专利名称：带有整体谐调排气歧管的汽缸盖的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，具体涉及带有整体排气歧管的汽缸盖。
背景技术：
内燃机把燃烧燃料的化学能-转化为机械能以产生驱动力。内燃机通常包括一个或多个用以驱动曲轴的往复运动的活塞。曲轴把活塞的往复运动转换为旋转运动。活塞可滑动地设置在由气缸体定义的气缸内。汽缸盖可移动地安装在气缸体上并与活塞相配合，它们各自管内径构成容积可变的燃烧室，燃料在该燃烧室中燃烧。
汽缸盖通常容纳有火花塞、进气门、排气门，还可能容纳有一个或多个凸轮轴。一些气门组系可以安装到汽缸盖上。一般情况下，汽缸盖是铝或铁铸件，汽缸盖定义了容积可变的燃烧室、进气口以及排气口的一部分。进气口用于使空气或空燃混合气进入到可变容积的燃烧室，排气口用于使燃烧的废气物从可变容积的燃烧室中排出。排气歧管通常利用传统的固定技术，例如螺纹连接，可移动地安装在汽缸盖上。另外，出于密封性考虑，可以在汽缸盖和排气歧管之间安装一个垫圈。排气歧管通常由不锈钢或铸铁形成并包括与汽缸盖排气口连接的流道部分。此外，排气歧管通常包括与每个排气流道部分连通的收集室，收集室使燃烧产物与车辆排气系统的下游部件相连通，例如催化转换器和消音器。汽缸盖和气缸体定义了多个便于冷却液流动的通道或冷却套管。冷却液通过冷却套管循环冷却气缸和燃烧室上部的全部区域。
近来，发动机生产商已经设计了这样一种汽缸盖，其中排气歧管，即，排气流道和收集室被汽缸盖铸件整体定义，从而形成整体式排气歧管。这些设计通常包括与收集室基本垂直的排气口和排气流道，从而构成一个“圆木型”排气歧管。
发明内容
提供了一种汽缸盖，该汽缸盖包括定义了多个排气口的汽缸盖铸件。谐调排气歧管由汽缸盖铸件整体定义，谐调排气歧管包括多个与该多个排气口连通的排气流道。谐调排气歧管还包括一个与该多个排气流道连通的收集室。该多个排气口和多个排气流道中的每一个基本上朝着收集室定位或定向。
另外，汽缸盖铸件可以定义主冷却套管和上部排气歧管冷却套管及下部排气歧管冷却套管，用于与谐调排气歧管进行热交换。冷却套管可以通过一件、两件和三件冷却套管型芯形成。主冷却套管和上部排气歧管冷却套管及下部排气歧管冷却套管可以为串联式冷却液流动模式或者并联式冷却液流动模式。汽缸盖还可以包括至少一个与汽缸盖铸件整体形成的火花塞管。进而，汽缸盖还可以包括一个与汽缸盖铸件整体形成的凸轮驱动壳。
在结合附图对实施本发明的最佳方式进行详细说明之后，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将会更加清楚明白。
图1是与本发明相关的一体地设置有整体谐调排气歧管的汽缸盖的透视图； 图2是图1所示汽缸盖的仰视图； 图3是图1和2所示汽缸盖的俯视图，其示出了整体谐调排气歧管的结构； 图4是由图1到3所示汽缸盖定义的冷却套管的透视图，其示出了一种串联式冷却液流动模式，该流动模式用三件冷却套管型芯设计通过汽缸盖； 图5是由图1到3所示汽缸盖定义的冷却套管的透视图，其示出了一种并联式冷却液流动模式，该流动模式用两件冷却套管型芯设计通过汽缸盖； 图6是由图1到3所示汽缸盖定义的冷却套管的透视图，其示出了一种并联式冷却液流动模式，该流动模式用一件冷却套管型芯设计通过汽缸盖。
具体实施例方式参考附图，其中各幅图中相同的附图标记代表相同的部件，在图1，2和3中示出了汽缸盖10。汽缸盖10被配置为气缸体(未示出)的可拆卸附件，气缸体定义了一个或多个气缸内径，每个气缸内径中都有一个活塞在其中做往复运动。图1中所示的汽缸盖10被配置为用于直列四缸发动机。但是，本领域技术人员可以理解本发明可以用于各种类型的发动机，例如V型发动机。另外，发动机可以包括其它数目的气缸内径，例如3、6、8、10或12。汽缸盖10包括汽缸盖铸件12。在优选实施例中，汽缸盖铸件12包括多个一体的火花塞管14，多个一体的曲轴箱通风孔16，一个一体的凸轮驱动壳18，多个凸轮轴支撑面20。另外，汽缸盖铸件12包括一个整体的调谐排气歧管22。
