CN112502847A - 发动机缸盖及天然气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机缸盖及天然气发动机。该发动机缸盖包括缸盖主体和设置在缸盖主体内部的火花塞衬套，火花塞衬套外壁与缸盖主体之间形成有多个介质通道，多个介质通道环绕火花塞衬套的周向设置，冷却介质流经多个介质通道对缸盖主体的底板进行冷却，其中，多个介质通道包括至少一个第一介质通道和多个第二介质通道，第一介质通道底端的截面积大于第二介质通道底端的截面积，多个第二介质通道底端的截面积相同。本发明的发动机缸盖，对缸盖主体的底板冷却更加均匀，提升了对底板的冷却效果，能够有效降低底板温度，并且，底板各鼻梁区的冷却介质分配更加合理，冷却效率更高，冷却效果显著加强。

Description

发动机缸盖及天然气发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机缸盖及天然气发动机。

背景技术

天然气发动机排温较高，火花塞密封是发动机缸盖的关键技术问题，传统的缸盖设计的冷却效果不够理想，存在着缸盖底板温度较高的问题。

缸盖底板温度高，会引发一系列问题，其中比较显著的是会致使缸盖气门导管温度也较高，使得气门导管存在偏磨的风险，进而还会导致气门温度过高，气门发生断裂、烧蚀等。

总体来说，缸盖底板温度较高会导致缸盖整体可靠性降低，存在安全隐患，影响发动机使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供一种发动机缸盖及天然气发动机，以解决缸盖底板温度较高的问题。

一方面，本发明实施例提出了一种发动机缸盖，包括缸盖主体和设置在所述缸盖主体内部的火花塞衬套，所述火花塞衬套外壁与所述缸盖主体之间形成有多个介质通道，多个所述介质通道环绕所述火花塞衬套的周向设置，冷却介质流经多个所述介质通道对所述缸盖主体的底板进行冷却，其中，多个所述介质通道包括至少一个第一介质通道和多个第二介质通道，所述第一介质通道底端的截面积大于所述第二介质通道底端的截面积，多个所述第二介质通道底端的截面积相同。

根据本发明实施例的一个方面，所述第二介质通道的数量为两个，两个所述第二介质通道相对于所述火花塞衬套的中心线对称分布。

根据本发明实施例的一个方面，所述第一介质通道的数量为一个，所述第一介质通道底端的截面积大于或等于全部所述第二介质通道底端的截面积之和。

根据本发明实施例的一个方面，多个所述介质通道还包括至少一个第三介质通道，所述第三介质通道底端的截面积小于所述第二介质通道底端的截面积的一半。

根据本发明实施例的一个方面，所述火花塞衬套的中心线与由所述介质通道底端流出的冷却介质的流向之间的夹角为α，其中，15°＜α≤25°。

根据本发明实施例的一个方面，所述火花塞衬套采用不锈钢衬套。

根据本发明实施例的一个方面，所述缸盖主体上设置有气门，所述气门由所述缸盖主体的底部向顶部延伸并伸出所述缸盖主体的顶部，所述气门位于所述火花塞衬套的一侧。

根据本发明实施例的一个方面，所述气门外部套设有导管，所述导管伸出所述缸盖主体顶部的长度小于所述气门伸出所述缸盖主体顶部的长度。

根据本发明实施例的一个方面，所述导管位于所述缸盖主体内部的长度大于所述导管总长度的一半。

另一方面，本发明实施例提出了一种天然气发动机，包括如前述的发动机缸盖。

本发明实施例提供的发动机缸盖，多个介质通道环绕火花塞衬套的周向设置，冷却介质流经多个介质通道，自上而下冲刷缸盖主体的底板，具体冲刷底板鼻梁区，实现对缸盖主体的底板进行冷却，以周向冷却的方式进行冷却，冷却更加均匀，冷却效果显著加强，能够有效降低底板温度，并且，第一介质通道可针对底板的排排鼻梁区进行冷却，第二介质通道可针对底板的进排鼻梁区进行冷却，第一介质通道底端的截面积大于第二介质通道底端的截面积，同时，多个第二介质通道底端的截面积相同，使得各鼻梁区的冷却介质分配更加合理，冷却效率更高，进一步提升了对底板的冷却效果，解决了缸盖底板温度较高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的发动机缸盖的纵截面的部分结构示意图；

图2为本发明实施例的发动机缸盖在介质通道底端处的横截面的结构示意图；

图3为图1的局部结构放大图；

图4为本发明实施例的发动机缸盖的纵截面的部分结构示意图。

附图中：

1-缸盖主体，2-火花塞衬套，3-密封圈，4-导管，5-气门，6-座圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”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。

