CN114233507A - 发动机气缸盖冷却水套 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种能够提升各缸冷却的均匀性的发动机气缸盖冷却水套，通过上下分层的水套结构，下层横流方式的水套结构，可给各缸提供单独的冷却液，各缸间的冷却液流动不产生较大的干扰，以提升各缸的冷却均匀性，使气缸盖燃烧室在一个合适的温度下，减少因各缸燃烧室温度差大而产生的燃烧异常的问题；上层纵流方式的水套结构，可快速带走IEM因燃烧而产生的热量，以使IEM在一个合适的温度下，提高气缸盖的可靠性，同时充分利用排气热量，快速提高发动机温度，缩短暖风时间，提高驾乘的舒适性。

Description

发动机气缸盖冷却水套
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气缸盖的冷却水套。
背景技术
作为车用内燃机的重要零部件之一的气缸盖，其主要作用是用来密封气缸的上面部分，与活塞顶及气缸内壁共同组成燃烧空间。内燃机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如不加以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常(爆燃、早燃等)，机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是，如果冷却过强，汽油机混合气形成不良，机油被燃烧稀释，零件的磨损加剧，也会使内燃机工作变坏。因此，良好的冷却结构可以保证内燃机在最适宜的温度状态下工作，气缸盖的冷却结构设计也极为重要。
为了解决上述问题，名称为《发动机缸盖冷却水套及发动机》(申请号：201910988756.4)的发明申请文本公开了以下技术方案：包括缸盖下层水套以及与缸盖下层水套连接的缸盖上层水套，冷却液自水泵入口进入排气歧管下层水道后，首先要流经整个排气歧管下层水道，之后才会有部分冷却液自缸体取水口流入发动机缸体；另一部分冷却液也在流经整个排气歧管下层水道之后，再流经气缸冷却水道并水刺通过第一连接孔和第二连接孔进入排气歧管上层水道。也就是说，所有的冷却水均首先经过整个排气歧管下层水道之后，才在缸体取水口位置进行分流，从而实现缸盖下层水套中较高热负荷区的冷却液流量可以实现最大化。但是上述结构中，所有的冷却水均首先经过整个排气歧管下层水道之后，在带走缸盖热量的同时，冷却水自身的温度也会相应的身高，再次进入缸体后，无法对缸体进行有效的冷却，造成缸体冷却效果不理想；此外水泵入口与缸体取水口呈对角式布置在排气歧管下层水道前后两端，也就是说冷却水是以纵流方式经过整个排气歧管下层水道的，这样势必会造成流经各缸的冷却液温度不同，无法对各缸进行均匀冷却，造成各缸燃烧室温度差大而产生的燃烧异常的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提升各缸冷却的均匀性的发动机气缸盖冷却水套。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种发动机气缸盖冷却水套，包括相互连通的上层水套和下层水套，下层水套的进气侧后端设置有入水口，下层水套进气侧在前后方向上间隔设置有多个与缸体副水套各缸区域连通的柱脚，自入水口流入的冷却液向下进入缸体副水套后再由柱脚进入下层水套进气侧并向排气侧流动，下层水套排气侧的冷却液自上、下层水套之间的联通孔进入上层水套，上层水套后端设置有缸盖出水口。
上述方案中，通过上下分层的水套结构，下层横流方式的水套结构，可给各缸提供单独的冷却液，各缸间的冷却液流动不产生较大的干扰，以提升各缸的冷却均匀性，使气缸盖燃烧室在一个合适的温度下，减少因各缸燃烧室温度差大而产生的燃烧异常的问题；上层纵流方式的水套结构，可快速带走IEM因燃烧而产生的热量，以使IEM在一个合适的温度下，提高气缸盖的可靠性，同时充分利用排气热量，快速提高发动机温度，缩短暖风时间，提高驾乘的舒适性。
附图说明
图1为缸盖水套的整体结构示意图；
图2、图3为下层水套的结构示意图；
图4为上层水套的结构示意图；
图5为冷却液流动方向示意图。
具体实施方式
结合图1-图5所示，一种发动机气缸盖冷却水套，包括相互连通的上层水套10和下层水套20，下层水套20的进气侧后端设置有入水口21，下层水套20进气侧在前后方向上间隔设置有多个与缸体副水套A各缸区域连通的柱脚22，自入水口21流入的冷却液向下进入缸体副水套A后再由柱脚22进入下层水套20进气侧并向排气侧流动，下层水套20排气侧的冷却液自上、下层水套10、20之间的联通孔23进入上层水套10，上层水套10后端设置有缸盖出水口11。通过上下分层的水套结构，下层横流方式的水套结构，可给各缸提供单独的冷却液，各缸间的冷却液流动不产生较大的干扰，以提升各缸的冷却均匀性，使气缸盖燃烧室在一个合适的温度下，减少因各缸燃烧室温度差大而产生的燃烧异常的问题；上层纵流方式的水套结构，可快速带走IEM因燃烧而产生的热量，以使IEM在一个合适的温度下，提高气缸盖的可靠性，同时充分利用排气热量，快速提高发动机温度，缩短暖风时间，提高驾乘的舒适性。上层水套10将排气导管部位包裹，对排气导管进行冷却，下层水套20的冷却液从进气侧柱脚22上水，流向排气侧，再通过排气侧加工联通孔23流入上层水套10，最终从出口流出，下层水套20主要对燃烧室、排气道进行集中冷却。
优选的，上层水套10和下层水套20的排气侧以及前端位置处还设置有联通通道30将上、下层水套10、20连通，联通通道30分配并控制上层水套10和下层水套20中冷却液的流量和流速。下层水套20排气侧的排气道四合一处以及二合一处各设置有四合一上水孔25和二合一上水孔26，四合一上水孔25和二合一上水孔26通过机加工方式开设。有效的降低IEM处的温度，使其在一个合适的工作温度下，提高了气缸盖零部件的可靠性。
上层水套10和下层水套20上进、排气门座圈之间的鼻梁区设置有全包结构a，喷油器孔、火花塞孔与气门之间区域也设置有全包结构a，冷却液自全包结构a的进气侧流向排气侧。这是因为以上所提及的位置，均是气缸盖中最容易产生热裂的地方，需要保证有足够的冷却，所以在这些区域周围设置了全包结构a。
为使冷却液首先进入热负荷较高的地方，然后再流向热负荷较低的地方，为此全包结构a前、后侧的上层水套10和下层水套20上均设置有导向板b，导向板b呈折板状或弧形，且凸向进、排气门座圈以及喷油器孔、火花塞孔，导向板b引导冷却液流向全包结构a处。
整体冷却水套的结构设计，水流没有流动死区，否则会使局部温度过高；同时在设计时也防止冷却液流动短路，流进气缸盖冷却水套的冷却液应经过有组织的流通后从缸盖出水口11流出，进水口位置与各股冷却水流，没有互相作用而形成很强的涡流。因为在涡流区易形成蒸汽，引起局部过热，从而导致汽蚀的产生，影响气缸盖零部件的可靠性，所以上层水套10的顶部从前端向后端逐渐抬高设置，缸盖出水口11设置在上层水套10后端最顶部位置处，以让在冷却液流动过程中产生的空气囊和蒸汽囊，可以随着冷却液的流动一起流出缸盖出水口11，避免空气囊和蒸汽囊停留在气缸盖水套的局部位置，影响散热，也易产生汽蚀。
上层水套10排气侧靠近后部位置处还设置有出砂孔12，下层水套20后端靠近排气侧位置处还设置有与缸体主水套A联通的缸体出水孔24。此种上下分层的冷却水套结构，上层水套10较为宽厚，为有利于铸造生产的考虑，在后端设置了圆形凸台，在浇铸过程中可起到定位、增加清砂通道的作用。
上层水套10和下层水套20的流通通道尺寸大于等于4mm，否则也易有强烈的蒸汽产生，使水垢加速形成而堵塞通道，而过分增加通道断面会使水的流速减低影响散热而使局部温度增加，通过多次CFD计算，平衡流通通道的尺寸，以达到最优设计。
图5中的虚线加箭头是冷却液流动方向示意图。从图中可以看出，缸体水套包括位于外周的缸体副水套A和内部的缸体主水套B，自入水口21流入的冷却液向下进入缸体副水套A和缸体主水套B内，缸体主水套B中的冷却液对缸体进行冷却后从缸体出水孔24中排出，而缸体副水套A中的冷却液由柱脚22进入下层水套20进气侧并向排气侧流动，下层水套20排气侧的冷却液自上、下层水套10、20之间的联通孔23以及四合一上水孔25和二合一上水孔26进入上层水套10，上层水套10中的冷却液再从后端设置的缸盖出水口11排出。

