CN105556088A - 用于内燃机的缸盖 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个缸的内燃机的缸盖(1)，其具有至少一个用于提升阀的阀座圈(3)，其中，阀座圈(3)由用于环形冷却剂的环形冷却通道(4)环绕，该环形冷却通道(4)至少部分地模制到缸盖(1)中，其中，冷却通道(4)至少部分地环绕阀座圈并在入口(5、15、25)和至少一个出口(6)之间延伸。为了降低阀磨损，提供了通向冷却通道(4)的多个入口(5、15、25)，其中入口(5、15、25)优选地布置成关于经过出口(6)的阀座圈(3)的子午平面(δ)不对称。

Description

用于内燃机的缸盖
本发明涉及一种用于内燃机的缸盖，该内燃机包括至少一个缸，该缸盖具有至少一个用于提升阀的阀座圈，其中，阀座圈由用于冷却剂的环形冷却通道环绕，该环形冷却通道至少部分地模制到缸盖中，其中，冷却通道至少部分地环绕该阀座圈并在入口和至少一个出口之间延伸。
布置在缸盖中的用于往复式内燃机的阀座圈从WO08/059108A中得知，其中，周向冷却通道布置在阀座圈中，该冷却通道在用于冷却剂的入口和出口之间延伸。
目前高性能内燃机包括在位于各排气阀座之间的排气阀桥的区域中的具有高度热应力的区域。这些区域尤其具有使阀热变形并因此增大磨损的危险。
专利公开GB2101212A、JPS59107009U和JPS5935623U示出了一种用于内燃机提升阀的阀座圈，该阀座圈具有一个相应冷却通道，多个入口进入该冷却通道中并且至少一个出口从该冷却通道岔开。入口分别布置成关于经过该出口的阀座圈的子午平面对称。
WO2010/145940A1描述了一种用于内燃机的缸盖，其具有围绕排气阀座圈的环形冷却通道，其中，环形冷却通道的入口和出口布置成关于阀座圈的轴线在直径方向上相对。围绕阀座圈的类似冷却通道从DE3412052A1得知。然而，这些对称冷却措施不足以避免高性能发动机中的排气阀桥的热变形。
CH272380B和GB668962A分别描述了一种内燃机的阀装置，其具有用于提升阀的***的阀座圈，其中，该阀座圈由在入口和出口之间延伸的周向冷却通道环绕。冷却剂的分离区形成在入口和出口之间，该分离区阻止入口和出口之间的短路流。类似冷却通道也通过JP57-015918U1得知。虽然该冷却圈布置允许不对称地冷却阀座圈，但由于流量低，所以散热是不充分的。同样不利的是，入口和出口之间的分离区形成未冷却热桥，并且局部过热和热张力因此会出现，尤其是当分离区位于靠近两个排气阀之间的高热负载腹板时更是如此。
本发明的目的是避免这些缺点并且降低阀磨损。
该目的根据本发明以这样的方式实现：即该方式使得多个入口通向冷却通道，其中，各入口优选地布置成关于经过出口的阀座圈的子午平面不对称。
阀座圈的子午平面在这种情况下被理解成是这样的平面，即，该平面经过包含其曲率中心的阀座圈的曲面的点。该子午平面因此由阀座圈的径线和该阀座圈的轴线形成。
在本发明的优选实施例中提供了，至少一个入口在斜向上或切向上通向冷却通道，使得满足以下条件：0≤β<90°，其中角度β形成在通向所述入口的入口通道的中心线和位于所述入口的区域中的冷却通道的切线之间，其中，优选地在至少一个入口中，角度β小于80°，优选地小于75°。因此，不对称流可以在冷却通道中发生，通过该不对称流可以以有目的的方式冷却高热负载区。
当至少一个入口在切向上通向冷却通道使得角度β＝0°时，可以实现明显不对称流。
可替代地或附加的，可以提供，至少一个入口在斜向上通向冷却通道，使得角β满足以下条件：0<β<90°。
当至少一个另外入口在径向上通向冷却通道使得角度β＝90°时，可以实现冷却改善。
因此，可以在冷却通道中实现明显不对称显著冷却剂流。尤其是，通过这样的布置实现有效散热：在该布置中，倾斜入口的入口通道的中心线布置成切向于优选地径向入口的凸出部的曲率圆。
该出口可以布置成关于阀座圈中心与(优选地径向)入口在直径方向上相对，其中，优选地，该入口的中心线和该出口的中心线可以布置在阀座圈的子午平面中。
