CN114046210B - 一种汽油机冷却水套结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽油机冷却水套结构，包括缸体水套、气缸垫、缸盖下层水套和缸盖上层水套，缸体水套包括沿发动机前后端方向并排的第一、第二、第三和第四缸水套本体，缸体水套朝向发动机排气侧的一侧具有缸体进水道，缸体进水道沿发动机前后端方向延伸，缸体进水口连通于缸体进水道上，第一、第二、第三和第四缸水套本体朝向缸体进水道的一侧分别具有第一、第二、第三和第四缸水套进水口，缸体进水道通过第一、第二、第三和第四缸水套进水口对应连通第一、第二、第三和第四缸水套本体，缸体出水口开设于第三缸水套本体朝向发动机进气侧的一侧。本发明进一步优化了冷却水进出及流动的路径，保障流动和冷却效果，整体结构强度更好。

Description

一种汽油机冷却水套结构

技术领域

本发明属于一般机器或发动机的冷却技术领域，具体涉及一种汽油机冷却水套结构。

背景技术

汽油机的冷却系统主要以水冷方式为主，通过一套连通缸体与缸盖的水套结构来实现对发动机的冷却。伴随着汽油机逐渐向高压缩比、高热效率的方向发展，发动机对冷却水套的设计要求越来越高，既要满足冷启动时的快速升温要求，又要能够在发动机正常工作时降低整机的温度，保持整机温度场的均衡，避免因局部过热而引发质量问题。为抑制异常燃烧引起的超级爆震，降低缸体、缸盖鼻梁区的温度，传统的汽油机冷却水套结构一般选择增加冷却液流量或降低水套流阻的方式，这往往会增加水泵的功耗，延长冷启动的升温时间，甚至降低发动机的机械效率。部分汽油机水套通过增加缸体侧向跑道或缸间V型水道，虽有一定改善，但往往不能很好的兼顾二者。

申请人原设计CN110594033A中公开的发动机冷却水套结构，包括缸体水套、气缸垫和缸盖水套，缸盖水套又分为缸盖水套下层和缸盖水套上层；缸体水套上设有“V”形水道，气缸垫上设有与之适配的过水孔，可对机体热负荷最高的区域进行精准冷却；通过缸盖水套下层的分型，将IEM汇集处的下冷却水道集成在缸盖下层水套，降低成本和工艺难度；该结构整体能够提高暖机速度，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。不足之处是冷却水在缸体水套和缸盖水套中均为从发动机前端朝向发动机后端流动，对各缸的冷却均匀性还有待提升，缸盖水更套上层距离缸体水套相较缸盖下层水套更远但结构功能集成更多，整体强度结构层次还有待改进以提升整体结构强度，优化制造工艺。

现有技术中还有如CN111852682A、CN210068326U、CN210106004U等涉及的水套结构，在进出水，分流布水方面还是有些不足，影响冷却水流动和冷却效果。有待进一步改进优化。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种汽油机冷却水套结构，进一步优化冷却水进出及流动的路径，保障流动和冷却效果，并取得整体结构强度更好的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种汽油机冷却水套结构，包括缸体水套、气缸垫、缸盖下层水套和缸盖上层水套，缸体水套具有缸体进水口和缸体出水口，缸体水套通过气缸垫上的过孔连通缸盖下层水套，缸盖下层水套具有缸盖下出水口，缸盖下层水套连通缸盖上层水套，缸盖上层水套具有缸盖上出水口；缸体水套包括沿发动机前后端方向并排的第一、第二、第三和第四缸水套本体，缸体水套朝向发动机排气侧的一侧具有缸体进水道，所述缸体进水道沿发动机前后端方向延伸，所述缸体进水口连通于缸体进水道朝向发动机排气侧的一侧且靠近发动机前端的位置，第一、第二、第三和第四缸水套本体朝向缸体进水道的一侧分别具有第一、第二、第三和第四缸水套进水口，缸体进水道通过第一、第二、第三和第四缸水套进水口对应连通第一、第二、第三和第四缸水套本体，所述缸体出水口开设于第三缸水套本体朝向发动机进气侧的一侧。

进一步地，缸体进水口在缸体进水道上的连通位置位于第一和第二缸水套进水口之间，第一缸水套进水口朝向发动机前端倾斜40°～50°，优选45°，第二、第三和第四缸水套进水口朝向发动机后端倾斜40°～50°，优选45°。

