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用于内燃发动机的燃烧室冷却

阅读：627发布：2021-02-28

IPRDB可以提供用于内燃发动机的燃烧室冷却专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及用于内燃发动机的燃烧室冷却，描述了一种用于内燃发动机(50)的被构成为具有双壁的燃烧室部件(20、30、40)，其中该燃烧室部件包括具有燃烧室侧表面(5)和内表面(6)的燃烧室侧壁(2)和具有内表面(7)和外表面(8)的外壁(3)。在这种情况下，至少一个流动通道(9、21)布置在燃烧室侧壁(2)和外壁(3)之间。燃烧室侧壁(2)具有小于6毫米的厚度(4)。，下面是用于内燃发动机的燃烧室冷却专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于内燃发动机(50)的燃烧室部件(20、30、40)，所述燃烧室部件被构成具有双壁，其中所述燃烧室部件包括具有燃烧室侧表面(5)和内表面(6)的燃烧室侧壁(2)以及具有内表面(7)和外表面(8)的外壁(3)，其中至少一个流动通道(9、21)布置在所述燃烧室侧壁(2)和所述外壁(3)之间，其中所述燃烧室侧壁(2)具有小于6毫米的厚度(4)。

2.根据权利要求1所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中所述燃烧室侧壁(2)具有小于5毫米的厚度(4)。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中所述至少一个流动通道(9、

21)具有从所述燃烧室侧壁(2)的所述内表面(6)到所述外壁(3)的所述内表面(7)测量的在

5毫米和20毫米之间的高度。

4.根据权利要求3所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中所述至少一个流动通道(9、21)具有从所述燃烧室侧壁(2)的所述内表面(6)到所述外壁(3)的所述内表面(7)测量的在7毫米和15毫米之间的高度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中在工艺流程方面彼此连接的多个流动通道(9、21)布置在所述燃烧室侧壁(2)和所述外壁(3)之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中设置有加强元件(17)，所述加强元件(17)在所述外壁(3)的所述内表面(7)和所述燃烧室侧壁(2)的所述内表面(6)之间延伸并且形成多个流动通道(21)。

7.根据权利要求6所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中所述加强元件(17)包括壁和/或肋和/或板和/或柱状元件和/或线状元件和/或栅格结构和/或线栅结构。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中所述燃烧室部件(20、30、40)包括铸铁和/或灰口铸铁和/或铸铝。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中所述燃烧室部件(20、30、40)是燃烧室壁和/或汽缸体和/或汽缸盖。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)，其中多个贯通开口(10、11、12、13、14)在所述燃烧室侧表面(5)和所述外壁(3)的所述外表面(8)之间延伸。

11.一种包括具有根据权利要求1至10中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)的燃烧室(51)的内燃发动机(50)。

12.根据权利要求11所述的内燃发动机(50)，所述内燃发动机(50)被构成为汽油操作的内燃发动机。

13.一种包括根据权利要求11或12中任一项所述的内燃发动机(50)的车辆(52)。

14.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的燃烧室部件(20、30、40)的方法，其中为了制造所述燃烧室部件(20、30、40)，使用增材制造方法。

15.根据权利要求14所述的方法，其中使用3D打印方法和/或激光堆焊和/或3D打印粘结剂喷射方法。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述燃烧室部件(20、30、40)的部分区域被制造为铸造部件，并且所述燃烧室部件(20、30、40)的另一部分区域以增材方式施加到所述铸造部件。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中铸造所述外壁(3)，并且通过增材制造方法制造所述至少一个流动通道(9、21)和/或所述燃烧室侧壁(2)，或者铸造所述燃烧室侧壁(2)并且通过增材制造方法制造所述至少一个流动通道(9、21)和/或所述外壁(3)。

说明书全文

用于内燃发动机的燃烧室冷却

技术领域

[0001] 本发明涉及用于内燃发动机的燃烧室的部件，特别是用于汽缸盖的部件。本发明还涉及内燃发动机、交通工具、以及用于制造燃烧室的部件的方法，特别是用于制造用于汽缸盖的部件的方法。

