專利名稱：具有液體冷卻系統的內燃機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種權利要求1的前序部分所述的、具有至少一個由在至少一個汽缸體內串列設置的汽缸構成的汽缸組并具有至少一個配屬于各汽缸組的液體冷卻系統的內燃機，其中的液體冷卻系統具有至少一個在汽缸體中構成的液體通道，液體作為與汽缸相鄰的水套流經汽缸體并對其進行冷卻，其中，液體通道在設在汽缸蓋和曲軸箱之間的汽缸體中，在曲軸箱側被一個底所界定。
為了冷卻內燃機的汽缸，通常是在汽缸體中構成一個以水箱形式的冷卻水通道，水作為冷卻介質流經該通道并且該通道以水套的形式包圍汽缸。而其中，特別是在冷卻水高速流動時產生在冷卻水箱的底上出現的紊流問題。
US-PS 4455972描述了一種具有一個水箱的汽缸體，其中，一個沿流動方向伸展的分隔壁把水箱分隔成一個上部段和一個下部段。沿流動方向看，該分隔壁為傾斜伸展結構，使上部段逐漸變窄，而使下部段逐漸加寬。而這種安排是復雜的并通過附加的分隔壁導致紊流，該紊流妨礙通過冷卻水對熱能的排除。
EP 0671552 B1公開了一種用于往復活塞式內燃機的冷卻系統，其中，上部的、配屬于汽缸的燃燒室的分通道系統朝氣汽缸蓋是敞開的并且與汽缸蓋中的冷卻液室一起形成一個統一的、上部的通道系統，其中，位于汽缸蓋中的冷卻液室被汽缸體中的分通道系統通過多個在汽缸蓋底板上分布的通口供以冷卻液。而在此冷卻系統中，也產生通過特別是在汽缸蓋底板上的通口處出現的附加紊流導致的重大缺點。
EP 0752524 A1公開了一種在汽缸體中用于冷卻內燃機的汽缸的冷卻水套，其中，垂直于冷卻介質的流動方向的通流寬度朝終止汽缸體的曲軸箱，即自上而上呈階梯狀逐漸縮窄。而這些階梯在水流中導致人們所不希望的紊流并相應地妨礙水流的冷卻功能。
EP 0196635 A2描述了一種具有至少兩個前后相繼設置的汽缸的內燃機，其中，位于汽缸體壁和汽缸壁之間的冷卻室的通流截面在相關的汽缸的一側上是大于其對側上的通流截面的。沿流動方向，從汽缸到汽缸，寬段和窄段相互交替。但這也有缺點，即在寬段和窄段之間的相應過渡部位上形成液流中的紊流，這些紊流相應地限制了通過冷卻水對熱能的有效排除。
DE 3247663 C1公開了一種用于內燃機的汽缸體，其中，汽缸體中的冷卻水室包圍相應的、設在汽缸體中的汽缸。冷卻水室的下部是通過加入的、耐熱的塑料部分地充填的。據此，雖然汽缸體可事后相應地適應涉及冷卻情況的不同的要求，但這很費事并須會出很大的投資費用。此外，被充填了的冷卻水室僅相當于一個在于建立汽缸體時業已相應縮小地建立了的冷卻水室。特殊的、涉及特別是在冷卻水高速流動時在冷卻水室的底上出現的紊流的流體動力情況沒被考慮。
DE 2417925 C2公開了一種液體冷卻的多缸式內燃機，其中，與一個包圍汽缸的水套分離地，設置有一個附加的冷卻劑室，該冷卻劑室沿流動方向橫向逐漸縮窄并在下游處匯入水套，但是其中，特別是在匯入部位，通過匯合的液流的不同的流動速度和流動矢量造成紊流。而這些紊流動妨礙冷卻介質排熱。
DE-OS 2058094描述了一種液體冷卻的、具有一個冷卻水通道的多缸內燃機，其中，冷卻水通道是鑄到曲軸箱的一個冷卻水室中的、是朝向汽缸蓋敞開的并且其橫截面自冷卻水的進水位置起始逐漸縮小。該冷卻裝置也沒有考慮特別是在冷卻水高速流動時在冷卻水室的底上出現紊流的問題。
