本发明涉及一种用于内燃机的气缸盖。
背景技术：
已知在气缸盖中嵌入有由管构件形成的水套，以抑制设置在用于内燃机的气缸盖中的燃烧室中的温度上升。管构件沿着布置在气缸盖中的多个燃烧室延伸，并且该管构件设置有部分地弯曲的弯曲部，以避免与排气口或火花塞干涉(例如，参阅日本未审专利申请公开no.2001-207844(jp2001-207844a))。
技术实现要素：
在弯曲部中，流速可能会由于冷却剂压降的增加而降低。因此，可能不能有效地冷却燃烧室，并且燃烧室的温度变高。
本发明提供了一种用于内燃机的气缸盖，其中，燃烧室中的温度上升被更有效地抑制。
本发明的一方面涉及用于内燃机的气缸盖。该气缸盖包括气缸盖主体和管构件。在气缸盖主体中布置有多个燃烧室。管构件沿着布置燃烧室的方向延伸，冷却剂流经管构件，并且管构件嵌入在气缸盖主体中。管构件设置有弯曲的第一弯曲部，并且第一弯曲部设置有第一节流区域。第一节流区域的截面积部分地减小。
根据本发明的该方面，由于第一节流区域设置在第一弯曲部中，所以抑制了第一弯曲部中的流速的降低并且抑制了第一燃烧室中的温度上升。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，燃烧室可以包括最接近第一弯曲部的第一燃烧室。第一弯曲部可以弯曲成接近第一燃烧室。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，第一弯曲部的第一壁部可以设置有第一薄部，该第一薄部面向第一燃烧室并且比另一部分薄。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，第一薄部的至少一部分可以设置在第一节流区域中。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，燃烧室还可以包括第二燃烧室，该第二燃烧室与第一燃烧室相邻，并且沿着冷却剂的流动方向而位于第一燃烧室的下游或上游，管构件还设置有最接近第二燃烧室的第二弯曲部，该第二弯曲部设置有第二节流区域，并且第二节流区域处的通路截面积小于第一节流区域处的通路截面积。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，燃烧室还可以包括第二燃烧室，该第二燃烧室与第一燃烧室相邻，并且沿着冷却剂的流动方向而位于第一燃烧室的下游或上游，管构件还设置有最接近第二燃烧室的第二弯曲部，该第二弯曲部的第二壁部设置有比第一薄部薄的第二薄部。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，第一弯曲部可以定位在与第一燃烧室连通的两个排气口之间，并且第二弯曲部可以定位在与第二燃烧室连通的两个排气口之间。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，第一弯曲部可以定位在与第一燃烧室连通的两个进气口之间，并且第二弯曲部可以定位在与第二燃烧室连通的两个进气口之间。
在根据本发明的该方面的气缸盖中，管构件可以包括第一管构件和第二管构件，该第一管构件和第二管构件设置成使得在俯视图中火花塞置于第一管构件与第二管构件之间。
根据本发明的该方面，可以提供一种用于内燃机的气缸盖，其中，燃烧室中的温度上升被抑制。
附图说明
下文将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1是发动机系统中的冷却剂流动通路的示意图；
图2是气缸盖的剖视图；
图3a是示出弯曲部的附近的剖视图；
图3b是示出弯曲部的附近的剖视图；
图4a是示出弯曲部的附近的剖视图；
图4b是示出弯曲部的附近的剖视图；
图5a是示出弯曲部的附近的剖视图；
图5b是示出弯曲部的附近的剖视图；
图6a是示出弯曲部的附近的剖视图；以及
