專利名稱：帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋和用于冷卻氣缸蓋的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋以及一種用于冷卻該氣缸蓋的方法。 該氣缸蓋具有流體套，在該流體套中，冷卻劑在主流動路徑中從冷卻劑入口流到冷卻劑出口。在冷卻劑入口和冷卻劑出口之間，通過通向內(nèi)燃機(jī)氣缸的通道中斷所述流體套。在第一通道的流動陰影區(qū)(Str0mungsschatten)中設(shè)有第二通道。
背景技術(shù)：
由于該流動陰影區(qū)，第二通道不會與第一通道那樣被強(qiáng)烈地冷卻。在此規(guī)定，在通向氣缸的第一通道中設(shè)有被流體套完全冷卻的噴嘴。而在第二通道中設(shè)有點火裝置，現(xiàn)在， 該點火裝置在相對凸輪軸平行布置時在噴嘴的流動陰影區(qū)中受到增大的溫度負(fù)載。火花塞溫度的升高會導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的預(yù)點火和爆燃。這尤其在進(jìn)氣增壓的發(fā)動機(jī)中是不利的，因為燃燒室壓力和燃燒室溫度顯然與最大的扭矩有關(guān)?；鸹ㄈ母邷卦龃罅藱C(jī)械故障的可能性。此外，在直接和中央噴射的、帶有縱流式流體冷卻裝置的內(nèi)燃機(jī)中，噴嘴或噴射器暴露在燃燒室極高的溫度下。在中央噴射器位置， 噴射頭頂端上的溫度相比側(cè)邊的噴射器裝置上升直至15°C。因此也增大了噴嘴上有害的燃料沉積物的危險。由專利文獻(xiàn)US 6, 827, 049 B2公開了一種帶有排出氣缸廢氣的排氣彎管-出口的水套，其中，該水套具有上部水路、中部水路和下部水路。水套的下部水路具有隔離的區(qū)域， 該隔離區(qū)域迫使冷卻流體流動經(jīng)過中部水路。因此由該專利文獻(xiàn)已知，可以通過合適的措施和水套的構(gòu)造迫使冷卻劑流更強(qiáng)烈地冷卻熱臨界區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種實施形式所要解決的技術(shù)問題是，提供一種帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋，在該氣缸蓋中，熱臨界區(qū)域內(nèi)的冷卻得以改善。該技術(shù)問題通過一種帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋以及一種帶有該氣缸蓋的內(nèi)燃機(jī)解決。在帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋的一種實施形式中，該氣缸蓋具有流體套，在該流體套中冷卻劑在主流動路徑中從冷卻劑入口流動至冷卻劑出口。在冷卻劑入口和冷卻劑出口之間，通過若干通向內(nèi)燃機(jī)氣缸的通道中斷流體套。在第一通道的流動陰影區(qū)中設(shè)有第二通道。氣缸蓋在流體套中具有形成流動橫截面的收縮部的導(dǎo)流壁和折流板，該折流板沿主流動路徑方向布置在導(dǎo)流壁下游。折流板設(shè)計用于使冷卻支流沿橫向于主流動路徑的流動方向朝第二通道偏轉(zhuǎn)。通過冷卻劑套的這種設(shè)計，以有利的方式補(bǔ)償?shù)诙ǖ烙捎谄湓诶鋮s劑流中的位置，亦即在第一通道的流動陰影區(qū)中的位置導(dǎo)致的減弱的冷卻，并且還實現(xiàn)足夠程度地冷卻第二通道并且防止溫度過高，使得既不會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)的預(yù)點火也不會出現(xiàn)爆燃。在實際使用中，支流的脈沖針對性地指向后來裝入的火花塞，并且明顯提高了火花塞區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)熱性。