CN108035816B - V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于内燃发动机技术领域，涉及一种V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构，包括发动机机体，发动机机体中配合设置气缸套，气缸套中滑动设置活塞，发动机机体顶部连接气缸盖；其特征在于：所述发动机机体下部设有水腔进水口，汽缸套下部外圆与发动机机体之间形成下层水腔，汽缸套凸肩下部曲面与发动机机体内腔之间形成上层水腔；发动机机体上部设有若干斜向水孔、横向水孔及竖向水孔，所述斜向水孔包括第一斜向水孔、第二斜向水孔、第三斜向水孔。该结构能有效改善气缸套上部区域的冷却效果，减少气缸套轴向温度差，同时水腔结构简单，零件加工简便。

Description

V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构

技术领域

本发明属于内燃发动机技术领域，涉及一种V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构。

背景技术

目前内燃发动机均采用水冷式气缸套，通过在气缸套周围设置冷却水腔，使冷却水在水腔内循环流动，将缸套承受的大量热量导出，保证发动机受热部件得到有效冷却。

随着大功率V型发动机的出现，发动机升功率不断提高，缸内燃烧产生的热量也随之增加，导致发动机热负荷增加，特别是靠近活塞上止点的气缸套上部区域由于受到混合气燃烧产生的高温、高压作用以及气缸盖螺栓紧固力的作用，其热负荷和机械负荷更大。

通常情况下，在气缸套的水腔结构设计中，冷却水一般只冷却气缸套中下部位，而气缸套上部区域往往得不到冷却或冷却不足，导致气缸套轴向温度差异大，容易造成与气缸套内表面接触且高速运动的活塞环烧结、曲轴箱窜气量和机油耗增加、气缸套磨损加剧甚至产生拉缸等严重故障，使发动机使用寿命降低。

目前为解决上述问题，现有技术中，都是在气缸套的凸肩厚壁内钻加工出呈空间多角度的斜向冷却水孔和横向水孔，或在气缸套外圆上加工出有复杂曲面的大、小导流槽和数量很多的横向水孔。然而，这样的气缸套结构复杂、加工困难，成本增加，同时影响气缸套的整体刚度。

因此需要对气缸套冷却水腔结构进一步改善，一方面解决现有V型大功率发动机气缸套轴向冷却不均匀、温度差异大等缺点，另一方面需要简化气缸套的结构，减少加工工艺，降低成本，提高生产效率。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构，该结构能有效改善气缸套上部区域的冷却效果，减少气缸套轴向温度差，同时水腔结构简单，零件加工简便。

按照本发明的技术方案：一种V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构，包括发动机机体，发动机机体中配合设置气缸套，气缸套中滑动设置活塞，发动机机体顶部连接气缸盖；其特征在于：所述发动机机体下部设有水腔进水口，气缸套下部外圆与发动机机体之间形成下层水腔，气缸套凸肩下部曲面与发动机机体内腔之间形成上层水腔；发动机机体上部设有若干斜向水孔、横向水孔及竖向水孔，所述斜向水孔包括第一斜向水孔、第二斜向水孔、第三斜向水孔，横向水孔包括第一横向水孔、第二横向水孔、第三横向水孔，竖向水孔包括第一竖向水孔、第二竖向水孔及第三竖向水孔，下层水腔、第一斜向水孔、第一竖向水孔、第一横向水孔、上层水腔相连通，第二斜向水孔、第二竖向水孔及气缸盖排气侧进水口相连通，上层水腔、第三横向水孔、第三竖向水孔及气缸盖上的气缸盖进气侧进水口相连通。

作为本发明的进一步改进，所述气缸套凸肩下部曲面包括顺次连接的第一圆锥面、圆环面、第二圆锥面。

作为本发明的进一步改进，所述斜向水孔和横向水孔的中心线均通过所述气缸套的中心线。

本发明的技术效果在于：本发明产品把气缸套冷却水腔分成上下两层，只需在发动机机体上，通过钻孔工艺，加工出若干数量、不同方向的冷却水孔，使气缸套下层水腔的冷却水能进入上层水腔，对靠近活塞上止点的气缸套上部高热负荷区域进行强制循环冷却，实现气缸套周向均匀冷却的效果，此外对气缸套的出水口结构和位置进行优化布置，使冷却水流速大、分布均匀，同时为气缸盖合理分布冷却水的流量和流向，提高气缸盖的冷却散热能力，该气缸套冷却水腔结构简单，零部件加工方便，制造成本低。

附图说明

图1为本发明中气缸套冷却水腔结构A-A剖视图。

图2为气缸套冷却水腔的水套模型图。

图3为在机体上的斜向水孔剖视图。

图4为在机体上的横向水孔剖视图。

图5为在机体上的竖向水孔位置示意图。

图6为气缸套冷却水腔结构B-B剖视图。

图7为气缸套凸肩下部曲面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1~7中，包括发动机机体1、气缸套2、第一圆锥面21、圆环面22、第二圆锥面23、活塞3、水腔进水口4、下层水腔5、横向水孔6、第一横向水孔6-1、第二横向水孔6-2、第三横向水孔6-3、上层水腔7、竖向水孔8、第一竖向水孔8-1、第二竖向水孔8-2、第三竖向水孔8-3、气缸盖进水口9、气缸盖进气侧进水口9-1、气缸盖排气侧进水口9-2、气缸盖10、堵头11、斜向水孔12、第一斜向水孔12-1、第二斜向水孔12-2等。

