一組跨交冷卻劑通道和所述進氣歧管並且鄰接所述氣缸蓋的邊緣。根據本實用新型的另一個實施例，其中所述第一組跨交冷卻劑通道被定位為與包括在所述發動機中的一個或多個燃燒室徑向對齊，其中包括在所述第一組跨交冷卻劑通道和所述第二組跨交冷卻劑通道內的至少一個跨交冷卻劑通道包括可調限制件。提供該概要以便以簡化的形式介紹在具體實施方式
中進一步描述的選擇性概念。 該概要不是意味著指出要求保護的主題的關鍵特徵或重要特徵，也不是想要被用來限定要求保護的主題的範圍。此外，要求保護的主題不限於解決在本公開的任何部分提到的任何或所有缺點的實施方式。
圖1示出發動機的示意圖。圖2示出包括在圖1中示出的發動機內的冷卻系統的示意圖。圖3示出大致按比例繪製的示例汽缸蓋的說明圖。圖4-圖7示出在圖3中大致按比例繪製的示例汽缸蓋的各種剖視圖。[0022]圖8-圖16示出用於鑄造在圖3中大致按比例繪製的汽缸蓋的複合砂芯的各種視圖。圖17-圖19示出冷卻劑穿過上冷卻套和下冷卻套的流動路徑，所述上冷卻套和下冷卻套被包括在圖3中大致按比例繪製的汽缸蓋內。圖20示出運行發動機中的冷卻系統的方法。
具體實施方式
在此公開了發動機的汽缸蓋。所述汽缸蓋包括使冷卻劑在上冷卻套和下冷卻套之間流動的跨交冷卻通道。在一些示例中，跨交冷卻劑通道可被垂直對齊並且鄰接包括在發動機內的一個或多個燃燒室。跨交冷卻劑通道可在汽缸蓋內產生混合的冷卻劑流動樣式， 其中冷卻劑在上冷卻套和下冷卻套的進口和出口之間的不同點處在冷卻套之間流動。汽缸蓋內冷卻劑混合的流動樣式允許發動機暖機和冷卻期間汽缸蓋內和周圍部件的熱易變性的降低，並且降低了汽缸蓋上的應力。圖1和圖2示出發動機及對應冷卻系統的示意圖。圖3-圖7示出可包括在圖2 中示出的冷卻系統內的示例汽缸蓋的各種視圖和截面。圖8-圖16示出可用於鑄造在圖 3-圖7中示出的汽缸蓋的砂芯頭的各種視圖和截面。此外，圖17-圖19示出冷卻劑穿過在圖3-圖7中示出的汽缸蓋的流動路徑並且圖20示出運行發動機內冷卻系統的方法。參考圖1，包括多個汽缸的內燃發動機10由電子發動機控制器12控制，多個汽缸中的一個汽缸在圖1中被示出。發動機10包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36位於其中並被連接至曲軸 40。燃燒室30被示出經由對應進氣門52和排氣門M與進氣歧管44和排氣歧管48連通。 每個進氣門和排氣門可由進氣凸輪51和排氣凸輪53操作。可替代地，一個或多個進氣門和排氣門可由機電控制的閥線圈和銜鐵組件操作。進氣凸輪51的位置可由進氣凸輪傳感器陽確定。排氣凸輪53的位置可由排氣凸輪傳感器57確定。進氣歧管44還被示出在進氣門52和空氣進氣連接管(zip tube) 42的中間。燃料由燃料系統(未示出)被輸送至燃料噴射器66，所述燃料系統包括燃料箱、燃料泵和燃料導軌(未示出)。圖1的發動機10被配置從而燃料被直接噴射到發動機汽缸內，這被本領域的技術人員稱為直接噴射。燃料噴射器66被供給來自響應控制器12的驅動器68的運行電流。此外，進氣歧管44被示出通過節流板64與可選電子節氣門62連通。在一個示例中，可使用低壓直接噴射系統，其中燃料壓力可被升高至大約20-30 bar。可替代地，可使用高壓雙級燃料系統產生更高的燃料壓力。在可替代實施例中，可使用進氣道噴射系統。無分電器點火系統88響應於控制器12經由火花塞92提供點火火花至燃燒室30。 