用于铸造气缸盖的具有隔热间隙的隔热套筒
阅读：1024发布：2020-10-11
专利汇可以提供用于铸造气缸盖的具有隔热间隙的隔热套筒专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种 铸造 气缸 盖，其具有由 隔热 套筒加衬的端口。隔热套筒包括内部套筒，该内部套筒设置在外部套筒内，以在内部套筒和外部套筒之间限定隔热间隙。内部套筒包括入口凸缘表面和出口凸缘表面，其结合于外部套筒的入口凸缘表面和出口凸缘表面，以由此提供经密封的隔热间隙。隔热间隙可包含隔热材料或 真空 。外部套筒包括外表面，熔融 金属铸造 到该外表面上以形成铸造气缸。外部套筒的外表面包括肩部，以将隔热套筒固定在铸件内的固定预定 位置 内。，下面是用于铸造气缸盖的具有隔热间隙的隔热套筒专利的具体信息内容。
1.一种铸造气缸盖，包括：
端口壁表面，所述端口壁表面限定端口，所述端口从端口入口延伸至端口出口；以及隔热套筒，所述隔热套筒对所述端口壁表面的区段进行加衬，其中，所述隔热套筒包括外部套筒和设置在所述外部套筒内的内部套筒；
其中，所述外部套筒包括外表面和与所述外表面相对的内表面，以及
其中，所述内部套筒包括外表面，所述外表面与所述外部套筒的所述内表面隔开，由此在它们之间限定隔热间隙。
2.根据权利要求1所述的铸造气缸盖，其中，所述外部套筒的所述外表面与由所述端口壁表面的衬有所述隔热套筒的所述区段所限定的预定形状互补。
3.根据权利要求1所述的铸造气缸盖，其中，所述端口壁表面的所述区段铸造到所述外部套筒的所述外表面上，由此使得所述端口壁表面的所述区段与所述外部套筒的所述外表面相符。
4.根据权利要求3所述的铸造气缸盖，
其中，所述外部套筒的所述内表面限定周向入口凸缘表面和周向出口凸缘表面；
其中，所述内部套筒的所述外表面限定周向入口凸缘表面和周向出口凸缘表面；以及其中，所述外部套筒的所述周向入口和出口凸缘表面分别与所述内部套筒的所述周向入口和出口凸缘表面结合。
5.根据权利要求4所述的铸造气缸盖，其中，所述隔热套筒的所述隔热间隙是气密密封的。
6.根据权利要求4所述的铸造气缸盖，其中，所述隔热套筒的所述隔热间隙包含隔热材料。
7.根据权利要求4所述的铸造气缸盖，其中，所述外部套筒的所述外表面限定至少一个肩部，且其中，所述端口表面的所述区段铸造到所述肩部上，以由此将所述隔热套筒固定在预定位置中。
8.根据权利要求4所述的铸造气缸盖，其中，所述外部套筒和所述内部套筒的至少一个包括第一半套筒，所述第一半套筒结合于第二半套筒。
9.根据权利要求4所述的铸造气缸盖，其中，所述内部套筒包括适合于承受来自内燃机的废气的温度和腐蚀性的材料。
10.根据权利要求4所述的铸造气缸盖，其中，所述外部套筒的所述内表面和所述内部套筒的所述外表面的至少一个由陶瓷隔热材料涂覆。
用于铸造气缸盖的具有隔热间隙的隔热套筒
背景技术
[0001] 本发明涉及一种具有隔热端口的铸造气缸盖，且进而更具体地说涉及一种用于铸造气缸盖的具有空气间隙的隔热套筒。
[0002] 用于内燃机的气缸盖通常具有进气端口和排气端口，该进气端口用于将燃烧空气引导至内燃机的燃烧腔室，且该排气端口用于将废气引导离开燃烧腔室。在废气离开燃烧腔室并且流动通过排气端口时，废气通过气缸盖损失相当大量的热能。相当大量的热量通过气缸盖内的冷却剂通道损失给了发动机冷却系统。无需加重发动机冷却系统的负担，相反，来自废气的热量其实可以得到节省并付诸有益的用途，例如对涡轮增压器提供动力和/或增大催化转化器的操作效率，这会降低排放。此外，通过减少从废气向发动机的冷却系统的热量传递允许冷却剂系统负载降低，这使得散热器缩小并节省重量。
[0003] 由于在整个排气端口上存在不规则形状和不均匀直径，排气端口的壁通常由隔热陶瓷材料衬里涂覆，以实现减小热量损失的目的。陶瓷衬里涂层在气缸盖中的废气和冷却剂通道之间提供隔热层。用隔热陶瓷材料衬里来涂覆排气端口的壁增大了制造气缸盖的复杂度，从而导致成本增加。
[0004] 因此，虽然隔热陶瓷加衬的排气端口实现了其预期目的，但仍需要降低隔热排气端口复杂度的替代方案。
