發動機氣缸蓋的製作方法

2023-06-03 05:23:01

專利名稱：發動機氣缸蓋的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機氣缸蓋，尤其是涉及一種水冷發動機的氣缸蓋，屬 於發動機冷卻系統水流控制技術領域。
技術背景氣缸蓋是發動機中結構最複雜的鑄件，布置有進氣道、排氣道、進氣門座、 排氣門座、螺栓孔座、冷卻水腔、進水口、出水口、噴油嘴孔和潤滑孔等。氣 缸蓋在工作過程中，承受燃燒氣體的高壓和高溫作用。由於缸蓋結構複雜，缸 蓋各部位壁溫不均勻，特別在進、排氣門之間的鼻梁區，由於通道狹窄，結構 複雜，水流阻力大，得不到充足水量冷卻，散熱嚴重不良，形成很大溫度梯度， 產生很大熱應力，使得鼻梁區局部溫度過高，超過允許溫度範疇，最終導致氣 缸蓋破裂。其原因是當局部溫度升高時，使金屬材料膨脹，而膨脹的金屬材料 受到周邊低溫金屬限制時，高溫區的金屬便產生了塑性壓縮變形，當發動機停 車冷卻後，由於金屬材料的收縮，便出現了拉伸應力，這樣重複多次，使材料 造成熱疲勞，於是在鼻梁區靠近缸蓋底面處，便會出現微裂紋逐漸擴展延伸直 至裂開。為了防止氣缸蓋開裂，必須控制鼻梁區的溫度，使缸蓋整體壁溫均勻分布，經試驗得知鑄鐵材料的氣缸蓋，壁溫一般控制在低於37(TC為佳，壁溫超過 40(TC就會出現裂紋。為了達到儘快散熱目的，傳統有二個辦法其一、減少鼻 梁區缸蓋底面壁厚，促使燃燒產生熱量及時通過薄壁傳導出去，但是由於氣缸 蓋底面承受很大的機械負荷和熱負荷，僅缸蓋固定螺栓的預緊力就高達氣缸的 最大爆破壓力4 5倍，因此壁厚不能太薄，這樣對缸蓋承載能力有影響。其二、 是加大缸蓋水腔容積，加大冷卻水量，這樣勢必增大缸蓋體積也不是合理的選 擇。控制鼻梁區的溫度，最好的方法是對該區域進行強制冷卻。2004年7月28 日公布的授權公告號為CN2628738Y的中國實用新型專利，公開了一種鼻梁區 設有強制冷卻水道的氣缸蓋。其技術方案是在氣缸蓋上設有鼻梁區強制冷卻水 道孔，冷卻水通過該孔直接噴射到鼻梁區，對其進行強制冷卻。該專利雖然有較好的冷卻效果，但加工困難。2007年12月5日公布的授權公告號CN200985836Y的中國實用新型專利， 公開了一種氣缸蓋強制冷卻水管。該專利在氣缸蓋上用機械加工的方法加工安 裝冷卻管，其不足之處在於加工成本高。2007年5月23日公布的公告號CN1966964A的中國發明專利申請，公開了 一種發動機氣缸蓋。該氣缸蓋的冷卻內腔中固定有檔體，通過檔體引導冷卻液 流向排氣門座，降低其溫度。該申請的缺點是每個檔體的輪廓線形狀及長度都 不相同，需要根據發動機的具體結構來人為確定，不能保證氣缸蓋鼻梁區強制 冷卻的效果。 發明內容本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中氣缸蓋鼻梁區強制冷卻效果 不能保證的缺點，從而提供一種發動機氣缸蓋，通過導流板的導向作用，將冷 卻水強制引導到鼻梁區，保證鼻梁區有充足的水量和流速通過，可改善氣缸蓋 的冷卻效果，達到均衡冷卻的目的。按照本發明提供的技術方案，其主要採用在氣缸蓋體上分別設置有出水口、 多個進水口、排氣道、進氣道及冷卻水腔，多個進水口沿著排氣道一側及進氣 道一側布置，出水口位於氣缸蓋體的一端，進氣門座與排氣門座連接，特徵是: 所述多個進水口處的冷卻水腔內分別設置有第一導流板、第二導流板、第三導 流板及第四導流板，第一導流板、第二導流板、第三導流板及第四導流板上部 分別與冷卻水腔的頂面連接，其側面分別與冷卻水腔的側面及螺栓孔座連接， 第一導流板、第二導流板、第三導流板及第四導流板將冷卻水向進氣門座與排 氣門座之間的鼻梁區導流。所述第一導流板、第二導流板、第三導流板及第四導流板的下部分別與冷 卻水腔底面之間設置有間隙，隨著所述導流板離所述出水口的距離的減小，所 述間隙的高度逐漸增大。所述第二導流板、第三導流板下部分別與冷卻水腔的底面連接。所述第二導流板下部與冷卻水腔底面之間的間隙高度為冷卻水腔高度的三 分之一。所述第一導流板與冷卻水腔底面之間的間隙高度為冷卻水腔高度的二 分之一。所述氣缸蓋體端部設有進水口，進水口處設置有第五導流板，第五導流板上部與冷卻水腔的頂面連接，其側面分別與排氣門座及螺栓孔座連接。所述第五導流板下部與冷卻水腔底面之間設置有間隙，間隙高度為冷卻水腔高度的三分之一。本發明與現有技術相比具有以下優點1. 通過導流板的導向作用，將冷卻水強制引導到鼻梁區，保證鼻梁區有充足 的水量和流速通過，改善了氣缸蓋的冷卻效果。2. 設置在冷卻水腔內的導流板緊緊地與缸蓋機體連在一起，起到加強肋的作 用，既能起到散熱作用，降低壁溫，又能增加缸蓋整體承受機械負荷和熱負荷 的能力，延長了缸蓋使用壽命和提高了整個發動機使用可靠性。3. 導流板的下部與冷卻水腔底面之間的間隙，其高度隨著導流板離出水口的 距離的減小而逐漸增大。這樣設置，可以控制氣缸蓋各部位的冷卻水量及流速， 使得缸蓋整體壁溫均勻。4. 導流板結構簡單，製造工藝性好，工作可靠性高。