DE 4140772 A1公開了一種用于冷卻內燃機的汽缸體中的汽缸之間的隔板的冷卻裝置。這些隔板設在一起澆鑄在內燃機的至少是汽缸體的范圍內的汽缸之間并具有冷卻通道。而恰恰是在液體流進和流出隔板的冷卻通道時產生損害冷卻劑的冷卻功能的紊流。
因此，本發明的任務在于提供一種上述類型的內燃機，其中，克服了上述缺點并且冷卻液的經過缸體中冷卻通道的整個長度的、理想的層流被實現。
按照發明，解決以上任務的技術方案在于一種上述類型的、具有權利要求1的特征部分中的特征的內燃機。在從屬權利要求中描述了發明的優選的實施形式。
為此，發明規定，液體通道的底是以曲面為表現形式的結構。
該結構的優點在于，通過液體通道的底的這種構形，在通過液流中的紊流對液體泵造成的損耗功率不高的情況下，提供可最佳地散發熱能的、更高的層流。據此，有利地得出一個其重量較輕的并且其所需液體量較少的液體冷卻系統。
曲面的相宜構形在于，沿液體的流動方向，在液體通道中形成多個相繼的、有下降部位于其間的提高部，其中，提高部和下降部最好周期性地順序相接。
在內燃機運行期間的汽缸管變形可更好地得以控制，因為通過液體通道形成的水箱在汽缸的范圍內具有較小的膨脹。
沿汽缸體中的液體通道的整個長度獲得特別好的層流的措施在于，沿橫截面看，曲面是一條可連續微分的曲線。
為了對液體通道中的液流進行極少出現紊流的導向，所采取的措施在于，沿橫截面有，曲面是一條正弦曲線或一條余弦曲線。
為了在來自位于汽缸兩側的液體通道的液流匯合時，在很大程度地避免紊流的情況下達到更為均勻的流動，所采取的措施在于，底在液體通道的下游側的、兩側的液體通道在其處重新匯合的端部，具有一個沿汽缸蓋方向伸展一個預先確定的長度的提高部，該提高部使兩側通道的各液流在其合流之前轉而向上朝汽缸蓋流動。
在一個優選的實施形式中，液體通道在汽缸蓋側被一個蓋封閉(封閉蓋)或是敞開，其中，后一種變型有利地以所謂的“敞蓋”結構實現與汽缸蓋中的一個液體系統的液體連通。
得到特別好的冷卻和散熱的措施在于，液體是水。
在從屬的權利要求中以及從以下借助附圖
對本發明的說明中可知悉發明的其它的特征、優點和優選的實施形式。
附圖示意地示出了形成一個位于并未詳細示出的內燃機的汽缸12周圍的液體通道10的水箱的一個優選的實施形式，冷卻液，譬如冷卻水沿箭頭方向14流經該水箱。該冷卻液圍繞汽缸12流動并冷卻汽缸，具體地說，冷卻液從汽缸壁上帶走熱能。
水箱或者液體通道10在圖中下部被底16界定。底16為曲面結構，其中，從橫截面看，曲面作為一條正弦曲線沿流動方向14波狀地伸展。而按照發明，任何一個其它的、具有周期地或非周期地順序相繼的峰和谷的曲線均是可能的。在該實施例中，沿流動方向看，在底16上，波峰18和波谷20交替地前后相繼。據此，在底16的范圍中，液體的流動遵循該正弦曲線。其中，通過在底上對液流的這種導向，在液體高速流動時也可在很大程度上避免紊流的形成。此外，這種強制的流動還改善了水箱中的液體的分布和混勻，據此，可用較少量的液體達到更好的冷卻效果。
其中，底16的曲面譬如是如此構成的，即基本上在汽缸12處構成波峰18。通過圍繞汽缸12的液體根據熱能在汽缸壁的分布形成的環繞沖洗形狀，這可更好地控制汽缸12的管子在內燃機運行期間的變形。
此外，有利的是，除了底16為波狀結構之外，底16疊加了錐狀伸展結構，使水箱或者液體通道10垂直于流動方向也即附圖地逐漸縮窄。這還可提高流動速度，使沿流動方向遠處于后方的汽缸12通過雖已變熱的，但流速有所加快的液體同樣地被冷卻，其冷卻效果與對前方的汽缸12的冷卻效果一樣。
