一種水冷發動機及其氣缸蓋的製作方法

2023-06-06 11:40:11 4

專利名稱：一種水冷發動機及其氣缸蓋的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及水冷發動機製造技術領域，更具體地說，涉及一種水冷發動機的氣缸蓋，本實用新型還涉及一種具有上述氣缸蓋的水冷發動機。
背景技術：
隨著現代水冷發動機技術的不斷發展，水冷發動機的強化程度持續增加，尤其是向高爆壓的方向發展的大功率柴油機。但是，高爆壓的大功率柴油機在工作時，會使氣缸蓋處產生很大的熱負荷，尤其在受到的冷熱交換最為強烈即熱負荷較高的鼻梁區，為了降低故障率，需要在氣缸蓋上設計冷卻水套以對氣缸蓋進行特別充分的冷卻。水冷發動機工作時，缸蓋上下面溫差很大。為了減小缸蓋內應力，保證水冷發動機工作的可靠性，需要將冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域。如何將冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋不同冷卻區域，一直是缸蓋水套設計的難點。水套設計時，如果冷卻水流過缸蓋上下面的速度是一樣的，則缸蓋火力面冷卻不夠；當水套的流通截面小時，冷卻水的速度快，但容量小，帶走的熱量有限；當缸蓋水套流通面積大時，冷卻水的流速慢，對鼻梁區的冷卻效果有限。

實用新型內容如何提供一種水冷發動機的氣缸蓋，以實現將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走熱負荷，提高冷卻效果，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種水冷發動機的氣缸蓋，以實現將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走熱負荷，提高冷卻效果。本實用新型還提供了一種具有上述氣缸蓋的水冷發動機。為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案:一種水冷發動機的氣缸蓋，其上設有水套，所述水套包括由隔板分隔開的上層水套和下層水套，所述下層水套靠近水冷發動機的缸體，其中:所述上層水套上設置有入水孔，所述下層水套上設置有出水孔，所述隔板上開設有連通於所述上層水套與所述下層水套，且位於所述氣缸蓋的鼻梁區的過水通道，且所述上層水套的流通面積、所述下層水套的流通面積以及所述過水通道的流通面積依次減小。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述鼻梁區中心處設置有噴油器隔套，所述噴油器隔套與所述隔板之間具有環形間隙，所述環形間隙為所述過水通道，且所述噴油器隔套與所述氣缸蓋頂端通過密封圈密封配合。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述隔板為弧形板。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述隔板的頂面自遠離所述過水通道的一端向靠近所述過水通道的一端由高向低平滑過渡。[0014]優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述入水孔位於所述上層水套的一端，且所述氣缸蓋上設置有穿過所述下層水套，與所述入水孔相連通的進水管，所述進水管的進水口位於所述氣缸蓋的底面上。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述進水管上開設有與所述下層水套相連通的下排氣孔，且所述氣缸蓋上還開設有與所述上層水套相連通的上排氣孔。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述氣缸蓋遠離所述入水孔的一端還設置有與所述上層水套相連通的集水管和上出沙孔，且所述上排氣孔開設在所述集水管的頂端。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述下層水套上還開設有均與所述氣缸蓋底面相連通的第一下出沙孔和第二下出沙孔，且所述第一下出沙孔的出口處設置有能夠封閉所述第一下出沙孔並設置在缸蓋墊上的封水圈，所述第二下出沙孔通過所述缸蓋墊上的通氣孔與所述缸體上的出氣孔相連通。優選的，上述水冷發動機的氣缸蓋中，所述第一下出沙孔和所述第二下出沙孔分別位於所述氣缸蓋底面的兩側，且所述第二下出沙孔為兩個，兩個所述第二下出沙孔分別與進氣門和排氣門相對設置。