CN1025231C - 气缸盖 - Google Patents
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Abstract
一种气缸盖，特别实用于大功率柴油机，其中包括由顶板和底板封闭的倒圆锥形侧壁组成的箱形缸盖体，其腔内有球形中隔板，缸盖体中央开有中心通孔，其周围布有四个气门安装孔，上冷却水腔的侧壁与底板间设有呈90度的进气管和排气管道，下冷却水腔的侧壁和顶板上分别开有进、出水孔，结构特点是：有倒圆锥形侧壁；球面锅底形中隔板；薄底板；缸盖体下部有环形过水套；排气通道内设有截面呈锯齿形的气流导向舌；排气入口和进气出口均呈倒锥形。
Description
本发明涉及一种气缸盖。
在公知的大功率柴油机装用的气缸盖中，仍存在其结构不尽合理之处，导致气缸盖处于工作状态时，受机械负荷和热负荷的共同作用，局部应力超过气缸盖材料的许用值而产生裂纹，缩短了气缸盖的使用寿命。
如“16V240ZJD型柴油机气缸盖的研制”一文（《机车车辆通讯》，1989年第四期，33～41页）公开了一种气缸盖，述及了采用倒置载头圆锥形侧壁、球面锅底形中隔板、加装过水套等，但由于倒置截头圆锥形的侧壁在锥角超过一定的角度或者达不到一定的角度时，就不能使螺栓的预紧力和缸内的爆发力均匀地、以最短的距离直接传递到机体上，导致气缸盖的一些部位变形大，并且由于应力高而造成损坏。球面锅底形中隔板除了在一定的半径范围内外，对加强气缸盖刚度的作用小，也不能有效地承受底板所承受的爆发压力，不能使底板所承受的机械负荷降低为最小，这样只能采用较厚的底板以承受负荷，因此，底板火焰面温度场不尽合理，局部温度较高，造成热负荷高而使底板破损。过水套的设计和安装位置是很必要的，如果设计和安装不当，就不能够解决气缸盖底板定向冷却、气缸盖下水腔清砂困难等问题。
在现有的气缸盖内的进、排气通道中，尚存在与进、排气通道分别串连连通的两个进气出口间及两个排气入口间的进、排气产生干扰的问题，其流量系数差异较大，影响向柴油机气缸内的进、排气的流通性能。冷却水流沿着与底板垂直方向进入气缸盖的下冷却水腔也不利于底板和过桥部分的充分冷却。或冷却水是沿着底板径向进入冷却水腔（《柴油机导报》1982，（3），14～16），但由于采用了若干工艺螺堵形成的冷却通道，使得其工艺性变差。
本发明涉及的气缸盖，其目的就是要克服上述缺点，使气缸盖的结构安排得更趋于合理，使之能在机械负荷和热负荷的共同作用下，减少由内应力引起的裂纹和机械损坏，延长气缸盖的使用寿命。
本发明涉及的气缸盖，包括由顶板和底板封闭的倒置截头圆锥形侧壁组成的缸盖体，缸盖体内设有将其空腔分隔成上、下两个冷却水腔的球面锅底形中隔板。在缸盖体的中央，垂直于顶板和底板开有安装喷油嘴护套的中心通孔，在该通孔的周围布有两个贯通于顶板和底板的进气门安装孔和两个排气门安装孔。位于上冷却水腔的侧壁中部的同一水平高度，沿缸盖体水平投影的纵向中心线，对称地布有向中心通孔两侧向下弯曲90度，且分别串连连通底板上的两个进气门安装孔的进气管道和两个排气门安装孔的排气管道。下冷却水腔的侧壁上开有径向进水孔，该侧壁外圆上设有过水套。顶板上开有出水孔。垂直地穿过顶板、沿侧壁周围布有固定缸盖体的螺栓孔。