具有點(diǎn)火塞壁和冷卻腔的汽缸蓋的制作方法
【專利說明】具有點(diǎn)火塞壁和冷卻腔的汽缸蓋
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]在本文中公開的主題涉及往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋。
【背景技術(shù)】
[0003]往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒室中(例如，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī))燃燒燃料與氧化劑(例如，空氣)來生成熱燃燒氣體，其繼而又驅(qū)動(dòng)在汽缸內(nèi)的活塞(例如，往復(fù)式活塞)。尤其是，熱燃燒氣體膨脹且對活塞施加壓力，這在膨脹沖程期間將該活塞的位置從汽缸襯套的頂部線性地移動(dòng)至底部。活塞將由熱燃燒氣體施加的壓力(和活塞的線性運(yùn)動(dòng))轉(zhuǎn)化成(例如，經(jīng)由連桿和聯(lián)接至活塞的曲軸)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載(例如，發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。汽缸蓋大體處于在活塞和汽缸的其它部件上方的汽缸的頂部。汽缸蓋可包括用于點(diǎn)火塞(例如，火花塞)的開口，該點(diǎn)火塞構(gòu)造為在燃燒室中點(diǎn)燃燃料和氧化劑。不幸地，點(diǎn)火塞使在汽缸蓋中的密封、冷卻、排放控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及應(yīng)力控制復(fù)雜化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋。汽缸蓋包括包繞構(gòu)造為收納點(diǎn)火塞的開孔的點(diǎn)火塞壁，其中點(diǎn)火塞壁與汽缸蓋整體結(jié)合，開孔具有一定直徑，且點(diǎn)火塞壁具有一定厚度。汽缸蓋還包括冷卻腔，其經(jīng)由點(diǎn)火塞壁與開孔完全分離，其中冷卻腔具有關(guān)于開孔軸線的徑向?qū)挾?。汽缸蓋還包括小于大約0.5的厚度最小值與直徑最小值的第一比或小于大約0.5的徑向?qū)挾鹊淖钚≈蹬c直徑的最小值的第二比，或它們的組合中的至少一者。
[0005]在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋。汽缸蓋包括包繞開孔的點(diǎn)火塞壁，孔口構(gòu)造成收納點(diǎn)火塞，其中點(diǎn)火塞壁與汽缸蓋整體結(jié)合。汽缸蓋包括經(jīng)由點(diǎn)火塞壁與開孔完全分離的冷卻腔。汽缸蓋還包括延伸穿過冷卻腔的梁。
[0006]在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋。汽缸蓋包括包繞開孔的點(diǎn)火塞壁，孔口構(gòu)造成收納點(diǎn)火塞，其中點(diǎn)火塞壁與汽缸蓋整體結(jié)合。此外，汽缸蓋包括經(jīng)由點(diǎn)火塞壁與開孔完全分離的冷卻腔。更進(jìn)一步，汽缸蓋包括延伸入冷卻腔中的至少一個(gè)清除端口，其中至少一個(gè)清除端口設(shè)置成離開孔軸線有第一徑向距離。汽缸蓋還包括至少一個(gè)閥容置部，其中至少一個(gè)閥容置部設(shè)置成離開孔的軸線有第二徑向距離，且第一徑向距離小于第二徑向距離。
【附圖說明】
[0007]在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中相似的標(biāo)號表示附圖各處相似的部分，在附圖中: 圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖；
圖2為具有汽缸的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D；
圖3為圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋的實(shí)施例的透視圖；
圖4為沿圖2的線4-4截取的汽缸蓋的實(shí)施例的斷面底視透視圖，示出了穿過汽缸蓋的排氣和進(jìn)氣通路；
圖5為沿圖2的線5-5截取的汽缸蓋的實(shí)施例的截面頂視圖，示出了汽缸蓋的冷卻腔； 圖6為圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋的實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D；
圖7為圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋的實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D；