请参阅图1及图2，本发明实施例的发动机缸盖，包括缸盖主体1和设置在缸盖主体1内部的火花塞衬套2，火花塞衬套2外壁与缸盖主体1之间形成有多个由上向下延伸的介质通道，多个介质通道环绕火花塞衬套2的周向设置，冷却介质流经多个介质通道对缸盖主体1的底板进行冷却，其中，多个介质通道包括至少一个第一介质通道和多个第二介质通道，第一介质通道底端的截面积大于第二介质通道底端的截面积，多个第二介质通道底端的截面积相同。在本实施例中，多个介质通道环绕火花塞衬套的周向设置，冷却介质流经多个介质通道，自上而下冲刷缸盖主体的底板，具体冲刷底板鼻梁区，实现对缸盖主体的底板进行冷却，以周向冷却的方式进行冷却，冷却更加均匀，冷却效果显著加强，能够有效降低底板温度。

并且，第一介质通道可针对底板的排排鼻梁区进行冷却，第二介质通道可针对底板的进排鼻梁区进行冷却，第一介质通道底端的截面积大于第二介质通道底端的截面积，同时，多个第二介质通道底端的截面积相同，使得各鼻梁区的冷却介质分配更加合理，冷却效率更高，进一步提升了对底板的冷却效果。

其中，冷却介质可采用水，或采用其他适合的介质。各个介质通道底端的截面积均指冷却介质出口处的最小截面的面积。

此外，在图2中，IN用于表示进气道，EX用于表示排气道。

作为一个可选实施例，第二介质通道的数量为两个，两个第二介质通道相对于火花塞衬套2的中心线对称分布。

本实施例的两个第二介质通道均用于为进排鼻梁区提供冷却介质，实现对进排鼻梁区的冷却，两个对称分布的第二介质通道分别对应不同的进排鼻梁区，对冷却介质进行均匀分配。

作为一个可选实施例，第一介质通道的数量为一个，第一介质通道底端的截面积大于或等于全部第二介质通道底端的截面积之和。

本实施例的一个第一介质通道用于为排排鼻梁区提供冷却介质，对底板的排排鼻梁区进行冷却。优选地，第一介质通道底端的截面积等于全部第二介质通道底端的截面积之和，达到合理分配各鼻梁区的冷却介质比例的目的，对底板的冷却效率更高。当第二介质通道的数量为两个时，第一介质通道底端的截面积等于两个第二介质通道底端的截面积之和，即第一介质通道底端的截面积是第二介质通道底端的截面积的两倍。第一介质通道底端的截面积表示为S1，两个第二介质通道底端的截面积分别表示为S2、S3，则S1＝S2+S3。并且，承接上述，S2＝S3。

第一介质通道底端的截面积也可大于全部第二介质通道底端的截面积之和，可根据实际鼻梁区结构及冷却需求而进行适应性调整，以能够提升对底板的冷却效果为原则。

作为一个可选实施例，多个介质通道还包括至少一个第三介质通道，第三介质通道底端的截面积小于第二介质通道底端的截面积的一半。第三介质通道底端的截面积表示为S4，则S4＜S2/2。

本实施例的第三介质通道可针对底板的进进鼻梁区进行冷却，由于进进鼻梁区的温度相对较低，第三介质通道底端的截面积可小于第二介质通道底端的截面积的一半，也达到了合理分配各鼻梁区的冷却介质比例的目的，提高对底板的冷却效率。

作为一个可选实施例，火花塞衬套2的中心线与由介质通道底端流出的冷却介质的流向之间的夹角为α，如图3所示。其中，15°＜α≤25°，利于提高冷却介质的换热效率。

在本实施例中，冷却介质由介质通道底端流出，冲刷底板鼻梁区，冷却介质的流出角度与对鼻梁区的冷却效果相关，当15°＜α≤25°时，冷却介质对鼻梁区的冷却效率较高。

其中，α与介质通道出口的形状有关，可以理解，当介质通道出口处的内壁倾角较大时，则α较大，反之α则较小，在保证介质通道底端的截面积不便的前提下，可通过设计介质通道出口的不同形状来改变α的大小，既能达到调整冷却介质的流出角度，又不会妨碍上述的不同介质通道底端的截面积之间的比例关系。

作为一个可选实施例，火花塞衬套2采用不锈钢衬套。并且，火花塞衬套2与缸盖主体1之间以过盈配合的方式实现密封。火花塞衬套2的上端与缸盖主体1之间设置有密封圈3，以加强密封，并使得火花塞衬套2的位置更加稳定。密封圈具体可采用O型橡胶密封圈。