其结构特点是：将缸盖体的侧壁设计成倒置的截头圆锥形，其锥角为16°～24°;用圆弧与侧壁连接起来的中隔板呈球面锅底形，其球底与底板中心部分连成一体，球内表面半径为325～335MM，该半径的最低点距火焰面的距离为39～43MM;底板与柴油机气缸贴合的环形凸台的外径与内径分别为300MM和273MM，底板的厚度为11～13MM;与缸盖体内下冷却水腔对应的侧壁外圆上设有环形过水套，沿该套的环形底面分布的进水孔向上、经过过水套孔内的环形凹槽与缸盖体内下冷却水腔对应的侧壁上的径向孔连通;在缸盖体内，与排气通道串连连通的两个倒锥形排气入口间的排气通道内，设有由三段弧线包络而成的截面呈锯齿形的气流导向舌，该导向舌的舌尖朝排气通道出口方向倾斜，两个倒锥形排气入口的直径和锥角分别都是58～60MM和10°～20°;与进气通道串连连通的两个倒锥形进气出口的直径和锥角分别都是63～65MM和10°～20°。
本发明涉及的气缸盖是由蠕虫状石墨铸铁或合金铸铁材料制成的。
本发明的优点：倒置截头圆锥形侧壁可使气缸盖紧固螺钉的预紧力均匀地以最短的距离经该侧壁直接传递到柴油机气缸密封垫片上，保证由预紧力与爆发压力形成的力流沿该路径传递到柴油机机体上，减少预紧力对底板产生有害的内应力;采用球面锅底形中隔板，其球底与底板中部连成一体，分担底板所承受的大部分机械负荷，为散热而减薄底板提供了有利条件。此外，还减低了下冷却水腔的高度，可提高冷却水的流速;薄底板有利于散热，减小其上的热应力和热变形;所设的过水套既可改变冷却水进入冷却水腔的流向，实现对底板、排气通道入口间的过桥壁的定向冷却，又可简化工艺，对缸盖体内下冷却水腔的型砂清理提供方便条件;排气通道内增设了气流导向舌，并将两个排气入口设计成倒锥形，使两个排气距离不等的排气入口的气流不相互干扰，减小气流损失，两个排气入口的流量系数相近，使气缸内的废气排放得更充分;将两个进气出口设计成倒锥形，使两个进气距离不等的进气出口的进气流量系数相近，得到适宜的涡流比和小的流通阻力。总之，改进后的气缸盖，结构更趋于合理，提高了其刚度，使底板的工作温度保持在材料的许用温度范围内，减少了热变形和内应力，喷油器周围的工作温度下降。本发明涉及的气缸盖在柴油机气缸内的爆发压力为13.24MP的工况下试用证明，提高了气缸盖工作的可靠性，延长了其使用寿命。
现结合附图对本发明涉及的气缸盖实施例详述如下：
图1是本发明涉及的气缸盖的横向（图2中A-A剖面）剖视图。
图2是图1中B-B剖面的剖视图。
图3是图2中C-C剖面的排气入口示意图。
图4是图2中D-D剖面的进气出口示意图。
如图1所示，本发明涉及的气缸盖包括：设有出水口（图中未示出）和机油排放油道18的顶板16、厚度D为12MM的底板7与倒置截头圆锥形侧壁15组成的箱形缸盖体，垂直地穿过顶板16，沿缸盖体侧壁15的周围布有固定缸盖体的六个螺栓孔31（图2），侧壁15的锥角α为20°，顶板16、
侧壁15与底板7均由圆弧连成一体。底板7的底面设有的与气缸贴合的环形凸台的外径ΦA及内径ΦB分别为300MM和273MM。缸盖体内设有将其内腔分隔成上冷却水腔17和下冷却水腔5的球面锅底形中隔板13，其球底与底板7的中部连成一体，与侧壁15通过圆弧连接的中隔板13的球内表面半径SR为330MM，该半径SR的最低点与底板7的火焰面6间的距离C为41MM。在缸盖体的中央，垂直于顶板16和底板7开有安装喷油嘴护套20的中心通孔21，沿其周围，并贯穿顶板16和底板7布有两个进气门安装孔23、24和两个排气门安装孔25、26（图2）。