內燃發動機的氣缸蓋的製作方法

2023-05-27 03:29:01 2

各個實施例涉及一種內燃發動機的氣缸蓋及其冷卻。

背景技術：

內燃發動機可能需要在發動機操作期間根據氣缸內燃燒過程產生的熱進行冷卻。發動機可由氣缸體和氣缸蓋形成，氣缸體和氣缸蓋配合以限定氣缸。發動機氣缸體和氣缸蓋可具有形成在其中的各種通道，以提供通過發動機的冷卻劑流，從而在操作期間控制溫度。

技術實現要素：

在一個實施例中，一種氣缸蓋設置有限定冷卻夾套的構件，所述冷卻夾套具有第一縱向通道、第二縱向通道和第三通道，第一縱向通道具有圍繞火花塞的環形部分，第二縱向通道具有圍繞排氣門的環形部分，第三通道圍繞一體式排氣歧管並流體連接第一縱向通道和第二縱向通道。第一縱向通道具有在冷卻劑流動方向上連續減小的橫截面積，第二縱向通道具有在冷卻劑流動方向上連續增大的橫截面積。

在另一實施例中，一種發動機設置有氣缸蓋，氣缸蓋具有與氣缸體的相應表面配合的平臺面。在氣缸蓋中限定冷卻夾套，所述冷卻夾套由一系列通道形成，所述通道通過一系列彎曲的連接部相互連接以圍繞著氣缸蓋中的火花塞、排氣門和一體式排氣歧管引導冷卻劑。冷卻夾套中的每個通道的長度均大於通道的平均有效直徑。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套具有第一通道，第一通道沿著氣缸蓋的第一縱向軸線延伸並具有圍繞每個火花塞的環形區域，第一通道具有連續減小的橫截面積；其中，所述冷卻夾套具有第二通道，第二通道沿氣缸蓋的第二縱向軸線延伸並具有圍繞每個排氣門的環形區域和跨過氣缸蓋的每個排氣橋延伸的橋通道，第二通道具有連續增大的橫截面積。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套具有圍繞所述一體式排氣歧管並鄰近氣缸蓋排氣面的第三通道。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套具有一系列下通道，所述一系列下通道將第一通道流體地連接到第三通道並且所述一系列下通道彼此縱向間隔開，所述一系列下通道中的每個下通道的橫截面積均隨著第一通道的橫截面積的減小而增大。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套具有一系列上通道，所述一系列上通道將第三通道流體地連接到第二通道並且所述一系列上通道彼此縱向間隔開，所述一系列上通道中的每個上通道的橫截面積隨著第二通道的橫截面積的增大而減小。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套的互相連接的通道被布置為使得冷卻劑從第一通道依次流過一系列下通道、第三通道、一系列上通道，並流到第二通道。

根據本發明的一個實施例，所述發動機還包括限定氣缸體冷卻夾套的氣缸體；其中，氣缸蓋中的冷卻夾套限定至少一個供給通道，所述供給通道將氣缸體冷卻夾套流體地連接到第一通道以向第一通道提供冷卻劑。

根據本發明的一個實施例，所述發動機還包括流體地連接到第二通道的出口。

根據本發明的一個實施例，所述發動機還包括泵送系統，以驅動冷卻劑流過冷卻夾套；其中，泵送系統包括(i)電動冷卻劑泵或(ii)第一機械冷卻劑泵和第二電動冷卻劑泵，電動冷卻劑泵驅動冷卻劑流過冷卻夾套，第一機械冷卻劑泵在發動機操作期間驅動冷卻劑流過冷卻夾套，第二電動冷卻劑泵在發動機不工作時驅動冷卻劑流過冷卻夾套。

在又一實施例中，一種發動機部件具有限定冷卻夾套的氣缸蓋。冷卻夾套具有從氣缸蓋的第一端部區域縱向延伸到氣缸蓋的第二端部區域的第一通道，第一通道具有朝向第二端部區域且沿冷卻劑流經的方向連續減小的橫截面積。第一通道具有一系列環形區域，每個環形區域均圍繞尺寸適於接納火花塞的凹入。所述冷卻夾套具有從氣缸蓋的第二端部區域縱向延伸到氣缸蓋的第一端部區域的第二通道，第二通道具有朝向第一端部區域且沿著冷卻劑流經的方向連續增大的橫截面積。第二通道接收來自第一通道的冷卻劑。第二通道具有一系列成對的環形區域，每對環形區域均圍繞一對凹入，所述凹入的尺寸適於接納一對排氣門。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套具有一系列通道，所述通道將第一通道流體地連接到第二通道以向第二通道提供流動，所述一系列通道在氣缸蓋的第一端部和第二端部之間彼此縱向間隔開，其中，所述一系列通道中的每個通道的橫截面積均朝向氣缸蓋的第二端部增大。