进一步地，第一缸水套进水口的截面积分别小于第二、第三和第四缸水套进水口的截面积。

进一步地，缸体进水道的上方沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸上出口；气缸垫在靠近发动机排气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸上水通道；缸盖下层水套在靠近发动机排气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖入水口；一缸、二缸、三缸和四缸上出口分别通过一缸、二缸、三缸和四缸上水通道对应连通一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖入水口。

进一步地，缸体水套朝向发动机进气侧的一侧具有缸盖出水道，所述缸盖出水道沿发动机前后端方向延伸；缸盖出水道的上方沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸上入口；气缸垫在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸下水通道；缸盖下层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖出水口；一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖出水口分别通过一缸、二缸、三缸和四缸下水通道对应连通一缸、二缸、三缸和四缸上入口；所述缸盖下出水口开设于缸盖出水道朝向发动机进气侧的一侧且位于发动机前后端方向的中间位置。

进一步地，缸体出水口和缸盖下出水口外接汽车的TMM热管理模块。

进一步地，缸盖下层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向分别向外凸起设有下层水套砂芯前端定位支撑轴和下层水套砂芯后端定位支撑轴，缸盖下层水套朝向发动机排气侧的一侧向外凸起设有沿发动机前后端方向间隔的缸盖IEM下层前出砂孔和缸盖IEM下层后出砂孔；缸盖上层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向分别向外凸起设有上层水套砂芯前端定位支撑轴和上层水套砂芯后端定位支撑轴，并分别与下层水套砂芯前端定位支撑轴和下层水套砂芯后端定位支撑轴一一对应；缸盖上层水套在朝向发动机排气侧的一侧向外凸起设有沿发动机前后端方向间隔的缸盖IEM上层前出砂孔和缸盖IEM上层后出砂孔，并分别与缸盖IEM下层前出砂孔和缸盖IEM下层后出砂孔一一对应；所述缸盖上出水口朝上开设于缸盖上层水套靠近发动机排气侧的一侧且位于发动机前后端方向的中间位置；缸盖上出水口外接汽车的TMM热管理模块。

进一步地，缸盖上层水套与一二缸间鼻梁区和三四缸间鼻梁区对应的部位还朝上凸起设有上层水套一二缸砂芯定位支撑轴和上层水套三四缸砂芯定位支撑轴。

进一步地，缸盖上层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向间隔开设有两下入水口；缸盖下层水套上开设有与所述两下入水口一一对应且连通的两上出水口；所述两下入水口分别对应位于上层水套一二缸砂芯定位支撑轴和上层水套三四缸砂芯定位支撑轴的下方。

进一步地，所述缸体水套上沿发动机前后端方向间隔设有三个缸间鼻梁区V型水孔，所述气缸垫上对应于三个缸间鼻梁区V型水孔设有三个缸间上水通道。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的汽油机冷却水套结构，通过缸体水套两侧的缸体进水道和缸盖出水道的设计、双层IEM的缸盖上下层水套设计、独立并联式水流路径设计，使整体结构具有大流量、低流阻、流场分布均匀等优点。本发明设计的水套包含设在缸体进排气侧的“双水道”结构，采用“并联式”设计将缸体-缸盖的冷却线路独立开来，避免了传统的缸体-缸盖“串联式”冷却结构，使发动机的冷却系统效果更佳；同时，缸体、缸盖水套具有独立的冷却水出口，布置在出水端的TMM热管理模块可通过缸体、缸盖独立的热负荷信号分别精细化控制缸体、缸盖水套以及IEM的冷却水流量，按需供水，既保证了整个冷却系统随时处在最佳的冷却状态，提高了发动机的热管理效率，又降低了水泵的功耗。缸体进水道与缸体水套相连接的四个缸水套进水口使各缸水套形成“并联式”进水，相比传统的“串联式”设计结构，流阻可降低10%~20%，四个缸的温度场均匀性更好。