通用排氣氧(UEGO)傳感器126被示出聯接至催化轉化器70上遊的排氣歧管48。可替代地，雙態排氣氧傳感器可替代UEGO傳感器126。在一個示例中，轉換器70可包括多個催化劑磚。在另一示例中，可使用分別帶有多個磚的多種排放控制裝置。在一個示例中，轉換器70可以是三元型催化器。控制器12在圖1中被示出為常規微計算機，其包括微處理器單元(CPU) 102、 輸入/輸出口(I/O) 104、只讀存儲器(ROM) 106、隨機存取存儲器(RAM) 108、保活存儲器 (KAM) 110和常規總線。控制器12被示出從聯接至發動機10的傳感器中接收多種信號，除先前討論的那些信號外，還包括來自聯接至冷卻套管114的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT)；聯接至加速器踏板130用於感測由腳132施加的力的位置傳感器134 ；來自聯接至進氣歧管44的壓力傳感器122的發動機歧管壓力(MAP)的測量值；來自感應曲軸40 位置的霍爾效應傳感器118的發動機位置傳感器；來自傳感器120的進入發動機的空氣品質測量值；以及來自傳感器58的節氣門位置的測量值。大氣壓力也可被感測(傳感器未示出)以用於控制器12的處理。在本實用新型優選的方面，霍爾效應傳感器118在曲軸的每轉產生預定數目的等間隔的脈衝，由此能夠確定發動機的速度(RPM)。在一些實施例中，發動機被聯接至混合動力車輛中的電動馬達/電池系統。混合動力車輛可具有並聯配置、串聯配置或關於其的變型或組合。在運行期間，發動機10中的每個汽缸一般經歷一個四個衝程的循環該循環包括進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。一般來講，在進氣衝程期間排氣門討關閉並且進氣門52打開。空氣經由進氣歧管44被引入燃燒室30，並且活塞36移至汽缸的底部以便增大燃燒室30內的容積。活塞36在汽缸的底部附近並且在其衝程末期(例如當燃燒室30處於其最大容積時)的位置一般被本領域技術人員稱為下止點(BDC)。在壓縮衝程期間，進氣門52和排氣門M均關閉。活塞36朝汽缸蓋移動以便壓縮燃燒室30內的空氣。 活塞36在其衝程末期並且最靠近汽缸蓋(例如，當燃燒室30處於其最小容積時)的位置一般被本領域的技術員稱為上止點(TDC)。在下文被稱為噴射的過程中，燃料被引入燃燒室。在下文被稱為點火的過程中，噴射的燃料由已知點火方式例如火花塞92點燃，從而導致燃燒。然而，在其他示例中，可以利用壓縮點火。在膨脹衝程期間，膨脹氣體推動活塞36 返回至BDC。曲軸40將活塞的運動轉換為旋轉軸的旋轉扭矩。最後，在排氣衝程期間，排氣門M打開從而釋放燃燒的空氣-燃料混合物至排氣歧管48，並且活塞返回至TDC。注意， 以上僅作為示例被示出並且進氣門和排氣門打開正時和/或關閉正時可改變，例如以提供正的或負的氣門重疊，延遲進氣門關閉或各種其他示例。在一個實施例中，停止/啟動曲軸位置傳感器具有零速度和雙向能力。在一些應用中，可使用雙向霍爾傳感器，在其他應用中，可將磁體安裝到目標上。磁體可被置於目標上並且如果傳感器能夠檢測信號幅值的變化(例如，使用強磁體或弱磁體來定位輪上的具體位置)，則「缺失齒隙」能夠被潛在地消除。此外，使用雙向霍爾傳感器或等同物，可通過關閉保持發動機位置，但在重啟動期間，可替代策略可用來保證發動機的正向旋轉。圖2示出發動機冷卻系統200的示意圖。將理解冷卻系統可被包括在圖1中示出的發動機10中。