位于缸盖体的上冷却水腔17的侧壁中部的同一水平高度，沿缸盖体水平投影的纵向中心线O-O（图2），对称地布有向中心通孔21的两侧并向下弯曲90度、且分别串连连通底板7上的两个进气门安装孔23、24的进气管道1和两个排气门安装孔25、26的排气管道14。沿着与下冷却水腔5对应的侧壁15周围，开有六个径向进水孔10，该部位的侧壁外圆上装有（或与其铸成一体）的环形过水套11，其间装有密封圈8和12，沿过水套11底面周向布有十二个轴向进水孔22，过水套11孔内表面开有可将缸盖体侧壁上的六个径向进水孔10和过水套11上的轴向进水孔22连通的环形槽9。在下冷却水腔内的进、排气门安装孔23、24、25和26各孔间的过桥壁处开有两个垂直相交的径向冷却水通孔4。底板7的火焰面6上设有为减薄底板厚度的环形槽2。喷油嘴护套20的下端通过螺纹与中心通孔21在底板7上的螺纹孔部分连接，护套20与中心通孔21的侧壁及螺纹孔台面间，分别装有密封圈19和密封垫3。
参照图2，在与排气通道14串连连接的两个排气门安装孔25、26之间的排气通道内，设有由三段弧线27、28、和29包络而成的截面呈锯齿形的气流导向舌30，该导向舌的舌尖朝排气通道14的出口方向（如图中箭头所示）倾斜。
参照图3，与排气通道14（图2）串连连通的的两个倒锥形排气入口32、33的直径ΦE和锥角β分别都是59MM和15°。
参照图4，与进气通道1串连连通的两个倒锥形进气出口34、35的直径ΦF和锥角γ分别都是64MM和15°。
Claims (3)
1、一种气缸盖，其中包括：由顶板和底板封闭的倒置截头圆锥形侧壁组成的箱形缸盖体，缸盖体内设有将其空腔分隔成上、下两个冷却水腔的球面锅底形中隔板，在缸盖体中央垂直于顶板和底板开有安装喷油嘴护套的中心通孔，在该中心通孔周围布有两个贯通于顶板和底板的进气门安装孔和两个排气门安装孔，位于上冷却水腔的侧壁中部同一水平高度，沿缸盖体水平透影的纵向中心线，对称地布有向中心通孔两侧向下弯曲90度、且分别串连连通底板上的两个进气门安装孔的进气管道和两个排气门安装孔的排气管道，与下冷却水腔对应的侧壁上开有径向进水孔，该侧壁外圆上设有过水套，顶板上开有出水孔，垂直地穿过顶板并沿着侧壁圆周布有固定缸盖体的螺栓孔，其特征在于：
(A)倒置截头圆锥形侧壁的锥角α为16°～24°；
(B)球面锅底形中隔板的半径SR为325～335MM，该半径SR的最低点距底板火焰面的距离C为39～43MM；
(C)底板与柴油机气缸贴合的环形凸台的外径φA与内径φB分别为300MM和273MM，底板厚度D为11～13MM；
(D)与排气通道串连连通的两个排气入口之间的排气通道内，设有由三段弧线包络而成的截面呈锯齿形的气流导向舌；
(E)与排气通道串连连通的两个倒锥形排气入口直径φE和锥角β分别都是58～60MM和10°～20°；
(F)与进气通道串连连通的两个倒锥形进气出口直径φF和锥角γ分别都是63～65MM和10°～20°；
(G)与缸盖体内的下冷却水腔对应的侧壁外圆上设有带进水孔与进水环槽的环形过水套。
2、根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，气缸盖是由蠕虫状石墨铸铁材料制成的。
3、根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，气缸盖是由合金铸铁材料制成的。
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