专利名称：用于自燃式内燃机的气缸头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、尤其用于自燃式(selbstzuendende)内燃机的气缸头(Zylinderkopf)，其带有至少一个排气通道(Auslasskanal)，该排气通道可以由排气阀(Auslassventil)封闭；并且带有冷却空气通道组件(Kuehlluftkanalanordnung)，该冷却空气通道组件带有至少一个冷却空气通道(Kuehlluftkanal)以用于利用冷的空气或其它冷却气体(Kuehlgas)的排气阀的加载(Beauf schlag皿g)。
背景技术：
在内燃机中燃烧时产生的废气可以达到非常高的温度。围绕这种内燃机的排气阀而流动的废气此外还是腐蚀性的氛围(Milieu)，因此在排气阀上存在热腐蚀的危险。被腐蚀的阀随后可能导致发动机损伤。 为了避免这种影响，经常使发动机以比最大可能的发动机功率小的功率运行。为了避免高的排气阀温度还已知，借助于在阀的内部中循环的一般的液体冷却介质来冷却排气阀。但是这种解决方案比较费用高昂。作为至少将排气阀的座区域(Sitzbereich)冷却的另一种可能性，已知了阀座的内部冷却。但是在这种变型中关于阀锥(Ventilkegel)的冷却效果是相对微小的(gering)。 专利文件DE 524 453描述了一种借助于对着阀锥的背离燃烧室的侧面而吹喷的气体射流(Gasstrahl)的、用于内燃机的阀冷却。在此，用于输送冷却气体的装置在阀附近且与阀同轴地具有环腔。该环腔包括在其周缘上分布的、指向阀锥的射出孔。在此环腔可以位于气缸头内部或者位于布置在气缸头中的装置中。 专利申请文件DE 34 25 301示出一种空气冷却的插入物(Einsatz)，其包括阀座。在插入物的外周缘上又与阀同轴地布置有环腔。插入物还在内周缘上具有分布的射出孔，它们以来自环腔的冷却空气(Kuehlluft)加载阀锥。 这种已知的用于冷却阀锥的背离燃烧室的侧面的组件在气缸头内总是具有收集室或分支。由此一方面产生了空气供给系统的大的表面，由此使得冷却空气已通过气缸头壳体而被加热。另一方面存在空气涡流，尤其是回流(Rueckstroemungen)，其同样导致冷却空气在对阀表面进行加载之前更多地被加热。由此损害了所获得的冷却效果。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种气缸头以供使用，该气缸头具有带有简单的设计的冷却空气组件(Kuehlluftanord皿ng)，其避免了现有技术的缺陷并且用于降低排气阀的温度。 为了实现该目的，根据权利要求1前序部分所述的气缸头通过其特征部分的特征而被改进。有利的改进方案是从属权利要求的内容。 根据本发明的气缸头具有至少一个排气通道，其可以由排气阀所封闭。该气缸头还具有冷却空气通道组件，其带有至少一个冷却空气通道以用于利用冷却气体、尤其是冷 的空气来加载排气阀。 根据本发明的第一实施例，所述冷却空气通道组件的冷却空气通道在气缸头中构 造成大致上线性的(linear)。由此使得由于冷却气体的偏转以及摩擦损失(其与待流过的 冷却空气通道的长度成比例地上升)而产生的流动损失(Stroemungsverluste)减少到最 小程度。冷却空气通道的线性的构造的优点还在于至排气阀的冷却空气的直接的输送。由 此，在冷却气体在热的气缸头表面旁流过时的至冷却气体的热量输入(Waermeeintrag)尽 可能地被减少到最小程度。 被流过的通道中的横截面(Querschnitt)中的改变、尤其是突然的改变，会导致 涡流和/或导致流动的介质的堵塞(Aufsta皿ng)。在这种设计中在当前情况下，滞留时间 和冷却空气与气缸头表面之间的接触会增加，这同样将导致冷却气体被加热并因此导致冷 却能力(Kuehlleistung)被降低。 因此，根据本发明的第二实施例，气缸头中的冷却空气通道组件的冷却空气通道 构造成带有大致上不变的(gleichbleibendem)横截面。由此，尤其由于横截面改变而产生 的流动损失被减少。 根据本发明的第三实施例，气缸头中的冷却空气通道组件的冷却空气通道构造成 带有连续地变大的(kontinuierlich vergroesserndem)横截面。由此，在突然的横截面改 变中出现的流动损失被避免。同时，由此可有利地获得喷嘴效应(Dueseneffekt)，其再次提 高了冷却效果。 本发明的第一实施例可以有利地与第二或第三实施例相组合，以用于使上述优点 相联合。 通过冷却空气通道组件的冷却空气通道，冷却气体、尤其是冷却空气可流入到排 气通道中(其在该处对背离燃烧室的排气阀的端部进行加载)。在此，排气阀的冷却、且尤 其是承受高的热负荷的(thermischhoch belasteten)阀锥的冷却，直接地在阀的表面处且 由此特别地考虑到热腐蚀在非常有利的部位处进行。 作为冷却介质优选使用增压空气(Ladeluft)。在与本发明的关联中通常将冷却介 质称为空气。但是，为达到根据本发明的效果同样可以使用其它气体或气体混合物。
