CN106246399B - 发动机气缸盖鼻梁区结构、发动机气缸盖及发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机气缸盖鼻梁区结构，发动机气缸盖鼻梁区为气缸盖的介于气缸盖进气道与气缸盖排气道之间的区域，其中，在所述发动机气缸盖鼻梁区中形成有台阶部，使得所述发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述进气道的区域的第一厚度大于所述发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述排气道的区域的第二厚度。本发明还提供了包括这种发动机气缸盖鼻梁区结构的发动机气缸盖以及包括这种发动机气缸盖的发动机。
Description
技术领域
本申请涉及一种发动机气缸盖鼻梁区结构、具有这种气缸盖鼻梁区结构的发动机气缸盖以及具有这种发动机气缸盖的发动机。
背景技术
通常，发动机在工作过程中会产生大量的热量，而两气门气缸盖(即，每缸气门数为两个：一个气门为进气门，一个气门为排气门)的气缸盖鼻梁区、即气缸盖进气道(即，进入燃烧室的气体在缸盖内流过的通道)与气缸盖排气道(即，排出燃烧室的气体在缸盖内流过的通道)之间的区域会受到气缸盖底面(即，气缸盖与发动机燃烧室接触的一面)气体燃烧高温、排气高温的影响，因而气缸盖鼻梁区的整体温度较高，且该区域结构复杂，受进气道、排气道、进气门座圈、排气门座圈、喷油器/火花塞安装孔的影响，布置空间较小，水流难以有效冷却，导致气缸盖鼻梁区故障率较高，是气缸盖布置设计的难点。因此，提高对气缸盖鼻梁区的冷却效果，确保发动机的工作性能日益成为气缸盖冷却的重点之一。
特别地，在气缸盖鼻梁区中，靠近进气道的区域因受到进气冷却影响而温度相对较低，而靠近排气道的区域因受到排气高温影响而温度相对较高，这导致进排气鼻梁区(即，从鼻梁区靠近进气道的区域至鼻梁区靠近排气道的区域)内部存在温度梯度(即，气缸盖上同一时刻不同区域温度的差异)，进而在进排气鼻梁区内部产生温度应力(即，因气缸盖鼻梁区上不同区域的温度梯度而导致该气缸盖鼻梁区内部产生的应力)，导致鼻梁区产生裂纹。
专利文献CN201010200794.8公开了一种具有强化冷却“鼻梁区”高温部位的汽油机气缸盖，在该气缸盖结构中，进气侧冷却水套内壁在进气道的“鼻梁区”相对的位置处设有凸出壁，以增大鼻梁区处的水流速度，使鼻梁区得到充足的冷却，另外，这种结构还可使更多的冷却液能流向排气道周围，以改善其冷却效果。
专利文献CN201210087286.2公开了一种发动机气缸盖冷却水套，其结构是在气缸体和气缸盖加工出同心垂直水道，在气缸盖上与鼻梁区域平行的位置加工水平水道，水平水道与垂直水道贯通。该结构可对气缸盖鼻梁区域进行专门的冷却，达到良好的冷却效果。
在这些现有的专利文献中，均未考虑到进排气鼻梁区内部的温度差，而是直接将鼻梁区当成一个整体，提出整体降低鼻梁区温度的方案，例如，整体增大鼻梁区水流量、整体增大鼻梁区水流速度，或者增加一种引流措施以使水流更有针对性地冷却鼻梁区。但是，在实际计算及测量中，气缸盖进排气鼻梁区不只面临整体温度高的问题，更面临内部温度梯度大的问题。在发动机运行时，气缸盖进排气鼻梁区中靠近进气道的区域的温度远低于气缸盖鼻梁区中靠近排气道的区域的温度，这种内部温度梯度产生温度应力，导致气缸盖进排气鼻梁区裂纹。因此，现有技术中的这些措施均无法解决因鼻梁区内部温度梯度而导致的裂纹。
因此，需要解决现有技术中因鼻梁区内部温度梯度而导致的裂纹的问题。
发明内容
本发明的目的是克服因鼻梁区内部温度梯度而导致的裂纹的问题，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种发动机气缸盖鼻梁区结构，发动机气缸盖鼻梁区为气缸盖的介于气缸盖进气道与气缸盖排气道之间的区域，其中，在所述发动机气缸盖鼻梁区中形成有台阶部，使得所述发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述进气道的区域的第一厚度大于所述发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述排气道的区域的第二厚度。
通过在发动机气缸盖鼻梁区中的不同区域配置这种厚度差，避免了发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述进气道的区域与发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述排气道的区域之间的温度梯度，从而消除了气缸盖鼻梁区的内部温度应力，降低或消除了气缸盖鼻梁区的裂纹风险。
根据本发明的另一方面，所述第一厚度至少比所述第二厚度大1mm。通过这种厚度差，可以显著地降低气缸盖鼻梁区的内部温度应力。
根据本发明的又一方面，在所述发动机气缸盖鼻梁区的位置处还结合有冷却水道，以提供对所述发动机气缸盖鼻梁区的进一步冷却。
本发明还提供了一种发动机气缸盖，所述发动机气缸盖包括前面描述的发动机气缸盖鼻梁区。
本发明还提供了一种发动机，所述发动机包括前面描述的发动机气缸盖。该发动机例如为气体发动机或柴油发动机。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的气缸盖的俯视截面图。
图2示出了根据本发明实施方式的气缸盖的仰视图。
