A和图3B为根据本发明各种实施方案的水套。这里，用于火花塞和燃料喷射器的孔中间区域的热积累问题已经得到解决。特别地，图2A和图2B提供选择性的多元的元件40，该多元的元件40作为分离部件。在本实施方案中，可移除的分离部件40包括通过铸造或者钻取而得到的进入分离部件40的通道，以便提供冷却剂腔室的相对的区域之间的流体交换。因此分离部件40的连结功能提供火花塞和喷射器孔50、55之间的流动从而增强冷却作用。
[0039]图3A和图3B显示了不同的实施方案，其中分离部件65为在适当位置浇铸的部件，该部件具有在适当位置浇铸或者钻孔的冷却剂通道60。这里，通过在孔50、55之间提供冷却剂能够流过的通道并且从而增强适用于整个水套36的冷却剂腔室的冷却作用，使得效果为相同的。
[0040]图4A和图 4B 是计算流体动力学(computat1nal fluid dynamics, CFD)图像，其展示通过提供经过分离部件的冷却剂通道而获得的益处。
[0041]CFD分析计算穿过在发动机中汽缸体和汽缸盖上的冷却剂通道(也被称为水套)的冷却剂的流速。在接近燃烧室区域对高流速的要求更加严格，这里也是发动机最热的部分。这就要求好的冷却设计，特别是在排气气门梁(exhaust valve bridge)区域。沿着汽缸盖的正常冷却剂流速在0.5m/s至1.5m/s范围之间，但对于严重发热部位，需要超过2m/s的流速。尽管如此，由于根据所选择的铸造方法，流速在4m/s至5m/s之间时在铝中发生金属腐蚀，所以流速不能过快。
[0042]图4A显示了用于冷却剂腔室85内的冷却剂的进入点75。紧临入口 80周围为提供显著冷却效果的冷却剂高速流动区域。冷却剂腔室周围的明亮区域显示有效的冷却作用，然而在入口 75的相对侧为较暗的区域90，该较暗的区域90表明由于缺乏从冷却剂腔室入口侧到出口侧足够的冷却剂流动而造成热量积累。
[0043]图4B显示了提供具有冷却剂通道100的分离部件的效果。可以看到与在进入点对面侧的孔接近的区域显示好的冷却剂流动，因此能够更加有效地冷却水套95。而较暗区域110仍然存在但是并不突出，因此对水套性能的影响更小。
[0044]图5A至5C显示了根据本发明进一步的实施方案的水套115的各种视图。
[0045]图5A显示了用于进入水套115冷却剂腔室的冷却剂的入口 120。在进入冷却剂腔室145之前，冷却剂先穿过管道130，该管道130位于汽缸盖排气气门梁(没有示出)的上方。对于现有技术的高性能发动机水套，此管道典型地是为钻取的，留下一个或者更多的管道直线段。如图5B所示，虚线135表示现有技术的管道的正常部分，其显示了管道各段中的直线部分和不连续点133。
[0046]正如所讨论的，对于现有技术SGDI系统，对冷却剂流动效率的需要没有满足低排放控制的主要目标重要。进一步地，对于常规的高性能车辆，发动机趋向于更大尺寸，并且因此适应具有更大的冷却剂流速但是相对效率较低的更大的冷却剂系统。
[0047]由于SGDI系统需要紧凑的汽缸盖结构以适应邻近的火花塞和喷射器，所以冷却剂腔室和相应的管道将更小从而经受低效率的流动特性。对于适用于高性能车辆的SGDI系统，这种低效的流动特性必然会造成汽缸盖之内的热量过度积累。本发明旨在通过提供复杂曲线形状(例如双反向曲线或者多弧段曲线)的冷却剂管道而提供更好的流动特性。这样的复杂曲线布置具有许多优点，包括:
[0048](i)消除冷却剂管道内的不连续点；
[0049](ii)优化水套内的材料厚度以减少冷却剂管道和热源之间的材料厚度，例如排气气门梁；
[0050](iii)优化冷却剂管道的尺寸以增加冷却剂流速。
[0051]为此，冷却剂管道130包括具有一定形状的路径140以引导冷却剂流入冷却剂腔室145。在这个实施方案中，所述形状是由双半径曲线形成，该双半径曲线为邻近入口 125的点半径为Rl的曲线142和邻近出口 145的点半径为R2的曲线143。然后，该双半径曲线通过入口切线127、中间切线132、出口切线133而成形至余下的冷却剂管道。
