CN107313872B - 内燃发动机的气缸盖 - Google Patents

Abstract

公开了一种内燃发动机的气缸盖。发动机设置有气缸盖，在气缸盖中限定有由一系列通道形成的冷却剂夹套，所述通道通过一系列弯曲的连接部相互连接，以围绕着气缸盖的火花塞、排气门和一体式排气歧管引导冷却剂。冷却夹套具有第一纵向通道、第二纵向通道和第三通道，第一纵向通道具有围绕火花塞的环形部分，第二纵向通道具有围绕排气门的环形部分，第三通道围绕一体式排气歧管并流体连接第一纵向通道和第二纵向通道。第一纵向通道具有在冷却剂流动方向上连续减小的横截面积，第二纵向通道具有在冷却剂流动方向上连续增大的横截面积。

Description

内燃发动机的气缸盖

技术领域

各个实施例涉及一种内燃发动机的气缸盖及其冷却。

背景技术

内燃发动机可能需要在发动机操作期间根据气缸内燃烧过程产生的热进行冷却。发动机可由气缸体和气缸盖形成，气缸体和气缸盖配合以限定气缸。发动机气缸体和气缸盖可具有形成在其中的各种通道，以提供通过发动机的冷却剂流，从而在操作期间控制温度。

发明内容

在一个实施例中，一种气缸盖设置有限定冷却夹套的构件，所述冷却夹套具有第一纵向通道、第二纵向通道和第三通道，第一纵向通道具有围绕火花塞的环形部分，第二纵向通道具有围绕排气门的环形部分，第三通道围绕一体式排气歧管并流体连接第一纵向通道和第二纵向通道。第一纵向通道具有在冷却剂流动方向上连续减小的横截面积，第二纵向通道具有在冷却剂流动方向上连续增大的横截面积。

在另一实施例中，一种发动机设置有气缸盖，气缸盖具有与气缸体的相应表面配合的平台面。在气缸盖中限定冷却夹套，所述冷却夹套由一系列通道形成，所述通道通过一系列弯曲的连接部相互连接以围绕着气缸盖中的火花塞、排气门和一体式排气歧管引导冷却剂。冷却夹套中的每个通道的长度均大于通道的平均有效直径。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套具有第一通道，第一通道沿着气缸盖的第一纵向轴线延伸并具有围绕每个火花塞的环形区域，第一通道具有连续减小的横截面积；其中，所述冷却夹套具有第二通道，第二通道沿气缸盖的第二纵向轴线延伸并具有围绕每个排气门的环形区域和跨过气缸盖的每个排气桥延伸的桥通道，第二通道具有连续增大的横截面积。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套具有围绕所述一体式排气歧管并邻近气缸盖排气面的第三通道。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套具有一系列下通道，所述一系列下通道将第一通道流体地连接到第三通道并且所述一系列下通道彼此纵向间隔开，所述一系列下通道中的每个下通道的横截面积均随着第一通道的横截面积的减小而增大。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套具有一系列上通道，所述一系列上通道将第三通道流体地连接到第二通道并且所述一系列上通道彼此纵向间隔开，所述一系列上通道中的每个上通道的横截面积随着第二通道的横截面积的增大而减小。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套的互相连接的通道被布置为使得冷却剂从第一通道依次流过一系列下通道、第三通道、一系列上通道，并流到第二通道。

根据本发明的一个实施例，所述发动机还包括限定气缸体冷却夹套的气缸体；其中，气缸盖中的冷却夹套限定至少一个供给通道，所述供给通道将气缸体冷却夹套流体地连接到第一通道以向第一通道提供冷却剂。

根据本发明的一个实施例，所述发动机还包括流体地连接到第二通道的出口。

根据本发明的一个实施例，所述发动机还包括泵送***，以驱动冷却剂流过冷却夹套；其中，泵送***包括(i)电动冷却剂泵或(ii)第一机械冷却剂泵和第二电动冷却剂泵，电动冷却剂泵驱动冷却剂流过冷却夹套，第一机械冷却剂泵在发动机操作期间驱动冷却剂流过冷却夹套，第二电动冷却剂泵在发动机不工作时驱动冷却剂流过冷却夹套。

