CN103459814A - 内燃机的气缸盖 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机的气缸盖。在气缸盖(1)以包围火花塞安装孔(5)的方式形成有水套(4)。通过进气口、排气口(7、8)与火花塞安装孔(5)之间的部分处的水套(4)的上表面(12～14)低于火花塞安装孔(5)的周围的除此以外的部分处的水套(4)的上表面(15～17)来提高刚性，由此来抑制因缸内压力导致的气缸盖(1)的变形，缓和伴随着该变形的火花塞安装孔(5)周围的应力集中。

Description

内燃机的气缸盖
技术领域
本发明涉及具备进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔周围的水套的内燃机的气缸盖。
背景技术
众所周知，内燃机的气缸盖在上盖(upper deck)与下盖(lower deck)之间具备进气口、排气口以及通过火花塞安装孔的周围的水套。进而，利用在这样的水套中流动的冷却水来进行气缸盖的冷却。
进而，以往，在专利文献1中提出有形成为如下结构的气缸体：在包括邻接的两个气缸盖螺栓穿通孔的平面与火花塞安装孔之间设置结合上盖和下盖的柱状部。在该文献所记载的气缸盖中，通过设置柱状部，缓和火花塞周围的应力，并且确保火花塞周围的冷却性能。
另外，在专利文献2中记载有如下的气缸盖：通过利用设置于下盖的厚壁部连结气缸盖螺栓凸台与进气口、排气口来提高下盖的强度。并且，在专利文献3中记载有如下的气缸盖：在下盖的上表面设置将排气口的上游侧开口部之间连结在一起的肋，利用该肋来提高刚性。
专利文献1：日本特开2009-264260号公报
专利文献2：日本特开2004-218481号公报
专利文献3：日本特开2003-310157号公报
然而，在内燃机的运转中，如图6所示，借助缸内压力，设置有火花塞安装孔50的燃烧室的顶面部分被推起。进而，产生以火花塞安装孔50为中心而进气口51以及排气口52朝外侧打开的方向的拉伸应力。应力集中于火花塞安装孔50的周围。
在该点上，在上述文献1的气缸盖中，由于仅对气缸盖两端部进行了加强，因此认为火花塞周围的应力缓和并不充分。并且，为了确保足够的强度，考虑增加柱状部的数量，但是，在这种情况下，会招致气缸盖的重量的增加。
另外，近年来，通过使用涡轮增压器进行的增压供气来确保最大输出从而降低排气量的内燃机的涡轮小型化(turbo downsizing)得到发展。在这样的内燃机中，由于增压区域的扩大，在广阔的运转区域中都作用有较高的缸内压力，因此，围绕气缸盖的环境在强度上、热力学上都变得苛刻。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制因缸内压力导致的气缸盖的变形、能够适当地缓和伴随着该变形的火花塞等的安装孔周围的应力集中的内燃机的气缸盖。
为了解决上述课题，本发明提供一种内燃机的气缸盖，上述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，上述内燃机的气缸盖的特征在于，进气口以及排气口中的至少一方与安装孔之间的部分处的水套的周边的刚性高于安装孔的周围的除此以外的部分处的水套的周边的刚性。
在上述结构中，进气口、排气口与安装孔之间的部分的刚性提高。该刚性提高的部分就是因缸内压力将燃烧室的顶面部分推起而产生朝外侧打开的方向的拉伸应力的部分。因此，能够抑制因缸内压力导致的气缸盖的变形，能够适当地缓和伴随着该变形的气缸盖周围的应力集中。
并且，为了解决上述课题，本发明提供一种内燃机的气缸盖，上述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，上述内燃机的气缸盖的特征在于，进气口以及排气口中的至少一方与安装孔之间的部分处的水套的周边被实施了用于提高刚性的加强。
在上述结构中，进气口、排气口与安装孔之间的部分的刚性提高。该刚性提高的部分就是因缸内压力将燃烧室的顶面部分推起而产生朝外侧打开的方向的拉伸应力的部分。因此，能够抑制因缸内压力导致的气缸盖的变形，能够适当地缓和伴随着该变形的气缸盖周围的应力集中。
