专利名称：具有多个水套和浇铸的水轨道的汽缸盖的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括水套的汽缸盖的结构，该汽缸盖用于在内燃机中使用，并且更加特别地，涉及包括多个水套及烧铸的(cast-in,镶铸的)水轨道的汽缸盖。
背景技术：
内燃机的汽缸盖可以包括多个腔，液体冷却剂(例如，水)通过这些腔流动以给汽缸盖的进入口和排放口、阀导部件、阀座以及燃烧板提供至关重要的冷却。图I是用于具有 液体冷却系统的内燃机的常规汽缸盖100的简图。该液体冷却系统包括下部水套102a，其通过汽缸盖100的材料103 (例如，铸铁或铝)和上部水套102b相分离。该汽缸盖材料103也限定下部/上部水套102a/102b的其他外围边界。该下部水套102a包括进口孔112a到112d，这些进口孔与内燃机的发动机本体水套(未示出)是流体连通的。这些汽缸盖通道包括水套102a/102b，以允许热量从汽缸盖材料103和其他汽缸盖部件转移到流过该汽缸盖100的液体冷却剂。
发明内容
本发明提供了一种具有多个水套和轨道腔(rail cavity)的汽缸盖，以及一种包括这样汽缸盖的内燃机，其能够为汽缸盖材料和汽缸盖部件提供更均匀冷却。在本发明的一个实施例中，一种用于内燃机的汽缸盖包括下部水套腔，其形成于汽缸盖的材料中；上部水套腔，其形成于汽缸盖材料中并且通过在下部水套腔与上部水套腔之间的汽缸盖材料中形成多个孔与下部水套腔流体连通；以及冷却剂出口通道，从上部水套腔延伸到汽缸盖的横向侧面(lateral side)。该汽缸盖包括设置在汽缸盖材料中的轨道腔，其与上部水套腔相隔开。该轨道腔沿汽缸盖的纵向方向延伸并且与冷却剂出口通道流体连通。在汽缸盖材料中设置有横向通道(lateral passage ),该横向通道位于冷却剂出口通道上游，轨道腔的一部分位于横向通道与冷却剂出口通道之间。该横向通道流体连接上部水套腔到轨道腔。在本发明的另一个实施例中，一种内燃机包括发动机本体，其具有多个汽缸和水套通道；以及汽缸盖，其密封汽缸并且包括上部水套和下部水套和轨道腔。该上部水套腔通过在上部水套与下部水套之间形成于汽缸盖中的多个孔与下部水套腔流体连通，并且冷却剂出口通道从上部水套腔延伸至汽缸盖的横向侧面。在汽缸盖中的轨道腔与上部水套腔分隔开，沿汽缸盖的纵向方向延伸，并且与冷却剂出口通道流体连通。在汽缸盖中设置有至少一个横向通道，该横向通道位于冷却剂出口通道的上游，轨道腔的一部分位于横向通道与冷却剂出口之间。该横向通道流体连接上部水套腔与轨道腔。在发动机本体中的水套腔与下部水套腔流体连通并且构成了用于内燃机的流体冷却回路的一部分。
图I是包括冷却剂通道系统的常规汽缸盖的简图。图2是根据示例性实施例的汽缸盖和冷却剂通道系统的简图。图3是根据示例性实施例的水套核心系统的简图，其可被用于在内燃机的汽缸盖中形成通道。图4是根据示例性实施例的具有冷却剂通道系统的汽缸盖的简图，该冷却剂通道系统包括两个水套和一体化的轨道结构。
具体实施方式
关于常规的汽缸盖设计，发明人员意识到当冷却剂在上部水套中朝着汽缸盖的冷却剂出口流动时，进入上部水套的大部分冷却剂倾向于沿着汽缸盖的纵向方向流动。例如，在图I所示的汽缸盖中，由水泵(未示出)提供的冷却剂Iio从发动机本体水套(未示出)流出，通过孔112a到112d进入下部水套102a，并且随后通常以箭头113 (即在图I所示方位中的从左到右)示出的方向沿着朝向孔114a到114d的路径流过水套102a，上述孔114a到114d与上部水套102b流体连通。该冷却剂110然后经过每个孔114a到114d并进入上部水套102b。然而，在进入上部水套102b之后，来自孔114a到114d的大部分冷却剂110倾向于沿着汽缸盖的纵向方向(即从发动机后方到前方的方向)朝着冷却剂出口通道117流动，如多个箭头126所示。结果，冷却剂110经过汽缸盖100在横向于汽缸盖纵向方向的方向上的流动是不均匀的，或者在上部水套102b的一些区域实际是不存在的。不均匀的、纵向导向的冷却剂流动，正如上所述，可能在汽缸盖100的多个部分上引起温度差异，这会给汽缸盖材料103在多个运行周期上施加压力至一个点，在该点汽缸盖100裂开和/或扭曲。此外，当一个或者多个汽缸盖部件(诸如进入口、排放口、阀座)没有被适当冷却时，发动机效率、耐久性和/或可靠性都可被负面影响。现在将参照附图描述解决上述缺点的本发明的示例性实施例，在这些图中，元件具有与那些前面讨论的元件相同的参考标号。