CN103291487B - 一种发动机气缸盖冷却水系统 - Google Patents

一种发动机气缸盖冷却水系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发动机气缸盖冷却水系统，在气缸盖内形成有冷却水腔，气缸盖冷却水腔由中间隔板分成上层水腔与下层水腔；冷却水通过进水孔进入下层水腔；在上层水腔与下层水腔之间设置有连通孔，下层冷却水通过连通孔进入上层水腔。可使冷却液在气缸盖内尽可能的冷却气缸盖底部；同时气缸盖的上水孔设计在排气道下方，两层水套间的连通孔设计在进气道侧，这样可使冷却液从排气道下方进入气缸盖，在气缸盖内流经排气道与气缸盖间区域、排气道与排气道之间区域以及排气道与进气道之间的区域后从进气侧进入气缸盖上层水套，此种设计可充分冷却排气道周围的高温区域。

Description

一种发动机气缸盖冷却水系统
技术领域
本发明属于汽车发动机领域，特别是指发动机气缸盖领域，具体是指发动机气缸盖的冷却水系统，
背景技术
现发动机气缸盖的设计中，在气缸盖上要布置有进气道、排气道、螺栓凸台及喷油器安装孔等部分。并且由进气道、排气道、螺栓凸台及喷油器安装孔的外表面同气缸盖的内表面形成空腔，冷却水在空腔内流动，以对气缸盖及相应部分进行冷却，缸盖的进水孔分布在气缸盖的下底面的气缸体周围。根据实际需要，气缸盖中最需要强化冷却的区域为气缸盖的下底面、安装喷油器的安装孔附近的鼻梁区及排气道附近区域。
现技术的气缸盖内流动冷却水的腔体有两种，一种为单层水腔结构，一种为双层水腔结构。在单层水腔结构中，冷却水在由进水孔进入气缸盖内后，水流方向为直接冲击气缸盖的顶部而容易在气缸盖的底部产生空穴区，而气缸盖的底面是最需要强化冷却的区域，因此，单层水腔结构的冷却水系统对气缸盖的冷却效果提高的空间有限。
双层水腔结构已经被广泛采用，特别是随着环境问题的增加，各国对发动机废气排放的要求越来越严格，为了适应严格的排放要求，发动机的强化程度也越来越高。而气缸盖是一种薄壁铸造部件，其刚度、强度相对较弱，而且，气缸盖由于工艺的要求，一般是以气道为中心而分成两层进行制造膜具，在浇铸时将两层水腔砂芯粘接在一起，这样两层水腔中间就形成了不可避免的飞边，提高了废品率。
在两层水腔结构的气缸盖结构中，冷却水一般采用的是冷却水通道，从进水孔来的冷却水通过冷却水通道同时进入上层水腔和下层水腔，以期望能够提高对气缸盖的冷却效果。但是此结构增加了向上层水腔内引入冷却水的通道，不是增加气缸盖的体积，就是通过减少气缸盖内水腔的体积来实现，对实际的冷却效果影响不大。
气缸盖的冷却不仅有底部和顶部的矛盾，而且对进气侧和排气侧的冷却要求也不相同。因为虽然在气缸盖的底部接触的高温燃气，但是在排气道内流动的废气对排气侧还有进一步的加热作用，因此降低排气侧的热负荷也是提高气缸盖可靠性的关键。
发明内容
本发明提供了一种发动机气缸盖的水腔，改变冷却液的流场，以提高对气缸盖的冷却性能和气缸盖的使用寿命。
本发明的另一个目的是提供一种具有上述水腔的发动机气缸盖。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种发动机气缸盖冷却水系统，包括有一体成型的至少四缸发动机气缸盖，在气缸盖上设置有喷油器安装孔，在喷油器安装孔的周围分布有两个进气道和两个排气道，在气缸盖内部及进气道的外表面、排气道的外表面及喷油器安装孔的外表面形成气缸盖冷却水腔，气缸盖冷却水腔由中间隔板分成上层水腔与下层水腔；在上层水腔的一端设置有出水孔，在下层水腔的气缸盖下底面沿缸体均匀分布设置进水孔，冷却水通过进水孔进入下层水腔；在上层水腔与下层水腔之间设置有连通孔，下层冷却水通过连通孔进入上层水腔；
上层水腔由气缸盖内壁与进气道外表面和排气道上表面之间的上水腔、喷油器安装孔外表面与进气道外表面和排气道上表面之间上鼻梁区及连通上水腔与上鼻梁区的上连接水腔组成；
下层水腔由气缸盖内壁与进气道外表面和排气道上表面之间的下水腔、喷油器安装孔外表面与进气道外表面和排气道上表面之间下鼻梁区及连通下水腔与下鼻梁区的下连接水腔组成；
连通孔连接上水腔和下水腔。
第二气缸盖和第三气缸盖还包括有斜连通孔，分别为连接第一气缸盖近第二气缸盖侧的下连接水腔与第二气缸盖的上水腔及连接第二气缸盖近第三气缸盖侧的下连接水腔与第三气缸盖的上水腔。
所述连通孔设置于进气道外侧远离喷油器安装孔方向。
在排气道侧设置有辅助上水孔。