通過也可能由導(dǎo)流壁引入的、噴嘴狀連續(xù)縮窄的收縮部以及通過在收縮部之后擴(kuò)寬流動橫截面，可以將冷卻劑流明顯地加速成冷卻劑射束，該冷卻劑射束碰到起折流板作用的壁上，并且所述起折流板作用的壁設(shè)計成，使得冷卻支流橫向于主流動路徑的方向偏轉(zhuǎn)，并且部分還具有逆著主流動方向的分量，因此由第一和第二通道前后相繼地布置造成的減弱的冷卻效果和與此相關(guān)的流動陰影區(qū)幾乎可以被消除。至少可以在實驗中實現(xiàn)，第二通道區(qū)域內(nèi)的溫度相對不這樣構(gòu)造的流體套明顯下降15°C。在此，在另一種結(jié)構(gòu)方案中，第一通道可以形成通向氣缸之一的噴嘴通道和/或第二通道形成通向氣缸之一的點火通道。由于流體套上述的構(gòu)造，在上述的實驗中可以實現(xiàn)，位于點火通道中的火花塞現(xiàn)在被充分地冷卻并且不再出現(xiàn)故障。為了獲得在主流動路徑中轉(zhuǎn)向為橫流的冷卻支流中的冷卻流體的加速效果，在另一種結(jié)構(gòu)方案中也可以將導(dǎo)流壁設(shè)計成在流體套與第二通道之間沿主流動路徑的流動方向定向的隔板。因此，橫截面的收縮部例如可以在該區(qū)域內(nèi)縮窄至少兩倍，并且在導(dǎo)流壁之后再次朝折流板擴(kuò)寬。此外，在另一種結(jié)構(gòu)方案中可以附加地規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)的每個氣缸在氣缸蓋中具有用于進(jìn)氣閥的第三通道和用于排氣閥的第四通道。每個氣缸的用于進(jìn)氣閥、排氣閥、火花塞和噴嘴的四個通道前后相繼地布置成兩列，其中，主流動路徑被分成三條橫截面幾乎相等的冷卻支流，亦即，一條在兩列通道之間的中間冷卻流路徑和兩條在流體套的外壁與通道的邊界壁之間的外部冷卻流路徑。其中， 使用一條外部冷卻流路徑比迄今更強(qiáng)烈地冷卻布置在下游的第二通道。這種氣缸蓋優(yōu)選用于汽車中的內(nèi)燃機(jī)。用于冷卻內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋的方法具有以下步驟。首先，將冷卻流體輸送給氣缸蓋的冷卻劑入口。在此，形成有從冷卻劑入口到冷卻劑出口的主流動路徑。該主流動路徑被一些穿過氣缸蓋通向內(nèi)燃機(jī)的氣缸的通道分成多條冷卻支流。通過導(dǎo)流壁實現(xiàn)冷卻支流在第二通道旁的流動橫截面收縮部，該第二通道布置在第一通道下游的流動陰影區(qū)中。然后， 沿流動方向在導(dǎo)流壁之后擴(kuò)寬流動橫截面，并且在折流板上橫向于主流動路徑偏轉(zhuǎn)冷卻支流的冷卻流，使其流向第二通道。該方法具有這樣的優(yōu)點，即，現(xiàn)在第二通道也受到足夠的環(huán)流和冷卻。在此，冷卻支流在導(dǎo)流壁區(qū)域內(nèi)的流動速度由于流動橫截面的收縮而被提高，因此冷卻劑射束以提高的流動速度從導(dǎo)流壁的末端撞擊到折流板上。通過冷卻支流部分向后指向的、在折流板處偏轉(zhuǎn)的冷卻劑流動分量更強(qiáng)烈地冷卻布置在第一通道下游的第二通道。導(dǎo)流壁、橫截面的收縮、橫截面的擴(kuò)寬和在折流壁或折流板處偏轉(zhuǎn)形成射束的相互協(xié)同作用也可以看作葉片效應(yīng)(如在透平葉片上出現(xiàn)的那樣)。在此，所有流動或主流動路徑的脈沖在這種情況下指向火花塞并且明顯提高火花塞區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)熱性。通過針對性的冷卻流體套結(jié)構(gòu)結(jié)合相應(yīng)的密封過渡部位的構(gòu)造致使在氣缸蓋流體套中恰當(dāng)?shù)牧鲃臃植肌?br>