從上述的技術方案可以看出，本實用新型提供的水冷發動機的氣缸蓋內部被隔板分隔形成上下兩層空腔，即上層水套和下層水套。向水套內通入冷卻水以後，一方面，由於上層水套的流通面積較大，則冷卻水在上層水套內的流量較大，所以其帶走的熱量能夠達到冷卻熱負荷較小的缸蓋上層的效果。另一方面，由於過水通道的流通面積很小，冷卻水從上層水套流經過水通道進入下層水套的過程中，大幅度地加快了流過鼻梁區的冷卻水的流速，很好地冷卻了熱負荷較大的鼻梁區；待冷卻水流入下層水套後，由於下層水套的流通面積比上層水套的流通面積小，加快了冷卻水在下層水套內的流速，從而使冷卻水帶走較多的熱量，其帶走的熱量能夠達到冷卻缸蓋下層的效果。綜上所述，本實用新型提供的水冷發動機的氣缸蓋使上層水套內的冷卻水具有較大的流量，使下層水套內的冷卻水具有較大的流速，使過水通道即鼻梁區的冷卻水具有最大的流速，實現了將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走了熱負荷，提高了冷卻效果。本實用新型還提供了一種水冷發動機，包括多個氣缸和設置在所述氣缸上的氣缸蓋，所述氣缸蓋為上述任一種氣缸蓋，由於上述氣缸蓋具有上述效果，具有上述氣缸蓋的水冷發動機具有同樣的效果，故本文不再贅述。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋的剖視圖；圖2是本實用新型實施例提供的水套內的水的立體流向圖；圖3是本實用新型實施例提供的上層水套的結構示意圖；[0026]圖4是本實用新型實施例提供的下層水套的結構示意圖；圖5是本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋的底面朝上的結構示意圖；圖6是與本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋配合使用的缸體的結構示意圖；圖7是本實用新型實施例提供的缸蓋墊的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供了水冷發動機的氣缸蓋，實現了將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走了熱負荷，提高了冷卻效果。為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。請參考附圖1-5，本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋上設有水套，該水套包括由隔板3分隔開的上層水套2和下層水套5，下層水套5靠近水冷發動機的缸體，其中，上層水套2上設置有入水孔21，下層水套5上設置有出水孔51，隔板3上開設有連通於上層水套2與下層水套5，且位於氣缸蓋的鼻梁區的過水通道4，且上層水套2的流通面積、下層水套5的流通面積以及過水通道4的流通面積依次減小。上述的鼻梁區為布置進氣門、排氣門以及進行燃燒的區域。本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋內部被隔板分隔形成上下兩層空腔，即上層水套2和下層水套5，設計時，使上層水套2的流通面積大，下層水套5的流通面積小；由於水套的橫截面有大有小，而水套內介質的流量由最小截面積決定，所以水套的流通面積為全程水套上的最小截面積，相應的，過水通道4的流通面積為過水通道4上的最小截面積。請參考圖2，本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋內的冷卻水的流動過程如下:首先，冷卻水從入水孔21進入到上層水套2內，冷卻水會在上層水套2內進行流動，由於上層水套2的流通面積較大，冷卻水的流速較慢，流量較大，如圖3所示，圖中的箭頭方向為冷卻水在上層水套2的流動方向；接著，冷卻水會流經過水通道4進入下層水套5，由於過水通道4很小，過水通道4處的水流速度迅速加大，很好地冷卻了缸蓋的鼻梁區；之後冷卻水流入下層水套5內，如圖4所示，圖中的箭頭方向為冷卻水在下層水套5的流動方向，最後，冷卻水匯集到下層水套5的出水孔51，流出缸蓋。可以理解的是，向水套內通入冷卻水時，流通面積大時，冷卻水的流速慢；流通截面小時，冷卻水的速度快。在本實施例中，一方面，由於上層水套2的流通面積較大，則冷卻水在上層水套2內的流量較大，所以其帶走的熱量能夠達到冷卻熱負荷較小的缸蓋上層的效果。另一方面，由於本實施例的過水通道4的流通面積很小，冷卻水從上層水套2流經過水通道4進入下層水套5的過程中，大幅度地加快了流過鼻梁區的冷卻水的流速，很好地冷卻了熱負荷較大的鼻梁區；待冷卻水流入下層水套5後，由於下層水套5的流通面積比上層水套2的流通面積小，加快了冷卻水在下層水套5內的流速，從而使冷卻水帶走較多的熱量，其帶走的熱量能夠達到冷卻缸蓋下層的效果。