用于內(nèi)燃機(jī)的缸蓋的制作方法
【專利說明】用于內(nèi)燃機(jī)的缸蓋
[0001 ]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的缸蓋，該內(nèi)燃機(jī)包括至少一個(gè)缸，該缸蓋具有至少一個(gè)用于提升閥的閥座圈，其中，閥座圈由用于冷卻劑的環(huán)形冷卻通道環(huán)繞，該環(huán)形冷卻通道至少部分地模制到缸蓋中，其中，冷卻通道至少部分地環(huán)繞該閥座圈并在入口和至少一個(gè)出口之間延伸。
[0002]布置在缸蓋中的用于往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的閥座圈從WO 08/059108 A中得知，其中，周向冷卻通道布置在閥座圈中，該冷卻通道在用于冷卻劑的入口和出口之間延伸。
[0003]目前高性能內(nèi)燃機(jī)包括在位于各排氣閥座之間的排氣閥橋的區(qū)域中的具有高度熱應(yīng)力的區(qū)域。這些區(qū)域尤其具有使閥熱變形并因此增大磨損的危險(xiǎn)。
[0004]專利公開GB2 101 212 A、JP S59107009 U和JP S5935623 U示出了一種用于內(nèi)燃機(jī)提升閥的閥座圈，該閥座圈具有一個(gè)相應(yīng)冷卻通道，多個(gè)入口進(jìn)入該冷卻通道中并且至少一個(gè)出口從該冷卻通道岔開。入口分別布置成關(guān)于經(jīng)過該出口的閥座圈的子午平面對(duì)稱。
[0005]WO 2010/145 940 Al描述了一種用于內(nèi)燃機(jī)的缸蓋，其具有圍繞排氣閥座圈的環(huán)形冷卻通道，其中，環(huán)形冷卻通道的入口和出口布置成關(guān)于閥座圈的軸線在直徑方向上相對(duì)。圍繞閥座圈的類似冷卻通道從DE 34 12 052 Al得知。然而，這些對(duì)稱冷卻措施不足以避免尚性能發(fā)動(dòng)機(jī)中的排氣閥橋的熱變形。
[0006]CH 272 380 B和GB 668 962 A分別描述了一種內(nèi)燃機(jī)的閥裝置，其具有用于提升閥的插入的閥座圈，其中，該閥座圈由在入口和出口之間延伸的周向冷卻通道環(huán)繞。冷卻劑的分離區(qū)形成在入口和出口之間，該分離區(qū)阻止入口和出口之間的短路流。類似冷卻通道也通過JP 57-015918 Ul得知。雖然該冷卻圈布置允許不對(duì)稱地冷卻閥座圈，但由于流量低，所以散熱是不充分的。同樣不利的是，入口和出口之間的分離區(qū)形成未冷卻熱橋，并且局部過熱和熱張力因此會(huì)出現(xiàn)，尤其是當(dāng)分離區(qū)位于靠近兩個(gè)排氣閥之間的高熱負(fù)載腹板時(shí)更是如此。
[0007]本發(fā)明的目的是避免這些缺點(diǎn)并且降低閥磨損。
[0008]該目的根據(jù)本發(fā)明以這樣的方式實(shí)現(xiàn):即該方式使得多個(gè)入口通向冷卻通道，其中，各入口優(yōu)選地布置成關(guān)于經(jīng)過出口的閥座圈的子午平面不對(duì)稱。
[0009]閥座圈的子午平面在這種情況下被理解成是這樣的平面，S卩，該平面經(jīng)過包含其曲率中心的閥座圈的曲面的點(diǎn)。該子午平面因此由閥座圈的徑線和該閥座圈的軸線形成。
[0010]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中提供了，至少一個(gè)入口在斜向上或切向上通向冷卻通道，使得滿足以下條件:0<β〈90°，其中角度β形成在通向所述入口的入口通道的中心線和位于所述入口的區(qū)域中的冷卻通道的切線之間，其中，優(yōu)選地在至少一個(gè)入口中，角度β小于80°，優(yōu)選地小于75°。因此，不對(duì)稱流可以在冷卻通道中發(fā)生，通過該不對(duì)稱流可以以有目的的方式冷卻高熱負(fù)載區(qū)。
[0011]當(dāng)至少一個(gè)入口在切向上通向冷卻通道使得角度β = 0°時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)明顯不對(duì)稱流。
