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涡轮 增压 发动机 汽缸盖内部冷却

阅读：950发布：2020-05-17

专利汇可以提供涡轮增压发动机汽缸盖内部冷却专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种发动机汽缸盖，具有在所述汽缸盖中铸造的排气歧管。带有涡轮本体的涡轮增压器适于直接安装到排气歧管的排气出口安装面。汽缸盖内的双层水套具有用于上冷却套和下冷却套的分离式冷却剂供给通道。所述冷却套在所述排气出口的上方和下方延伸，并且连接在排气安装面的内部以降低位于涡轮增压器排气进口凸缘下方的安装面的金属温度。用于上套和下套的分离式型芯连接在相对端处的冷却剂进口和出口的位置处。中间芯头连接件在上套和下套之间形成受控流动通道，并且形成汽缸盖和一体形成的歧管中的排气口。在这些区域中改进后的冷却使得汽缸盖中的工作温度降低并且避免了对分离式排气歧管的需要。，下面是涡轮增压发动机汽缸盖内部冷却专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于涡轮增压发动机的汽缸盖，包括：
限定外壁和内壁的铸件，所述外壁和内壁包括由相对的侧壁纵向连接的前端壁和后端壁，以及与所述端壁和侧壁接合的底壁；
在所述铸件内的排气歧管，包括限定排气通道的第一内壁，所述排气通道从所述底壁中的各个排气口延伸到所述侧壁中的一个侧壁内的排气出口，所述出口限定在所述一个侧壁上形成并且适于将涡轮增压器直接安装在其上的安装面中；
用于冷却所述底壁和所述排气歧管的水套，所述水套包括主要由大体水平的分隔壁分开的下冷却套和上冷却套，所述分隔壁形成大体纵向的竖直分离的下冷却套的冷却剂流动通道和上冷却套的冷却剂流动通道，所述冷却剂流动通道从所述汽缸盖的一端延伸到所述汽缸盖的另一端，所述下冷却套与所述底壁的内侧和所述汽缸盖中的排气歧管的下侧呈热交换关系，所述上冷却套与所述排气歧管的上侧和所述水套上方的汽缸盖中的回油室呈热交换关系；
所述下冷却套的冷却剂流动通道和所述上冷却套的冷却剂流动通道还包括大体竖直部分，所述大体竖直部分由所述分隔壁分开，但是与纵向的所述冷却剂流动通道相连并且位于相邻于排气出口安装面的内部，从而对所述安装面提供增强的冷却。
2.根据权利要求1所述的汽缸盖，其特征在于，所述竖直部分在相邻于所述安装面的内部连接，从而在所述安装面处形成围绕所述排气歧管出口的连续通道。
3.根据权利要求1所述的汽缸盖，其特征在于包括限流竖直通道，所述限流竖直通道在相邻发动机燃烧室的排气口之间连通所述下冷却套和所述上冷却套，从而辅助所述排气通道的冷却。
4.根据权利要求3所述的汽缸盖，其特征在于包括附加的限流竖直通道，所述附加的限流竖直通道在相邻发动机燃烧室的进气口之间连通所述下冷却套和所述上冷却套。
5.根据权利要求4所述的汽缸盖，其特征在于，所述竖直通道在汽缸盖的相邻燃烧室旁边延伸，并且辅助冷却所述燃烧室的内壁。
6.根据权利要求5所述的汽缸盖，其特征在于，在汽缸的进气口之间的竖直通道大于排气口之间的竖直通道，从而对所述进气口中的加压空气充气提供增强的冷却。
7.根据权利要求1所述的汽缸盖，其特征在于，所述下冷却套和所述上冷却套在所述汽缸盖的一端具有分离的进口通道，并且所述下冷却套和所述上冷却套的大小适于控制从共用源接收并引导至各个冷却套的冷却剂的流动。
8.根据权利要求7所述的汽缸盖，其特征在于，所述上冷却套和所述下冷却套在所述汽缸盖的另一端连接到公共出口通道，用于使被加热的冷却剂从所述两个套返回到外部冷却系统以便冷却和再循环。
9.一种水套型芯组件，用于形成具有内部排气歧管的铸造发动机汽缸盖的上冷却套和下冷却套，所述水套型芯组件包括：
下型芯，所述下型芯适于形成用于冷却所述排气歧管的下侧的下冷却套，所述下冷却套与所述汽缸盖的底壁的内侧和所述汽缸盖中的排气歧管的下侧呈热交换关系；
上型芯，所述上型芯适于形成用于冷却所述排气歧管的上侧的上冷却套，所述上冷却套与所述排气歧管的上侧和所述汽缸盖的水套上方的汽缸盖中的回油室呈热交换关系；以及
多个相互接合的芯头，所述芯头连接和固定所述上型芯和所述下型芯的相对位置，并且在所述上型芯和所述下型芯之间提供分隔，以便在所述型芯形成的上冷却套和下冷却套之间形成分隔壁，所述分隔壁形成大体纵向的竖直分离的冷却剂流动通道，所述流动通道从所述汽缸盖的一端延伸到所述汽缸盖的另一端。
10.根据权利要求9所述的水套型芯组件，其特征在于，所述芯头具有穿过所述型芯之间的分隔的减小横截面积，从而控制所述型芯形成的上冷却套和下冷却套之间的横向流动。
11.根据权利要求10所述的水套型芯组件，其特征在于，所述横截面积是变化的，从而在所述上冷却套和所述下冷却套的不同部分之间引导不同的冷却剂流量。
12.根据权利要求10所述的水套型芯组件，其特征在于，所述水套型芯组件结合包含在水套下型芯和水套上型芯之间的排气歧管型芯以提供铸件型芯组件，以便形成所述下冷却套和所述上冷却套以及位于所述汽缸盖中的所述上冷却套和所述下冷却套之间的所述排气歧管。
13.根据权利要求12所述的水套型芯组件，其特征在于，所述下型芯和所述上型芯在歧管型芯的排气出口周围延伸，所述下型芯和所述上型芯接合在相邻于歧管的安装面的内部，从而在所述安装面的内部形成围绕所述排气出口的连续冷却通道。