另外，例如通过使进气口以及排气口中的至少一方与安装孔之间的部分处的水套的上表面低于安装孔的周围的除此以外的部分处的水套的上表面，或者通过对水套的周围的壁面进行增厚，实施上述加强。
并且，为了解决上述课题，本发明提供一种内燃机的气缸盖，上述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，上述内燃机的气缸盖的特征在于，进气口以及排气口中的至少一方与安装孔之间的部分处的水套的上表面低于安装孔的周围的除此以外的部分处的水套的上表面。
在上述结构中，通过降低水套的上表面，进气口、排气口与安装孔之间的部分的刚性提高。该刚性提高的部分就是因缸内压力将燃烧室的顶面部分推起而产生朝外侧打开的方向的拉伸应力的部分。因此，能够抑制因缸内压力导致的气缸盖的变形，能够适当地缓和伴随着该变形的气缸盖周围的应力集中。
此外，为了解决上述课题，本发明提供一种内燃机的气缸盖，上述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，上述内燃机的气缸盖的特征在于，对进气口以及排气口中的至少一方与安装孔之间的部分处的水套的壁面进行增厚。
在上述结构中，通过进行水套的壁面的增厚，进气口、排气口与安装孔之间的部分的刚性提高。该刚性提高的部分就是因缸内压力将燃烧室的顶面部分推起而产生朝外侧打开的方向的拉伸应力的部分。因此，能够抑制因缸内压力导致的气缸盖的变形，能够适当地缓和伴随着该变形的气缸盖周围的应力集中。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的内燃机的气缸盖的剖视图，是示出沿着图中右下所示的示意平面图的A-A线的截面构造的剖视图。
图2是该实施方式的气缸盖的剖视图，是示出沿着图中右下所示的示意平面图的B-B线的截面构造的剖视图。
图3是示出形成于该实施方式的气缸盖的水套的从上方观察的平面构造的平面图。
图4是局部地示出形成于该实施方式的气缸盖的水套的立体构造的立体图。
图5是示出本发明的第二实施方式所涉及的内燃机的气缸盖的截面构造的剖视图。
图6是示出以往的内燃机的气缸盖的与缸内压力对应的拉伸应力的作用方式的剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照图1～图4对将本发明的内燃机的气缸盖具体化了的第一实施方式详细地进行说明。另外，本实施方式的气缸盖应用于直列四缸的内燃机。
如图1所示，气缸盖1的内部形成为由下盖2和上盖3这两个盖构成的双层构造。在下盖2和上盖3之间形成有供冷却水流动的水套4。
如图2所示，在气缸盖1的下部形成有供作为被冷却部件的火花塞安装的火花塞安装孔5，和进气口7以及排气口8等各口。另外，在该气缸盖1，在各气缸分别设置有一个火花塞安装孔5、一对进气口7以及一对排气口8。
在这样的气缸盖1中，形成有如图3以及图4所示的形状的水套4。另外，水套4形成为避开火花塞安装孔5所通过的部分9、进气口所通过的部分10以及排气口8所通过的部分11。
如图4所示，在该气缸盖1中，进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套4的上表面12～14形成为比火花塞安装孔5周围的其他部分处的水套4的上表面15～17低一级。进而，由此来进行进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分的加强，该部分处的水套4周围的刚性提高。对于这样的本实施方式的气缸盖1，从图2中以虚线示出的以往的气缸盖的同样的水套省略了该图2中以剖面线示出的部分C。
其次，对以上述方式构成的气缸盖1的作用进行说明。
在具备本实施方式的气缸盖1的内燃机中，由于因燃烧而产生的缸内压力，位于燃烧室的顶面的气缸盖1的下表面被推起。进而，通过该推起，产生以火花塞安装孔5为中心而进气口7以及排气口8朝外侧打开的方向的拉伸应力。然而，在这种气缸盖1中，进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分的刚性提高，此时的气缸盖1的变形被抑制。进而，结果，作用有缸内压力时的火花塞安装孔5周围的应力集中得以缓和。