从图2开始，示出了根据本发明的示例性实施例的汽缸盖200的简图。该汽缸盖200包括具有多个水套与轨道腔结构一体化设计的冷却剂通道系统。如图2所示，该冷却剂通道系统200包括上部水套202和下部水套102a，它们在汽缸盖材料203中形成腔，液体冷却剂110可以通过这些腔流动。该上部水套202经由穿过汽缸盖材料203形成的孔114a到114d与下部水套102a流体连通。该上部水套202也与轨道腔220流体连通，该轨道腔在纵向方向上沿着汽缸盖长度的相当一部分延伸。在图I所示的这个示例性实施例中，该轨道腔通过汽缸盖材料203与上部水套202在横向上分隔开，但是经由多个在汽缸盖材料203中形成的横向定向的通道222a到222d与上部水套202流体连通。需要理解的是，较少或者较多通道可能将上部水套202流体接合至轨道腔220，例如，为了适应对应的较多或者较少数量的发动机汽缸。该轨道腔220的下游末端与冷却剂出口 217流体连通并且轨道腔的上游末端在横向通道222a附近终止，尽管该轨道腔可能从冷却剂出口 217起的直线上的最后的横向通道上终止。该轨道腔220从汽缸盖200的冷却剂出口通道217处起沿着水套202的纵向侧面延伸到与孔114a相对的或者接近相对的一个点处。该轨道腔220允许控制冷却剂110的流动，这导致贯穿汽缸盖200的水套202容积的横向导向的冷却剂流量(如箭头224所示)相对于在纵向方向的冷却剂流量(如箭头226所示)增加。此外，该轨道腔220使得横向冷却剂沿着汽缸盖200的纵向长度流动得更加均匀。通过使用轨道特性平衡上部水套中的压力，从而能够对通过汽缸盖的关键区域(在下部水套和上部水套之间)冷却剂110的流动进行管理。通过允许冷却剂110以更加可控的方式被引导，可减少经过汽缸盖和冷却剂系统的压力损失。图3示出了水套核心系统300的示例性实施例,该水套核心系统可被用来形成内燃机的汽缸盖。该核心系统包括下部核心部分302a，用于形成下部水套腔；以及上部核心部分302b，用于在汽缸盖材料(未示出)中形成一体化的上部水套腔和轨道腔。该上部核心部分302b包括上部水套腔核心部分318、轨道腔核心部分320、以及多个冷却剂通道核心部分322a到322c，其在汽缸盖中在上部水套腔和轨道腔之间形成流体通道。上部核心部分 302b的末端部分包括冷却剂出口通道核心部分317以便为汽缸盖形成冷却剂出口通道，并且包括两个分支核心部分，这两个分支核心部分形成用于将上部水套核心部分318流体接合至出口通道核心部分317的通道。如图3所示，上部核心部分302b可与通道核心部分322a到322c以及轨道部分320一体地形成，尽管上部核心部分302b可包括两个或者更多分离的核心部分，这些核心部分能够被组装到一起来形成上部核心部分302b并且被附接，例如胶合在一起，利用装配螺钉或者一些其他种类的紧固件组装，以及或者在模制(铸造)汽缸盖之前被夹持或者以其他方式保持在型箱内的适当位置中。该下部核心部分302a设置有多个延伸部312，这些延伸部达到包括燃烧室(未示出)的汽缸盖的表面，当其与发动机本体的表面配合以密封汽缸排时，提供从发动机本体到下部水套的冷却剂通道。此外，尽管在图3中未示出，在由上部核心部分302b形成的上部水套与由下部核心部分302a形成的下部水套之间形成孔，这些孔允许汽缸盖的上部/下部水套之间的冷却剂的流体连通。图4是汽缸盖400的示例性实施例的简图，该汽缸盖具有冷却剂通道系统，其包括两件水套与轨道结构的一体化设计。为了图解说明清楚，在汽缸盖材料403的简化块状中仅示出上部水套402的透视图。也在透视图中示出的是轨道腔420，其经由通道422a到422c连接至冷却剂出口部分417并且连接至上部水套402。箭头示出了在远离冷却剂出口417的上部水套的区域中的增加的冷却剂流动横向分量，上述区域诸如是与上部水套402连接的通道422a到422c。使用本文中描述的多个水套和轨道设计的汽缸盖实施例能够减小在汽缸盖中的压力损失，从而允许简小尺寸的水泵、提高功率和减小燃料消耗。这样的汽缸盖将被更加均匀地冷却，这将增加坚固性并且提高汽缸盖和其他发动机部件的寿命，并且允许接近设计余量地设计汽缸盖。尽管本文中描述了有限数量的实施例，但本领域的普通技术人员将容易认识到，可以对这些实施例中的任一个实施例做出变型，并且这些变型将落入本发明的范围内。