CN103982317B - 一种高强度柴油机气缸盖 - Google Patents

Abstract

一种高强度柴油机气缸盖，包括气缸盖本体及其内部开设的上水腔、下水腔，上水腔、下水腔均环绕喷油器安装孔的外围设置，下水腔顶部近喷油器安装孔的凸起区为向下水腔内部延伸的弧形结构，该凸起区上远离喷油器安装孔端与下水腔的底面的纵向距离大于近喷油器安装孔端与底面的纵向距离，且近喷油器安装孔端与远离喷油器安装孔端的横向距离大于近喷油器安装孔端与鼻梁区的横向距离，底面上鼻梁区处开设的凹槽的深度小于近喷油器安装孔端与远离喷油器安装孔端的纵向距离。本设计可以有效降低气缸盖的工作温度与温度梯度、释放鼻梁区位置的热膨胀约束、提高气缸盖的整体刚度，从而全面提高气缸盖的抗热、抗机械疲劳性能。

Description

一种高强度柴油机气缸盖

技术领域

本发明涉及一种气缸盖结构，尤其涉及一种具有鼻梁区局部反拱形结构的高强度柴油机气缸盖，具体适用于降低气缸盖热关键区域的工作温度与温度梯度、提高气缸盖的机械强度与热强度。

背景技术

为满足柴油机的动力性、经济性与排放需求，柴油机的功率密度与爆发压力不断提高，其气缸盖所承受的机械负荷与热负荷也随之增加，气缸盖的疲劳失效问题就变得越发突出。如何全面地提高气缸盖的抗机械疲劳性能与抗热疲劳性能已经成为目前柴油机气缸盖设计的要点。

中国专利授权公告号为CN101413459B，授权公告日为2010年9月1日的发明专利公开了一种具有双层水流通道的高强度气缸盖，该气缸盖在上顶板与下底板之间设有与它们一体连接的中隔板，且中隔板将冷却水腔相互独立的上水腔与下水腔。虽然该发明可强化冷却作用、减小缸盖的热应力、提高结构强度与刚度，但无法实现气缸盖底板区域的精确冷却，也无法有效释放气缸盖底板鼻梁区位置的热膨胀约束，使用效果欠佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的无法实现气缸盖底板区域的精确冷却、无法有效释放气缸盖底板鼻梁区位置的热膨胀约束的问题，提供一种能够实现气缸盖底板区域的精确冷却、且能有效释放气缸盖底板鼻梁区位置的热膨胀约束的高强度柴油机气缸盖。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种高强度柴油机气缸盖，包括气缸盖本体以及其内部开设的上水腔与下水腔，所述上水腔、下水腔均环绕气缸盖本体中心开设的喷油器安装孔的外围设置，且上水腔近气缸盖本体的顶部设置，下水腔近气缸盖本体的底部设置，上水腔通过连接通道与下水腔相通；

所述气缸盖本体的底部开设有多个气门孔，相邻的气门孔之间形成鼻梁区；

所述下水腔的顶部上近喷油器安装孔的凸起区为向下水腔的内部延伸的弧形结构，该凸起区上远离喷油器安装孔端与下水腔的底面的纵向距离大于近喷油器安装孔端与底面的纵向距离，且近喷油器安装孔端与远离喷油器安装孔端的横向距离大于近喷油器安装孔端与鼻梁区的横向距离。

所述凸起区为平底型或V型结构。

所述底面上鼻梁区处开设有凹槽，且凹槽的深度小于近喷油器安装孔端与远离喷油器安装孔端的纵向距离。

所述凹槽的数量为每缸1‐4个。

所述远离喷油器安装孔端与顶部的交接处、近喷油器安装孔端与下水腔的内侧壁的交接处、凹槽与底面的交接处都为圆角过渡。

所述上水腔的高度大于下水腔的高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种高强度柴油机气缸盖中下水腔的顶部上近喷油器安装孔的凸起区为向下水腔的内部延伸的弧形结构，该凸起区上远离喷油器安装孔端与下水腔的底面的纵向距离大于近喷油器安装孔端与底面的纵向距离，且近喷油器安装孔端与远离喷油器安装孔端的横向距离大于近喷油器安装孔端与鼻梁区的横向距离，即弧形结构覆盖了与鼻梁区对应的区域以及下水腔喷油器孔区域，该设计有效减小了下水腔喷油器孔区域与鼻梁区的流通截面积，提高了下水腔喷油器孔区域与鼻梁区的流速，从而增强了这两个区域的冷却强度。因此，本发明可提高热关键区域的冷却强度。

