专利名称：带有高点火压力燃烧室的自燃式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明的主题是一种根据权利要求1的前序部分所述的带有高点火压力燃烧室的自然式内燃机。
背景技术：
在今天常用的汽车发动机、尤其是载重汽车的发动机中，点火压力通常对于燃烧室的密封提出了已经很高的要求，并且形成燃烧室边界的部件、尤其是汽缸盖遭受到非常高的热力负荷。由于这一高的负荷，通过在汽缸盖中的冷却通道可提供给燃烧室外罩的、对于足够的冷却、尤其是在阀之间的区域的冷却效果常常不够充分。其后果是可能在汽缸盖的阀孔之间出现所谓的连接部裂纹并且因此毁坏汽缸盖和发动机。
与这一存在的问题并行的是，一方面要达到未来所要求的排放值另一方面在降低重量的同时，对内燃机的升功率不断提高的要求，不可避免的将点火压力提高到直到300巴的数量级，这几乎等于现在常用标准的一倍。这样的要求在可认同的费用下，鉴于材料的使用，用今天常用的发动机结构无法满足。
发明内容
从现有技术出发，本发明的任务是，提出一种在可认同的结构费用下增加非常高的点火压力的内燃机。
本任务通过权利要求1的特征部分中的特征得到解决，有利的结构方案记载在从属权利要求中。
本发明由此出发，今天常用的通过汽缸盖底面的燃烧室密封，在未来的带有极大提高的点火压力的发动机中，必须由一个单独的部件承担。与此同时涉及到一个在燃烧室和汽缸盖之间布置的、构成燃烧室的遮盖面的、单独的、与曲轴箱和/或汽缸套形状配合并且气密联接的冷却板，在冷却板中布置有至少一个进气阀的阀座和至少一个排气阀的阀座，并且至少插入一个喷油阀。这样的部件的优点第一在于，冷却板与曲轴箱和/或汽缸套的形状配合连接可以直接在燃烧室边界上实现，因此在加压时，由于相对于目前常用的汽缸盖非常小的跨度，已经把挠度可以显著地减少到最低限度，另一方面与曲轴箱、汽缸盖和可能的话汽缸套相分离部件的使用在材料的选择上开辟了全新的可能性。与此同时冷却板的冷却通过为曲轴箱和汽缸盖的冷却设有的冷却介质实施，以使冷却板可以有利的集成在现有的冷却系统中。
根据本发明的冷却板的另一个优点在于，通过机械加工的较好的可接近性，可以将冷却通道引入冷却板，它相对于传统的汽缸盖使得燃烧室顶部和阀座的冷却得到明显的改善。与此同时冷却通道可适当的作为从冷却板的周侧出发构成的孔，它在冷却板中的合适走向，使它与其他的孔相交，并且因此构成孔的连接系统。与此同时为了在有利的方式下简化冷却介质的流入和流出，至少一部分朝向周侧方向的孔重新被封闭。
与此同时冷却板用冷却介质的供给可以简单并且因此有利的实现，在周侧和/或在构成燃烧室遮盖面的、冷却板的平侧面的突出的边缘区域和/或在处于遮盖面对面的冷却板的平侧面中，冷却板设有流入孔和/或排出孔，并且冷却板用冷却介质的供给直接的和/或通过曲轴箱和/或通过汽缸盖进行。因此开辟了这种可能性，使冷却介质流可最佳的适应各自的结构情况。
根据本发明的冷却板不仅可以在无缸套燃烧室中使用，而且也可以在拥有在汽缸孔中布置的缸套的燃烧室中使用。在采用缸套时，使用拥有支撑在汽缸孔座上的环的缸套特别有利。
为了用冷却介质供给冷却板，在冷却板中的流入孔和排出孔形成通孔具有其它的优点，它与在汽缸盖中的相应的孔、或者在缸套凸肩中的相应的孔、或者在曲轴箱中的相应的孔、或者在单独的冷却介质分配管中的相应的孔相一致，并且将在冷却板中的冷却通道与在汽缸盖中的冷却介质腔、在曲轴箱中的冷却介质腔、或者单独的冷却介质分配管路相连接。同时可以分别在过渡区域设有密封材料，它可以可靠的防止冷却介质的溢出。
通过冷却板不依赖于曲轴箱和汽缸盖的独立结构，以有利的方式开辟了自由选材的可能性，因此对于冷却板可以使用高强度的金属合金，由于成本的原因或者也由于结构的原因，汽缸盖或者曲轴箱不可能使用这种材料。在材料选择上的独立性也开辟了这种可能性，除了冷却板的变化之外，用装入的阀座圈实现这样的结构，其中阀座以有利的方式装入整体冷却板。
此外冷却板装备一个圆柱形凸肩，对于燃烧室的密封很有利，它的外径基本上相当于燃烧室的内径，其中圆柱形凸肩在装配状态位于汽缸孔或者缸套内部，以使冷却板以角形地环绕抓住燃烧室的上部边缘。与此同时这对于密封尤其有益，圆柱形凸肩的直径要这样选择，以使在圆柱形凸肩和燃烧室直径之间产生压配合。此外在冷却板与燃烧室搭接的部分和曲轴箱之间或者缸套凸肩之间设有密封，这对于燃烧室的密封是有利的。
冷却板与曲轴箱或者如果存在的话与缸套凸肩的连接，可有利的通过冷却板与曲轴箱或者缸套凸肩借助于螺栓的拧紧来实现，与此同时螺栓在燃烧室边缘尽可能紧密的布置是有利的，以使在点火过程中冷却板的挠度减少到最低限度。相对于这一固定形式的另一可选方案是，在燃烧室中它可以拥有一个缸套，借助于在缸套上部边缘的内螺纹和圆柱形凸肩的圆周上的外螺纹，冷却板与缸套拧紧，以使在缸套和冷却板之间的连接以特别有利的方式直接在燃烧室的边缘上实现。另外一个简单的并且有利的冷却板与缸套连接的可能性是将这两个部件相互焊接。