图6b是示出弯曲部的附近的剖视图。
具体实施方式
图1是发动机系统1中的冷却剂流动通路的示意图。发动机系统1设置有发动机50、水泵60、散热器70、恒温器80和流速控制阀90。发动机50设置有气缸体200和设置在气缸体200上方的气缸盖100。在气缸体200中，形成有沿一个方向布置的气缸220a至220d。在气缸盖100中，形成有分别对应于气缸220a至220d的燃烧室10a至10d。在气缸220a至220d中的每一者中，容置有活塞(未示出)使得活塞可以往复运动。在气缸体200中，形成有围绕气缸220a至220d延伸的水套210。在气缸盖100中，嵌入有管构件110、管构件120。
冷却剂在从水泵60排出之后会根据流速控制阀90的开度而被分流，并且冷却剂的一部分流经气缸盖100的管构件110、管构件120，而冷却剂的其余部分则流经气缸体200的水套210。从气缸盖100和气缸体200排出的冷却剂彼此交汇并经由恒温器80返回至水泵60或者经由散热器70和恒温器80返回至水泵60。当冷却剂流经管构件110、管构件120或水套210时，发动机50被冷却。
接下来，将描述气缸盖100。图2是气缸盖100的剖视图。图2示出了正交于限定燃烧室10a至10d的气缸220a至220d中的每一者的轴向方向的截面。换句话说，图2示出了与活塞的往复运动方向正交的截面。在图2中，y轴方向是布置燃烧室10a至10d的方向，并且x轴方向是从进气口20a至20d向排气口30a至30d的方向。x轴方向和y轴方向对应于水平方向，并且z轴方向对应于垂直方向。图2中的截面是从垂直上侧观看的截面。因此，燃烧室10a至10d定位成相比图2中的截面更靠近纸面背侧。
气缸盖100包括作为铝合金铸件的气缸盖主体101和嵌入在气缸盖主体101中的管构件110、管构件120。在气缸盖主体101中，形成有燃烧室10a至10d、进气口20a至20d、排气口30a至30d以及排气歧管31。火花塞pa至pd设置在燃烧室10a至10d中的相应中央位置处。排气口30a至30d分别与燃烧室10a至10d连通。排气歧管31与排气口30a至30d连通。排气口30a至30d中的每一者的数量为两个，并且排气口30a至30d由排气门(未示出)开启和关闭。进气口20a至20d分别与燃烧室10a至10d连通。进气口20a至20d中的每一者的数量为两个，并且进气口20a至20d由进气门(未示出)开启和关闭。
管构件110、管构件120中的每一者均是由铝合金形成的管，并且管构件110、管构件120彼此沿着燃烧室10a至10d布置的方向延伸。冷却剂在管构件110中流动的流动方向与冷却剂在管构件120中流动的流动方向彼此相同。管构件110、管构件120中的每一者的截面的形状是大致正圆形的形状。然而，本发明不限于此，截面的形状可以是椭圆形状。管构件110设置在火花塞pa至pd与排气口30a至30d之间。管构件120设置在火花塞pa至pd与进气口20a至20d之间。管构件110、管构件120定位在燃烧室10a至10d的垂直上方，并且燃烧室10a至10d通过在管构件110、管构件120中流动的冷却剂进行冷却。
具体地，管构件110设置有大致线性地延伸的主体部分111以及部分地形成在主体部分111上的弯曲部113a至113d。弯曲部113a在两个排气口30a之间突出，并且弯曲以避让火花塞pa。这同样适用于弯曲部113b至113d、排气口30b至30d以及火花塞pb至pd。因此，当冷却剂流经管构件110时，进一步抑制了排气口30a至30d和火花塞pa至pd附近的温度上升。
管构件120设置有大致线性地延伸的主体部分121以及部分地形成在主体部分121上的弯曲部123a至123d。弯曲部123a在两个进气口20a之间突出，并且弯曲以避让火花塞pa。这同样适用于弯曲部123b至123d、进气口20b至20d以及火花塞pb至pd。因此，当冷却剂流经管构件120时，进一步抑制了进气口20a至20d和火花塞pa至pd附近的温度上升。
