ES2200570T3 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE HEAD COOLED BY LIQUID. - Google Patents
INTERNAL COMBUSTION ENGINE HEAD COOLED BY LIQUID.Info
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Abstract
Culata (1) para motor de combustión interna refrigerado por líquido, que comprende conductos de admisión (6) y de escape (7) que desembocan a través de las paredes (3) de las cámaras de combustión dispuestas sobre su cara inferior por orificios (4, 5) que cooperan con unas válvulas de vástago y un circuito (10) para el líquido de refrigeración, destinado especialmente a refrigerar las dichas paredes (3) de las cámaras de combustión, comprendiendo el circuito (10) de refrigeración pasos (14, 15, 16) de subida de agua que se extienden en esencia paralelamente y cerca de los alojamientos (9) previstos para los vástagos de las válvulas de escape, y una galería colectora (19) que se extiende transversalmente en la parte alta de la culata, caracterizada porque la galería colectora (19) desemboca en la cara lateral de la culata por medio de un orificio (20) de salida de agua.Cylinder head (1) for liquid-cooled internal combustion engine, comprising intake (6) and exhaust ducts (7) that flow through the walls (3) of the combustion chambers arranged on its lower face through holes ( 4, 5) cooperating with a stem valve and a circuit (10) for the cooling liquid, especially intended to cool the said walls (3) of the combustion chambers, the cooling circuit (10) comprising steps (14) , 15, 16) of water rise that extend essentially parallel and close to the housings (9) provided for the exhaust valve stems, and a collecting gallery (19) that extends transversely in the upper part of the cylinder head, characterized in that the collecting gallery (19) flows into the lateral face of the cylinder head by means of a water outlet hole (20).
Description
Culata de motor de combustión interna refrigerada por líquido.Cylinder head of internal combustion engine by liquid
El presente invento se refiere a una culata para motor de combustión interna destinado especialmente a equipar un vehículo tal como un automóvil o una motocicleta. El invento se refiere más particularmente a un circuito de enfriamiento que se extiende a través de una culata del motor.The present invention relates to a cylinder head for internal combustion engine specially designed to equip a vehicle such as a car or motorcycle. The invention is more particularly it refers to a cooling circuit that extends through an engine head.
El enfriamiento por circulación de un líquido, tal como el agua, es el modo de enfriamiento más corrientemente utilizado para refrigerar los motores de combustión interna, en particular, porque permite evacuar un flujo importante de calorías, incluso en unas zonas muy encerradas como las culatas, e igualmente porque el líquido permite, por su masa, asegurar un cierto aislamiento acústico del motor.The cooling by circulation of a liquid, such as water, it is the most commonly used cooling mode used to cool internal combustion engines, in particular, because it allows to evacuate an important flow of calories, even in very enclosed areas such as the butts, and also because the liquid allows, by its mass, to ensure a certain sound insulation of the engine.
Un circuito de refrigeración por líquido de motor tiene, por tanto, como funciones principales, refrigerar las partes calientes del motor por una circulación forzada a través de este último, y ceder al aire ambiente las calorías así retiradas a través de un intercambiador de calor líquido/aire también denominado radiador.A motor liquid cooling circuit It has, therefore, as main functions, refrigerate the parts hot engine by forced circulation through this last, and yield to the air the calories thus withdrawn to through a liquid / air heat exchanger too called radiator.
La circulación del líquido al interior del motor se opera de abajo arriba, primero a través de una cavidad denominada cámara de agua que está situada entre el cárter de cilindros alrededor de los diámetros interiores cilíndricos y después a través de la culata en un circuito apropiado que se extiende alrededor de las cámaras de combustión.The circulation of the liquid inside the engine it is operated from the bottom up, first through a cavity called a water chamber that is located between the crankcase of cylinders around the cylindrical inner diameters and then through the cylinder head in an appropriate circuit that extends around the combustion chambers.