冷卻系統可被配置為從發動機中移除熱量。如在此通過更多細節討論的， 控制器12可被配置為經由冷卻劑迴路250調整從發動機中移除的熱量。以此方式，發動機的溫度可被調整，從而允許燃燒效率的升高以及發動機上熱應力的下降。冷卻系統200包括穿過汽缸體252的冷卻劑迴路250。在冷卻劑迴路中，水或另一種適當的冷卻劑可被用作工作流體。汽缸體可包括一個或多個燃燒室的一部分。將理解冷卻劑迴路可在鄰接燃燒室的部分運行。以此方式，在發動機運行期間產生的過量熱量可被傳遞至冷卻劑迴路。汽缸蓋253可被聯接至汽缸體從而形成汽缸總成。當組裝後，汽缸總成可包括多個燃燒室。汽缸蓋可包括上冷卻套邪4和下冷卻套256。如示出的，上冷卻套包括一個進口 258並且下冷卻套包括多個進口沈0。然而，在其他實施例中，下冷卻套可包括單個進口並且上冷卻套可包括多個進口。進口 258和進口 260被聯接至汽缸體內的公共冷卻劑迴路通道沈1。以此方式，上冷卻套和下冷卻套經由它們各自的進口從包括在發動機汽缸體內的公共冷卻劑源接收冷卻劑。然而，將理解在一些實施例中，上冷卻套和下冷卻套可從發動機汽缸體內不同的冷卻劑通道接收冷卻劑。第一組跨交冷卻劑通道262可將上冷卻套流體聯接至下冷卻套。同樣地，第二組跨交冷卻劑通道264可額外地將上冷卻套流體聯接至下冷卻套。包括在第一組跨交冷卻劑通道內的每個跨交冷卻劑通道可包括限制件沈6。限制件的各種特徵(例如，尺寸，形狀等等)可在汽缸蓋253的構造期間被調整。因此，包括在第一組跨交冷卻劑通道內的限制件可在尺寸、形狀等等方面與包括在第二組跨交冷卻劑通道內的限制件和/或限制件269不同。以此方式，汽缸蓋可根據發動機的種類被調整，由此增加汽缸蓋的適用性。雖然在第一組跨交冷卻劑通道和第二組跨交冷卻劑通道內描繪了兩個跨交冷卻劑通道，但是在其他實施例中，包括在第一組跨交冷卻劑通道和第二組跨交冷卻劑通道內的跨交冷卻劑通道的數目可被改變。跨交冷卻劑通道允許冷卻劑在冷卻套之間的上冷卻套和下冷卻套的進口和出口之間的各點處流動。以此方式，冷卻劑在複雜的流動樣式中運動，其中冷卻劑在上套和下套之間、在套的中間以及套內的各種其他位置運動。混合的流動樣式降低了發動機運行期間汽缸蓋內溫度的易變性並且增加了可從汽缸蓋中移出的熱能。上冷卻套包括出口沈8。出口 268可包括限制件沈9。額外地，下冷卻套包括出口 270。將理解在其他實施例中，出口 270也可包括限制件。上冷卻套和下冷卻套的出口可以組合併且處於流體連通。然後，冷卻劑迴路運行穿過散熱器272。散熱器能夠將熱量從冷卻劑迴路傳遞至環境空氣。以此方式，熱量可從冷卻劑迴路中被移除。泵274也可被包括在冷卻劑迴路中。恆溫器276可被定位在上冷卻套的出口 268 處。恆溫器278也可在定位在汽缸體的進口處。在其他實施例中，額外的恆溫器可被定位在冷卻劑迴路的其他位置，例如散熱器的進口或出口、下冷卻套的進口或出口、上冷卻套的進口等等。恆溫器可用來基於溫度調整流動穿過冷卻劑迴路的流體量。在一些示例中，恆溫器可經由控制器12控制。然而在其他示例中，恆溫器可被動地操作。將理解控制器12可調整由泵274提供的汽缸蓋壓力量，從而調整冷卻劑穿過迴路的流動速度以及因此從發動機中移除的熱量。此外，在一些示例中，控制器12被配置為動態調整經由恆溫器276流過上冷卻套的冷卻劑流量。具體地，當發動機溫度低於閾值時，穿過上冷卻套的冷卻劑的流動速度可被降低。以此方式，冷啟動期間的發動機暖機持續時間可被減少，由此升高燃燒效率並且降低排放。