因此，对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不背离所附权利要求及其等同物的范围的情况下，可以对汽缸盖做出各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于内燃机的汽缸盖，包括 下部水套腔，形成于所述汽缸盖的材料中； 上部水套腔，形成于所述汽缸盖的材料中并且通过在所述下部水套腔与所述上部水套腔之间的所述汽缸盖的材料中形成的多个孔与所述下部水套腔流体连通； 冷却剂出口通道，从所述上部水套腔延伸至所述汽缸盖的横向侧面； 轨道腔，在所述汽缸盖的材料中且与所述上部水套腔分隔开，所述轨道腔沿着所述汽缸盖的纵向方向延伸并且与所述冷却剂出口通道流体连通；以及 横向通道，在所述汽缸盖的材料中位于所述冷却剂出口通道的上游，在所述横向通道与所述冷却剂出口通道之间具有所述轨道腔的一部分，所述横向通道将所述上部水套腔流体连接至所述轨道腔。
2.根据权利要求I所述的汽缸盖，其中，所述轨道腔连接至所述冷却剂出口通道，并且所述轨道腔和所述冷却剂出口通道的组合纵向长度基本上沿着所述汽缸盖的整个纵向长度延伸。
3.根据权利要求I所述的汽缸盖，进一步包括 在所述汽缸盖的材料中位于所述冷却剂出口通道的上游的多个横向通道，所述多个横向通道的每对相邻横向通道之间具有所述轨道腔的一部分，其中， 每个所述多个横向通道流体连接所述上部水套腔与所述轨道腔。
4.根据权利要求I所述的汽缸盖，其中，所述上部水套腔和所述下部水套腔的纵向长度大致相同。
5.根据权利要求I所述的汽缸盖，其中，所述上部水套腔和所述下部水套腔基本上沿着所述汽缸盖的整个纵向长度延伸。
6.根据权利要求2所述的汽缸盖，其中，所述上部水套腔和所述下部水套腔基本上沿着所述汽缸盖的整个纵向长度延伸。
7.一种内燃机，包括 发动机本体，包含多个汽缸和多个水套通道； 密封所述汽缸的汽缸盖，所述汽缸盖包括 下部水套腔； 上部水套腔，通过在上部水套与下部水套之间的所述汽缸盖中形成的多个孔与所述下部水套腔流体连通； 冷却剂出口通道，从所述上部水套腔延伸至所述汽缸盖的横向侧面； 轨道腔，在所述汽缸盖中且与所述上部水套腔分隔开，所述轨道腔沿着所述汽缸盖的纵向方向延伸并且与所述冷却剂出口通道流体连通；以及 至少一个横向通道，在所述汽缸盖中位于所述冷却剂出口通道的上游，在所述横向通道与所述冷却剂出口之间具有所述轨道腔的一部分，所述横向通道将所述上部水套腔流体连接至所述轨道腔，其中， 所述发动机本体中的所述水套通道与所述下部水套腔流体连通并且构成用于所述内燃机的流体冷却回路的一部分。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述轨道腔连接至所述冷却剂出口通道，并且所述轨道腔和所述冷却剂出口通道的组合纵向长度基本上沿着所述汽缸盖的整个纵向长度延伸。
9.根据权利要求7所述的内燃机，进一步包括 在所述汽缸盖中位于所述冷却剂出口通道的上游的多个横向通道，所述多个横向通道的每对相邻横向通道之间具有所述轨道腔的一部分，其中， 每个所述多个横向通道流体连接所述上部水套腔与所述轨道腔。
10.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述上部水套腔和所述下部水套腔的纵向长度大致相同。
11.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述上部水套腔和所述下部水套腔基本上沿着所述汽缸盖的整个纵向长度延伸。
12.根据权利要求8所述的内燃机，其中，所述上部水套腔和所述下部水套腔基本上沿 着所述汽缸盖的整个纵向长度延伸。
全文摘要
本发明提供了一种具有允许更加均匀的横向冷却剂流动的结构的汽缸盖，以及包括这种汽缸盖的内燃机。该汽缸盖包括下部水套腔；上部水套腔，其通过在下部水套腔与上部水套腔之间的汽缸盖材料中形成的多个孔与下部水套腔流体连通；以及冷却剂出口通道，其从上部水套腔延伸到汽缸盖的横向侧面。在汽缸盖中设置有轨道腔，该轨道腔沿着汽缸盖的纵向方向延伸，并且与冷却剂出口通道流体连通。在汽缸盖中位于冷却剂出口通道的上游设置有横向通道，在横向通道与冷却剂出口通道之间具有轨道腔的一部分。该横向通道将上部水套腔流体连接至轨道腔，以允许冷却剂在汽缸盖的冷却剂出口通道上游的区域中横向流动。
文档编号F02F1/40GK102822489SQ201180014544
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年6月25日
发明者马修·格里斯·史密斯, 斯蒂芬·萨克斯比, 叶尔·珀塞尔, 约翰·安德森 申请人:康明斯知识产权有限公司