背景技术

[0002] 在高负载和全负载操作的情况下，由于不期望的预点火而经常发生的爆震，内燃发动机中的理想且有效的燃烧仅以有限的方式是可能的。这特别涉及汽油操作的发动机。通常，使用爆震传感器，检测发动机中发生的爆震，并且点火时间移位到效率较低的曲柄角。结果，然后存在较少的爆震或者根本没有爆震，但是燃料消耗增加。因此，具有较少爆震的发动机无法以有效的方式或者以更高的功率水平操作。

[0003] 为了防止发动机爆震，存在各种选择。这些一方面涉及发动机的设计，并且另一方面涉及发动机的校准。在这种情况下，燃烧室壁、火花塞表面和金属阀表面以及活塞表面的冷却代表重要参数。这些金属表面越冷，由局部发生高温造成的预点火所引起的爆震的风险越低。

[0004] 在文件US 2017/0254298 A1中，公开了具有汽缸盖的发动机，其中汽缸盖通过冷却通道冷却。

发明内容

[0005] 在所描述的背景下，本发明的目的是提供用于内燃发动机的有利的燃烧室部件，通过该燃烧室部件，在操作期间防止特别是局部发生高温并且因此减少发生的爆震。另一目的是提供有利的内燃发动机、有利的机动车辆、以及用于制造燃烧室部件的有利的方法。

[0006] 所提及的目的利用根据本发明实施例所述的用于内燃发动机的燃烧室部件、根据本发明实施例所述的内燃发动机、根据本发明实施例所述的车辆、以及根据本发明实施例所述的用于制造燃烧室部件的方法实现。本发明还包括其他有利的实施例。

[0007] 根据本发明的用于内燃发动机的燃烧室部件被构成有双壁，其中该燃烧室部件包括燃烧室侧壁和外壁。燃烧室侧壁包括燃烧室侧表面和内表面。外壁包括内表面和外表面。优选用于冷却流体，特别是用于空气或水或者油的至少一个流动通道布置在燃烧室侧壁和外壁之间。燃烧室侧壁具有小于6mm的厚度。优选地，燃烧室侧壁具有小于5mm的厚度。在有利的变型中，燃烧室侧壁具有4mm的厚度。

[0008] 通常，在汽缸盖中金属燃烧室壁具有特定的厚度(例如，8mm)以便承受燃烧压力。在壁上方流过的冷却流体必须将壁冷却到特定的温度，例如，冷却到低于250℃的温度。在这种情况下，在燃烧室壁上通常存在所谓的热点，在该热点处，金属温度具有温度峰值。特别地，热点和接近汽缸盖和汽缸体之间的转角的区域是开始爆震或预点火的区域。这种情况在本发明的上下文中通过燃烧室部件的双壁构型和燃烧室侧壁的特别薄的构型来抵消。
由于相对较薄的燃烧室侧壁以及用于冷却的膨胀的流动通道，可以有效地防止高温，特别是热点的发生。由于双壁构型，优选使用另外的加强元件，诸如，特别是壁和/或肋和/或板和/或柱状元件和/或栅格结构和/或线状元件和/或线栅结构，同时确保部件承受燃烧压力。此外，部件的重量减轻。

[0009] 在有利的变型中，至少一个流动通道具有从燃烧室侧壁的内表面到外壁的内表面测量的在5mm和20mm之间的高度，优选在7mm和15mm之间。已经发现所提及的尺寸在有效冷却、防止温度梯度，特别是防止热点方面特别有利。