現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明主題的實施方式。圖1是四缸內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋的冷卻劑套的示意圖，
圖2是按圖1的冷卻劑套在其中設(shè)有火花塞的、通向氣缸的通道區(qū)域內(nèi)的局部放大截面圖。
具體實施例方式圖1是內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋1的冷卻劑套2的示意圖，該內(nèi)燃機(jī)具有四個氣缸區(qū)域I、 II、III和IV。在冷卻劑套2中設(shè)有各四個通向四個氣缸區(qū)域的通道6，其中，第一通道7容納噴嘴，并且沿流動方向布置在第一通道7后面的第二通道8具有火花塞裝置，其中，四個氣缸區(qū)域I至IV的通道7和8具有帶有通入各氣缸的進(jìn)氣閥的第三通道16和帶有從各氣缸中排氣的排氣閥的第四通道17。冷卻劑套2由外壁18和19限定。第三和第四通道16和17同樣前后相繼地布置并且在冷卻劑套2中形成第二列通道。冷卻劑套2具有冷卻劑入口 4和冷卻劑出口 5。主流動路徑3從冷卻劑入口 4流向冷卻劑出口 5并且被兩列通道分成三條冷卻支流。中間的冷卻支流13、從第一和第二通道7 和8旁邊流過的外部冷卻支流12以及從第三通道16和第四通道17旁邊流過的另一個外部冷卻支流14。圖2示出了按圖1的冷卻劑套2在通向氣缸的第二通道8區(qū)域內(nèi)放大的局部截面圖D，其中，在通道8中設(shè)有火花塞。該局部截面圖D示出由冷卻劑套2的外壁18和在當(dāng)前情況下是通道8的壁限定的外部冷卻支流12。在此處示出的局部截面D中，冷卻劑套12 的外壁18設(shè)置在邊界面15的范圍內(nèi)，并且通道8的邊界壁21設(shè)計成導(dǎo)流壁9，該導(dǎo)流壁使得用于外部冷卻支流12的橫截面收縮，直至收縮部10。在收縮部10之后，由于橫截面的突然擴(kuò)寬產(chǎn)生噴嘴效應(yīng)，因此速度增大的冷卻劑以冷卻劑射束20的形式從收縮部10撞擊到與起噴嘴作用的收縮部10相對置的壁區(qū)段22上。該壁區(qū)段22像折流板11 一樣作用，并且使冷卻支流12偏轉(zhuǎn)，以便冷卻支流12的分量部分橫向于主流方向A沿箭頭方向B流動并且部分以一流動分量逆著主流方向A沿箭頭方向C流動，并因此更強(qiáng)烈地冷卻其中設(shè)有火花塞的通道8。在收縮部10之前，外部冷卻支流12的一部分就已經(jīng)被沿箭頭方向E偏轉(zhuǎn)，因此這部分冷卻劑流經(jīng)冷卻劑套2在第一通道與第二通道8之間的區(qū)域，因為這個流動部分還沿箭頭E橫向于沿箭頭A的主冷卻流路徑流動。附圖標(biāo)記清單1氣缸蓋2冷卻劑套3主流動路徑4冷卻劑入口5冷卻劑出口6 通道7第一通道8第二通道9導(dǎo)流壁10流動橫截面的收縮部11折流板
12冷卻支流13中間冷卻支流14外部冷卻支流15邊界面16第三通道17第四通道18冷卻劑套的外壁19冷卻劑套的外壁20冷卻劑射束21邊界壁22壁區(qū)段I至IV氣缸區(qū)域A主流動方向B箭頭方向C箭頭方向D圖1中的局部截面E箭頭方向
權(quán)利要求
1.一種帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋，其中， -所述氣缸蓋(1)具有流體套0)，-所述流體套⑵具有冷卻劑入口⑷和冷卻劑出口(5)，因此冷卻劑能夠在主流動路徑(3)中從所述冷卻劑入口(4)流到所述冷卻劑出口(5)，-所述流體套( 在所述冷卻劑入口(4)和所述冷卻劑出口( 之間通過若干通向內(nèi)燃機(jī)氣缸的通道(6)中斷，-在第一通道(7)的流動陰影區(qū)中設(shè)有第二通道(8)，并且其中，所述氣缸蓋(1)在所述流體套O)中具有形成流動橫截面的收縮部(10)的導(dǎo)流壁(9)和折流板(11)，所述折流板(11)沿主流動路徑(3)的方向布置在所述導(dǎo)流壁(9)的下游，并且其中，所述折流板 (11)設(shè)計用于使冷卻支流(1 沿橫向于所述主流動路徑(3)的流動方向朝所述第二通道(8)偏轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的氣缸蓋，其特征在于，所述第一通道(7)形成通向所述氣缸之一的噴嘴通道。