CN111692004A - 一种发动机及其缸体水套 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机及其缸体水套，包括用于设置在发动机缸体内的水套本体，水套本体包括与发动机缸体的缸孔对应设置的第一水套，相邻的两个第一水套之间通过第二水套相连接，第一水套的底部为半径为R的第一圆弧，第一圆弧的顶点位于缸孔的中心轴线上，第一圆弧的顶点与第一水套的顶面之间的间距为H，位于缸孔内的活塞的运动行程为L，其中H＝0.9L－1.1L；水套本体的底部为波浪形，相邻的两个第一水套之间通过第二水套相连接，第二水套的底部为半径为r的第二圆弧，相邻的两个第一圆弧之间通过第二圆弧圆滑过渡并形成底部呈波浪形的水套本体。采用本发明技术方案，该缸体水套提高发动机的散热效率，降低了冷却的水泵功率需求，提升了发动机的有效功率。

Description

一种发动机及其缸体水套

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，具体涉及一种发动机及其缸体水套。

背景技术

发动机的缸体水套存在于气缸孔与缸体外壁之间的空间区域，缸体水套的主要作用是为发动机的活塞的冷却提供冷却水通道，防止活塞过热而受损，且在发动机运行过程中冷却缸孔。发动机的冷却系统作用是把气缸内燃烧时产生的多余热量进行带走，防止与燃烧系统接触的零部件出现热堆积导致高温失效，缸体水套主要布置在缸孔周围，对缸孔传递出的热量进行冷却。

现有的缸体水套中，1)缸体水套采用平底方案，即缸体水套的底部为平底，该技术方案的不足：缸体底部平度，冷却液流场主要以横向为主，往缸盖方向流程分布不均匀，冷却液与缸孔接触面积较小，无法快速带走发动机所散发的热量；2)采用W型水套，该技术方案的不足：上述W型水套散热性能不佳，同时由于上述水套未对缸体水套活塞环的传热效应充分考虑，进一步使得该水套无法满足发动机缸体的散热需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种缸体水套，该缸体水套提高发动机的散热效率，降低了冷却的水泵功率需求，提升了发动机的有效功率。

基于此，本发明提供了一种缸体水套，包括用于设置在发动机缸体内的水套本体，所述水套本体包括与发动机缸体的缸孔对应设置的第一水套，相邻的两个第一水套之间通过第二水套相连接，所述第一水套的底部为半径为R的第一圆弧，所述第一圆弧的顶点位于缸孔的中心轴线上，所述第一圆弧的顶点与所述第一水套的顶面之间的间距为H，位于缸孔内的活塞的运动行程为L，其中H＝0.9L－1.1L；

所述水套本体的底部为波浪形，相邻的两个所述第一水套之间通过第二水套相连接，所述第二水套的底部为半径为r的第二圆弧，相邻的两个所述第一圆弧之间通过所述第二圆弧圆滑过渡并形成底部呈波浪形的所述水套本体。

作为优选方案，缸孔的直径为D，其中R＝0.6D－0.7D。

作为优选方案，所述第一圆弧和所述第二圆弧的尺寸关系为r＝0.5R。

作为优选方案，所述水套本体上设置有至少两个与发动机缸体定位装备的工艺孔。

作为优选方案，各所述工艺孔设置于所述第一水套的侧壁上，且所述工艺孔位于所述第一水套的中部。

作为优选方案，所述第一水套和所述第二水套一体成型。

为了实现相同的目的，本发明还提供了一种发动机，包括如上述的缸体水套。

作为优选方案，所述水套本体设置于所述发动机缸体内，且所述发动机缸体的顶侧设置有缸盖，所述缸盖通过螺栓与所述发动机缸体相连接。

作为优选方案，所述发动机缸体上设置有与所述螺栓相对应的螺栓孔，所述螺栓孔的深度为h1，所述第二圆弧的顶点与所述缸盖面之间的距离为h，其中h＝(0.95－1)×h1。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