在又一实施例中，一种发动机部件具有限定冷却夹套的气缸盖。冷却夹套具有从气缸盖的第一端部区域纵向延伸到气缸盖的第二端部区域的第一通道，第一通道具有朝向第二端部区域且沿冷却剂流经的方向连续减小的横截面积。第一通道具有一系列环形区域，每个环形区域均围绕尺寸适于接纳火花塞的凹入。所述冷却夹套具有从气缸盖的第二端部区域纵向延伸到气缸盖的第一端部区域的第二通道，第二通道具有朝向第一端部区域且沿着冷却剂流经的方向连续增大的横截面积。第二通道接收来自第一通道的冷却剂。第二通道具有一系列成对的环形区域，每对环形区域均围绕一对凹入，所述凹入的尺寸适于接纳一对排气门。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套具有一系列通道，所述通道将第一通道流体地连接到第二通道以向第二通道提供流动，所述一系列通道在气缸盖的第一端部和第二端部之间彼此纵向间隔开，其中，所述一系列通道中的每个通道的横截面积均朝向气缸盖的第二端部增大。

根据本发明的一个实施例，所述冷却夹套具有围绕气缸盖中的一体式排气歧管的排气通道的环形通道，所述环形通道邻近气缸盖的排气面且接收来自第一通道的冷却剂。

根据本发明的一个实施例，第二通道经由所述环形通道接收来自第一通道的冷却剂。

附图说明

图1示出了能够实现所公开的实施例的内燃发动机的示意图；

图2示出了传统的冷却夹套***的芯和根据实施例的冷却夹套的芯的透视图；

图3示出了根据实施例的冷却夹套的透视图；

图4示出了图3的冷却夹套的另一透视图；

图5示出了图3的冷却夹套的流动示意图；

图6示出了根据另一实施例的冷却夹套的流动示意图；

图7示出了根据又一实施例的冷却夹套的流动示意图。

具体实施方式

根据需要，在此提供本公开的详细实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，并且可按照各种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本公开的代表性基础。

图1示出了示意性的内燃发动机20。发动机20具有多个气缸22，其中一个气缸被示出。发动机20可具有任意数量的气缸，并且气缸可以以各种结构进行布置。发动机20具有与每个气缸22相关联的燃烧室24。气缸22由气缸壁32和活塞34形成。活塞34连接到曲轴36。燃烧室24与进气歧管38和排气歧管40流体连通。进气门42控制从进气歧管38进入到燃烧室24的流动。排气门44控制从燃烧室24到排气***40或排气歧管的流动。进气门42和排气门44可以以本领域中已知的各种方式操作以控制发动机操作。

燃料喷射器46将燃料从燃料***直接输送到燃烧室24中，因此发动机是直喷式发动机。发动机20可使用低压或高压燃料喷射***，或者在其它示例中可使用进气道喷射***。点火***包括火花塞48，火花塞48被控制为提供火花形式的能量以点燃燃烧室24中的燃料空气混合物。火花塞48可位于气缸22的顶部或一侧。在其它实施例中，可使用其它燃料输送***和点火***或技术(包括压缩点火)。

发动机20包括控制器和各种传感器，这些传感器被配置为向控制器提供信号用于控制向发动机输送的空气和燃料、点火正时、发动机输出的功率和扭矩、排气***等。发动机传感器可包括但不限于排气***40中的氧传感器、发动机冷却剂温度传感器、加速踏板位置传感器、发动机歧管压力(MAP)传感器、针对曲轴位置的发动机位置传感器、进气歧管38中的空气质量传感器、节气门位置传感器、排气***40中的排气温度传感器等。

在一些实施例中，发动机20被用作车辆(诸如，传统车辆或停止-启动车辆)中唯一的原动机。在其它实施例中，发动机可被用在混合动力车辆中，其中附加的原动机(诸如，电机)可用于提供额外的动力以推进车辆。

每个气缸22可以在包括进气冲程、压缩冲程、点火冲程和排气冲程的四冲程循环下操作。在其它实施例中，发动机可以以两冲程循环进行操作。在进气冲程期间，进气门42打开，排气门44关闭，同时活塞34从气缸22的顶部运动到气缸22的底部，以将空气从进气歧管引入到燃烧室。活塞34在气缸22的顶部的位置通常称为上止点(TDC)。活塞34在气缸底部的位置通常称为下止点(BDC)。

在压缩冲程期间，进气门42和排气门44关闭。活塞34从气缸22的底部向顶部运动以压缩燃烧室24内的空气。

燃料被引入到燃烧室24中并被点燃。在所示的发动机20中，燃料被喷射到燃烧室24中，然后使用火花塞48点燃。在其它示例中，可使用压缩点火点燃燃料。

在膨胀冲程期间，燃烧室24中点燃的燃料空气混合物膨胀，从而使活塞34从气缸22的顶部运动到气缸22的底部。活塞34的运动引起曲轴36相应地运动并且提供发动机20的机械扭矩输出。