[0010] 在特别有利的变型中，在工艺流程方面彼此连接的多个流动通道被布置在燃烧室侧壁和外壁之间。在这种情况下，多个流动通道可例如以交叉方式彼此连接。

[0011] 此外，在外壁的内表面和燃烧室侧壁的内表面之间延伸的加强元件(例如，壁和/或肋和/或板和/或柱状元件和/或栅格结构和/或线状元件和/或线栅结构)可被提供并且形成多个流动通道。加强元件可例如在0.5mm和3mm之间，优选在1.5mm和2.5mm之间，例如，2mm厚。此类构型具有如下优点：由于在外壁的内表面和燃烧室侧壁的内表面之间延伸的壁，一方面，部件在燃烧压力方面的稳定性增加。同时，由于壁表面明显增加，冷却效率得到改进并且能够将冷却介质选择性传导到特定表面区域。此外，实现了壁中明显更好的均匀温度分布，并且防止所谓的热点。

[0012] 燃烧室部件(20、30、40)包括例如铸铁和/或灰口铸铁和/或优选铸铝。该燃烧室部件可包括所提及的材料中的一种或多种。

[0013] 根据本发明的燃烧室部件可例如为燃烧室壁和/或汽缸体和/或汽缸盖或者所提及的部件的部分区域。此外，多个贯通开口可在燃烧室侧表面和外壁的外表面之间延伸。在这种情况下，贯通开口在工艺流程方面通过壁与用于冷却流体的至少一个流动通道分开，例如，通过侧壁。贯通开口中的至少一个可被构造为入口开口或进气开口。贯通开口中的至少一个可被构造为出口开口或排气开口。此外，至少一个贯通开口可被构造为用于火花塞连接器或者喷射喷嘴或者凸轮轴或者阀。贯通开口的壁另外地导致部件的加强，并且改进该部件在燃烧压力方面的稳定性。

[0014] 根据本发明的燃烧室部件可被构造为用于汽油操作的内燃发动机。

[0015] 根据本发明的内燃发动机包括具有根据本发明的上述燃烧室部件的燃烧室。内燃发动机优选被构造为汽油操作的内燃发动机。根据本发明的内燃发动机具有根据本发明的燃烧室部件的上述优点。其特别不易爆震、重量轻并且提供有改进的冷却可能性。

[0016] 根据本发明的交通工具包括根据本发明所述的内燃发动机。交通工具可为机动车辆、船只或者飞行器。机动车辆可为客运机动车辆、卡车、公共汽车或摩托车。在船只的情况下，船只可包括根据本发明构成的船用驱动器。船只还可例如为摩托艇。在飞行器或飞行装置的情况下，其可包括根据本发明构成有活塞式马达的驱动器。根据本发明所述的交通工具具有上述优点。

[0017] 根据本发明所述的方法被构造为制造根据本发明所述的燃烧室部件。在根据本发明的方法的上下文中，为了制造燃烧室部件，使用了增材制造(additive production)方法。在这种情况下，可以使用特别是3D打印方法和/或激光堆焊和/或3D打印粘结剂喷射方法。3D打印方法可例如为金属3D打印方法。

[0018] 在根据本发明的方法的上下文中，可完全使用增材制造方法制造燃烧室部件。然而，仅部分也可以增材方式制造，而其他部件以更有成本效益的方式制造。例如，燃烧室部件的部分区域可被制造为铸造部件，并且燃烧室部件的另一部分区域可以增材方式施加或装配到铸造部件。在这种情况下，上述3D打印粘结剂喷射方法可以用于制造砂芯，以用于在制造铸造部件的背景下形成中空空间。

[0019] 例如，可铸造外壁，并且可通过增材制造方法制造至少一个流动通道和/或燃烧室侧壁。另选地，可铸造燃烧室侧壁并且可通过增材制造方法制造至少一个流动通道和/或外壁。以这种方式，制造成本降低，但同时能够实现根据本发明的燃烧室部件的制造，该燃烧室部件内部以复杂方式构造并且设有例如多个冷却通道。