说明书全文

涡轮 增压 发动机 汽缸盖内部冷却

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发动机汽缸盖，所述发动机汽缸盖具有内部排气歧管和双层冷却通道以使来自直接连接的涡轮增压器的热传导最小化。

背景技术

[0002] 在与涡轮增压汽车发动机相关的技术领域中已知利用在汽缸盖和涡轮增压器之间的排气歧管以使从排气涡轮返回到发动机汽缸盖的热传导最小化。然而，分离的排气歧管在汽车发动机舱中占据了额外的空间并且增加了发动机/涡轮增压器组件的成本。

发明内容

[0003] 本发明提供一种发动机汽缸盖，所述发动机汽缸盖具有一体铸造为汽缸盖铸件的一部分的排气歧管。带有涡轮本体的涡轮增压器直接安装到汽缸盖中的内部排气歧管的排气出口。汽缸盖内的双层水套设有用于上冷却套和下冷却套的分离式冷却剂供给通道。所述冷却套在所述排气出口的上方和下方延伸，并且连接在排气安装面的内部以降低位于相关联的涡轮增压器排气进口凸缘下方的安装面的金属温度。

[0004] 用于上套和下套的分离式型芯连接在相对端处的冷却剂进口和出口的位置处。中间芯头(core print)连接件在燃烧室附近的关键区域处形成上套和下套之间的受控流动通道，并且形成汽缸盖和一体形成的歧管中的排气口。在这些区域中改进后的冷却使得汽缸盖中的工作温度降低并且避免了对分离式排气歧管的需要。

