[发明专利]热增强的排气端口衬套

说明书

一种排气端口衬套，可以包括高温合金并且可以通过增材制造工艺来制造，所述排气端口衬套包括整体式结构，该整体式结构包括相对于入口成一角度设置的出口以及限定空腔的侧壁，以在往复式内燃机中提供增强的热性能。内燃机的汽缸盖可以包括汽缸盖框架，排气端口衬套可以靠近汽缸盖框架的内安装表面设置，其中排气端口衬套的外表面与汽缸盖框架的内安装表面相符合。

相关申请

本申请要求于2018年10月29日提交的美国临时专利申请号62/751,914的优先权和权益，并通过引用将其全部内容合并于此。

技术领域

本发明的实施例涉及内燃机技术，并且更特别地，涉及往复式内燃机中的改善的热管理。

背景技术

现代往复式发动机的汽缸盖在高力(由气体压力施加)和高热负荷方面都承受着极端的载荷。铝合金是许多此类发动机的理想材料，原因在于它们具有强度、轻质以及铸造能力的组合。

铝合金汽缸盖的主要问题是材料温度的控制。最合适的合金在高于约260℃的温度下具有急剧降低的抗屈服性。这种发动机的排气可能达到900℃或更高。这些排气通常从排气阀(多个排气阀)通过汽缸盖中的通道(通常称为排气端口)到达排气歧管或总管。因此，在设计汽缸盖的过程中花费了很多努力，使得形成端口的材料被充分冷却。在风冷式汽缸盖设计中，该问题尤为严重。

鉴于这些问题，通常的做法是在排气和形成排气端口的铝合金之间提供某种形式的隔热或热屏蔽。这种所谓的端口衬套通常由陶瓷材料形成，陶瓷材料具有非常低的导热率，因此阻止了大部分热量从排气流向铝合金。通常在铸造汽缸盖之前将这种衬套放入模具中。但是，陶瓷衬套遭受两个主要问题的困扰：

·它们通常非常脆，因此在铸造之前和使用期间都容易断裂；和

·它们具有极低的热膨胀系数，而铝合金通常具有相对较高的热膨胀系数，导致当发动机变热时在陶瓷端口衬套和汽缸盖母体材料之间的界面处产生高应力。

发明内容

本发明的实施例通过提供由高强度高温合金(典型地基于镍或钴的高温合金，例如，)制成的端口衬套来避免上述两个问题。

在一方面中，本发明的实施例涉及一种用于内燃机的汽缸盖的排气端口衬套。排气端口衬套包括整体式结构，该整体式结构包括入口、相对于入口成一角度设置的出口以及包括金属的侧壁，该侧壁设置在入口和出口之间，从而限定了穿过整体式结构的排气流道，该侧壁包括内壁和外壁，在所述内壁和所述外壁之间限定了空腔。

可以以任何组合包含下列特征中的一个或多个。金属可以包括高温合金。高温合金可以是或包括镍基高温合金和/或钴基高温合金。

空腔可以包含空气和/或惰性气体。空腔可以被密封。密封的空腔可进一步包括部分真空。

所述金属可以包括激光烧结材料。

侧壁可限定有至少一个延伸穿过其的孔。当将排气端口衬套安装在汽缸盖中时，该孔可以与靠近入口的排气阀座对准。孔的尺寸和方向设计成可以接收阀引导件。

整体式结构可以包括形成空腔的边界的至少一个填充开口。填充开口可以被所述金属填充。

所述角度可以在30°至135°的范围内。

支柱可以设置在空腔中，从内壁跨越到外壁。空腔中可以有多个支柱。

端口衬套可以包括与所述入口相邻的第二入口，其中入口和第二入口与出口流体连通。侧壁可以限定有延伸穿过其的第一孔，该第一孔的尺寸和方向设计成接收阀引导件。侧壁可以限定有延伸穿过其的第二孔，该第二孔的尺寸和方向设计成接收第二阀引导件。当将排气端口衬套安装在汽缸盖中时，第一孔和第二孔可以与靠近入口和第二入口的相应排气阀座对准。