发明内容
[0005] 根据若干方面，公开了一种具有隔热套筒的铸造气缸盖。铸造气缸盖包括端口壁表面和隔热套筒，该端口壁表面限定从端口入口延伸至端口出口的端口，且该隔热套筒对端口壁表面的区段进行加衬。隔热套筒包括外部套筒和设置在内部套筒内的内部套筒。外部套筒包括外表面和与外表面相对的内表面。内部套筒包括外表面，该外表面与外部套筒的内表面隔开，由此在它们之间限定隔热间隙。
[0006] 在本发明的附加方面中，外部套筒的外表面与由端口壁表面的衬有隔热套筒的区段所限定的预定形状互补。
[0007] 在本发明的另一方面中，端口壁表面的区段铸造到外部套筒的外表面上，由此使得端口壁表面的区段与外部套筒的外表面相符。
[0008] 在本发明的另一方面中，外部套筒的内表面限定周向入口凸缘表面和周向出口凸缘表面，内部套筒的外表面限定周向入口凸缘表面和周向出口凸缘表面，且外部套筒的周向入口和出口凸缘表面分别与内部套筒的周向入口和出口凸缘表面结合。
[0009] 在本发明的另一方面中，隔热套筒的隔热间隙是气密密封的。
[0010] 在本发明的另一方面中，隔热套筒的隔热间隙包含隔热材料。
[0011] 在本发明的另一方面中，外部套筒的外表面限定至少一个肩部，且端口表面的区段铸造到肩部上，以由此将隔热套筒固定在预定位置中。
[0012] 在本发明的另一方面中，外部套筒和内部套筒的至少一个包括第一半套筒，该第一半套筒结合于第二半套筒。
[0014] 在本发明的另一方面中，外部套筒的内表面和内部套筒的外表面的至少一个由陶瓷隔热材料涂覆。
[0015] 在本发明的附加方面中，公开了一种用于气缸盖的端口加衬的隔热套筒。隔热套筒包括外部套筒和内部套筒，该外部套筒具有内表面，其限定周向入口凸缘表面和周向出口凸缘表面，且该内部套筒具有外表面，其限定周向入口凸缘表面和周向出口凸缘表面。内部套筒设置在外部套筒内，以使得内部套筒的外表面的一部分与外部套筒的内表面的一部分隔开，以在它们之间限定隔热间隙。内部套筒的周向入口凸缘表面结合于外部套筒的周向入口凸缘表面，且内部套筒的周向出口凸缘表面结合于外部套筒的周向出口凸缘表面[0016] 在本发明的附加方面中，隔热间隙气密地密封。
[0017] 在本发明的另一方面中，隔热间隙包含真空或隔热材料。
[0018] 在本发明的另一方面中，外部套筒包括与内表面相对的外表面，其中，外表面限定靠近于入口凸缘表面或出口凸缘表面的肩部。
[0019] 在本发明的另一方面中，外部套筒和内部套筒的至少一个包括第一半套筒和第二半套筒。
[0020] 根据若干方面，公开了一种制造具有镶铸隔热套筒的铸造气缸盖的方法。该方法包括如下步骤：提供气缸盖模具，该气缸盖模具有限定端口的成型芯部，将隔热套筒组装到限定端口的成型芯部上，以及由熔融金属填充气缸盖模具。
[0021] 在本发明的附加方面中，组装隔热套筒的步骤包括将外部套筒设置到内部套筒之上，以在它们之间限定气密密封的间隙。
[0022] 在本发明的另一方面中，该方法进一步包括如下步骤：使得熔融金属流动以封装隔热套筒的外表面。
[0023] 在本发明的另一方面中，隔热套筒的外表面限定至少一个肩部。熔融金属封装至少一个肩部。
[0024] 在本发明的另一方面中，隔热套筒包括内表面，该内表面与限定端口的成型芯部连续接触，以使得熔融金属并不接触内表面。
[0026] 这里描述的附图仅仅用于说明的目的且并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0028] 图2是根据示例性实施例的具有隔热套筒的铸造气缸盖的一部分的示意立体图；
[0029] 图3是根据示例性实施例的图2所示隔热套筒的分解视图，该隔热套筒绕限定排气端口的成型芯部设置；以及
[0030] 图4是根据示例性实施例的图2所示铸造气缸盖的沿线4-4截取的剖视图。
具体实施方式
