CN110709596A - 具有气门座环冷却机构的缸头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于具有至少一个气缸的内燃机的缸头(1)，具有至少一个用于提升气门的气门座环(5)，其中气门座环(5)配有环形冷却通道(6，6’)，其至少在进流道(7，7’)的至少一个入口孔(70，70’)和排流道(8，8’)的至少一个出口孔(80，80’)之间至少部分围绕气门座延伸，其中，进流道(7，7’)和排流道(8，8’)布置在气缸的同一侧。为了更好的冷却气门座和更简单的加工，进流道(7，7’)沿切向经由入口孔(70，70’)通入环形冷却通道(6，6’)，排流道(8，8’)沿切向经由出口孔(80，80’)自环形冷却通道(6，6’)分出。

Description

具有气门座环冷却机构的缸头

技术领域

本发明涉及用于具有至少一个气缸的内燃机的缸头，缸头具有至少一个用于提升气门的气门座环，其中该气门座环配有一个环形冷却通道，其至少在进流道的至少一个入口孔和排流道的至少一个出口孔之间至少在局部围绕气门座延伸，其中该进流道和排流道布置在气缸的同一侧。

背景技术

迄今的高功率内燃机具有承受高热负荷的区域，例如在排气门座之间的排气门桥区域中。所述区域尤其就热变形和进而更严重的气门磨损而言受到威胁。

为了应对该问题，气门座被环绕的冷却通道即气门座环冷却机构包围，其中在入口和出口之间造成围绕气门座的冷却剂流动。

申请人的AT 513 262 B1示出一个解决方案，在此，入口和出口在同一气缸侧构成并且气门座在至少280°角度范围被环流。出现在入口和出口之间的“短路流动”受到一节流位点的限制，因而一方面阻止在短路流动区域中形成未被冷却的热桥并且出现局部过热和热应力，另一方面，大部分冷却剂沿漫长路径环流该气门座。这种解决方案的缺点尤其是进流道和排流道的设计，它们设计成平行延伸并在径向遇到气门座环冷却机构，由此出现了阻流位置和受到干扰的进流。在加工过程中的节流位点的设计也意味着额外成本。

申请人的AT 513 746 B1因此规定了设有多个入口，它们与朝向缸中心且尤其是沿设于那里的喷油器方向延伸的出口对置。这些入口此时关于气门座环的子午平面非对称布置。由此在气门座环中出现非对称流动，使得承受高热负荷的区域可以被尤其高效地冷却。此时不利的是，尤其在入口之间的不充分的短接流和尤其在大型发动机情况下因在喷油器区域中的出口孔而出现的强度损失。

发明内容

因此，本发明的任务是避免上述的现有技术问题并且实现气门座环的更均匀冷却以及减轻气门磨损。

根据本发明，该任务通过一种前言所述的缸头如下完成：该进流道最好基本沿切向经由入口孔通入环形冷却通道，一个环流路径(即，在入口孔和出口孔之间的气门座环形冷却通道的漫长环流区域)从入口孔起延伸经过195°至345°的角度范围，而排流道经由出口孔在切向和径向之间的角度范围从该环形冷却通道分出。

换言之，气门座环的环形冷却通道从同一气缸侧不仅接受冷却剂，也排出冷却剂，其中该进流道和排流道在195°至345°的角度范围环流该气门座环。所述的角度范围是绝对值，这与气门座环是被顺时针或是逆时针流过无关。

通过使冷却剂基本沿切向流入，保证了在进流道与环形冷却通道的并合处减小压力损失和尽量大的横截面。通过根据本发明的排流道取向，允许在环形冷却通道内流动状况的调节。

在本发明的一个变型中，环形冷却通道完整地围绕气门座环延伸，并且环流路径在流动方向上在入口孔和出口孔之间延伸，而短接路径在出口孔与入口孔之间延伸。由此允许气门座环的完全环流和冷却。

借助本发明，可以实现气门座环承受高热负荷的区域的更高效冷却，因为流入和流出是以微弱压力损失完成的。因此缘故，在入口孔和出口孔之间的短连通处也只形成小的旁通短接流，不需要抑制该短接流的附加措施，但所述措施通常有以下缺点，附加材料会引起正好局部过热。通过排流道在切向和径向之间的选定取向，在旁通路径中的冷却剂流动可以协调匹配于缸头的各用途并获得该区域的充分冷却。