[0012]可替代地或附加的，可以提供，至少一個(gè)入口在斜向上通向冷卻通道，使得角β滿足以下條件:0〈β〈90°。
[0013]當(dāng)至少一個(gè)另外入口在徑向上通向冷卻通道使得角度β= 90°時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)冷卻改口 ο
[0014]因此，可以在冷卻通道中實(shí)現(xiàn)明顯不對(duì)稱顯著冷卻劑流。尤其是，通過這樣的布置實(shí)現(xiàn)有效散熱:在該布置中，傾斜入口的入口通道的中心線布置成切向于優(yōu)選地徑向入口的凸出部的曲率圓。
[0015]該出口可以布置成關(guān)于閥座圈中心與(優(yōu)選地徑向)入口在直徑方向上相對(duì)，其中，優(yōu)選地，該入口的中心線和該出口的中心線可以布置在閥座圈的子午平面中。
[0016]如果優(yōu)選地徑向入口可以布置成關(guān)于閥座圈的中心與出口在直徑方向上相對(duì)，則對(duì)高熱負(fù)載區(qū)的散熱是特別有利的，并且其中，該冷卻通道可以包括優(yōu)選地布置在經(jīng)由出口的閥座圈的子午平面的第一側(cè)上的至少一個(gè)另外入口，其中所述第一側(cè)面向排氣閥橋。該另外入口可以形成為在切向上通向該冷卻通道的切向入口或在斜向上通向該冷卻通道的傾斜入口。本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例提供了徑向入口、斜向入口和切向入口，其中，徑向入口可以布置成與出口在直徑方向上相對(duì)，而兩個(gè)另外入口(斜向入口和切向入口)可以布置在經(jīng)過出口的閥座圈的子午平面的一側(cè)上，尤其是在面向排氣閥橋的一側(cè)上。這使得排氣閥橋的區(qū)域得到良好散熱。特別有利的是，至少兩個(gè)入口通道布置成使得其它們的延伸穿過相應(yīng)入口的中心線在閥座圈的子午平面上的一點(diǎn)處相交，或者在一部件的冷卻套的區(qū)域中的一點(diǎn)處相交，該部件特別優(yōu)選地是中部通向燃燒室的注入裝置。由于這種布置，使排氣閥橋最佳散熱的不對(duì)稱冷卻可以以有目的的方式實(shí)現(xiàn)。
[0017]可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)一步提供的是，當(dāng)在法向于閥座圈的軸線的剖視圖中觀察時(shí)，冷卻通道包括凸出部，該凸出部在至少一個(gè)入口和/或出口的區(qū)域中優(yōu)選地大致呈鐮刀形。
[0018]壓力損失在具有環(huán)形冷卻通道的已知布置中出現(xiàn)在入口和出口的區(qū)域中，這對(duì)冷卻有副作用并導(dǎo)致增加閥磨損。由渦流形成和節(jié)流作用引起的流動(dòng)損失通過在入口和/出口的區(qū)域中的該大致鐮刀形凸出部而得到防止。冷卻劑的通過量因此可以增加，并且散熱效果改善。
[0019]如果凸出部基本上具有至少部分圓形段的形狀并且優(yōu)選地可以用諸如銑刀等轉(zhuǎn)動(dòng)工具(刀具)制造，則實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單制造。
[0020]當(dāng)凸出部布置成關(guān)于延伸通過入口或出口的中心的子午平面不對(duì)稱時(shí)，諸如排氣閥橋高熱負(fù)載區(qū)域的有目的散熱可以發(fā)生。凸出部關(guān)于入口或出口的中心的偏心布置導(dǎo)致流動(dòng)損失的不對(duì)稱分配以及因此環(huán)形冷卻通道的兩個(gè)分支中的冷卻劑的流量的不對(duì)稱分配，使得冷卻通道的兩個(gè)分支的散熱不同。
[0021]凸出部的半徑r可以是冷卻通道的外半徑R的0.2倍至0.8倍之間，優(yōu)選地是冷卻通道的外半徑R的0.4倍至0.6倍之間。這導(dǎo)致有利的流動(dòng)橫截面形狀，以具有最低可能的流動(dòng)損失和良好的冷卻效果。
[0022]每個(gè)入口與各自鑄造入口通道或鉆孔入口通道流動(dòng)連通，而出口與缸蓋的鑄造出口通道或鉆孔出口通道流動(dòng)連通。
