CN102588138B - 一种针对气缸盖结构的精确冷却设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对气缸盖结构的精确冷却设计方法，属于内燃机缸盖领域，尤其是应用于高强化大功率柴油机的气缸盖。适当增大进气端火力面附近水道的截面积，减小其与上层水道之间的连通水道截面积，并增大其与火力面之间的距离，适当减小排气端火力面附近水道的截面积，增大其与上层水道之间的连通水道截面积，并减小其与火力面之间的距离；采用单缸出水，在排气道上方设两个方形出水口。本发明遵循精确冷却的思想，提供了较为清晰和具体的思路，可有效降低气缸盖的温度应力，使缸盖各部分冷却均匀，避免出现细裂纹，延长缸盖使用寿命，而且具有结构简单的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对气缸盖结构的精确冷却设计方法，属于内燃机缸盖领域，尤其是应用于高强化大功率柴油机的气缸盖。
背景技术
在气缸盖中，进排气气门座之间、排气门座之间、气门座与喷油器之间的区域为高温区，它处于气缸中央。内燃机工作时，此区域承受高温高压交变负荷，由于负荷变化产生的交变应力的作用，经过一定的时间此区域便开始出现细裂纹，之后逐渐扩展，终至开裂。对于高强化大功率的气缸盖，其工作环境更加恶劣。为了减小缸盖的温度应力，应对高温区采取专门的冷却措施。通常受气缸盖结构的限制，只能在高温部分采用钻冷却水道的办法，但很难保证高温部分的冷却均匀。另外，多数气缸盖受设计条件的影响都采用多缸水道串联的冷却方式，造成各缸冷却不均匀，个别缸盖会很快疲劳失效，从而导致整个发动机不能正常工作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种单缸进出水，可使进气孔座、排气孔座以及喷油器套管冷却均匀、延长它们使用寿命的气缸盖水道结构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种针对气缸盖结构的精确冷却设计方法，气缸盖水道结构，包括与基体水腔相连的四个进水孔、火力面附近布置的若干钻孔下层水道、上层水道、将下层水道与上层水道相连通的若干连通水道及两个出水口；该方法具体为：1)适当增大进气端火力面附近水道的截面积，减小进气端火力面附近水道与上层水道之间的连通水道截面积，并增大进气端火力面附近水道与火力面之间的距离，可减小进气端火力面鼻梁区的冷却，有利于降低温度应力，使冷却更加均匀；2)适当减小排气端火力面附近水道的截面积，增大排气端火力面附近水道与上层水道之间的连通水道截面积，并减小排气端火力面附近水道与火力面之间的距离，可增大排气端火力面鼻梁区的冷却，有利于降低温度应力，使冷却更加均匀；3)采用单缸出水，保证各缸冷却均匀，在排气道上方设两个方形出水口，有利于冷却温度较高的排气端，降低温度应力。
有益效果
本发明遵循精确冷却的思想，提供了较为清晰和具体的思路，可有效降低气缸盖的温度应力，使缸盖各部分冷却均匀，避免出现细裂纹，延长缸盖使用寿命，而且具有结构简单的特点。
附图说明
图1是本发明所涉及气缸盖水套的三维透视图；
图2是本发明所涉及气缸盖的俯视图；
图3是沿图2的线Y-Y剖取的气缸盖剖视图；
图4是沿图3的线X-X剖取的气缸盖剖视图；
图5是沿图3的线Z-Z剖取的气缸盖剖视图；
其中，1-第一进水口，2-第二进水口，3-第三进水口，4-第四进水口，5-第一下层水道，6-第二下层水道，7-第三下层水道，8-第四下层水道，9-第五下层水道，10-第六下层水道，11-第七下层水道，12-水道，13-第一上层水道，14-第一连结水道，15-第二连结水道，16-第三连结水道，17-第四连结水道，18-第五连结水道，19-第六连结水道，20-第七连结水道，21-第一出水口，22-第二出水口，23-气缸盖，24-排气道。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1-5所示：该气缸盖水道结构，包括在气缸盖23上设置的第一进水口1、第二进水口2、第三进水口3、第四进水口4、与第一进水口1相连结的第一下层水道5、与第四进水口4相连结的第二下层水道6、与第二进水口2相连结的第三下层水道7和第六下层水道10、与第三进水口3相连结的第四下层水道8和第八下层水道12、连结第一下层水道5和第六水道10的第五下层水道9、连结第一下层水道5和第八水道12的第七下层水道11、第一上层水道13、将第一下层水道5与第一上层水道相连结的第一连结水道14、将第二下层水道6与第一上层水道相连结的第二连结水道15和第三连结水道16、将第三下层水道7与第一上层水道13相连结的第四连结水道17、将第四下层水道8与第一上层水道13相连结的第五连结水道18、将第六下层水道10与第一上层水道13相连结的第六连结水道19、将第七下层水道11与第一上层水道13相连结的第七连结水道20、第一出水口21和第二出水口22。