发动机的缸体水套冷却主要需考虑两个主要关键点：一个是缸孔本身的传热，另一个是活塞环传递到缸孔上的热量，而这两个关键点都与活塞杆的运动行程L有关，而第一水套的上述H值即缸体水套深度值，其中H＝0.9L－1.1L使得活塞行程L与缸体水套深度值接近，可以保证在活塞处在任何位置时，缸孔内高温气体以及活塞环在把热量传递到缸孔内壁时，缸孔内壁中的热量都能传递到水套上，从而使得该缸体水套具有良好的散热能力；采用该波浪形的水套本体可以让冷却液与缸孔有更长的流动接触时间，增加了水套本体与冷却液之间的接触面积，且能够提升冷却液经过两缸之间的流速，更有利于热量的传导，从而提升冷却效果，结合缸盖的冷却水道布置，需要指出的是，冷却水道沿缸体的外壁和缸体水套之间设置，采用该方案的缸体水套使得冷却流场分布更加合理，同时采用波浪形的水套本体，可以对冷却液流场进行优化，增加两缸之间流体的流动速度，进一步地，水套本体的波浪结构使得冷却液在流动时具有一个向上的分力，由此增加冷却液至缸盖的翻滚效应，让冷却液对缸体缸盖进行均布冷却，降低温差效应并提升冷却效果，通过设置上述的具有良好冷却效果的缸体水套，能够降低冷却的水泵功率需求，提升发动机的有效功率。

附图说明

图1为本发明实施例中水套本体的结构示意图。

图2为本发明实施例中发动机缸体设有缸体水套的俯视图。

图3为图2中A－A处的剖面视图。

图中：1、水套本体；11、第一水套；12、第二水套；13、工艺孔；2、发动机缸体；21、螺栓孔；3、缸盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1至图3所示，本实施例提供一种缸体水套，包括用于设置在发动机缸体2内的水套本体1，所述水套本体1包括与发动机缸体2的缸孔对应设置的第一水套11，相邻的两个第一水套11之间通过第二水套12相连接，所述第一水套11的底部为半径为R的第一圆弧，所述第一圆弧的顶点位于缸孔的中心轴线上，所述第一圆弧的顶点与所述第一水套11的顶面之间的间距为H，位于缸孔内的活塞的运动行程为L，其中H＝0.9L－1.1L，需要指出的是，本实施例中活塞的外壁套接有活塞环，由此能够避免活塞运动时造成磨损，活塞运动时的热量主要通过活塞环进行传热，其中缸孔中的热量一部分来源是缸孔内燃烧时产生的高温气体中的热量直接从缸壁传出，另一部分需要传递的热量则来自活塞，因为发动机产生的动力来源主要是靠缸孔内混合气体爆发燃烧后产生的高温高压气体直接作用于活塞，活塞直接与燃烧后的高温高压气体接触，高温高压的燃后气体则直接把大量的热量传递到活塞顶部，为防止热量在活塞顶部堆积造成活塞热熔失效，则活塞顶部的热量需通过活塞环直接传递到缸孔内壁上，通过活塞环的热传导，保证了活塞的热负荷安全系数，综上所述，发动机的缸体水套冷却主要需考虑两个主要关键点：一个是缸孔本身的传热，另一个是活塞环传递到缸孔上的热量，而这两个关键点都与活塞杆的运动行程L有关，而第一水套11的上述H值即缸体水套深度值，其中H＝0.9L－1.1L使得活塞行程L与缸体水套深度值接近，可以保证在活塞处在任何位置时，缸孔内高温气体以及活塞环在把热量传递到缸孔内壁时，缸孔内壁中的热量都能传递到缸体水套上，从而使得该缸体水套具有良好的散热能力，需要指出的是，本实施例中所提及的缸体水套即水套本体；

所述水套本体1的底部为波浪形，相邻的两个所述第一水套11之间通过第二水套12相连接，所述第二水套12的底部为半径为r的第二圆弧，相邻的两个所述第一圆弧之间通过所述第二圆弧圆滑过渡并形成底部呈波浪形的所述水套本体1，上述圆滑过渡结构使得水套本体1的结构设置更加合理，采用该波浪形的水套本体1可以让冷却液与缸孔有更长的流动接触时间，更有利于热量的传导，从而提升冷却效果，结合缸盖3的冷却水道布置，需要指出的是，冷却水道沿缸体的外壁和缸体水套之间设置，采用该方案的缸体水套使得冷却流场分布更加合理，同时采用波浪形的水套本体1，可以对冷却液流场进行优化，增加两缸之间流体的流动速度，进一步地，水套本体1的波浪结构使得冷却液在流动时具有一个向上的分力，由此增加冷却液至缸盖3的翻滚效应，让冷却液对缸体缸盖3进行均布冷却，降低温差效应并提升冷却效果。