每个整体构成的火花塞管14定义了一个基本圆柱形的孔24，孔24具有足够接收火花塞26的外形，如图2所示，同时火花塞26设置在各自的燃烧室28内，如图2所示。在发动机运行期间每个燃烧室28接收进入发动机内的燃烧燃料和空气。如图1和2所示，汽缸盖铸件12是每个气缸有四个气门，其中为每个燃烧室设置有两个进气门30A和30B以及两个排气门32A和32B。为了讨论，在图2中仅示出了一个燃烧室28，其包含进气门30A和30B以及排气门32A和32B。进气门30A和30B选择性地打开对应的进气口34A和34B，进气口由汽缸盖铸件12定义，其通向燃烧室28。通过选择性地打开通向燃烧室28的进气口34A和34B，空气充量或燃料和空气充量被引入到燃烧室28中随后通过火花塞26点火。另外，排气门32A和32B选择性地打开对应的排气口36A和36B，排气口由汽缸盖铸件12定义，其通向燃烧室28。通过选择性地打开通向燃烧室28的排气口36A和36B，燃烧产物从燃烧室28中排出。本领域技术人员能够理解其它配置形式的阀可以使用同时也落入本发明的保护范围之内，例如，发动机的每个缸有两个气门，其中每个燃烧室有一个进气门和一个排气门。
图1和3所示的整体曲轴箱通风孔16，用以维持发动机内气流正常循环，从而促进曲轴箱通风系统(未示出)的有效功效。图1和2所示的汽缸盖铸件12配置为双顶置凸轮布置，这样凸轮轴，未示出，容纳在凸轮轴支撑面20内驱动进气门30A和30B。类似地，另一个凸轮轴，未示出，容纳在凸轮轴支撑面20内驱动排气门32A和32B。另外，整体的凸轮驱动壳18定义了一个通道38，凸轮驱动机构，未示出，例如带或链可以通过该通道38。
图3是图1和2所示汽缸盖10的俯视图。整体的谐调排气歧管22以剖视图的形式给出，其内部由汽缸盖铸件12定义。整体的谐调排气歧管22包括收集室40其在下游与多个排气流道42流体连通。每个排气流道42在下游与对应的排气口36A和36B流体连通。一个间隔物或者隔膜44把排气口36A和36B分隔开。根据本发明，汽缸盖铸件12的排气口36A和36B基本上成一定角度或者直接朝向收集室40。另外，汽缸盖铸件12的排气流道42基本上成一定角度或者直接朝向收集室40。通过朝向收集室40具体定向或者定位朝向的排气口36A和36B以及排气流道42，排气口36A和36B以及排气流道42每一个的长度基本相同。长度相同或者基本相同的排气口和排气流道对于发动机的谐振和性能是有益的，因为这样排气脉冲传递更均匀。尽管排气脉冲之间有结构性干涉，但是相同长度的排气口和排气流道能够增大排气流动从而增加发动机的峰值功率。另外，可以降低用于汽缸盖10的包装需求，因为与其它的整体排气歧管相比，图3所示的通过使排气口36A和36B成一定角度或者直接朝着收集室40向内的长度L减小了，所述的其它整体排气歧管例如是“圆木型”的各种变型，在“圆木型”的各种变型中排气口和排气流道基本上被设置为与收集室垂直。
参考图1-3，在运行中，燃烧产物会选择性地从各个燃烧室28流入排气口36A和36B。然后燃烧产物通过排气流道42流向收集室40。汽缸盖铸件12定义了一排气出口46，排气出口46带有一通道，通过该通道收集室40中容纳的燃烧产物可以排出汽缸盖10。最好，汽缸盖铸件12定义多个螺纹孔48，如图1所示，螺纹孔48与排气出口46分隔开用于接收各个紧固件，未示出，从而使车辆排气系统的附件连接到汽缸盖10上。
参考图4，同时进一步结合图1到3，图中示出了汽缸盖铸件12的内部冷却通道或冷却套管，其利用三件冷却套管管型芯设计形成。汽缸盖铸件12定义了一主冷却套管50，其用于带走汽缸盖10中燃烧室28内燃料和空气燃烧产生的热量。在汽缸盖铸件12形成或者铸造期间，第一冷却套管型芯件51形成主冷却套管50。主冷却套管50与上部排气歧管冷却套管52流体连通。在汽缸盖铸件12铸造期间，第二冷却套管型芯件53形成上部排气歧管冷却套管52。上部排气歧管冷却套管52与下部排气歧管冷却套管54流体连通。另外，下部排气歧管冷却套管54与冷却液出口通道56流体连通。冷却液出口通道56设置在主冷却套管50和整体凸轮驱动壳18之间，从而冷却液出口通道56从下部排气歧管冷却套管54到冷却液出口部件58横跨汽缸盖铸件12，如图1到3所示。在汽缸盖铸件12铸造期间，第三冷却套管型芯件57形成下部排气歧管冷却套管54和冷却液出口通道56。
