CN115111084A - 气缸盖排气侧冷却结构及气缸盖和发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气缸盖排气侧冷却结构及气缸盖和发动机，本发明的气缸盖排气侧冷却结构设于气缸盖中，并包括排气侧上水套、排气侧下水套以及分别连接所述排气侧上水套和所述排气侧下水套的连接水套；所述连接水套包括围绕在排气道混合部外部以对所述排气道混合部进行冷却的弧形部。本发明利用连接水套中弧形部，能够对排气道内的排气混合部位置形成较好的冷却效果，可避免排气混合部附近结构因温度过高出现变形或裂纹，而可提升气缸盖使用的稳定性。

Description

气缸盖排气侧冷却结构及气缸盖和发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种气缸盖排气侧冷却结构。本发明还涉及一种具有上述气缸盖排气侧冷却结构的气缸盖，以及设有该气缸盖的发动机。

背景技术

随着发动机技术的发展，排气歧管与气缸盖集成已成为主流发动机的发展趋势，排气歧管集成在气缸盖内可减小发动机的整体尺寸，减少发动机启动时的热量损失，增加催化剂的起燃速度，以及提高增压器的响应特性等。不过，排气歧管与气缸盖集成后，气缸盖的热负荷一般至少会增加10％-20％，为防止排气温度过高以及影响气缸盖性能，增加的热负荷需要冷却水套来冷却。

目前，大多数主机厂通过增加冷却水泵的流量来增加冷却系统的冷却能力，以降低发动机的热负荷，但使用高流量的冷却水泵会增加水泵的开发成本。同时，当水泵流量增加到一定程度后，再增加流量冷却效率并不会再提升，冷却能力不足容易造成气缸盖排气道部位局部热应力集中，产生热疲劳、裂纹等隐患，会影响发动机的正常使用。

此外，针对于排气道的排气道出口偏置的气缸盖，也即排气道的出口靠近气缸盖一端(前端或后端)布置的情形，排气道中的各排气支管中的废气在排气道混合部混合后，再由排气道出口排出。此时，排气道混合部的靠近气缸盖端部一侧的侧壁面，会受到各个排气支管中高温废气的冲击，较多的高温热量留在该侧壁面处，会造成壁面温度集中，而容易因温度过高导致该避免附近结构出现变形或裂纹。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种气缸盖排气侧冷却结构，以能够对排气道内的排气混合部位置形成较好的冷却效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种气缸盖排气侧冷却结构，设于气缸盖中，并包括排气侧上水套、排气侧下水套以及分别连接所述排气侧上水套和所述排气侧下水套的连接水套；所述连接水套包括围绕在排气道混合部外部以对所述排气道混合部进行冷却的弧形部。

进一步的，所述连接水套包括相连的端部上水套和端部下水套，所述端部上水套和端部下水套共同形成所述排气道混合部的冷却通道；所述端部上水套包括上弧形部，所述端部下水套包括下弧形部，所述上弧形部与所述下弧形部共同构成所述弧形部。

进一步的，所述端部上水套还包括与所述上弧形部串连的上连接部，所述端部下水套还包括与所述下弧形部串连的下连接部；所述端部上水套和所述端部下水套通过所述上连接部与所述下连接部相连。

进一步的，沿所述气缸盖的高度方向由上往下，所述上连接部的截面积逐渐减小，和/或，所述下连接部的截面积逐渐增大。

进一步的，沿所述气缸盖的高度方向由上往下，所述上连接部沿所述气缸盖的横向的宽度逐渐减小，和/或，所述下连接部沿所述气缸盖的横向的宽度逐渐增大；其中，所述气缸盖的横向为平行于所述气缸盖的底面，且与各气缸排列方向垂直的方向。

进一步的，所述上弧形部沿所述气缸盖的横向的最小宽度d31满足：2d21≤d31≤0.5D，所述下弧形部沿所述气缸盖的横向的最小宽度d32满足：2d22≤d32≤0.5D；其中，d21为所述上弧形部的厚度，d22为所述下弧形部的厚度，D为所述气缸的直径。

进一步的，所述上弧形部的厚度d21满足：d11≤d21≤2d11，所述下弧形部的厚度d22满足：d12≤d22≤2d12；其中，d11为所述上弧形部与所述排气道混合部之间的垂向距离，d12为所述下弧形部与所述排气道混合部之间的垂向距离。