圖3示出示例汽缸蓋253的透視圖。汽缸蓋被配置為附接至汽缸體(未示出)，所述汽缸體限定了一個或多個燃燒室，其具有在其中往復運動的活塞。汽缸蓋可由適當的材料鑄造，例如鋁。組裝後的汽缸蓋的其他部件已經被省略。省略的部件包括凸輪軸、凸輪軸蓋、進氣門和排氣門、火花塞等。如所示出的，汽缸蓋253包括四個周邊壁。所述壁分別包括第一側壁302和第二側壁304。四個周邊壁還可包括前端壁306和後端壁308。第一側壁可包括渦輪安裝螺栓螺孔310或被配置為附接至渦輪增壓器的其他適當的附接裝置。以此方式，渦輪增壓器可被直接安裝到汽缸蓋上，從而降低發動機內的損耗。渦輪增壓器可包括經由驅動軸聯接至壓縮機的排氣驅動的渦輪機。壓縮機可被配置為增壓進氣歧管中的壓力。底壁312可被配置為聯接至汽缸體(未示出)，由此形成先前討論的發動機的燃燒室。汽缸蓋還可包括除氣口 314，其包括被配置為從上冷卻套移除氣體的閥門。以此方式， 上冷卻套和下冷卻套中的氣體量都可被降低。除氣口位於接合上冷卻套的上表面的區域中。在一些示例中，除氣口可被定位在上冷卻套中的頂部(例如，基本為垂直最高點)。然而，在其他示例中，除氣口可被定位在其他適當的位置。除氣口可降低上冷卻套和下冷卻套中的氣體量(例如，空氣和/或水蒸氣)，由此升高上冷卻套和下冷卻套的運行效率。汽缸蓋253還可包括與多個管道聯接的排氣歧管316。所述管道相對圖8_圖16 更細節地說明和討論。所述管道可被連接至每個燃燒室的排氣門。以此方式，排氣歧管和管道可被整合到汽缸蓋鑄造中。一體的管道具有多個益處，例如減少發動機內的部件數目， 由此降低整個發動機研發循環的成本。此外，當利用一體排氣歧管時，還可降低存貨和組裝成本。切割平面320限定了圖4示出的截面並且切割平面322限定了圖5示出的截面。此外，切割平面3M限定了圖6示出的截面並且切割平面3 限定了圖7示出的截面。圖4示出在圖3中示出的汽缸蓋253的剖面圖。第一跨交冷卻劑通道410被示出。第一跨交冷卻劑通道410可被包括在圖2所示的第一組跨交冷卻劑通道沈2中。繼續參考圖4，箭頭412 指示流體從下冷卻套穿過第一跨交冷卻劑通道運行至上冷卻套的一般路徑。如示出的，相對汽缸內活塞的垂直運動，冷卻劑穿過垂直對齊的通道在基本垂直的方向上運動。將理解第一跨交冷卻劑通道的寬度可在構造期間經由機加工而被改變。以此方式，跨交冷卻劑通道可被調整為期望的規格。第一組跨交冷卻劑通道可與包括在發動機內的兩個或更多個汽缸徑向對齊。將理解，所述對齊可以是關於單線的對稱。第一組跨交冷卻劑通道還可遠離發動機的進口和/ 或排氣口。當與鄰接進口或排氣口定位的跨交冷卻劑通道相比較時，將第一組跨交冷卻劑通道定位為與兩個或更多個汽缸對齊並且遠離進口和/或排氣口能夠提高汽缸蓋的結構的整體性，鄰接進口或排氣口定位跨交冷卻劑通道可減小排氣門周圍的金屬的厚度，由此增加排氣門或進氣門失效的可能性。此外，當跨交流動管道以此方式被對齊時，與被定位為鄰接進氣門或排氣門的跨交冷卻劑管道相比，可利用大直徑流動管道。第二跨交冷卻劑通道414也被示出。第二跨交冷卻劑通道414可被包括在圖2中示出的第二組跨交冷卻劑通道264中。第二跨交冷卻劑通道鄰接汽缸蓋的邊緣並且遠離排氣歧管316。因此，將理解第二組跨交冷卻劑通道可鄰接汽缸蓋的邊緣並且遠離排氣歧管。 箭頭416指示流體從下冷卻套穿過第二跨交冷卻劑通道運行至上冷卻套的一般路徑。如所示出的，杯口 418不僅引導還限制穿過第二跨交冷卻劑通道的流動。