同时明显简化制造，因为不同于现有技术的解决方案，采用了标准加工方法例如进流道和排流道的钻设，而不需要费事加工如在缸头中铣削。

为此，本发明允许以最小制造成本的气门座最佳冷却。

在本发明的一个变型中，进流道的纵中心轴线和/或排流道的纵中心轴线是与气门座环形冷却通道的内侧通道壁相切地延伸的。为此，可以实现压力优化的流入和流出并且可以减小或完全阻止紊流。

为了实现本发明缸头的很简单加工，进流道和排流道在共同的第一平面内延伸。为此，例如在钻孔时不必费事地移动钻具和重新校准。同时，在沿缸纵轴线的方向上通过所述通道仅影响了极小材料厚度。

在本发明的一个变型中，进流道在第一平面内延伸，排流道在第二平面内延伸。第一平面的走向此时不同于第二平面。由此可以赋予冷却流动走向以一附加方向。

有利地，第一平面的走向此时平行于第二平面。由此也可以保证比较简单的加工，因为例如在钻孔时需要较少的校准步骤。

当第一平面和/或第二平面平行于缸头密封平面时，可获得不仅在缸头内、也在加工时的可供使用的空间的良好充分利用。

在本发明的另一个变型中，至少该排流道连接至缸头冷却套。通过将各压力级加载于进流道和缸头冷却套，可以借此以简单方式获得有利的流动过程。可以实现自顶向下冷却，也可以实现从缸体到缸头的冷却。

当在缸头内设有至少两个具有两个对应的气门孔的提升气门时，在进流道安置在气门座的“朝向气门孔之间的气门桥”的一侧情况下，保证了承受高热负荷的区域的很好冷却。以下情况下可以获得同样的情况：设有两个具有对应的排气门孔的排气门和两个具有对应的进气门孔的进气门并且“至少排气门孔的气门座环的环形冷却通道的进流道”布置在气门座环的朝向排气门桥的一侧。

附图说明

本发明的其它细节、特征和优点来自以下对如图示意所示但未限制的实施例的说明，其中：

图1示出缸头的沿图7中的线I-I的水平截面俯视图；

图2示出图1的缸头的局部侧视图；

图3示出缸头的沿图2中的线III-III的水平截面的燃烧室侧的俯视图局部；

图4示出缸头的沿图1中的线IV-IV的竖直截面的局部；

图5示出缸头的沿图1中的线V-V的竖直截面的局部；

图6示出缸头的沿图1中的线VI-VI的竖直截面的局部；

图7示出缸头的沿图1中的线VII-VII的竖直截面的局部；和

图8示出根据图3的缸头的水平截面的燃烧室侧俯视图的局部示意图。

具体实施方式

在以下的图中，出于概览考虑，相同的零部件用相同的附图标记标示。

这些图在所示实施例中局部示出用于内燃机的至少一个气缸的缸头1。根据图1的视图，缸头配设有两个设计成提升气门的进气门和两个排气门，在附图中，在此针对各自气门示出了排气门孔2a、2b和进气门孔3a、3b，有时也带有对应的气门轴线。当然，本发明也可被用在具有少量气门的气缸中。在气缸中心设有另一开孔例如作为中心开孔4用于喷油器。

至少每个排气门在缸头1内设有一个气门座环5，例如被压入或粘接入缸头内，如图4-7所示。被压入或粘接入缸头1中的气门座环5被用于冷却剂的环形冷却通道6、6’围绕，该冷却通道至少在一个进流道7、7’的(气门侧)入口孔70、70’和一个排流道8、8’的(气门侧)出口孔80、80’之间至少在局部围绕气门座延伸。冷却通道6、6’此时可完全在气门座环5内延伸或者如在所示实施例中那样部分形成到缸头1中，部分形成在气门座环5内。冷却通道6、6’也可完全形成在缸头1内。

冷却剂从气缸/缸头1外经由进流道7’被输入(图4)，经由入口孔70’(图5)进入环形冷却通道6’并在出口孔80’(图6)从冷却通道6’流出到排流道8’(图7)，它从这里继续流动。在所示实施例中，环形冷却通道6、6’完整地围绕气门座环5延伸。在此存在环流路径90、90’和短接路径91、91’，其中，冷却剂在该环流路径90、90’中沿漫长路径流经环形冷却通道6、6’，所述短接路径91、91’作为入口孔70、70’与出口孔80、80’之间的最短连通。进流道7、7’和排流道8、8’例如通过从缸头1的一侧面出发的孔构成，如图2所示。有利地，进流道7、7’和排流道8、8’布置在气缸的同一侧，在本例中在出口侧。