[0052]这样的布置可以具有如下关系的半径:
[0053]Θ /11<^< Θ /13
[0054]SR^R2OR1
[0055]其中:Θ为汽缸孔直径
[0056]Rl为入口半径，以及；
[0057]R2为出口半径。
[0058]图6A和图6B显示了水套铸件的外形视图，其中通过使用根据本发明的复杂曲线布置而将冷却剂管道进行优化。
[0059]图7A和图7B展示了这样的方法的益处。这些图像显示了根据现有技术(图7A)以及根据本发明在冷却剂管道内使用复杂曲线布置(图7B)的CFD图像。
[0060]图7A和图7B所示图像代表设计的冷却剂流速，较暗的部分呈现较快的流速，较亮的部分呈现较慢的流速。在用于冷却剂进入水套的进入点180、195，流速明显非常的高，呈现出较暗部分。然而，现有技术通过冷却剂管道185的部分和其进入冷却剂腔室190的入口部分相当明亮，呈现出流速的急剧降低。相比之下，通过冷却剂管道200和进入冷却剂腔室205的流速能够保持不变，贯穿冷却剂管道始终保持较暗的图样表明了这一点。
【主权项】
1.一种用于内燃机的汽缸盖的水套，所述水套包括: 冷却剂腔室，其布置为允许冷却剂在所述水套之内流动； 冷却剂管道，其设置为允许冷却剂在接近凹进部处流动，所述凹进部用于接收安装于汽缸盖的排气气门，所述冷却剂管道与所述冷却剂腔室以流体连通； 其中，所述冷却剂管道以复杂曲线成形。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的汽缸盖的水套，其中，复杂曲线内的每条曲线具有限定的半径。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的汽缸盖的水套，其中，所述复杂曲线为双反向曲线、样条曲线或者双半径曲线中的一个或者组合。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的汽缸盖的水套，其中，复杂曲线为具有如下关系的双半径曲线:Θ /11<^< Θ /13，SR^R2OR1，其中，Θ为汽缸孔直径，Rl为所述冷却剂管道的入口半径，R2为所述冷却剂管道的出口半径。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于内燃机的汽缸盖的水套，其中，复杂曲线成形为使得所述曲线一部分与所述排气气门凹进部的形状相对应。
6.一种用于内燃机的汽缸盖的水套，所述水套包括: 一对孔，其布置为容纳火花塞和燃料喷射器； 所述孔通过分离部件而隔开； 冷却剂腔室，其布置为允许冷却剂在所述孔周围流动； 其中，所述分离部件包括冷却剂通道，所述冷却剂通道流体连通所述冷却剂腔室以便允许冷却剂在所述孔之间流动。
7.根据权利要求6所述的用于内燃机的汽缸盖的水套，其中，所述孔成形为容纳火花塞和喷射器，所述火花塞和喷射器分别具有平行于汽缸盖轴线的纵向轴线。
【专利摘要】一种用于内燃机的汽缸盖的水套，水套包括：冷却剂腔室，其布置为允许冷却剂在所述水套之内流动；冷却剂管道，其设置为允许冷却剂在接近凹进部处流动，所述凹进部用于接收安装于汽缸盖的排气气门，所述冷却剂管道与所述冷却剂腔室以流体连通；其中，所述冷却剂管道以复杂曲线成形。水套包括：一对孔，其布置为容纳火花塞和燃料喷射器；所述孔通过分离部件而隔开；冷却剂腔室，其布置为允许冷却剂在所述孔周围流动；其中，所述分离部件包括冷却剂通道，所述冷却剂通道流体连通冷却剂腔室以便允许冷却剂在所述孔之间流动。
【IPC分类】F01P3-02, F02F1-36, F02F1-40, F02F1-38
【公开号】CN104854333
【申请号】CN201380042807
【发明人】M·S·萨哈丹, G·泰勒
【申请人】马来西亚国家汽车工业有限公司, 里卡多英国有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2013年6月18日
【公告号】EP2861857A1, WO2013191529A1