根據本發明的一個實施例，所述冷卻夾套具有圍繞氣缸蓋中的一體式排氣歧管的排氣通道的環形通道，所述環形通道鄰近氣缸蓋的排氣面且接收來自第一通道的冷卻劑。

根據本發明的一個實施例，第二通道經由所述環形通道接收來自第一通道的冷卻劑。

附圖說明

圖1示出了能夠實現所公開的實施例的內燃發動機的示意圖；

圖2示出了傳統的冷卻夾套系統的芯和根據實施例的冷卻夾套的芯的透視圖；

圖3示出了根據實施例的冷卻夾套的透視圖；

圖4示出了圖3的冷卻夾套的另一透視圖；

圖5示出了圖3的冷卻夾套的流動示意圖；

圖6示出了根據另一實施例的冷卻夾套的流動示意圖；

圖7示出了根據又一實施例的冷卻夾套的流動示意圖。

具體實施方式

根據需要，在此提供本公開的詳細實施例。然而，應理解，公開的實施例僅為示例，並且可按照各種和替代的形式實施。附圖無需按比例繪製；可誇大或最小化一些特徵以顯示特定部件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應解釋為限制，而僅作為用於教導本領域技術人員以多種形式利用本公開的代表性基礎。

圖1示出了示意性的內燃發動機20。發動機20具有多個氣缸22，其中一個氣缸被示出。發動機20可具有任意數量的氣缸，並且氣缸可以以各種結構進行布置。發動機20具有與每個氣缸22相關聯的燃燒室24。氣缸22由氣缸壁32和活塞34形成。活塞34連接到曲軸36。燃燒室24與進氣歧管38和排氣歧管40流體連通。進氣門42控制從進氣歧管38進入到燃燒室24的流動。排氣門44控制從燃燒室24到排氣系統40或排氣歧管的流動。進氣門42和排氣門44可以以本領域中已知的各種方式操作以控制發動機操作。

燃料噴射器46將燃料從燃料系統直接輸送到燃燒室24中，因此發動機是直噴式發動機。發動機20可使用低壓或高壓燃料噴射系統，或者在其它示例中可使用進氣道噴射系統。點火系統包括火花塞48，火花塞48被控制為提供火花形式的能量以點燃燃燒室24中的燃料空氣混合物。火花塞48可位於氣缸22的頂部或一側。在其它實施例中，可使用其它燃料輸送系統和點火系統或技術(包括壓縮點火)。

發動機20包括控制器和各種傳感器，這些傳感器被配置為向控制器提供信號用於控制向發動機輸送的空氣和燃料、點火正時、發動機輸出的功率和扭矩、排氣系統等。發動機傳感器可包括但不限於排氣系統40中的氧傳感器、發動機冷卻劑溫度傳感器、加速踏板位置傳感器、發動機歧管壓力(map)傳感器、針對曲軸位置的發動機位置傳感器、進氣歧管38中的空氣品質傳感器、節氣門位置傳感器、排氣系統40中的排氣溫度傳感器等。

在一些實施例中，發動機20被用作車輛(諸如，傳統車輛或停止-啟動車輛)中唯一的原動機。在其它實施例中，發動機可被用在混合動力車輛中，其中附加的原動機(諸如，電機)可用於提供額外的動力以推進車輛。

每個氣缸22可以在包括進氣衝程、壓縮衝程、點火衝程和排氣衝程的四衝程循環下操作。在其它實施例中，發動機可以以兩衝程循環進行操作。在進氣衝程期間，進氣門42打開，排氣門44關閉，同時活塞34從氣缸22的頂部運動到氣缸22的底部，以將空氣從進氣歧管引入到燃燒室。活塞34在氣缸22的頂部的位置通常稱為上止點(tdc)。活塞34在氣缸底部的位置通常稱為下止點(bdc)。