2、本发明一种高强度柴油机气缸盖中底面上鼻梁区处开设有凹槽，在换热方面，该设计能够降低鼻梁区的局部换热热阻，进一步提高鼻梁区的热交换能力，有利于降低鼻梁区的工作温度与温度梯度；在机械强度方面，该设计使得底面上的鼻梁区处形成局部反拱形结构，在有效减小气缸盖底板鼻梁区厚度的同时保证了气缸盖底部的整体厚度，不仅有助于提高气缸盖的整体刚度与机械强度，而且降低了鼻梁区冷却水套侧抵抗缸内爆压时承受的拉应力，防止出现局部机械疲劳失效；热强度方面，该设计降低了气缸盖鼻梁区位置在受热膨胀时的弯曲刚度，有助于释放鼻梁区火力面侧在受热膨胀时受到的水平径向约束，减小气缸盖鼻梁区承受的热应力。因此，本发明降低了鼻梁区的工作温度与温度梯度、避免了局部机械疲劳失效的出现、且有利于增强气缸盖的热强度与抗热疲劳性能。

3、本发明一种高强度柴油机气缸盖中远离喷油器安装孔端与顶部的交接处、近喷油器安装孔端与下水腔的内侧壁的交接处、凹槽与底面的交接处都采用圆角过渡，该设计不仅保证了缸盖水流通道的平滑过渡、减小了流动阻力，而且减小了过渡区域的局部应力集中，防止局部机械疲劳失效。因此，本发明不仅减小了水流阻力，而且防止了局部机械的疲劳失效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图中：气缸盖本体1、上水腔11、下水腔12、连接通道13、顶部14、底面15、内侧壁16、气门孔17、喷油器安装孔2、鼻梁区3、凹槽4、凸起区5、远离喷油器安装孔端51、近喷油器安装孔端52。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1、图2，一种高强度柴油机气缸盖，包括气缸盖本体1以及其内部开设的上水腔11与下水腔12，所述上水腔11、下水腔12均环绕气缸盖本体1中心开设的喷油器安装孔2的外围设置，且上水腔11近气缸盖本体1的顶部设置，下水腔12近气缸盖本体1的底部设置，上水腔11通过连接通道13与下水腔12相通；

所述气缸盖本体1的底部开设有多个气门孔17，相邻的气门孔17之间形成鼻梁区3；

所述下水腔12的顶部14上近喷油器安装孔2的凸起区5为向下水腔12的内部延伸的弧形结构，该凸起区5上远离喷油器安装孔端51与下水腔12的底面15的纵向距离大于近喷油器安装孔端52与底面15的纵向距离，且近喷油器安装孔端52与远离喷油器安装孔端51的横向距离大于近喷油器安装孔端52与鼻梁区3的横向距离。

所述凸起区5为平底型或V型结构。

所述底面15上鼻梁区3处开设有凹槽4，且凹槽4的深度小于近喷油器安装孔端52与远离喷油器安装孔端51的纵向距离。

所述凹槽4的数量为每缸1‐4个。

所述远离喷油器安装孔端51与顶部14的交接处、近喷油器安装孔端52与下水腔12的内侧壁16的交接处、凹槽4与底面15的交接处都为圆角过渡。

所述上水腔11的高度大于下水腔12的高度。

本发明的原理说明如下：

柴油机工作时，气缸盖热关键区域如鼻梁区的工作温度与温度梯度过高、热膨胀约束过大是导致其热疲劳失效的原因，气缸盖的整体刚性不足、局部应力集中过大是导致其机械疲劳失效的原因，本发明从以上各方面着手来综合提高气缸盖的抗机械疲劳性能与抗热疲劳性能。