在运行时，汽缸盖10从气缸体(未示出)接收冷却液，如箭头60所示。大部分的冷却液60被引导到汽缸盖10的与整体凸轮驱动壳18相对的后部或者侧面。冷却液60流过主冷却套管50，从而带走汽缸盖10和燃烧室28大部分区域中的热量。在冷却液60向着汽缸盖的前部，即，向着整体凸轮驱动壳18流动时，冷却液60被导入上部排气歧管冷却套管52，在上部排气歧管冷却套管52中冷却液带走整体谐调排气歧管22的热量。然后冷却液60流向下部排气歧管冷却套管54，在下部排气歧管冷却套管54中冷却液继续带走整体谐调排气歧管22的热量。接下来冷却液60被导入冷却液出口通道56，在冷却液出口通道56中冷却液以与主冷却套管50基本垂直的方向横跨汽缸盖。冷却液60通过冷却液出口部件58排出汽缸盖，在冷却液出口部件58处冷却液接着被导向车辆的冷却系统。这种类型的冷却液流动模式被称作串联式冷却液流动模式，其中冷却液60在与上部排气歧管冷却套管52连通之前为了随后导入下部排气歧管冷却套管54必须先横跨主冷却套管50。
参考图5，同时进一步结合图1到3，图中示出了用于汽缸盖铸件12内部冷却套管的一个替换实施例，其中的冷却套管利用两件冷却套管型芯设计形成。汽缸盖铸件12定义了一主冷却套管50，主冷却套管50与上部排气歧管冷却套管52和下部排气歧管冷却套管54流体连通。另外，主冷却套管50，上部排气歧管冷却套管52以及下部排气歧管冷却套管54与冷却液出口通道56流体连通。对于本实施例，在汽缸盖铸件12铸造期间第一冷却套管型芯件62形成主冷却套管50，下部排气歧管冷却套管54以及冷却液出口通道56的至少一件。另外，在汽缸盖铸件12铸造期间第二冷却套管型芯件64形成主冷却套管50以及上部排气歧管冷却套管52的至少一件。
参考图6，图5中所示的第一和第二冷却套管型芯件62和64结合形成为一个冷却套管型芯件66。与图5中所示的相似结构的内部冷却套管可以利用一个冷却套管型芯设计形成。在汽缸盖铸件12铸造期间，冷却套管型芯件66同时形成主冷却套管50，上部排气歧管冷却套管52，下部排气歧管冷却套管54以及冷却液出口通道56。
参考图5和6，同时进一步结合图1到3，在运行时，汽缸盖10从气缸体(未示出)接收冷却液60。冷却液60被引导到汽缸盖10的与整体凸轮驱动壳18相对的后部或者侧面。冷却液60流过主冷却套管50，从而带走汽缸盖10和燃烧室28大部分区域中的热量。在冷却液60向着汽缸盖的前部，即，向着整体凸轮驱动壳18流动时，冷却液60被导入上部排气歧管冷却套管52和下部排气歧管冷却套管54，在上部排气歧管冷却套管52和下部排气歧管冷却套管54中冷却液带走整体谐调排气歧管22的热量。接下来，冷却液60被导入冷却液出口通道56，在冷却液出口通道56中冷却液以与主冷却套管50基本垂直的方向横跨汽缸盖。冷却液60通过冷却液出口部件58排出汽缸盖，在冷却液出口部件58处冷却液接着被导向车辆的冷却系统。这种类型的冷却液流动模式被称作平行冷却液流动模式(coolant flow pattern)，其中冷却液60同时与上部排气歧管冷却套管52和下部排气歧管冷却套管54连通。
总之，通过对朝向收集室40的排气口36A和36B以及排气流道42进行定向或者定位，发动机性能可以获得提高。另外，由于可以减小汽缸盖10的尺寸所以可以减小安装空间。通过同时设置上部排气歧管冷却套管52和下部排气歧管冷却套管54，汽缸盖10的可靠性可以得到提高，机体温度可以得到降低。
在对实施本发明的最佳方式详细描述之后，本领域技术人员可以理解用于实施本发明的各种替代设计和实施例均落入本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种汽缸盖，其包括定义了多个排气口的汽缸盖铸件；由所述汽缸盖铸件整体定义的谐调排气歧管；其中所述谐调排气歧管包括多个与所述多个排气口连通的排气流道；其中所述谐调排气歧管还包括一个与所述多个排气流道连通的收集室；以及其中所述的多个排气口和所述的多个排气流道中的每一个基本上朝着所述收集室定位或定向。
2.根据权利要求1的汽缸盖，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个用于冷却该汽缸盖铸件的主冷却套管。