为了改善内燃机的效率和/或改善在阀座上的磨损，冷却板可以在它朝向燃烧室的一侧装备有低导热性的涂层和/或高耐磨强度的涂层，其中低导热性的涂层可使燃烧室气体的热量损失降到最低限度，并且因此有利的提高效率，同时在阀座上减少磨损的涂层将正面影响寿命。
为了在冷却板中在不同的平面上产生不同的材料特性，在各层上由具有不同材料特性的平行板组装成冷却板，这是很有利的，其中至少有一个位于内部的平行板具有与内燃机的冷却系统相连接的空隙。通过平行板的叠板结构，不仅冷却通道而且冷却介质供给通道或者冷却介质排出通道都可以特别容易的、并且因此有利的例如通过冲制在一个或者多个平行板上制造。为了提高复合板的抗弯刚度，设计将叠板的相邻板互相连接。
在背向燃烧室的一侧连接在冷却板上的汽缸盖，可以各自构成分配给一个汽缸的单独的汽缸盖，或者构成分配给多个或者分配给全部汽缸的贯通的汽缸盖，并且除了气体交换通道以外，至少包括一个喷油嘴以及进气阀和排气阀的导向装置。为了在燃烧过程中冷却板挠度的进一步降低，汽缸盖这样构成较为有利，使它至少在它的中心区域对冷却板加压。为了使汽缸盖在有利的方式下形成最大的抗弯刚度，划分的冷却介质腔至少设有垂直于冷却板平面走向的腔壁，它尤其可使在冷却板中心产生的力转向在曲轴箱中的汽缸盖固定处。通过根据本发明的冷却板的使用，对于汽缸盖也开辟了材料选择的可能性，这在传统的商用车内燃机中由于强度的原因不能通过，这样对于汽缸盖就可以使用轻金属合金了，它以有利的方式减少重量，并且对于热量传递具有非常好的特性。
为了气体交换阀和喷油嘴的控制和操作，设有一个扩展到多个汽缸、优选的是扩展到直列式发动机的全部汽缸或者扩展到V型发动机的汽缸组的全部汽缸的控制和操作模块，它至少包括一个凸轮轴和气体交换阀的操作装置，并且包括喷油嘴的操作装置。控制和操作模块接在润滑剂循环系统中，并且具有一个罩盖，通过它可通达气体交换阀和喷油嘴的操作装置。鉴于借助于可拆卸的连接件在汽缸盖上固定的控制和操作模块，通过从汽缸盖上可拆卸的结构产生了在材料选择上的新的可能性。一个完整的或者至少部分的塑料结构允许有利的减少重量，并且作为塑料压铸件使制造简化了。汽缸组所有的燃烧室共有的增压空气管路可以有利的方式集成在控制和操作模块中。
根据本发明的布置的例子接下来借助于附图进一步说明，如图所示图1所示是在部分图示下采用剖视示意表示的内燃机燃烧室，图2所示是图1所示的燃烧室的外部侧视图，图3所示是图1所示的燃烧室的外部俯视图，图4所示是沿着B-B剖面线通过燃烧室的剖面，图5所示是沿着C-C剖面线通过燃烧室向上封闭的冷却板的剖面，图6所示是在冷却板和缸套之间连接的第一个局部放大图，图7所示是在冷却板和缸套之间连接的第二个局部放大图，图8所示是在冷却板和缸套之间连接的第三个局部放大图，图9所示是在曲轴箱和冷却板之间冷却介质连接的局部放大图，图10所示是在曲轴箱和冷却板之间冷却介质连接的第二个局部放大图，图11所示是在汽缸盖和冷却板之间冷却介质连接的局部放大图，图12所示是沿着D-D剖面线通过燃烧室的剖面图，图13所示是沿着E-E剖面线通过燃烧室的剖面图，图14所示是沿着F-F剖面线通过带有涂层冷却板的燃烧室的剖面图，图15所示是沿着G-G剖面线通过带有涂层结构的冷却板的剖面图，图16所示是沿着H-H剖面线通过带有涂层结构的冷却板的剖面图，图17所示是图1所示的带有置于其上的控制和操作模块的燃烧室的视图。
具体实施例方式
高点火压力的内燃机的方案从这一基本考虑出发，为了给密封创造一个更有利的几何关系，并且为了给鉴于投入使用的材料开辟新的可能性，燃烧室的密封在功能上必须与汽缸盖相分开。因此提出采用一个独立的部件，它位于燃烧室和汽缸盖之间，并且它的唯一功能在于，朝着汽缸盖方向封闭并且密封燃烧室。依照上面所述方案的燃烧室在图1中示意的以剖面图做了表示，剖切平面的走向引自图3，在那里用A-A表示。
图1所示是一种自然式内燃机的燃烧室1，它包括汽缸套2、活塞3和冷却板4。汽缸套2以大家所熟悉的方式布置在曲轴箱5中，并且为了燃烧室壁的冷却，燃烧室1的区域被使用冷却介质的空腔6包围着。活塞3通过曲柄7推动支撑在曲轴箱5中的曲轴8(未图示)。朝上面方向燃烧室1通过冷却板4封闭，它基本上具有在汽缸套2的汽缸盖一侧的端部上布置的缸套凸肩9的外经。在冷却板4上朝着燃烧室1的方向布置有圆柱形的突台10，它的直径基本上相应于汽缸套2的内径，以使冷却板4以角形地环绕抓住汽缸套2的汽缸盖一侧的边缘。