Hoy en día, la generalidad de las culatas que llevan cuatro válvulas o más por cilindro para mejorar las prestaciones de los motores, presentan unos problemas delicados de refrigeración por el hecho de tener un menor espacio disponible para disponer la circulación del líquido de refrigeración alrededor de las cámaras de combustión, (véase, por ejemplo, el documento DE-A-245299).Today, the generality of the cylinder heads that they carry four valves or more per cylinder to improve performance of the engines, present some delicate problems of cooling due to having less space available to arrange the circulation of the cooling liquid around of combustion chambers, (see, for example, the document DE-A-245299).
Por otra parte, ninguna realización conocida asegura una refrigeración satisfactoria de las válvulas de escape propiamente dichas así como de sus guías y de sus asientos, o estas válvulas de escape pueden estar sometidas a tensiones térmicas elevadas que reducen las duraciones de sus vidas.On the other hand, no known realization ensures satisfactory cooling of the exhaust valves proper as well as their guides and their seats, or these exhaust valves may be subject to thermal stresses high that reduce the durations of their lives.
El objetivo del presente invento es proponer una culata para motor de combustión interna que comprenda un circuito de refrigeración que sea, a la vez, eficiente y simple de realizar.The objective of the present invention is to propose a cylinder head for internal combustion engine comprising a circuit cooling that is both efficient and simple to perform.
La culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido, según el invento, comprende unos conductos de admisión y de escape que desembocan, a través de las paredes de las cámaras de combustión dispuestas sobre su cara inferior, en unos orificios que cooperan con unas válvulas de vástago y un circuito para el líquido de refrigeración destinado especialmente a refrigerar las dichas paredes de las cámaras de combustión.The cylinder head for internal combustion engine liquid cooled, according to the invention, comprises ducts of intake and exhaust that flow through the walls of the combustion chambers arranged on its lower face, in holes that cooperate with stem valves and a circuit for the cooling liquid intended especially for cooling said combustion chamber walls.
Según el invento, la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido caracterizada porque el circuito de refrigeración comprende unos pasos de subida de agua que se extienden paralelamente a los alojamientos previstos para los vástagos de las válvulas de escape.According to the invention, the cylinder head for liquid-cooled internal combustion characterized in that the cooling circuit comprises a few steps of water rise that extend parallel to the housings provided for the stems of the exhaust valves.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, el circuito del líquido de refrigeración comprende unos orificios de entrada de agua sobre la cara inferior de la culata, una cámara de agua que se extiende en la periferia de las paredes de la cámara de combustión, unos pasos de subida de agua que se extienden básicamente paralelamente y en la proximidad de los alojamientos de los vástagos de las válvulas de escape, y una galería colectora que se extiende transversalmente en la parte alta de la culata para desembocar sobre la cara lateral de admisión de la culata por un orificio de salida de agua.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, the coolant circuit comprises holes water inlet on the underside of the cylinder head, a chamber of water that extends into the periphery of the chamber walls of combustion, a few steps of rising water that extend basically in parallel and in the proximity of the accommodation of the exhaust valve stems, and a collection gallery that extends transversely in the upper part of the stock to flow into the side face of the cylinder head admission by a water outlet hole.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, la cámara de agua dispuesta en la periferia de las paredes de una cámara de combustión correspondiente se extiende básicamente paralelamente a la cara inferior de la culata.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, the water chamber arranged on the periphery of the walls of a corresponding combustion chamber extends basically parallel to the underside of the cylinder head.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, la cámara de agua dispuesta en la periferia de las paredes de una cámara de combustión correspondiente es de forma sensiblemente tórica.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, the water chamber arranged on the periphery of the walls of a corresponding combustion chamber is substantially toric