进气口20a和排气口30a与燃烧室10a连通。类似地，进气口20b至20d和排气口30b至30d分别与燃烧室10b至10d连通。因此，与进气口20a至20d和排气口30a至30d一样，也抑制了燃烧室10a至10d的温度上升。此外，如上所述，管构件110、管构件120被设置成使得火花塞pa至pd置于管构件110与管构件120之间。因此，进一步抑制了火花塞pa至pd附近的温度上升。
接下来，将详细描述管构件110的弯曲部113a至113d。图3a、图3b、图4a和图4b分别是示出弯曲部113a至113d的附近的剖视图。图3a至图4b示出与x轴方向正交的截面。图3a至图4b中的每一者中的下侧是指垂直下侧并且是设置有气缸体200的一侧。如图3a至图4b中所示，弯曲部113a至113d弯曲成朝向垂直下侧突出。如图2中所示，弯曲部113a至113d也在水平方向上弯曲。因此，弯曲部113a至113d在水平方向上弯曲并且朝向垂直下侧弯曲。
如图3a中所示，弯曲部113a朝向垂直下侧弯曲，使得弯曲部113a变得更加靠近燃烧室10a，其中，燃烧室10a是燃烧室10a至10d中最靠近弯曲部113a的燃烧室。如上所述，通过冷却剂流经弯曲成靠近燃烧室10a的弯曲部113a，能够抑制燃烧室10a内的温度上升。
在弯曲部113a中，在预定区域上形成具有比另一部分的通路截面积小的通路截面积的节流区域115a。节流区域115a设置在弯曲部113a中。具体地，在节流区域115a中，通路截面积从上游侧逐渐减小，通路截面积在减小之后大致恒定，并且通路截面积在下游侧逐渐增加以达到原始通路截面积。通路截面积的减小和增加是通过减小和增加内径来实现的。节流区域115a处的截面的形状保持大致正圆形的形状。然而，本发明不限于此，节流区域115a处的截面的形状可以保持为包括椭圆形状或者正圆形形状的大致圆形形状。因此，冷却剂的阻力得到抑制。除了节流区域115a之外的弯曲部113a或主体部分111处的截面的形状也保持为包括椭圆形状或正圆形的大致圆形形状。节流区域115a可以具有这样的形状，使得节流区域115a的通路截面积在上游侧与下游侧之间的中间位置处最小，通路截面积从上游侧朝向中间位置逐渐减小，并且通路截面积从中间位置向下游侧逐渐增大。
由于通路截面积部分地减小，因此与通路截面积始终恒定的情况相比，流体的流速在具有减小的通路截面积的部分处增加。因此，与未设置节流区域115a的情况相比，抑制了冷却剂流经设置有节流区域115a的弯曲部113a的流速的减少。因此，更有效地抑制了燃烧室10a中的温度上升。在图3a中，示出了在节流区域115a处的直径d1a。
弯曲部113a的壁部设置有厚部116a和形成为比厚部116a薄的薄部117a。薄部117a形成在面向燃烧室10a的位置处。因此，经由薄部117a促进了从燃烧室10a向冷却剂的热传递，并且通过沿着薄部117a流动的冷却剂，更有效地抑制了燃烧室10a中的温度上升。
薄部117a的至少一部分形成在节流区域115a中。因此，由于流速下降被抑制的冷却剂沿着薄部117a流动，所以更有效地抑制了燃烧室10a中的温度上升。
类似地，如图3b、图4a和图4b中所示，弯曲部113b至113d分别设置有节流区域115b至115d、厚部116b至116d以及薄部117b至117d，并且更有效地抑制了燃烧室10b至10d中的温度上升。节流区域115a至115d分别形成在弯曲部113a至113d中，并且抑制了冷却剂的流速的减小。因此，也抑制了整个管构件110中的冷却剂的流速的减小，并且更有效地抑制了整个燃烧室10a至10d中的温度上升。
