用于内燃发动机的气缸盖的制作方法

1.本公开涉及一种内燃发动机，并且更具体地涉及一种用于内燃发动机的气缸盖。


背景技术：

2.内燃发动机包括容纳进气门和排气门的气缸盖。进气门被配置为打开以将空气-燃料混合物导引导到发动机的燃烧室中。排气门被配置为打开以将排气导引出发动机的燃烧室。


技术实现要素：

3.一种用于内燃发动机的气缸盖包括第一壁、第二壁和柱。所述第一壁限定排气通道，其被配置为远离所述发动机导引排气。所述第二壁形成所述气缸盖的外部并且在所述第一壁和所述第二壁之间限定水套。所述水套被配置为引导冷却剂通过所述气缸盖。所述柱设置在所述水套内。所述柱在所述第一壁和第二壁之间延伸并且固定至所述第一壁和第二壁中的每一个。所述柱从所述第一壁至所述柱的中心部分逐渐变细。所述柱还从所述第二壁至所述柱的所述中心部分逐渐变细。所述柱被配置为响应于由所述发动机生成的热负荷断裂。
4.一种用于内燃发动机的气缸盖包括第一壁、第二壁和柱。所述第一壁限定第一导管，所述第一导管被配置为远离所述发动机引导排气。所述第二壁具有限定所述气缸盖的外部的外表面。所述第二壁具有限定第二导管的内表面。所述第二导管在所述第一壁和第二壁之间延伸。所述第二导管设置在所述第一壁的相对于所述第一导管的相对侧上。所述第二导管被配置为引导冷却剂通过所述气缸盖。所述柱设置在所述第二导管内。所述柱具有固定到所述第一壁的第一端。所述柱具有固定到所述第二壁的第二端。所述柱的厚度从所述第一端至所述柱的中心减小。所述柱的所述厚度从所述第二端至所述柱的所述中心也减小。所述柱被配置为响应于由所述发动机生成的热负荷断裂。
5.一种用于内燃发动机的气缸盖包括第一壁、第二壁和圆柱。所述第一壁和所述第二壁在其之间限定导管。所述第一壁在所述第一壁的相对于所述导管的相对侧上限定排气通道。所述圆柱设置在所述导管内。所述圆柱具有固定至所述第一壁的第一端、固定至所述第二壁的第二端和位于所述第一端和第二端之间的中心部分。所述中心部分具有小于所述第一端的厚度且小于所述第二端的厚度的厚度。所述中心部分被配置为响应于由所述发动机生成的热负荷断裂。
附图说明
6.图1是内燃发动机的气缸盖的等距视图；
7.图2是沿着图1中的线2-2截取的横截面视图；
8.图3是沿着图1中的线3-3截取的横截面视图，其示出了处于变形状态的气缸盖；
9.图4是沿着图1中的线4-4截取的横截面视图；
10.图5是沿着图1中的线4-4截取的替代横截面视图，其示出了处于断裂状态的气缸盖内的各种结构；
11.图6是形成在气缸盖内的柱或圆柱结构的第一实施例；
12.图7是形成在气缸盖内的柱或圆柱结构的第二实施例；以及
13.图8是形成在气缸盖内的柱或圆柱结构的第三实施例。
具体实施方式
14.本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可以采用各种替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征进行组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
15.参考图1至图5，示出了一种用于内燃发动机的气缸盖10。气缸盖10可以包括集成的排气歧管(即，从发动机的气缸接收排气的排气歧管与气缸盖10成一体)。气缸盖10限定发动机的燃烧室12或燃烧室12的一部分。进气道、导管或通道14限定在气缸盖10内。进气通道14被配置为将空气引导或输送到由发动机缸体(未示出)限定的气缸。空气与燃料混合，使得空气内的氧气和燃料可以经由火花塞(未示出)燃烧。燃料可以与进气通道中的空气一起输送到气缸，或者可以经由燃料喷射器(未示出)单独地输送到气缸。进气门(未示出)可以邻近燃烧室12设置在进气通道14内。与每个气缸相关联的进气门可以被配置为在相关联气缸的活塞的进气冲程期间打开并且在相关联气缸的活塞的压缩冲程、做功冲程和排气冲程期间关闭。