冷卻劑穿過第二組跨交冷卻劑通道的流動樣式遵循弧形。當杯口用來引導冷卻劑流動穿過第二跨交冷卻劑通道時，這能夠簡化汽缸蓋的構造(例如，機加工)過程。圖5示出了上冷卻套的示例出口 268和下冷卻套的示例出口 270。如描繪的，出口 268包括定位在進口中央的限制件沈9。然而，將理解在其他實施例中其他對齊也是可能的。圖6示出被定位在汽缸蓋的凹陷部分並且鄰接前端壁306的排油通道600。將理解排油通道可與在上冷卻套和下冷卻套中循環的冷卻劑分離。排油通道可被聯接至包括在發動機潤滑系統中的油槽。將理解，油槽可包括提升泵，該提升泵被配置為在發動機潤滑系統內循環油。還可在汽缸內包括額外的排油通道。排油通道600額外的特徵相對圖7被說明。圖7示出在圖6中示出的排油通道600的俯視圖。如示出的，排油管道700可橫穿汽缸蓋的水平長度延伸。將理解排油通道可被垂直地定位在排油管道以下。以此方式， 排油管道可被動地引導油至排油通道600。排油管道700的水平面「底」在水平方向上傾斜朝向前部和後部排油通道702。將理解在圖6中示出的排油通道600是在圖7中顯示的排油通道702中的一個。排油管道 700中的最高點可位於接近距前排油通道和後排油通道的中間距離處。排油管道700的水平面「底」在車輛的發動機安裝角度的側向方向上傾向於保持零傾斜。額外地，在外側排油管道的中間表面垂直壁是朝向排油通道702彎曲的，其中彎曲的頂部靠近排油通道702之間的中點，從而允許排油流動的平衡。排油管道700的進入側包括分離壁704，所述分離壁704用來控制進入側的排油通道702的油流動。排油管道700的進入側底在車輛的發動機安裝角度處傾斜，因此進入側的排油將朝向排油通道600在進入側流動。圖8-圖12示出了複合砂芯800的說明圖，所述複合砂芯800可用來構造(例如， 澆注)圖3中示出的汽缸蓋253。砂芯頭能夠更清晰地看到上冷卻套和下冷卻套中的冷卻劑通道，以及排氣管道，並且砂芯頭的形狀表示汽缸蓋253內冷卻劑通道的形狀以及相對彼此的相對位置。複合砂芯包括上砂芯802、下砂芯804和排氣歧管口砂芯806。如示出的， 包括在上砂芯和下砂芯內的垂直對齊的凸出850可限定第一組跨交冷卻劑通道沈2。將理解跨交冷卻劑通道可相對活塞運動垂直地取向。上砂芯和下砂芯內的側向對齊的延伸860 可限定第二組跨交冷卻劑通道264。將理解水平對齊的延伸862可限定包括限制件沈9的上冷卻套的出口 268。圖9示出上砂芯802的俯視圖並且圖10示出下砂芯的仰視圖。將理解上砂芯可限定多個在上冷卻套中垂直對齊的肋900。垂直對齊的肋可圍繞排氣歧管定位。同樣地，下砂芯可限定多個在下冷卻套中垂直對齊的肋1000。垂直對齊的肋900和1000可產生協助熱量從排氣歧管和排氣管道傳遞至上冷卻套和下冷卻套的流動樣式。這些肋還可增加上冷卻套和下冷卻套的結構整體性。如以上相對圖8討論的，水平對齊的延伸862限定了包括限制件沈9的上冷卻套的出口沈8。如示出的，包括在上冷卻套內的垂直對齊的肋900可相對汽缸蓋的水平軸線950 被定位為25度和75度之間的角度。相似地，包括在下冷卻套內的垂直對齊的肋1000可相對汽缸蓋的水平軸線950被定位為25度和75度之間的角度。如描繪的，垂直肋的部分可以是彎曲的。這種彎曲可降低排氣歧管周圍冷卻劑內的湍流。然而，在其他實施例中，垂直對齊的肋900可以基本是直的。隨後的附圖(例如，圖18和圖19)描繪了包括在汽缸蓋內的上冷卻套和下冷卻套中的一般期望流動樣式。