2、本发明的汽油机冷却水套结构，缸盖下层水套的结构功能集成设计更高，整体强度结构层次更优，整体强度更好，制造工艺简单可行。

附图说明

图1为实施例的一种汽油机冷却水套结构的结构示意图（箭头表示冷却水流向）；

图2为实施例中的缸体水套的立体图；

图3为实施例中的缸体水套的俯视图；

图4为实施例中的气缸垫的结构示意图；

图5为实施例中的缸盖下层水套的仰视图；

图6为实施例中的缸盖上层水套的俯视图；

图7为实施例的一种汽油机冷却水套结构的侧视图（箭头表示冷却水流向）；

其中，1-缸体水套，101-第一缸水套本体，102-第二缸水套本体，103-第三缸水套本体，104-第四缸水套本体，11-缸体进水口，12-缸体进水道，131-一缸上出口，132-二缸上出口，133-三缸上出口，134-四缸上出口，141-第一缸水套进水口，142-第二缸水套进水口，143-第三缸水套进水口，144-第四缸水套进水口，15-缸体出水口，161-一二缸间V型水孔，162-二三缸间V型水孔，163-三四缸间V型水孔，171-一缸上入口，172-二缸上入口，173-三缸上入口，174-四缸上入口，18-缸盖出水道，19-缸盖下出水口；

2-气缸垫，211-一缸上水通道，212-二缸上水通道，213-三缸上水通道，214-四缸上水通道，221-一二缸间上水通道，222-二三缸间上水通道，223-三四缸间上水通道，231-一缸下水通道，232-二缸下水通道，233-三缸下水通道，234-四缸下水通道；

3-缸盖下层水套，311-一缸盖入水口，312-二缸盖入水口，313-三缸盖入水口，314-四缸盖入水口，32-缸盖IEM下层前出砂孔，33-缸盖IEM下层后出砂孔，341-一缸盖出水口，342-二缸盖出水口，343-三缸盖出水口，344-四缸盖出水口，35-下层水套砂芯前端定位支撑轴，36下层水套砂芯后端定位支撑轴；

4-缸盖上层水套，41-缸盖上出水口，42-缸盖IEM上层前出砂孔，43-缸盖IEM上层后出砂孔，44-上层水套砂芯前端定位支撑轴，45-上层水套砂芯后端定位支撑轴，46-上层水套一二缸砂芯定位支撑轴，47-上层水套三四缸砂芯定位支撑轴。

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详细说明。

参见图1-图7，以砂芯表示，具体实施例的一种汽油机冷却水套结构，主要包含设在缸体部分的缸体水套1、设在缸盖部分的缸盖下层水套3和缸盖上层水套4，以及设在缸体与缸盖之间的气缸垫2四部分。其总体特征及优势有：缸体、缸盖设有独立的双水道结构，即缸体进水道12和缸盖出水道18；同时分别有独立的出水口，即缸体出水口15、缸盖下出水口19和缸盖上出水口41；缸盖还设有上下双层的缸盖下层水套3和缸盖上层水套4。冷却液从设在发动机前端的缸体进水口11进入缸体进水道12分流。冷却缸体的水分别从第一、第二、第三和第四缸水套进水口（141、142、143、144）分别对应进入到第一、第二、第三和第四缸水套本体（101、102、103、104），最后从第三缸水套本体103朝向发动机进气侧的缸体出水口15流出至TMM热管理模块中。冷却缸盖的水直接从缸体进水道12上方的一缸、二缸、三缸和四缸上出口（131、132、133、134）穿过设在气缸垫2上的一缸、二缸、三缸和四缸上水通道（211、212、213、214）进入缸盖下层水套3，而这一部分水再次分流，一部分沿缸盖下层水套3流向发动机进气侧，冷却缸盖燃烧室后从一缸、二缸、三缸和四缸盖出水口（341、342、343、344）回到缸盖出水道18，最后从缸盖下出水口19流出到TMM热管理模块中，另一部分冷却缸盖的水往上进入缸盖上层水套4靠发动机进气侧的一侧，沿缸盖上层水套4流向发动机排气侧，冷却缸盖后再从缸盖上出水口41流出，通过外接水管回到TMM热管理模块，如图7所示。

