CN217841843U - 用于内燃机的气缸盖和内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于内燃机的气缸盖和具有其的内燃机，所述气缸盖具有燃烧室、排气道和换热水套，所述换热水套设于所述燃烧室和所述排气道的周围，以与所述燃烧室和所述排气道换热，所述换热水套的至少一部分的内表面为光滑面，所述光滑面的粗糙度不大于6.3μm。通过应用上述技术方案，可以降低换热水套的对流热传递，提升内燃机的热效率。

Description

用于内燃机的气缸盖和内燃机

技术领域

本实用新型涉及动力机械技术领域，特别涉及一种用于内燃机的气缸盖和具有该气缸盖的内燃机。

背景技术

内燃机由德国实用新型家奥拓于1876年实用新型，经过140余年的发展，现已作为一种提供车辆稳定动力来源的机器，融入到人们的日常生活当中。随着我国持续的改革开放，国民经济的全面提升，内燃机作为动力来源的乘用车普及率逐年上升。

相关技术中，发动机气缸盖的铸造水套表面粗糙度大，实际换热表面进一步增大，增大了燃料化学能传入冷却系统的能量，进而降低了发动机的输出功率，减小了其热效率。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种气缸盖，通过改变换热水套的内表面的粗糙程度，可以降低换热水套的对流热传递，提升内燃机的热效率。

本实用新型的另一个目的在于提出一种内燃机，包括前述的气缸盖。

根据本实用新型实施例的用于内燃机的气缸盖，所述气缸盖具有燃烧室、排气道和换热水套，所述换热水套设于所述燃烧室和所述排气道的周围，以与所述燃烧室和所述排气道换热，所述换热水套的至少一部分的内表面为光滑面，所述光滑面的粗糙度不大于6.3μm。

根据本实用新型实施例的用于内燃机的气缸盖，通过改变换热水套的内表面的粗糙程度，可以降低换热水套的对流热传递，提升内燃机的热效率。

另外，根据本实用新型上述实施例的用于内燃机的气缸盖还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些示例中，所述换热水套的一部分内表面为光滑面且另一部分表面为粗糙面，所述粗糙面的粗糙度大于6.3μm。

在本实用新型的一些示例中，所述换热水套包括第一水套、第二水套和中间水套，所述中间水套连接于所述第一水套和所述第二水套之间，且所述中间水套相对于所述第一水套和所述第二水套靠近所述燃烧室，所述中间水套的内表面设置成所述光滑面。

在本实用新型的一些示例中，所述第一水套和所述第二水套的内表面设置为粗糙度大于6.3μm的粗糙面。

在本实用新型的一些示例中，所述第一水套具有贯穿所述气缸盖下端面的开口，且所述中间水套为与所述开口相对的直水套。

在本实用新型的一些示例中，所述中间水套和所述燃烧室的最小间距与所述中间水套的直径的比值在1.1到2的范围内。

在本实用新型的一些示例中，所述排气道的入口端具有排气座圈，其中所述中间水套的直径与所述排气座圈的直径的比值在10％到30％的范围内。

在本实用新型的一些示例中，所述中间水套和所述排气道之间的最小间距与所述中间水套的直径的比值在0.5到1.5的范围内。

在本实用新型的一些示例中，所述排气道包括第一支气管和第二支气管，所述中间水套与所述第一支气管的间距和所述中间水套与所述第二支气管的间距相同。

在本实用新型的一些示例中，所述中间水套设于所述第一支气管和所述第二支气管之间。

根据本实用新型实施例的内燃机，包括：气缸体，前述的气缸盖，所述气缸体内具有气缸；所述气缸盖在所述气缸体上，且所述燃烧室与所述气缸相对。

根据本实用新型实施例的内燃机，可以提升内燃机的热效率。

附图说明

图1是本实用新型一些实施例中内燃机的结构示意图。

图2是本实用新型一些实施例中内燃机的截面图。

图3是图2中圈A区域的局部放大图。

图4是本实用新型一些实施例中气缸盖的局部结构示意图。

图5是图4中圈B区域的局部放大图。

附图标记：

100、内燃机；11、气缸盖；10、燃烧室；12、换热水套；121、第一水套；122、第二水套；123、中间水套；101、开口；1231、第一侧壁；1232、第二侧壁；13、排气道；14、排气座圈；131、第一支气管；132、第二支气管；15、气缸体。