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, los pasos de subida de agua salen de la cámara de agua rodeando parcialmente los orificios de escape dispuestos a través de las paredes de la cámara de combustión correspondiente.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, the water rise steps leave the water chamber surrounding partially the exhaust holes arranged through the corresponding combustion chamber walls.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, cada cámara de combustión que coopera con una bujía de encendido que se aloja en un pozo que atraviesa verticalmente la culata, todos o parte de los pasos de subida de agua correspondientes, se extienden en la proximidad de dicho pozo de guía, especialmente en la parte inferior de este último, para enfriar el entorno de los electrodos de la bujía.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, each combustion chamber that cooperates with a spark plug which is housed in a well that crosses the cylinder head vertically, all or part of the corresponding water rises, is extend in the vicinity of said guide well, especially in the bottom of the latter, to cool the environment of the spark plug electrodes.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, cada cámara de combustión que coopera con dos válvulas de escape, los pasos de subida de agua correspondientes están, entonces, en cantidad de tres, que son, un paso central que se extiende entre los dos alojamientos previstos para el paso de los vástagos de escape, y dos pasos laterales que se extienden de forma sensiblemente curvada a un lado y a otro de los dichos alojamientos.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, each combustion chamber that cooperates with two exhaust valves, the corresponding water rise steps are then in amount of three, which are, a central step that extends between the two housings provided for the passage of the stems of exhaust, and two lateral steps that extend so noticeably curved to one side and another of the sayings accommodation.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, los pasos de subida de agua asociados a dos cámaras de combustión adyacentes desembocan en una misma galería colectora que se extiende transversalmente entre las dos cámaras de combustión.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, the water rise steps associated with two combustion chambers adjacent flow into the same collection gallery that extends transversely between the two combustion chambers.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, cada cámara de agua coopera con un paso de desgasificación que se extiende al lado opuesto de los pasos de subida de agua, desembocando el dicho paso de desgasificación sobre la cara lateral de admisión adyacente de la culata.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, each water chamber cooperates with a degassing step that extends to the opposite side of the water rise steps, leading the said degassing step on the side face of adjacent admission of the cylinder head.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, las dos cámaras de agua que se extienden en la periferia de dos cámaras de combustión adyacentes están unidas entre ellas por al menos un paso de desgasificación que desemboca en la parte baja de la cara lateral de admisión de la culata por un orificio de salida específico.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, the two water chambers that extend on the periphery of two adjacent combustion chambers are joined together by the minus a degassing step that leads to the lower part of the side face of the cylinder head admission through an exit hole specific.
Según otra característica de la culata para motor de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento, unos orificios de entrada de agua de sección adaptada desembocan en cada cámara de agua básicamente en la vertical de los pasos de subida de agua.According to another characteristic of the cylinder head for engine of internal combustion cooled by liquid object of the invention, water inlet holes of adapted section lead to each water chamber basically in the vertical steps water rise
Se comprenderán mejor los objetivos, aspectos y ventajas del presente invento, según la descripción dada a continuación de un modo de realización del invento, presentado a título de ejemplo no limitativo, al hacer referencia a los diseños adjuntos, en los cuales:The objectives, aspects and advantages of the present invention, according to the description given to continuation of an embodiment of the invention, presented to non-limiting example title, when referring to designs attachments, in which:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un alma de función para culata de motor de combustión interna que define un circuito de refrigeración según el invento;Figure 1 is a perspective view of a function core for internal combustion engine cylinder head that defines a refrigeration circuit according to the invention;
la figura 2 es una vista similar a la figura 1 donde se han esquematizado alrededor del alma de agua los conductos de admisión y de escape así como las válvulas correspondientes;Figure 2 is a view similar to Figure 1 where the ducts have been schematized around the soul of water intake and exhaust as well as the corresponding valves;
la figura 3 es una vista inferior parcial de una culata que ha sido obtenida utilizando el alma de la figura 1.Figure 3 is a partial bottom view of a cylinder head that has been obtained using the soul of figure 1.
Conformemente a las figuras, sólo se han representado los elementos necesarios para la comprensión del invento. Además, para facilitar la lectura de los dibujos, las piezas iguales llevan las mismas referencias de una figura en la otra.According to the figures, they have only represented the necessary elements for the understanding of invention. In addition, to facilitate the reading of the drawings, the equal pieces bear the same references of a figure in the other.