进一步的，所述上弧形部与所述排气道混合部之间的垂向距离d11满足：2mm≤d11≤10mm，和/或，所述下弧形部与所述排气道混合部之间的垂向距离d12满足：2mm≤d12≤10mm。

进一步的，所述上弧形部的圆心角与所述下弧形部的圆心角之和不小于90°。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的气缸盖排气侧冷却结构，通过在连接水套中设置围绕排气道混合部设置的弧形部，能够利用该弧形部的弧形围绕设计，更好地与排气混合部的侧壁面进行热传递，从而能够对排气混合部形成较好的冷却效果，可避免排气混合部附近结构因温度过高出现变形或裂纹。

此外，本发明中通过排气侧上水套和排气侧下水套，利用排气侧上水套和排气侧下水套，也可提高气缸盖排气侧的冷却面积和冷却效率，提升气缸盖排气侧的冷却效果，避免冷却能力不足造成局部热应力集中，从而能够提高气缸盖结构的可靠性，保证气缸盖使用的稳定性。

本发明同时也提出一种气缸盖，所述气缸盖上设有如上所述的气缸盖排气侧冷却结构。

此外，本发明还提出一种发动机，所述发动机上设有上述的气缸盖。

本发明的气缸盖及发动机相对于现有技术具有的有益效果与上述气缸盖排气侧冷却结构相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的气缸盖排气侧冷却结构在气缸盖冷却水套中的布置示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明实施例一所述的排气道的结构示意图；

图4为图1的俯视图；

图5为图1中A-A方向的剖视图；

图6为图5中左端部分的局部放大图；

图7为图2中B-B位置的断面图；

附图标记说明：

1、气缸盖冷却水套；2、排气道；

11、排气侧上水套；12、排气侧下水套；13、端部上水套；14、侧部上水套；15、端部下水套；16、侧部下水套；

131、上弧形部；132、上连接部；151、下弧形部；152、下连接部；

20、排气支管；21、排气混合部；22、排气道出口；23、混合部侧壁面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其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。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种气缸盖排气侧冷却结构，其设于气缸盖中，并用于对气缸盖排气侧的排气道2进行冷却，以能够提升气缸盖排气侧的冷却效果，且由此提高气缸盖结构的可靠性。

整体设计上，本实施例的气缸盖排气侧冷却结构包括排气侧上水套11、排气侧下水套12，以及分别连接排气侧上水套11和排气侧下水套12的连接水套。并且，该连接水套包括围绕在排气道2内的排气道混合部21外部，以对排气道混合部21进行冷却的弧形部。

其中，沿气缸盖的高度方向，排气侧上水套11设置在气缸盖内的排气道2的上方，排气侧下水套12设置在排气道2的下方。并且，作为其中一种实施形式，如图1至图4所示，本实施例的气缸盖中排气道2的排气道出口22靠近气缸盖的一端布置，上述连接水套具体包括相连的端部上水套13和端部下水套15，该端部上水套13和端部下水套15共同形成排气道混合部21的冷却通道。

具体来说，以上排气侧上水套11、排气侧下水套12和连接水套属于气缸盖冷却水套1中的一部分。而且基于以上介绍，仍如图1至图4所示，本实施例的气缸盖也具体以V6发动机的气缸盖为例进行说明，并且鉴于V6发动机的气缸盖通常分为左右两部分，两部分也采用相同的冷却结构，故在本实施例的各图中仅示出了其中一部分上的冷却结构。

当然，除了为V6发动机上的气缸盖，需要指出的是，本实施例所涉及的气缸盖也可为直列四缸发动机，或者是V8发动机上的气缸盖。在所述气缸盖为直列四缸发动机或V8发动机上的气缸盖时，该气缸盖排气侧的冷却结构的设置，同样参见本文下述的描述即可。

本实施例中，对于上述排气道2的排气道出口22靠近气缸盖的一端布置，其也即排气道2的排气道出口22在气缸盖上的偏置布置。并且，此处所指的气缸盖的一端，具体指图4中各气缸排列方向上的气缸盖的一端。