每个进气道或排气道的两侧均设置有两个上连接水腔和下连接水腔。
在下层水腔内至少形成四条冷却水流路，分别为，
第一冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔进入相邻气缸盖的下层水腔流路；
第二冷却水流路，进入下水腔的冷却水沿气缸盖内壁及气缸盖下底面流动后流向连通孔进入上水腔；
第三冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，从下水腔的冷却水流向相邻气缸盖的下层水腔流路。
第四冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔并通过斜连通孔进入上水腔。
在上层水腔内至少形成两条冷却水流路，分别为，
第五冷却水流路，从连通孔的冷却水进入上水腔，通过上连接水腔进入上鼻梁区，再流向相邻气缸盖的上层水腔流路并向出水孔汇集；
第六冷却水流路，从连通孔的冷却水进入上水腔，在流过气缸盖内壁及进气道外表面或排气道外表面后流向相邻气缸盖的上层水腔流路并向出水孔汇集。
所述进水孔包括有主进水孔和辅助进水孔，主进水孔和辅助进水孔均设置于排气道下侧，其中，自远离出水孔的气缸盖向出水孔侧的气缸盖，辅助出水孔面积呈逐步增大。
本发明同现有技术相比的有益效果是：
气缸盖的冷却不仅有底部和顶部的矛盾，而且对进气侧和排气侧的冷却要求也不相同。因为虽然在气缸盖的底部有接触高温燃气，但是在排气道内流动的废气对排气侧还有进一步的加热作用，因此降低排气侧的热负荷也是提高气缸盖可靠性的关键。本发明提供了一种双层水腔气缸盖，可使冷却液在气缸盖内尽可能的冷却气缸盖底部；同时气缸盖的上水孔设计在排气道下方，两层水腔间的连通孔设计在进气道侧，这样可使冷却液从排气道下方进入气缸盖，在气缸盖内流经排气道与气缸盖间区域、排气道与排气道之间区域以及排气道与进气道之间的区域后从进气侧进入气缸盖上层水腔，同时还有部分冷却液流入相邻气缸盖，此种设计可充分冷却排气道周围的高温区域。
说明书附图
图1为本发明气缸盖剖面结构示意图；
图2为本发明的连通孔截面图；
图3为本发明的气缸盖上层水腔的俯视图；
图4为本发明的气缸盖下层水腔的俯视图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案，应当理解的是，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图1至图4所示，一种发动机气缸盖冷却水系统，在此主要是指四缸发动机气缸盖，依次为第一气缸盖至第四气缸盖，在每个气缸盖中心位置上设置有喷油器安装孔3，在喷油器安装孔3的周围呈菱形分布有两个进气道和两个排气道4，在气缸盖内部为中空结构及进气道的外表面、排气道的外表面及喷油器安装孔的外表面形成气缸盖冷却水腔，气缸盖冷却水腔由中间隔板分成上层水腔1与下层水腔2；在上层水腔的一端第四缸盖侧设置有出水孔，在下层水腔的气缸盖下底面沿缸体均匀分布设置进水孔，通过缸体外层水道的冷却水通过进水孔进入下层水腔；在上层水腔与下层水腔之间设置有连通孔，下层冷却水通过连通孔进入上层水腔；连通孔设置于进气道外侧远离喷油器安装孔方向，此处进气道外侧是指，连通孔设置于进气道与排气道组成的菱形的外接圆的圆弧外侧。
上层水腔由气缸盖内壁与进气道外表面和排气道上表面之间的上水腔、喷油器安装孔外表面与进气道外表面和排气道上表面之间上鼻梁区及连通上水腔与上鼻梁区的上连接水腔组成；
下层水腔由气缸盖内壁与进气道外表面和排气道上表面之间的下水腔、喷油器安装孔外表面与进气道外表面和排气道上表面之间下鼻梁区及连通下水腔与下鼻梁区的下连接水腔组成。连通孔连接上水腔和下水腔。
第二气缸盖和第三气缸盖还包括有斜连通孔，分别为连接第一气缸盖近第二气缸盖侧的下连接水腔与第二气缸盖的上水腔及连接第二气缸盖近第三气缸盖侧的下连接水腔与第三气缸盖的上水腔。
在排气道侧设置有辅助连通孔。辅助连通孔设置于第四气缸盖的排气道侧。
每个进气道或排气道的两侧均设置有两个上连接水腔和下连接水腔，即排气道与排气道之间，排气道与进气道之间均有上连接水腔和下连接水腔。
