WO2010009604A1 - 发动机气缸盖 - Google Patents

Description

发动机气缸盖

技术领域

本发明涉及一种发动机气缸盖， 尤其是涉及一种水冷发动机的气缸盖， 属 于发动机冷却系统水流控制技术领域。

背景技术

气缸盖是发动机中结构最复杂的铸件， 布置有进气道、 排气道、 进气门座、 排气门座、 螺栓孔座、 冷却水腔、 进水口、 出水口、 喷油嘴孔和润滑孔等。 气 缸盖在工作过程中， 承受燃烧气体的高压和高温作用。 由于缸盖结构复杂， 缸 盖各部位壁温不均匀， 特别在进、 排气门之间的鼻梁区， 由于通道狭窄， 结构 复杂， 水流阻力大， 得不到充足水量冷却， 散热严重不良， 形成很大温度梯度， 产生很大热应力， 使得鼻梁区局部温度过高， 超过允许温度范畴， 最终导致气 缸盖破裂。 其原因是当局部温度升高时， 使金属材料膨胀， 而膨胀的金属材料 受到周边低温金属限制时， 高温区的金属便产生了塑性压缩变形， 当发动机停 车冷却后， 由于金属材料的收缩， 便出现了拉伸应力， 这样重复多次， 使材料 造成热疲劳， 于是在鼻梁区靠近缸盖底面处， 便会出现微裂紋逐渐扩展延伸直 至裂开。

为了防止气缸盖开裂， 必须控制鼻梁区的温度， 使缸盖整体壁温均匀分布， 经试验得知： 铸铁材料的气缸盖， 壁温一般控制在低于 370°C为佳， 壁温超过 400°C就会出现裂纹。 为了达到尽快散热目的， 传统有二个办法： 其一、 减少鼻 梁区缸盖底面壁厚， 促使燃烧产生热量及时通过薄壁传导出去， 但是由于气缸 盖底面承受很大的机械负荷和热负荷， 仅缸盖固定螺栓的预紧力就高达气缸的 最大爆破压力 4〜5倍， 因此壁厚不能太薄，这样对缸盖承载能力有影响。其二、 是加大缸盖水腔容积， 加大冷却水量， 这样势必增大缸盖体积也不是合理的选 择。

控制鼻梁区的温度， 最好的方法是对该区域进行强制冷却。 2004年 7月 28 日公布的授权公告号为 CN2628738Y的中国实用新型专利， 公开了一种鼻梁区 设有强制冷却水道的气缸盖。 其技术方案是在气缸盖上设有鼻梁区强制冷却水 道孔， 冷却水通过该孔直接喷射到鼻梁区， 对其进行强制冷却。 该专利虽然有 较好的冷却效果， 但加工困难。

2007年 12月 5日公布的授权公告号 CN200985836Y的中国实用新型专利， 公开了一种气缸盖强制冷却水管。 该专利在气缸盖上用机械加工的方法加工安 装冷却管， 其不足之处在于加工成本高。

2007年 5月 23日公布的公告号 CN1966964A的中国发明专利申请，公开了 一种发动机气缸盖。 该气缸盖的冷却内腔中固定有档体， 通过档体引导冷却液 流向排气门座， 降低其温度。 该申请的缺点是每个档体的轮廓线形状及长度都 '不相同， 需要根据发动机的具体结构来人为确定， 不能保证气缸盖鼻梁区强制 冷却的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中气缸盖鼻梁区强制冷却效果 不能保证的缺点， 从而提供一种发动机气缸盖， 通过导流板的导向作用， 将冷 却水强制引导到鼻梁区， 保证鼻梁区有充足的水量和流速通过， 可改善气缸盖 的冷却效果， 达到均衡冷却的目的。

按照本发明提供的技术方案， 其主要采用在气缸盖体上分别设置有出水口、 多个进水口、 排气道、 进气道及冷却水腔， 多个进水口沿着排气道一侧及进气 道一侧布置， 出水口位于气缸盖体的一端， 进气门座与排气门座连接， 特征是： 所述多个进水口处的冷却水腔内分别设置有第一导流板、 第二导流板、 第三导 流板及第四导流板， 第一导流板、 第二导流板、 第三导流板及第四导流板上部 分别与冷却水腔的顶面连接， 其侧面分别与冷却水腔的侧面及螺栓孔座连接， 第一导流板、 第二导流板、 第三导流板及第四导流板将冷却水向进气门座与排 气门座之间的鼻梁区导流。

所述第一导流板、 第二导流板、 第三导流板及第四导流板的下部分别与冷 却水腔底面之间设置有间隙， 随着所述导流板离所述出水口的距离的减小， 所 述间隙的高度逐渐增大。