节流区域115a至115d的相应直径d1a至d1d按照直径d1a、直径d1b、直径d1c、直径d1d的顺序依次减小。因此，冷却剂在节流区域115a至115d中流动的流速按照节流区域115a、节流区域115b、节流区域115c、节流区域115d的顺序依次上升。如上所述，冷却剂在弯曲部的下游侧流动的流速高于冷却剂在弯曲部的上游侧流动的流速。
由于冷却剂在从上游侧向下游侧流动时从各个燃烧室接收热量，因此冷却剂的温度朝向下游侧增加。因此，在冷却剂分别在弯曲部113a至113d中流动的流速彼此相同的情况下，冷却剂的冷却效率朝向下游侧降低，并且温度按照燃烧室10a、燃烧室10b、燃烧室10c、燃烧室10d的顺序依次上升。因此，燃烧室10a至10d的温度有可能变化。在该实施方式中，由于冷却剂在节流区域115a至115d中流动的流速按照节流区域115a、节流区域115b、节流区域115c、节流区域115d的顺序依次上升，因此抑制了燃烧室10a至10d的温度变化。
薄部117a至117d的相应厚度t1a至t1d按照厚度t1a、厚度t1b、厚度t1c、厚度t1d的顺序依次减小。由于上述特点，燃烧室10a至10d中的温度变化也得到抑制。
如上所述，由于抑制了燃烧室10a至10d中的温度变化，所以可以有效地抑制温度相对较高的燃烧室中出现爆震等的可能性。
尽管薄部117a至117d较薄，但由于厚部116a至116d较厚，所以抑制了管构件110的强度的降低。
接下来，将描述管构件120的弯曲部123a至123d。由于弯曲部123a至123d具有与弯曲部113a至113d类似的构造，所以将简化描述。图5a、图5b、图6a和图6b分别是示出弯曲部123a至123d的附近的剖视图。图5a至图6b示出了与x轴方向正交的截面。图5a至图6b中的每一者中的下侧是指垂直下侧并且是布置有气缸体200的一侧。如图5a至图6b以及图2中所示，弯曲部123a至123d在水平方向上弯曲并且朝向垂直下侧弯曲。
如图5a中所示，由于弯曲部123a朝向垂直下侧弯曲，使得弯曲部123a变得更靠近燃烧室10a，其中燃烧室10a是燃烧室10a至10d中最靠近弯曲部123a的燃烧室，所以通过流经弯曲部123a的冷却剂，更有效地抑制了燃烧室10a中的温度上升。另外，在弯曲部123a中，在预定区域上形成具有比另一部分的通路截面积小的通路截面积的节流区域125a。因此，冷却剂流速的减小得到抑制，从而更有效地抑制燃烧室10a中的温度上升。在图5a中，示出了节流区域125a处的直径d2a。
弯曲部123a的壁部设置有厚部126a和形成为比厚部126a薄的薄部127a，并且薄部127a面向燃烧室10a。因此，通过沿着薄部127a流动的冷却剂，更有效地抑制了燃烧室10a中的温度上升。薄部127a的至少一部分形成在节流区域125a中。因此，由于流速下降被抑制的冷却剂沿着薄部127a流动，所以更有效地抑制了燃烧室10a中的温度上升。
类似地，如图5b、图6a和图6b中所示，弯曲部123b至123d分别设置有节流区域125b至125d、厚部126b至126d和薄部127b至127d，并且更有效地抑制了燃烧室10b至10d中的温度上升。节流区域125a至125d分别形成在弯曲部123a至123d中，并且抑制了冷却剂的流速的减小。因此，抑制了冷却剂在整个管构件120中的流速的减小，并且更有效地抑制了燃烧室10a至10d中的温度上升。如图2中所示，弯曲部123a至123d也在水平方向上弯曲。因此，弯曲部123a至123d在水平方向上弯曲并且朝向垂直下侧弯曲。
与管构件110一样，管构件120形成为使得节流区域125a至125d的相应直径d2a至d2d按照直径d2a、直径d2b、直径d2c、直径d2d的顺序依次减小。因此，在节流区域125a至125d中流动的冷却剂的流速按照节流区域125a、节流区域125b、节流区域125c、节流区域125d的顺序依次增大。薄部127a至127d的厚度t2a至t2d按照厚度t2a、厚度t2b、厚度t2c、厚度t2d的顺序依次减小。因此，抑制了燃烧室10a至10d中的温度变化。尽管薄部127a至127d较薄，但由于厚部126a至126d较厚，所以抑制了管构件120的强度的降低。