圖1為本發明的結構剖視俯視圖。圖2為圖1中的A-A剖視圖(第一個實施方式)。 圖3為圖1中的B-B剖視圖。 圖4為本發明A-A剖視圖(第二個實施方式)。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步描述如圖1 圖4所示，主要包括出水口 1、第一導流板2、多個進水口3 (其中包括3a、 3b、 3c、 3d)、第二導流板4、第三導流板5、螺栓孔座6、第四導流 板7、第五導流板8、進水口 9、鼻梁區10、排氣門座11、排氣道12、進氣門 座13、進氣道14、噴油嘴孔15、冷卻水腔16及氣缸蓋體17等。圖1、圖2及圖3為本發明的一個具體實施例，是一種六缸發動機的氣缸蓋。 該氣缸蓋體17上分別設置有出水口 1、多個進水口 3 (其中包括3a、 3b、 3c、 3d)、多個排氣門座ll、多個排氣道12、多個進氣門座13、多個進氣道14、多 個噴油嘴孔15及冷卻水腔16，進水口3 (其中3a、 3b、 3c、 3d)沿著排氣道 12—側及進氣道14一側布置，各有6個，其形狀為方形。出水口 l位於氣缸蓋 體17的一端，多個進氣門座13分別與多個排氣門座11連接。所述進水口3a、3b、 3c、 3d處的冷卻水腔16內分別設置有第一導流板2、第二導流板4、第三 導流板5及第四導流板7，第一導流板2、第二導流板4、第三導流板5及第四 導流板7上部分別與冷卻水腔16的頂面連接，其側面分別與冷卻水腔16的側 面及螺栓孔座6連接，第一導流板2、第二導流板4、第三導流板5及第四導流 板7將冷卻水向進氣門座13與排氣門座11之間的鼻梁區10導流。如圖4所示，本發明的一種實施方式是，在第一導流板2、第二導流板4、 第三導流板5及第四導流板7的下部與冷卻水腔16底面之間設置有間隙，隨著 導流板離出水口 1的距離的減小，所述間隙的高度h逐漸增大。本發明的另一種實施方式是，離所述出水口 1的距離最遠的進水口 3d處的 第四導流板7下部與所述冷卻水腔16的底面直接連接，離所述出水口 1的距離 最近的進水口 3a處不設導流板，處在此兩個進水口 3d、3a之間的第二導流板4、 第三導流板5的下部分別與所述冷卻水腔16底面之間設置有間隙。本實施例就 是此種實施方式，對應於第一、第二缸處的第四導流板7、第三導流板5下部與 冷卻水腔16的底面直接連接，為全封閉型導流板。對應於第三、第四缸處的第 二導流板4、第一導流板2下部與冷卻水腔16底面之間設置有間隙，為半封閉 型導流板。對應於第五、第六缸的進水口 (圖中未示出)處不設導流板。本實施例中，冷卻水腔16的高度是118mm。見圖2，第三缸處的第二導流 板4下部間隙的高度hl設置為冷卻水腔16高度的三分之一，即為32mm;第四 缸處的第一導流板2下部間隙的高度h2設置為冷卻水腔16高度的二分之一， 即為59mm。為了強化缸蓋冷卻效果，在對應於第一缸處的氣缸蓋端部設置一圓形進水 口9，在該進水口9處設置第五導流板8。該第五導流板8也是半封閉型的，其 上部與冷卻水腔16的頂面連接，其側面分別與排氣門座11及螺栓孔座6連接， 其下部與冷卻水腔16底面之間設置有間隙h3，間隙h3的高度設置為冷卻水腔 16高度的三分之一，即為32mm。當帶有一定壓力冷卻水從進水口 9進入冷卻 水腔16後有一部分冷卻水通過間隙流向缸蓋端部死角進行冷卻，而大部分冷卻 水還是衝向鼻梁區進行冷卻。冷卻水經水泵加壓後，通過多個進水口 3進入冷卻水腔16，由於設置在第 一、二缸排氣道12—側的全封閉第四導流板7、第三導流板5的阻擋，迫使充 足的水量高速衝向第一、二汽缸的鼻梁區IO進行冷卻，並帶走氣泡，然後流向下一道鼻梁區10及其他部位進行冷卻。