CN110594033A - 一种发动机冷却水套结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种米勒循环发动机冷却水套结构，包括设在气缸体内的缸体水套、设在气缸盖内的缸盖水套、设在气缸体与气缸盖之间的气缸垫；缸体水套在靠近发动机前端的部位设有进水口，缸体水套在靠近发动机后端的部位设有出水孔，该出水孔与设置在气缸盖上的独立出水道相连，独立出水道的水道出口与缸体调温器连通；所述缸体水套与气缸间对应的部位设有三个“V”形水道，三个所述“V”形水道的一端连通缸体水套排气侧，对缸体热负荷最高的区域直接进行冷却。本发明能够提高暖机速度，提高运行时缸体的整体温度，降低冷却液总流量，减小水套流阻和水泵功耗，同时降低缸体缸间、缸盖鼻梁区排气汇集处最高温度，使各缸温度均匀。

Description

一种发动机冷却水套结构

技术领域

本发明涉及汽车发动机，具体涉及一种发动机水套结构。特别是一种米勒循环发动机冷却水套结构。

背景技术

目前汽车发动机的冷却系统主要以水冷方式为主，通过冷却液的循环来降低发动机的机体温度。为满足日益严苛的油耗及排放法规的要求，某发动机采用高压缩比米勒循环技术，高压缩比增加了爆震倾向，同时还采用了IEM（集成排气歧管）技术,需要对IEM流量进行控制。

为了抑制爆震，需要降低缸盖鼻梁区最高温度以及缸体缸间最高温度，而传统的水套要实现降低温度通常选择增加冷却液流量，这样会增加水套流阻，增加水泵的功耗，还会延长升温时间，增大摩擦损失，对排放和油耗都不利；并且由于水套入口通常在发动机的一侧，冷却液一般从一缸流至四缸（即从前端流至后端），与鼻梁区水道垂直，鼻梁区温度很难降低，各缸的温度均匀性也难以控制，目前各缸最大温差可达30℃以上。

为了减少排气干扰，集成排气道采用421结构（指每缸一个排气管，然后两两并一合为两根，最后这两根管合为一根），排气道汇集处温度也远高于41结构型（指每缸一个排气管，然后合并为一根）的集成排气歧管，因此排气汇集处需要有效冷却，常规水套此处单独设置水道，因此需要四个碗堵（即碗状堵头，通过过盈配合进行密封），漏水风险和设计成本都较高。

CN 203640848U公开了“一种分流式发动机冷却水套”，包括缸体水套和与缸体水套相对应的缸盖水套，缸体水套和缸盖水套之间设有密封垫，缸体水套为一与缸体形状相对应的环形水槽，缸体水套的一侧表面上开有进水口，所述缸体水套的另一侧表面上开有出水口；所述密封垫的两侧开有与缸体水套的槽口相对应的密封垫过孔；所述缸盖水套的两侧开有与密封垫过孔相对应的缸盖水套过孔。进水口开设于缸体排气侧，出水口开设于进气侧，冷却液流经缸体水套和缸盖水套后从进气侧流出，降低了排气侧温度，提高了进气侧温度，使缸体温度趋于一致，减少了热应力及热变形等问题，对冷却液的利用效率高，发动机内部摩擦少，发动机燃烧效率高，提高了发动机零部件的使用寿命。毫无疑问，这是所属技术领域的一种有益的尝试。

发明内容

本发明目的是提供一种发动机水套结构，其能够提高暖机速度，提高运行时缸体的整体温度，降低冷却液总流量，减小水套流阻和水泵功耗，同时降低缸体缸间、缸盖鼻梁区排气汇集处最高温度，使各缸温度均匀，改善密封，降低漏水风险。

本发明所述的一种米勒循环发动机冷却水套结构，包括设在气缸体内的缸体水套、设在气缸盖内的缸盖水套、设在气缸体与气缸盖之间的气缸垫，其特征是：

所述缸体水套在靠近发动机前端的部位设有进水口，该进水口与水泵的出口连接；所述缸体水套在靠近发动机后端的部位设有出水孔，该出水孔与设置在气缸盖上的独立出水道相连，所述独立出水道的水道出口与缸体调温器连通；所述缸体水套与气缸间对应的部位设有三个“V”形水道，三个所述“V”形水道的一端连通缸体水套排气侧缸间位置的顶部，另一端位于缸体水套排气侧缸间位置和进气侧缸间位置之间，且靠近缸体水套进气侧缸间位置的顶部，对缸体热负荷最高的区域直接进行冷却。