在排气冲程期间，进气门42保持关闭，排气门44打开。活塞34从气缸的底部运动到气缸22的顶部，以通过减小燃烧室24的容积从燃烧室24中排出废气和燃烧产物。废气从燃烧的气缸22流动到如下描述的排气***40和后处理***(诸如，催化转化器)。

进气门42和排气门44的位置和正时以及燃料喷射正时和点火正时可针对各个发动机冲程而变化。

发动机20具有彼此配合以形成燃烧室24的气缸体70和气缸盖72。缸盖密封垫(未示出)可布置在气缸体70和气缸盖72之间以密封燃烧室24。气缸体70具有沿着分模线74与气缸盖72的缸盖平台面(deck face)相对应并配合的缸体平台面。

发动机20包括流体***80。在一个示例中，流体***80是从发动机20去除热的冷却***80。在另一示例中，流体***80是润滑发动机部件的润滑***。

对于冷却***80而言，从发动机20去除的热的量可由冷却***控制器、发动机控制器、一个或更多个恒温器等来控制。***80可作为在发动机中铸造、机加工或以其它方式形成的一个或更多个冷却夹套而一体形成到发动机20中。***80具有可含有乙二醇/水防冻混合物、另一种水基流体或另一种冷却剂作为工作流体的一个或更多个冷却回路。在一个示例中，冷却剂回路具有位于气缸体70中的第一冷却夹套84和位于气缸盖72中的第二冷却夹套86，夹套84、86彼此流体连通。在另一示例中，夹套86是独立控制的并与夹套84相独立。冷却回路80和夹套84、86中的冷却剂从高压区域向低压区域流动。

流体***80具有一个或更多个泵88。在冷却***80中，泵88将回路中的流体供应给气缸体70中的流体通道，然后到达气缸盖72。冷却***80还可包括阀或恒温器(未示出)以控制冷却剂的流动或压力或者引导***80内的冷却剂。气缸体70中的冷却通道可邻近一个或更多个燃烧室24和气缸22。类似地，气缸盖72中的冷却通道可邻近一个或更多个燃烧室24和排气门44的排气口。流体从气缸盖72流出发动机20，流到热交换器90(诸如，散热器，其中热从冷却剂传递到环境中)。

图2示出了用于形成气缸盖的传统的上冷却夹套100和下冷却夹套102的芯的透视图。传统的夹套100、102可被大体设计为占据气缸盖的大部分以在开式夹套构造中经其分配冷却剂。图2中还示出了根据本公开并以虚线示出的冷却夹套200以进行比较。气缸盖可以是如上参照图1所述的用于发动机20的气缸盖72。夹套100、102、200被示出用于直列三缸发动机的气缸盖，这种发动机具有位于气缸盖中的一体式排气歧管且每个气缸设有四个顶置气门(例如，每个气缸具有两个进气门和两个排气门)；然而，根据本公开，冷却夹套200可被构造用于其它气缸盖和发动机构造。冷却夹套100、102、200被示出为用于形成气缸盖内的每个夹套的冷却通道的芯。每个芯表示气缸盖内相应通道的负视图，并且可以表示在气缸盖的铸造过程中所使用的砂芯或失芯(lost core)的形状。

大体如图2中I、II、III所布置和示出的，气缸盖与相应的气缸体配合以提供三个气缸，且气缸盖可如图1所示的接收来自气缸体的冷却剂。气缸盖为每个气缸的两个进气门提供支撑，所述进气门位于相关联的气缸的如图2所示的区域150中。每个气缸的火花塞位于区域152中。每个气缸的第一排气门和第二排气门位于区域154、156中。气缸盖具有穿过区域158的一体式排气歧管，区域158邻近气缸盖的排气面。如图1所示，排气歧管40附连到气缸盖的排气面。一体式排气歧管提供形成在气缸盖内的从排气门和排气口到气缸盖的排气面的排气通道或流道，其中，在该排气面处连接排气歧管、涡轮增压器等。

与传统的夹套100、102相比，冷却夹套200为气缸盖提供了等效冷却，但占据了气缸盖的更小体积。由于冷却夹套200的体积小于传统的夹套100、102，因此可使用更小的泵88在冷却夹套200内提供相同的流速和传热速率。类似地，由于冷却夹套200的体积小于传统的夹套100、102，因此使用相同的泵88可提供更高的流速和传热速率。冷却夹套200仅将冷却剂引导到在发动机操作期间是热的且需要冷却的气缸盖区域。冷却夹套200不会将冷却剂引导到在发动机操作期间温度升高但在最大发动机负载和高的环境温度下保持在气缸盖材料的熔点以下或特定阈值以下的发动机区域。