[0031] 以下描述在本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或使用。所说明实施例参照附图公开，其中，类似的附图标记指代整个若干附图中的对应部件。附图并非必须是按比例的且一些特征可放大或缩小以示出特定特征的细节。所公开的特定结构和功能细节并不解释为是限制性的，而是作为用于教示本领域技术人员如何实践所公开的概念的代表性基础。
[0032] 图1示出用于内燃机的示例性铸造气缸盖100的截面的示意图示，该铸造气缸盖具有排气端口102，该排气端口由隔热套筒104加衬。排气端口102示作通过中间排气歧管108与涡轮增压器106流体连通。气缸盖100构造成安装到发动机缸体(未示出)上，其具有开口端燃烧气缸。气缸盖100与发动机缸体协配，以闭合燃烧气缸的开口端，由此限定封闭的燃料腔室(未示出)。气缸盖100包括进气端口110和排气端口102，该进气端口用于将燃烧空气引导到燃烧腔室中，而该排气端口用于将经燃烧空气或废气引导离开燃烧腔室。进气端口110由进气提升阀112选择性地打开和闭合。类似地，排气端口102由排气提升阀114选择性地打开和闭合。
[0033] 在内燃机的正常操作状况期间，进气提升阀112打开以允许燃烧空气能抽吸到燃烧腔室中。燃料可在燃烧空气进入燃烧腔室之前引入至燃烧空气，或者直接地引入到燃烧腔室中以形成可燃烧的空气-燃料混合物。进气提升阀112然后闭合，且空气-燃料混合物在燃烧腔室内燃烧，用以形成热废气。排气提升阀114打开以通过排气端口102将热废气排出。离开排气端口102的热废气通过排气歧管108引导至涡轮增压器106和/或催化转化器(未示出)。废气中的热能由涡轮增压器106捕获并且有益地使用，以增大内燃机的功率输出。因此，期望使得废气在离开气缸盖100之前保持尽可能多的热量，以向涡轮增压器106提供充足的热能。
[0034] 气缸盖100包括内部冷却剂通道118，当发动机操作时，冷却剂循环通过该内部冷却剂通道。循环的冷却剂将热能从发动机去除，以维持正常的操作温度范围并且防止发动机过热。由于冷却剂通道118靠近于排气端口102，循环的冷却剂将热能从热废气中清除，由此在废气离开气缸盖100之前降低废气的温度。隔热套筒104设置在排气端口102中，以避免废气热损失至循环的冷却剂，以及通过气缸盖100传导至环境空气。隔热套筒104在排气端口102和冷却剂通道118之间限定隔热间隙120。
[0035] 虽然示例性气缸盖100示作仅仅具有一个排气端口102和一个进气端口110，但应理解的是，气缸盖100可包括多个排气和进气端口102、110两者。此外，气缸盖100可具有许多不同的尺寸和形状，并且可构造成覆盖圆柱形形状以外的替代形状的燃烧腔室。应意识到的是，隔热套筒104并不限于用在排气端口102中。还存在这样的情形，其中，可期望使得气缸盖100中的进气端口110隔热，以例如减小燃烧空气在进气过程期间的不期望加热。较低的进气燃烧空气温度改进排放、爆震耐受并且改进空气填充密度。
[0036] 图2示出铸造气缸盖的一部分，其总地由附图标记200指示，且具有内部排气端口壁表面202，其限定排气端口204，用于将废气从两个单独的燃烧腔室(未示出)引导至排气歧管(未示出)。排气端口204的一部分或区段由隔热套筒加衬，其总地由附图标记206指示。为了清楚地说明和描述隔热套筒206，气缸盖200以虚线示出，该隔热套筒镶铸在气缸盖200中。排气端口壁表面202限定排气端口204，该排气端口从第一端口入口208和第二端口入口
208’延伸至端口出口210，该第一端口入口与第一燃烧腔室选择性地流体连通，而该第二端口入口与第二燃烧腔室选择性地流体连通，且该端口出口与排气歧管流体连通。应注意的是，气缸盖200、排气端口204和隔热套筒206的形状并不意指如图所示受限制。
208’延伸至端口出口210，该第一端口入口与第一燃烧腔室选择性地流体连通，而该第二端口入口与第二燃烧腔室选择性地流体连通，且该端口出口与排气歧管流体连通。应注意的是，气缸盖200、排气端口204和隔热套筒206的形状并不意指如图所示受限制。