如图1~7所示，发动机机体1内置有气缸套2，其内部配有活塞3，发动机机体1顶部连接气缸盖10，发动机机体1上设有铸造的水腔进水口4，该气缸套的冷却水腔包含依次连通的下层水腔5、一组斜向水孔12（共6个，见图）、上层水腔7、一组横向水孔6（共8个）和一组竖向水孔8（共9个）。气缸套2下部外圆与机体1内腔之间构成下层水腔5，气缸套2凸肩下部的特定曲面与发动机机体1内腔之间构成上层水腔7。下层水腔5与水腔进水口4、斜向水孔12相连通，上层水腔7与横向水孔6连通，部分竖向水孔8与气缸盖进水口9连通，整个气缸套冷却水腔模型如图2所示。

如图1～6所示，在发动机的工作过程中，冷却水通过水腔进水口4进入下层大水腔5，先对气缸套2中下部区域进行循环冷却，再通过发动机机体1上的3个第一斜向水孔12-1、3个第一竖向水孔8-1和3个第一横向水孔6-1，使一部分冷却水流入上层水腔7，对气缸套2上部高热负荷区域强制循环冷却，使气缸套2得到周向均匀冷却，从而减少活塞3头部的热负荷，最后通过发动机机体1上的5个第三横向水孔6-3和5个第三竖向水孔8-3，使上层水腔7的冷却水进入气缸盖进水口9，对气缸盖10散热冷却，同时为合理分配进入气缸盖10冷却水的流量和流向，提高气缸盖10的冷却散热能力，经过优化分析和验证，使下层水腔5的部分冷却水不经过上层水腔7，而是通过3个第二斜向水孔12-2和4个第二竖向水孔8-2直接流向气缸盖进水口9，同时竖向水孔8与气缸盖排气侧进水口9-2连通的数量（为4个）要大于竖向水孔8与气缸盖进气侧进水口9-1连通的数量（为2个），以增加气缸盖10排气高温区的冷却水流量，提高冷却效果，从而使发动机气缸套2、活塞3、气缸盖10等受热部件均能够得到有效冷却，并在正常稳定温度下可靠工作。

为提高上层水腔7对气缸套2上部高热负荷区域的冷却效果，对气缸套2凸肩下部的特定曲面进行优化设计，如图7所示，其曲面依次由第一圆锥面21、圆环面22和第二圆锥面23通过相切构成，减少了流动阻力，提高了流动速度（达到2m/s,经水流场的CFD分析），从而有利于冷却水的环形导流分布，提高换热能力。

为保证简单的加工工艺性，水腔内所有斜向水孔12、横向水孔6、竖向水孔8均布置在发动机机体1上且通过钻孔工艺加工而成，同时斜向水孔12和横向水孔6的中心线均通过所述气缸套2的中心线，如图3～4所示。此外所有竖向水孔8均与斜向水孔12、横向水孔6相接通，对于不与气缸盖进水口流通的3个竖向水孔8的出口，采用堵头11进行封堵处理，如图1和图5所示，工艺相对简单和成熟。

Claims (3)

1.一种V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构，包括发动机机体（1），发动机机体（1）中配合设置气缸套（2），气缸套（2）中滑动设置活塞（3），发动机机体（1）顶部连接气缸盖（10）；其特征在于：所述发动机机体（1）下部设有水腔进水口（4），气缸套（2）下部外圆与发动机机体（1）之间形成下层水腔（5），气缸套（2）凸肩下部曲面与发动机机体（1）内腔之间形成上层水腔（7）；发动机机体（1）上部设有若干斜向水孔（12）、横向水孔（6）及竖向水孔（8），所述斜向水孔（12）包括第一斜向水孔（12-1）、第二斜向水孔（12-2）、第三斜向水孔（12-3），横向水孔（6）包括第一横向水孔（6-1）、第二横向水孔（6-2）、第三横向水孔（6-3），竖向水孔（8）包括第一竖向水孔（8-1）、第二竖向水孔（8-2）及第三竖向水孔（8-3），下层水腔（5）、第一斜向水孔（12-1）、第一竖向水孔（8-1）、第一横向水孔（6-1）、上层水腔（7）相连通，第二斜向水孔（12-2）、第二竖向水孔（8-2）及气缸盖排气侧进水口（9-2）相连通，上层水腔（7）、第三横向水孔（6-3）、第三竖向水孔（8-3）及气缸盖（10）上的气缸盖进气侧进水口（9-1）相连通。

2.如权利要求1所述的V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构，其特征在于：所述气缸套（2）凸肩下部曲面包括顺次连接的第一圆锥面（21）、圆环面（22）、第二圆锥面（23）。

3.如权利要求1所述的V型大功率发动机气缸套冷却水腔的结构，其特征在于：所述斜向水孔（12）和横向水孔（6）的中心线均通过所述气缸套（2）的中心线。

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