冷却夹套200的冷却通道可形成为如本文所描述的复杂的形状和结构，并在部件或气缸盖被铸造、模制等时形成为通常不需要进一步机加工或处理的净成形。部件或气缸盖可由金属(例如，铝或铝合金)以高压、近净压铸或净压铸工艺形成。在一个示例中，冷却夹套由失芯材料(诸如盐芯、砂芯、玻璃芯、泡沫芯或其它合适的失芯材料)形成或包括失芯材料。

冷却夹套200设置有使流动干扰最小化的形状。例如，流体连接部(junction)被设置为y形连接部。流体通道可具有连续增大或减小的锥形截面。由冷却夹套中的流体通道制成的转角是使用光滑的弯曲结构制成的，并且可具有不大于九十度的弯曲度，且可包括比通道直径大数倍的曲率半径。冷却夹套200可具有轻微的弧度或弯曲以在部件的限制内更好地封装通道。

冷却夹套200中的流体通道可具有圆形截面形状或其它截面形状，包括椭圆形、卵形或包括凸凹区域的形状(例如，芸豆形状)以及其它规则和不规则形状。冷却夹套200的通道的截面形状可大体相同或者可在夹套内的不同位置处相对其它通道变化或在单个通道内变化。此外，夹套200内的通道的有效直径或横截面积可在***件的各个区域中增大或减小，例如，作为增大或减小的锥形部分。变化的横截面积可被设置为逐渐的、连续的变化，并且没有任何梯级或间断，以减少流体回路中的流动损失或使流动损失最小化。

还要注意，冷却夹套200可去除存在于如图2所示出的传统的冷却夹套100、102中的各种塞子或端盖。这通过减少可能发生流体泄漏的位置来改善***200的完整性，并进一步减少了冷却夹套的体积，从而产生更高效率的***。由于减少了形成诸如气缸盖的成品部件的步骤和工艺的数量，因此还增加了可制造性。

冷却夹套200具有如图3至图4所示的一系列相互连接的流体通道，流体通道将增压后的润滑剂引导到气缸盖的各个区域以用于气缸盖的热管理。基于本公开，严密地控制通道的位置、形状和尺寸，以在发动机操作期间控制气缸盖的温度，并提供有效的高效冷却夹套。冷却夹套200的通道具有各种弯曲形状和结构，并在横截面积和方向上平滑地变化，以降低流动损失。例如，总压力损失是由于摩擦导致的，该摩擦由以下两个不同方面组成：一方面是由于一定长度的封闭管道造成的主要损失；另一方面是由流动路径中的弯曲和/或流动面积的突然变化引起的局部损失。局部损失通常称为“K损失”，并且是这两种损失中更容易控制并减少***的总压力损失的损失。

通过改善冷却夹套200的流动特性，可使用较小型的泵88，并且***可以以更高的效率进行操作，从而提高发动机效率、燃料经济性，并减少发动机的总寄生损失。通道的尺寸(例如，圆形通道的直径或非圆形截面通道的有效直径)和长度影响夹套200内的压力、流量和损失。所述尺寸也可以指通道的横截面积，其中横截面积与有效直径相关。同样，通道的形状(例如，通道中的转角或弯曲的数量、转角的紧密程度以及直径的变化)也影响夹套200内的压力、流量和损失。通道的逐渐的、平滑的或连续的直径或面积变化使流动损失比离散的或梯级的直径变化更低。类似地，平滑的、弧形的弯曲或转角使流动损失比具有拐角性质的成角度的转角或弯曲更低。

传统的冷却夹套100、102通常被成形为在满足燃烧要求和部件定位要求之后无论气缸盖体积剩余多少，都供给冷却剂。在冷却夹套100、102与气缸盖的剩余体积相关联之后，可使用平衡和罗纹技术或者简单地通过增加泵的体积流量(例如，通过调节叶片形状，改变传动装置以提高泵转速等)来解决各种局部的流动和/或热问题。使用传统的冷却夹套100、102，气缸盖的区域会“过冷”，并且气缸盖的其它区域可能需要更多的冷却。随着发动机设计的变化，例如，在转变至增压压力更高的涡轮增压发动机或增压发动机时，发动机工作温度将增加，并且发动机冷却需求也会增加。冷却夹套100、102的冷却能力会限制发动机增压压力或其它发动机设计特性。此外，当冷却***中的泵充当发动机的寄生损失时，冷却夹套100、102中的任何低效性还会降低发动机的整体燃料效率。此外，冷却夹套100、102的大通道和体积需要更长的时间来加热和/或冷却，这直接影响排放要求。