在冷却板4的内部布置有冷却通道11，冷却介质在冷却通道里边循环。冷却板4与汽缸套2形位配合地和气密地连接。此外在冷却板4中布置有阀座(在图1中看不见)，它与气体交换阀13的阀盘12共同起作用。燃料供给通过孔20进行，该孔在其中心从背向燃烧室1的一侧沿着燃烧室1的方向穿过冷却板4，并且在其中布置有喷油阀(在图1中未图示)。喷油阀在孔20中这样布置，以使喷油阀可能的话在密封材料的中间层下气密地封闭燃烧室，并且用它的喷油嘴孔(未图示)伸入燃烧室中。喷油嘴保持在汽缸盖14上，汽缸盖连接在背向燃烧室1一侧的冷却板4上，并且这个侧面用它面向冷却板4的一侧完全盖上，或者确切地说是通过它伸出去。汽缸盖14以传统的方式借助于螺栓固定(未图示)，螺栓沿着曲轴箱5的方向伸入汽缸盖14，并且固定在曲轴箱5上。在汽缸盖14中以大家所熟悉的方式布置有吸入空气或者燃烧气体的气体通道(未图示)，气体交换阀13的气门杆15的气门导向装置(未图示)和用于汽缸盖14或者它的内装部件冷却的冷却介质腔16。通过垂直于冷却板4走向的第一隔断壁17和平行于冷却板4走向的第二隔断壁18，在汽缸盖14中的空腔被划分成细胞状的结构，它一方面通过连接孔21使得有目的的冷却介质导向成为可能，另一方面拥有在点火阶段抵抗冷却板4弯曲的高的刚度。
图2以侧视图，图3以俯视图表示了带有置于其上的冷却板4的气缸套2的外部视图。冷却板4与缸套凸肩9借助于螺栓19拧紧，并且它的直径相当于缸套凸肩9的外径。通过缸套凸肩9与冷却板4在燃烧室边界上的连接，冷却板4可能的挠度被降低到最小。如在图1中已经详加说明的，在冷却板4中布置有气体交换阀13和喷油嘴孔20。
图4所示表示的是沿着B-B剖面线(图3所示)通过燃烧室的剖面图。在该图中冷却板4也与气缸套2的缸套凸肩9借助于螺栓19拧紧。在冷却板4中，冷却通道11从冷却板4的圆周出发，走向冷却板4的中心。冷却通道11在冷却板4中的走向在图5中以举例方式做了表示。与此同时图5表示了在图2中所示的沿着C-C剖面线的剖面。从冷却板4的圆周上处于面对面的两侧出发分别有两个孔副构成的孔11.1、11.2、11.5、11.6相向伸展，其中每个孔副构成一个“X”形，即孔副的孔相交。气体交换阀的中心基本上构成了正方形的角点，与此同时孔副的布置相对于气体交换阀13的孔的布置，以分别使每个孔副的交叉点处于气体交换阀13的两个相邻孔之间。每个孔副的孔11.1、11.2、11.5、11.6的走向从各自的交叉点出发看，沿着到冷却板4的中心方向又彼此分开，并且每个处于面对面的孔副的孔交叉到通过冷却板4的中心线上。单独的孔11.3、11.4分别交在孔副的这两个交叉点上，它同样是从冷却板的圆周出发，并且相对于在气体交换阀13的两个相邻孔之间的X形的孔副移动了90度走向。这样形成的网络连接孔11.1-11.6构成了冷却通道11，它如在下面将继续进一步说明的，可以不同的方式与内燃机的冷却系统相连接。通过选出的孔11.1-11.6的走向可以在气体交换阀13的孔之间和喷油嘴的孔20与气体交换阀的孔之间的关键区域实现有效的冷却，以使所谓的过桥裂纹可以可靠的避免。
上面所述的与图1到图5所描述的汽缸套2与冷却板4的螺栓连接，现以剖面形式表示在图6的局部放大图中。冷却板4沿着汽缸盖14的方向封闭燃烧室1(图6中未表示)，处于在气缸套2上缸套凸肩9的区域，并且以角形地在圆周上抓住缸套凸肩9的内缘。通过通孔22螺栓19与在缸套凸肩9上相应的螺纹23共同起作用，并且将冷却板4固定在缸套凸肩9上。为了燃烧室1的密封，冷却板4的圆柱形突台10的直径与气缸套2的相关内径这样制作，以得到压配合。当然附加的或者两者可选其一的，是可以在缸套凸肩9和冷却板4之间设有密封材料。鉴于所使用的螺栓19可考虑不同的螺栓头的形状，在图示的螺栓19中带有凸出的螺栓头19.1时，那么在汽缸盖14中(图1)要设有相应的缺口。相反如果使用沉头螺栓，汽缸盖14与冷却板4相邻的一侧，在螺栓19的区域就可以制成平的结构。优选的是螺栓19沿着冷却板4或者缸套凸肩9的圆周方向相互等距离布置。
前面图1到图6中所描述的高点火压力燃烧室的例子利用气缸套2作为燃烧室的一部分，当然这并不是绝对必要的。在图中所示的和前面所描述的布置当然也可以在没有汽缸套下实施，那么燃烧室就由气缸孔，冷却板4和活塞3构成。在图1到图6中，在无缸套结构的情况下，必须考虑将用2表示的汽缸套和用9表示的缸套凸肩作为曲轴箱5的集成构件，此外关于布置和功能无任何改变。冷却板4与汽缸套2的缸套凸肩9连接的其他可能性表示在图7和图8的局部放大图中。根据图7所示的剖面图，冷却板4与缸套凸肩9的连接通过焊接实现。为此沿着在冷却板4和缸套凸肩9之间的接口的外园周设有连续的或者在圆周上多次中断的例如点焊焊缝24。与此同时点焊连接把热量输入减少到了最低程度，并且为此也将汽缸套2变形的危害减少到了最低程度。冷却板4的圆柱形突台10在这个例子中也与可与缸套凸肩9的内径共同构成压配合，压配合在断续焊缝的情况下承担密封的任务。
根据图8所示的剖面图表示了冷却板4与缸套凸肩9用螺栓拧紧的另一种可能性，为此在冷却板4的圆柱形突台10上设有外螺纹25，它与在缸套凸肩9的汽缸盖侧边缘上的内螺纹26共同起作用。通过冷却板4与缸套肩9用螺栓连接25、26的拧紧，对于冷却板4的可能的挠度减少到最低限度，实现了在部件之间在最有利的几何位置上的连接，既直接接在燃烧室的边上了。此外鉴于燃烧室1的密封，螺栓连接25、26起到的效果如一个迷宫式密封。