在壓縮衝程期間，進氣門42和排氣門44關閉。活塞34從氣缸22的底部向頂部運動以壓縮燃燒室24內的空氣。

燃料被引入到燃燒室24中並被點燃。在所示的發動機20中，燃料被噴射到燃燒室24中，然後使用火花塞48點燃。在其它示例中，可使用壓縮點火點燃燃料。

在膨脹衝程期間，燃燒室24中點燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從氣缸22的頂部運動到氣缸22的底部。活塞34的運動引起曲軸36相應地運動並且提供發動機20的機械扭矩輸出。

在排氣衝程期間，進氣門42保持關閉，排氣門44打開。活塞34從氣缸的底部運動到氣缸22的頂部，以通過減小燃燒室24的容積從燃燒室24中排出廢氣和燃燒產物。廢氣從燃燒的氣缸22流動到如下描述的排氣系統40和後處理系統(諸如，催化轉化器)。

進氣門42和排氣門44的位置和正時以及燃料噴射正時和點火正時可針對各個發動機衝程而變化。

發動機20具有彼此配合以形成燃燒室24的氣缸體70和氣缸蓋72。缸蓋密封墊(未示出)可布置在氣缸體70和氣缸蓋72之間以密封燃燒室24。氣缸體70具有沿著分模線74與氣缸蓋72的缸蓋平臺面(deckface)相對應並配合的缸體平臺面。

發動機20包括流體系統80。在一個示例中，流體系統80是從發動機20去除熱的冷卻系統80。在另一示例中，流體系統80是潤滑發動機部件的潤滑系統。

對於冷卻系統80而言，從發動機20去除的熱的量可由冷卻系統控制器、發動機控制器、一個或更多個恆溫器等來控制。系統80可作為在發動機中鑄造、機加工或以其它方式形成的一個或更多個冷卻夾套而一體形成到發動機20中。系統80具有可含有乙二醇/水防凍混合物、另一種水基流體或另一種冷卻劑作為工作流體的一個或更多個冷卻迴路。在一個示例中，冷卻劑迴路具有位於氣缸體70中的第一冷卻夾套84和位於氣缸蓋72中的第二冷卻夾套86，夾套84、86彼此流體連通。在另一示例中，夾套86是獨立控制的並與夾套84相獨立。冷卻迴路80和夾套84、86中的冷卻劑從高壓區域向低壓區域流動。

流體系統80具有一個或更多個泵88。在冷卻系統80中，泵88將迴路中的流體供應給氣缸體70中的流體通道，然後到達氣缸蓋72。冷卻系統80還可包括閥或恆溫器(未示出)以控制冷卻劑的流動或壓力或者引導系統80內的冷卻劑。氣缸體70中的冷卻通道可鄰近一個或更多個燃燒室24和氣缸22。類似地，氣缸蓋72中的冷卻通道可鄰近一個或更多個燃燒室24和排氣門44的排氣口。流體從氣缸蓋72流出發動機20，流到熱交換器90(諸如，散熱器，其中熱從冷卻劑傳遞到環境中)。

圖2示出了用於形成氣缸蓋的傳統的上冷卻夾套100和下冷卻夾套102的芯的透視圖。傳統的夾套100、102可被大體設計為佔據氣缸蓋的大部分以在開式夾套構造中經其分配冷卻劑。圖2中還示出了根據本公開並以虛線示出的冷卻夾套200以進行比較。氣缸蓋可以是如上參照圖1所述的用於發動機20的氣缸蓋72。夾套100、102、200被示出用於直列三缸發動機的氣缸蓋，這種發動機具有位於氣缸蓋中的一體式排氣歧管且每個氣缸設有四個頂置氣門(例如，每個氣缸具有兩個進氣門和兩個排氣門)；然而，根據本公開，冷卻夾套200可被構造用於其它氣缸蓋和發動機構造。冷卻夾套100、102、200被示出為用於形成氣缸蓋內的每個夾套的冷卻通道的芯。每個芯表示氣缸蓋內相應通道的負視圖，並且可以表示在氣缸蓋的鑄造過程中所使用的砂芯或失芯(lostcore)的形狀。