具体实施方式

随着法规版本执行迭代频率加快，发动机热效率的提升也被重点关注。乘用车的内燃机通过燃油与空气的混合气在燃烧室内部燃烧，作用在活塞顶面的气体压力推动曲柄连杆机构对外输出机械功；做完功的高温燃气需要通过连接燃烧室的排气通道排出发动机外部。为了保证内燃机各零部件的安全运转，需要在燃烧室、排气通道周边设置冷却结构。根据以上内燃机的工作原理，燃料含有的化学能为内燃机的输入能量，曲轴输出的机械功为有用功，冷却系统和排气散发到环境中的热量为主要无用功。在燃料输入能量恒定的情况下，如果想提高曲轴输出机械工的占比，则需要减小冷却系统或排气散掉的热量。其中排气的能量主要为排气温度，可以通过增长活塞性能实现，但冷却系统散掉的能量的减小需要从燃烧室、排气道周边水套结构来决定。目前主流的内燃机水套结构均为铸造成型，特别是位于气缸盖排气道鼻梁区中间区域。一般铸造水套需要通过砂芯成型，因砂芯强度限制，位于缸盖排气道鼻梁区的水套截面积不可以设置过小，若设置过小，则砂芯在生产过程中容易产生断芯问题，导致缸盖铸件产生隔皮、砂眼等缺陷。如果此区域截面积设置过大，则存在以下几点问题：一、由于减少了排气道的流通面积，导致排气道流通阻力增大，增加了发动机的换气损失，进而降低了发动机的输出功率，减小了其热效率。二、水套表面积不可避免的会变大，根据牛顿冷却定律，热流量等于对流换热系数*散热面积*温差，可知表面积增大后增加了热流量，即增大了燃料化学能传入冷却系统的能量，进而降低了发动机的输出功率，减小了其热效率。三、由于铸造水套表面粗糙度大，实际换热表面进一步增大，进一步加大了水套侧的换热面积，降低了发动机的输出功率，减小了其热效率。

因此，水套铸造砂芯成型，受限于水套砂芯强度限制，需要增大排气道鼻梁区的截面，这种结构存在以下几点问题：第一，因空间结构限制，大的排气道鼻梁区结构侵占了排气道的空间，需要减少排气道的流通截面面积，导致排气道流通阻力增大，增加了发动机的换气损失，进而降低了发动机的输出功率，减小了其热效率；第二，水套表面积不可避免的会变大，根据牛顿冷却定律，热流量等于对流换热系数*散热面积*温差，可知表面积增大后会增加热流量，即增大了燃料化学能传入冷却系统的能量，因总能量不变，进而降低了发动机的输出功率，减小了其热效率；第三，铸造水套表面粗糙度大，实际换热表面进一步增大，进一步加大了水套侧的换热面积，降低了发动机的输出功率，减小了其热效率。

为此，本实用新型提供了一种用于内燃机的气缸盖和具有该气缸盖的内燃机，通过限定气缸盖中换热水套粗糙度的方式，在不影响排气道流通性能的前提下，提升内燃机的热效率。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

结合图1至图5，根据本实用新型实施例的用于内燃机的气缸盖11，气缸盖11具有燃烧室10、排气道13和换热水套12，换热水套12设于燃烧室10和排气道13的周围，可以与燃烧室10和排气道13换热，以提高运行稳定性，其中，换热水套12的至少一部分的内表面为光滑面。具体而言，冷却介质冷却气缸盖11时，冷却介质流经换热水套12的过程中，换热水套12的光滑面可以增加冷却介质在换热水套12内的流速，以减少冷却介质与换热水套12的光滑面的对流热传递，由此，可以降低冷却介质带走发动机的热量，提升内燃机100的热效率，以起到节能效果，利于提高燃油经济性。

更为具体地，光滑面的粗糙度不大于6.3μm，也就是说，所述光滑面被形成为算术平均粗糙度为6.3μm以下的光面，以使冷却介质带走发动机的热量最小化，利于提高内燃机100热效率。例如，光滑面的粗糙度可以为3μm或者5μm等。可以理解的是，光滑面的粗糙度可以尽量小，从而可以更好的降低或调节热损失。

根据本实用新型实施例的用于内燃机的气缸盖11，通过改变换热水套12的内表面的粗糙程度，可以降低换热水套12的对流热传递，由此，可以在不影响排气道13流通性能的情况下，提升内燃机100的热效率。