基于以上技术方案，发动机的缸体水套冷却主要需考虑两个主要关键点：一个是缸孔本身的传热，另一个是活塞环传递到缸孔上的热量，而这两个关键点都与活塞杆的运动行程L有关，而第一水套11的上述H值即缸体水套深度值，其中H＝0.9L－1.1L使得活塞行程L与缸体水套深度值接近，可以保证在活塞处在任何位置时，缸孔内高温气体以及活塞环在把热量传递到缸孔内壁时，缸孔内壁中的热量都能传递到水套上，从而使得该缸体水套具有良好的散热能力；采用该波浪形的水套本体1可以让冷却液与缸孔有更长的流动接触时间，增加了水套本体1与冷却液之间的接触面积，且能够提升冷却液经过两缸之间的流速，更有利于热量的传导，从而提升冷却效果，结合缸盖3的冷却水道布置，需要指出的是，冷却水道沿缸体的外壁和缸体水套之间设置，采用该方案的缸体水套使得冷却流场分布更加合理，同时采用波浪形的水套本体1，可以对冷却液流场进行优化，增加两缸之间流体的流动速度，进一步地，水套本体1的波浪结构使得冷却液在流动时具有一个向上的分力，由此增加冷却液至缸盖3的翻滚效应，让冷却液对缸体缸盖3进行均布冷却，降低温差效应并提升冷却效果，通过设置上述的具有良好冷却效果的缸体水套，能够降低冷却的水泵功率需求，提升发动机的有效功率。

在本实施例中，缸孔的直径为D，其中R＝0.6D－0.7D，从而使得水套本体1的结构合理设置，即第一水套11的第一圆弧略大于缸孔的半径，从而满足设置需求，同时第一水套11的第一圆弧尺寸也不能过大，过大则使得冷却液的流速过小，影响冷却液的冷却效果。进一步地，所述第一圆弧和所述第二圆弧的尺寸关系为r＝0.5R，第一水套11和第二水套12的底部之间呈圆滑过渡，采用上述的圆滑过渡结构能够使得水套本体1的底部波浪形更加合理，避免因水套本体1的底部设有过大落差而造成冷却液的流动不平稳。

其中，所述水套本体1上设置有至少两个与发动机缸体2定位装备的工艺孔13，通过设置工艺孔13能够使得水套本体1与发动机缸体2进行定位连接，从而便于水套本体1的拆装，且使得水套本体1安装位置更加精准。进一步地，各所述工艺孔13设置于所述第一水套11的侧壁上，且所述工艺孔13位于所述第一水套11的中部，由此能够提高第一水套11的结构强度，避免因开设工艺孔13导致缸体水套的结构强度受到影响。

优选地，所述第一水套11和所述第二水套12一体成型，该水套本体1为一个一体式结构，从而满足结构强度需求，且使得加工生产更加方便。

为了实现相同的目的，本实施例还提供了一种发动机，包括如上述的缸体水套，通过设置上述的具有良好冷却效果的缸体水套，能够降低冷却的水泵功率需求，提升发动机的有效功率。

其中，所述水套本体1设置于所述发动机缸体2内，且所述发动机缸体2的顶侧设置有缸盖3，所述缸盖3通过螺栓与所述发动机缸体2相连接，采用螺栓结构使得发动机缸体2和缸盖3之间的拆装更加方便，且连接强度满足需求，保证发动机缸体2的结构设置更加合理。