[0005] 从以下结合附图对本发明的某些具体实施例的说明可以更充分地理解本发明的这些及其它特征和优点。

附图说明

[0006] 图1是朝向高输出发动机汽缸盖和直接安装式涡轮增压器组件的右上角向下倾斜的分解视图；

[0007] 图2是根据本发明的发动机汽缸盖的右侧立视图；

[0008] 图3是从图2的3-3线向下截取的水平纵剖视图，示出了汽缸盖的下冷却套和内部气体通道；

[0009] 图4是沿图2的4-4线的箭头方向截取的竖直横剖视图；

[0010] 图5是从图2的5-5线截取的类似于图4的视图；

[0011] 图6是图4的圆圈6中的结构的放大视图；

[0012] 图7是水套型芯组件的分解视图，所述水套型芯组件包括围绕内部排气歧管型芯的下套型芯和上套型芯；

[0013] 图8是省略了排气歧管型芯的水套型芯组件的右侧视图；

[0014] 图9是从图8的9-9线向上看的水套上型芯的底部剖视图；

[0015] 图10是从图8的10-10线向下看的水套下型芯的顶部剖视图；

[0016] 图11从图8的11-11线向后截取的剖视图；

[0017] 图12是图11的圆圈部分12的放大视图，示出了芯头/限流器之一；

[0018] 图13是沿型芯组件的进气门一侧的左后方的视图，包括示出主冷却剂流的箭头；以及

[0019] 图14是在带有流动指示箭头的型芯组件的排气安装面后面向下看的型芯组件96的右(排气)侧视图。

具体实施方式

[0020] 首先详细参考附图1-5，附图标记10总体上指示发动机汽缸盖12和发动机涡轮增压器14的分解组件。涡轮增压器具有一般适用于直接安装到汽缸盖12的常规设计。涡轮增压器包括具有压缩机轮(未示出)的压缩机部分16，所述压缩机轮由涡轮机轮(未示出)驱动，所述涡轮机轮装在涡轮机部分中，所述涡轮机部分被壳体18包围，所述壳体18由包含(但不限于)不锈钢的材料或其它合适材料制成。所述壳体包括由紧固件安装在发动机汽缸盖上的涡轮进口凸缘20，所述紧固件包括(但不限于)螺柱22和螺母24。

[0021] 汽缸盖12在图1中由机加工铸件26表示，该机加工铸件26由合适材料形成，包括(但不限于)铝基合金。已经省略了组装好的汽缸盖的其它部件，例如凸轮轴盖、凸轮轴传动装置盖、凸轮轴、传动机构、发动机气门和致动机构，因为这些部件对理解本发明是不必要的。可用在涡轮进口凸缘和汽缸盖之间的合适衬垫也未示出。

[0022] 如图1所示，汽缸盖铸件26具有四个周壁，包括分别由左(进气)侧壁32和右(排气)侧壁34纵向连接的前端壁28和后端(通气孔)壁30。底(燃烧室)壁36连接所述周壁，在作为汽缸盖组件组装完成时，所述底壁36形成相关联的发动机汽缸组(未示出)的汽缸的封盖。右侧壁34的下部向外突出以包围排气歧管38的一部分，所述排气歧管38被包围在汽缸盖铸件26内。上内壁或弹簧平台(spring deck)40被间隔在排气歧管38上方，形成回油室42的底部，凸轮轴、气门、弹簧和气门机件(未示出)可被凸轮轴盖(未示出)包围在所述回油室42中。

[0023] 图2-5示出形成本发明的各部分的机加工汽缸盖铸件26的内部特征。图2示出右侧壁34，并且标出图3-5的剖视图的位置，通过图3-5描述所述内部特征。

[0024] 在弹簧平台40和底壁36之间，排气歧管38被包在盖铸件26的右侧中。排气歧管38包括限定排气通道44的内壁43，所述排气通道44从底壁36中的各个排气口46延伸到右侧壁中的排气出口48。排气出口48通向右侧壁上的安装面50，并且适于将涡轮增压器排气进口凸缘20直接安装在所述安装面50上，从而形成汽缸盖涡轮组件10。