当然，也可以根据实际情况对光滑面的粗糙程度进行调整，例如光滑面的粗糙度可以为6.5μm或者7μm等，本实用新型不限于此。

可选地，换热水套12也可以设置成内表面均为光滑面的形式，或者光滑面的面积大于粗糙面的面积等，可以根据实际情况进行调整。

在本实用新型的一些实施例中，换热水套12的一部分内表面为光滑面且另一部分表面为粗糙面，粗糙面的粗糙度大于6.3μm。

结合图2，在本实用新型的一些实施例中，换热水套12包括第一水套121、第二水套122和中间水套123，中间水套123连接于第一水套121和第二水套122之间，且中间水套123相对于第一水套121和第二水套122靠近燃烧室10，中间水套123的内表面设置成光滑面。具体地，冷却介质可以在第一水套121、第二水套122和中间水套123之间流通，通过设置第一水套121、第二水套122和中间水套123，利于控制冷却介质的流通方式和流通路径，从而预期的换热效果，例如，可以根据内燃机100各部件或特定区域的换热需求合理布置第一水套121、第二水套122或中间水套123所在的位置以及水套的形状等，以提高换热效果。更为具体地，本实用新型中，中间水套123靠近燃烧室10，热量相对较高，因此可以将中间水套123的内表面设置成光滑面，可以增大冷却介质在中间水套123处的流速，利于减少换热量，减少热损失。

在本实用新型的一些实施例中，第一水套121和第二水套122的内表面设置为粗糙度大于6.3μm的粗糙面。即第一水套121和第二水套122的内表面被形成为算术平均粗糙度为6.3μm以上的粗糙表面，便于加工和制造。由此，第一水套121和第二水套122内的冷却介质流动的较为缓慢，其表面更易形成核沸腾换热，使得所述气缸盖11的温度在材料耐温极限以下，以保护气缸盖11，提高运行稳定性。

在实际应用时，冷却介质可以在第一水套121、第二水套122和中间水套123之间流通，例如冷却介质的流通顺序可以是第一水套121-中间水套123-第二水套122，或者第二水套122-中间水套123-第一水套123，由此，第一水套121、第二水套122和中间水套123使得换热水套内不同的区域具有不同的粗糙度，利于调节热能损失比例，利于能量综合利用。将中间水套123的内表面设置光滑面时，热量最大，冷却介质进行对流换热，中间水道123的光滑面可以降低对流换热系数，从而可以充分利用化学能。

结合图3，在本实用新型的一些实施例中，第一水套121具有贯穿气缸盖11下端面的开口101，且中间水套123为与开口101相对的直水套，以便于在中间水套123的内表面构造光滑面。具体地，制造时可以直接从开口101处伸入中间水套123内，对中间水套123的内表面进行处理，而将中间水套123设置为直水套可以便于处理内表面，且利于提高处理效果，利于简化制造工艺。

结合图3，在本实用新型的一些实施例中，中间水套123和燃烧室10的最小间距b与中间水套123的直径的比值在1.1到2的范围内，可以提高运行的稳定性和安全性。具体地，若中间水套123与燃烧室10的距离b过小，则可能存在气缸盖11强度不满足内燃机100使用要求的风险，在运行过程中开裂。若中间水套123与燃烧室10的距离b过大，气缸盖11温度过高，存在超过气缸盖11材料耐温极限的风险。

可选地，也可以根据实际情况，例如中间水套123的形状设置中间水套123与燃烧室10的最小间距，本实用新型不限于此。

结合图4和图5，在本实用新型的一些实施例中，排气道13的入口端具有排气座圈14，其中中间水套123的直径与排气座圈14的直径的比值在10％到30％的范围内，可以提高运行的稳定性，且便于制造，利于降低成本，利于空间布置。

具体而言，中间水套123的直径d的范围设定为：10％排气座圈14的直径≤d≤30％排气座圈14的直径。若所述中间水套123的直径d设定过小，容易产生制造成型困难，生产一致性差的问题；还会导致中间水套123流动阻力过大，导致内燃机100冷却介质流量降低，使得散热器散热能力下降，内燃机100存在过热的风险。

如果中间水套123的直径d设定过大，将导致中间水套123的散热表面过大，根据牛顿冷却定律，热流量等于对流换热系数*散热面积*温差，可知，表面积增大后增加了热流量，即增大了燃料化学能传入冷却系统的能量，进而降低了发动机的输出功率，减小了内燃机100热效率。此外，如果中间水套123的直径d过大，会侵占排气道13的布置空间，需要减少排气道13的流通截面面积，导致排气道13流通阻力增大，增加了内燃机100的换气损失，进而降低了内燃机100的输出功率，减小了其热效率。

结合图4，在本实用新型的一些实施例中，中间水套123和排气道13之间的最小间距与中间水套123的直径的比值在0.5到1.5的范围内，可以提高结构稳定性，避免气缸盖过热产生的危险，提高了运行安全性。

结合图4和图5，在本实用新型的一些实施例中，排气道13包括第一支气管131和第二支气管132，中间水套123与第一支气管131的间距和中间水套123与第二支气管132的间距相同，可以提高结构稳定性，避免受力不均。