在第一气缸盖同第二气缸盖相邻侧的排气道与进气道形成的上连接水腔和下连接水腔的冷却水流向为由第一气缸盖向第二气缸盖；在第二气缸盖同第三气缸盖相邻侧的排气道与进气道形成的上连接水腔和下连接水腔的冷却水流向为由第二气缸盖向第三气缸盖；在第三气缸盖同第四气缸盖相邻侧的排气道与进气道形成的上连接水腔和下连接水腔的冷却水流向为由第三气缸盖向第四气缸盖；第四气缸盖邻近出水孔侧的进气道与排气道形成的上连接水腔与下连接水腔的冷却水流向为第四气缸盖向出水孔。除此之外，在气缸盖内的冷却水流路还包括有：
在下层水腔内至少形成四条冷却水流路，分别为，
第一冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔进入相邻气缸盖的下层水腔流路；
第二冷却水流路，进入下水腔的冷却水沿气缸盖内壁及气缸盖下底面流动后流向连通孔进入上水腔；
第三冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，从下水腔的冷却水流向相邻气缸盖的下层水腔流路。
第四冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔并通过斜连通孔进入上水腔。
在上层水腔内至少形成两条冷却水流路，分别为，
第五冷却水流路，从连通孔的冷却水进入上水腔，通过上连接水腔进入上鼻梁区，再流向相邻气缸盖的上层水腔流路并向出水孔汇集；
第六冷却水流路，从连通孔的冷却水进入上水腔，在流过气缸盖内壁及进气道外表面或排气道外表面后流向相邻气缸盖的上层水腔流路并向出水孔汇集。
进水孔包括有主进水孔和辅助进水孔，主进水孔和辅助进水孔均设置于排气道下侧，其中，自第1气缸盖向第4气缸盖方向，辅助出水孔面积呈逐步增大。这样设计的目的是，通过增加近出水侧的进水孔面积，相应逐渐降低冷却水流速及压力，有利于远处的冷却水向出水孔处汇集，不会出现阻碍现象。
实施例一
在以下的实施例中，仅介绍气缸盖内的水腔及冷却水流向等技术方案，不对气缸盖上的各部分结构进行详细描述。在本实施例中，每个气缸盖上的进气侧7的外部设置有提供冷却水进入上层水腔的连通孔，在其它实施例中，连通孔也可以设置于排气侧6，但不是本发明的最优选择。
本发明气缸盖内部水流控制采用双层控制，气缸盖水腔由上层水腔和下层水腔组成，上层水腔和下层水腔中间有隔板，上层水腔和下层水腔分别流动互不干扰；下层水腔被控制在一个有限的空间内，其水流速度容易保证，能够加强对气缸盖底板的冷却；这样有利于气缸盖水流控制的实现，降低气缸盖所受热负荷，提高缸盖寿命；同时隔板能够增加气缸盖刚度，提高了气缸盖机械负荷强度；主上水孔在气缸盖排气侧、两层水腔的连通孔5在进气侧可以使所有的冷却水在进入气缸盖后都流经排气道周围区域，水流先经过排气道与排气道之间区域，排气道与缸盖之间的区域，这样的设计首先保证了气缸盖热负荷最大的区域的冷却；其次在进气道与排气道之间的区域也是需要强化冷却的区域，因此水流经过排气道与排气道之间的区域流出后组织起分别流经两侧的排气道与进气道之间的区域，进气道与进气道之间的区域；上层水腔1、下层水腔2在进气侧连通，即上层水腔与下层水腔的连通孔5，然后水流统一流向主要连通孔5而进入缸盖上层水腔，水流分别流向相邻缸的水腔主要连通孔5。其中从排气道下方的辅助上水孔进入缸盖的水流经两缸之间连接的区域，再流向与其最近的主要连通孔5从而进入缸盖上层水腔2。其中一缸到四缸的辅助上水孔呈逐步增大的趋势。
实施例二
本发明气缸盖内部水流控制采用双层控制，气缸盖水腔由上层水腔1和下层水腔2组成，上层水腔1和下层水腔2中间有隔板，上层水腔1和下层水腔2分别流动互不干扰；下层水腔2被控制在一个有限的空间内，其水流速度容易保证，能够加强对气缸盖底板的冷却；这样有利于气缸盖水流控制的实现，降低气缸盖所受热负荷，提高缸盖寿命；同时隔板能够增加气缸盖刚度，提高了气缸盖机械负荷强度；主进水孔在气缸盖排气侧、两层水腔的连通孔5在进气侧可以使所有的冷却水在进入气缸盖后都流经排气道周围区域，另外在排气侧增加辅助连通孔。
第二气缸盖和第三气缸盖还包括有斜连通孔，分别为连接第一气缸盖近第二气缸盖侧的下连接水腔与第二气缸盖的上水腔及连接第二气缸盖近第三气缸盖侧的下连接水腔与第三气缸盖的上水腔。水流先经过排气道与排气道之间区域，排气道与缸盖之间的区域，这样的设计首先保证了气缸盖热负荷最大的区域的冷却；其次在进气道与排气道之间的区域也是需要强化冷却的区域，因此水流经过排气道与排气道之间的区域流出后组织起分别流经两侧的排气道与进气道之间的区域，进气道与进气道之间的区域；上层水腔1、下层水腔2在进气侧连通，即上层水腔与下层水腔的连接孔，然后水流统一流向主要连通孔5而进入缸盖上层水腔，水流分别流向相邻缸的水腔主要连通孔5。其中从排气道下方的辅助上水孔进入缸盖的水流经两缸之间连接的区域，再流向与其最近的主要连通孔5从而进入缸盖上层水腔2。其中一缸到四缸的辅助上水孔呈逐步增大的趋势。