如果优选地径向入口可以布置成关于阀座圈的中心与出口在直径方向上相对，则对高热负载区的散热是特别有利的，并且其中，该冷却通道可以包括优选地布置在经由出口的阀座圈的子午平面的第一侧上的至少一个另外入口，其中所述第一侧面向排气阀桥。该另外入口可以形成为在切向上通向该冷却通道的切向入口或在斜向上通向该冷却通道的倾斜入口。本发明的特别优选实施例提供了径向入口、斜向入口和切向入口，其中，径向入口可以布置成与出口在直径方向上相对，而两个另外入口(斜向入口和切向入口)可以布置在经过出口的阀座圈的子午平面的一侧上，尤其是在面向排气阀桥的一侧上。这使得排气阀桥的区域得到良好散热。特别有利的是，至少两个入口通道布置成使得其它们的延伸穿过相应入口的中心线在阀座圈的子午平面上的一点处相交，或者在一部件的冷却套的区域中的一点处相交，该部件特别优选地是中部通向燃烧室的注入装置。由于这种布置，使排气阀桥最佳散热的不对称冷却可以以有目的的方式实现。
可以在本发明的范围内进一步提供的是，当在法向于阀座圈的轴线的剖视图中观察时，冷却通道包括凸出部，该凸出部在至少一个入口和/或出口的区域中优选地大致呈镰刀形。
压力损失在具有环形冷却通道的已知布置中出现在入口和出口的区域中，这对冷却有副作用并导致增加阀磨损。由涡流形成和节流作用引起的流动损失通过在入口和/出口的区域中的该大致镰刀形凸出部而得到防止。冷却剂的通过量因此可以增加，并且散热效果改善。
如果凸出部基本上具有至少部分圆形段的形状并且优选地可以用诸如铣刀等转动工具(刀具)制造，则实现简单制造。
当凸出部布置成关于延伸通过入口或出口的中心的子午平面不对称时，诸如排气阀桥高热负载区域的有目的散热可以发生。凸出部关于入口或出口的中心的偏心布置导致流动损失的不对称分配以及因此环形冷却通道的两个分支中的冷却剂的流量的不对称分配，使得冷却通道的两个分支的散热不同。
凸出部的半径r可以是冷却通道的外半径R的0.2倍至0.8倍之间，优选地是冷却通道的外半径R的0.4倍至0.6倍之间。这导致有利的流动横截面形状，以具有最低可能的流动损失和良好的冷却效果。
每个入口与各自铸造入口通道或钻孔入口通道流动连通，而出口与缸盖的铸造出口通道或钻孔出口通道流动连通。
在本发明的特别有利实施例中提供了，阀座圈的冷却通道独立于其余缸盖的冷却***。这允许使用、用于冷却阀座圈的其它压力或冷却介质，所述其它压力或冷却介质不同于例如用于冷却缸盖的压力或冷却介质。具体地说，该入口和出口可以连接到内燃机的润滑油***。
下面将参照附图更详细解释本发明，附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的缸盖的沿图3的线I-I得到的剖视图；
图2示出了根据本发明的第二实施例的缸盖的类似于图1的剖视图；
图3示出缸盖的沿图1中的线III–III得到的剖视图；
图4示出了图3的细节IV；
图5示出了根据本发明的第三实施例的缸盖的类似于图1的剖视图；
图6示出了根据本发明的第四实施例的缸盖的类似于图1的剖视图；
图7示出了根据本发明的第五实施例的缸盖的类似于图1的剖视图；
图8示出缸盖的沿图7中的线VIII–VIII得到的剖视图。
在各实施例中，功能上相同的部件设有相同附图标记。
附图示出了用于内燃机的至少一个缸11的缸盖1，其包括至少一个排气阀2，排气阀2由提升阀(未更详细示出)形成并且仅示出其排气阀开口，其中，一个阀座圈3布置在(例如，压进)缸盖1中以至少用于每个排气阀2。阀座圈3的轴线用附图标记3a标示。被压进或胶合到缸盖1中的阀座圈3被用于冷却剂的环形冷却通道4环绕，冷却通道4形成在(例如，铣进)缸盖1中并且绕阀座圈3在至少一个入口5和一个出口6之间延伸至少180°的角范围α。在实施例中，冷却通道4绕阀座圈3周向形成。也可以考虑中断的构型。入口5与入口通道5a相连，而出口6与出口通道6a相连，其中，入口通道5a和出口通道6a可以由钻孔(内孔)形成。入口通道5a始于缸盖1的侧面1a并径向通向缸中心11a。在缸中心11a的区域中，中心通向缸11的燃烧室14的部件7(例如，火花塞或注入装置)布置在缸中心11a的区域中，其中，部件7至少部分被冷却室8环绕。出口通道6a进入冷却室8。
图1示出了缸盖1的第一实施例，其中，冷却通道4包括在入口通道5a的通向冷却通道4的孔口区域中、即在入口5的区域中的大致镰刀形凸出部10。凸出部10可以基本上具有圆形段的形状并且可以由例如铣刀等切割转动刀具制造。也可以考虑非切削制造，例如通过电火花加工方法。凸出部的半径r有利地从0.2·R≤r≤0.8·R的范围中选择，其中，优选地，凸出部10的半径r处于优选地0.4·R至0.6·R之间。在入口5的区域中的流动损失因以这种方式形成的凸出部10而可以显著降低。类似的凸出部也可以以类似的方式设置在出口6的区域中(未更详细示出)。在图1中，凸出部10布置成关于延伸通过中心线5'的平面ε对称。