[0023]在本發(fā)明的特別有利實(shí)施例中提供了，閥座圈的冷卻通道獨(dú)立于其余缸蓋的冷卻系統(tǒng)。這允許使用、用于冷卻閥座圈的其它壓力或冷卻介質(zhì)，所述其它壓力或冷卻介質(zhì)不同于例如用于冷卻缸蓋的壓力或冷卻介質(zhì)。具體地說，該入口和出口可以連接到內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)。
[0024]下面將參照附圖更詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中:
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的缸蓋的沿圖3的線1-1得到的剖視圖；
[0026]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的缸蓋的類似于圖1的剖視圖；
[0027]圖3示出缸蓋的沿圖1中的線II1-1II得到的剖視圖；
[0028]圖4示出了圖3的細(xì)節(jié)IV;
[0029]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的缸蓋的類似于圖1的剖視圖；
[0030]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的缸蓋的類似于圖1的剖視圖；
[0031]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的缸蓋的類似于圖1的剖視圖；
[0032]圖8示出缸蓋的沿圖7中的線VII1-VI11得到的剖視圖。
[0033]在各實(shí)施例中，功能上相同的部件設(shè)有相同附圖標(biāo)記。
[0034]附圖示出了用于內(nèi)燃機(jī)的至少一個(gè)缸11的缸蓋I，其包括至少一個(gè)排氣閥2，排氣閥2由提升閥(未更詳細(xì)示出)形成并且僅示出其排氣閥開口，其中，一個(gè)閥座圈3布置在(例如，壓進(jìn))缸蓋I中以至少用于每個(gè)排氣閥2。閥座圈3的軸線用附圖標(biāo)記3a標(biāo)示。被壓進(jìn)或膠合到缸蓋I中的閥座圈3被用于冷卻劑的環(huán)形冷卻通道4環(huán)繞，冷卻通道4形成在(例如，銑進(jìn))缸蓋I中并且繞閥座圈3在至少一個(gè)入口5和一個(gè)出口6之間延伸至少180°的角范圍α。在實(shí)施例中，冷卻通道4繞閥座圈3周向形成。也可以考慮中斷的構(gòu)型。入口 5與入口通道5a相連，而出口6與出口通道6a相連，其中，入口通道5a和出口通道6a可以由鉆孔(內(nèi)孔)形成。入口通道5a始于缸蓋I的側(cè)面I a并徑向通向缸中心11 a。在缸中心11 a的區(qū)域中，中心通向缸11的燃燒室14的部件7(例如，火花塞或注入裝置)布置在缸中心Ila的區(qū)域中，其中，部件7至少部分被冷卻室8環(huán)繞。出口通道6a進(jìn)入冷卻室8。
[0035]圖1示出了缸蓋I的第一實(shí)施例，其中，冷卻通道4包括在入口通道5a的通向冷卻通道4的孔口區(qū)域中、即在入口 5的區(qū)域中的大致鐮刀形凸出部10。凸出部10可以基本上具有圓形段的形狀并且可以由例如銑刀等切割轉(zhuǎn)動(dòng)刀具制造。也可以考慮非切削制造，例如通過電火花加工方法。凸出部的半徑r有利地從0.2.R<r<0.8.R的范圍中選擇，其中，優(yōu)選地，凸出部10的半徑r處于優(yōu)選地0.4.R至0.6.R之間。在入口 5的區(qū)域中的流動(dòng)損失因以這種方式形成的凸出部10而可以顯著降低。類似的凸出部也可以以類似的方式設(shè)置在出口6的區(qū)域中(未更詳細(xì)示出)。在圖1中，凸出部10布置成關(guān)于延伸通過中心線5’的平面ε對(duì)稱。
[0036]圖2示出了第二實(shí)施例，其與圖1不同，使得凸出部10布置成關(guān)于延伸通過中心線5”的子午平面ε和/或延伸通過出口6的閥座圈3的子午平面δ不對(duì)稱。在一方面，流動(dòng)損失在冷卻劑流入冷卻通道4期間降低，而在另一方面，