内燃机的制作方法

内燃机
1.本发明涉及一种具有至少一个气缸、至少一个气缸盖和曲轴箱的内燃机，其中，气缸盖具有用于流体冷却的冷却套结构，且曲轴箱具有用于流体冷却的曲轴箱冷却套，并且气缸盖的冷却套结构和曲轴箱冷却套布置在至少一个冷却剂回路中，且布置有调整元件，用于控制沿流动方向在气缸盖的冷却套结构的至少一个冷却套下游(之后)的冷却剂流动。
2.从ep 2 634 388 a1中已知一种这样的内燃机。ep 2 634 388 a示出了一种用于控制发动机中冷却剂流的控制阀。发动机具有发动机缸体和气缸盖。在此，气缸盖和气缸体中各设有一个冷却套。用于气缸体的和气缸盖的冷却套的共同的控制阀沿流动方向布置在所述冷却套下游。独立于防火板的冷却的对气缸体、对具有多个气缸和活塞的曲轴箱以及高热应力的部件的冷却由此无法简单地实现。此外，通过该共同的控制阀，复杂性又非常高，这又增加了成本和结构尺寸。结构尺寸对重量有负面影响，为了减排，车辆的重量应减小。
3.在本发明的上下文中，曲轴箱冷却套也可理解为气缸体冷却套。
4.本发明的任务是改善在内燃机的关键热应力区域中的冷却。
5.根据本发明，该任务通过本内燃机这样解决：气缸盖具有第一冷却套和第二冷却套，第二冷却套布置在第一冷却套和防火板之间，其中，第一冷却套首先被冷却剂流流过，而第二冷却套基本上布置在第一冷却套下游的流动(冷却剂流)中，从而实现了自上而下的冷却(top
‑
down
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k
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hlung)。
6.第二冷却套邻接防火板。在此，“自上而下的冷却”被理解为从背离防火板的表面、沿朝向防火板的方向对气缸盖的冷却。在此，冷却剂从上部冷却室，即第一冷却室，通过至少一个传递开口流到在此被称为“第二冷却室”的下部冷却室中。通过这种类型的冷却改善了对防火板的冷却，因此改善了对内燃机的关键热应力区域的冷却。
7.第一冷却套以其在气缸盖中的入口开口在压力侧上与冷却剂泵连接。第二冷却套以其在气缸盖中的出口开口在吸入侧上与冷却液回路的冷却剂泵连接。
8.通过自上而下的冷却实现了改善的入流和对防火板的冷却。来自燃烧室的热量由第二冷却套中的冷却剂运走，而不会进一步加热气缸盖的上部区域，燃烧室又是背向第二冷却套并邻接防火板的。独立于此，冷却剂流经曲轴箱。在商用车发动机中，通过曲轴箱冷却套的流动(冷却剂流)可保持不受调整。这使结构更简单且更具成本效益。尽管如此，仍然可通过经过曲轴箱冷却套的持续流动而实现在气缸和活塞的区域中的理想的、持久地确保的冷却。
9.第一冷却套和第二冷却套在结构上通过中间板彼此分开，并且各自邻接该中间板。第一冷却套布置为远离燃烧室，而第二冷却套布置为靠近燃烧室，仅通过防火板分开。
[0010]“大致布置在流动(冷却剂流)中”在此也可以理解为这样的情况：流动(冷却剂流)被细分，并且不是整个冷却剂流沿着相同的冷却套和流动连接(部)来流动。
[0011]
在冷却方面，特别是在串联的多缸内燃机的情况下，有利的是，设有分配条，分配条沿流动方向与曲轴箱冷却套流动连接，并且沿流动方向、在气缸盖的冷却套结构的至少一个冷却套下游，汇集条与冷却套结构流动连接或至少可与其流动连接。
[0012]
优选地规定，分配条和汇集条关于纵向平面彼此相对地布置，从而基本上实现经过气缸盖中的冷却套结构和/或通过曲轴箱冷却套的横向流动。
[0013]
在此，横向流动理解为主要沿着横向平面、流经内燃机的流动。
[0014]
通过自上而下的冷却与经过内燃机的横向流动的结合，产生了在高负荷的内燃机的情况下特别有利的冷却性能。
[0015]
