專利名稱：渦輪增壓發(fā)動機汽缸蓋內(nèi)部冷卻的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機汽缸蓋，所述發(fā)動機汽缸蓋具有內(nèi)部排氣歧 管和雙層冷卻通道以使來自直接連接的渦輪增壓器的熱傳導最小化。
背景技術：
在與渦輪增壓汽車發(fā)動機相關的技術領域中已知利用在汽缸蓋和
傳導最小:。、;而，分離的排、氣歧管在汽車發(fā):機艙中占據(jù)了額外的、空 間并且增加了發(fā)動機/渦輪增壓器組件的成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)動機汽缸蓋，所述發(fā)動機汽缸蓋具有一體鑄造為 汽缸蓋鑄件的一部分的排氣歧管。帶有渦輪本體的渦輪增壓器直接安裝 到汽缸蓋中的內(nèi)部排氣歧管的排氣出口 。汽缸蓋內(nèi)的雙層水套設有用于 上冷卻套和下冷卻套的分離式冷卻劑供給通道。所述冷卻套在所述排氣 出口的上方和下方延伸，并且連接在排氣安裝面的內(nèi)部以降低位于相關 聯(lián)的渦輪增壓器排氣進口凸緣下方的安裝面的金屬溫度。
用于上套和下套的分離式型芯連接在相對端處的冷卻劑進口和出
口的位置處。中間芯頭(coreprint)連接件在燃燒室附近的關鍵區(qū)域處 形成上套和下套之間的受控流動通道，并且形成汽缸蓋和一體形成的歧 管中的排氣口 。在這些區(qū)域中改進后的冷卻使得汽缸蓋中的工作溫度降 低并且避免了對分離式排氣歧管的需要。
從以下結合附圖對本發(fā)明的某些具體實施例的說明可以更充分地 理解本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu)點。
圖l是朝向高輸出發(fā)動機汽缸蓋和直接安裝式渦輪增壓器組件的右 上角向下傾斜的分解視圖2是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機汽釭蓋的右側立視圖；圖3是從圖2的3-3線向下截取的水平縱剖視圖，示出了汽缸蓋的下冷 卻套和內(nèi)部氣體通道；
圖4是沿圖2的4-4線的箭頭方向截取的豎直橫剖視圖5是從圖2的5-5線截取的類似于圖4的視圖6是圖4的圓圈6中的結構的放大視圖7是水套型芯組件的分解視圖，所述水套型芯組件包括圍繞內(nèi)部 排氣歧管型芯的下套型芯和上套型芯；
圖8是省略了排氣歧管型芯的水套型芯組件的右側視圖； 圖9是從圖8的9-9線向上看的水套上型芯的底部剖視圖； 圖10是從圖8的10-10線向下看的水套下型芯的頂部剖視圖； 圖11從圖8的11-11線向后截取的剖視圖12是圖I1的圓圈部分12的放大視圖，示出了芯頭/限流器之一； 圖13是沿型芯組件的進氣門 一 側的左后方的視圖，包括示出主冷卻
劑流的箭頭；以及
圖14是在帶有流動指示箭頭的型芯組件的排氣安裝面后面向下看
的型芯組件96的右(排氣,)，側彿圖。
具體實施例方式
首先詳細參考附圖1-5,附圖標記10總體上指示發(fā)動機汽缸蓋12和發(fā) 動機渦輪增壓器14的分解組件。渦輪增壓器具有一般適用于直接安裝到 汽缸蓋12的常規(guī)設計。渦輪增壓器包括具有壓縮機輪(未示出)的壓縮 機部分16,所迷壓縮機輪由渦輪機輪(未示出)驅動，所述渦輪機輪裝 在渴輪機部分中，所述渦輪機部分被殼體18包圍，所述殼體18由包含(但 不限于)不銹鋼的材料或其它合適材料制成。所迷殼體包括由緊固件安 裝在發(fā)動機汽缸蓋上的渦輪進口凸緣20,所迷緊固件包括(但不限于) 螺柱22和螺母24。