请继续参见图2、图3，所述的缸体水套1结构主要包含围绕在各缸孔外部的第一、第二、第三和第四缸水套本体（101、102、103、104）、设在发动机排气侧的缸体进水道12和设在发动机进气侧的缸盖出水道18三大部分。缸体进水口11设在发动机前端并和缸体进水道12呈“h”形相连通；各缸水套本体上端设计若干工艺出砂孔，其下端设计成波浪形更利于冷却液的流动，避免出现局部流速过慢现象；设有第一、第二、第三和第四缸水套进水口（141、142、143、144）分别连通各缸水套本体与缸体进水道12，运用CFD仿真分析手段，为保证四个缸温度场的均匀性，第一缸水套进水口141的截面积应略小，向前端方向倾斜40°～50°角，本实施例为45°角，第二、第三和第四缸水套进水口（142、143、144）截面积应略大，向后端方向倾斜40°～50°角，本实施例为45°角。在第三缸水套本体103靠发动机进气侧的下端设有机加钻孔的缸体出水口15，在缸盖出水道18外侧设有缸盖下出水口19，缸体出水口15和缸盖下出水口19通向外部安装的TMM热管理模块；在各缸水套本体形成的中间三个缸间鼻梁区分别设有一二、二三和三四缸间V型水孔（161、162、163），它们仅在发动机排气侧与缸体水套鼻梁区贯通，以实现冷却液从发动机排气侧缸间鼻梁区经一二、二三和三四缸间V型水孔（161、162、163）后从发动机进气侧缸间鼻梁区上到缸盖，可使缸间鼻梁区的最高温度降低约15℃。

请继续参见图4，气缸垫2在四个缸排气侧分别设有正对缸体进水道12的一缸、二缸、三缸和四缸上水通道（211、212、213、214）；在四个缸进气侧也分别设有正对缸盖出水道18的一缸、二缸、三缸和四缸下水通道（231、232、233、234）；同时在进气侧三个缸间鼻梁区处分别设有一二、二三和三四缸间上水通道（221、222、223），并分别与一二、二三和三四缸间V型水孔（161、162、163）一一对应。

本发明将缸盖水套分为缸盖下层水套3和缸盖上层水套4。

请继续参见图5，所述的缸盖下层水套3，在四个缸排气侧对应缸体进水道12上方分别设有一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖入水口（311、312、313、314），在四个缸进气侧对应缸盖出水道18上方分别设有一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖出水口（341、342、343、344），在发动机前后端方便分别设有下层水套砂芯前端定位支撑轴35和下层水套砂芯后端定位支撑轴36，在排气侧IEM出口两边分别设有缸盖IEM下层前出砂孔32和缸盖IEM下层后出砂孔33。

请继续参见图6，所述的缸盖上层水套4，在发动机排气侧、IEM出口上侧设有一个缸盖上出水口41；在一二缸燃烧室鼻梁区、三四缸燃烧室鼻梁区分别朝上凸起设有上层水套一二缸砂芯定位支撑轴46和上层水套三四缸砂芯定位支撑轴47；在发动机前后端方向分别设有上层水套砂芯前端定位支撑轴44和上层水套砂芯后端定位支撑轴45，分别与下层水套砂芯前端定位支撑轴35和下层水套砂芯后端定位支撑轴36一一对应；在排气侧IEM出口两边分别设有缸盖IEM上层前出砂孔42和缸盖IEM上层后出砂孔43，并分别与缸盖IEM下层前出砂孔32和缸盖IEM下层后出砂孔33一一对应。

实施时，所述缸盖下层水套3与缸盖上层水套4上的因工艺需要而设计的定位支承轴和出砂孔位置和大小完全一样，当缸盖上下层水套合模后刚好构成完整的圆柱形芯棒，对IEM两边的工艺出砂孔（32、33、42、43）和前后端的工艺定位支承轴（35、36、44、45）在缸盖成品上形成的工艺孔均采用碗堵过盈配合进行密封。

缸盖上层水套4在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向间隔开设有两下入水口（图中未示出）；缸盖下层水套4上开设有与所述两下入水口一一对应且连通的两上出水口；所述两下入水口分别对应位于上层水套一二缸砂芯定位支撑轴46和上层水套三四缸砂芯定位支撑轴47的下方。冷却缸盖上层水套4的水从所述两下入水口往上进入缸盖上层水套4靠发动机进气侧的一侧，沿缸盖上层水套4流向发动机排气侧，冷却缸盖后再从缸盖上出水口41流出，通过外接水管回到TMM热管理模块。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种汽油机冷却水套结构，包括缸体水套、气缸垫、缸盖下层水套和缸盖上层水套，缸体水套具有缸体进水口和缸体出水口，缸体水套通过气缸垫上的过孔连通缸盖下层水套，其特征在于：缸盖下层水套具有缸盖下出水口，缸盖下层水套连通缸盖上层水套，缸盖上层水套具有缸盖上出水口；