Claims (8)

1.一种发动机气缸盖冷却水套，包括通过相互连通的上层水套(10)和下层水套(20)，其特征在于：下层水套(20)的进气侧后端设置有入水口(21)，下层水套(20)进气侧在前后方向上间隔设置有多个与缸体副水套(A)各缸区域连通的柱脚(22)，自入水口(21)流入的冷却液向下进入缸体副水套(A)后再由柱脚(22)进入下层水套(20)进气侧并向排气侧流动，下层水套(20)排气侧的冷却液自上、下层水套(10、20)之间的联通孔(23)进入上层水套(10)，上层水套(10)后端设置有缸盖出水口(11)。
2.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：上层水套(10)和下层水套(20)的排气侧以及前端位置处还设置有联通通道(30)将上、下层水套(10、20)连通，联通通道(30)分配并控制上层水套(10)和下层水套(20)中冷却液的流量和流速。
3.根据权利要求2所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：下层水套(20)排气侧的排气道四合一处以及二合一处各设置有四合一上水孔(25)和二合一上水孔(26)，四合一上水孔(25)和二合一上水孔(26)通过机加工方式开设。
4.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：上层水套(10)和下层水套(20)上进、排气门座圈之间的鼻梁区设置有全包结构(a)，喷油器孔、火花塞孔与气门之间区域也设置有全包结构(a)，冷却液自全包结构(a)的进气侧流向排气侧。
5.根据权利要求4所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：全包结构(a)前、后侧的上层水套(10)和下层水套(20)上均设置有导向板(b)，导向板(b)呈折板状或弧形，且凸向进、排气门座圈以及喷油器孔、火花塞孔，导向板(b)引导冷却液流向全包结构(a)处。
6.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：上层水套(10)的顶部从前端向后端逐渐抬高设置，缸盖出水口(11)设置在上层水套(10)后端最顶部位置处。
7.根据权利要求1所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：上层水套(10)排气侧靠近后部位置处还设置有出砂孔(12)，下层水套(20)后端靠近排气侧位置处还设置有与缸体主水套(A)联通的缸体出水孔(24)。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的发动机气缸盖冷却水套，其特征在于：上层水套(10)和下层水套(20)的流通通道尺寸大于等于4mm。
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