气缸盖的制作方法

气缸盖
1.本发明涉及一种用于内燃机的气缸盖，气缸盖具有预燃腔室，该预燃腔室设置在气缸盖中并由预燃腔室壁的内壁表面限定，其中，预燃腔室包括第一腔室部分和第二腔室部分，其中，第一腔室部分具有比第二腔室部分更大的直径，其中，至少一个点火装置通向第一腔室部分，并且第二腔室部分包括至少一个溢流通道，用于供流动通过进入毗连防火板的燃烧腔室。
2.用于火花点火式内燃机的预燃腔室的常见设计是通过将预燃腔室套筒拧入气缸盖中的孔中得到的。点火装置拧入预燃腔室套筒中，预燃腔室套筒在顶部处封闭预燃腔室。预燃腔室套筒和点火装置形成预燃腔室，预燃腔室插入或拧入气缸盖中，以将预燃腔室定位并保持在燃烧腔室中。
3.jp 2018-172971 a公开了一种部分集成的预燃腔室，其中，与燃烧腔室相邻的腔室部分由从燃烧腔室的侧部拧入气缸盖的单独部件形成。溢流通道形成在该单独的部件中。
4.还已知形成没有预燃腔室套筒的预燃腔室并且将它们直接集成到气缸盖中。这种预燃腔室例如从de 1 751 542 a1、us 2015/00220766a1或de 2 308358a中已知。
5.已知实施例的缺点在于，具体地是在具有四个气体交换阀和居中设置的预燃腔室的气缸盖中，存在结构限制，并且无法始终确保对预燃腔室的充分冷却，尤其是在使用预燃腔室套筒的情况下。然而，即使在具有集成到气缸盖中的预燃腔室的已知气缸盖中，预燃腔室壁的大壁厚和预燃腔室与冷却套之间的材料积聚也会不利地影响散热。
6.本发明的目的是在上述类型的气缸盖中实现改进的散热。
7.根据本发明，这是通过第一腔室部分的至少一个内壁表面包括至少一个第一平坦部分来实现的。
8.平坦部分定义为壁表面的具有比相邻壁表面区域更小的曲率和/或更大的曲率半径的区域。
9.优选地，规定至少一个第一平坦部分设置在到第二腔室部分的过渡区域中。
10.根据本发明的一实施变型，预燃腔室至少在第一平坦部分的区域中被冷却套包围，其中，预燃腔室壁将冷却套与预燃腔室分开，并且其中，预燃腔室壁的至少一个外壁表面在至少一个第一平坦部分的区域中在冷却套侧具有第二平坦部分。
11.如果多个，优选地至少三个或至少四个，特别是恰好四个第一和/或第二平坦部分围绕第一腔室部分的周缘设置，特别是均匀地设置，则可以获得特别紧凑的设计。
12.本发明的一实施例规定，第一腔室部分在第一平坦部分的区域中具有基本上菱形的横截面。在正交于预燃腔室垂直轴线的截面中，第一腔室部分因此具有基本上菱形的形状。菱形被定义为具有四个相等长度的侧边的平面四边形。预燃腔室垂直轴线例如平行于气缸垂直轴线延伸，并且可以与气缸垂直轴线重合。具体地，预燃腔室垂直轴线可以形成预燃腔室的对称轴线。因此，如在关于气缸轴线和/或预燃腔室垂直轴线的横截面中观察的那样，第一平坦部分和/或第二平坦部分可以基本上以菱形的形式设置。
13.优选地，规定第一平坦部分和/或第二平坦部分基本上形成方锥体的形状。
14.第一平坦部分和第二平坦部分可以是平坦式设计，即没有曲率(弯曲)。在本发明的其它实施例变型中，规定第一平坦部分和/或第二平坦部分相对于相邻的空腔具有凹入弯曲或凸出弯曲。
15.优选地，至少一个第一平坦部分和/或第二平坦部分设置在气缸轴线或预燃腔室垂直轴线和至少一个气体交换通道之间的区域中。如在平面图中所见，至少一个第一平坦部分和/或第二平坦部分的至少一个表面法线可以被引导通过最近的气体交换阀的阀中心。
16.至少一个第一平坦部分和/或第二平坦部分优选地设置在内壁表面和/或外壁表面的与相邻的气体交换通道具有最小距离的区域中。因此，预燃腔室的内壁表面和/或外壁表面的具有与气体交换通道或对应的座圈的最小壁距的下部区域具有平坦的形状。