所述第二导流板、 第三导流板下部分别与冷却水腔的底面连接。

所述第二导流板下部与冷却水腔底面之间的间隙高度为冷却水腔高度的三 分之一。 所述第一导流板与冷却水腔底面之间的间隙高度为冷却水腔高度的二 分之一。

所述气缸盖体端部设有进水口， 进水口处设置有第五导流板， 第五导流板 上部与冷却水腔的顶面连接， 其侧面分别与排气门座及螺栓孔座连接。 所述第五导流板下部与冷却水腔底面之间设置有间隙， 间隙高度为冷却水 腔高度的三分之一。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.通过导流板的导向作用，将冷却水强制引导到鼻梁区，保证鼻梁区有充足 的水量和流速通过， 改善了气缸盖的冷却效果。

2.设置在冷却水腔内的导流板紧紧地与缸盖机体连在一起，起到加强肋的作 用， 既能起到散热作用， 降低壁温， 又能增加缸盖整体承受机械负荷和热负荷 的能力， 延长了缸盖使用寿命和提高了整个发动机使用可靠性。

3.导流板的下部与冷却水腔底面之间的间隙，其高度随着导流板离出水口的 距离的减小而逐渐增大。这样设置， 可以控制气缸盖各部位的冷却水量及流速， 使得缸盖整体壁温均匀。

4.导流板结构简单， 制造工艺性好， 工作可靠性高。

附图说明

图 1为本发明的结构剖视俯视图；

图 2为图 1中的 A-A剖视图 （第一种实施方式）。

图 3为图 1中的 B-B剖视图；

图 4为本发明 A-A剖视图 （第二种实施方式）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

如图 1〜图 4所示，主要包括： 出水口 1、第一导流板 2、多个进水口 3 (其 中包括 3a、 3b、 3c、 3d)、第二导流板 4、第三导流板 5、 螺栓孔座 6、 第四导流 板 7、 第五导流板 8、 进水口 9、 鼻梁区 10、 排气门座 11、 排气道 12、 进气门 座 13、 进气道 14、 喷油嘴孔 15、 冷却水腔 16及气缸盖体 17等。

图 1、图 2及图 3为本发明的一个具体实施例，是一种六缸发动机的气缸盖。 该气缸盖体 17上分别设置有出水口 1、 多个进水口 3 (其中包括 3a、 3b、 3c、 3d)、 多个排气门座 11、 多个排气道 12、 多个进气门座 13、 多个进气道 14、 多 个喷油嘴孔 15及冷却水腔 16， 进水口 3 (其中： 3a、 3b、 3c、 3d) 沿着排气道 12—侧及进气道 14一侧布置， 各有 6个， 其形状为方形。 出水口 1位于气缸盖 体 17的一端， 多个进气门座 13分别与多个排气门座 11连接。 所述进水口 3a、 3b、 3c、 3d处的冷却水腔 16内分别设置有第一导流板 2、 第二导流板 4、 第三 导流板 5及第四导流板 7， 第一导流板 2、 第二导流板 4、 第三导流板 5及第四 导流板 7上部分别与冷却水腔 16的顶面连接， 其侧面分别与冷却水腔 16的侧 面及螺栓孔座 6连接， 第一导流板 2、 第二导流板 4、 第三导流板 5及第四导流 板 7将冷却水向进气门座 13与排气门座 11之间的鼻梁区 10导流。

见图 4所示， 本发明的一种实施方式是， 在第一导流板 2、 第二导流板 4、 第三导流板 5及第四导流板 7的下部与冷却水腔 16底面之间设置有间隙， 随着 导流板离出水口 1的距离的减小， 所述间隙的高度 h逐渐增大。

本发明的另一种实施方式是， 离所述出水口 1的距离最远的进水口 3d处的 第四导流板 7下部与所述冷却水腔 16的底面直接连接， 离所述出水口 1的距离 最近的进水口 3a处不设导流板，处在此两个进水口 3d、 3a之间的第二导流板 4、 第三导流板 5的下部分别与所述冷却水腔 16底面之间设置有间隙。本实施例就 是此种实施方式， 对应于第一、第二缸处的第四导流板 7、第三导流板 5下部与 冷却水腔 16的底面直接连接， 为全封闭型导流板。 对应于第三、 第四缸处的第 二导流板 4、 第一导流板 2下部与冷却水腔 16底面之间设置有间隙， 为半封闭 型导流板。 对应于第五、 第六缸的进水口 （图中未示出） 处不设导流板。

本实施例中， 冷却水腔 16的高度是 118mm。 见图 2， 第三缸处的第二导流 板 4下部间隙的高度 hi设置为冷却水腔 16高度的三分之一， 即为 32mm;第四 缸处的第一导流板 2下部间隙的高度 h2设置为冷却水腔 16高度的二分之一， 即为 59mm。