汽缸蓋12在圖1中由機加工鑄件26表示，該機加工鑄件26由合適材 料形成，包括(但不限于)鋁基合金。已經(jīng)省略了組裝好的汽缸蓋的其 它部件，例如凸輪軸蓋、凸輪軸傳動裝置蓋、凸輪軸、傳動機構、發(fā)動 機氣門和致動機構，因為這些部件對理解本發(fā)明是不必要的?？捎迷跍u 輪進口凸緣和汽缸蓋之間的合適襯墊也未示出。
如圖l所示，汽缸蓋鑄件26具有四個周壁，包括分別由左(進氣)側壁32和右(排氣)側壁34縱向連接的前端壁28和后端(通氣孔)壁30。 底(燃燒室)壁36連接所述周壁，在作為汽缸蓋組件組裝完成時，所述 底壁36形成相關聯(lián)的發(fā)動機汽缸組(未示出)的汽缸的封蓋。右側壁34 的下部向外突出以包圍排氣歧管38的一部分，所述排氣歧管38被包圍在 汽缸蓋鑄件26內(nèi)。上內(nèi)壁或彈簧平臺(spring deck) 40被間隔在排氣歧 管38上方，形成回油室42的泉部，凸輪軸、氣門、彈簧和氣門機件(未 示出)可被凸輪軸蓋(未示出)包圍在所迷回油室42中。
圖2-5示出形成本發(fā)明的各部分的機加工汽缸蓋鑄件26的內(nèi)部特征。 圖2示出右側壁34，并且標出圖3-5的剖視圖的位置，通過圖3-5描述所述 內(nèi)部特征。
在彈簧平臺40和底壁36之間，排氣歧管38被包在蓋鑄件26的右側 中。排氣歧管38包括限定排氣通道44的內(nèi)壁43,所述排氣通道44從底壁 36中的各個排氣口46延伸到右側壁中的排氣出口48。排氣出口48通向右 側壁上的安裝面50,并且適于將渦輪增壓器排氣進口凸緣20直接安裝在 所述安裝面50上，從而形成汽缸蓋渦輪組件IO。
在汽缸蓋鑄件26的左側，在底壁36和彈簧平臺40之間，內(nèi)壁52限定 進氣通道54，所迷進氣通道54從底壁36中的各個進氣口56延伸到適于連 接渦輪增壓器壓縮機16的珠口 (未示出)。
為了冷卻汽缸蓋內(nèi)的排氣通道44和進氣通道54以及彈簧平臺40上 方的回油室42中的潤滑油，汽缸蓋鑄件26包括在底壁36和彈簧平臺40之 間延伸的水套58。然而，為了給內(nèi)部排氣歧管通道(包括在渦輪增壓器 安裝面50處)提供更有效的冷卻，水套58被分為下冷卻套60和上冷卻套 62,主要由大體水平的分隔壁64分開。
下冷卻套60和上冷卻套62形成豎直分開的大體縱向的冷卻劑流動 通道66、 68,所述流動通道66、 68從汽缸蓋的后端壁30附近延伸到前端 壁28附近。下冷卻套60與底(燃燒室)壁36的內(nèi)側70和汽缸蓋中的排氣 歧管38的下側71呈熱交換關系。上冷卻套62與汽缸蓋中的排氣歧管38的 上側72和水套60上方的汽缸蓋中的回油室42下方的彈簧平臺40呈熱交 換關系。
下冷卻套和上冷卻套60、 62中的大體水平的冷卻流動通道66、 68還 分別包括大體豎直的部分74、' 76,所述部分74、 76沿著排氣歧管38的外 邊緣延伸(參見圖3、 4、 5)。所述部分74、 76除了靠近安裝面50附近的排氣出口48的側面的部位之外被分隔壁64分開。圖6示出圖4的圓圖6 中的部位的放大視圖。在該處，下通道部分74和上通道部分76穿過分隔 壁64彼此連接，在排氣出口48的周圍和在內(nèi)側鄰近于安裝面形成連續(xù)通 道74、 76，如圖3中的通道部分74的位置所示。連續(xù)通道74、 76允許冷 卻劑圍繞安裝面附近的排氣出口的周邊流動，并且為所述安裝面提供增 強的冷卻。所述增強的冷卻將汽缸蓋的鋁安裝面維持在比用高溫墊圍 (未示出)將渦輪進口凸緣安裝在安裝面上時在所述渦輪進口凸緣中達 到的最高溫度更低的最高溫度(低于25(TC)。鉆出的檢修孔77可鉆入 豎直通道74、 76的接合點中，從而確保不存在局部阻塞通道的鑄造毛刺 (casting flash)或者在必要時清除所述鑄造毛刺》