[0037] 加衬排气端口204的区段的隔热套筒206由外部套筒212形成，该外部套筒结合于内部套筒214，以在它们之间限定隔热间隙216，其在图4中最佳地示出。图4示出图2所示的具有隔热套筒206的气缸盖200的经过线4-4的剖视图。外部套筒212和内部套筒214可由这样的材料板冲压或形成，该材料板适合于承受从内燃机离开的热废气的温度和腐蚀效应，以及承受用于铸造气缸盖200的熔融合金的升高温度。该材料可包括不锈钢、铝或铜或复合材料。隔热套筒还可由诸如3D印刷之类的增材制造技术来制造。
[0038] 进而参照图4，内部套筒214包括内表面218，该内表面与排气端口204接续。外部套筒212包括外表面220，该外表面与端口壁表面202的不规则形状紧密地相符。通过将气缸盖200铸造到经组装隔热套筒206的外表面220上来实现外部套筒212的外表面220与排气端口壁表面202的相符性。下文详细地公开这一过程。外部套筒212的外表面220包括带纹理表面或突部，熔融金属浇注到该纹理表面或突部上并且冷却以硬化。一旦熔融金属冷却并硬化，纹理表面和/或突部与硬化金属协配，以将隔热套筒206保持在预定位置中。肩部254、256可限定在外部套筒212中，熔融金属铸造到该外部套筒上。
[0039] 返回参照图2，所示出的隔热套筒206的实施例包括与两个端口入口208、208’相对应的两个套筒入口222、222’以及与端口出口210相对应的一个套筒出口224。在替代的实施例中，气缸盖200可限定用于每个燃烧腔室的一个排气端口出口210，因此隔热套筒206会包括仅仅一个套筒入口222和套筒出口224。
[0040] 图3示出图2的隔热套筒206的分解视图。隔热套筒206的内部套筒214包括上部第一半部226和下部第二半部226’。上部第一半部226包括内表面218、与内表面218相对的外表面230以及两个边缘表面232、234，这两个边缘表面将外表面230连接于内表面218。类似地，下部第二半部226’包括内表面218’、与内表面218’相对的外表面230’以及两个边缘表面232’、234’，这两个边缘表面将内表面218’连接于外表面230’。
[0041] 第一和第二半部226、226’的外表面230、230’限定入口凸缘表面236、236’和出口凸缘表面238、238’，其中，凸缘表面236、236’、238、238’的每个延伸至对应的两个边缘表面232、234、232’、334’。第一半部226结合于第二半部226’以形成内部套筒214。结合表面232、
234、232’、234’可铜焊、焊接或环氧树脂粘结，以提供单个一体件式内部套筒214，其具有周向入口凸缘表面236、236’和周向出口凸缘表面238、238’。
234、232’、234’可铜焊、焊接或环氧树脂粘结，以提供单个一体件式内部套筒214，其具有周向入口凸缘表面236、236’和周向出口凸缘表面238、238’。
[0042] 隔热套筒206的外部套筒212包括上部第一半部240和下部第二半部240’。上部第一半部240包括外表面220、与外表面220相对的内表面244以及两个边缘表面246、248，这两个边缘表面将外表面220连接于内表面244。类似地，下部第二半部包括外表面220’、与外表面220’相对的内表面244’以及两个边缘表面246’、248’，这两个边缘表面将内表面244连接于外表面240。
[0043] 第一和第二半部240、240’的每个的内表面244、244’限定入口凸缘表面250、250’和出口凸缘表面252、252’，其中，凸缘表面250、250’、252、252’的每个延伸至两个边缘246、248、246’、248’。第一半部240结合于第二半部240’以形成外部套筒212。结合表面246、248、
246’、248’可铜焊、焊接或环氧树脂粘结，以提供单个一体件式外部套筒212，其具有周向入口凸缘表面250、250’和周向出口凸缘表面252、252’。
246’、248’可铜焊、焊接或环氧树脂粘结，以提供单个一体件式外部套筒212，其具有周向入口凸缘表面250、250’和周向出口凸缘表面252、252’。