在一优选实施形式中规定，调整元件在关闭位置中具有最小流量，从而只要冷却剂泵产生流动速度，独立于调整元件的位置，始终可以实现经过第一冷却套和第二冷却套以及冷却剂回路中待冷却的其它部件的冷却剂流。
[0016]
这防止了过热，因为持久保证的冷却剂流通过强制对流实现了热传递。这个最小流量可例如通过旁路或调整元件中的开口来实现。其它解决方案也是可能的。
[0017]
在一替代实施形式中规定，气缸盖具有从第一冷却套到调整元件的流动连接，其中，调整元件沿流动方向布置在第一冷却套下游，其中，冷却剂流通过流动连接而能由调整元件进行控制。由此产生的优点是，例如，在第二冷却套周围温度载荷低的情况下，冷却剂流的一部分已经可以在第一冷却套下游(之后)从气缸盖中分流。这也使得在冷启动的情况下也能进行内燃机的预热过程。此外，不期望的热损失也由此得以减少。此外，由此使得能根据载荷进行目标精确的冷却。调整元件的控制可有利地根据转速或载荷进行控制，并且由此可实现适应需求的、损失最小化的、灵活且强大的冷却。因此，可以主要减少在防火板的冷却区域中的热损失。
[0018]
特别有利的是，调整元件沿流动方向布置在第二冷却套下游。由此确保了通过冷却套的流动直到调整元件为止不受干扰地进行。由此通过冷却套的内部形状，能更容易地在热负荷较高的位置处产生湍流，以供更好的冷却。那么气缸盖中的流动形式在很大程度上与调整元件的对应位置无关。
[0019]
当汇集条沿流动方向布置在调整元件与第二冷却套之间时，也会是关于可能的横向流动特别有利的结构。
[0020]
为了能够根据载荷或根据转速更好地控制或调整冷却剂流(动)，一有利的实施形式规定，气缸盖具有从第一冷却套到辅助调整元件的流动连接，由此辅助调整元件优选地根据通过第二冷却套的冷却剂流(动)来控制通过第一冷却套的冷却剂流(动)。由此，通过对防火板附近的冷却进行取决于负荷的调整，减少了在冷却效果过于良好时可能产生的热损失。
[0021]
在减轻重量和优化成本方面，有利的是，调整元件和辅助调整元件是连接的，优选地在机械上是连接的，并且可以根据彼此进行调整。这也使得对冷却剂流(动)的控制或调整能更加简单。
[0022]
为了持续保证冷却，在一实施形式中规定，与调整元件和/或辅助调整元件的位置无关地，存在通过第二冷却套的最小冷却剂流量，其中，为此，调整元件的关闭位置具有最小流量，而辅助调整元件在完全打开位置中具有低于通过进口的总冷却剂流量的流量。
[0023]
关于对曲轴箱的冷却有利的是，冷却剂能够独立于通过冷却套的冷却剂流(动)而流经曲轴箱冷却套，
[0024]
为了容易实现对调整元件的操纵，优选地将调整元件与致动器连接，该致动器用作对调整元件的调整的驱动件，并由此受控制。
[0025]
关于成本和重量以及保持简单性而言，又有利的是，辅助调整元件和调整元件与共同的致动器连接以供控制。
[0026]
此外，所提出的任务通过一种冷却上述内燃机的方法来解决，其中，冷却剂首先流经第一冷却套，并且沿防火板的方向流经第二冷却套，其中，在第二冷却套下游，通过调整元件的位置对通过冷却套的冷却剂流(动)进行调节。
[0027]
有利的是，辅助调整元件调节通过第一冷却套的冷却剂流动。
[0028]
为了保证持续冷却关键热应力部件区域，在一实施形式中有利地规定，在内燃机运行期间，通过第二冷却夹套的冷却剂流(动)始终具有大于0的体积流量。
[0029]
在一变型中规定，根据内燃机的载荷来控制调整元件和/或辅助调整元件。由此可以根据所需的冷却剂量，基于所产生的热量的量来调节冷却剂流动(冷却剂流量)。由此可以避免过高的热损失，并实现根据载荷的针对性冷却。在此可以减少主要在防火板附近的热损失。
[0030]
出于同样的原因，有利的是，根据内燃机转速来控制调整元件和/或辅助调整元件。
[0031]
在具有布置在彼此之上的两个冷却室的气缸盖中，“自上而下的冷却(top
‑