圖3示出水套58中的附加豎直通道，其中一些通道在下冷卻套60和 上冷卻套62之間延伸u限流通道78、 80—般在相鄰發(fā)動機燃燒室82的排 氣口46和進氣口56之間由連接型芯部分(將在下文討論)的芯頭形成， 并且連通下冷卻套60和上冷卻套62。其它芯頭通道84在汽缸蓋的前端壁 28處連接所述套。
汽缸蓋的后端壁30包括適于從關聯(lián)的發(fā)動機組接收冷卻劑的分離 的豎直進口通道。外側通道86將冷卻劑輸送給下冷卻套，而內(nèi)側通道88 將冷卻劑運送至上冷卻套，從而允許在下套和上套之間分配冷卻劑流。 在所述蓋的前端處，來自下套和上套的冷卻劑被引入到公共出口通道90 中以便于冷卻系統(tǒng)中的再循環(huán)
現(xiàn)在參考圖7-14,示出了用于鑄造隨后機加工的汽缸蓋鑄件26的一 些型芯。這些附圖有益于更清楚地顯示汽缸蓋水套58的下冷卻套60和上 冷卻套62以及排氣歧管氣體通道。
圖7示出用于鑄造發(fā)動機的汽缸蓋的組合型芯組件92。組件92包括 安裝在水套型芯組件96內(nèi)的排氣歧管型芯94,所述水套型芯組件96包括 如圖8所示的下冷卻套型芯98和上冷卻套型芯100。在組裝后，所述組合 型芯用于形成圍繞內(nèi)部排氣歧管38的鑄造的內(nèi)部冷卻套通道；以及下 燃燒室壁(底壁36)、上彈簧平臺壁40和根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施 例的汽缸蓋的下部中的周壁和進氣通道壁的內(nèi)部形狀。
下冷卻套型芯98 (示于圖8和10)縱向地延伸形成內(nèi)部排氣歧管38 的下壁和汽缸蓋底壁36的內(nèi)側70,并且在所述下壁和內(nèi)側70之間限定組 成下冷卻套60的下冷卻通逸。、
7上冷卻套型芯100 (示于圖8和9)縱向地延伸形成排氣歧管38的上 壁和彈簧平臺壁40的下側，并且在所迷上壁和下側之間限定組成上冷卻 套62的上冷卻通道。
如圖7-ll所示，下型芯98和上型芯100包括六個芯頭，所述芯頭保持 上型芯遠離下型芯，產(chǎn)生形成分隔壁64的空間106。這些芯頭也在選定 部位形成穿過所述分隔壁的限制通道。這些芯頭包括兩個外側限流器芯 頭108 ，所述限流器芯頭108形成在相鄰燃燒室的排氣口之間間隔的限流 通道78。如圖11和12所示，接收在下型芯的配對插座112中的直徑減小 的上型芯的插頭110限定了限流通道78的孔口。類似地，接收在下型芯 的配對插座116中的稍大的上型芯的插頭114限定了在相鄰燃燒室的進 氣口之間間隔的限流通道80的孔口。此外，懸垂芯頭118限定了出口孔 84,所述出口孔84將汽缸蓋的前端壁28內(nèi)部的水套58的上冷卻套62與下 冷卻套60連接。然后，下套60使冷卻劑流從上套和下套流向由下型芯98 的傾斜延伸部122形成的公共出口通道90。
通向下冷卻套的分離的進口通道66由從下套型芯98懸垂的芯頭124 形成，而通向上冷卻套的進口通道68由從上套型芯100懸垂且在下套型 芯的芯頭124之間穿過的芯頭126形成。芯頭124、 126的大小適于將期望 的冷卻劑流供應給汽缸蓋的下冷卻套和上冷卻套的分離的進口 。從下型 芯98懸垂的附加芯頭128常規(guī)地將水套型芯組件96與下模(未示出)隔 開，從而形成汽缸蓋鑄件26的底壁36。