大體如圖2中i、ii、iii所布置和示出的，氣缸蓋與相應的氣缸體配合以提供三個氣缸，且氣缸蓋可如圖1所示的接收來自氣缸體的冷卻劑。氣缸蓋為每個氣缸的兩個進氣門提供支撐，所述進氣門位於相關聯的氣缸的如圖2所示的區域150中。每個氣缸的火花塞位於區域152中。每個氣缸的第一排氣門和第二排氣門位於區域154、156中。氣缸蓋具有穿過區域158的一體式排氣歧管，區域158鄰近氣缸蓋的排氣面。如圖1所示，排氣歧管40附連到氣缸蓋的排氣面。一體式排氣歧管提供形成在氣缸蓋內的從排氣門和排氣口到氣缸蓋的排氣面的排氣通道或流道，其中，在該排氣面處連接排氣歧管、渦輪增壓器等。

與傳統的夾套100、102相比，冷卻夾套200為氣缸蓋提供了等效冷卻，但佔據了氣缸蓋的更小體積。由於冷卻夾套200的體積小於傳統的夾套100、102，因此可使用更小的泵88在冷卻夾套200內提供相同的流速和傳熱速率。類似地，由於冷卻夾套200的體積小於傳統的夾套100、102，因此使用相同的泵88可提供更高的流速和傳熱速率。冷卻夾套200僅將冷卻劑引導到在發動機操作期間是熱的且需要冷卻的氣缸蓋區域。冷卻夾套200不會將冷卻劑引導到在發動機操作期間溫度升高但在最大發動機負載和高的環境溫度下保持在氣缸蓋材料的熔點以下或特定閾值以下的發動機區域。

冷卻夾套200的冷卻通道可形成為如本文所描述的複雜的形狀和結構，並在部件或氣缸蓋被鑄造、模製等時形成為通常不需要進一步機加工或處理的淨成形。部件或氣缸蓋可由金屬(例如，鋁或鋁合金)以高壓、近淨壓鑄或淨壓鑄工藝形成。在一個示例中，冷卻夾套由失芯材料(諸如鹽芯、砂芯、玻璃芯、泡沫芯或其它合適的失芯材料)形成或包括失芯材料。

冷卻夾套200設置有使流動幹擾最小化的形狀。例如，流體連接部(junction)被設置為y形連接部。流體通道可具有連續增大或減小的錐形截面。由冷卻夾套中的流體通道製成的轉角是使用光滑的彎曲結構製成的，並且可具有不大於九十度的彎曲度，且可包括比通道直徑大數倍的曲率半徑。冷卻夾套200可具有輕微的弧度或彎曲以在部件的限制內更好地封裝通道。

冷卻夾套200中的流體通道可具有圓形截面形狀或其它截面形狀，包括橢圓形、卵形或包括凸凹區域的形狀(例如，芸豆形狀)以及其它規則和不規則形狀。冷卻夾套200的通道的截面形狀可大體相同或者可在夾套內的不同位置處相對其它通道變化或在單個通道內變化。此外，夾套200內的通道的有效直徑或橫截面積可在插入件的各個區域中增大或減小，例如，作為增大或減小的錐形部分。變化的橫截面積可被設置為逐漸的、連續的變化，並且沒有任何梯級或間斷，以減少流體迴路中的流動損失或使流動損失最小化。

還要注意，冷卻夾套200可去除存在於如圖2所示出的傳統的冷卻夾套100、102中的各種塞子或端蓋。這通過減少可能發生流體洩漏的位置來改善系統200的完整性，並進一步減少了冷卻夾套的體積，從而產生更高效率的系統。由於減少了形成諸如氣缸蓋的成品部件的步驟和工藝的數量，因此還增加了可製造性。

冷卻夾套200具有如圖3至圖4所示的一系列相互連接的流體通道，流體通道將增壓後的潤滑劑引導到氣缸蓋的各個區域以用於氣缸蓋的熱管理。基於本公開，嚴密地控制通道的位置、形狀和尺寸，以在發動機操作期間控制氣缸蓋的溫度，並提供有效的高效冷卻夾套。冷卻夾套200的通道具有各種彎曲形狀和結構，並在橫截面積和方向上平滑地變化，以降低流動損失。例如，總壓力損失是由於摩擦導致的，該摩擦由以下兩個不同方面組成：一方面是由於一定長度的封閉管道造成的主要損失；另一方面是由流動路徑中的彎曲和/或流動面積的突然變化引起的局部損失。局部損失通常稱為「k損失」，並且是這兩種損失中更容易控制並減少系統的總壓力損失的損失。