[0044] 外部套筒212的第一和第二半部240、240’装配到经组装内部套筒214之上，以使得外部套筒212的内表面244、244’面向内部套筒214的外表面230、230’。隔热间隙216限定在外部套筒212的内表面244、244和内部套筒214的相应外表面230、230’之间。外部套筒212的周向入口凸缘表面250、250’密封地结合内部套筒214的周向入口凸缘表面236、236’，外部套筒212的周向出口凸缘表面252、252’密封地结合内部套筒214的周向出口凸缘表面238、238’，且外部套筒的两个边缘表面246、248密封地结合于另外两个边缘表面246’、248’。外部套筒212和内部套筒214之间的结合表面可通过铜焊、焊接或环氧树脂粘结而结合，以将外部套筒212结合于内部套筒214，以在外部套筒212和内部套筒214之间限定气密密封的隔热间隙216。虽然气密密封是期望的，但隔热间隙216也可以是非气密密封的。
[0045] 返回参照图4，外部套筒212结合于内部套筒214，以在它们之间限定隔热间隙216。如果隔热间隙216须气密地密封，外部套筒212与内部套筒214的组装可在真空状况中完成，以使得隔热间隙216没有空气以改进隔热。内部套筒214的外表面230、230’以及外部套筒
212的内表面244、244’可由诸如陶瓷材料的隔热材料涂覆，以提供附加的隔热。替代地，隔热间隙216可由具有合适的隔热特性的隔热气体或泡沫材料填充。
212的内表面244、244’可由诸如陶瓷材料的隔热材料涂覆，以提供附加的隔热。替代地，隔热间隙216可由具有合适的隔热特性的隔热气体或泡沫材料填充。
[0046] 气缸盖200可由诸如模铸、半永久铸型以及低压铸造之类的金属铸造过程来制造。该过程包括提供气缸盖模具，其具有实心成型芯部258，该实心成型芯部限定排气端口204的空置空间。成型芯部258由诸如二氧化硅、锆石、熔融石英以及适合于铸造模制的其它材料之类的化学处理的砂压实，以限定排气端口204的空置空间。隔热套筒206组装到实心成型芯部258上。隔热套筒206的内表面218与实心成型芯部258紧密接触。
[0047] 该模具然后由诸如铝合金或铁合金之类的熔融金属填充。熔融金属流动到隔热套筒206的外表面220、220’上并且封装这些外表面。允许模具冷却并且熔融金属固化到隔热套筒206的外表面220、220’上，以使得隔热套筒206是气缸盖200的一体部件。将气缸盖200从模具移除，且将排气端口成型芯部258移除，由此露出内部套筒214的内表面218以及排气端口表面的并未被隔热套筒206加衬的部分。将经铸造的气缸盖200清洁并且机加工至预定规格。
[0048] 隔热套筒206的益处在于，其提供隔热以在废气离开气缸盖200之前保持废气中的热量。铸造过程的益处在于，排气端口壁的由隔热套筒206加衬的部分与隔热套筒206相符，而非隔热套筒206与排气端口壁相符。隔热套筒206的另一益处在于，由外部套筒212的外表面220限定的特征与硬化铸件协配，以将隔热套筒206保持在气缸盖200内的预定位置内。进而又一益处在于，经铸造气缸盖200封装隔热套筒206的外表面220的一部分，以使得隔热套筒206和铸件表现为单个一体结构。这些仅是具有所描述的隔热套筒206的气缸盖200的公开内容所提供的益处的几个示例。
[0049] 虽然公开了用于排气端口的隔热套筒206，但隔热套筒206还可用于加衬空气进气端口。存在这样的情形，其中，可期望使得气缸盖200中的进气端口隔热，以例如减小燃烧空气在进气过程期间的不期望加热。较低的燃烧空气温度改进排放、爆震耐受并且改进空气填充密度。隔热套筒206将隔热空气间隙216提供为隔热屏障，用于维持用于排气端口的废气的升高温度，或者用于减小用于进气端口燃烧的进入空气的不期望充入空气加热。
[0050] 本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，且并不偏离本发明精神的变型旨在落于本发明的范围内。这些变型并不视为偏离本发明的精神和范围。
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