再參考圖U,下型芯98包括水平部130和豎直側部132,所迷水平部 130和豎直側部132形成沿'，辨氣歧管38的排氣出口的下側和下安裝面 的水平冷卻通道71和豎直冷卻通道74。上型芯100包括向上傾斜部134和 豎直側部136,所述向上傾斜部134和豎直側部136形成沿著排氣歧管38 的排氣出口的上側和上安裝面的縱向冷卻通道72和豎直冷卻通道76。
圖13和14是水套型芯:組件96的總體視圖，對所迷視圖添加了陰影和 箭頭以示出冷卻劑流在由鑄件26制成的汽缸蓋12中流過由型芯組件形 成的通道的方式。
沿型芯組件96的進氣門 一側的左后方觀察的視圖13示出了由淺色 箭頭140示出的流過進口通道86、縱向流過下冷卻套60的下冷卻通道66 并流出公共出口通道90的主冷卻劑流。在上冷卻套中流過進口通道88、 縱向流過上冷卻通道68并流出公共出口通道90的流動由深色箭頭142示出。淺色區(qū)域144和豎直箭頭146示出下冷卻套和上冷卻套60、 62之間的 限流通道78、 80和84的位置。
在排氣安裝面(在視圖中未示出)后面向下看的型芯組件96的右(排 氣)側視圖14示出了形成水套58中的分隔壁的空間106。箭頭150示出在 排氣出口48的上部的上方和周圍的上套62中的縱向前后冷卻劑流。箭頭 152示出在排氣出口的下部的下方的下套60中的縱向前后冷卻劑流。箭 頭154示出在排氣安裝面后面的部位，所述部位是下冷卻通道66和上冷 卻通道68接觸的部位，并且允許冷卻劑在所述安裝面后面的這些通道之 間流動，從而改善所述安裝面的冷卻。
雖然已經(jīng)參照某些優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解，在所 述本發(fā)明構思的精神和范圍內(nèi)可以做出很多改進。因此，本發(fā)明不是要 局限于所公開的實施例，而是要具有由所附權利要求的文字所允許的全 部范圍。
權利要求
1. 一種用于渦輪增壓發(fā)動機的汽缸蓋，包括限定外壁和內(nèi)壁的鑄件，所述外壁和內(nèi)壁包括由相對的側壁縱向連接的前端壁和后端壁，以及與所述端壁和側壁接合的底壁；在所述鑄件內(nèi)的排氣歧管，包括限定排氣通道的第一內(nèi)壁，所述排氣通道從所述底壁中的各個排氣口延伸到所述側壁中的一個側壁內(nèi)的排氣出口，所述出口限定在所述一個側壁上形成并且適于將渦輪增壓器直接安裝在其上的安裝面中；用于冷卻所述底壁和所述排氣歧管的水套，所述水套包括主要由大體水平的分隔壁分開的下冷卻套和上冷卻套，所述分隔壁形成大體縱向的豎直分離的冷卻劑流動通道，所述流動通道從所述汽缸蓋的一端延伸到所述汽缸蓋的另一端，所述下冷卻套與所述底(燃燒室)壁的內(nèi)側和所述汽缸蓋中的排氣歧管的下側呈熱交換關系，所述上冷卻套與所述排氣歧管的上側和所述水套上方的汽缸蓋中的回油室呈熱交換關系；所述下冷卻套通道和所述上冷卻套通道包括大體豎直部分，所述大體豎直部分由所述分隔壁分開，但是與縱向通道相連并且位于相鄰于排氣出口安裝面的內(nèi)部，從而對所述安裝面提供增強的冷卻。
2. 根據(jù)權利要求l所述的汽缸蓋，其特征在于，所述豎直部分在相 鄰于所述安裝面的內(nèi)部連接，從而在所述安裝面處形成圍繞所述排氣歧 管出口的連續(xù)通道。
3. 根椐權利要求l所述的汽缸蓋，其特征在于包括限流豎直通道， 所述限流豎直通道在相鄰發(fā)動機燃燒室的排氣口之間連通所迷下冷卻 套和所述上冷卻套，從而輔助所述排氣通道的冷卻。