接下来，将描述气缸盖100的制造过程。首先，准备形成进气口20a至20d、排气口30a至30d和排气歧管31的型芯以及管构件110、管构件120。接下来，将型芯和管构件110、管构件120设置在铸模中的空腔中。接下来，在诸如空气或水的冷却剂流入管构件110、管构件120中的情况下，在空腔中以一定的压力填充熔融金属，使得熔融金属不流入管构件110、管构件120中，并且型芯不会塌陷。随后，熔融的金属冷却，并且熔融金属被结合至管构件110、管构件120，从而铸造成气缸盖100。在铸造成气缸盖100之后，破坏、排出并去除型芯，使得制造成形成有进气口20a等的气缸盖100。
如上所述，薄部117a设置在节流区域115a中，并且即使在铸造期间也可抑制冷却剂沿着薄部117a流动的流速的减小。因此，可以有效地冷却薄部117a，并且抑制由于高温熔融金属而发生的薄部117a的熔蚀。类似地，可以抑制薄部117b至117d的熔蚀。
这同样适用于管件120。也就是说，薄部127a设置在节流区域125a中，并且即使在铸造期间也可抑制冷却剂沿着薄部127a流动的流速的减少。因此，可以有效地冷却薄部127a，并且抑制由于高温熔融金属而发生的薄部127a的熔蚀。类似地，可以抑制薄部127b至127d的熔蚀。
例如，还可以设想使用型芯来形成水套。然而，如本实施方式那样，在存在多个弯曲部的复杂形状的情况下，可能难以进行准备。如本实施方式中那样，当使用形状能够容易地预先加工的金属管构件时，能够确保气缸盖100中的冷却剂流动通路的形状的自由度。
尽管以上已经详细描述了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述的具体实施方式，并且在权利要求中所描述的本发明的主旨的范围内可以进行各种改型和变型。
在该实施方式中，作为示例已经描述了用于直列四缸发动机的气缸盖。然而，本发明不限于此。可以使用具有两个或更多个线性布置的燃烧室的任何气缸盖。也可以使用不包括火花塞的用于柴油机的气缸盖。
也可以采用设置有管构件110、管构件120中的一者的构造。
只要设置弯曲部113a至113d中的至少一者，就可以采用任何构造。弯曲部113a定位在两个排气口30a之间的位置处，但是弯曲部可以设置在除两个排气口30a之间的位置之外的位置处。这同样适用于弯曲部123a至123d。
直径d1a至d1d可以彼此相同。直径d1a至d1d中的多个相邻弯曲部的直径可以彼此相同，并且相邻弯曲部上游的弯曲部的直径可以大于相邻弯曲部的直径。类似地，直径d1a至d1d中的相邻弯曲部的直径可以彼此相同，并且相邻弯曲部下游的弯曲部的直径可以小于相邻弯曲部的直径。厚度t1a至t1d可以彼此相同。厚度t1a至t1d中的相邻弯曲部的薄部的厚度可以彼此相同，并且相邻弯曲部上游的弯曲部的薄部可以比相邻弯曲部厚。厚度t1a至t1d中的相邻弯曲部的薄部的厚度可以彼此相同，并且相邻弯曲部下游的弯曲部的薄部可以比相邻弯曲部薄。这同样适用于直径d2a至d2d以及厚度t2a至t2d。
可以不设置薄部117a至117d，并且弯曲部113a至113d的壁部的厚度可以始终恒定。在没有薄部117a的情况下，可以设置薄部117b至117d。在没有薄部117a、薄部117b的情况下，可以设置薄部117c、薄部117d。在没有薄部117a至117c的情况下，可以设置薄部117d。这同样适用于薄部127a至127d。
管构件110、管构件120中的至少一者可以由铜制成。例如，在管构件110由铜制成并且气缸盖主体101由铝合金制成的情况下，由于铜的熔点高于铝合金的熔点，所以能够进一步防止薄部117a等的熔蚀。