16.排气道、导管或通道16限定在气缸盖10内。排气通道16被配置为远离发动机的气缸引导或导引排气。排气门(未示出)可以邻近燃烧室12设置在排气通道16内。与每个气缸相关联的排气门可以被配置为在相关联气缸的活塞的排气冲程期间打开并且在相关联气缸的活塞的进气冲程、压缩冲程和做功冲程期间关闭。
17.气缸盖10还可以限定空腔、导管、通道或水套18，其被配置为引导或导引液体冷却剂(例如，乙二醇/水混合物)或油通过气缸盖10，以用于冷却气缸盖10的目的。水套18中的一些可以设置在排气通道16和燃烧室12附近，在该处，在燃烧期间生成大量的热量。水套18可以与用于生成液体冷却剂流的泵、限定在发动机缸体内的水套以及从液体冷却剂移除热量的热交换器(例如，散热器)流体连通。应当注意，被示出为水套18的空腔、导管或通道可以替代地用于将油输送通过气缸盖10，而不是液体冷却剂。在这种替代布置中，被示出为水套18的空腔、导管或通道可以被称为油通道或油口。
18.当在气缸盖内部并入iem(集成排气歧管)时，将限定气体芯(例如，排气通道16)的内壁连接到外壁的一个或多个柱被添加到设计中，以便在气缸盖的铸造过程期间避免空气滞留(即，允许通气)。添加的柱是便宜的且容易添加到气缸盖的工具以校正空气滞留问题。柱还需要允许在气缸盖铸件的初始浇注和固化期间适当地进给熔融铝合金。然而，柱可能
在发动机操作期间产生问题。更具体地，柱可能在发动机的操作期间限制iem在气缸盖中的期望的热膨胀。排气在限定排气通道的气缸盖的内壁上产生热膨胀，而气缸盖的较冷的外壁则不会热膨胀或不会热膨胀至内壁膨胀的程度。由于经由柱连接的内壁和外壁之间的热差量，这可能在气缸盖的壁上产生应力和应变。这可能导致气缸盖上的应力超过气缸盖的材料性质，从而导致气缸盖沿着外壁和/或排气道变形、破裂或断裂，从而允许冷却剂和/或排气通过裂缝或断裂部，这可能导致泄漏、降低的操作功能和潜在的热事件。图3示出了由于热引起的气缸盖10的变形的示例。
19.本文描述的构思通过包括具有几何形状的柱来缓解上述问题，所述几何形状允许适当的铸造过程进给和通气以产生优质铸件，同时被设计为在初始热负荷下断裂，使得柱不会在热加载期间引入气缸盖的壁的应力和应变，这防止了气缸盖沿着外部和/或排气道产生不期望的破裂或断裂。几何形状允许热应力加载并且使柱断裂，从而在初始热加载期间使气缸盖中的两个相邻壁分开，而不会有损气缸盖的功能。一旦柱已经破裂/断裂，由于具有高热差量的两个表面分离，引入气缸盖的一般应力将被局部消除。这种方法允许铸造过程受益于柱，而没有柱在气缸盖的热加载期间可能产生的长期操作应力。
20.气缸盖10包括限定排气通道16的第一壁20。第一壁20可以是气缸盖10的内壁或内部壁。气缸盖10包括限定水套18并且形成气缸盖10的外部的第二壁22。第二壁22可以是气缸盖10的外壁或外部壁。替代地，第二壁22可以不是外壁，并且油通道或油口可以设置在第二壁的相对于水套18的相对侧上。水套18可以限定在第一壁20和第二壁22之间。更具体地，第二壁22可以具有限定气缸盖10的外部的外表面24和限定水套18的内表面26。第二壁22设置在第一壁20的相对于排气通道16的相对侧上。排气通道16和水套18设置在第一壁20的相对侧上。
21.一个或多个圆柱或柱28设置在水套18内。应当注意，图4和图5的右侧上的柱28可以是流体分流器，其具有与图4和图5的左侧上的柱28不同的形状。例如，在图4和图5和视图中，流体分流器可以相对于图4和图5的左侧上的柱28更进一步地伸长至纸中。柱28在第一壁20和第二壁22之间延伸并且固定至第一壁20和第二壁22中的每一个。柱28的第一端30固定到第一壁20，并且柱28的第二端32固定到第二壁22。柱28被配置为响应于由发动机生成的热负荷断裂。在图5中示出了在引入热负荷之后处于断裂状态中的柱28的示例。
22.柱28的厚度t可以从第一端30至柱28的中心或中心部分34减小，并且可以从第二端32至中心部分34减小。换句话说，柱28可以从第一端30至中心部分34逐渐变细，并且可以从第二端32至中心部分34逐渐变细，使得中心部分34具有小于第一端30和第二端32两者的厚度t的厚度t。更具体地，柱28的中心部分34可以是柱28的这样的部分：其被配置为响应于由发动机生成的热负荷由于厚度t的减小(这会导致柱的强度沿着中心部分34局部减小)而断裂。