4. 根據(jù)權利要求3所迷的汽缸蓋，其特征在于包括附加的限流豎直 通道，所述附加的限流豎直通道在相鄰發(fā)動機燃燒室的進氣口之間連通 所述下冷卻套和所述上冷卻套。
5. 根據(jù)權利要求4所迷的汽缸蓋，其特征在于，所述豎直通道在汽 缸蓋的相鄰燃燒室旁邊延伸，并且輔助冷卻所述燃燒室的內(nèi)壁。
6. 根據(jù)權利要求5所迷的汽缸蓋，其特征在于，在汽缸的進氣口之 間的豎直通道大于排氣口之間的豎直通道，從而對所迷進氣口中的加壓 空氣充氣提供增強的冷卻。
7. 根據(jù)權利要求l所述的汽缸蓋，其特征在于，所述下冷卻套和所述上冷卻套在所述汽缸蓋的一端具有分離的進口通道，并且所述下冷卻套和所述上冷卻套的大小適于控制從共用源接收并引導至各個冷卻套的冷卻劑的流動。
8.根據(jù)權利要求7所述的汽缸蓋，其特征在于，所述上冷卻套和所 迷下冷卻套在所述汽缸蓋的另一端連接到公共出口通道，用于使被加熱
9. 一種水套型芯組件:用于:成具有內(nèi)部排氣歧管的鑄造發(fā)動機汽缸蓋的上冷卻套和下冷卻套，所述水套型芯組件包括下型芯，所述下型芯適于形成用于冷卻所述排氣歧管的下側的下冷卻套；上型芯，所述上型芯適于形成用于冷卻所述排氣歧管的上側的上冷 卻套；以及多個相互接合的芯頭,，所述芯頭連接和固定所述上型芯和所迷下型 芯的相對位置，并且在所述上型芯和所述下型芯之間提供分隔，以便在 所述型芯形成的上冷卻套和下冷卻套之間形成分隔壁。
10. 根據(jù)權利要求9所述的水套型芯組件，其特征在于，所述芯頭具 有穿過所述型芯之間的分隔的減小橫截面積，從而控制所述型芯形成的 上冷卻套和下冷卻套之間的橫向流動。
11. 根據(jù)權利要求10所迷的水套型芯組件，其特征在于，所述橫截 面積是變化的，從而在所述上冷卻套和所述下冷卻套的不同部分之間引 導不同的冷卻劑流量。
12.根據(jù)權利要求10所述的水套型芯組件，其特征在于，所述水套 型芯組件結合包含在水套下型芯和水套上型芯之間的排氣歧管型芯以 提供鑄件型芯組件，以便形成所述下冷卻套和所述上冷卻套以及位于所 迷汽缸蓋中的所迷上冷卻套和所述下冷卻套之間的所述排氣歧管。
13.根據(jù)權利要求12所述的水套型芯組件，其特征在于，所迷下型 芯和所述上型芯在歧管型芯的排氣出口周圍延伸，所迷下型芯和所迷上 型芯接合在相鄰于歧管的安裝面的內(nèi)部，從而在所迷安裝面的內(nèi)部形成 圍繞所述排氣出口的連續(xù)冷卻通道。
全文摘要
一種發(fā)動機汽缸蓋，具有在所述汽缸蓋中鑄造的排氣歧管。帶有渦輪本體的渦輪增壓器適于直接安裝到排氣歧管的排氣出口安裝面。汽缸蓋內(nèi)的雙層水套具有用于上冷卻套和下冷卻套的分離式冷卻劑供給通道。所述冷卻套在所述排氣出口的上方和下方延伸，并且連接在排氣安裝面的內(nèi)部以降低位于渦輪增壓器排氣進口凸緣下方的安裝面的金屬溫度。用于上套和下套的分離式型芯連接在相對端處的冷卻劑進口和出口的位置處。中間芯頭連接件在上套和下套之間形成受控流動通道，并且形成汽缸蓋和一體形成的歧管中的排氣口。在這些區(qū)域中改進后的冷卻使得汽缸蓋中的工作溫度降低并且避免了對分離式排氣歧管的需要。
文檔編號F02F1/42GK101440755SQ20081018123
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權日2007年11月19日
發(fā)明者D·T·萊斯特, D·奧斯特羅夫斯基 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司