此外，本实施例中，排气道2中的多根排气支管20交汇连通至以上所述的排气道混合部21处，排气道混合部21再与排气道出口22连通。排气支管20的数量与位于同侧的气缸的数量相同，并且各排气支管20与气缸一一对应，使得各排气支管20的一端和与之对应的气缸相连。各排气支管20的另一端交汇连接至排气道混合部21，各缸的废气在排气道混合部21处混合后，从排气道出口22排出，并且对于带增压器的发动机，排出的废气进入增压器，对于不带增压器而为自然吸气的发动机，排出的废气进入排气管路中。

基于排气道出口22靠近气缸盖的一端布置，结合图3所示，在排气道混合部21处即具有上述的靠近气缸盖端部一侧的混合部侧壁面23，并且能够理解的是，进入排气混合部21中的废气尤其会冲击混合部侧壁面23，使得较多的高温热量留在该混合部侧壁面23处，造成混合部侧壁面23处温度集中。因而，排气道混合部21中的混合部侧壁面23处对冷却能力有较高的要求，以防止混合部侧壁面23位置温度过高导致变形或裂纹。

此时，本实施例的连接水套中的弧形部便围绕上述混合部侧壁面23设置，也即所述连接水套沿气缸盖的高度方向设置，并位于排气道出口22的靠近气缸盖端部的一侧。这样，便能够利用该弧形部的弧形围绕设计，更好地与排气混合部21处的混合部侧壁面23进行热传递。由此，能够对混合部侧壁面23形成较好的冷却效果，而可避免排气混合部21附近结构因温度过高出现变形或裂纹等。

在具体设置上，本实施例的端部上水套13与排气侧上水套11相连，端部下水套15与排气侧下水套12相连，以此由连接水套构成排气侧上水套11与排气侧下水套12之间的连通。同时，再结合图5和图6中所示，端部上水套13包括上弧形部131，端部下水套15包括下弧形部151，上弧形部131与下弧形部151共同构成上述的弧形部。

另外，本实施例的端部上水套13还包括与上弧形部131串连的上连接部132，端部下水套15还包括与下弧形部151串连的下连接部152。此时，上弧形部131具体与排气侧上水套11相连，下弧形部151具体与排气侧下水套12相连，端部上水套13和端部下水套15也通过上连接部132与下连接部152相连，以此串接形成整个连接水套。

本实施例的排气侧冷却结构中，发动机缸体中的冷却水一般进入排气侧上水套11，再经所述的连接水套进入排气侧下水套12后，从排气侧下水套12排出。此时，在具体设置上，作为一种优选实施形式，沿气缸盖的高度方向由上往下，端部上水套13中的上连接部132的截面积呈逐渐减小的趋势设置，同时，端部下水套15中的下连接部152的截面积则呈逐渐增大的趋势设置。

与此同时，同样沿气缸盖的高度方向由上往下，上连接部132沿气缸盖的横向的宽度呈逐渐减小的趋势设置，并且下连接部152沿气缸盖的横向的宽度呈逐渐增大的趋势设置。其中，再次参考图1及图4中所示，上述气缸盖的横向也即平行于所述气缸盖的底面，且与各气缸排列方向垂直的方向。而本实施例使得上连接部132的截面积和横向宽度由上往下逐渐减小，可便于汇合排气侧上水套11的冷却水向下流动，使得下连接部152的截面积和横向宽度由上往下逐渐增大，则能够便于冷却水向排气侧下水套12中流动，避免出现节流损失。

具体实施时，对于由上往下截面积和横向宽度逐渐减小的上连接部132，其截面例如可设置成“V”形或倒梯形，对于由上往下截面积和横向宽度逐渐增大的下连接部152，其截面例如可设置成“Λ”形或正梯形。而除了以上所述的形状，当然上连接部132和下连接部152均能够采用其它形状，只要该形状满足截面积与横向宽度的变化趋势便可。

另外，除了使得上连接部132和下连接部152的截面积和横向宽度均采用上述的变化趋势，当然仅使得截面积与横向宽度中的一个采用上述变化趋势也是可以的。此时，相对于截面积与横向宽度中逐渐变化的那个，另一个例如可设置为由上往下基本不变的。不过，作为优选实施形式，具体实施时仍优选将截面积与横向宽度均设置为具有上述的变化趋势。