23.参考图6，示出了柱28的第一实施例。柱28由从第一壁20至柱28的中心部分34逐渐变细的第一截头圆锥形部分36和从第二壁22至柱28的中心部分34逐渐变细的第二截头圆锥形部分38组成，使得柱28的中心部分34具有小于柱28的第一端30和第二端32两者的厚度t的厚度t。第一截头圆锥形部分36可以与第二截头圆锥形部分38同心地对准。更具体地，第一截头圆锥形部分36可以沿着轴线40与第二截头圆锥形部分38同心地对准。第一截头圆锥形部分36可以包括延伸到第一壁20的第一圆角42。第二截头圆锥形部分38可以包括延伸到
第二壁22的第二圆角44。柱28沿着第一截头圆锥形部分36的外表面和柱28沿着第二截头圆锥形部分38的外表面可以各自具有范围在2.5
°
和15
°
之间的拔模斜度(即，相对于轴线40的取向角)。
24.参考图7，示出了柱28'的第二实施例。柱28'由从第一壁20至柱28'的中心部分34逐渐变细的第一截头圆锥形部分36和从第二壁22至柱28'的中心部分34逐渐变细的第二截头圆锥形部分38组成，使得柱28'的中心部分34具有小于柱28'的第一端30和第二端32两者的厚度t的厚度t。然而，柱28'的第二实施例中的第一截头圆锥形部分36可以从第二截头圆锥形部分38同心地偏移。更具体地，第一截头圆锥形部分36可以沿着轴线46纵向延伸，并且第二截头圆锥形部分38可以沿着轴线48纵向延伸，其中轴线46和轴线48相对于彼此偏移。第一截头圆锥形部分36可以包括延伸到第一壁20的第一圆角42。第二截头圆锥形部分38可以包括延伸到第二壁22的第二圆角44。柱28'沿着第一截头圆锥形部分36的外表面和柱28'沿着第二截头圆锥形部分38的外表面可以各自具有范围在2.5
°
和15
°
之间的拔模斜度(即，分别相对于轴线46和轴线48的取向角)。应当注意，除非本文另有说明，否则柱28'应被解释为具有柱28的所有特性。
25.参考图8，示出了柱28”的第三实施例。柱28”的第三实施例可以具有沙漏形状，使得柱28”的中心部分34具有小于柱28”的第一端30和第二端32两者的厚度t的厚度t。柱28”的第一端30可以包括延伸至第一壁20的第一圆角42。柱28”的第二端32可以包括延伸到第二壁22的第二圆角44。柱28”的外表面可以包括形成沙漏形状的一系列曲线。应当注意，除非本文另有说明，否则柱28”应被解释为具有柱28的所有特性。
26.应当注意，气缸盖10可以包括定位在各个位置处的多个柱28。例如，可以在每个燃烧室12附近重复柱28的样式。还应当理解，对于本文所述的任何部件、状态或条件的第一、第二、第三、第四等的标注可在权利要求中重新布置，使得它们关于权利要求是按时间顺序布置。
27.在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可以被组合以形成可能未明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言相较其他实施例或现有技术实施方式提供了优点或是优选的，但是本领域普通技术人员应认识到，一个或多个特征或特性可被折衷以实现期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实施方式。因而，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。
28.根据本发明，提供了一种用于内燃发动机的气缸盖，其具有：第一壁，所述第一壁限定排气通道，所述排气通道被配置为远离所述发动机导引排气；第二壁，所述第二壁形成所述气缸盖的外部并且在所述第一壁和所述第二壁之间限定水套，其中所述水套被配置为引导冷却剂通过所述气缸盖；以及柱，所述柱设置在所述水套内并且在所述第一壁和第二壁之间延伸且固定至所述第一壁和第二壁中的每一个，其中所述柱(i)从所述第一壁至所述柱的中心部分逐渐变细，(ii)从所述第二壁至所述中心部分逐渐变细，以及(iii)被配置为响应于由所述发动机生成的热负荷断裂。