通過改善冷卻夾套200的流動特性，可使用較小型的泵88，並且系統可以以更高的效率進行操作，從而提高發動機效率、燃料經濟性，並減少發動機的總寄生損失。通道的尺寸(例如，圓形通道的直徑或非圓形截面通道的有效直徑)和長度影響夾套200內的壓力、流量和損失。所述尺寸也可以指通道的橫截面積，其中橫截面積與有效直徑相關。同樣，通道的形狀(例如，通道中的轉角或彎曲的數量、轉角的緊密程度以及直徑的變化)也影響夾套200內的壓力、流量和損失。通道的逐漸的、平滑的或連續的直徑或面積變化使流動損失比離散的或梯級的直徑變化更低。類似地，平滑的、弧形的彎曲或轉角使流動損失比具有拐角性質的成角度的轉角或彎曲更低。

傳統的冷卻夾套100、102通常被成形為在滿足燃燒要求和部件定位要求之後無論氣缸蓋體積剩餘多少，都供給冷卻劑。在冷卻夾套100、102與氣缸蓋的剩餘體積相關聯之後，可使用平衡和羅紋技術或者簡單地通過增加泵的體積流量(例如，通過調節葉片形狀，改變傳動裝置以提高泵轉速等)來解決各種局部的流動和/或熱問題。使用傳統的冷卻夾套100、102，氣缸蓋的區域會「過冷」，並且氣缸蓋的其它區域可能需要更多的冷卻。隨著發動機設計的變化，例如，在轉變至增壓壓力更高的渦輪增壓發動機或增壓發動機時，發動機工作溫度將增加，並且發動機冷卻需求也會增加。冷卻夾套100、102的冷卻能力會限制發動機增壓壓力或其它發動機設計特性。此外，當冷卻系統中的泵充當發動機的寄生損失時，冷卻夾套100、102中的任何低效性還會降低發動機的整體燃料效率。此外，冷卻夾套100、102的大通道和體積需要更長的時間來加熱和/或冷卻，這直接影響排放要求。

冷卻夾套200通過提供通道尺寸變化且互連的冷卻通道網絡來提供冷卻劑的定向流動，以減少通過夾套200的流動損失或者使流動損失最小化，並將更高或最大化的流速提供給熱載荷高的氣缸蓋區域或臨界區域，而氣缸蓋的普通區域具有低的工作溫度和低的熱負荷。夾套200設置有通道互連的網絡，其被布置為以均勻的方式將流動首先分配到優先級高的熱通量位置。夾套200中的通道的形狀和尺寸可基於相關聯的氣缸蓋的結構、相關聯的氣缸蓋和發動機的熱通量以及各種製造限制而變化。結果，冷卻夾套200向具有較高工作溫度的區域提供更冷和更快的冷卻劑，從而提高了夾套200和整個冷卻系統的效率。夾套200中的通道的大小可大體被形成為具有窄的或小的直徑，例如在多個示例中，通道的長徑比大於3、大於5或大於10。

冷卻夾套200的總體積相對於夾套100、102顯著減小。當夾套200中的通道的體積減小或最小化時，夾套200的總體積減小，並且預熱/冷卻氣缸蓋的時間也會減少。

類似地，由於夾套200的體積較小，對用於冷卻系統的泵需求降低，因此需要的操作功率較低並提供增加的系統效率。

夾套200的各種通道的尺寸被形成為在發動機操作期間為氣缸蓋的高溫區域提供足夠的冷卻。類似地，為了防止例如在發動機或車輛關閉之後諸如夾套200的通道中的冷卻劑的氣相變化的問題，可設置輔助電動冷卻劑泵89以使冷卻劑在發動機或車輛關閉之後循環並防止相變。冷卻劑泵89可與泵88順序布置用於串聯流動，或者可如圖1所示與泵88並聯布置用於並聯流動。

圖3至圖4示出了根據本公開並如圖2所示的冷卻夾套200的透視圖。圖5示出了圖3至圖4的冷卻夾套的示意圖。「s」、「m」和「b」表示相似元件相對於彼此的尺寸，s表示最小尺寸，m表示中等或中間尺寸，b表示最大尺寸。當在一組相似元件中提供三個以上的通道時，相對尺寸趨勢可以保持相同，通道相對於彼此按最大到最小布置，或者按最小到最大布置。