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣缸蓋，其特征在于，所述第二通道(8)形成通向所述氣缸之一的點火通道。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的氣缸蓋，其特征在于，所述導(dǎo)流壁(9)是在所述流體套 (2)和所述第二通道(8)之間的、沿所述主流動路徑(3)的流動方向定向的隔板。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的氣缸蓋，其特征在于，所述流動橫截面在所述導(dǎo)流壁(9)之后朝所述折流板(11)擴(kuò)寬。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的氣缸蓋，其特征在于，所述氣缸蓋(1)在所述第一通道 (7)中具有噴嘴裝置。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的氣缸蓋，其特征在于，所述氣缸蓋(1)在第二通道(8) 中具有火花塞裝置。
8.一種具有如權(quán)利要求1至7之一所述的氣缸蓋(1)的內(nèi)燃機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)的每個氣缸在所述氣缸蓋(1) 中具有用于進(jìn)氣閥的第三通道(16)和用于排氣閥的第四通道(17)。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述四個通道(7、8、16、17)布置成兩列， 并且所述主流動路徑C3)被分成三條橫截面幾乎相等的冷卻支流(12、13、14)，亦即，一條在兩列通道之間的中間冷卻流路徑(13)和兩條在所述流體套(2)的外壁(18、19)與所述通道(7、8、16、17)的邊界壁(15)之間的外部冷卻流路徑(12、14)。
11.一帶有內(nèi)燃機(jī)的汽車，該內(nèi)燃機(jī)具有如權(quán)利要求1至8之一所述的氣缸蓋(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有流體冷卻裝置的氣缸蓋(1)和用于冷卻該氣缸蓋(1)的方法。所述氣缸蓋(1)具有冷卻劑套(2)，在該冷卻劑套(2)中，冷卻劑在主流動路徑(3)中從冷卻劑入口(4)流動至冷卻劑出口(5)。所述冷卻劑套在冷卻劑入口(4)與冷卻劑出口(5)之間通過若干通向內(nèi)燃機(jī)氣缸的通道中斷。在第一通道(7)的流動陰影區(qū)中設(shè)有第二通道(8)。所述氣缸蓋(1)在所述冷卻劑套(2)中具有形成流動橫截面的收縮部(10)的導(dǎo)流壁(9)和折流板(11)，所述折流板(11)沿主流動路徑方向布置在所述導(dǎo)流壁(9)的下游，并且其中，所述折流板(11)設(shè)計用于使冷卻支流(12)沿橫向于所述主流動路徑(3)的流動方向朝第二通道(8)偏轉(zhuǎn)。
文檔編號F02F1/24GK102477917SQ201110386360
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者C.陶克爾, J.齊默爾曼, M.克萊因, P.西格, R.莫克爾, S.沃格爾, W.施利特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司