La culata, con referencia 1 en la figura 3, que ha sido elegida para ilustrar el circuito de agua según el invento, se refiere más particularmente a un motor de combustión interna de cuatro tiempos y encendido provocado. El modo de funcionamiento del motor: cuatro o dos tiempos, encendido provocado o encendido por compresión, no es en ningún modo limitativo del invento. Análogamente, el motor puede también ser igualmente del tipo monocilindro como del tipo multicilindro en línea, en V, o incluso en plano.The cylinder head, with reference 1 in figure 3, which has been chosen to illustrate the water circuit according to the invention, more particularly it refers to an internal combustion engine of four times and ignition triggered. The operating mode of the engine: four or two stroke, ignition triggered or ignited by compression is not in any way limiting the invention. Similarly, the motor can also be of the same type. single cylinder such as inline, V, or even multi-cylinder type flat.
Entonces, según el modo particular de realización del invento, el motor más particularmente estudiado para equipar una motocicleta es un cuatro cilindros en V que comprende dos culatas sensiblemente idénticas. Por tanto, se ha representado sólo una de las dos culatas.Then, according to the particular mode of realization of the invention, the most particularly studied engine to equip a motorcycle is a four-cylinder in V comprising two noticeably identical stock. Therefore, it has been represented Only one of the two butts.
La culata 1 representada es del tipo de refrigeración por líquido y de flujo cruzado (o "cross-flow"), es decir, que los conductos de admisión y de escape se extienden respectivamente a un lado y a otro del plano medio longitudinal de la culata. Esta culata 1 realizada en aleación de aluminio, se obtiene clásicamente por moldeo. El procedimiento de fundición seleccionado en el ejemplo ilustrado, es una colada por gravedad o baja presión combinando unas almas de arena y unos moldes exteriores metálicos. Las almas de arena definen los diferentes pasos que atraviesan la culata 1, tales como los conductos de admisión y de escape, o incluso el circuito de refrigeración.The cylinder head 1 represented is of the type of liquid and cross flow cooling (or "cross-flow"), that is, that the ducts of intake and exhaust respectively extend to one side and to another of the middle longitudinal plane of the cylinder head. This butt 1 made of aluminum alloy, it is classically obtained by molding The casting procedure selected in the example illustrated, is a gravity or low pressure casting combining some souls of sand and some outer metal molds. The souls of sand define the different steps that cross the cylinder head 1, such as the intake and exhaust ducts, or even the cooling circuit
La culata 1 comprende, sobre su cara inferior 2 destinada a ir apoyada con interposición de una junta contra el cárter de los cilindros no representado, unas paredes 3 de formas adaptadas que delimitan dos cámaras de combustión. Estas dos cámaras de combustión desembocan enfrente de los diámetros interiores cilíndricos correspondientes del cárter de cilindros, son idénticos y se extienden básicamente a lo largo del eje longitudinal de la culata 1.The cylinder head 1 comprises, on its lower face 2 destined to go supported with interposition of a board against the cylinder housing not shown, walls 3 of shapes adapted that delimit two combustion chambers. These two cameras of combustion flow in front of the inner diameters corresponding cylindrical crankcase cylinders, are identical and extend basically along the longitudinal axis of the stock 1.
Las paredes 3 que delimitan las cámaras de combustión están perforadas con dos orificios de admisión 4 y dos orificios de escape 5 provistos de unos asientos adicionales. Los orificios 4 y 5 que se extienden a un lado y a otro del plano medio longitudinal de la culata, se prolongan por medio de unos conductos 6 y 7 (representados en trazos de puntos en la figura 2) respectivamente de admisión de la mezcla carburada y de escape de los gases quemados. Estos conductos 6 y 7 de admisión y de escape se extienden a través de la culata 1 para desembocar, respectivamente, sobre la cara superior de la culata y sobre una cara lateral de esta última también denominada cara de "escape".The walls 3 that delimit the chambers of combustion are perforated with two intake holes 4 and two exhaust holes 5 provided with additional seats. The holes 4 and 5 extending to one side and another of the middle plane length of the cylinder head, are extended by means of ducts 6 and 7 (represented in dotted lines in Figure 2) respectively of intake of the carbureted mixture and exhaust of the burned gases. These intake and exhaust ducts 6 and 7 they extend through the cylinder head 1 to drain, respectively, on the upper face of the cylinder head and on a side face of the latter also called face of "escape".