当然前面在图6到图8中所描述的在冷却板4和汽缸套之间的连接仅仅是一些例子，用专家可动用的方法在这两个部件之间，在没有汽缸套的燃烧室的结构下可以实现许多不同的连接，特别是在冷却板和曲轴箱之间也一样。
在对构成冷却通道11的孔11.1到11.6的描述中已经提到，它们与内燃机的冷却系统相连接。该连接可以用不同的方式进行。在图9到图11的局部放大图中，以举例的方式表示了在冷却板4中的冷却通道11用冷却介质供给或冷却介质由其中排出的几种可能性。
与此同时在图9的剖面图中表示了简化的已经众所周知的冷却板4和汽缸套2的布置。汽缸套2位于曲轴箱5的气缸孔中。其中为了燃烧室1的壁的冷却，在曲轴箱5和汽缸套2之间构成了拥有冷却介质的空腔6。冷却板4具有构成冷却通道11的孔，它从冷却板4的周侧27径向向内延伸。冷却通道11朝向周侧27的方向借助于一个压入球体28封闭。冷却通道11在内燃机冷却系统上的连接通过输送孔29实现，它通过汽缸套2的缸套凸肩9，并且与在压在缸套凸肩9上的冷却板4的边缘区域的连接孔30对准，其中连接孔30通向冷却通道11，当然为了保证有效的冷却，可以在冷却板4的多个位置设有同样的输送孔和为此对准的连接孔，并且与相应的冷却通道共同起作用。
在图10的剖面图中示意的表示了另外一种可能性，从曲轴箱5中输送冷却板4的冷却介质。这里也表示了已经描述过的汽缸套2和冷却板4的布置。这一布置一方面被曲轴箱5，并且另一方面也被布置在曲轴箱5上的汽缸盖14包围着。在曲轴箱5中，一个连接通道31从布置在曲轴箱5中的冷却介质通道32延伸到在汽缸盖14和曲轴箱5之间的分界线，并且在那里过渡到在汽缸盖14中布置的连接通道33，它从它那方面通过连接孔34通到类似于根据图9所示的例子中布置在冷却板4中的冷却通道11。一方面为了在曲轴箱5和汽缸盖14之间的过渡密封，另一方面为了在汽缸盖14和冷却板4之间的过渡密封设有密封材料35。在这个例子中也可以在多个位置设有同样的冷却介质输送通道到冷却板4。
在图11的剖面图中最后简化表示了从内燃机的汽缸盖14出发的冷却板4的冷却介质的供给。在这种情况下所示的布置也包括了汽缸套2，冷却板4用前面所描述的类型的一种与其相连接。汽缸套2和冷却板4的组合支撑在曲轴箱5的气缸内径中，这样曲轴箱5的与汽缸盖14相邻的一侧对准冷却板4的汽缸盖一侧的平整面。为了冷却介质的供给，从布置在汽缸盖14中的冷却介质腔16，通过一个延伸到冷却板4上的、对准在冷却板4上冷却介质连接端37的连接孔36，在冷却介质腔16和在冷却板4上的冷却通道11之间建立连接。从冷却板4的周侧出发，以孔的形式构成的冷却通道11，同样如在前面所描述的例子，通过一个压入球体28，在靠近圆周一侧被封闭。为了在汽缸盖14和冷却板4之间的连接位置的密封，围绕着冷却介质接口37布置了密封材料35。如已经对于根据图9和图10的例子所阐明的，在根据图11的例子中，也可以在汽缸盖14的冷却介质腔16和在冷却板4的冷却通道11之间设有多个同样的连接。
当然前面根据图9到图11所描述的例子共同被视为，从冷却板4到曲轴箱5或者到汽缸盖14的冷却介质的排出，同样可以形成在例子中所描述的冷却介质输送，以至于可以放弃冷却介质排出的分别描述。此外当然可以考虑，当在冷却板4中的冷却介质供给时，采用在组合下的不同类型的冷却介质的供给或者冷却介质的排出，在这里分别的描述也就成为多余的了。前面所描述的冷却板4的冷却介质供给的原则当然同样适用于带有汽缸套的内燃机和无缸套的内燃机。在无缸套内燃机的情况下，在根据图9到图11的例子中，图示的汽缸套2仅需设想为曲轴箱5的集成构件，以至于鉴于这一观点也可以放弃分别的图示和描述了。
根据图5所示结构的冷却板4在根据图1所示布置的冷却系统上的连接接下来借助于图12和13的剖面图进一步说明。与此同时图12表示了沿着D-D剖面线(图5)的剖面，并且图13表示了沿着E-E剖面线(图5)的剖面。在前面与图1和图5相联系的布置已经详细的描述之后，接下来只探讨在汽缸盖14中的冷却介质腔16和构成冷却通道11的孔11.1-11.6之间的连接。
图12表示一个流入通道38，它从第一冷却介质腔16.1出发，这是在汽缸盖14中的冷却介质腔16的一部分，它将第一个冷却介质腔16.1与在冷却板4中的孔11.1相连接。朝着冷却板4的纵侧面方向通过球体28封闭的孔11.1在X点上与孔11.2相交，它到Y点的的继续走向表示在剖面图中。在Y点上孔11.2与孔11.6相交，它的走向表示在图12的右半部分。孔11.6在Z点上与孔11.5相交，并且在冷却板4的纵侧面上用一个压入孔11.6的球体28封闭。通过一个排出通道39，在孔11.6和在汽缸盖14中的第二冷却介质腔16.2之间建立联系，它位于第一冷却介质腔16.1的下游，并且同样是冷却介质腔16的一部分。