图2示出了第二实施例，其与图1不同，使得凸出部10布置成关于延伸通过中心线5”的子午平面ε和/或延伸通过出口6的阀座圈3的子午平面δ不对称。在一方面，流动损失在冷却剂流入冷却通道4期间降低，而在另一方面，实现进入冷却通道4的两个环形部分4a、4b中的冷却剂数量的不对称分配。因此可以实现在子午平面ε和δ的一侧上比在另一侧上更高的散热。具体地说，在布置了镰刀形凸出部10主要部分的子午平面ε、δ的一侧上增加了散热。图3和图4示出了在子午平面ε、δ中的布置的剖视图，其中，入口5在图4中详细示出。
图5示出了在第三实施例中的缸盖1，其中，除了具有径向入口通道5a的径向入口5外，还设置具有切向入口通道15a的切向入口15。切向入口通道15a在切向上通向环形冷却通道4。这导致冷却通道4中的明显的、高度不对称的冷却剂流，其中，冷却剂根据箭头SA、SB流经面向排气阀桥12的冷却通道4的部分4a的量比流经背向排气阀桥12的冷却通道4的另一部分4b的量高，使得，缸盖1在阀座圈3的子午平面ε和δ的侧A上比在侧B上被更强地冷却。
图6示出了缸盖1的第四实施例，其中，类似于图5，除了径向入口5外，还设置具有另外入口通道25a的另外入口25。该另外(倾斜)入口通道25a在平面ε和δ的侧A上以锐角β通向环形冷却通道4，其中，角β形成在该另外(倾斜)入口25的区域中的环形冷却通道4的切线t与第二入口通道25的中心线25'之间。角β选自0°至90°之间。在实施例中，倾斜入口通道25a的中心线25'布置成与第一入口5的凸出部10的具有曲率半径r的曲率圆k相切。这导致冷却通道4中的根据箭头SA、SB的明显不对称冷却剂流，其中，冷却剂流经冷却通道4的面向排气阀桥12的部分4a的量大于流经冷却通道4的背向排气阀桥12的另一部分4b的量。这里，缸盖1也在子午平面ε和δ的侧A上比在侧B上被更强地冷却。
图7示出了具有图5和6所示的措施组合的缸盖1的第五实施例。除了径向入口5外，还提供了两个另外入口(即，切向入口15和倾斜入口25)，其中，所述一个切向入口15包括在切向上通向冷却通道4的切向入口通道15a，而倾斜入口25包括以锐角通向冷却通道4的倾斜入口通道25a。倾斜入口通道25a在平面ε和δ的侧A以锐角β进入环形冷却通道4，其中，角β形成在倾斜入口25的区域中的环形冷却通道4的切线t与倾斜入口通道25的中心线25'之间。角β选自0°至90°之间。两个第二入口通道15a、25a都在面向排气阀桥12的平面ε和δ的侧A上通向环形冷却通道4。这导致冷却通道4中的根据箭头SA、SB的特别强烈明显不对称冷却剂流，其中，冷却剂流经冷却通道4的面向排气阀桥12的部分4a的量比流经冷却通道4的背向排气阀桥12的另一部分4b的量显著更高。缸盖1因此在平面ε的侧A上比在侧B上以显著更高的程度被冷却。
如图5、图6和图7所示，入口通道5、15、25可以形成为使得它们的延伸通过各自入口5、15、25的中心线5'、15'、25'在经过出口6的阀座圈3的子午平面δ上的一点P处相交。该点P有利地位于中心通向燃烧室14的部件7的冷却套8的区域中。这允许简单制造，并且同时允许高效地从排气阀桥12的区域散热。
第一入口通道和第二入口通道5a、15a、25a的内孔随后在缸盖1的侧面1a的区域中由塞子9、19、29密封。
各实施例以每个具有单一出口6的示例性方式示出。应当理解，具有多个出口的构型落在本发明的范围内。
入口5、15、25的入口通道5a、15a、25a可以通过竖直钻孔5b、15b、25b连接到缸体13中的压力源，使得冷却剂流从入口5、15、25至出口6出现，该缸体13以凸缘连接到缸盖1上(在图3和图8中示出)。出口6的出口通道6a可以通过中心部件7的冷却套8流动连接到缸盖1的冷却套8。作为对其的替代，可以考虑具有从出口6至入口5、15、25的反向冷却剂流的实施例，其中，因此出口6连接到压力源而入口5、15、25连接到压降槽。本申请的保护范围涵盖所有可能的冷却剂流向。
也可以在本申请的范围内考虑变型，其中，形成为用来冷却阀座圈3的冷却剂通道4的冷却剂回路独立于缸盖1的冷却回路。因此，可以使用不同的冷却介质来冷却缸盖1和阀座圈3，所述不同的冷却介质诸如一方面是冷却水而另一方面是润滑油。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的缸盖(1)，所述内燃机包括至少一个缸，所述缸盖(1)具有用于提升阀的至少一个阀座圈(3)，其中，所述阀座圈(3)由用于冷却剂的环形冷却通道(4)环绕，所述环形冷却通道(4)至少部分地模制到所述缸盖(1)中，其中，所述冷却通道(4)至少部分地环绕所述阀座圈并且在至少一个入口(5、15、25)和至少一个出口(6)之间延伸，其特征在于，多个入口(5、15、25)通向所述冷却通道(4)，其中，所述入口(5、15、25)优选地布置成关于经过所述出口(6)的所述阀座圈(3)的子午平面(δ)不对称。