Los orificios 4 y 5 cooperan con unas válvulas de vástago montadas de forma deslizante con dos guías adicionales insertadas en unos alojamientos correspondientes de la culata. Estas válvulas están maniobradas por unos mecanismos de accionamiento apropiados no representados. En la figura 2 solamente se han representado los alojamientos 8 y 9 de las guías de válvulas, de admisión y de escape, respectivamente, con trazos de puntos.Holes 4 and 5 cooperate with valves slider mounted rod with two additional guides inserted in corresponding housings of the stock. These valves are maneuvered by mechanisms of Appropriate drive not shown. In figure 2 only Accommodations 8 and 9 of the guides of valves, intake and exhaust, respectively, with traces of points.
La culata 1 presenta, por otro lado, unos pasos o pozos 13 que se extienden básicamente en el eje de los cilindros y desembocando básicamente en el centro de cada una de las paredes 3 que delimitan las cámaras de combustión para permitir el paso de las bujías de encendido, no representadas.The cylinder head 1 has, on the other hand, a few steps or wells 13 which extend basically in the axis of the cylinders and basically leading to the center of each of the walls 3 which delimit the combustion chambers to allow the passage of Spark plugs, not shown.
Conformemente al invento, la culata comprende un circuito procedente de fundición adaptado para la circulación del líquido de refrigeración proveniente del cárter de cilindros.According to the invention, the cylinder head comprises a circuit from cast iron adapted for the circulation of cooling liquid from the crankcase.
En referencia a las figuras 1 y 2, se puede comprender de modo más preciso la forma del circuito de refrigeración a partir de la del alma de arena correspondiente.Referring to figures 1 and 2, it can be understand more precisely the shape of the circuit cooling from the corresponding sand core.
El circuito de refrigeración es descrito en el caso de una culata con dos cámaras de combustión, pero, evidentemente, puede ser prolongado o reducido para ser utilizado sobre cualquier culata, sea cual sea el número de cámaras de combustión.The cooling circuit is described in the case of a cylinder head with two combustion chambers, but, obviously it can be prolonged or reduced to be used on any stock, regardless of the number of cameras combustion.
El circuito de refrigeración se presenta bajo la forma de dos circuitos elementales 10 básicamente idénticos y adaptados cada uno para la refrigeración de una cámara de combustión dada.The cooling circuit is presented under the form of two basically identical elementary circuits 10 and each adapted for cooling a chamber of given combustion.
Cada circuito elemental 10 se compone de una cavidad anular 11, también denominada cámara de agua, que se extiende en la periferia de las paredes 3 de la cámara de combustión correspondiente, de unos pasos de los dichos pasos de subida de agua 14, 15 y 16, que se extienden básicamente paralelamente y cerca de los alojamientos de los vástagos de las válvulas de escape y de una galería colectora 19 que se extiende transversalmente en la parte alta de la culata, para desembocar sobre la cara lateral denominada "admisión" de la culata por un orificio de salida de agua 20.Each elementary circuit 10 is composed of a annular cavity 11, also called a water chamber, which extends on the periphery of the walls 3 of the chamber of corresponding combustion, of a few steps of said steps of water rise 14, 15 and 16, which basically extend in parallel and close to the housing of the stems of the exhaust valves and a collection gallery 19 that extends transversely at the top of the cylinder head, to drain on the side face called "admission" of the cylinder head by a water outlet hole 20.