3.根据权利要求2的汽缸盖，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个与所述谐调排气歧管进行热交换的上部冷却套管。
4.根据权利要求3的汽缸盖，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个与所述谐调排气歧管进行热交换的下部冷却套管。
5.根据权利要求3的汽缸盖，其中所述的上部冷却套管与所述的主冷却套管流体连通。
6.根据权利要求1的汽缸盖，其进一步包括至少一个与所述汽缸盖铸件整体形成的火花塞管。
7.根据权利要求1的汽缸盖，其进一步包括一个与所述汽缸盖铸件整体形成的凸轮驱动壳。
8.根据权利要求1的汽缸盖，其中所述的汽缸盖铸件定义了一冷却套管，所述的冷却套管具有串联式和并联式冷却液流动模式之一。
9.一种汽缸盖，其包括汽缸盖铸件，汽缸盖铸件限定至少一个燃烧室，燃烧室选择性的与多个排气口连通；由所述汽缸盖铸件整体定义的谐调排气歧管；其中所述谐调排气歧管包括多个与所述多个排气口连通的排气流道；其中所述谐调排气歧管还包括一个与所述多个排气流道连通的收集室；以及其中所述的多个排气口和所述的多个排气流道中的每一个基本上朝着所述收集室定位或定向。
10.根据权利要求1的汽缸盖，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个用于冷却该汽缸盖铸件的主冷却套管，所述的汽缸盖铸件定义了一个与所述谐调排气歧管进行热交换的上部冷却套管，所述的汽缸盖铸件定义了一个与所述谐调排气歧管进行热交换的下部冷却套管。
11.根据权利要求9的汽缸盖，其进一步包括至少一个与所述汽缸盖铸件整体形成的火花塞管。
12.根据权利要求9的汽缸盖，其进一步包括一个与所述汽缸盖铸件整体形成的凸轮驱动壳。
13.根据权利要求9的汽缸盖，其中所述的汽缸盖铸件定义了一冷却套管，所述的冷却套管具有串联式和并联式冷却液流动模式之一。
14.一种定义了多个排气口的汽缸盖铸件，该汽缸盖铸件包括由所述汽缸盖铸件整体定义的谐调排气歧管；其中所述谐调排气歧管包括多个与所述多个排气口连通的排气流道；其中所述谐调排气歧管还包括一个与所述多个排气流道连通的收集室；以及其中所述的多个排气口和所述的多个排气流道中的每一个基本上朝着所述收集室定位或定向。
15.根据权利要求14的汽缸盖铸件，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个用于冷却该汽缸盖铸件的主冷却套管。
16.根据权利要求14的汽缸盖铸件，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个与所述谐调排气歧管进行热交换的上部冷却套管。
17.根据权利要求14的汽缸盖铸件，其中所述的汽缸盖铸件定义了一个与所述谐调排气歧管进行热交换的下部冷却套管。
18.根据权利要求14的汽缸盖铸件，其进一步包括至少一个与所述汽缸盖铸件整体形成的火花塞管。
19.根据权利要求14的汽缸盖铸件，其进一步包括一个与所述汽缸盖铸件整体形成的凸轮驱动壳。
20.根据权利要求14的汽缸盖铸件，其中所述的汽缸盖铸件定义了一冷却套管，所述的冷却套管具有串联式和并联式冷却液流动模式之一。
全文摘要
提供了一种汽缸盖，该汽缸盖包括定义了多个排气口的汽缸盖铸件。谐调排气歧管由汽缸盖铸件整体定义。谐调排气歧管包括多个与该多个排气口连通的排气流道和一个与该多个排气流道连通的收集室。该多个排气口和多个排气流道中的每一个基本上朝着收集室定位或定向。另外，汽缸盖铸件定义了一个用于冷却该汽缸盖铸件的主冷却套管。汽缸盖铸件还定义了用于与谐调排气歧管进行热交换的上部冷却套管和下部冷却套管。汽缸盖铸件还可以包括整体形成的火花塞管和凸轮驱动壳。另外，冷却套管可以为串联式冷却液流动模式或者并联式冷却液流动模式。
文档编号F02F1/26GK101037973SQ20071010063
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年3月14日
发明者F·J·罗扎里奥, D·T·莱斯特, S·R·科恩布拉姆 申请人:通用汽车环球科技运作公司