一个在部分上不同于在图12中的表示、在图5中用E-E表示的剖切面走向表示在图13中。由于剖切面走向与在图12中的剖切面走向直到剖切面点Y是一致的，在这一方面可参阅前面在图12中的说明。在Y点上孔11.2不仅与孔11.6相交，而且与孔11.3相交，它的走向表示在图13的右半部分。孔11.3同样在靠近周侧用球体28封闭。为了将冷却介质由冷却板4中排出，设有另一个排出通道40，它将孔11.3与第三冷却介质腔16.3相连接，它同样是冷却介质腔16的一部分，并且位于冷却介质腔16.1的下游。
类似于在图12和图13中描述的冷却介质腔16在冷却板4中的冷却通道11上的连接，也可以设想其余的在图5中表示的孔11.2、11.4、11.5的连接，以至于在这一方面可以放弃详尽的描述，而仅仅说明，孔11.1和11.2是冷却介质供给通道，孔11.3、11.4、11.5、11.6是冷却介质排出通道，与此相应的冷却介质供给通道的供给从位于在汽缸盖14中的冷却介质腔16的上游的部分开始进行，冷却介质排出通道被引回到该冷却介质腔的部分。
鉴于在图1、5、12、13中描述的布置的设计必须说明，在冷却介质腔16(图1)的各个部分之间的连接21和在冷却介质腔16与冷却通道11之间连接是这样设计的，根据冷却板4和汽缸盖14的热负荷产生一个按等级排列的散热，与此同时热负荷并且因此在燃烧室边界上的散热也是最大的，并且随着到燃烧室距离的增大而减少。
对于前面在图1、5、12、13中所描述的例子要进一步说明，在无缸套内燃机中，冷却板4与缸套凸肩或者确切地说与曲轴箱的连接决定了，在装配状态下，气体交换阀13的阀座布置在曲轴箱5中，相反阀门导向装置位于汽缸盖14中。由这一状况对于汽缸盖14到曲轴箱5的装配精度产生了更高的要求。尤其是表现为提高的制造公差，为此至少在载重汽车的大排量发动机中不应使用贯穿的汽缸盖，而是应该使用这种装入一个或者两个汽缸的汽缸盖。
当汽缸盖装入多个汽缸时，对于汽缸盖相对于冷却板4的精确装配必需要有配合措施，例如采用固定销。
关于材料的选择，通过燃烧室的密封与汽缸盖的分离产生了全新的可能性。冷却板4可以由高强度的金属合金例如高强度的锻钢组成，这对于传统的汽缸盖来说，由于结构、制造技术和成本的原因不可能使用。相反汽缸盖由于相对传统的汽缸盖来说承担微小的负荷，可以由单一的材料，例如铝来制造，它除了成本的优势以外还带来了重量的优势。
在合适的材料选择时，气体交换阀13的阀座可以直接设置在冷却板中，以至于可以放弃阀座环的压入。因此在今天常见的四阀发动机中不仅每个汽缸取消了四个部件，那么在一个六缸发动机中就是24个部件，而且尤其是避免了通过在传统的汽缸盖中阀座环的压入引起的应力。这个应力通过在燃烧过程中热量的导入还会增大，它在很大的程度上促进了已经提到过桥裂纹的形成。
此外燃烧室的密封与汽缸盖相分离使其成为可能或者简化了在燃烧室的顶部减少磨损和或者提高效率的措施。
一个这样的措施表示在图14中，它以部分视图的形式，沿着图3中的F-F剖面线表示了一个剖面。在这个图示中也是从与汽缸套2的缸套凸肩9螺栓拧紧的冷却板4出发，其中汽缸套2、冷却板4和活塞3(图1)构成燃烧室1。一方面为了减少通过燃烧过程引起的导入冷却板4的热量，另一方面为了使通过阀盘12的关闭过程在阀座41上引起的磨损降到最低限度，考虑给冷却板4盖住燃烧室1的一侧装备上陶瓷涂层42。这类陶瓷涂层可以用不同的方式涂敷，为此使用的方法专家们是非常熟悉的。当然作为陶瓷涂层也还有其它的可以考虑。
为了在冷却板的不同平面获得不同的材料特性，如在图15中在沿着G-G剖面线(图16)的部分图示中以剖面形式表示的，存在这种可能性，冷却板4由多层构成。与此同时第一组叠板由双层45构成，其中双层45由金属板组成，它形成抗弯刚度负荷板，并且不仅包括流入孔43而且包括流出孔44，类似于图11所示的例子，汽缸盖14的冷却液体可以通过它们流入或者流出。沿着然烧室1的方向第三层46连接在双层45上，它包括例如自由冲制的空隙47。空隙47与供给孔43和排出孔44相吻合，并构成冷却板44的冷却通道。在第三层46的材料选择上可根据良好的可加工性安排，因为反正这一层46由于空隙47不能为负荷板的抗弯刚度做太多的贡献。沿着燃烧室1方向的第四层48同样如第一个双层45由高抗弯刚度的材料组成，而沿着燃烧室方向的第五层49具有高的硬度和低的导热性。气体交换发阀的阀座(在图15中未图示)装入第五层49。平行板45、46、48、49的相互连接，在图示的例子中通过沿着平行板45、46、48、49的圆周的焊接连接50完成，但是也可以考虑其他的可能性，将平行板组合成一个构成冷却板的叠板。冷却板作为平行板的层叠板的构成，除了在冷却板的确定平面上可以实现确定的材料特性的可能性之外，还有其他的优点，即在复杂的形状中和通过冷却板的多个平面分布，也可以让冷却介质通道的制造特别容易，例如通过简单的自由冲制来生产。一个带有来自层46自由冲制的冷却介质通道11的例子表示在沿着H-H剖面线(图15)，通过上述的层46的剖面图16中。如在图示中可以看的出来的，冷却介质通道11到阀孔51在阀的过桥51.1的区域布置的间距很小，并且优化了在这一区域的冷却效果。除了前面所描述的冷却介质通道的自由冲制以外，它也可以浮雕的形式刻出沟并装入平行板中。