冷却夹套200通过提供通道尺寸变化且互连的冷却通道网络来提供冷却剂的定向流动，以减少通过夹套200的流动损失或者使流动损失最小化，并将更高或最大化的流速提供给热载荷高的气缸盖区域或临界区域，而气缸盖的普通区域具有低的工作温度和低的热负荷。夹套200设置有通道互连的网络，其被布置为以均匀的方式将流动首先分配到优先级高的热通量位置。夹套200中的通道的形状和尺寸可基于相关联的气缸盖的结构、相关联的气缸盖和发动机的热通量以及各种制造限制而变化。结果，冷却夹套200向具有较高工作温度的区域提供更冷和更快的冷却剂，从而提高了夹套200和整个冷却***的效率。夹套200中的通道的大小可大体被形成为具有窄的或小的直径，例如在多个示例中，通道的长径比大于3、大于5或大于10。

冷却夹套200的总体积相对于夹套100、102显著减小。当夹套200中的通道的体积减小或最小化时，夹套200的总体积减小，并且预热/冷却气缸盖的时间也会减少。

类似地，由于夹套200的体积较小，对用于冷却***的泵需求降低，因此需要的操作功率较低并提供增加的***效率。

夹套200的各种通道的尺寸被形成为在发动机操作期间为气缸盖的高温区域提供足够的冷却。类似地，为了防止例如在发动机或车辆关闭之后诸如夹套200的通道中的冷却剂的气相变化的问题，可设置辅助电动冷却剂泵89以使冷却剂在发动机或车辆关闭之后循环并防止相变。冷却剂泵89可与泵88顺序布置用于串联流动，或者可如图1所示与泵88并联布置用于并联流动。

图3至图4示出了根据本公开并如图2所示的冷却夹套200的透视图。图5示出了图3至图4的冷却夹套的示意图。“S”、“M”和“B”表示相似元件相对于彼此的尺寸，S表示最小尺寸，M表示中等或中间尺寸，B表示最大尺寸。当在一组相似元件中提供三个以上的通道时，相对尺寸趋势可以保持相同，通道相对于彼此按最大到最小布置，或者按最小到最大布置。

夹套200具有第一主通道202和第二主通道204。每个通道202、204大体沿着发动机的纵向轴线226延伸或平行于发动机的纵向轴线226延伸。通道202可以是入口通道，并且大体与冷却气缸盖的火花塞区域152相关联。通道204可以是出口通道，并且大体与冷却气缸盖中的排气门区域154和相邻气门之间的排气门桥相关联。第一通道和第二通道通过一体式排气歧管(IEM)冷却通道206连接，冷却通道206与冷却围绕IEM的区域158和气缸盖的排气面相关联。第一通道202从流体连接到气缸体中的冷却夹套84的冷却剂供给通道接收冷却剂。第二通道204将冷却剂提供给气缸盖的冷却剂出口，冷却剂进而流入冷却***80中的泵、散热器或其它部件。

入口通道202接收至少一种冷却剂供给，并且在本示例中，在发动机的四个纵向位置处接收冷却剂供给。气缸体冷却夹套84可设置在具有敞开式平台、半敞开式平台或封闭式平台的发动机中，并且在气缸体平台面和/或气缸盖密封垫中适当地设置孔，以提供从气缸体到气缸盖夹套200的冷却剂流。在本示例中，入口通道202经由位于发动机的第一端212的第一供给通道208和第二供给通道210从气缸体中的冷却夹套接收冷却剂供给。入口通道202经由第三供给通道214和第四供给通道216接收另一冷却剂供给，经由第五供给通道218和第六供给通道220接收又一冷却剂供给，并在发动机的相对端224处接收最后的第七冷却剂供给222，使得冷却剂大体通过图3中的通道202从右向左流动。通道222的横截面积可大于图3所示的横截面积，可通过使用孔口(例如，使用气缸盖密封垫中的孔口)而限制通过通道222的流动，或者在夹套200中可能不存在通过通道222的流动。可通过使用孔口(例如，气缸盖密封垫中的孔口)而在相应供给通道的入口处限制通过任何供给通道的流动。