down
‑
cooling，top
‑
down
‑
k
ü
hlung)”是一种冷却概念，其中，冷却剂从上部冷却室通过传递开口(转移开口)流入下部冷却室中，其中，冷却剂入口布置在上部冷却室的区域中，而冷却剂出口布置在下部冷却室的区域中。
[0032]
防火板的高热应力区域是，例如，气体交换阀的两个排气阀(排气门)之间或气体交换阀的进口阀(进气门)与排气阀之间的防火板的阀桥(气门桥)。
[0033]
缸盖的冷却是这样进行的：通过冷却剂流入缸盖的第一冷却套中，至少一部分的冷却剂从第一冷却套通过至少一个传递开口(转移开口)流入第二冷却套中，并且冷却剂在流经第二冷却套之后从气缸盖中离开。在此，它流经调整元件。
[0034]
在第一实施形式中，所有冷却剂从第一冷却套流到第二冷却套中。
[0035]
在第二实施形式中，根据辅助调整元件的位置，一部分量的冷却剂从第一冷却套中被引导出。另一部分量的冷却剂从第一冷却套中流出又流入第二冷却套，并从第二冷却套流出气缸盖，流向调整元件。
[0036]
下文根据非限制性的附图进一步阐释本发明。附图中示出：
[0037]
图1以沿横向平面的剖面的示意简图示出第一实施形式的根据本发明的内燃机；
[0038]
图2类似于图1地示出第二实施形式的根据本发明的内燃机；
[0039]
图3示出第三实施形式的根据本发明的内燃机的冷却剂回路的示意图；
[0040]
图4以类似于图1的示意图示出第三实施形式的根据本发明的内燃机；
[0041]
图5以类似于图1的示意简图示出处于第一位置中的、第四实施形式的根据本发明的内燃机；
[0042]
图6以类似于图1的示意简图示出处于第二位置中的、第四实施形式的内燃机；
[0043]
图1和图2示出了具有气缸盖1和曲轴箱2的内燃机。它可以设计为用于一个或多个气缸3。
[0044]
气缸盖1构想为具有自上而下的冷却系统，具有上部的、即远离燃烧室的第一冷却套10和下部的、即靠近燃烧室的第二冷却套20，其中，第一冷却套10与第二冷却套20通过中
间板4彼此隔开。第二冷却套20邻接形成燃烧室板的防火板5。邻接防火板5的燃烧室用附图标记6标示。
[0045]
活塞7在气缸3和防火板5旁界定了燃烧室6。该活塞可移动地布置在气缸3中，它通过由气体交换阀带到燃烧室中的气体混合物的燃烧及其排出而来回移动。
[0046]
在第二冷却套20下游布置有调整元件8，该调整元件根据载荷和/或根据转速控制冷却剂流(动)k。该调整元件8可以构造非常简单，并可调节流量。
[0047]
该调整元件8可通过致动器9驱动和控制，如本实施形式中所示。
[0048]
在曲轴箱2中设有曲轴箱冷却套30，该冷却套中也具有流经其的冷却剂的流(动)s。冷却剂的流动s通过箭头s所标示的两个流动连接部而流向外部。
[0049]
如图1和图2中通过箭头k所标示的，液态的冷却剂从第一冷却套10流出，通过一个或多个传递开口(转移开口)流入第二冷却套20中，并沿着防火板5向外流动，其中，从高热负荷区域的热位置中吸收热量和导出热量。
[0050]
通过调整元件8的根据载荷的控制，在内燃机的高负载且对应大的热量增长的情况下针对性提高冷却功率，并由此改善冷却。
[0051]
在图2中示出了在根据本发明的内燃机的第二实施形式。在此这两种实施形式基本上相同，只讨论两种实施形式之间的差异。功能上相同的部件在此具有相同的附图标记。
[0052]
在第二实施形式中，辅助调整元件11沿流动方向布置在第一冷却套10下游。在辅助调整元件11打开或部分打开时，冷却剂流k部分地从气缸盖1中流出。留在气缸盖1中的那部分冷却剂流k继续流到第二冷却套20中，并从那里流向调整元件8。
[0053]
在该实施形式中，调整元件8和辅助调整元件11机械连接。在替代实施形式中，它们也可以以其它类型和方式来连接。
[0054]