适当增大进气端第二下层水道6的截面积，减小第二下层水道6与第一上层水道13之间的第二连通水道15和第三连通水道16的截面积，并增大第二下层水道6与火力面之间的距离，可减小进气端火力面鼻梁区的冷却，有利于降低温度应力，使冷却更加均匀。
以本气缸盖模型为例，在原模型的基础上，将第二下层水道6的直径增加1mm，将第二连通水道15和第三连通水道16的直径各减小1mm，将第二下层水道6与火力面距离增加1mm，通过FIRE与ABQUAS软件耦合仿真得，在其它条件不改变的情况下，进气端火力面鼻梁区的热应力提高约18Mpa，温度上升约12℃。从而，有效地降低了火力面整体的温度应力。
适当减小排气端第一下层水道5的截面积，增大第一下层水道5与第一上层水道13之间的第一连通水道14的截面积，并减小第一下层水道5与火力面之间的距离，可增大排气端火力面鼻梁区的冷却，有利于降低温度应力，使冷却更加均匀。
以本气缸盖模型为例，在原模型的基础上，将第一下层水道5的直径减小1mm，将第一连通水道14的直径增加1mm，将第二下层水道6与火力面距离减小1mm，通过FIRE与ABQUAS软件仿真得，在其它条件不改变的情况下，进气端火力面鼻梁区的热应力减小约25Mpa，温度上升约19℃。从而，有效地降低了火力面整体的温度应力。
采用单缸出水，可在各缸的排气道24上方设方形出水口21和方形出水口22，既保证了各缸冷却均匀，也有利于冷却温度较高的排气端，降低温度应力。以本模型为例，在排气口上端设两方形出水口，通过FIRE与ABQUAS仿真得，排气口附近热应力降低约70Mpa，平均温度下降约45℃。
Claims (1)
1.一种针对气缸盖结构的精确冷却设计方法，该气缸盖的水道结构包括与基体水腔相连的四个进水孔、火力面附近布置的钻孔下层水道、上层水道、将下层水道与上层水道相连通的连通水道及两个出水口；其特征在于：
该方法具体为：1）增大进气端火力面附近水道的截面积，减小进气端火力面附近水道与上层水道之间的连通水道截面积，并增大进气端火力面附近水道与火力面之间的距离，减小进气端火力面鼻梁区的冷却；2）减小排气端火力面附近水道的截面积，增大排气端火力面附近水道与上层水道之间的连通水道截面积，并减小排气端火力面附近水道与火力面之间的距离，增大排气端火力面鼻梁区的冷却；3）采用单缸出水，在排气道上方设两个方形出水口；
该气缸盖水道结构包括在气缸盖（23）上设置的第一进水口（1）、第二进水口（2）、第三进水口（3）、第四进水口（4）、与第一进水口（1）相连结的第一下层水道（5）、与第四进水口（4）相连结的第二下层水道（6）、与第二进水口（2）相连结的第三下层水道（7）和第六下层水道（10）、与第三进水口（3）相连结的第四下层水道（8）和第八下层水道（12）、连结第一下层水道（5）和第六下层水道（10）的第五下层水道（9）、连结第一下层水道（5）和第八下层水道（12）的第七下层水道（11）、第一上层水道（13）、将第一下层水道（5）与第一上层水道相连结的第一连通水道（14）、将第二下层水道（6）与第一上层水道相连结的第二连通水道（15）和第三连通水道（16）、将第三下层水道（7）与第一上层水道（13）相连结的第四连通水道（17）、将第四下层水道（8）与第一上层水道（13）相连结的第五连通水道（18）、将第六下层水道（10）与第一上层水道（13）相连结的第六连通水道（19）、将第七下层水道（11）与第一上层水道（13）相连结的第七连通水道（20）、第一出水口（21）和第二出水口（22）；
将第二下层水道（6）的直径增加1mm，将第二连通水道（15）和第三连通水道（16）的直径各减小1mm，将第二下层水道（6）与火力面距离增加1mm；
将第一下层水道（5）的直径减小1mm，将第一连通水道（14）的直径增加1mm，将第二下层水道（6）与火力面距离减小1mm；
采用单缸出水，在排气口上端设方形出水口（21）和方形出水口（22）。
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