如已经在前面特别是在图1中所描述的，要么设有贯通所有燃烧室的共同的汽缸盖，要么设有多个各自的至少是分配给一个燃烧室的汽缸盖，其中汽缸盖仅仅包括气体交换通道、冷却通道、气体交换阀的导向装置和喷油嘴的支座。在传统的发动机结构中通常包括在汽缸盖中的气体交换阀以及喷油嘴的控制和操作机构，如在图17中在沿着A-A剖面线(图2)的剖面图中表示的，布置在控制和操作模块中，它是所有燃烧室共有的。由于在图17中的表示只通过连接在汽缸盖14背向燃烧室的一侧的控制和操作模块52有别于在图1中的表示，接下来只说明这个表示不一致的部分。关于其余的在参考标记上也与图1相同表示的部分将参阅在图1中的说明。
控制和操纵模块52具有一个所有的燃烧室并且因此也是所有的汽缸盖14共有的支座53，在一个构成盆形的部分区域54中，凸轮轴55可旋转的支撑在上面。凸轮轴55的驱动以传统的方式通过一个由曲轴8驱动、在图示中未表示的变速箱的布置来实现，与此同时它可能涉及到一个齿轮传动装置、一条链条或者一条齿形传动带。凸轮轴55以大家所熟悉的方式通过它的凸轮56作用在滚子气门摇杆57上，摇杆可旋转的布置在支撑在一个共有的支座53上的轴58上，这样，凸轮轴55的凸轮56就给气门摇杆57的凸轮侧的端部57.1加载，由连续不断的加载，滚子气门摇杆57的阀侧端部57.2通过阀桥板59控制气体交换阀13，并且由此通过阀盘12打开或者关闭气体交换通道(未图示)。
燃烧室的燃料供给通过在汽缸盖14中布置的喷油嘴60进行，它通过管路连接(未图示)与喷油装置(未图示)相连接。在喷油装置中例如可能涉及到一个共轨喷油系统。如在共同喷油装置中是常用的，喷油嘴的操作通过一个采用电气方法的电子控制(未图示)实施。为了润滑位置的供给设有一个中心润滑剂孔61，它由内燃机的润滑剂循环回路(未图示)用润滑剂供给，并且在它们方面与在控制和操作模块52中的润滑位置通过润滑剂通道(未图示)直接或者间接相连。多余的润滑剂在共有的支座53中收集，并且通过回程管路(未图示)返回到内燃机的油盘中(未图示)。
为了布置在共有支座53上部件的封闭设有一个外罩62，它与共有的支座53用螺栓拧紧，并且操作和控制模块52的内部相对环境大气隔绝。外罩62在共有支座53上的固定借助于螺栓(未图示)来完成，就共有支座53而言借助于螺栓(未图示)固定在汽缸盖14上。
当然前面所描述的用于气体交换阀和喷油嘴操作的机构只能理解为是举例。当然在气体交换阀的操作布置时也可能涉及到电子控制的布置，它通过电气的或者液压加载的执行元件单独操作气体交换阀。同样地，所描述的共轨喷油系统只是一种可能的结构形式，当然也可能涉及到一种泵-喷油阀系统或者泵-管路-喷油阀系统。
与前面所述的控制和操作模块相联系，通过汽缸盖的分离也展现出了在材料选择上新的可能性。例如可以考虑共有支座53由轻金属或者纤维增强塑料作为压铸件来制造，它除了重量的优点外也带来了显著地制造简化。
此外取决于对共有支座使用的材料或者使用的制造方法，其他的功能件也可以与共有支座形成整体结构。因此可以考虑，用于汽缸盖到内燃机的冷却系统连接的增压空气管路和/或者冷却介质管路集成在共有支座上。
当然前面在图17中所述的控制和操作模块52不一定必须与汽缸盖14相分离，控制和操作模块的功能当然也可以在确定的前提下集成到汽缸盖中。那么在处于下部的凸轮轴时，即采用挺杆传动的气门摇杆和单个汽缸盖时，如在这类结构中所常见的，气体交换阀的操作布置集成到汽缸盖上具有优点。
与前面所述的例子不同，还有很多的变化和布置可以考虑，它可以从基本的解决办法出发，用专家能达到的认识推导出来。因此例子的特性仅适于前面所描述的实施例。
权利要求
1.带有高点火压力燃烧室的自燃式内燃机，其中燃烧室(1)各包括在内燃机的曲轴箱(5)中布置的汽缸孔或在汽缸孔中布置的汽缸套(2)，在汽缸孔或在汽缸套(2)中运动的活塞(3)和面向活塞(3)布置的汽缸盖(14)，并且其中在曲轴箱(5)中布置有冷却介质引导腔(6)，使得汽缸孔或者汽缸套(2)壁的一部分在背向燃烧室(1)的一侧被冷却介质环流，汽缸盖(14)与一个或多个燃烧室(1)相配，并且同样具有被冷却介质流过的冷却介质腔(16)，在汽缸盖(14)中，对每个燃烧室(1)布置有气体交换通道、至少一个喷油阀以及用于至少一个进气阀和至少一个排气阀的导向装置，其特征在于，在燃烧室(1)和汽缸盖(14)之间布置有构成燃烧室(1)的遮盖面的、单独的、与曲轴箱(5)和/或汽缸套(2)形状配合并且气密联接的冷却板(4)，在该冷却板中布置有至少一个进气阀的阀座和至少一个排气阀的阀座，并且该冷却板中由至少一个喷油嘴穿过。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)与曲轴箱(5)和/或汽缸套(2)的连接可非常紧密地在燃烧室边缘上实现。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，对冷却板(4)的冷却借助于冷却介质进行。