根据以上说明了的本实施方式，能够起到如下的效果。
(1)在本实施方式中，在火花塞安装孔5的周围，进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套4的上表面12～14比火花塞安装孔5周围的除此以外的部分处的水套4的上表面15～17低。进而，由此，进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分的水套4的周围被加强，其刚性提高。因此，能够抑制因缸内压力而导致的气缸盖1的变形，能够适当地缓和伴随着该变形的火花塞安装孔5周围的应力集中。
(2)在本实施方式中，在提高刚性的同时，在靠近燃烧室的火花塞安装孔5的下部的周围残留有水套4。因此，在提高火花塞安装孔5周围的刚性而缓和火花塞安装孔5周围的应力集中的同时，能够维持变得高温的燃烧室侧的部分的冷却性能。
(3)在本实施方式中，在降低进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套4的上表面12～14的同时，两个排气口8之间的部分的水套4的上表面17仍然较高。因此，在提高火花塞安装孔5周围的刚性而缓和火花塞安装孔5周围的应力集中的同时，能够维持变得高温的排气口8之间的部分的冷却性能。
(第二实施方式)
接着，参照图5对将本发明的内燃机的气缸盖具体化了的第二实施方式详细地进行说明。另外，本实施方式的气缸盖相对于第一实施方式的气缸盖仅仅对形成在火花塞安装孔5周围的水套的形状进行了变更。因此，在本实施方式中，对与第一实施方式的结构共通的结构标注相同标号并省略详细说明。
如图5所示，在本实施方式的气缸盖20中也以冷却水通过火花塞安装孔5的周围流动的方式形成有水套21。然而，在本实施方式中形成为：即便是在进气口7、排气口8与火花塞安装孔5之间的部分，水套21的上表面也与火花塞安装孔5周围的除此以外的部分的水套21的上表面形成为相同高度。
然而，在本实施方式的气缸盖20中，通过将进气口7、排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套21的内周侧的壁面21a增厚来进行加强。该图5中以剖面线示出的部分22表示该实施了增厚的部分。
其次，对以上述方式构成的气缸盖20的作用进行说明。
在本实施方式的气缸盖20中，当作用有缸内压力时，燃烧室正上的火花塞安装孔5周围被推起，以火花塞安装孔5为中心，进气口7以及排气口8以朝外侧打开的方式变形。此时，在该气缸盖20中，通过形成增厚部22，进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分的刚性提高。因此，在该气缸盖20中，能够抑制因缸内压力的作用而导致的变形，能够缓和伴随着该变形的火花塞安装孔5周围的应力集中。
根据以上说明了的本实施方式，能够起到如下的效果。
(4)在本实施方式中，对进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套4的壁面进行增厚。进而，由此，进气口7以及排气口8与火花塞安装孔5之间的区域的水套4的周围被加强，其刚性提高。因此，能够适当地缓和因缸内压力而导致的火花塞安装孔5周围的应力集中。
(5)在本实施方式中，在水套21的上部进行用于对水套21的壁面进行加强的增厚。因此，在提高进气口7、排气口8与火花塞安装孔5之间的部分的刚性的同时，在靠近燃烧室的区域，并不缩小流路面积，水套21保持原样，因此能够维持变得高温的燃烧室侧的区域的冷却性能。
以上说明了的各实施方式能够以下述方式变更而加以实施。
·在第二实施方式中，对进气口7、排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套21的内周侧进行增厚，然而，也可以对该部分处的水套21的外周侧进行增厚。