17.因此，可以减小预燃腔室和冷却套之间的距离并且更多的横截面积可以用于冷却套中的冷却剂流动。由于在气体交换通道处不需要收缩，因此更大的流动横截面也可用于充气交换，并且也可以使用更大的座圈。这使得可以使向冷却剂中的热传递最大化。以这种方式，点火装置以及特别是预燃腔室可以根据需要被冷却。
18.第一平坦部分和/或第二平坦部分优选地形成为关于包含预燃腔室垂直轴线的至少一个垂直平面对称。特别有利的是，第一平坦部分和/或第二平坦部分关于包含预燃腔室垂直轴线的第一垂直平面、并关于包含预燃腔室轴线并且正交于第一垂直平面定位的第二垂直平面对称地形成，其中，各垂直平面在内燃机的气体交换阀之间延伸。
19.第一平坦部分形成导流表面，用于燃料/空气混合物沿点火装置的方向从燃烧腔室流入预燃腔室。第一平坦部分关于第一垂直平面和第二垂直平面的对称设置使得能够基本上无涡流地流入预燃腔室。因此避免了流围绕预燃腔室垂直轴线的旋转运动。因此，不对预燃腔室中充气运动的流动引导产生不利影响。
20.如果预燃腔室至少部分集成在气缸盖中，优选地，预燃腔室完全集成在气缸盖中，则可以节省部件。因此，在预燃腔室和气缸盖、冷却水套和/或充气交换通道之间没有其它部件。这导致了极大的设计自由度。
21.如果使用增材制造工艺生产气缸盖和/或预燃腔室，则可以简化制造。也称为“3d打印”的增材制造工艺是在计算机控制下、根据指定的尺寸和形状逐层施加材料的制造工艺。
22.至少一个溢流通道可以通过钻孔操作产生。
23.本发明的一实施例变型规定，在点火装置和预燃腔室壁之间形成锥形或冠状密封座。容纳点火装置并与侧向预燃腔室壁隔开的部分可形成预燃腔室顶部。预燃腔室的其余部分有利地由气缸盖形成。
24.根据本发明的设计在预燃腔室几何形状方面允许很大的设计自由度。
25.下文参考附图中所示的非限制性示例性实施例更详细地阐释本发明，附图示意性地示出：
26.图1以根据图2中的线i-i剖取的剖视图示出了根据本发明的气缸盖；
27.图2以根据图1中的线ii-ii剖取的剖视图示出了气缸盖；
28.图3a至图3d以根据图1中的线ii-ii剖取的剖视图示出了根据本发明的各种实施例变型中的气缸盖的预燃腔室；
29.图4以类似于图1的剖视图示出了根据本发明的一实施例变型中的预燃腔室的细节；以及
30.图5在内燃机的压缩冲程期间预燃腔室中的流的流动曲线(流动型面)。
31.图1示出了具有至少一个气缸的内燃机的气缸盖1，气缸盖具有完全集成的预燃腔室2。预燃腔室2具有大致瓶形或梨形构造，其具有桶状的第一腔室部分3和基本上圆柱形的第二腔室部分4。预燃腔室2由气缸盖1形成的预燃腔室壁5形成。上部第一腔室部分3具有的最大直径d比设置在气缸盖1的防火板6的区域中的下部第二腔室部分4更大，下部第二腔室部分4的最大直径用d表示。第二腔室部分4经由溢流通道7连接于未更详细示出的内燃机的气缸的燃烧腔室8。点火装置16在预燃腔室2的预燃腔室覆盖件面20的区域中通向预燃腔室2，该预燃腔室覆盖表面20在顶部处封闭预燃腔室。附图标记2a表示预燃腔室的垂直轴线，该垂直轴线在示例性实施例中与内燃机的对应气缸的气缸轴线1a重合。
32.根据本发明的具有在图1中由虚线指示的部分集成的预燃腔室2的实施例变型，第二腔室部分4也可以由单独的部分21形成，该单独的部分从燃烧腔室8一侧拧入气缸盖1中。溢流通道7然后设置在该单独的部分21中。
33.图1中的附图标记s表示压缩冲程期间预燃腔室2中的燃料/空气混合物的流动。图5还示出了详细的流动曲线(流动布型、流动轮廓)。
34.在图1所示的示例性实施例中，预燃腔室2在中心区域9中被冷却套10包围。预燃腔室壁5将冷却套10与预燃腔室2隔开。
35.预燃腔室壁5形成面向预燃腔室2内部的侧向内壁表面11和面向冷却套10的外壁表面12。