本发明中上水腔11的高度大于下水腔12的高度，下水腔12的顶部14上近喷油器安装孔2的凸起区5为向下水腔12的内部延伸的弧形结构，该凸起区5上远离喷油器安装孔端51与下水腔12的底面15的纵向距离大于近喷油器安装孔端52与底面15的纵向距离，且近喷油器安装孔端52与远离喷油器安装孔端51的横向距离大于近喷油器安装孔端52与鼻梁区3的横向距离，底面15上鼻梁区3处开设有凹槽4，且凹槽4的深度小于近喷油器安装孔端52与远离喷油器安装孔端51的纵向距离，通过有效设计凸起区5的形状来获得更加理想的冷却换热强度分布，从而实现了气缸盖各区域的精确冷却，即：气缸盖鼻梁区的换热强度＞气缸盖喷油器孔区域的换热强度＞气缸盖下水套其它区域的换热强度＞气缸盖上水套区域的换热强度，保证了热关键区域可获得较高的换热强度，而非热关键区域仅获得较低的换热强度，这有利于降低鼻梁区3的工作温度与温度梯度，提高气缸盖的抗热疲劳性能。

本发明将凹槽4的数量设计为每缸1‐4个，可根据各鼻梁区3的机械强度与热强度大小来对凹槽4的数量进行相应调整。

实施例1：

参见图1、图2，一种高强度柴油机气缸盖，包括气缸盖本体1以及其内部开设的上水腔11与下水腔12，所述上水腔11、下水腔12均环绕气缸盖本体1中心开设的喷油器安装孔2的外围设置，且上水腔11近气缸盖本体1的顶部设置，下水腔12近气缸盖本体1的底部设置，上水腔11通过连接通道13与下水腔12相通，上水腔11的高度大于下水腔12的高度，所述气缸盖本体1的底部开设有多个气门孔17，相邻的气门孔17之间形成鼻梁区3，所述下水腔12的顶部14上近喷油器安装孔2的凸起区5为向下水腔12的内部延伸的弧形结构，该凸起区5为平底型或V型结构，且凸起区5上远离喷油器安装孔端51与下水腔12的底面15的纵向距离大于近喷油器安装孔端52与底面15的纵向距离，且近喷油器安装孔端52与远离喷油器安装孔端51的横向距离大于近喷油器安装孔端52与鼻梁区3的横向距离，所述底面15上鼻梁区3处开设有凹槽4，且凹槽4的深度小于近喷油器安装孔端52与远离喷油器安装孔端51的纵向距离，凹槽4的数量为每缸1‐4个，所述远离喷油器安装孔端51与顶部14的交接处、近喷油器安装孔端52与下水腔12的内侧壁16的交接处、凹槽4与底面1的5交接处都为圆角过渡。

Claims (5)

1.一种高强度柴油机气缸盖，包括气缸盖本体（1）以及其内部开设的上水腔（11）与下水腔（12），所述上水腔（11）、下水腔（12）均环绕气缸盖本体（1）中心开设的喷油器安装孔（2）的外围设置，且上水腔（11）近气缸盖本体（1）的顶部设置，下水腔（12）近气缸盖本体（1）的底部设置，上水腔（11）通过连接通道（13）与下水腔（12）相通，其特征在于：

所述气缸盖本体（1）的底部开设有多个气门孔（17），相邻的气门孔（17）之间形成鼻梁区（3）；

所述下水腔（12）的顶部（14）上近喷油器安装孔（2）的凸起区（5）为向下水腔（12）的内部延伸的弧形结构，该凸起区（5）上远离喷油器安装孔端（51）与下水腔（12）的底面（15）的纵向距离大于近喷油器安装孔端（52）与底面（15）的纵向距离，且近喷油器安装孔端（52）与远离喷油器安装孔端（51）的横向距离大于近喷油器安装孔端（52）与鼻梁区（3）的横向距离；

所述底面（15）上鼻梁区（3）处开设有凹槽（4），该凹槽（4）的深度小于近喷油器安装孔端（52）与远离喷油器安装孔端（51）的纵向距离，且凹槽（4）在鼻梁区（3）处形成局部反拱形结构。

2.根据权利要求1所述的一种高强度柴油机气缸盖，其特征在于：所述凸起区（5）为平底型或V型结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度柴油机气缸盖，其特征在于：所述凹槽（4）的数量为每缸1‐4个。

4.根据权利要求1或2所述的一种高强度柴油机气缸盖，其特征在于：所述远离喷油器安装孔端（51）与顶部（14）的交接处、近喷油器安装孔端（52）与下水腔（12）的内侧壁（16）的交接处、凹槽（4）与底面（15）的交接处都为圆角过渡。

5.根据权利要求1或2所述的一种高强度柴油机气缸盖，其特征在于：所述上水腔（11）的高度大于下水腔（12）的高度。