在本示例中，气缸盖的每个纵向位置处的供给通道均位于发动机的主纵向轴线226的任一侧上。在其它示例中，可在发动机的纵向位置处仅设置一个供给通道，或者可设置多于两个供给通道。在本示例中，处于下面的发动机缸体冷却夹套中的冷却剂从发动机的端部224流到发动机的另一端部212。在其它示例中，处于下面的发动机缸体中的冷却剂可沿相反的方向流动或者以另一种流动方式流动。

冷却夹套200还具有与连接到相关联的供给通道的每对进气门(inlet valve)相关联的进气门冷却通道228。在其它示例中，夹套200可不具有进气门冷却通道228。出于图5的清楚起见，进气门冷却通道228仅在图3至图4中示出。进气门冷却通道228可设置为提供小的冷却剂流或为气缸体夹套的区域提供释放，并且不会对气缸盖夹套200的流动产生明显的影响。通道228可具有各种尺寸，并且其横截面积可比图3所示的横截面积更大。或者，可通过使用孔口来限制通过通道228的流动。

每个供给通道208至222的横截面积比在前的上游供给通道小。各个供给通道的横截面积沿着供给通道的长度增加，以使供给通道中的冷却剂平稳地流入且与入口通道中的冷却剂进行混合。每个纵向位置处的供给通道可具有彼此相等的横截面积和总体形状，或者在横截面积和/或形状上可不同。在本示例中，供给通道208比下游的供给通道214具有更大的横截面积，供给通道214又比下游的供给通道218具有更大的横截面积，供给通道218比供给通道222具有更大的横截面积。

入口通道202本身的横截面积沿着通道202的长度和冷却剂经其流过的方向连续地减小。通道202包括环形通道区域230、232、234以提供围绕火花塞的冷却剂流。环形通道区域可具有与入口通道202的在前的紧邻环形通道区域的部分相等的横截面积。本示例具有三个环形通道区域，其横截面积与整个入口通道202的横截面积减小对应地减小。环形通道区域230具有比下游的环形通道区域232更大的横截面积，环形通道区域232又具有与下游的环形通道区域234相比更大的横截面积。

冷却剂流在每个环形通道区域230、232、234处通过一系列下通道中的相应下通道236、238、240离开入口通道202。每个下通道236、238、240将入口通道202的相应环形通道区域与IEM冷却通道206流体连接。每个下通道236、238、240与在前的上游下通道相比具有更大的横截面积。在本示例中，下通道236具有比下通道238更小的横截面积，而下通道238又具有比通道240更小的横截面积。单个下通道的横截面积可沿着下通道的长度方向增大。每个下通道可大体跟随发动机的排气流道或通道并位于排气流道或通道的下方，以帮助冷却邻近排气通道的气缸盖。

IEM冷却通道206提供围绕与气缸盖的排气面(如区域158所示)邻近的排气通道的通道。在没有冷却的情况下，由于排气组件连接到排气面，在发动机运转期间气缸盖的排气面会达到高温，并因此限制了流向周围环境的热损失。

冷却剂通过上通道246、248、250离开IEM通道206。冷却剂经由IEM通道的第一部分242或第二部分244从下通道流过IEM通道206而流到上通道。在本示例中，上通道246、248、250彼此连接并且汇合以提供到IEM通道206的单个流体连接。IEM冷却通道206的横截面积与下通道240的出口的横截面积相匹配或略大于该出口的横截面积，并且在一个示例中，这会产生大约为出口240处的横截面积的一半的横截面积，并且这是基于作为环形通道的IEM通道206的，此处流动可通过环形通道206上的两个单独的路径流到三个可能的出口246、248和250。

如下所述，每个上通道246、248、250在沿着相对于发动机的纵向轴线226而言的出口通道204的多个位置处将IEM通道206流体连接到第二出口通道204。每个上通道246、248、250与在后的下游上通道相比具有更大的横截面积。在本示例中，上通道246具有比上通道248更大的横截面积，上通道248又具有比通道250更大的横截面积。单个上通道的横截面积可沿着上通道的长度减小。每个上通道可大体跟随发动机的排气流道或通道并且位于排气流道或通道的上方，以帮助冷却邻近排气通道的气缸盖。