由於渦輪增壓器螺栓孔的性質，肋1000再次引導冷卻劑的流動。 肋900不僅再次引導流動並且導致再次引導的流動在高熱通量區域的衝擊。在冷卻套的一體排氣歧管部分內的高熱通量區域位於排氣歧管的出口法蘭處或附近。彎曲的肋具有與空氣翼部分相似的幾何形狀。彎曲的肋被配置為再次引導冷卻劑流動並且衝擊被再次引導的流動。與彎曲的肋相比較，直的肋可能不具有再次引導那麼多流動的能力。額外地，直的肋附近的流動可分裂(例如經歷流動的分離)，這在冷卻套中特定區域中的期望碰撞中不存在。因此，肋的一部分是彎曲的，從而提供期望的衝擊量和再次引導。彎曲肋的進口和出口角度可被調整，從而不僅控制再次引導的流動量並且還控制器隨後的衝擊速度。肋900從外排氣管道中產生並且至鄰接排氣口的突出端。自肋900至外套的距離可以在11毫米(mm)和12mm之間。然而，其他分離數據也是可能的。這種尺寸可對應冷卻套砂芯覆蓋排氣口的最外層部分的局部厚度。這些肋可從剛剛超過圍繞排氣管道的冷卻套處產生，其中上冷卻套增加厚度到高於一體排氣口以上。肋900和1000可完全或部分阻礙上冷卻套和下冷卻套中的冷卻劑流動。換言之， 這些肋可垂直跨越冷卻套或者僅垂直穿過冷卻套的一部分延伸。在一些示例中，這些肋可至少部分穿過冷卻管道的一部分延伸(例如，延伸一半)。這些部分阻礙冷卻管道的肋可作為減速裝置降低冷卻劑的速度。肋1000可以與那些肋900相似的方式產生。如以上描述的，它們未向外延伸至鄰接排氣口的突出端，如那些肋900。肋1000的長度可通過下冷卻套相對上冷卻套的較大冷卻劑流動量和保持期望量的局部熱通聯所需要的速度而被確定。將理解，期望的熱通量和其他發動機冷卻需求可基於各種發動機部件的耐熱性確定，例如汽缸蓋、進氣門和排氣門、 燃料噴射器等等。圖11示出複合砂芯800的剖視側視圖。如所示出的，分離上冷卻套與下冷卻套的中間板壁的輪廓1100相對燃燒室的中心線可以是彎曲的，從而增強汽缸蓋的剛度。然而， 在其他示例中，中間板壁的輪廓可以是基本平的。圖12示出下砂芯804和排氣歧管口砂芯806的俯視圖。排氣歧管口砂芯限定了多個管道1200。管道的路徑是彎曲的從而降低排氣中流動分離。如先前討論的，這些管道被聯接至多個汽缸的排氣門。將理解，下冷卻套可至少部分圍繞包括在汽缸蓋內的排氣管道和對應的排氣口。同樣地，上冷卻套可至少部分圍繞包括在汽缸蓋內的排氣口和排氣管道。圖13和圖14示出複合砂芯800的相反的側視圖。圖15和圖16示出複合砂芯 800的前視圖和後視圖。圖17-圖19示出上冷卻套和下冷卻套內的流體的各種流動示圖。雖然砂芯頭被示出，但是將理解冷卻劑可穿過在鑄造期間由砂芯頭限定的通道運動。箭頭1700指示冷卻劑流進下冷卻套的進口的一般方向。如所示出的，運動至下冷卻套的進口中的冷卻劑基本是垂直方向。箭頭1702指示冷卻劑從下冷卻套的出口流出的一般方向。如所示出的，冷卻劑在基本水平的方向上流出出口。箭頭1704指示冷卻劑流進上冷卻套的進口的一般方向。 如所示出的，冷卻劑在基本垂直的方向上流進進口。箭頭1706指示流體流出上冷卻套的出口。如所示出的，冷卻劑在基本水平的方向上流出出口。圖18示出下砂芯804的俯視圖。箭頭1800指示冷卻劑流動穿過下冷卻套的一般方向。將理解冷卻劑可穿過在點1802的跨交冷卻劑通道運動至上冷卻套中。排氣口橋1804可在構造期間被鑽入汽缸蓋中。在一些實施例中，排氣口橋在一個或多個燃燒室的排氣口之間。