夾套200具有第一主通道202和第二主通道204。每個通道202、204大體沿著發動機的縱向軸線226延伸或平行於發動機的縱向軸線226延伸。通道202可以是入口通道，並且大體與冷卻氣缸蓋的火花塞區域152相關聯。通道204可以是出口通道，並且大體與冷卻氣缸蓋中的排氣門區域154和相鄰氣門之間的排氣門橋相關聯。第一通道和第二通道通過一體式排氣歧管(iem)冷卻通道206連接，冷卻通道206與冷卻圍繞iem的區域158和氣缸蓋的排氣面相關聯。第一通道202從流體連接到氣缸體中的冷卻夾套84的冷卻劑供給通道接收冷卻劑。第二通道204將冷卻劑提供給氣缸蓋的冷卻劑出口，冷卻劑進而流入冷卻系統80中的泵、散熱器或其它部件。

入口通道202接收至少一種冷卻劑供給，並且在本示例中，在發動機的四個縱向位置處接收冷卻劑供給。氣缸體冷卻夾套84可設置在具有敞開式平臺、半敞開式平臺或封閉式平臺的發動機中，並且在氣缸體平臺面和/或氣缸蓋密封墊中適當地設置孔，以提供從氣缸體到氣缸蓋夾套200的冷卻劑流。在本示例中，入口通道202經由位於發動機的第一端212的第一供給通道208和第二供給通道210從氣缸體中的冷卻夾套接收冷卻劑供給。入口通道202經由第三供給通道214和第四供給通道216接收另一冷卻劑供給，經由第五供給通道218和第六供給通道220接收又一冷卻劑供給，並在發動機的相對端224處接收最後的第七冷卻劑供給222，使得冷卻劑大體通過圖3中的通道202從右向左流動。通道222的橫截面積可大於圖3所示的橫截面積，可通過使用孔口(例如，使用氣缸蓋密封墊中的孔口)而限制通過通道222的流動，或者在夾套200中可能不存在通過通道222的流動。可通過使用孔口(例如，氣缸蓋密封墊中的孔口)而在相應供給通道的入口處限制通過任何供給通道的流動。

在本示例中，氣缸蓋的每個縱向位置處的供給通道均位於發動機的主縱向軸線226的任一側上。在其它示例中，可在發動機的縱向位置處僅設置一個供給通道，或者可設置多於兩個供給通道。在本示例中，處於下面的發動機缸體冷卻夾套中的冷卻劑從發動機的端部224流到發動機的另一端部212。在其它示例中，處於下面的發動機缸體中的冷卻劑可沿相反的方向流動或者以另一種流動方式流動。

冷卻夾套200還具有與連接到相關聯的供給通道的每對進氣門(inletvalve)相關聯的進氣門冷卻通道228。在其它示例中，夾套200可不具有進氣門冷卻通道228。出於圖5的清楚起見，進氣門冷卻通道228僅在圖3至圖4中示出。進氣門冷卻通道228可設置為提供小的冷卻劑流或為氣缸體夾套的區域提供釋放，並且不會對氣缸蓋夾套200的流動產生明顯的影響。通道228可具有各種尺寸，並且其橫截面積可比圖3所示的橫截面積更大。或者，可通過使用孔口來限制通過通道228的流動。

每個供給通道208至222的橫截面積比在前的上遊供給通道小。各個供給通道的橫截面積沿著供給通道的長度增加，以使供給通道中的冷卻劑平穩地流入且與入口通道中的冷卻劑進行混合。每個縱向位置處的供給通道可具有彼此相等的橫截面積和總體形狀，或者在橫截面積和/或形狀上可不同。在本示例中，供給通道208比下遊的供給通道214具有更大的橫截面積，供給通道214又比下遊的供給通道218具有更大的橫截面積，供給通道218比供給通道222具有更大的橫截面積。

入口通道202本身的橫截面積沿著通道202的長度和冷卻劑經其流過的方向連續地減小。通道202包括環形通道區域230、232、234以提供圍繞火花塞的冷卻劑流。環形通道區域可具有與入口通道202的在前的緊鄰環形通道區域的部分相等的橫截面積。本示例具有三個環形通道區域，其橫截面積與整個入口通道202的橫截面積減小對應地減小。環形通道區域230具有比下遊的環形通道區域232更大的橫截面積，環形通道區域232又具有與下遊的環形通道區域234相比更大的橫截面積。