36.内壁表面11具有围绕周缘分布的第一平坦部分13。对应于第一平坦部分13，外壁表面12也具有对应的第二平坦部分14。因此，在任何情况下，第二平坦部分14在第一平坦部分13的区域中设置在冷却剂侧的预燃腔室壁5上。
37.在这种情况下，第一平坦部分13位于预燃腔室2的中心区域9或第一腔室部分3的中心和/或下部区域中，具体的是第一腔室部分3的到第二腔室部分4的锥形过渡区域15中。
38.在示例性实施例中，四个第一平坦部分13围绕第一腔室部分3的周缘均匀分布，并形成方锥体。如在正交于气缸轴线1a和预燃腔室垂直轴线2a的横截面中观察的，第一平坦部分13例如以菱形的形式设置。因此，第一腔室部分在第一平坦部分13的区域中具有类似菱形的横截面，如图2所示。
39.如从图2中可以看出的，类似于第一平坦部分13，第二平坦部分14也可以设置成菱形的形式。以这种方式，预燃腔室2和冷却套10之间的距离可以减小或最小化。这使得可以最小化热传递损失并最大化到冷却液中的热传递。因此，可以根据需要冷却预燃腔室2，具体地是点火装置16。由此产生的紧凑型预燃腔室设计进一步实现了气体交换通道，即进气通道in和排气通道ex和座圈尺寸的优化设计。
40.除了图2所示的平坦形状外，第一平坦部分和/或第二平坦部分还可以形成凸形或凹形。图3示出了第一平坦部分13或第二平坦部分14的各种可能的菱形设置。例如，图3a示出了第一平坦部分13的凸出设置，而图3d示出了第一平坦部分13的凹入设置。图3b和图3c示出了菱形第一平坦部分13的平面的实施例，而图3c示出了第一平坦部分13的正方形设置。图3d示出了具有平面的第一平坦部分13的大致的菱形。
41.图2还示意性地示出了通过冷却套10的冷却剂流k，此处冷却剂流从气缸盖1的出口侧a到进气侧e进行。来自气缸盖1的出口侧a的冷却剂沿气缸中心的方向，即气缸轴线1a流动，在两个排气通道ex之间的排气阀桥ab的区域中沿着预燃腔室2的外壁表面12的第二平坦部分14、围绕预燃腔室2流动，并且在两个进气通道in之间的进气阀桥eb的区域中进一步流动到气缸盖1的进气侧。
42.第一平坦部分13和/或第二平坦部分14设置在预燃腔室垂直轴线2a和至少一个气体交换通道(即进气通道in和/或排气通道ex)之间的区域中。
43.如在平面图中所见的，至少一个第一平坦部分13和/或第二平坦部分14的至少一个表面法线n被引导通过进气通道in或排气通道ex的最近的气体交换阀v的阀中心m并且与预燃腔室垂直轴线2a相交。
44.至少第一平坦部分13设置在内壁表面11的与相邻气体交换通道(即进气通道in或排气通道ex)具有最小距离的区域中。
45.此外，至少第二平坦部分14设置在外壁表面12的与相邻气体交换通道(即进气通道in或排气通道ex)具有最小距离的区域中。
46.各第一平坦部分13和/或各第二平坦部分14关于包含预燃腔室垂直轴线2a的第一垂直平面e1和包含预燃腔室轴线2a并正交于第一垂直平面e1的第二垂直平面e2对称。各垂直平面e1在内燃机的气体交换阀v之间延伸。
47.如图4所示，预燃腔室覆盖表面20也可以由容纳点火装置16的单独的覆盖元件17形成。单独的覆盖元件17和预燃腔室壁5之间的密封表面18可以是锥形或冠状设计。
48.图5示出了在内燃机的压缩冲程期间预燃室2中的燃料/空气混合物流s的流动曲线(流动轮廓)。来自燃烧腔室8的燃料/空气混合物流经溢流通道7并经由第二腔室部分4到达预燃腔室2的第一腔室部分3，经过第一平坦部分13而不引起湍流或涡流。因此避免了围绕预燃腔室垂直轴线2a的旋转运动。燃料/空气混合物基本上无涡流地到达预燃腔室覆盖表面20，并且在此处被点火装置16点燃。