整體結(jié)構(gòu)的液冷式內(nèi)燃機的氣缸體及用于其制造的鑄模的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種整體結(jié)構(gòu)的液冷式內(nèi)燃機的氣缸體，其具有多個呈直線排列且由共同冷卻套管圍繞的氣缸，其中第一冷卻水腔構(gòu)造于冷卻套管與各環(huán)流氣缸之間，第二冷卻水腔設(shè)置于這些氣缸上方并與第一冷卻水腔流體連通，其中在冷卻套管的縱向側(cè)，配流管沿縱向安裝于所述冷卻套管縱面的一側(cè)，集流管沿縱向安裝于另一側(cè)，這兩個管道分別具有用于外部冷卻回路的接口。
[0002]在這種內(nèi)燃機中，氣缸體與氣缸蓋一體成型。在該結(jié)構(gòu)中，無法裝配氣缸套。而這種結(jié)構(gòu)方式卻能受到極強的冷卻并由此適于高功率密度的發(fā)動機。在具有多個直列式氣缸的發(fā)動機中，各氣缸均需盡量獲得同等強度的冷卻，而這并不容易實現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0003]第DE4033623C1號專利文獻涉及一種汽油發(fā)動機，其缸體是由多個彼此焊接的部件及彼此相連的氣缸組成。配流管和集流管均非失芯澆鑄成型的細管且均未超出氣缸的整體高度。各氣缸的四周均未形成環(huán)流。在該文中并未披露蓋區(qū)域的冷卻水如何從該部分向下流入集流管中。
[0004]第JP H05-19542U號專利文獻僅涉及對氣缸蓋的冷卻。冷卻水自配流管向上流入氣缸蓋的冷卻水腔中，隨后再向下流入集流管中。配流管和集流管均為鑄造成型后固定于發(fā)動機缸體上的單獨部件。在該文中并未提及對氣缸壁的冷卻。
[0005]在由第JP H05-66219U號專利文獻知悉的發(fā)動機中，配流管以螺旋方式固定于氣缸列兩側(cè)，冷卻水分別由這兩個配油管朝向氣缸壁流入第一冷卻水腔。由于其連接關(guān)系，并未在氣缸四周形成環(huán)流，而僅在其上方區(qū)域形成環(huán)流。由于冷卻水升入氣缸蓋中的第二冷卻水腔并通過噴管自此流出，因此在該發(fā)動機中未設(shè)集流管。
[0006]第DE102009023530A1號專利文獻雖大概涉及一種氣缸體，但僅描述了用于氣缸體的鑄芯。相應(yīng)地，配流管和集流管的截面較小且并未設(shè)置在氣缸壁的至高處，而是設(shè)于其下方。冷卻水從配流管僅在一側(cè)沿楔形構(gòu)件向上流入左側(cè)的冷卻腔中。在該氣缸體中，僅先在氣缸一側(cè)形成環(huán)流。冷卻水流經(jīng)氣缸蓋之后，如此持續(xù)升溫的冷卻水自上方流入右側(cè)的冷卻腔中。因此，對氣缸的冷卻并不均等對稱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，克服上述缺陷，利用整體結(jié)構(gòu)的特征實現(xiàn)強度足夠的均勻冷卻，同時盡可能簡化制造過程。
[0008]根據(jù)本發(fā)明可實現(xiàn)一種整體結(jié)構(gòu)的液冷式內(nèi)燃機的氣缸體，其具有多個呈直線排列且由共同冷卻套管圍繞的氣缸，其中第一冷卻水腔構(gòu)造于冷卻套管與各環(huán)流的氣缸之間，第二冷卻水腔設(shè)置于氣缸上方并與第一冷卻水腔流體連通，配流管沿縱向安裝于冷卻套管縱面的一側(cè)，集流管沿縱向安裝于其另一側(cè)，這兩個管道分別具有用于外部冷卻回路的接口，其中配流管及集流管與氣缸體一體鑄成并延伸至氣缸的整個高度；將配流管與第一冷卻水腔分開的冷卻套管具有與各氣缸相關(guān)聯(lián)的第一通孔，所述第一通孔指向氣缸靠近冷卻套管縱面的部分，由此使冷卻液在兩側(cè)繞氣缸環(huán)流；配流管及集流管是具有大過流截面的通道且向上伸至氣缸座的高度；集流管通過一列第二垂直通孔在氣缸座的平面上與設(shè)置于其上方的第二冷卻水腔保持連通。
[0009]由配流管將冷卻水就速度、壓力及溫度方面而言均勻分布于各氣缸。其原因在于，集流管設(shè)置于氣缸體另一側(cè)上，在這兩個管之間不會產(chǎn)生非理想的熱傳遞。通過將管道安裝在相對的兩側(cè)，管道可延伸至氣缸的整個高度，從而可在僅略微增大氣缸寬度的情況下實現(xiàn)更大的過流截面，第一通孔可極深地設(shè)置于冷卻水腔中。