为了强化缸盖冷却效果， 在对应于第一缸处的气缸盖端部设置一圆形进水 口 9， 在该进水口 9处设置第五导流板 8。 该第五导流板 8也是半封闭型的， 其 上部与冷却水腔 16的顶面连接， 其侧面分别与排气门座 11及螺栓孔座 6连接， 其下部与冷却水腔 16底面之间设置有间隙 h3， 间隙 h3的高度设置为冷却水腔 16高度的三分之一， 即为 32mm。 当带有一定压力冷却水从进水口 9进入冷却 水腔 16后有一部分冷却水通过间隙流向缸盖端部死角进行冷却， 而大部分冷却 水还是冲向鼻梁区进行冷却。

冷却水经水泵加压后， 通过多个进水口 3进入冷却水腔 16， 由于设置在第 一、 二缸排气道 12—侧的全封闭第四导流板 7、 第三导流板 5的阻挡， 迫使充 足的水量高速冲向第一、 二汽缸的鼻梁区 10进行冷却， 并带走气泡， 然后流向 下一道鼻梁区 10及其他部位进行冷却。 同样道理， 设置在第三、 四缸排气道 12 一侧的第二导流板 4、第一导流板 2也起到了冷却水流的导向作用，所不同的是 其第二导流板 4、 第一导流板 2导流板不是全封闭型的， 第二导流板 4、 第一导 流板 2末端与冷却水腔 16底面留有一定间距， 这是出于均衡冷却的考虑。 当带 有一定压力的冷却水， 分别从多个进水口 3进入缸盖水腔后， 在保证第三、 四 缸鼻梁区 10有充足冷却水量流过后， 也可以有部分水流从导流板下部的间隙中 流出， 冷却其它部位， 以达到均匀冷却的效果。

除此之外， 尚有相当数量带有一定压力的冷却水经其余多个方形进水口 3， 进入缸盖水腔 16流向缸盖各部位（包括高温鼻梁区 10)， 特别是第五、 六缸鼻 梁区， 由于位于水流下游， 冷却水均要通过此处后才能从出水口 1 流出缸盖， 所以流过此处的冷却水量和流速均能满足改善冷却效果要求。

本发明可用于各种多缸发动机。

Claims

权 利 要 求 一种发动机气缸盖， 其主要采用在气缸盖体（17)上分别设置有出水口 ( 1 )、 多个进水口 （3a、 3b、 3c、 3d)、 排气道（12)、 进气道（14)及冷却水腔 ( 16), 进水口 （3a、 3b、 3c、 3d)沿着排气道（12)—侧及进气道（14)一侧 布置， 出水口（1 )位于气缸盖体（17)的一端，进气门座（13 )与排气门座（11 ) 连接， 其特征是： 所述进水口 （3a、 3b、 3c、 3d)处的冷却水腔（16) 内分别设 置有第一导流板（2)、 第二导流板（4)、 第三导流板（5 )及第四导流板（7)， 第一导流板（2)、 第二导流板 （4)、 第三导流板（5 )及第四导流板（7) 上部 分别与冷却水腔（16) 的顶面连接， 其侧面分别与冷却水腔（16) 的侧面及螺 栓孔座 （6)连接， 第一导流板 （2)、 第二导流板（4)、 第三导流板 （5 )及第 四导流板（7)将冷却水向进气门座（13 )与排气门座（11 )之间的鼻梁区（10) 导流。

2、根据权利要求 1所述的发动机气缸盖，其特征在于所述的第一导流板 (2)、 第二导流板 4、第三导流板（5 )及第四导流板（7)的下部分别与冷却水腔（16) 底面之间设有间隙。

3、根据权利要求 1所述的发动机气缸盖，其特征在于所述的第四导流板 (7)、 第三导流板（5 ) 下部分别与冷却水腔（16) 的底面连接。

4、 根据权利要求 1或 2所述的发动机气缸盖， 其特征在于所述的第二导流 板（4)下部与冷却水腔（16)底面之间的间隙高度为冷却水腔（16) 高度的三 分之一。

5、 根据权利要求 1或 2所述的发动机气缸盖， 其特征在于所述的第一导 流板（2)与冷却水腔（16)底面之间的间隙高度为冷却水腔（16) 高度的二分 之一。

6、根据权利要求 1所述的发动机气缸盖，其特征在于所述的气缸盖体（17) 端部设有进水口 （9)， 进水口 （9)处设置有第五导流板（8)， 第五导流板（8) 上部与冷却水腔（16) 的顶面连接， 其侧面分别与排气门座 （11 ) 及螺栓孔座

(6)连接。

7、根据权利要求 6所述的发动机气缸盖，其特征在于所述的第五导流板（8) 下部与冷却水腔（16)底面之间设有间隙， 间隙高度为冷却水腔（16) 高度的 三分之一。

8、 根据权利要求 6所述的发动机气缸盖， 其特征在于所述的进水口 （9) 形状为圆形。