在该实施形式中，两个调整元件8和11具有共同的致动器9。在替代实施形式中规定，两者具有自己的致动器，并且调整元件8、11例如信号传导地相连接。
[0055]
如果现在通过增加载荷使致动器9操纵调整元件8和11，则通过第二冷却套20的冷却剂流动(流量)k提高。反之，调整元件8和11用于在载荷减少的情况下使通过第二冷却套20的冷却剂流(动)k减少。
[0056]
图3示出了第三实施形式的根据本发明的内燃机的冷却剂回路40。在图3中，多个气缸3沿着纵向平面ε串联布置。在冷却剂回路40中，关于纵向平面ε，在气缸3的一侧处设有分配条41。与其相对地，在纵向平面ε的另一侧上汇集条42与气缸3邻接地设置。在冷却剂回路中，首先流经分配条41。这将总的体积流量g分配到各个通道或曲轴箱冷却套30的区域上，作为通过曲轴箱2或通过气缸体的流量s。
[0057]
此外，冷却剂回路40穿过第一冷却套10，从那里穿过第二冷却套20，并进一步到汇集条42中。
[0058]
在所示实施形式中，汇集条42与缓动器(减速装置)43的冷却通道连接。冷却剂被引导从缓动器(减速装置)43进一步通过egr冷却器44。从那里，冷却剂一部分到达车辆冷却器45，并且一部分到达恒温器46。冷却剂也从车辆冷却器45被引导到恒温器46。从那里，它又到达冷却剂泵47，这又引导到分配条41中。
[0059]
egr这里是指废气再循环。借助egr冷却器44用冷却剂冷却热废气。恒温器46调整冷却剂回路40的温度。
[0060]
在替代的实施形式中，可能的是，汇集条42与车辆的其它部件流动连接。
[0061]
在该实施形式中，第一冷却套10具有与调整元件8布置在其中的汇集条42的流动连接。调整元件8由此布置在气缸盖1的冷却套结构下游。根据调整元件8的位置，部分体积流量t通过这个流动连接流到汇集条42。
[0062]
在恒温器46与汇集条41之间的流动连接(部)中，油冷却器48与冷却剂泵47并联布置。在此，冷却剂在冷却剂泵47与汇集条41之间被取出，并在流经冷却剂泵47之前，回馈输入(回送到)恒温器46与冷却剂泵47之间。
[0063]
可选地或者也是在另一实施形式中的，冷却剂被从油冷却器48中回馈输入(回送到)egr冷却器44与车辆散热器45之间，如图3中的虚线箭头所示。
[0064]
油冷却器48在所示的实施形式中没有被调整。
[0065]
此外，用于冷却空气压缩机49的连接从分配条41中分支出来，并且又引导到冷却剂泵47上游。
[0066]
图4示出第三实施形式的内燃机的示意简图。在此可见的是，冷却剂沿着箭头g从分配条41流入曲轴箱冷却套30中。冷却剂从那里沿箭头s流入第一冷却套10中，而第一冷却套又是上部冷却套。在打开的调整元件8的情况下，一部分冷却剂沿着箭头k流到汇集条42。调整元件8通过致动器9操纵。留在第一冷却套10中的冷却剂通过中间板4中的开口进一步流向下部冷却套、第二冷却套20，并从那里流到汇集条42。
[0067]
图5和图6示出了内燃机的第四个实施形式。在图5中示出了调整元件8的第一位置，而在图6中示出了在其第二位置中的调整元件8。通过气缸盖1和曲轴箱2的流动与第三实施形式类似地进行。然而，与第三实施形式不同的是，汇集条42沿流动方向布置在第二冷却套20下游，并且从汇集条42中出发有到调整元件8的流动连接。调整元件8现在调整从第二冷却套20中出来的冷却剂流。此外，第一冷却套10也直接与调整元件8流动连接。
[0068]
在图5中所示的第一位置中，没有冷却剂沿着从第一冷却套10到调整元件8的流动连接流动。
[0069]
在如图6所示的第二位置中，一部分冷却剂流(动)k沿着从第一冷却套10到调整元件8的流动连接流动。气缸盖1中的温度由此通过调整元件8的位置灵活地调整。
[0070]
调整元件8的控制可以取决于转速或取决于载荷地进行。