冷却空气和/或冷却气体可以通过优选直接与内燃机的涡轮增压器 (Turbolader)的增压空气通道(Ladeluftkanal)相连接的供给系统而被从外带入到气缸 头中，并且/或者通过冷却空气通道组件与进气通道(Einlasskanal)的连接而流入。在这 种设计中，优选以无进一步的加压(Druckbeaufschlagung)的方式将空气从进气通道导引 到排气阀上。 根据本发明的冷却空气通道组件包括至少一个、优选多个冷却空气通道，它们有 利地这样地设计和布置，S卩，使得穿过其而流动的冷却空气流依赖于排气通道的几何结构 (Geometrie)并依赖于排气阀的冷却需求地对排气阀进行加载。 排气阀通常具有不同的热负荷的区。在气缸头中被引导且由阀传动装置 (Ventiltrieb)所控制的阀足(Ventilfuss)从阀传动装置处的带有小的热负荷的区一直 伸展到在其中阀承受强的热负荷的阀锥出口 (Ventilkegelauslauf)。在两件式的或多件式 的阀(其在阀足和阀锥之间被接合)中，在该接合部位处避免过高的热负荷是重要的。阀
4锥具有相对大的质量，这导致了该区域中的强烈的蓄热。由于比较小的阀锥的表面，产生了 减弱的放热。在阀的座区域中特别是在燃烧气体的排放期间存在着非常高的温度。在关闭 状态中，座区域通过阀座(其大多被冷却)将这种高的温度导引到气缸头中。
优选使冷却空气通道组件匹配于气缸头的设计。用于该匹配的可能的标准尤其地 为冷却套几何结构或所需的阀冷却。因此，有利的是，从相应地构造和布置的冷却空气通道 流出的冷却气体尤其对排气阀的承受较高的热负荷的区域和/或具有较高尺寸精度(例如 用于密封目的)且因此应暴露在更小的温度波动下的区域进行加载。如上所叙述地，这些 区域可尤其包括阀座、阀锥和/或阀中的接合部位。 冷却空气通道可例如借助于切削加工过程(如钻孔)构造而成或例如在气缸头的 成型(Urformen)中已附带地被浇铸成。 在从冷却空气通道到排气通道的冷却空气的流出口 (Austritt)的区域中优选的 是为了影响冷却空气流而连续地增大通道的横截面。由此形成的扩压器(Diffusor)导致 了流出的冷却空气流的横截面中的变大。通过这样的设计可例如获得更大的面的均匀的冷 却。 在本发明的一种改进方案中作如下设置，S卩，冷却空气通道组件的冷却空气通道 将不同的冷却空气体积流(Kuehlluftvolumenstroeme)导引到排气通道中。由此可例如影 响速度(冷却空气流以该速度撞击到排气阀上)并由此影响冷却能力。此外可借助于经匹 配的体积流而改变该流的可到达的范围。 此外，基于冷却空气通道流出口的、在其在排气通道中相对于排气阀的几何位置 的方面的布置，得出了对可达到的冷却效果的明显的影响。优选地，冷却空气组件的冷却空 气通道在排气阀的轴向方向上布置在不同的高度中，以便获得在排气阀的周缘上尽可能均 匀的冷却效果。冷却空气通道的布置优选地还以在阀锥处或在阀足处所需的冷却能力为导 向。优选地，多个冷却空气通道径向地相对于排气阀的轴线分布地布置和/或为了达到所 期望的冷却能力而具有不同的入流角。 上面的特征可有利地彼此组合。那么，冷却空气组件的冷却空气通道可在排气阀 的轴向方向上布置在不同的高度中，以便由此提高在气缸头的设计中的创造的自由度或者 使加工变容易。为了尽管如此仍实现均匀的冷却，离阀的待冷却的区域较远的冷却空气通 道可引导更大的、尤其带有更高的流动速度的冷却气体体积流。 由于气缸头与排气阀的座区域之间的阀座处的高的热负荷，在排气通道中常布置 有独立的高强度的元件，例如阀座环或插入物，其部分地限定了排气通道。优选地，没有冷 却空气通道穿过这类插入物而伸延，因为在流过这些承受非常高的热负荷的区域时冷却空 气将强烈地被加热且冷却效果因此会被削弱。取而代之，在根据本发明的气缸头(在其中 布置有这种插入物)中，冷却空气通道优选地构造在原来的气缸头本身中、尤其是在气缸 头壳体中。这同样简化了生产。 优选地，冷却空气通道组件的冷却空气通道与内燃机的涡轮增压器的增压空气通 道相连接。此外，优选地，冷却空气连续地被输送给冷却空气通道组件，以便不依赖于燃烧 室中的工作循环(Arbeitszyklus)地不间断地冷却排气阀。 根据本发明的气缸头中的冷却空气通道组件展现了在结构以及加工技术上简单 的解决方案。由于由此而被改善的排气阀的冷却，可能的是，提高内燃机的运行温度，由此，可获得与改善的燃烧相联系的更高的发动机功率。此外，在根据本发明而实施的气缸头中 还可以延长阀锥的使用寿命，因为，由于排气阀的背面处的更低的表面温度，热腐蚀的危险 被降低。
由下面的联系附图的描述给出本发明的其它优点、特征和应用可能性。此处，唯一 的 图1显示了带有根据本发明的气缸头的实施例的排气阀的排气通道的截面图。 参考标号列表 10 气缸头 12排气通道 13 冷却套 14 阀座环 30 排气阀 31 座区域 32 阀锥 33 阀足 41 ，42 冷却空气通道 51， 52 空气流