结合图5，在本实用新型的一些实施例中，中间水套123设于第一支气管131和第二支气管132之间。

具体地，排气座圈14分别套设在第一支气管131和第二支气管132上，中间水套123也可以设于第一支气管131的排气座圈14和第二支气管132的排气座圈14之间；还可以是，中间水套123设于第一支气管131和第二支气管132与排气座圈14之间，本实用新型不限于此。

结合图2至图5，根据本实用新型一些实施例的用于内燃机的气缸盖11，中间水套123与第一支气管131的距离为a1，中间水套123与第二支气管132的距离为a2，一般情况下，第一支气管131和中间套的距离a1与叠支气管和中间水套123的距离a2相等，且范围一般设置为0.5b≤a1≤1.5b。

如果中间水套123与第一支气管131的距离a1或中间水套123与叠支气管的距离a2设置过小，则可能存在气缸盖11强度不足，容易产生开裂风险。如果中间水套123与所述第一支气管131的距离a1或中间水套123与第二支气管132的距离a2设置过大，则可能存在气缸盖11温度过高，超过气缸盖11材料耐温极限的风险。

可选地，中间水套123可以加工成型，例如从气缸盖11的下端面进刀，中间水套123具有第一侧壁1231和第二侧壁1232，第一侧壁1231和第二侧壁1232间隔开，以留出中间水套123的加工空间，从而实现对中间水套123内表面的处理，利于简化操作。当然，中间水套123也可以由其他工艺成型。

结合图1和图2，根据本实用新型实施例的内燃机100，包括：气缸体15和前述的气缸盖11，气缸体15内具有气缸；气缸盖11在气缸体15上，且燃烧室10与气缸相对，通过在内燃机100上应用前述的气缸盖11，可以提高内燃机100的热效率，从而利于节能。

根据本实用新型实施例的内燃机100，包括：气缸体15、气缸盖11、燃烧室10、排气道13和换热水套12，其中气缸体15可以限定为气缸。具体地，气缸盖11附接至所述气缸体15的上端面；燃烧室10形成在气缸盖11中，位于气缸盖11的下端面、且近气缸体15的两侧；排气道13形成在气缸盖11中，并连通燃烧室10，负责将在燃烧室10内做完功的高温气体导出至气缸盖11外部。更为具体地，排气道13在近燃烧室10侧，分为两个支气管：第一支气管131和第二支气管132，第一支气管131和第二支气管132与燃烧室10相交的位置，分别设置有排气座圈14。换热水套12包括第一水套121、第二水套122和中间水套123，换热水套12形成在气缸盖11中，并围绕在燃烧室10和排气道13周围，内燃机100运转时，冷却介质在其内部流动，以对内燃机100进行冷却。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖具有燃烧室、排气道和换热水套，所述换热水套设于所述燃烧室和所述排气道的周围，以与所述燃烧室和所述排气道换热，所述换热水套的至少一部分的内表面为光滑面，所述光滑面的粗糙度不大于6.3μm。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述换热水套的一部分内表面为光滑面且另一部分表面为粗糙面，所述粗糙面的粗糙度大于6.3μm。

3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述换热水套包括第一水套、第二水套和中间水套，所述中间水套连接于所述第一水套和所述第二水套之间，且所述中间水套相对于所述第一水套和所述第二水套靠近所述燃烧室，所述中间水套的内表面设置成所述光滑面。

4.根据权利要求3所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述第一水套和所述第二水套的内表面设置为粗糙度大于6.3μm的粗糙面。

5.根据权利要求3所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述第一水套具有贯穿所述气缸盖下端面的开口，且所述中间水套为与所述开口相对的直水套。

6.根据权利要求3所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述中间水套和所述燃烧室的最小间距与所述中间水套的直径的比值在1.1到2的范围内。

7.根据权利要求3所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述排气道的入口端具有排气座圈，其中所述中间水套的直径与所述排气座圈的直径的比值在10％到30％的范围内。

8.根据权利要求3所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述中间水套和所述排气道之间的最小间距与所述中间水套的直径的比值在0.5到1.5的范围内。

9.根据权利要求3所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述排气道包括第一支气管和第二支气管，所述中间水套与所述第一支气管的间距和所述中间水套与所述第二支气管的间距相同。

10.根据权利要求9所述的用于内燃机的气缸盖，其特征在于，所述中间水套设于所述第一支气管和所述第二支气管之间。

11.一种内燃机，其特征在于，包括：

气缸体，所述气缸体内具有气缸；

根据权利要求1-10中任一项所述的气缸盖，所述气缸盖在所述气缸体上，且所述燃烧室与所述气缸相对。

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