当入口孔70和出口孔80之间的气门座环5的中心角度α(图1)小于180°、最好小于100°时，可以获得在环流路径90、90’和短接路径91、91’之间的平衡状况，进而达到良好的环流和冷却。中心角度α在此是在气门座环中心50与进流道7和排流道8之间的径向连线之间的角度，尤其是以下点，在该点处，进流道(输入纵中心轴线77)的或排流道(输出纵中心轴线88)的纵中心轴线遇到环形冷却通道6或其外侧面61。在入口孔70、70’和出口孔80、80’之间的环形冷却通道的被冷却剂环流的漫长区域、进而环流路径90区域延伸经过围绕气门座环5的“360°-α”的角度范围。根据本发明，该角度范围在195°与345°之间。事实表明，可利用环流路径90、90’的这种角度范围实现从缸头1的热关键区域的最佳散热。

即，在所示实施例中，一方面出现了在短接路径91、91’上在两个孔70、70’、80、80’之间的短接流动，另一方面出现了在环流路径90、90’上沿漫长路径围绕气门座的冷却流动。

尤其如图3所示，进流道7、7’在所示实施例中沿切向经由入口孔70通入环形冷却通道6、6’。在本文范围内切向意味着，在加工公差范围内，进流道7、7’、排流道8、8’和环形冷却通道6、6’相交于一点。就是说，例如进流道7、7’和排流道8、8’的“远离各自气门座的气门轴线或气门座环中心点50、50’”的一侧，在一个点与环形冷却通道6、6’的也是远离侧(外侧面61、61’)相交，或者进流道7、7’/排流道8、8’的“朝向气门轴线或气门座环中心50、50’”的一侧，在一点与环形冷却通道6、6’的也是朝向的一侧(内侧面62、62’)相交。

在所示变型中，输入纵中心轴线77、77’是与在气门座的环形冷却通道6、6’的内侧通道壁(内侧面62、62’)相切地延伸的，并且进而与之在一点相交。排流道8、8’经由出口孔80自环形冷却通道6分出，其中，输出纵中心轴线88在所示实施例中也是与环形冷却通道6的内通道62相切地延伸的。入口孔70、70’的和出口孔80、80’的形状为此分别大致呈椭圆形。

切向流入和流出容许在环流路径90、90’上的紊流少且冷却良好的环绕流动，同时获得小的压力损失，进而保持在短接路径91、91’上的小的短接流动。借此保证在入口孔70、70’和出口孔80、80’之间的短接流动区的冷却，但保留充分的冷却剂用于在入口孔70、70’和出口孔80、80’之间的环流路径90、90’上的气门座环5的承受高热负荷的区域的冷却。

根据本发明，排流道8、8’可以在切向和径向之间的角度范围内自环形冷却通道6分出。切向在此意味着，在排流道8、8’内的流向对应于在冷却通道6内的流向，即，角度等于0°。

径向在此意味着在冷却通道6内的流向与排流道8、8’内的流向之间的角度为90°。

通过改变在出口孔80、80’区域中的排流道与冷却通道6内流向之间的角度，可以调节在环流路径90、90’和短接路径91、91’之间的压力比，尤其还有冷却剂量，并针对各应用场合优化冷却作用。

在所示实施例中，尤其也如下出现有利的冷却作用：进流道7、7’布置在气门座环5的朝向排气门之间气门桥100的一侧，或者说在所述侧通入。因为尤其是在出口侧的气门桥100区域中出现高的热负荷，故在此新送入的且具有较低温度的冷却剂可以施展很好的作用。当进流道7、7’在气门桥100侧延伸时，即使在具有较少气门的变型中也是有利的。

图8示出了如下视图，在这里，进流道7’通入环形冷却通道6，排流道8’又离开环形冷却通道。在此示出了如下角度标尺，其在进流道7’的入口处表示为0°，排流道8’的出口在225°和270°之间，借此得到在195°至345°的本发明范围内的环流。排流道8’的方向介于切向和径向之间，即，输出角度β在0°(切向走向)与90°(径向走向)之间。实线所示的排流道8’具有很平缓的走向，而虚线所示的排流道8’以接近90°的角度β延伸。在排气门孔2a、2b的气门座环中心点50之间示出了气门连线200。