4.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)中有冷却通道(11)通过。
5.根据权利要求4所述的内燃机，其特征在于，冷却通道(11)是各自从冷却板(4)的周侧出发通过冷却板(4)的孔(11.1-11.6)。
6.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，至少孔(11.1-11.6)的一部分这样布置，以使它们相互交叉，这样产生相连接的孔系。
7.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，至少从冷却板(4)的周侧出发的孔(11.1-11.6)的一部分朝向周侧方向重新被封闭。
8.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在冷却板(4)的构成燃烧室(1)遮盖面的平侧面的和/或在冷却板(4)的处于该遮盖面对面的平侧面的周侧和/或突出的边缘区域中，设有用于冷却介质的流入孔和/或排出孔，并且冷却介质直接流入冷却板(4)和/或通过汽缸盖(14)流入冷却板(4)和/或通过曲轴箱(5)流入冷却板(4)，并且冷却介质直接流出冷却板(4)和/或由冷却板(4)流入汽缸盖(14)和/或由冷却板(4)流入曲轴箱(5)。
9.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，汽缸套(2)在其面向汽缸盖(14)的端部具有环绕的缸套凸肩(9)，缸套凸肩支撑在汽缸孔的上部边缘或者支撑在汽缸孔中的环绕座上。
10.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，流入孔和排出孔是在冷却板(4)中的孔，它们与汽缸盖(14)中的相应的孔、或者汽缸套(2)的缸套凸肩(9)中的相应的孔、或者曲轴箱(5)中的相应的孔、或者在单独的冷却介质分配管中的相应的孔相一致，并且将在冷却板(4)中的冷却通道(11)与在汽缸盖中的冷却介质腔(16)、或者与在曲轴箱(5)中的冷却介质引导腔(6)、或者与冷却介质分配管路相连接。
11.根据权利要求10所述的内燃机，其特征在于，在冷却板(4)和汽缸盖(14)之间、或者在冷却板(4)和缸套凸肩(9)之间、或者在冷却板(4)和曲轴箱(5)之间、或者在冷却板(4)和冷却介质分配管路之间的每个冷却介质的过渡区域设有密封材料(35)。
12.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)由高强度的金属合金制造。
13.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在冷却板(4)中布置有阀座圈。
14.根据权利要求1到12中任一项所述的内燃机，其特征在于，阀座设置在冷却板(4)中。
15.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)在其面向燃烧室(1)的一侧具有圆柱形凸肩(10)，其外径基本上对应于燃烧室(1)的内径，其中圆柱形凸肩(10)在冷却板(4)的装配状态下位于汽缸孔或者汽缸套(2)的内部，使得冷却板(4)可以角形地环绕抓住汽缸孔或者汽缸套(2)的上部内侧边缘。
16.根据权利要求15所述的内燃机，其特征在于，圆柱形凸肩(10)的外径相对于汽缸孔或者汽缸套(2)的内径要这样选择，以使其产生压配合。
17.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在冷却板(4)与燃烧室边缘搭接的部分和处于其对面的曲轴箱(5)和/或汽缸套(2)的部分之间布置有燃烧室密封。
18.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)与曲轴箱(5)或者汽缸套(2)借助于螺栓(19)拧紧。
19.根据权利要求15所述的内燃机，其特征在于，螺栓(19)相对于燃烧室的轴线同心布置，并且沿着圆周方向看其相互间的间距基本上相同。
20.根据权利要求15所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)与汽缸套(2)借助于在缸套凸肩(9)上部边缘的内螺纹(26)和在圆柱形凸肩(10)的圆周上的外螺纹(25)拧紧。