[0025] 在汽缸盖铸件26的左侧，在底壁36和弹簧平台40之间，内壁52限定进气通道54，所述进气通道54从底壁36中的各个进气口56延伸到适于连接涡轮增压器压缩机16的进口(未示出)。

[0026] 为了冷却汽缸盖内的排气通道44和进气通道54以及弹簧平台40上方的回油室42中的润滑油，汽缸盖铸件26包括在底壁36和弹簧平台40之间延伸的水套58。然而，为了给内部排气歧管通道(包括在涡轮增压器安装面50处)提供更有效的冷却，水套58被分为下冷却套60和上冷却套62，主要由大体水平的分隔壁64分开。

[0027] 下冷却套60和上冷却套62形成竖直分开的大体纵向的冷却剂流动通道66、68，所述流动通道66、68从汽缸盖的后端壁30附近延伸到前端壁28附近。下冷却套60与底(燃烧室)壁36的内侧70和汽缸盖中的排气歧管38的下侧71呈热交换关系。上冷却套62与汽缸盖中的排气歧管38的上侧72和水套60上方的汽缸盖中的回油室42下方的弹簧平台40呈热交换关系。

[0028] 下冷却套和上冷却套60、62中的大体水平的冷却流动通道66、68还分别包括大体竖直的部分74、76，所述部分74、76沿着排气歧管38的外边缘延伸(参见图3、4、5)。所述部分74、76除了靠近安装面50附近的排气出口48的侧面的部位之外被分隔壁64分开。图6示出图4的圆圈6中的部位的放大视图。在该处，下通道部分74和上通道部分76穿过分隔壁64彼此连接，在排气出口48的周围和在内侧邻近于安装面形成连续通道74、76，如图3中的通道部分74的位置所示。连续通道74、76允许冷却剂围绕安装面附近的排气出口的周边流动，并且为所述安装面提供增强的冷却。所述增强的冷却将汽缸盖的铝安装面维持在比用高温垫圈(未示出)将涡轮进口凸缘安装在安装面上时在所述涡轮进口凸缘中达到的最高温度更低的最高温度(低于250℃)。钻出的检修孔77可钻入竖直通道74、
76的接合点中，从而确保不存在局部阻塞通道的铸造毛刺(casting flash)或者在必要时清除所述铸造毛刺。

[0029] 图3示出水套58中的附加竖直通道，其中一些通道在下冷却套60和上冷却套62之间延伸。限流通道78、80一般在相邻发动机燃烧室82的排气口46和进气口56之间由连接型芯部分(将在下文讨论)的芯头形成，并且连通下冷却套60和上冷却套62。其它芯头通道84在汽缸盖的前端壁28处连接所述套。

[0030] 汽缸盖的后端壁30包括适于从关联的发动机组接收冷却剂的分离的竖直进口通道。外侧通道86将冷却剂输送给下冷却套，而内侧通道88将冷却剂运送至上冷却套，从而允许在下套和上套之间分配冷却剂流。在所述盖的前端处，来自下套和上套的冷却剂被引入到公共出口通道90中以便于冷却系统中的再循环。

[0031] 现在参考图7-14，示出了用于铸造随后机加工的汽缸盖铸件26的一些型芯。这些附图有益于更清楚地显示汽缸盖水套58的下冷却套60和上冷却套62以及排气歧管气体通道。

[0032] 图7示出用于铸造发动机的汽缸盖的组合型芯组件92。组件92包括安装在水套型芯组件96内的排气歧管型芯94，所述水套型芯组件96包括如图8所示的下冷却套型芯98和上冷却套型芯100。在组装后，所述组合型芯用于形成：围绕内部排气歧管38的铸造的内部冷却套通道；以及下燃烧室壁(底壁36)、上弹簧平台壁40和根据本发明的一个示范性实施例的汽缸盖的下部中的周壁和进气通道壁的内部形状。