在汽缸12的兩側流動的液流在水箱的下游側的端部22處重新匯合并離開汽缸體，進入一條通往一個冷卻器的反饋管道或流入位于上方的汽缸蓋。為了避免在該匯合處出現紊流，按照發明，附加地設置有一個從底16朝汽缸蓋伸展的提高部24。該提高部24的結構設計為，該提高部24使兩側的液流朝汽缸蓋(在附圖中是向上)偏轉，據此，兩個分流在提高部24的下游側的端部26上沒有特別的渦流地匯合。其中，提高部24朝汽缸蓋(在圖中向上)伸展一個預先確定的長度。在一個優選的實施形式中，提高部24的提高長度為水箱的整個長度，一直提高到汽缸體和汽缸蓋之間的分界面處。
達到在提高部24的上端26處無渦流的或者無紊流的混勻的措施在于，通過使兩側的分流偏轉，兩側的分流具有基本上一致的流動向量。此外，該提高部24還可使水有目標地被輸至汽缸蓋。
權利要求
1．具有至少一個由在至少一個汽缸體內串列設置的汽缸(12)構成的汽缸組并具有至少一個配屬于各個汽缸組的液體冷卻系統的內燃機，其中的液體冷卻系統具有至少一個在汽缸體內構成的液體通道(10)，液體作為與汽缸(12)相鄰的水套流經汽缸體并對其進行冷卻，其中，液體通道(10)在設在缸蓋和曲軸箱之間的汽缸體中，在曲軸箱側被一個底(16)所界定，其特征在于，液體通道(10)的底(16)是以曲面形式的結構。
2．按照權利要求1所述的內燃機，其特征在于，曲面(16)是如此設計的，即沿液體的流動方向(14)，在液體通道(10)中形成多個相繼的、有下降部(20)相應地位于其間的提高部(18)。
3．按權利要求2所述的內燃機，其特征在于，提高部(18)和下降部(20)周期性地前后相繼。
4．按照權利要求2或3所述的內燃機，其特征在于，提高部(18)位于汽缸(12)的范圍內。
5．按照以上權利要求之一所述的內燃機，其特征在于，從橫截面看，平面(16)是一條可連續微分的曲線。
6．按照以上權利要求之一所述的內燃機，其特征在于，從橫截面看，平面(16)是一條正弦曲線或一條余弦曲線。
7．按照以上權利要求之一所述的內燃機，其特征在于，液體通道(10)是在汽缸(12)的兩側構成的。
8．按照權利要求7所述的內燃機，其特征在于，底(16)在液體通道(10)的下游側的、兩側的液體通道在其處重新匯合的端部，具有一個沿汽缸蓋方向伸展一個預先確定的長度的提高部(24)，該提高部(24)使兩側通道的相關液流在其合流之前轉而向上朝向汽缸蓋流動。
9．按照權利要求8所述的內燃機，其特征在于，提高部(24)伸展至汽缸體和汽缸蓋之間的分隔面。
10．按照以上權利要求之一所述的內燃機，其特征在于，液體通道(10)是在汽缸蓋側被一個蓋封閉的或敞開的。
11．按照以上權利要求之一所述的內燃機，其特征在于，液體是水。
12．按照以上權利要求之一所述的內燃機，其特征在于，液體通過(10)的底(16)呈錐形伸展，使液體通道沿垂直于流動方向地逐漸縮窄。
全文摘要
本發明涉及一種具有至少一個由在至少一個汽缸體內串列設置的汽缸(12)構成的汽缸組并具有至少一個配屬于各個汽缸組的液體冷卻系統的內燃機,其中的液體冷卻系統具有至少一個在汽缸體中構成的液體通道(10),液體作為與汽缸(12)相鄰的水套流經汽缸體并對其進行冷卻,其中,液體通道(10)在設在汽缸蓋和曲軸箱之間的汽缸體中,在曲軸箱側被一個底(16)所界定。其中,液體通道(10)的底(16)是以曲面形式的結構。
文檔編號F02F7/00GK1294656SQ99804351
公開日2001年5月9日 申請日期1999年2月17日 優先權日1998年3月24日
發明者R·海尼曼 申請人:大眾汽車有限公司