第二通道或出口通道204本身的横截面积沿通道204的长度和冷却剂经其流动的方向连续增大。通道204包括用于冷却与每对排气门邻近的气缸盖的排气门区域252、254、256。每个排气门区域具有围绕气缸的每个排气门的第一环形区域258和第二环形区域260，以提供一对环形区域。桥区域262连接一对环形区域258、260，并提供直接流过或跨过气缸中的排气桥的冷却剂流动。在没有足够的冷却的情况下，排气桥会由于邻近燃烧室的排气区域并位于两个排气门和端口之间而达到高的工作温度。排气门区域254、256具有与针对区域252所描述的结构相比相似的结构。

每个排气门区域的横截面积可与在前的紧邻排气门区域的出口通道204的横截面积相等。本示例具有三个排气门通道区域，其横截面积的增大对应于整个出口通道204的横截面积的增大。排气门区域252具有比下游的排气门区域254更小的横截面积，排气门区域254又具有与下游的排气门区域256相比更小的横截面积。

在一个示例中，每个上通道246至250可刚好在每个排气门区域前面连接到出口通道204。在其它示例中，上通道可连接到出口通道的排气门区域(例如，环形区域)。

冷却夹套200具有来自出口通道204的单个出口264。在其它示例中，冷却夹套200可具有多于一个的出口。通道266为冷却夹套200提供脱气线路，并且大***于气缸盖中的冷却夹套200的高点处。通道266可具有各种尺寸，并且可比图3所示的横截面积更大或更小。或者，可通过使用孔口来限制通过通道266的流动，或者如果夹套具有替代的脱气策略，则可在夹套200中不存在通过通道266的流动。

入口通道202和出口通道204中的冷却剂沿相反的方向流动，并且在气缸盖和发动机中大体纵向流动。在其它示例中，冷却剂可在入口通道202和出口通道204中沿相同方向流动；然而，上通道的横截面积大体上反置。

如图3至图4所示，夹套200的每个通道为冷却剂提供平滑的弯曲的流动路径，而没有流动扰动、突然的约束或急剧的弯曲或转角，并且通道在同样也是平滑的、弯曲的和连续的连接部或交汇处接合。因此，夹套200中的损耗减小，流量和冷却效率提高。

类似地，夹套200中的每个通道提供连续变化的横截面积。入口通道202的横截面积随着流体流动而减小，出口通道204的横截面积随着流体流动而增大。连接到入口通道或出口通道的横流通道的横截面积相对于彼此不同。在本示例中，横流通道可以是上通道或下通道。例如，一系列横流通道中的横流通道的横截面积随着相应的入口通道或出口通道的横截面积的减小而增大。

图6中示意性地示出了根据本公开的另一冷却夹套300。对于与图3至图5中所示的元件相同或相似的元件指定相同的标号。“S”、“M”和“B”表示相似元件相对于彼此的大小，S表示最小，M表示中等或中间大小，B表示最大。图6提出并行流动路径，并且整体概念布局是完整的，例如，它具有更多的蜘蛛网状样貌，其可提高和改进气缸盖冷却管理和热管理。

夹套300的第一通道202由三个供给通道302、304、306供给。三个供给通道中的每一个与冷却剂源(例如，气缸体夹套84)流体连通。供给通道302、304、306各自流体地连接到通道202的相应的环形区域230、232、234(与图5所示的环形通道的上游相对)。

一系列下通道236、238、240可在各自的环形区域230、232、234的下游连通到第一通道202，并且可在流体流到IEM通道206之前接合或合并在一起。上通道246、248、250以及具有环形排气口区域252、254、256的第二通道204可以以与上面参照图3至图5描述的相似的方式布置。

图7中示意性地示出了根据本公开的另一冷却夹套400。对于与图3至5中所示的相同或相似的元件指定相同的标号。“S”、“M”和“B”表示相似元件相对于彼此的大小，S表示最小，M表示中等或中间大小，B表示最大。在图7中，与先前描述的夹套相比，排气门区域154、156在夹套中的冷却路径中具有更高的优先级。

主供给通道402向第一通道202和环绕火花塞的环形区域230、232、234提供冷却剂。第一通道202的每个环形区域还可接收(例如)来自气缸体冷却夹套的供给403、404、406。第一系列通道408至418将第一通道202的环形区域流体连接到IEM通道206，IEM通道206可具有如图所示的不均匀的横截面积。冷却剂通过通道420从IEM通道206流出，通道420与冷却剂出口422连接。

第二系列通道424至428将第一通道202流体连接到第二通道204。第二通道包括用于冷却排气门的环形区域252、254、256。冷却剂经由通道430从流体通道204流出。通道430在冷却剂出口422之前与通道420合并。如从图7可以看出的，冷却剂被引导为首先冷却气缸盖的火花塞区域，然后分成分流并行流动配置以将冷却剂引导到气缸盖的IEM区域和排气门区域。