[0033] 下冷却套型芯98(示于图8和10)纵向地延伸形成内部排气歧管38的下壁和汽缸盖底壁36的内侧70，并且在所述下壁和内侧70之间限定组成下冷却套60的下冷却通道。

[0034] 上冷却套型芯100(示于图8和9)纵向地延伸形成排气歧管38的上壁和弹簧平台壁40的下侧，并且在所述上壁和下侧之间限定组成上冷却套62的上冷却通道。

[0035] 如图7-11所示，下型芯98和上型芯100包括六个芯头，所述芯头保持上型芯远离下型芯，产生形成分隔壁64的空间106。这些芯头也在选定部位形成穿过所述分隔壁的限制通道。这些芯头包括两个外侧限流器芯头108，所述限流器芯头108形成在相邻燃烧室的排气口之间间隔的限流通道78。如图11和12所示，接收在下型芯的配对插座112中的直径减小的上型芯的插头110限定了限流通道78的孔口。类似地，接收在下型芯的配对插座116中的稍大的上型芯的插头114限定了在相邻燃烧室的进气口之间间隔的限流通道80的孔口。此外，悬垂芯头118限定了出口孔84，所述出口孔84将汽缸盖的前端壁28内部的水套58的上冷却套62与下冷却套60连接。然后，下套60使冷却剂流从上套和下套流向由下型芯98的倾斜延伸部122形成的公共出口通道90。

[0036] 通向下冷却套的分离的进口通道66由从下套型芯98悬垂的芯头124形成，而通向上冷却套的进口通道68由从上套型芯100悬垂且在下套型芯的芯头124之间穿过的芯头126形成。芯头124、126的大小适于将期望的冷却剂流供应给汽缸盖的下冷却套和上冷却套的分离的进口。从下型芯98悬垂的附加芯头128常规地将水套型芯组件96与下模(未示出)隔开，从而形成汽缸盖铸件26的底壁36。

[0037] 再参考图11，下型芯98包括水平部130和竖直侧部132，所述水平部130和竖直侧部132形成沿着排气歧管38的排气出口的下侧和下安装面的水平冷却通道71和竖直冷却通道74。上型芯100包括向上倾斜部134和竖直侧部136，所述向上倾斜部134和竖直侧部136形成沿着排气歧管38的排气出口的上侧和上安装面的纵向冷却通道72和竖直冷却通道76。

[0038] 图13和14是水套型芯组件96的总体视图，对所述视图添加了阴影和箭头以示出冷却剂流在由铸件26制成的汽缸盖12中流过由型芯组件形成的通道的方式。

[0039] 沿型芯组件96的进气门一侧的左后方观察的视图13示出了由浅色箭头140示出的流过进口通道86、纵向流过下冷却套60的下冷却通道66并流出公共出口通道90的主冷却剂流。在上冷却套中流过进口通道88、纵向流过上冷却通道68并流出公共出口通道90的流动由深色箭头142示出。浅色区域144和竖直箭头146示出下冷却套和上冷却套60、62之间的限流通道78、80和84的位置。

[0040] 在排气安装面(在视图中未示出)后面向下看的型芯组件96的右(排气)侧视图14示出了形成水套58中的分隔壁的空间106。箭头150示出在排气出口48的上部的上方和周围的上套62中的纵向前后冷却剂流。箭头152示出在排气出口的下部的下方的下套60中的纵向前后冷却剂流。箭头154示出在排气安装面后面的部位，所述部位是下冷却通道66和上冷却通道68接触的部位，并且允许冷却剂在所述安装面后面的这些通道之间流动，从而改善所述安装面的冷却。

[0041] 虽然已经参照某些优选实施例描述了本发明，但是应当理解，在所述本发明构思的精神和范围内可以做出很多改进。因此，本发明不是要局限于所公开的实施例，而是要具有由所附权利要求的文字所允许的全部范围。

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