结合图3，对与火花塞衬套相关的尺寸关系进行说明，以供在具体实施中参考：

过盈密封带的有效高度h，h≥5mm；

过盈密封带的加工高度H，H≥h+2mm，以保证过盈密封带满足其有效高度的要求；

火花塞衬套的外圆直径r；

过盈密封带的有效高度h对应的毛坯直径R，(R-r)/2≥4.5mm，以保证过盈密封带的厚度，进而保证火花塞衬套的密封可靠性。

作为一个可选实施例，缸盖主体1上设置有气门5，气门5由缸盖主体1的底部向顶部延伸并伸出缸盖主体1的顶部，气门5位于火花塞衬套2的一侧。

并且，气门5外部套设有导管4，导管4伸出缸盖主体1顶部的长度小于气门5伸出缸盖主体1顶部的长度。

同时，气门5靠近缸盖主体1底部的一端设置有座圈6。缸盖主体内部还设置有气道凸台，气门贯穿气道凸台。

作为一个可选实施例，导管4位于缸盖主体1内部的长度大于导管4总长度的一半，即导管4的一半以上位于缸盖主体1里，保证导管4的导向作用可靠。

结合图4，对与气门及导管相关的尺寸关系进行说明，以供在具体实施中参考：

导管轴线与气道凸台交点到缸盖主体底面的距离HL；

气道水流最低点距离缸盖主体底面的距离HB；

导管装配平面距离缸盖主体底面距离HC；

导管装配平面距离缸盖主体顶部的弹簧座的距离HD；

导管长度HK；

导管直径DA；

导管采用铸造工艺成型，以保证导管下端的与高温燃气接触位置和水套之间的壁厚能够较小，即保证HB–HL能够较小，以保证导管能够得到有效且足够的冷却，可选为HB–HL＝6mm；

铸造导管的外径DB，DB≥DA+2mm，以保证铸造导管周围的冷却及铸造导管的刚度；

铸造衬套的高度HC-HB＜HD；

承接上述，导管位于缸盖主体内部的长度大于导管总长度的一半，HD＞HK/2。

传统的导管压装深度一般需要到达气道凸台位置，使得导管直接接触高温燃气，造成导管温度过高，同时导管下端距离水套的高度较高，水套内的冷却液对导管下端的冷却不足，致使导管存在过热偏磨的风险。在本实施例中，减小导管下端距离水套的高度，使得导管能够得到有效且足够的冷却，能够降低导管的温度，减小导管发生偏磨的风险，同时，也能够降低气门的温度，防止气门发生断裂、烧蚀等，整体上提升了缸盖的可靠性。

本发明实施例还提供一种天然气发动机，包括上述实施例的发动机缸盖。发动机缸盖的缸盖主体的结构优于传统缸盖，缸盖主体的底板的温度能够得到有效降低，同时火花塞衬套的密封更可靠，且导管能够得到有效且的冷却，导管发生偏磨的风险更低，发动机缸盖整体的可靠性更高，从而天然气发动机的使用安全性更高，使用寿命更长，性能更可靠。

本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种发动机缸盖，其特征在于，包括缸盖主体和设置在所述缸盖主体内部的火花塞衬套，所述火花塞衬套外壁与所述缸盖主体之间形成有多个介质通道，多个所述介质通道环绕所述火花塞衬套的周向设置，冷却介质流经多个所述介质通道对所述缸盖主体的底板进行冷却，其中，多个所述介质通道包括至少一个第一介质通道和多个第二介质通道，所述第一介质通道底端的截面积大于所述第二介质通道底端的截面积，多个所述第二介质通道底端的截面积相同。

2.根据权利要求1所述的发动机缸盖，其特征在于，所述第二介质通道的数量为两个，两个所述第二介质通道相对于所述火花塞衬套的中心线对称分布。

3.根据权利要求1或2所述的发动机缸盖，其特征在于，所述第一介质通道的数量为一个，所述第一介质通道底端的截面积大于或等于全部所述第二介质通道底端的截面积之和。

4.根据权利要求1所述的发动机缸盖，其特征在于，多个所述介质通道还包括至少一个第三介质通道，所述第三介质通道底端的截面积小于所述第二介质通道底端的截面积的一半。

5.根据权利要求1所述的发动机缸盖，其特征在于，所述火花塞衬套的中心线与由所述介质通道底端流出的冷却介质的流向之间的夹角为α，其中，15°＜α≤25°。

6.根据权利要求1所述的发动机缸盖，其特征在于，所述火花塞衬套采用不锈钢衬套。

7.根据权利要求1所述的发动机缸盖，其特征在于，所述缸盖主体上设置有气门，所述气门由所述缸盖主体的底部向顶部延伸并伸出所述缸盖主体的顶部，所述气门位于所述火花塞衬套的一侧。

8.根据权利要求7所述的发动机缸盖，其特征在于，所述气门外部套设有导管，所述导管伸出所述缸盖主体顶部的长度小于所述气门伸出所述缸盖主体顶部的长度。

9.根据权利要求8所述的发动机缸盖，其特征在于，所述导管位于所述缸盖主体内部的长度大于所述导管总长度的一半。

10.一种天然气发动机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的发动机缸盖。

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