29.根据一个实施例，所述柱由从所述第一壁至所述柱的所述中心部分逐渐变细的第
一截头圆锥形部分和从所述第二壁至所述柱的所述中心部分逐渐变细的第二截头圆锥形部分组成。
30.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分与所述第二截头圆锥形部分同心地对准。
31.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分从所述第二截头圆锥形部分同心地偏移。
32.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分包括延伸至所述第一壁的第一圆角，并且所述第二截头圆锥形部分包括延伸至所述第二壁的第二圆角。
33.根据一个实施例，所述柱具有沙漏形状。
34.根据一个实施例，所述沙漏形状包括分别延伸至所述第一壁和第二壁的第一圆角和第二圆角。
35.根据本发明，提供了一种用于内燃发动机的气缸盖，其具有：第一壁，所述第一壁限定第一导管，所述第一导管被配置为远离所述发动机引导排气；第二壁，所述第二壁具有限定所述气缸盖的外部的外表面并且具有限定第二导管的内表面，其中所述第二导管在所述第一壁和第二壁之间延伸，设置在所述第一壁的相对于所述第一导管的相对侧上并且被配置为引导冷却剂通过所述气缸盖；以及柱，所述柱设置在所述第二导管内，具有固定至所述第一壁的第一端并且具有固定至所述第二壁的第二端，其中(i)所述柱的厚度从所述第一端至所述柱的中心减小，(ii)所述柱的所述厚度从所述第二端至所述柱的所述中心减小，并且(iii)所述柱被配置为响应于由所述发动机生成的热负荷断裂。
36.根据一个实施例，所述柱由从所述第一壁至所述柱的所述中心逐渐变细的第一截头圆锥形部分和从所述第二壁至所述柱的所述中心逐渐变细的第二截头圆锥形部分组成。
37.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分与所述第二截头圆锥形部分同心地对准。
38.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分从所述第二截头圆锥形部分同心地偏移。
39.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分包括延伸至所述第一壁的第一圆角，并且所述第二截头圆锥形部分包括延伸至所述第二壁的第二圆角。
40.根据一个实施例，所述柱具有沙漏形状。
41.根据一个实施例，所述沙漏形状包括分别延伸至所述第一壁和第二壁的第一圆角和第二圆角。
42.根据本发明，提供了一种用于内燃发动机的气缸盖，其具有：第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁在其之间限定导管，所述第一壁在所述第一壁的相对于所述导管的相对侧上限定排气通道；以及圆柱，所述圆柱设置在所述导管内，所述圆柱具有(i)固定至所述第一壁的第一端，(ii)固定至所述第二壁的第二端，以及(iii)位于所述第一端和第二端之间的中心部分，其中所述中心部分具有小于所述第一端的厚度且小于所述第二端的厚度的厚度，并且其中所述中心部分被配置为响应于由所述发动机生成的热负荷断裂。
43.根据一个实施例，所述圆柱由从所述第一壁至所述中心部分逐渐变细的第一截头圆锥形部分和从所述第二壁至所述中心部分逐渐变细的第二截头圆锥形部分组成。
44.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分与所述第二截头圆锥形部分同心地对
准。
45.根据一个实施例，所述第一截头圆锥形部分从所述第二截头圆锥形部分同心地偏移。
46.根据一个实施例，所述圆柱具有沙漏形状。
47.根据一个实施例，所述圆柱包括延伸至所述第一壁的沿着所述第一端的第一圆角，并且其中所述圆柱包括延伸至所述第二壁的沿着所述第二端的第二圆角。