圖8為圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋的實(shí)施例的一部分的截面?zhèn)纫晥D；以及圖9為圖2的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋的實(shí)施例的一部分的頂部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下文將描述本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡要描述，實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征可能未在說明書中描述。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，在任何此類實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，如任何工程項(xiàng)目中那樣，必須進(jìn)行許多實(shí)施特有的決定來實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，如符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個(gè)實(shí)施方式到另一個(gè)不同。此夕卜，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，此開發(fā)工作可能很復(fù)雜且耗時(shí)的，但對于受益于本公開的普通技術(shù)人員仍是進(jìn)行制作和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0009]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞〃 一 〃、〃 一個(gè)〃、〃該〃和〃所述〃旨在表示存在一個(gè)或更多個(gè)元件。用語〃包括〃、〃包含〃和〃具有〃旨在為包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
[0010]本公開針對一種用于冷卻往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件的系統(tǒng)，并且更具體地涉及往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋。具體而言，本公開的實(shí)施例包括往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括汽缸和汽缸蓋。汽缸蓋包括一體的點(diǎn)火塞套筒(例如，與汽缸蓋作為單個(gè)結(jié)構(gòu))或〃點(diǎn)火塞壁"，以用于收納往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火塞(例如，點(diǎn)火塞或熱線點(diǎn)火塞)，以及鄰近點(diǎn)火塞壁以冷卻該冷卻腔附近的構(gòu)件的冷卻腔(例如，冷卻劑通路，如，水通路)。換言之，汽缸蓋的點(diǎn)火塞壁可限定點(diǎn)火塞(例如，點(diǎn)火塞或熱線點(diǎn)火塞)置于其中的開口或開孔，且汽缸蓋的冷卻腔從限定開孔的壁或表面沿徑向向外設(shè)置。根據(jù)本公開的實(shí)施例，一體的點(diǎn)火塞壁(例如，限定點(diǎn)火塞置于其中的開孔的汽缸蓋的壁)還可連同汽缸蓋的另一個(gè)壁或表面限定冷卻腔的至少一部分，冷卻腔相對于延伸穿過一體的點(diǎn)火塞壁內(nèi)的縱軸線在一體的點(diǎn)火塞壁的徑向外側(cè)。因此，流體(例如，水)可傳送穿過冷卻腔(例如，水通路)，以冷卻該冷卻腔附近的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件，例如，點(diǎn)火塞。流體可經(jīng)由汽缸蓋的點(diǎn)火塞壁與點(diǎn)火塞完全分離，這可減小流體從冷卻腔泄漏的容易性。
[0011]包括如上文提出的一體的點(diǎn)火塞套筒可允許超越包括單獨(dú)的點(diǎn)火塞套筒(例如，與汽缸蓋分開且插入汽缸蓋中的火花塞套筒)的構(gòu)造的許多優(yōu)點(diǎn)。例如，通過將一體的點(diǎn)火塞壁并入汽缸蓋中(例如，通過與汽缸蓋一起鑄造壁)，成本和制造難度可顯著地降低，改善的剛度可提供在點(diǎn)火塞與汽缸蓋之間(例如，通過包括穿過冷卻腔的汽缸蓋的壁之間的連接器(例如，徑向連接器))，可能集中在一體的點(diǎn)火塞壁內(nèi)的污染物(例如，砂或殘余的毛刺)可被更容易除去，且除其它因素外，改善的密封可提供在一體的點(diǎn)火塞壁內(nèi)與冷卻腔之間。此外，機(jī)械和熱應(yīng)力可利用單個(gè)一體結(jié)構(gòu)更容易地被控制(例如，利用與單獨(dú)的點(diǎn)火塞套筒相反的點(diǎn)火塞壁)。更進(jìn)一步，冷卻腔可更適當(dāng)?shù)匦纬奢喞铱筛纳屏黧w流速，這可導(dǎo)致較高的熱傳遞效率。