21.根据权利要求1到16中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)与汽缸套(2)焊接连接。
22.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在使用带有缸套凸肩(9)的汽缸套(2)时，冷却板(4)具有的外径基本上对应于汽缸套(2)的缸套凸肩(9)的外径。
23.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)在它形成燃烧室(1)的边界的表面上具有低导热性的和/或高耐磨强度的涂层(42)。
24.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)由相对于燃烧室顶部平行走向的、自身构成平板形状的多层板(45、46、48、49)组成，从而形成叠板，其中至少有一个位于叠板内部的平行板具有空隙(47)，该空隙通过冷却介质供给通道和冷却介质排出通道处在内燃机的冷却介质循环系统中，并且叠板的平行层板(45、46、48、49)相互联接。
25.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，平行层板(45、46、48、49)中的至少一层具有与其余的平行层板(45、46、48、49)不同的材料特性。
26.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，设有多个汽缸盖(14)，其中每个汽缸盖(14)配置至少一个燃烧室(1)。
27.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，设有一个汽缸盖(14)，该汽缸盖共同分配给所有燃烧室(1)。
28.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，冷却板(4)至少在它的中心被汽缸盖(14)加压。
29.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在汽缸盖(14)的内部，划分冷却介质腔(16)的腔壁(17、18)至少垂直于冷却板(4)的平侧面布置，使得沿着到燃烧室(1)的方向形成抗弯曲的结构。
30.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，一个或多个汽缸盖(14)由轻金属合金制造。
31.根据前面的权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在一个或多个汽缸盖(14)背向燃烧室(1)的一侧连接有至少一个控制和操作模块(52)，其中该控制和操作模块(52)与多个燃烧室(1)相配置，并且在一个共有的支座(53)上至少包括用于这些燃烧室(1)的进气阀和排气阀和喷油嘴的操作装置。
32.根据权利要求31所述的内燃机，其特征在于，共有的支座(53)包括至少一个凸轮轴(55)。
33.根据权利要求31或32中任一项所述的内燃机，其特征在于，在共有的支座(53)上布置有罩盖(62)，通过它可接近操作元件和/或控制元件。
34.根据权利要求31到33中任一项所述的内燃机，其特征在于，在共有的支座(53)上布置有润滑油流入和润滑油回流通道。
35.根据权利要求31到34中任一项所述的内燃机，其特征在于，控制和操作模块(52)借助于可拆卸的连接件固定在一个和多个汽缸盖(14)上。
36.根据权利要求31到35中任一项所述的内燃机，其特征在于，控制和操作模块(52)至少部分地由塑料制造。
37.根据权利要求31到36中任一项所述的内燃机，其特征在于，在控制和操作模块上布置有所有燃烧室(1)共有的增压空气管。
全文摘要
本发明涉及一种带有高点火压力燃烧室的自燃式内燃机，其包括在燃烧室和汽缸盖之间布置的、构成燃烧室的遮盖面的、单独的、与曲轴箱和/或汽缸套形状配合并且气密联接的冷却板，在冷却板中布置有至少一个进气阀的阀座和至少一个排气阀的阀座，并且插入至少一个喷油阀。其优点在于，一方面冷却板与曲轴箱和/或汽缸套的形状配合的连接可以直接在燃烧室边界上实现，因此在加压时，由于相对于目前常用的汽缸盖非常小的跨度，可以把弯曲显著地减少到最低限度，另一方面与曲轴箱、汽缸盖和可能地汽缸套相分离部件的使用在材料的选择上开辟了全新的可能性。与此同时冷却板的冷却通过为曲轴箱和汽缸盖的冷却设有的冷却介质进行。
文档编号F02F11/00GK1948739SQ200610136210
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年10月11日
发明者H·姆勒, M·瓦克, P·施巴尼奥尔 申请人:德国曼商用车辆股份公司