进一步，所述缸盖水套分为缸盖水套下层和缸盖水套上层。

进一步，所述气缸垫在靠近发动机前端的部位设有缸盖水套上水孔、在靠近发动机后端的部位设有缸体水套出水孔、在靠近发动机的进气侧设有一/二缸间上水孔、二/三缸间上水孔、三/四缸间上水孔，三个所述缸间上水孔分别与所述缸体水套上的三个“V”形水道的另一端一一对应；三个缸间上水孔通往所述缸盖水套上层。

所述气缸垫在靠近发动机排气侧设有一缸鼻梁区上水孔、二缸鼻梁区上水孔、三缸鼻梁区上水孔、四缸鼻梁区上水孔。

进一步，所述缸盖水套下层在靠近发动机进气侧从发动机前端到发动机后端预留有五个机加工部位，在五个机加工部位上分别设有第一机加孔、第二机加孔、第三机加孔、第四机加孔和第五机加孔；所述五个机加孔与所述缸盖水套上层连通。

所述缸盖水套下层在靠近发动机排气侧从前至后依次设有下前出砂孔、下冷却水道和下后出砂孔；所述下冷却水道位于IEM出口汇集处；所述下冷却水道主要由下前出砂孔提供冷却液，并流向下后出砂孔，对IEM汇集处重点冷却，下前出砂孔、下后出砂孔均使用碗堵过盈配合进行密封。

进一步，所述缸盖水套上层在靠近发动机前端设有缸盖水套进水口、在靠近发动机后端设有缸盖水套出水口；缸盖水套进水口与所述气缸垫上的缸盖水套上水孔相通；

所述缸盖水套上层与鼻梁区对应的部位设有四个直水道，四个所述直水道一端连通火花塞区域，另一端与气缸垫上的一缸鼻梁区上水孔、二缸鼻梁区上水孔、三缸鼻梁区上水孔、四缸鼻梁区上水孔一一对应连通。

所述缸盖水套上层与缸盖水套下层上的五个机加孔对应的部位分别设有机加工部位；所述缸盖水套上层在靠近发动机排气侧从前至后依次设有上前出砂孔、上冷却水道和上后出砂孔，并分别与所述缸盖水套下层上的下前出砂孔、下冷却水道和下后出砂孔一一对应。

本发明具有以下优点：

（1）由于缸盖鼻梁区设有直水道、缸体缸间设有“V”形水道对机体热负荷最高的区域进行精准冷却，极大的降低了机体最高温度；通过调节直水道和“V”形水道对应位置缸垫孔的大小，起到了调节直水道、“V”形水道冷却液流量的作用，将各缸温差控制到2℃以内，提高了燃烧室温度均匀性；

（2）由于水套配合缸垫孔对高温区域进行了精确控制，对冷却液利用效率高，水套整体所需的流量大幅降低，流阻随之下降，降低了驱动水泵的功耗；

（3）由于巧妙的下层水套分型，将IEM汇集处的下冷却水道集成在缸盖下层水套，将密封碗堵由四个减为两个，降低了整机成本，简化了气缸盖铸造工艺；

（4）由于可以调节缸体水套出水孔的截面积，可以改变流入缸体水套和缸盖水套的冷却液比例，使得气缸盖和气缸体温度更加均匀，配合缸盖独立出水道连接的缸体调温器实现快速升温；

（5）由于仅改变缸盖加工部位对应的五个机加孔和气缸垫上的缸垫孔就可以实现不同冷却效果，实现了平台化项目共用气缸盖和气缸体毛坯的效果，极大的降低了管理、设计、模具等成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是缸体水套（砂芯）结构示意图；

图3是气缸垫的结构示意图；

图4是缸盖水套下层（砂芯）结构示意图。

图5是缸盖水套上层（砂芯）的结构示意图（仰视图）；

图6是缸盖水套（砂芯）结构示意图；

图中：

1—缸体水套，11—进水口，12—出水孔，13—独立出水道，14—水道出口，15—“V”形水道；

2—气缸垫，21—缸盖水套上水孔，22—缸体水套出水孔，23—一/二缸间上水孔，24—二/三缸间上水孔，25—三/四缸间上水孔，26—一缸鼻梁区上水孔，27—二缸鼻梁区上水孔，28—三缸鼻梁区上水孔,29—四缸鼻梁区上水孔；

3—缸盖水套下层，31—第一机加孔，32—第二机加孔，33—第三机加孔，34—第四机加孔，35—第五机加孔，36—下前出砂孔，37—下冷却水道，38—下后出砂孔；

4—缸盖水套上层，41—缸盖水套进水口，42—缸盖水套出水口，43—直水道，45—加工部位，46—上前出砂孔，47—上冷却水道，48—上后出砂孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1至图6所示的一种米勒循环发动机冷却水套结构，包括设在气缸体内的缸体水套1、设在气缸盖内的缸盖水套、设在气缸体与气缸盖之间的气缸垫2，其特征是：