在本实施例中，第二气缸盖和第三气缸盖还包括有斜连通孔，分别为连接第一气缸盖近第二气缸盖侧的下连接水腔与第二气缸盖的上水腔及连接第二气缸盖近第三气缸盖侧的下连接水腔与第三气缸盖的上水腔。通过本结构的设计，在气缸盖内会出现一种冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔并通过斜连通孔进入上水腔。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种发动机气缸盖冷却水系统，包括有一体成型的至少四缸发动机气缸盖，在气缸盖上设置有喷油器安装孔，在喷油器安装孔的周围分布有两个进气道和两个排气道，在气缸盖内部及进气道的外表面、排气道的外表面及喷油器安装孔的外表面形成气缸盖冷却水腔，其特征在于：气缸盖冷却水腔由中间隔板分成上层水腔与下层水腔；在上层水腔的一端设置有出水孔，在下层水腔的气缸盖下底面沿缸体均匀分布设置进水孔，冷却水通过进水孔进入下层水腔；在上层水腔与下层水腔之间设置有连通孔，下层冷却水通过连通孔进入上层水腔；
上层水腔由气缸盖内壁与进气道外表面和排气道上表面之间的上水腔、喷油器安装孔外表面与进气道外表面和排气道上表面之间的上鼻梁区及连通上水腔与上鼻梁区的上连接水腔组成；
下层水腔由气缸盖内壁与进气道外表面和排气道上表面之间的下水腔、喷油器安装孔外表面与进气道外表面和排气道上表面之间的下鼻梁区及连通下水腔与下鼻梁区的下连接水腔组成；
连通孔连接上水腔和下水腔；
第二气缸盖和第三气缸盖还包括有斜连通孔，分别连接第一气缸盖近第二气缸盖侧的下连接水腔与第二气缸盖的上水腔及连接第二气缸盖近第三气缸盖侧的下连接水腔与第三气缸盖的上水腔。
2.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水系统，其特征在于：所述连通孔设置于进气道外侧远离喷油器安装孔方向。
3.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水系统，其特征在于：在排气道侧设置有辅助上水孔。
4.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水系统，其特征在于：每个进气道或排气道的两侧均设置有两个上连接水腔和两个下连接水腔。
5.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水系统，其特征在于：在下层水腔内至少形成四条冷却水流路，分别为，
第一冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔进入相邻气缸盖的下层水腔流路；
第二冷却水流路，进入下水腔的冷却水沿气缸盖内壁及气缸盖下底面流动后流向连通孔进入上水腔；
第三冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，从下水腔的冷却水流向相邻气缸盖的下层水腔流路；
第四冷却水流路，从进水孔流入的冷却水进入下水腔，通过下连接水腔的引导进入喷油器安装孔附近的下鼻梁区，通过与相邻气缸盖相近侧的下连接水腔并通过斜连通孔进入上水腔。
6.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水系统，其特征在于：在上层水腔内至少形成两条冷却水流路，分别为，
第五冷却水流路，从连通孔的冷却水进入上水腔，通过上连接水腔进入上鼻梁区，再流向相邻气缸盖的上层水腔流路并向出水孔汇集；
第六冷却水流路，从连通孔的冷却水进入上水腔，在流过气缸盖内壁及进气道外表面或排气道外表面后流向相邻气缸盖的上层水腔流路并向出水孔汇集。
7.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水系统，其特征在于：所述进水孔包括有主进水孔和辅助进水孔，主进水孔和辅助进水孔均设置于排气道下侧，其中，自远离出水孔的气缸盖向出水孔侧的气缸盖，辅助出水孔面积呈逐步增大。
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