通常，冷却夹套可根据以下一般原则来设定尺寸。当然，(例如)由于气缸盖的整体结构和其它***所施加的封装约束等可能需要由此有所偏离。入口通道的横截面积连续减小，而出口通道的横截面积连续增大。连接入口通道和出口通道的横流通道在横截面上彼此不同，其中提供从入口通道到出口通道的流动的第一个通道具有比提供从入口通道到出口通道的流动的最后一个通道更小的横截面积。冷却夹套的入口和出口的横截面积彼此大体相等，或者出口横截面积大于入口横截面积。如下所述，在***的各个阶段下，***的横截面积大体保持恒定的值。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本公开的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下能够进行各种变化。此外，可组合各个实施的实施例的特征以形成本公开的进一步的实施例。

Claims (9)

1.一种气缸盖，包括：

限定冷却夹套的构件，所述冷却夹套具有第一纵向通道、第二纵向通道和第三通道，所述第一纵向通道具有围绕火花塞的环形部分，所述第二纵向通道具有围绕排气门的环形部分，所述第三通道围绕一体式排气歧管并流体地连接第一纵向通道和第二纵向通道，第一纵向通道具有沿着冷却剂流动方向连续减小的横截面积，第二纵向通道具有沿着冷却剂流动方向连续增大的横截面积。

2.根据权利要求1所述的气缸盖，其中，所述冷却夹套具有将第一纵向通道流体地连接到第三通道的第一下通道和第二下通道，第一下通道和第二下通道连接到第一纵向通道，使得第二下通道位于第一下通道的下游且与第一下通道在纵向上间隔开，第二下通道具有比第一下通道更大的横截面积。

3.根据权利要求1所述的气缸盖，其中，所述冷却夹套具有将第三通道流体地连接到第二纵向通道的第一上通道和第二上通道，第一上通道和第二上通道连接到第二纵向通道，使得第二上通道在第一上通道的下游且与第一上通道在纵向上间隔开，第二上通道具有比第一上通道更小的横截面积。

4.根据权利要求1所述的气缸盖，其中，所述冷却夹套具有供给通道，所述供给通道将气缸体夹套流体地连接到第一纵向通道，以向第一纵向通道提供冷却剂。

5.根据权利要求1所述的气缸盖，其中，所述冷却夹套具有出口通道，所述出口通道从第二纵向通道接收冷却剂流。

6.根据权利要求1所述的气缸盖，其中，第一纵向通道位于第二纵向通道和平台面之间，其中，第一纵向通道和第二纵向通道中的每一个从所述构件的第一端部区域延伸到相对的第二端部区域。

7.根据权利要求1所述的气缸盖，其中，所述冷却夹套由弯曲的壁形成并且不具有台阶式间断。

8.一种发动机，包括：

气缸盖，具有与气缸体的相应表面配合的平台面，在气缸盖中限定有冷却夹套，所述冷却夹套由通过一系列弯曲的连接部相互连接的一系列通道形成以围绕着气缸盖中的火花塞、排气门和一体式排气歧管引导冷却剂，每个通道的长度均大于通道的平均有效直径，

其中，所述冷却夹套具有第一通道，第一通道沿着气缸盖的第一纵向轴线延伸并具有围绕每个火花塞的环形区域，第一通道具有连续减小的横截面积；

其中，所述冷却夹套具有第二通道，第二通道沿气缸盖的第二纵向轴线延伸并具有围绕每个排气门的环形区域和跨过气缸盖的每个排气桥延伸的桥通道，第二通道具有连续增大的横截面积。

9.一种发动机部件，包括：

气缸盖，限定冷却夹套；

其中，所述冷却夹套具有从气缸盖的第一端部区域纵向延伸到第二端部区域的第一通道，第一通道具有朝向第二端部区域且沿冷却剂流经的方向连续减小的横截面积，第一通道具有一系列环形区域，每个环形区域均围绕具有适于接纳火花塞的尺寸的凹入；

其中，所述冷却夹套具有从气缸盖的第二端部区域纵向延伸到第一端部区域的第二通道，第二通道具有朝向第一端部区域且沿着冷却剂流经的方向连续增大的横截面积，第二通道接收来自第一通道的冷却剂，第二通道具有一系列成对的环形区域，每对环形区域均围绕具有适于接纳一对排气门的尺寸的一对凹入。

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