Cada cámara de agua 11 está alimentada con un líquido de refrigeración por unos orificios calibrados 12 que desembocan en la cara inferior de la culata 1, como se ha representado en la figura 3. Estos orificios, dispuestos enfrente de correspondientes orificios de la tabla superior de cárteres de cilindro, están adaptados para alimentar la cámara de agua 11 según un flujo adaptado de líquido de refrigeración.Each water chamber 11 is fed with a cooling liquid through 12 calibrated holes that flow into the lower face of the cylinder head 1, as has been represented in figure 3. These holes, arranged opposite of corresponding holes in the upper crankcase table of cylinder, are adapted to feed the water chamber 11 according to an adapted flow of cooling liquid.
Cada cámara de agua 11 de forma más o menos tórica está dispuesta en la periferia de las paredes 3 de la cámara de combustión correspondiente, para extenderse básicamente paralelamente a la cara inferior de la culata.Each water chamber 11 more or less O-ring is arranged on the periphery of the walls 3 of the corresponding combustion chamber, to basically extend parallel to the underside of the cylinder head.
Los pasos de subida de agua 14, 15, 16 asociados a una cámara de agua 11, parten de esta última rodeando los asientos de las válvulas de escape posicionados colineales con los orificios de escape 9.The steps of water rise 14, 15, 16 associated to a water chamber 11, they depart from the latter surrounding the exhaust valve seats positioned collinear with the exhaust holes 9.
Estos pasos de subida de agua están en cantidad de tres, es decir, que son, un paso central 15 que se extiende paralelamente y entre los dos alojamientos 9 de los vástagos de las válvulas de escape, y dos pasos laterales 14 y 16 que se extienden de forma básicamente curvada alrededor de los alojamientos 9 de los vástagos de las válvulas de escape.These water rise steps are in quantity of three, that is, they are, a central step 15 that extends in parallel and between the two housings 9 of the stems of the exhaust valves, and two lateral passages 14 and 16 that extend basically curved around housings 9 of the exhaust valve stems.
Los pasos de subida de agua laterales 14 y 15, que se extienden, por otra parte, cerca del pozo 13 de la bujía, especialmente en la parte inferior de este último, para refrigerar los alrededores de los electrodos de la bujía.The lateral water rises 14 and 15, which extend, on the other hand, near the well 13 of the spark plug, especially at the bottom of the latter, to refrigerate the surroundings of the spark plug electrodes.
Los dos circuitos elementales 10 asociados a dos cámaras de combustión adyacentes desembocan conjuntamente en una misma galería colectora 19 que se extiende transversalmente entre las dos cámaras de combustión.The two elementary circuits 10 associated with two adjacent combustion chambers together lead to a same collecting gallery 19 that extends transversely between The two combustion chambers.
Por otro lado, los dos circuitos 10 ponen en comunicación las cámaras de agua 11 por dos pasos, un paso 18 que se extiende básicamente en el eje longitudinal de la culata 1, y un paso 17 que sirve más particularmente para desgasificar los circuitos, que se extiende opuesto a los pasos 14, 15, 16 de subida de agua para desembocar sobre la cara lateral de admisión adyacente de la culata por un orificio 21 distinto del orificio 20.On the other hand, the two circuits 10 put in communication the water chambers 11 by two steps, a step 18 that extends basically on the longitudinal axis of cylinder head 1, and a step 17 which serves more particularly to degas the circuits, which runs opposite steps 14, 15, 16 up of water to drain onto the adjacent side intake side of the cylinder head through a hole 21 other than hole 20.
Para favorecer la circulación del líquido de refrigeración en los pasos de subida de agua 14, 15, 16 y, por tanto, obtener una refrigeración eficiente de las guías y de las válvulas de escape, está dispuesto un orificio 12 de entrada de agua de sección adaptada, básicamente en la vertical de cada uno de los pasos de subida de agua.To favor the circulation of the liquid of cooling in the water rise steps 14, 15, 16 and, by both, obtain efficient cooling of the guides and exhaust valves, an inlet port 12 of adapted section water, basically in the vertical of each of The steps of water rise.
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