本实施例中，继续如图7所示，为保证在气缸盖的横向方向上，连接水套中的冷却水能够对混合部侧壁面23形成足够的冷却。具体设置上，端部上水套13中的上弧形部131沿气缸盖横向的最小宽度d31满足：2d21≤d31≤0.5D，与之类似的，端部下水套15中的下弧形部151沿气缸盖横向的最小宽度d32满足：2d22≤d32≤0.5D。

其中，上述d21为上弧形部131的厚度，d22为下弧形部151的厚度，D则为同列排列的相邻两个气缸中心之间的距离。

而且针对于上弧形部131的厚度d21，以及下弧形部151的厚度d22，本实施例在具体设置上，厚度d21满足：d11≤d21≤2d11，厚度d22则满足：d12≤d22≤2d12。其中，d11为上弧形部131与排气道混合部21之间的垂向距离，d12为下弧形部151与排气道混合部21之间的垂向距离。并且，该上弧形部131与排气道混合部21之间的垂向距离d11满足：2mm≤d11≤10mm，下弧形部151与排气道混合部21之间的垂向距离d12满足：2mm≤d12≤10mm。

此时，垂向距离d11与垂向距离d12例如具体采用2mm、3mm、5mm、6mm、8mm或10mm中的一个。上述厚度d21例如可等于d11，或者为1.2d11、1.5d11、1.8d11、2d11中的一个，厚度d22例如可等于d12，或者为1.2d12、1.5d12、1.8d12、2d12中的一个。

而本实施例通过将上弧形部131与排气道混合部21之间的垂向距离d11，以及下弧形部151与排气道混合部21之间的垂向距离d12设置在以上范围内，可以有效降低混合部侧壁面23到连接水套的热传递距离，从而能够保证连接水套中的弧形部对混合部侧壁面23的冷却效果。

需要指出的是，针对于以上垂向距离d11和垂向距离d12，具体实施时，虽然将该垂向距离d11和垂向距离d12设置的越小，冷却水的冷却能力越好，但在垂向距离d11和垂向距离d12过小时，气缸盖在铸造过程中对水套、气道砂芯的制作及装配定位要求越高，容易出现渗漏等铸造问题，造成成品率极低。而将上述垂向距离d11和垂向距离d12设置的过大，虽然可使得生产铸造容易保证，不过其会使得冷却水对混合部侧壁面23的冷却能力下降，容易因冷却能力不足导致气缸盖出现裂纹问题。

本实施例通过将上弧形部131的厚度d21与下弧形部151的厚度d22设置在上述的范围内，则能够使得流经弧形部的冷却水足以带走混合部侧壁面23的热量，以使连接水套的冷却能力得到保证。

另外，为进一步保证上弧形部131和下弧形部151对排气道混合部21的冷却效果，本实施例也设置上弧形部131的圆心角与下弧形部151的圆心角之和不小于90°。此时，上弧形部131的圆心角与下弧形部151的圆心角之和例如可为95°、98°、100°、102°或105°。而使得两个弧形部的圆心角之和不小于90°，也即使得两个弧形部至少覆盖1/4圆周角度的混合部侧壁面23，从而能够使得两个弧形部和排气道混合部21之间具有足够的热传递面积。

仍参见图2所示，作为其中一种实施形式，基于本实施例的排气道出口22靠近气缸盖的一端布置，本实施例在气缸盖排气侧还可进一步设置侧部水套，且该侧部水套具体位于排气道出口22的靠近气缸盖中部的一侧。同时，具体结构上，与上述连接水套类似的，侧部水套包括相连设置的侧部上水套14和侧部下水套16，且侧部上水套14与排气侧上水套11相连，侧部下水套16与排气侧下水套12相连。

由此，侧部上水套14和侧部下水套16共同组成的侧部水套，构成了排气侧上水套11与排气侧下水套12之间的另一条冷却通道，冷却水通过该侧部水套主要对排气道出口22靠近气缸盖中部一侧的排气道2的壁面进行冷却，并且也可对排气混合部21处起到一定的冷却作用，进而能够提升对排气道2，尤其是排气道出口22附近位置的冷却效果。

本实施例的气缸盖排气侧冷却结构，通过分设在排气道2上、下方的排气侧上水套11和排气侧下水套12的设置，对排气道2的主体部分进行冷却，能够提高气缸盖排气侧的冷却面积和冷却效率，提升气缸盖排气侧的冷却效果，避免冷却能力不足造成局部热应力集中。