2.如权利要求1所述的缸盖(1)，其特征在于，至少一个入口(15、25)在斜向上或在切向上通向所述冷却通道(4)，使得满足以下条件：0≤β<90°，其中，所述角度β形成在通向所述入口(5、15、25)的入口通道(15a、25a)的中心线(15'、25')和位于所述入口(15、25)的区域中的所冷却通道(4)的切线(t)之间。
3.如权利要求1或2所述的缸盖(1)，其特征在于，在至少一个入口(15、25)中，所述角度β小于80°，优选地，小于75°。
4.如权利要求1至3中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，至少一个入口(15)在切向上通向所冷却通道(4)，使得所述角度β等于0°。
5.如权利要求1至4中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，至少一个入口(25)在斜向上通向所冷却通道(4)，使得所述角度β满足如下条件：0<β<90°。
6.如权利要求1至5中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，至少一个另外入口(5)在径向上通向所冷却通道(10)，使得所述角度β等于90°。
7.如权利要求1至6中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，入口(5)、优选地在径向上通向所冷却通道(4)的径向入口(5)布置成与所述出口(4)关于所述阀座圈(3)的轴线(3a)在直径方向上相对。
8.如权利要求1至7中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，至少一个入口(15、25)、优选地在切向上通向所冷却通道(4)的入口(15)和/或在斜向上通向所冷却通道(4)的入口(25)布置在经过所述出口(6)的所述阀座圈(3)的子午平面(δ)的第一侧(A)上，所述第一侧优选地面向排气阀桥(12)。
9.如权利要求1至8中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，当在法向于所述阀座圈(3)的所述轴线(3a)的剖视图中观察时，所述冷却通道(4)包括在至少一个入口(5、15、25)和/或所述出口(6)的区域中的至少一个优选地大致呈镰刀形的凸出部(10)。
10.如权利要求9所述的缸盖(1)，其特征在于，所述凸出部(10)基本上具有至少部分圆形段的形状，并且能够优选地由转动工具制造。
11.如权利要求9或10所述的缸盖(1)，其特征在于，所述凸出部(10)布置成关于延伸通过所述入口(5、15、25)或所述出口(6)的中心(5”、15”、25”；6”)的子午平面(β、δ)不对称。
12.如权利要求9至11中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，所述凸出部(10)的半径r与所述冷却通道(4)的半径R满足以下关系：0.2·R≤r≤0.8·R，优选地，0.4·R≤r≤0.6·R。
13.如权利要求9至12中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，在斜向上通向所述冷却通道(4)的入口(25)的所述入口通道(25)的中心线(25')布置成切向于另外入口(5)的凸出部(10)的曲率圆(k)，所述另外入口(5)优选地在径向上通向所述冷却通道(4)。
14.如权利要求1至13中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，至少两个入口通道(5、15、25)布置成使得它们的延伸通过相应入口(5、15、25)的中心线(5'、15'、25')在经过所述出口(6)的、所述阀座圈(3)的子午平面(δ)上的一点(P)处相交，并且/或者在一部件(7)的冷却套(8)的区域中的一点(P)处相交，所述部件(7)特别优选地是喷射装置，优选地中部通向燃烧室(4)。
15.如权利要求1至14中的一项所述的缸盖(1)，其特征在于，所述阀座圈(3)的所述冷却通道(4)独立于其余缸盖(1)的冷却***。
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