图3示出了图1中的A-A截面的视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
现在将参照图1至图3来描述本发明的实施方式的发动机气缸盖鼻梁区结构。
图1示出了根据本发明的实施方式的气缸盖100的俯视截面图(即，从气缸盖顶面向气缸盖底面观察)，图2示出了根据本发明实施方式的气缸盖的仰视图(即，从气缸盖底面向气缸盖顶面观察)。本发明的实施方式是以发动机两气门气缸盖为例的，但是本实施方式也适用于其它的多气门气缸盖，特别地，该发动机例如为气体发动机，但其也可以是柴油发动机。
在以下的描述中，将着重描述气缸盖鼻梁区结构，气缸盖100其它部位的结构与现有技术基本相似，这里省略对这些部位的描述。
气缸盖100包括进气道10、排气道20以及进气道10与排气道20之间的气缸盖鼻梁区(也可以称之为进排气鼻梁区)30，如图1和图2中所示的。其中，进气道10包括位于进气道10附近的壁12。
如之前描述的，在现有技术中，气缸盖鼻梁区的设计思路均为整体改善气缸盖鼻梁区30的冷却，即通过各种方法，促使气缸盖鼻梁区30温度整体降低。然而，气缸盖鼻梁区30除受到气缸盖底面燃烧温度的影响，导致整体温度较高外，气缸盖鼻梁区30中靠近进气道10的区域32还受到进气冷却的影响，温度较低，而气缸盖鼻梁区30中靠近排气道20的区域34还受到排气高温的影响，温度进一步升高，即，气缸盖鼻梁区30中同时存在温度相对较低的区域32和温度相对较高的区域34，且这两个区域分别持续受到进气冷却和排气高温的影响，温度梯度持续存在，产生温度应力，导致气缸盖鼻梁区30出现裂纹。
图3为图1中A-A截面的视图，其中，气缸盖鼻梁区30连接着进气道10和排气道20，在本发明的实施方式中在气缸盖鼻梁区30中设计或形成有台阶部36，使气缸盖鼻梁区30中靠近进气道10的区域32的厚度为T1，气缸盖鼻梁区30中靠近排气道20的区域34的厚度为T2，并且，T1＞T2。当发动机运行时，气缸盖鼻梁区30整体受到气缸盖底部燃烧高温的影响，区域32由于壁厚T1较大，冷却相对较慢，区域34由于壁厚T2较小，冷却相对较快，此时，区域32的温度理论上高于区域34的温度。此外，当发动机运行时，区域32受到进气道10中的进气冷却影响，温度会相应降低，区域34由于受到排气道20中的排气加热影响，温度会相应升高，此时，区域32的温度理论上会低于区域34的温度。第一厚度T1和第二厚度T2带来的温度差，与进气冷却和排气加热带来的温度差互相抵消，使得区域32与区域34的温度基本相同，避免了区域32与区域34之间的温度梯度，从而消除了气缸盖鼻梁区30的内部温度应力，降低或消除了气缸盖鼻梁区30的裂纹风险。
在本发明结构改进前或在现有技术的气缸盖鼻梁区中，气缸盖鼻梁区的厚度是均匀的，即T1＝T2，气缸盖鼻梁区中靠近进气道的区域与气缸盖鼻梁区中靠近排气道的区域的温度差计算值为75°，热冲击试验出现鼻梁区裂纹，市场使用鼻梁区裂纹故障率也较高。而在本发明中的气缸盖鼻梁区改进结构中，当T1-T2＝2mm时，气缸盖鼻梁区中靠近进气道的区域32与气缸盖鼻梁区中靠近排气道的区域34的温度差计算值为45°，内部温度应力明显下降，试验验证也未出现鼻梁区裂纹。可见，在本实施方式的气缸盖鼻梁区结构中，气缸盖鼻梁区中靠近进气道的区域32与气缸盖鼻梁区中靠近排气道的区域34之间的台阶部36的梯度能有效降低或消除进排气鼻梁区温度梯度，减小或消除温度应力，避免进排气鼻梁区裂纹，而且T1-T2的差值可以至少大于1mm，例如T1-T2的差值为2mm，这样能够更显著地降低温度梯度，只要能够保证气缸盖的进气道与排气道之间的结构强度即可。
此外，在本发明的改型实施方式中，可以在气缸盖鼻梁区30的位置进一步结合冷却水道(未示出)，从而提供对气缸盖鼻梁区的进一步冷却。
特别地，冷却水道的结构可以构造为使得对气缸盖鼻梁区中靠近进气道的区域提供的冷却量少于对气缸盖鼻梁区中靠近排气道的区域提供的冷却量，使得可以进一步更好地降低或消除进排气鼻梁区温度梯度，例如，可以将冷却水道在进气道附近的通道的通流量构造为小于冷却水道在排气道附近的通道的通流量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种发动机气缸盖鼻梁区结构，发动机气缸盖鼻梁区为气缸盖的介于气缸盖进气道与气缸盖排气道之间的区域，其特征在于，在所述发动机气缸盖鼻梁区中形成有台阶部，使得所述发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述进气道的区域的第一厚度大于所述发动机气缸盖鼻梁区中靠近所述排气道的区域的第二厚度。
2.根据权利要求1所述的发动机气缸盖鼻梁区结构，其特征在于，所述第一厚度至少比所述第二厚度大1mm。
3.根据权利要求1所述的发动机气缸盖鼻梁区结构，其特征在于，在所述发动机气缸盖鼻梁区的位置处还结合有冷却水道，以提供对所述发动机气缸盖鼻梁区的进一步冷却。
4.一种发动机气缸盖，其特征在于，所述发动机气缸盖包括根据权利要求1至3中的任一项所述的发动机气缸盖鼻梁区。
5.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括根据权利要求4所述的发动机气缸盖。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述发动机为气体发动机或柴油发动机。
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