[0020] 例如，使用根据本发明所述的方法，制造根据本发明构造的汽缸盖或者汽缸盖的部分区域。

[0021] 与现有技术相比，其中使用铸造砂芯在部件内制造流动通道系统，根据本发明提供的增材制造方法能够制造差异化的冷却通道。根据现有技术的对应部件的铸件在冷却通道的大小和定位方面还经受不同限制。对应的砂芯经常不够窄并且不能以最终防止局部热点的方式定位。相比之下，根据本发明所述的方法例如通过3D打印实现例如具有以交叉方式彼此连接的冷却通道的汽缸盖的构型和减小的壁厚度。以这种方式可行的在内表面之间延伸的大量壁的构型一方面改进冷却可能性，并且另一方面有助于改进部件的刚性，因此该部件进而可以利用较薄的壁和较少的材料构成。较薄的壁同时实现改进的冷却并且因此防止爆震。

[0022] 此外，流动通道的较大的流动横截面的构型总体上是可能的，由此冷却进而得到明显改进。因此，燃烧室侧壁在操作期间具有较低温度，这导致减少爆震以及改进的燃料效率。同时，部件(例如，金属部件)的冷却介质侧温度降低，这进而降低冷却介质蒸发以及冷却介质老化的风险。

[0023] 本发明的另一优点涉及由于改进的冷却和改进的刚性，能够防止部件的不期望的热变形。特别地，可以防止最初为圆形的孔或贯通开口直到椭圆形形状的不期望的变形。原则上，关于宽度和长度，可以优化壁或肋的宽度，然而，其中不应发生不必要的压力损失。

[0024] 因此，使用本发明，实现了部件上的更均匀的温度分布以及平均明显较低的温度水平，其中燃烧室壁的不同区域之间的高温差并且因此热点被防止。较低外围温度的产生减少了爆震，并且所得的降低的冷却介质温度降低了冷却介质蒸发或老化的风险。同时，改进了部件的稳定性并且减轻了部件的重量。

附图说明

[0025] 以下参考实施例并且参考附图更详细解释了本发明。虽然通过优选实施例详细示出并描述本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且在不偏离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中得到其他变化。在附图中：

[0026] 图1是汽缸盖的部分区域的起始模型的示意性透视图，

[0027] 图2是根据本发明构成的汽缸盖的部分区域的第一变型的示意性透视图，[0028] 图3是根据本发明的汽缸盖的部分区域的第二变型的示意性透视图，[0029] 图4是根据本发明的汽缸盖的部分区域的第三变型的示意性透视图，[0030] 图5是根据本发明的内燃发动机的示意图，

[0031] 图6是根据本发明的机动车辆的示意图。

具体实施方式

[0032] 以下参考汽缸盖的部分区域的示例解释本发明。图1至图4以透视图示意性地示出汽缸盖的部分区域(即，汽缸的燃烧室上方的区域)的起始模型。图2以透视图示意性地示出根据本发明构成的汽缸盖的部分区域的第一变型。图3以透视图示意性地示出根据本发明的汽缸盖的部分区域的第二变型。图4以透视图示意性地示出根据本发明的汽缸盖的部分区域的第三变型。

[0033] 图1示出的汽缸盖1的部分区域被构造为用于内燃发动机，例如，汽油操作的内燃发动机。汽缸盖1包括燃烧室侧壁2，特别是燃烧室顶壁区域，以及外壁3。燃烧室侧壁3包括燃烧室侧表面5和内表面6。外壁3包括内表面7和外表面8。

[0034] 流动通道9布置在燃烧室侧壁2和外壁3之间。流动通道9例如被构造为用于冷却流体，特别是水、空气或油。多个贯通开口10布置在外壁3的外表面8和燃烧室侧壁2的燃烧室侧表面5之间并且在朝向流动通道9的方向上闭合。这些贯通开口10可为进入/离开燃烧室的入口开口或出口开口、用于接入火花塞或者喷射喷嘴。

[0035] 在图1示出的起始变型中，燃烧室侧壁2具有8mm的厚度4。在这种情况下，厚度4在z方向上测得。此外，在示出的起始变型中，流动通道9在z方向上具有15mm的高度16。