[0010]在鑄造氣缸體時由型芯部件形成配流管與冷卻水腔之間的第一通孔，因此可將其制成較大尺寸且具有任意形狀。由此，在各個氣缸四周形成均勻環(huán)流。其原因還在于，集流管通過一列第二通孔與設(shè)置于其上方的第二冷卻腔保持連通，冷卻水在蓋部分中也均勻流動。
[0011 ] 在有利的實施方案中，至少局部氣缸壁超出氣缸座伸入第二冷卻水腔中，設(shè)置多個水平的連接孔徑以使第一冷卻水腔與第二冷卻水腔形成流體連通。
[0012]在一種等同變化中，圍繞氣缸壁的冷卻水腔從上方鉆孔或至少其部分圓周向上開口，從而氣缸壁及氣缸座受到極強的冷卻。由此，冷卻水環(huán)繞氣缸壁四周流動并且垂直向上直接流入第二冷卻水室。
[0013]其優(yōu)勢在于，配流管和集流管具有較大的過流截面并向上伸至氣缸座的高度且向下遠伸。由此，管道可配合發(fā)動機缸體的外輪廓，這在鑄造技術(shù)方面同樣具有優(yōu)勢。由于截面較大，氣缸壁不會產(chǎn)生渦流，則在壓力損失最小且速度較高的情況下順著氣缸壁導(dǎo)流，借此熱傳遞系數(shù)超高。
[0014]較佳地，第二冷卻水腔上方由沿流動方向向上傾斜的罩壁界定并且由排氣管插入其中。由于在氣缸壁四周向上形成環(huán)流，因此在第二冷卻水腔中向集流管側(cè)的流量增大。傾斜的罩壁導(dǎo)致過流截面相應(yīng)增大。最終適當?shù)乩@著穿入第二冷卻水腔的排氣管形成環(huán)流。如此，超熱的氣缸座亦可根據(jù)需要而受到冷卻。
[0015]較佳地，第二冷卻水腔達至集流管之上并且通過集流腔頂壁中的多個第二通孔與其流體連通。如此，第二通孔可在鑄造中制成并且可外壁能夠較平。
[0016]本發(fā)明還涉及一種鑄模，該鑄模能以最低限度的額外耗費制造根據(jù)本發(fā)明的氣缸體。此外，該鑄模的大部分型芯部件不加改動即可用于制造常規(guī)的氣缸體。有關(guān)型芯部件根據(jù)本發(fā)明的改進之處包括:對應(yīng)于冷卻水套的型芯部件通過第一型芯頸在一側(cè)與對應(yīng)于配流管的型芯部件相連并在另一側(cè)與對應(yīng)于集流管的型芯部件相連或者與其一體成型，其中一側(cè)上的型芯頸對應(yīng)于第一通孔，配流管通過該第一通孔與冷卻水腔流體連通，另一側(cè)上的型芯頸借由型芯孔固定栓與外界隔離。通過這種方式，由于型芯頸原本即用于確定管道的位置，因此無需任何額外耗費即可形成第一通孔。型芯頸不必呈筒狀，利用其輪廓可優(yōu)化氣缸壁的繞流。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一改進之處包括:對應(yīng)于集流管的型芯部件通過第二型芯頸與對應(yīng)于第二冷卻水腔的型芯部件保持連接，其中第二型芯頸對應(yīng)于第二通孔，第二冷卻水腔通過該第二通孔與集流管流體連通。第二型芯頸由鑄模的分型面分開。
【附圖說明】
[0018]下面將參照根據(jù)本發(fā)明的氣缸體及鑄模的附圖闡明本發(fā)明。其中:
[0019]圖1表示由氣缸體沿圖2中線1-1的橫截面圖；
[0020]圖2表示沿圖1中線I1-1I的水平剖面圖；
[0021]圖3表示根據(jù)本發(fā)明改進的鑄模型芯部件的軸測圖；
[0022]圖4A表示沿圖3中線II1-1II的剖面圖；
[0023]圖4B表示如圖3所示鑄模型芯部件的局部俯視圖；
[0024]圖5表示圖1的等同變化方案。
【具體實施方式】
[0025]在圖1中，總體以標號I表不氣缸體。該氣缸體I包括氣缸部分2及與其一體成型的蓋部分3。氣缸部分2包括若干分別由氣缸壁4及氣缸座5組成的氣缸。氣缸壁4四周共同受到第一冷卻水腔6的沖刷，而該第一冷卻水腔6則由冷卻套管7圍繞。氣缸壁4、冷卻水腔6及冷卻套管7至少在一處伸出氣缸座并分別在此處構(gòu)成具有水平排放孔9的凸起部8。在本文中，術(shù)語“冷卻水”表示任意冷卻液。
[0026]冷卻套管7構(gòu)成各面沿氣缸體I長度方向延伸的管道在氣缸側(cè)的側(cè)壁。在圖1中，在右側(cè)構(gòu)造配流管10，在另一側(cè)構(gòu)造集流管11。這兩個管道10、11下方由底壁12界定，該底壁12構(gòu)成下部，氣缸壁4在該下部轉(zhuǎn)向冷卻套管7。底壁構(gòu)成平面，氣缸體利用該平面置于曲軸箱(圖中未示)上。這兩個管道10、11上方在氣缸座5的高度由頂壁14界定。在圖1中，氣缸座5及頂壁14