同樣道理，設置在第三、四缸排氣道12 一側的第二導流板4、第一導流板2也起到了冷卻水流的導向作用，所不同的是 其第二導流板4、第一導流板2導流板不是全封閉型的，第二導流板4、第一導 流板2末端與冷卻水腔16底面留有一定間距，這是出於均衡冷卻的考慮。當帶 有一定壓力的冷卻水，分別從多個進水口 3進入缸蓋水腔後，在保證第三、四 缸鼻梁區IO有充足冷卻水量流過後，也可以有部分水流從導流板下部的間隙中 流出，冷卻其它部位，以達到均勻冷卻的效果。除此之外，尚有相當數量帶有一定壓力的冷卻水經其餘多個方形進水口 3， 進入缸蓋水腔16流向缸蓋各部位(包括高溫鼻梁區10)，特別是第五、六缸鼻 梁區，由於位於水流下遊，冷卻水均要通過此處後才能從出水口 1流出缸蓋， 所以流過此處的冷卻水量和流速均能滿足改善冷卻效果要求。本發明可用於各種多缸發動機。
權利要求
1、一種發動機氣缸蓋，其主要採用在氣缸蓋體(17)上分別設置有出水口(1)、多個進水口(3a、3b、3c、3d)、排氣道(12)、進氣道(14)及冷卻水腔(16)，進水(3a、3b、3c、3d)沿著排氣道(12)一側及進氣道(14)一側布置，出水口(1)位於氣缸蓋體(17)的一端，進氣門座(13)與排氣門座(11)連接，其特徵是所述進水口(3a、3b、3c、3d)處的冷卻水腔(16)內分別設置有第一導流板(2)、第二導流板(4)、第三導流板(5)及第四導流板(7)，第一導流板(2)、第二導流板(4)、第三導流板(5)及第四導流板(7)上部分別與冷卻水腔(16)的頂面連接，其側面分別與冷卻水腔(16)的側面及螺栓孔座(6)連接，第一導流板(2)、第二導流板(4)、第三導流板(5)及第四導流板(7)將冷卻水向進氣門座(13)與排氣門座(11)之間的鼻梁區(10)導流。
2、 根據權利要求1所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的第一導流板(2)、 第二導流板4、第三導流板(5)及第四導流板(7)的下部分別與冷卻水腔(16) 底面之間設有間隙。
3、 根據權利要求1所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的第四導流板(7)、 第三導流板(5)下部分別與冷卻水腔(16)的底面連接。
4、 根據權利要求1或2所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的第二導流 板(4)下部與冷卻水腔(16)底面之間的間隙高度為冷卻水腔(16)高度的三 分之一。
5、根據權利要求1或2所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的第一導 流板(2)與冷卻水腔(16)底面之間的間隙高度為冷卻水腔(16)高度的二分 之一。
6、 根據權利要求1所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的氣缸蓋體(17) 端部設有進水口 (9)，進水口 (9)處設置有第五導流板(8),第五導流板(8) 上部與冷卻水腔(16)的頂面連接，其側面分別與排氣門座(11)及螺栓孔座(6)連接。
7、 根據權利要求6所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的第五導流板(8) 下部與冷卻水腔(16)底面之間設有間隙，間隙高度為冷卻水腔(16)高度的三分之一。
8、根據權利要求6所述的發動機氣缸蓋，其特徵在於所述的進水口 (9) 形狀為圓形。
全文摘要
本發明涉及一種發動機氣缸蓋，其主要採用在氣缸蓋體上分別設置有出水口、進水口、排氣道、進氣道及冷卻水腔，進水口沿著排氣道一側及進氣道一側布置，出水口位於氣缸蓋體的一端，進氣門座與排氣門座連接，特徵是所述多個進水口處的冷卻水腔內分別設置有第一導流板、第二導流板、第三導流板及第四導流板，第一導流板、第二導流板、第三導流板及第四導流板上部分別與冷卻水腔的頂面連接，其側面分別與冷卻水腔的側面及螺栓孔座連接。本發明通過導流板的導向作用，將冷卻水強制引導到鼻梁區，保證鼻梁區有充足的水量和流速通過，改善了氣缸蓋的冷卻效果，達到均衡冷卻的目的。
文檔編號F02F1/40GK101328846SQ20081002120
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月21日 優先權日2008年7月21日
發明者肖亨琳 申請人:無錫開普動力有限公司