·在第二实施方式中，对进气口7、排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套21的上部进行增厚，然而，如果需要确保用于缓和应力集中的刚性，也可以对水套21的下部也进行增厚。另外，为了确保冷却性能，优选扩宽水套21的下部的流路面积。因此，即便在需要从水套21的上部到下部进行增厚的情况下，也优选减少下部的增厚量并增多上部的增厚量，从而以使得越趋向下部则宽度越宽的方式形成水套21。
·在上述实施方式中，通过降低水套4的上表面或者进行灾难过后来提高进气口7、排气口8与火花塞安装孔5之间的部分处的水套4、21周围的刚性。用于提高这样的部分的刚性的加强例如也可以通过设置梁或者肋、或者利用比其他部分的材料的刚性高的材料来形成上述的部分的水套4、21的周围等其他的加强方法来进行加强。
·在上述实施方式中，对火花塞安装孔5与进气口7之间的部分、以及火花塞安装孔5与排气口8之间的部分双方进行加强，然而，如果能够充分地缓和应力集中，则也可以省略其中的任一方的加强。
·在上述实施方式中，形成用于安装火花塞的火花塞安装孔5，然而，例如在柴油机等重，代替火花塞而在气缸盖安装有喷射器。即便在这种情况下，如果对进气口、排气口中的至少一方与喷射器安装孔之间的部分处的水套的周围进行加强，则能够缓和喷射器安装孔周围的应力集中。另外，在该情况下，喷射器成为被冷却部件。
·在上述实施方式中，针对每个气缸分别设置有一对进气口7和一对排气口8，然而，每个气缸的进气口7以及排气口8的数量、配置并不限于此，可以适当变更。
·在上述实施方式中，对将本发明应用于直列四缸的内燃机的情况进行了说明，然而，本发明同样能够应用于除此以外的气缸排列类型的内燃机。
附图标记说明：
1：气缸盖；2：下盖；3：上盖；4：水套；5：火花塞安装孔(用于安装被冷却部件的安装孔)；7：进气口；8：排气口；9：火花塞安装孔所通过的部分；10：进气口所通过的部分；11：排气口所通过的部分；12～14(进气口、排气口和火花塞安装孔之间的部分处的水套的)上表面；15～17：(火花塞安装孔周围的除此以外的部分的水套的)上表面；20：气缸盖；21：水套；21a：水套的壁面；22：被增厚的部分；50：火花塞安装孔；51：进气口；52：排气口。

Claims (6)

1.一种内燃机的气缸盖，
所述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，
所述内燃机的气缸盖的特征在于，
所述进气口以及所述排气口中的至少一方与所述安装孔之间的部分处的所述水套的周边的刚性高于所述安装孔的周围的除此以外的部分处的所述水套的周边的刚性。
2.一种内燃机的气缸盖，
所述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，
所述内燃机的气缸盖的特征在于，
所述进气口以及所述排气口中的至少一方与所述安装孔之间的部分处的所述水套的周边被实施了用于提高刚性的加强。
3.根据权利要求2所述的内燃机的气缸盖，其中，
通过使所述进气口以及所述排气口中的至少一方与所述安装孔之间的部分处的所述水套的上表面低于所述安装孔的周围的除此以外的部分处的所述水套的上表面，实施所述加强。
4.根据权利要求2所述内燃机的气缸盖，其中，
所述加强是通过对所述水套的周围的壁面进行增厚而实施的。
5.一种内燃机的气缸盖，
所述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，
所述内燃机的气缸盖的特征在于，
所述进气口以及所述排气口中的至少一方与所述安装孔之间的部分处的所述水套的上表面低于所述安装孔的周围的除此以外的部分处的所述水套的上表面。
6.一种内燃机的气缸盖，
所述内燃机的气缸盖具备：进气口、排气口、用于安装被冷却部件的安装孔以及设置在该安装孔的周围的水套，
所述内燃机的气缸盖的特征在于，
对所述进气口以及所述排气口中的至少一方与所述安装孔之间的部分处的所述水套的壁面进行增厚。
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