排氣口橋可從中間板壁延伸到接近燃燒室中心。燃燒室的中心可包括火花塞和/或噴射器安裝裝置。被鑽入的通道可具有鑄造特徵或機加工特徵，所述特徵提供了垂直於鑽入方向的平面，從而提供了鑽入孔口平面。排氣口橋可被配置為在排氣口之間引導冷卻劑，由此提高了從排氣口傳遞至下冷卻套中的冷卻劑流體中的熱量。圖19示出上砂芯802的俯視圖。箭頭1900指示冷卻劑流動穿過上冷卻套的一般方向。將理解，冷卻劑在點1902處穿過跨交冷卻劑通道運動至上冷卻套中。在圖17-圖19 中示出的混合流動樣式降低了熱易變性，由此降低了汽缸蓋和/或發動機汽缸體上的應力並且降低了冷卻期間汽缸蓋和/或發動機汽缸體變形的可能性。額外地，與採用串聯或並聯配置的雙冷卻套設計相比較，圖17-圖19示出的流動樣式允許從發動機中移除更大量的熱量。以此方式，發動機運行可被改進並且汽缸蓋以及其他發動機部件(例如，排氣歧管、 排放控制系統等等)的熱降級的可能性可經由汽缸蓋和周圍部件溫度的降低被減小。將理解，在圖17-圖19中描繪的流動樣式在本質上是示例性的並且在其他實施例中，可使用帶有改變流動樣式的上冷卻套和下冷卻套。圖20示出運行內燃發動機冷卻系統的方法2000。該方法可通過以上描述的系統、部件等實施或者可替代地經由其他適當的系統、部件等實施。首先，在步驟2002，方法包括將冷卻劑從包括在汽缸體內的冷卻劑通道流至上冷卻套的進口中。下一步，在步驟2004，方法包括將冷卻劑從汽缸體內的冷卻劑通道流至下冷卻套的進口中。在一些示例中，上冷卻套的進口和下冷卻套的進口可從汽缸體內的公共冷卻劑通道接收冷卻劑。然而，在其他實施例中，上冷卻套的進口和下冷卻套的進口可從汽缸體內的不同冷卻劑通道接收冷卻劑。下一步，在步驟2006，方法包括經由流體聯接上冷卻套和下冷卻套的多個跨交冷卻劑通道使冷卻劑在上冷卻套和下冷卻套之間流動。在一些示例中，多個跨交冷卻劑通道可被包括在以上討論的第一和/或第二組跨交冷卻劑通道中。以此方式，冷卻劑以混合流動樣式在上冷卻套和下冷卻套之間運動，由此降低了汽缸蓋內的熱易變性。在步驟2008，方法包括使冷卻劑從下冷卻套的出口流至聯接至散熱器的管路。在步驟2009，方法包括使冷卻劑從上冷卻套的出口流至聯接至散熱器的管路中。在步驟2010，方法可包括基於發動機的溫度動態調整從下冷卻套流至上冷卻套的冷卻劑流動。將理解在一些示例中，當發動機溫度低於閾值時，冷卻劑流動可被動態限制並且當發動機溫度高於閾值時隨即升高。以此方式，發動機可在冷啟動期間更迅速地加熱，由此提高燃燒效率並且降低排放。在步驟2012，方法可包括從位於上冷卻套中的除氣口抽取聚集的氣體。然而，在其他示例中，步驟2010和2012可不被包括在方法2000中。將理解在此描述的配置和/或方法在本質上是示例性的，並且這些具體的實施例或示例不以限定意義考慮，因為多種變型是可能的。本公開的主題包括在此公開的各種特徵、功能、動作和/或特性的所有新穎和非顯而易見的組合或子組合，及其關於它的任何和所有等價物。
權利要求1.一種用於發動機的汽缸蓋，其特徵在於包括上冷卻套，所述上冷卻套至少包括第一進口和第一出口；下冷卻套，所述下冷卻套至少包括第二進口和第二出口 ；以及第一組跨交冷卻劑通道，所述第一組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接並且鄰接一個或多個燃燒室。