具体实施例方式
图1显示了根据本发明的气缸头10的示例性实施形式，其在排气通道12的区域 中在截面图中被示出。排气阀30在所示的部位中在其座区域31中坐在阀座中。排气通道 由此被关闭。除了座区域31，该阀还包括阀锥32和阀足33，其在排气通道外支承在气缸头 中。 该气缸头10本身通过在仅部分地表示出的冷却套13中循环的冷却水而被冷却。 阀座由独立的、布置在气缸头10中的阀座环14形成，其同样是水冷却的。
该冷却空气组件在所示的实施例中包括两个冷却空气通道41和42，它们通过钻 孔而如此地被引入到气缸头IO本身中，S卩，使得它们线性地穿过该气缸头10。冷却空气通 道41和42以冷的空气加载阀33。 在此，如此地布置该两个冷却空气通道，即，使得排出的冷却空气射流直接地撞到 承受高的热负荷的阀锥32上。空气流的走向通过图1中的箭头51和/或52来表示。
出于创造的原因，尤其为了冷却套13的最佳的布置和构造，以及为了简化生产， 冷却空气通道组件的该两个冷却空气通道41，42在排气阀30的行程方向(Hubrichtung) 上布置在不同的位置中。在此，为了实现阀锥的均匀的加载，离阀锥更远的冷却空气通 道41与排气阀的行程方向形成更锐利的角，从而使得冷却空气以更高的法向上的(in Normalrichtung)冲量(Impuls)而撞到阀锥上。在一种未示出的改进方案中，冷却空气通 道41在朝向排气阀31的方向上轻微地锥状地敞开。由此产生的喷嘴效应同样导致了利用 冷却空气(其穿过在行程方向上布置不同位置中的冷却空气通道出口)的有利的加载。
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在排气通道12中通过进入的冷却介质流所引起的空气涡流有利地还提高了从阀 锥到通过排气通道而离开气缸头的冷却空气的传热。
权利要求
一种气缸头(10)，尤其用于自燃式内燃机，带有至少一个排气通道(12)，其可由排气阀(30)所封闭；并且带有冷却空气通道组件，其带有至少一个冷却空气通道(41，42)以用于以冷却气体、尤其是冷的空气加载所述排气阀(30)，其特征在于，所述气缸头(10)中的所述冷却空气通道组件的冷却空气通道(41，42)构造成大致上线性的和/或带有大致上不变的或连续地变大的横截面。
2. 根据权利要求l所述的气缸头，其特征在于，所述冷却空气通道(41,42)在至所述排气通道(12)的流出口的区域中扩大。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的气缸头，其特征在于，所述冷却空气通道组件的冷却空气通道(41,42)与涡轮增压器的增压空气通道或内燃机的进气通道相连通。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的气缸头，其特征在于，在所述气缸头(30)中布置有插入物(14)，其部分地限定了所述排气通道(12)，并且，所述冷却空气通道组件的冷却空气通道(41,42)构造在所述气缸头(30)本身中。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的气缸头，其特征在于，所述冷却空气通道组件的至少两个冷却空气通道(41,42)在所述排气阀(30)的行程方向上布置在不同的位置中。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的气缸头，其特征在于，所述冷却空气通道组件的至少两个冷却空气通道(41,42)与所述排气阀(13)的行程方向形成不同的角。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的气缸头，其特征在于，所述冷却空气通道组件的至少两个冷却空气通道(41,42)将不同的冷却空气体积流导引到所述排气通道(13)中。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的气缸头，其特征在于，所述冷却气体不依赖于所述内燃机的工作循环地加载所述排气阀(30)。
全文摘要
本发明涉及一种用于自燃式内燃机的气缸头，具体而言，气缸头(10)带有可以由排气阀(30)封闭的至少一个排气通道(12)，并且包括有带有至少一个冷却空气通道(41，42)以用于以冷的空气加载排气阀的冷却空气通道组件。气缸头中的冷却空气通道组件的冷却空气通道构造成大致上线性的和/或带有大致上不变的或连续地变大的横截面。
文档编号F02F1/28GK101749141SQ200910261500
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月9日
发明者M·瓦伦塔, R·平特纳格尔 申请人:曼柴油机欧洲股份公司