冷卻劑流在每個環形通道區域230、232、234處通過一系列下通道中的相應下通道236、238、240離開入口通道202。每個下通道236、238、240將入口通道202的相應環形通道區域與iem冷卻通道206流體連接。每個下通道236、238、240與在前的上遊下通道相比具有更大的橫截面積。在本示例中，下通道236具有比下通道238更小的橫截面積，而下通道238又具有比通道240更小的橫截面積。單個下通道的橫截面積可沿著下通道的長度方向增大。每個下通道可大體跟隨發動機的排氣流道或通道並位於排氣流道或通道的下方，以幫助冷卻鄰近排氣通道的氣缸蓋。

iem冷卻通道206提供圍繞與氣缸蓋的排氣面(如區域158所示)鄰近的排氣通道的通道。在沒有冷卻的情況下，由於排氣組件連接到排氣面，在發動機運轉期間氣缸蓋的排氣面會達到高溫，並因此限制了流向周圍環境的熱損失。

冷卻劑通過上通道246、248、250離開iem通道206。冷卻劑經由iem通道的第一部分242或第二部分244從下通道流過iem通道206而流到上通道。在本示例中，上通道246、248、250彼此連接並且匯合以提供到iem通道206的單個流體連接。iem冷卻通道206的橫截面積與下通道240的出口的橫截面積相匹配或略大於該出口的橫截面積，並且在一個示例中，這會產生大約為出口240處的橫截面積的一半的橫截面積，並且這是基於作為環形通道的iem通道206的，此處流動可通過環形通道206上的兩個單獨的路徑流到三個可能的出口246、248和250。

如下所述，每個上通道246、248、250在沿著相對於發動機的縱向軸線226而言的出口通道204的多個位置處將iem通道206流體連接到第二出口通道204。每個上通道246、248、250與在後的下遊上通道相比具有更大的橫截面積。在本示例中，上通道246具有比上通道248更大的橫截面積，上通道248又具有比通道250更大的橫截面積。單個上通道的橫截面積可沿著上通道的長度減小。每個上通道可大體跟隨發動機的排氣流道或通道並且位於排氣流道或通道的上方，以幫助冷卻鄰近排氣通道的氣缸蓋。

第二通道或出口通道204本身的橫截面積沿通道204的長度和冷卻劑經其流動的方向連續增大。通道204包括用於冷卻與每對排氣門鄰近的氣缸蓋的排氣門區域252、254、256。每個排氣門區域具有圍繞氣缸的每個排氣門的第一環形區域258和第二環形區域260，以提供一對環形區域。橋區域262連接一對環形區域258、260，並提供直接流過或跨過氣缸中的排氣橋的冷卻劑流動。在沒有足夠的冷卻的情況下，排氣橋會由於鄰近燃燒室的排氣區域並位於兩個排氣門和埠之間而達到高的工作溫度。排氣門區域254、256具有與針對區域252所描述的結構相比相似的結構。

每個排氣門區域的橫截面積可與在前的緊鄰排氣門區域的出口通道204的橫截面積相等。本示例具有三個排氣門通道區域，其橫截面積的增大對應於整個出口通道204的橫截面積的增大。排氣門區域252具有比下遊的排氣門區域254更小的橫截面積，排氣門區域254又具有與下遊的排氣門區域256相比更小的橫截面積。

在一個示例中，每個上通道246至250可剛好在每個排氣門區域前面連接到出口通道204。在其它示例中，上通道可連接到出口通道的排氣門區域(例如，環形區域)。

冷卻夾套200具有來自出口通道204的單個出口264。在其它示例中，冷卻夾套200可具有多於一個的出口。通道266為冷卻夾套200提供脫氣線路，並且大體位於氣缸蓋中的冷卻夾套200的高點處。通道266可具有各種尺寸，並且可比圖3所示的橫截面積更大或更小。或者，可通過使用孔口來限制通過通道266的流動，或者如果夾套具有替代的脫氣策略，則可在夾套200中不存在通過通道266的流動。