2.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於所述第一組跨交冷卻劑通道被定位為與包括在所述發動機內的一個或多個燃燒室徑向對齊。
3.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於還包括第二組跨交冷卻劑通道，所述第二組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接並且鄰接所述汽缸蓋的邊緣並且遠離排氣歧管。
4.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於還包括除氣口，所述除氣口被配置為從所述上冷卻套中移除氣體，所述除氣口位於接合所述上冷卻套的上表面的區域中。
5.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於還包括位於所述上冷卻套的凹陷部分內的至少一個排油通道，還包括鄰接排氣歧管被定位並且被配置為附接至渦輪增壓器的渦輪安裝螺栓螺孔。
6.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於所述第一組跨交冷卻劑通道與所述發動機的兩個或更多個燃燒室徑向對齊。
7.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於所述第一組跨交冷卻劑通道遠離排氣歧管。
8.如權利要求1所述的汽缸蓋，其特徵在於分離所述上冷卻套和所述下冷卻套的中間板壁的一部分是彎曲的，其中所述上冷卻套和所述下冷卻套包括鄰接排氣歧管垂直定位的肋。
9.一種發動機的汽缸蓋，其特徵在於包括進氣歧管，所述進氣歧管聯接至多個排氣管道；上冷卻套，所述上冷卻套至少部分圍繞一個或多個排氣口和排氣管道，所述上冷卻套至少包括第一進口和第一出口；下冷卻套，所述下冷卻套至少部分圍繞所述一個或多個排氣口和排氣管道，所述下冷卻套至少包括第二進口和第二出口；第一組跨交冷卻劑通道，所述第一組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接並且鄰接一個或多個燃燒室，所述跨交冷卻劑通道相對活塞運動被基本垂直取向地定位；以及第二組跨交冷卻劑通道，所述第二組跨交冷卻劑通道在所述上冷卻套和所述下冷卻套之間流體聯接，所述第二組跨交冷卻劑通道遠離所述第一組跨交冷卻劑通道和所述進氣歧管並且鄰接所述氣缸蓋的邊緣。
10.如權利要求9所述的汽缸蓋，其特徵在於所述第一組跨交冷卻劑通道被定位為與包括在所述發動機中的一個或多個燃燒室徑向對齊，其中包括在所述第一組跨交冷卻劑通道和所述第二組跨交冷卻劑通道內的至少一個跨交冷卻劑通道包括可調限制件。
專利摘要本實用新型提供了一種用於發動機的汽缸蓋。汽缸蓋可包括上冷卻套和下冷卻套，上冷卻套至少包括第一進口和第一出口，下冷卻套至少包括第二進口和第二出口。汽缸蓋還可包括第一組跨交冷卻劑通道，第一組跨交冷卻劑通道包括流體聯接至上冷卻套和下冷卻套並且鄰接一個或多個燃燒室的一個或多個跨交冷卻劑通道。
文檔編號F02F1/40GK202300683SQ20112025582
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月13日 優先權日2010年7月14日
發明者D·G·巴比爾, J·C·瑞爾格, J·D·弗魯哈提, J·M·斯萊克, T·J·布魯爾 申請人:福特環球技術公司