在例如图3所示的实施例中，进流道7、7’和排流道8、8’在共同的第一平面内延伸，其中，第一平面位于页面中。借此保证了简单加工，例如在钻孔时通过快速定位钻具或者浇注时通过简单置入钻芯来保证。在本发明的一个变型中，每个气门座的进流道7、7’在第一平面内延伸，排流道8、8’在第二平面内延伸，图4示出了具有由虚线说明的排流道8’的变型，该排流道8’略微朝向缸头密封平面110错移。第一平面此时垂直于页面延伸并与输入纵中心轴线77’重合，第二平面也垂直于页面延伸并且与输出纵中心轴线88’重合。在此，第一平面平行于第二平面，两者都平行于缸头密封平面110或气门座环平面500(例如见图6)，气门座环平面由气门座环5限定并且在所示实施例中平行于缸头密封平面110延伸。如可以看到地，第一和第二平面在所示实施例中也垂直于气门轴线55延伸(见图5-7)。在如图7所示的另一变型中，第一平面相对于第二平面倾斜延伸，此实施方式可以通过由虚线所示的进流道7’来看到。两个平面又垂直于页面，其中，第一平面与输入纵中心轴线77’重合并且由其表示，第二平面与输出纵中心轴线88’重合并由其表示。

如图1和图3、但尤其如图7所示，排流道8、8’与在缸头密封平面110方向上下移的缸头冷却套120相连。在此，两个缸头冷却套的存在例如可以是上(即远离缸头密封平面110)缸头冷却套。排流道8、8’的离开气门座环5的区域在连接至缸头冷却套120后，在缸头1的外侧利用堵头130、130’被封闭。

自然以下变型也是可行的，在此，排流道8、8’未连通至上缸头冷却套120地延伸至缸头1的外侧面。例如也可借助单独冷却回路进行气门座冷却。

为此，本发明允许最佳且少紊流的气门座冷却，其可以简单制造并且无需复杂加工步骤。通过根据本发明的环流路径90、90’的角度范围和排流道的角度走向，可以获得最佳的气门座5、5’冷却和也经由短接路径的完全环流。

Claims (9)

1.一种用于具有至少一个气缸的内燃机的缸头(1)，具有至少一个用于提升气门的气门座环(5)，其中，该气门座环(5)配有环形冷却通道(6，6’)，该环形冷却通道(6，6’)至少在进流道(7，7’)的至少一个入口孔(70，70’)和排流道(8，8’)的至少一个出口孔(80，80’)之间至少部分围绕气门座延伸，其中，进流道(7，7’)和排流道(8，8’)布置在该气缸的同一侧，

其特征是，

该进流道(7，7’)优选基本沿切向经由该入口孔(70，70’)通入该环形冷却通道(6，6’)，

一个环流路径(90，90’)、即该气门座的该环形冷却通道(6，6’)的漫长环流区在入口孔(70，70’)和出口孔(80，80’)之间从所述入口孔(70，70’)起延伸经过195°至345°的角度范围，并且该排流道(8，8’)经由该出口孔(80，80’)在切向和径向之间的一角度范围内从该环形冷却通道(6，6’)分出。

2.根据权利要求1的缸头(1)，其特征是，该环形冷却通道(6，6’)完整地围绕该气门座环(5)延伸，并且在流动方向上，该环流路径(90，90’)在所述入口孔(70，70’)和所述出口孔(80，80’)之间延伸，而短接路径(91，91’)在所述出口孔(80，80’)和所述入口孔(70，70’)之间延伸。

3.根据权利要求1或2的缸头(1)，其特征是，所述进流道(7，7’)的纵中心轴线(77，77’)和/或所述排流道(8，8’)的纵中心轴线(88，88’)是与该气门座的环形冷却通道(6，6’)的内侧通道壁(62，62’)相切地延伸的。

4.根据权利要求1至3之一的缸头(1)，其特征是，该进流道(7，7’)和该排流道(8，8’)在共同的第一平面内延伸。

5.根据权利要求1至3之一的缸头(1)，其特征是，该进流道(7，7’)在第一平面内延伸，该排流道(8，8’)在第二平面内延伸，其中，第一平面优选平行于第二平面。

6.根据权利要求4或5的缸头(1)，其特征是，第一平面和/或第二平面平行于气门座环平面(500)。

7.根据权利要求1至6之一的缸头(1)，其特征是，至少该排流道(8，8’)连接至缸头冷却套(120)。

8.根据权利要求1至7之一的缸头(1)，其特征是，设有至少两个气门孔(2a，2b，3a，3b)，该进流道(7，7’)布置在该气门座的朝向所述气门孔(2a，2b，3a，3b)之间的气门桥(100)的一侧。

9.根据权利要求1至8之一的缸头(1)，其特征是，设有两个排气门孔(2a，2b)和/或两个进气门孔(3a，3b)，其中，去往该排气门孔(3a，3b)的气门座环(5)的环形冷却通道(6，6’)的至少该进流道(7，7’)是布置在该气门座环(5)的朝向排气门桥(110)的一侧的。

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