所述缸体水套1在靠近发动机前端的部位设有进水口11，该进水口与水泵的出口连接；所述缸体水套1在靠近发动机后端的部位设有出水孔12，该出水孔与设置在气缸盖上的独立出水道13相连，所述独立出水道13的水道出口14与缸体调温器连通；冷却液进入缸体水套后从发动机前端分别沿发动机进气侧和发动机排气侧流往发动机后端，通过调节所述出水孔的截面积可以实现缸体水套和缸盖水套的流量分配，通过关闭缸体调温器实现缸体的快速升温，降低活塞、连杆摩擦。

所述缸体水套1与气缸间对应的部位设有三个“V”形水道15，三个所述“V”形水道15的一端连通缸体水套排气侧缸间位置的顶部，另一端位于缸体水套排气侧缸间位置和进气侧缸间位置之间，且靠近缸体水套进气侧缸间位置的顶部，缸体水套排气侧，对缸体热负荷最高的区域直接进行冷却。

所述缸盖水套分为缸盖水套下层3和缸盖水套上层4。

所述气缸垫2在靠近发动机前端的部位设有缸盖水套上水孔21、在靠近发动机后端的部位设有缸体水套出水孔22、在靠近发动机的进气侧设有一/二缸间上水孔23、二/三缸间上水孔24、三/四缸间上水孔25，三个所述缸间上水孔（23、24、25）分别与所述缸体水套1上的三个所述“V”形水道15的另一端一一对应，三个缸间上水孔通往所述缸盖水套上层4。以对缸体热负荷最高的区域直接进行冷却，调节三个缸间上水孔的截面可提高节气缸体最高温度均匀性。

所述气缸垫2在靠近发动机排气侧设有一缸鼻梁区上水孔26、二缸鼻梁区上水孔27、三缸鼻梁区上水孔28、四缸鼻梁区上水孔29。

所述一缸鼻梁区上水孔26、二缸鼻梁区上水孔27、三缸鼻梁区上水孔28、四缸鼻梁区上水孔29、一/二缸间上水孔23、二/三缸间上水孔24、三/四缸间上水孔25通往缸盖水套的流量通过CFD计算严格控制，保证其总流量只占缸盖水套流量的10%以下，保证缸体调温器关闭时气缸体具有更快的升温速度。

所述缸盖水套分为缸盖水套下层3和缸盖水套上层4；缸盖水套下层包裹IEM下部区域，缸盖水套上层覆盖燃烧室区域、火花塞区域和包裹IEM上部区域；

所述缸盖水套下层3在靠近发动机进气侧从发动机前端到发动机后端预留有五个机加工部位，在五个机加工部位上分别设有第一机加孔31、第二机加孔32、第三机加孔33、第四机加孔34和第五机加孔35；所述五个机加孔（31、32、33、34、35）与所述缸盖水套上层4连通，并与分别所述缸盖水套上层4的前后两端及缸盖上的三个缸间对应，通过CFD分析确定五个机加孔的大小，实现对下层IEM流量的精细控制；

所述缸盖水套下层3在靠近发动机排气侧从前至后依次设有下前出砂孔36、下冷却水道37和下后出砂孔38；所述下冷却水道37位于IEM出口汇集处；所述下冷却水道37主要由下前出砂孔36提供冷却液，并流向下后出砂孔38，对IEM汇集处重点冷却，下前出砂孔36、下后出砂孔38均使用碗堵过盈配合进行密封。

所述缸盖水套上层4在靠近发动机前端设有缸盖水套进水口41、在靠近发动机后端设有缸盖水套出水口42；缸盖水套进水口41与所述气缸垫2上的缸盖水套上水孔21相通，冷却液主要通过缸盖水套上水孔21提供，用以冷却火花塞区域、IEM上部区域；

所述缸盖水套上层4与鼻梁区对应的部位设有四个直水道43 ，四个所述直水道43通过机加形成，四个所述直水道43一端连通火花塞区域、另一端与气缸垫2上的一缸鼻梁区上水孔26、二缸鼻梁区上水孔27、三缸鼻梁区上水孔28、四缸鼻梁区上水孔29一一对应连通；由缸体水套1提供少量冷却液，用以对鼻梁区直接进行冷却；通过调节四个孔（26、27、28、29）的截面积，提高气缸盖最高温度均匀性，将温差控制在2℃以内。