缸体水套包括沿发动机前后端方向并排的第一、第二、第三和第四缸水套本体，缸体水套朝向发动机排气侧的一侧具有缸体进水道，所述缸体进水道沿发动机前后端方向延伸，所述缸体进水口连通于缸体进水道朝向发动机排气侧的一侧且靠近发动机前端的位置，第一、第二、第三和第四缸水套本体朝向缸体进水道的一侧分别具有第一、第二、第三和第四缸水套进水口，缸体进水道通过第一、第二、第三和第四缸水套进水口对应连通第一、第二、第三和第四缸水套本体，所述缸体出水口开设于第三缸水套本体朝向发动机进气侧的一侧；

缸体进水口在缸体进水道上的连通位置位于第一和第二缸水套进水口之间，第一缸水套进水口朝向发动机前端倾斜40°～50°，第二、第三和第四缸水套进水口朝向发动机后端倾斜40°～50°。

2.根据权利要求1所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：第一缸水套进水口的截面积分别小于第二、第三和第四缸水套进水口的截面积。

3.根据权利要求1所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：缸体进水道的上方沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸上出口；

气缸垫在靠近发动机排气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸上水通道；

缸盖下层水套在靠近发动机排气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖入水口；

一缸、二缸、三缸和四缸上出口分别通过一缸、二缸、三缸和四缸上水通道对应连通一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖入水口。

4.根据权利要求3所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：缸体水套朝向发动机进气侧的一侧具有缸盖出水道，所述缸盖出水道沿发动机前后端方向延伸；

缸盖出水道的上方沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸上入口；

气缸垫在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸、二缸、三缸和四缸下水通道；

缸盖下层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向依次开设有一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖出水口；

一缸盖、二缸盖、三缸盖和四缸盖出水口分别通过一缸、二缸、三缸和四缸下水通道对应连通一缸、二缸、三缸和四缸上入口；

所述缸盖下出水口开设于缸盖出水道朝向发动机进气侧的一侧且位于发动机前后端方向的中间位置。

5.根据权利要求4所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：缸体出水口和缸盖下出水口外接汽车的TMM热管理模块。

6.根据权利要求4所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于： 缸盖下层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向分别向外凸起设有下层水套砂芯前端定位支撑轴和下层水套砂芯后端定位支撑轴，缸盖下层水套朝向发动机排气侧的一侧向外凸起设有沿发动机前后端方向间隔的缸盖IEM下层前出砂孔和缸盖IEM下层后出砂孔；

缸盖上层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向分别向外凸起设有上层水套砂芯前端定位支撑轴和上层水套砂芯后端定位支撑轴，并分别与下层水套砂芯前端定位支撑轴和下层水套砂芯后端定位支撑轴一一对应；缸盖上层水套在朝向发动机排气侧的一侧向外凸起设有沿发动机前后端方向间隔的缸盖IEM上层前出砂孔和缸盖IEM上层后出砂孔，并分别与缸盖IEM下层前出砂孔和缸盖IEM下层后出砂孔一一对应；

所述缸盖上出水口朝上开设于缸盖上层水套靠近发动机排气侧的一侧且位于发动机前后端方向的中间位置；缸盖上出水口外接汽车的TMM热管理模块。

7.根据权利要求6所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：缸盖上层水套与一二缸间鼻梁区和三四缸间鼻梁区对应的部位还朝上凸起设有上层水套一二缸砂芯定位支撑轴和上层水套三四缸砂芯定位支撑轴。

8.根据权利要求7所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：缸盖上层水套在靠近发动机进气侧沿发动机前后端方向间隔开设有两下入水口；缸盖下层水套上开设有与所述两下入水口一一对应且连通的两上出水口；所述两下入水口分别对应位于上层水套一二缸砂芯定位支撑轴和上层水套三四缸砂芯定位支撑轴的下方。

9.根据权利要求1-8任一项所述一种汽油机冷却水套结构，其特征在于：所述缸体水套上沿发动机前后端方向间隔设有三个缸间鼻梁区V型水孔，所述气缸垫上对应于三个缸间鼻梁区V型水孔设有三个缸间上水通道。