[0012]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖且首先參看圖1，示出了發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)10的實(shí)施例的框圖。如下文詳細(xì)所述，公開的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)10使用發(fā)動(dòng)機(jī)12，其包括改進(jìn)的點(diǎn)火塞套筒，其中點(diǎn)火塞套筒(例如，點(diǎn)火塞壁)與發(fā)動(dòng)機(jī)12的汽缸蓋整體結(jié)合。一體的點(diǎn)火塞套筒(例如，點(diǎn)火塞壁)可為火花塞套筒或熱線點(diǎn)火塞套筒。例如，一體的點(diǎn)火塞套筒可為點(diǎn)火塞壁，其與發(fā)動(dòng)機(jī)12的汽缸蓋整體結(jié)合，且限定火花塞延伸穿過的開孔。發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)或活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，內(nèi)燃機(jī))。在某些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)12包括火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)或壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)12可為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、三沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、五沖程發(fā)動(dòng)機(jī)或六沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)12還可包括任何數(shù)目的汽缸(例如，1到24個(gè)汽缸或任何其它數(shù)目的汽缸)和相關(guān)聯(lián)的活塞和襯套，其中汽缸和/或活塞可具有大約10到30厘米(cm)之間、15-25cm或大約22cm的直徑。
[0013]發(fā)電系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12、渦輪增壓器14和發(fā)電機(jī)16。取決于發(fā)動(dòng)機(jī)12的類型，發(fā)動(dòng)機(jī)接收氣體和/或液體燃料18 (例如，柴油、天然氣、合成氣、煤層氣體、相關(guān)聯(lián)的石油氣等)或燃料18和加壓氧化劑20 (如空氣、氧氣、富氧空氣或它們的任何組合)兩者的混合物。盡管以下論述意指氧化劑為空氣20，但任何適合的氧化劑都可利用于公開的實(shí)施例。燃料18或燃料18和加壓空氣20的混合物給送到發(fā)動(dòng)機(jī)12中。發(fā)動(dòng)機(jī)12燃燒燃料18和空氣20的混合物，以生成熱燃燒氣體，其繼而又驅(qū)動(dòng)汽缸襯套內(nèi)的活塞(例如，往復(fù)活塞)。具體而言，熱燃燒氣體膨脹且對活塞施加壓力，這將該活塞在膨脹沖程期間從汽缸襯套的頂部線性地移動(dòng)至底部?；钊麑⑷紵龤怏w施加的壓力(和活塞的線性運(yùn)動(dòng))轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(例如，通過連桿和聯(lián)接到活塞的曲軸)。曲軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)16生成功率。在某些實(shí)施例中，來自發(fā)動(dòng)機(jī)12的排氣可提供至渦輪增壓器14，且在渦輪增壓器14的壓縮機(jī)部分中使用，從而驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器14的渦輪，這繼而又驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)來加壓空氣20。在一些實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)10可不包括圖1中所示的所有構(gòu)件。此外，發(fā)電系統(tǒng)10可包括圖1中未示出的其它構(gòu)件，如，控制構(gòu)件和/或余熱回收構(gòu)件。在某些實(shí)施例中，渦輪增壓器14可用作余熱回收構(gòu)件的部分。此外，系統(tǒng)10可生成10kW到10麗范圍的功率。除發(fā)電之外，系統(tǒng)10可在其它應(yīng)用中使用，如，回收熱和使用熱(例如，熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用)、組合熱、功率的那些應(yīng)用，以及冷卻應(yīng)用、也回收排氣成分(例如，二氧化碳)來進(jìn)一步使用的應(yīng)用、氣體壓縮應(yīng)用和機(jī)械驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。
[0014]發(fā)電系統(tǒng)10可由于燃燒和發(fā)電系統(tǒng)10的部分的線性/旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而生成熱。因此，發(fā)電系統(tǒng)10的構(gòu)件可包括冷卻系統(tǒng)，以從發(fā)電系統(tǒng)10獲得熱。例如，根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)12的汽缸蓋可包括至少部分地由汽缸蓋的壁或表面限定的冷卻腔，其還限定汽缸蓋的一體的點(diǎn)火塞套筒。換言之，點(diǎn)火塞可設(shè)置在壁的一側(cè)上，且冷卻腔的至少一部分可設(shè)置在壁的另一側(cè)上。根據(jù)本公開的一體的點(diǎn)火塞壁和冷卻腔將在下文中