所述缸盖水套上层4与缸盖水套下层3上的五个机加孔对应的部位分别设有机加工部位45；所述缸盖水套上层4在靠近发动机排气侧从前至后依次设有上前出砂孔46、上冷却水道47和上后出砂孔48，并分别与所述缸盖水套下层3上的下前出砂孔36、下冷却水道37和下后出砂孔38一一对应。

所述缸体水套1上的三个所述“V”形水道15的一端连通缸体水套排气侧，对缸体热负荷最高的区域直接进行冷却；所述缸体水套1上的三个所述“V”形水道15的另一端连接所述气缸垫进气侧的一/二缸间上水孔23、二/三缸间上水孔24和三/四缸间上水孔25，三个缸间上水孔通往所述缸盖水套上层4。调节三个孔的截面可提高节气缸体最高温度均匀性。

Claims (6)

1.一种米勒循环发动机冷却水套结构，包括设在气缸体内的缸体水套（1）、设在气缸盖内的缸盖水套、设在气缸体与气缸盖之间的气缸垫（2），其特征是：

所述缸体水套（1）在靠近发动机前端的部位设有进水口（11），该进水口与水泵的出口连接；所述缸体水套（1）在靠近发动机后端的部位设有出水孔（12），该出水孔与设置在气缸盖上的独立出水道（13）相连，所述独立出水道（13）的水道出口（14）与缸体调温器连通；所述缸体水套（1）与气缸间对应的部位设有三个“V”形水道（15），三个所述“V”形水道（15）的一端连通缸体水套排气侧缸间位置的顶部，另一端位于缸体水套排气侧缸间位置和进气侧缸间位置之间，且靠近缸体水套进气侧缸间位置的顶部，对缸体热负荷最高的区域直接进行冷却。

2.根据权利要求1所述的米勒循环发动机冷却水套结构，其特征是：所述缸盖水套分为缸盖水套下层（3）和缸盖水套上层（4）。

3.根据权利要求2所述的米勒循环发动机冷却水套结构，其特征是：所述气缸垫（2）在靠近发动机前端的部位设有缸盖水套上水孔（21）、在靠近发动机后端的部位设有缸体水套出水孔（22）、在靠近发动机的进气侧设有一/二缸间上水孔（23）、二/三缸间上水孔（24）、三/四缸间上水孔（25），三个所述缸间上水孔分别与所述缸体水套（1）上的三个所述“V”形水道（15）的另一端一一对应；三个缸间上水孔通往所述缸盖水套上层（4）；

所述气缸垫（2）在靠近发动机排气侧设有一缸鼻梁区上水孔（26）、二缸鼻梁区上水孔（27）、三缸鼻梁区上水孔（28）、四缸鼻梁区上水孔（29）。

4.根据权利要求3所述的米勒循环发动机冷却水套结构，其特征是：所述缸盖水套下层（3）在靠近发动机进气侧从发动机前端到发动机后端预留有五个机加工部位，在五个机加工部位上分别设有第一机加孔（31）、第二机加孔（32）、第三机加孔（33）、第四机加孔（34）和第五机加孔（35）；所述五个机加孔与所述缸盖水套上层（4）连通；

所述缸盖水套下层（3）在靠近发动机排气侧从前至后依次设有下前出砂孔（36）、下冷却水道（37）和下后出砂孔（38）；所述下冷却水道（37）位于IEM出口汇集处；所述下冷却水道（37）主要由下前出砂孔（36）提供冷却液，并流向下后出砂孔（38），对IEM汇集处重点冷却，下前出砂孔（36）、下后出砂孔（38）均使用碗堵过盈配合进行密封。

5.根据权利要求3所述的米勒循环发动机冷却水套结构，其特征是：所述缸盖水套上层（4）在靠近发动机前端设有缸盖水套进水口（41）、在靠近发动机后端设有缸盖水套出水口（42）；缸盖水套进水口（41）与所述气缸垫（2）上的缸盖水套上水孔（21）相通；

所述缸盖水套上层（4）与鼻梁区对应的部位设有四个直水道（43），四个所述直水道（43）一端连通火花塞区域，另一端与气缸垫（2）上的一缸鼻梁区上水孔（26）、二缸鼻梁区上水孔（27）、三缸鼻梁区上水孔（28）、四缸鼻梁区上水孔（29）一一对应连通。

6.所述缸盖水套上层（4）与缸盖水套下层（3）上的五个机加孔对应的部位分别设有机加工部位（45）；所述缸盖水套上层（4）在靠近发动机排气侧从前至后依次设有上前出砂孔（46）、上冷却水道（47）和上后出砂孔（48），并分别与所述缸盖水套下层（3）上的下前出砂孔（36）、下冷却水道（37）和下后出砂孔（38）一一对应。