此外，所述发动机缸体2上设置有与所述螺栓相对应的螺栓孔21，所述螺栓孔21的深度为h1，所述第二圆弧的顶点与所述缸盖3面之间的距离为h，其中h＝(0.95－1)×h1，采用上述结构能有效增加缸盖3的螺栓的结构强度，降低缸孔的变形量，降低发动机机油消耗，提升发动机的热效率，具体地，如图3所示，其中水套本体1中的最高点低于或等于螺栓孔21的孔底，由此螺栓孔21所受的力如图所示，此时两者接近平行则使得两者之间的合力F接近水平设置，从而避免使得发动机缸体2在冷却液流动时对螺栓孔21周部的外壁造成损伤，从而增强了发动机缸体2的结构强度，减小了缸孔的变形量，使得发动机缸体2结构更加稳定。

采用本发明实施例的发动机及其缸体水套，发动机的缸体水套冷却主要需考虑两个主要关键点：一个是缸孔本身的传热，另一个是活塞环传递到缸孔上的热量，而这两个关键点都与活塞杆的运动行程L有关，而第一水套11的上述H值即缸体水套深度值，其中H＝0.9L－1.1L使得活塞行程L与缸体水套深度值接近，可以保证在活塞处在任何位置时，缸孔内高温气体以及活塞环在把热量传递到缸孔内壁时，缸孔内壁中的热量都能传递到水套上，从而使得该缸体水套具有良好的散热能力；采用该波浪形的水套本体1可以让冷却液与缸孔有更长的流动接触时间，增加了水套本体1与冷却液之间的接触面积，且能够提升冷却液经过两缸之间的流速，更有利于热量的传导，从而提升冷却效果，结合缸盖3的冷却水道布置，需要指出的是，冷却水道沿缸体的外壁和缸体水套之间设置，采用该方案的缸体水套使得冷却流场分布更加合理，同时采用波浪形的水套本体1，可以对冷却液流场进行优化，增加两缸之间流体的流动速度，进一步地，水套本体1的波浪结构使得冷却液在流动时具有一个向上的分力，由此增加冷却液至缸盖3的翻滚效应，让冷却液对缸体缸盖3进行均布冷却，降低温差效应并提升冷却效果，通过设置上述的具有良好冷却效果的缸体水套，能够降低冷却的水泵功率需求，提升发动机的有效功率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种缸体水套，其特征在于：包括用于设置在发动机缸体内的水套本体，所述水套本体包括与发动机缸体的缸孔对应设置的第一水套，相邻的两个第一水套之间通过第二水套相连接，所述第一水套的底部为半径为R的第一圆弧，所述第一圆弧的顶点位于缸孔的中心轴线上，所述第一圆弧的顶点与所述第一水套的顶面之间的间距为H，位于缸孔内的活塞的运动行程为L，其中H＝0.9L－1.1L；

所述水套本体的底部为波浪形，相邻的两个所述第一水套之间通过第二水套相连接，所述第二水套的底部为半径为r的第二圆弧，相邻的两个所述第一圆弧之间通过所述第二圆弧圆滑过渡并形成底部呈波浪形的所述水套本体。

2.根据权利要求1所述的缸体水套，其特征在于：缸孔的直径为D，其中R＝0.6D－0.7D。

3.根据权利要求1所述的缸体水套，其特征在于：所述第一圆弧和所述第二圆弧的尺寸关系为r＝0.5R。

4.根据权利要求1所述的缸体水套，其特征在于：所述水套本体上设置有至少两个与发动机缸体定位装备的工艺孔。

5.根据权利要求4所述的缸体水套，其特征在于：各所述工艺孔设置于所述第一水套的侧壁上，且所述工艺孔位于所述第一水套的中部。

6.根据权利要求1所述的缸体水套，其特征在于：所述第一水套和所述第二水套一体成型。

7.一种发动机，其特征在于：包括如权利要求1至6任一项所述的缸体水套。

8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于：所述水套本体设置于所述发动机缸体内，且所述发动机缸体的顶侧设置有缸盖，所述缸盖通过螺栓与所述发动机缸体相连接。

9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于：所述发动机缸体上设置有与所述螺栓相对应的螺栓孔，所述螺栓孔的深度为h1，所述第二圆弧的顶点与所述缸盖面之间的距离为h，其中h＝(0.95－1)×h1。

Images