[0036] 在图2中，图1示出的汽缸盖的部分区域的模型已经得到进一步改进。图2示出的汽缸盖区域20具有带有4mm厚度4的燃烧室侧壁。壁厚度从8mm减小到4mm引起冷却的明显改进。在图2示出的变型中，贯通开口11被构成为出口开口，并且贯通开口12被构成为入口开口。此外，贯通开口13被构成为用于火花塞的接收构件，并且贯通开口14被构成为用于喷射喷嘴的接收构件。

[0037] 在图3示出的汽缸盖区域30的变型中，从图2示出的变型开始，流动通道9的高度16减小到7mm。以这种方式，冷却介质的流动速度增加。流动速度增加使得冷却改善。

[0038] 在图4示出的汽缸盖区域40的变型中，第一侧壁18并且相应地与第一侧壁18相对的第二侧壁19被构成为闭合的。此外，肋形式的壁17布置在内表面7和内表面6之间，肋各自从外壁3的内表面7延伸到燃烧室侧壁2的内表面6。壁17具有例如2mm的宽度。主要彼此平行延伸的多个流动通道由壁17形成。通过流动通道21的冷却流体的流动方向表示为15。

[0039] 在图4示出的变型中，燃烧室侧壁2具有4mm的厚度4，并且流动通道21具有15mm的高度16。与图1至图3示出的变型相比，由肋17形成的流动通道21引起冷却可能性的进一步改进。流动通道21使得特别是冷却介质能够被选择性地引导到潜在热点的区域并且还能够以均匀的方式分布在燃烧室侧壁2的内表面6上。

[0040] 在根据本发明的方法的上下文中，燃烧室部件(例如，如图1至图4所示的汽缸盖或其部分区域)至少部分地通过增材制造方法制造。为了节约成本，例如，可铸造外壁3，并且随后可以通过增材制造方法施加流动通道9、21和燃烧室侧壁2。另选地，可铸造燃烧室侧壁2并且随后可通过增材制造方法构成流动通道9或流动通道21和外壁3。

[0041] 图5示意性地示出根据本发明的内燃发动机。内燃发动机50包括内燃烧室21。内燃烧室21包括根据本发明的至少一个燃烧室部件20、30、40。图6示意性地示出根据本发明的机动车辆52。机动车辆52包括根据本发明的内燃发动机50。

[0042] 附图标记列表

[0043] 1：汽缸盖区域

[0044] 2：燃烧室侧壁

[0045] 3：外壁

[0046] 4：厚度

[0047] 5：燃烧室侧表面

[0048] 6：内表面

[0049] 7：内表面

[0050] 8：外表面

[0051] 9：流动通道

[0052] 10：贯通开口

[0053] 11：出口开口

[0054] 12：入口开口

[0055] 13：用于火花塞的接收构件

[0056] 14：用于喷射喷嘴的接收构件

[0057] 15：流动方向

[0058] 16：高度

[0059] 17：壁

[0060] 18：第一侧壁

[0061] 19：第二侧壁

[0062] 20：汽缸盖区域

[0063] 21：流动通道

[0064] 30：汽缸盖区域

[0065] 40：汽缸盖区域

[0066] 50：内燃发动机

[0067] 51：燃烧室

[0068] 52：机动车辆

标题	发布/更新时间	阅读量
燃烧室-专利编号CN107850310A	2020-05-13	533
氧燃烧室-专利编号CN102119298A	2020-05-11	184
燃烧室壁-专利编号CN101460783A	2020-05-11	890
燃烧室-专利编号CN104235871A	2020-05-13	1020
燃烧室-专利编号CN110657455A	2020-05-13	575
燃烧室-专利编号CN101809370A	2020-05-11	81
燃烧室-专利编号CN1519507A	2020-05-12	63
燃烧室-专利编号CN1130718A	2020-05-12	906
燃烧室-专利编号CN86104491A	2020-05-12	272
燃烧室-专利编号CN103104933B	2020-05-11	290

用于内燃发动机的燃烧室冷却

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