入口通道202和出口通道204中的冷卻劑沿相反的方向流動，並且在氣缸蓋和發動機中大體縱向流動。在其它示例中，冷卻劑可在入口通道202和出口通道204中沿相同方向流動；然而，上通道的橫截面積大體上反置。

如圖3至圖4所示，夾套200的每個通道為冷卻劑提供平滑的彎曲的流動路徑，而沒有流動擾動、突然的約束或急劇的彎曲或轉角，並且通道在同樣也是平滑的、彎曲的和連續的連接部或交匯處接合。因此，夾套200中的損耗減小，流量和冷卻效率提高。

類似地，夾套200中的每個通道提供連續變化的橫截面積。入口通道202的橫截面積隨著流體流動而減小，出口通道204的橫截面積隨著流體流動而增大。連接到入口通道或出口通道的橫流通道的橫截面積相對於彼此不同。在本示例中，橫流通道可以是上通道或下通道。例如，一系列橫流通道中的橫流通道的橫截面積隨著相應的入口通道或出口通道的橫截面積的減小而增大。

圖6中示意性地示出了根據本公開的另一冷卻夾套300。對於與圖3至圖5中所示的元件相同或相似的元件指定相同的標號。「s」、「m」和「b」表示相似元件相對於彼此的大小，s表示最小，m表示中等或中間大小，b表示最大。圖6提出並行流動路徑，並且整體概念布局是完整的，例如，它具有更多的蜘蛛網狀樣貌，其可提高和改進氣缸蓋冷卻管理和熱管理。

夾套300的第一通道202由三個供給通道302、304、306供給。三個供給通道中的每一個與冷卻劑源(例如，氣缸體夾套84)流體連通。供給通道302、304、306各自流體地連接到通道202的相應的環形區域230、232、234(與圖5所示的環形通道的上遊相對)。

一系列下通道236、238、240可在各自的環形區域230、232、234的下遊連通到第一通道202，並且可在流體流到iem通道206之前接合或合併在一起。上通道246、248、250以及具有環形排氣口區域252、254、256的第二通道204可以以與上面參照圖3至圖5描述的相似的方式布置。

圖7中示意性地示出了根據本公開的另一冷卻夾套400。對於與圖3至5中所示的相同或相似的元件指定相同的標號。「s」、「m」和「b」表示相似元件相對於彼此的大小，s表示最小，m表示中等或中間大小，b表示最大。在圖7中，與先前描述的夾套相比，排氣門區域154、156在夾套中的冷卻路徑中具有更高的優先級。

主供給通道402向第一通道202和環繞火花塞的環形區域230、232、234提供冷卻劑。第一通道202的每個環形區域還可接收(例如)來自氣缸體冷卻夾套的供給403、404、406。第一系列通道408至418將第一通道202的環形區域流體連接到iem通道206，iem通道206可具有如圖所示的不均勻的橫截面積。冷卻劑通過通道420從iem通道206流出，通道420與冷卻劑出口422連接。

第二系列通道424至428將第一通道202流體連接到第二通道204。第二通道包括用於冷卻排氣門的環形區域252、254、256。冷卻劑經由通道430從流體通道204流出。通道430在冷卻劑出口422之前與通道420合併。如從圖7可以看出的，冷卻劑被引導為首先冷卻氣缸蓋的火花塞區域，然後分成分流並行流動配置以將冷卻劑引導到氣缸蓋的iem區域和排氣門區域。

通常，冷卻夾套可根據以下一般原則來設定尺寸。當然，(例如)由於氣缸蓋的整體結構和其它系統所施加的封裝約束等可能需要由此有所偏離。入口通道的橫截面積連續減小，而出口通道的橫截面積連續增大。連接入口通道和出口通道的橫流通道在橫截面上彼此不同，其中提供從入口通道到出口通道的流動的第一個通道具有比提供從入口通道到出口通道的流動的最後一個通道更小的橫截面積。冷卻夾套的入口和出口的橫截面積彼此大體相等，或者出口橫截面積大於入口橫截面積。如下所述，在系統的各個階段下，系統的橫截面積大體保持恆定的值。

雖然上文描述了示例性實施例，但是並不意味著這些實施例描述了本公開的所有可能形式。更確切地，說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應該理解，在不脫離本公開的精神和範圍的情況下能夠進行各種變化。此外，可組合各個實施的實施例的特徵以形成本公開的進一步的實施例。