并且，通过上述连接水套，特别是其内的弧形部的设置，也能够对排气道混合部21处形成较好的冷却效果，可避免排气混合部21附近结构因温度过高出现变形或裂纹。与此同时，靠近气缸盖中部一侧的侧部水套的设置，也能够进一步降低排气道出口22附近位置的温度，减小排气道出口22部位的热变形，进而能够提高气缸盖结构的可靠性，保证气缸盖使用的稳定性，而具有很好的实用性。

实施例二

本实施例涉及一种气缸盖，该气缸盖上即设有实施例一中的气缸盖排气侧冷却结构。

此外，本实施例也涉及一种发动机，该发动机上则设置有上述的气缸盖。

本实施例的气缸盖以及发动机，采用实施例一中的排气侧冷却结构，可提高气缸盖排气侧的冷却面积和冷却效率，提升气缸盖排气侧冷却效果，避免冷却能力不足造成局部热应力集中，且也能够提高气缸盖结构的可靠性，保证气缸盖使用的稳定性，而有着很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种气缸盖排气侧冷却结构，设于气缸盖中，其特征在于：

包括排气侧上水套(11)、排气侧下水套(12)以及分别连接所述排气侧上水套(11)和所述排气侧下水套(12)的连接水套；

所述连接水套包括围绕在排气道混合部(21)外部以对所述排气道混合部(21)进行冷却的弧形部。

2.根据权利要求1所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

所述连接水套包括相连的端部上水套(13)和端部下水套(15)，所述端部上水套(13)和端部下水套(15)共同形成所述排气道混合部(21)的冷却通道；

所述端部上水套(13)包括上弧形部(131)，所述端部下水套(15)包括下弧形部(151)，所述上弧形部(131)与所述下弧形部(151)共同构成所述弧形部。

3.根据权利要求2所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

所述端部上水套(13)还包括与所述上弧形部(131)串连的上连接部(132)，所述端部下水套(15)还包括与所述下弧形部(151)串连的下连接部(152)；

所述端部上水套(13)和所述端部下水套(15)通过所述上连接部(132)与所述下连接部(152)相连。

4.根据权利要求3所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

沿所述气缸盖的高度方向由上往下，所述上连接部(132)的截面积逐渐减小，和/或，所述下连接部(152)的截面积逐渐增大。

5.根据权利要求3或4所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

沿所述气缸盖的高度方向由上往下，所述上连接部(132)沿所述气缸盖的横向的宽度逐渐减小，和/或，所述下连接部(152)沿所述气缸盖的横向的宽度逐渐增大；

其中，所述气缸盖的横向为平行于所述气缸盖的底面，且与各气缸排列方向垂直的方向。

6.根据权利要求5所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

所述上弧形部(131)沿所述气缸盖的横向的最小宽度d31满足：2d21≤d31≤0.5D，所述下弧形部(151)沿所述气缸盖的横向的最小宽度d32满足：2d22≤d32≤0.5D；

其中，d21为所述上弧形部(131)的厚度，d22为所述下弧形部(151)的厚度，D为相邻两个气缸中心之间的距离。

7.根据权利要求2所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

所述上弧形部(131)的厚度d21满足：d11≤d21≤2d11，所述下弧形部(151)的厚度d22满足：d12≤d22≤2d12；

其中，d11为所述上弧形部(131)与所述排气道混合部(21)之间的垂向距离，d12为所述下弧形部(151)与所述排气道混合部(21)之间的垂向距离。

8.根据权利要求7所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

所述上弧形部(131)与所述排气道混合部(21)之间的垂向距离d11满足：2mm≤d11≤10mm，和/或，所述下弧形部(151)与所述排气道混合部(21)之间的垂向距离d12满足：2mm≤d12≤10mm。

9.根据权利要求2所述的气缸盖排气侧冷却结构，其特征在于：

所述上弧形部(131)的圆心角与所述下弧形部(151)的圆心角之和不小于90°。

10.一种气缸盖，其特征在于：所述气缸盖上设有权利要求1至9中任一项所述的气缸盖排气侧冷却结构。

11.一种发动机，其特征在于：所述发动机上设有权利要求10所述的气缸盖。

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