綜上所述，本實用新型實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋使上層水套2內的冷卻水具有較大的流量，使下層水套5內的冷卻水具有較大的流速，使過水通道4即鼻梁區的冷卻水具有最大的流速，實現了將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走了熱負荷，提高了冷卻效果，降低了缸蓋不同部分的溫差，減小了缸蓋產生的內應力，提高了水冷發動機工作的可靠性。同時，本實用新型實施例提供的水冷發動機缸蓋的結構比較簡單，便於製造。優選的，上述實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋中，鼻梁區中心處設置有噴油器隔套8，噴油器隔套8與隔板3之間具有環形間隙，該環形間隙為過水通道4，且噴油器隔套8與氣缸蓋頂端通過密封圈7密封配合。此時，隔板3與噴油器隔套8的周向外表面之間形成環形間隙，則本實施例的過水通道4為環形通道。向水套內通入冷卻水以後，由於噴油器隔套8與氣缸蓋頂端通過密封圈7密封配合，所以冷卻水只能流入過水通道4，由於上述環形間隙的較窄，冷卻水從上層水套2進入過水通道4以後，大幅度地加快了流過鼻梁區的冷卻水的流速，很好地冷卻了熱負荷較大的鼻梁區。由於噴油器隔套8位於鼻梁區中心處，本實施例中，該中心處具體為水套的中心位置，所以冷卻水能夠從鼻梁區的中心位置流向四周，對鼻梁區的冷卻較均勻，減少了鼻梁區的局部過熱導致的裂紋；此時流向過水通道4的水流被氣缸所對應的兩個排氣門103分隔成三條，如圖3所示，該圖中指向過水通道4的三個箭頭即為三條水流的流向。同時，進入下層水套5的水流被兩個排氣門103和兩個進氣門102分隔成四條，使水流均勻擴散到四周，如圖4所示，該圖中從中心位置指向四周的四個箭頭即為四條水流的流向。此外，由於噴油器隔套8的存在，其能夠阻止部分冷卻水向前流動，進而便於冷卻水進入過水通道4內，提高了冷卻速度。本領域技術人員可以理解的是，該過水通道4也可以由其他結構構成，如直接在隔板3開設多個小孔，或者安裝直徑很小的通水管，以達到同樣的形成過水通道4的效果，在此不再--介紹。為了減少冷卻水在流動過程中產生的氣泡，進而提高冷卻效果，上述實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋中，隔板3為弧形板。此時弧形板的頂面和底面均為弧面，冷卻水會沿著弧面平緩地流動，流通阻力小，沒有死區，不會引起局部過熱，使冷卻均勻化，提高了冷卻效果。進一步的，上述實施例提供水冷發動機的氣缸蓋中，隔板3的頂面自遠離過水通道4的一端向靠近過水通道4的一端由高向低平滑過渡。此時，隔板3靠近過水通道4的一端即為隔板3的頂面最低處，冷卻水進入上層水套2以後，會自遠離過水通道4的一端向靠近過水通道4的一端流入過水通道4內，水流方向如圖1中的上層水套2內的箭頭所示，即冷卻水會從過水通道4的四周流向其內，在上述過程中，冷卻水會沿著隔板3的頂面由高處向低處平緩地流動，慢慢地將冷卻 水導入到鼻梁區，沒有水流死區，不會引起局部過熱，減小了熱應力對氣缸蓋的危害。[0046]優選的，上述入水孔21位於上層水套2的一端，且氣缸蓋上設置有穿過下層水套5，與入水孔21相連通的進水管1，進水管I的進水口位於氣缸蓋的底面上。本實施例中，通過進水管I實現了下層水套2與缸蓋入水孔21的隔斷，使水流直接進入上層水套2內，同時，由於入水孔21位於上層水套2的一端，所以延長了冷卻水在上層水套的流動距離，提高了冷卻效果，當然，上述入水孔21還可以設置在水套的中心位置處或者其他位置，本實施例對此不做限定。上述結構中，與本實施例提供的氣缸蓋相配合的缸體上設置有與進水管I相連通的上水孔104，如圖6所示。為了使結構簡單化，本實施例通過上水孔104使缸體水套與進水管I相連通，冷卻時，缸體水套內的冷卻水通過上水孔104流經進水管I進入到上層水套2內，使缸體和氣缸蓋共用一個冷卻水箱，且水流通道均設置在內部，避免了意外損壞，提高了使用壽命。優選的，上述實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋中，進水管I上開設有與下層水套5相連通的下排氣孔11，且氣缸蓋上還開設有與上層水套2相連通的上排氣孔23。由於水套中的空氣會浮在水的頂部，如果不及時排除水中的空氣，會影響散熱，本實施例中，通過進水管I上的下排氣孔11將下層水套5中的空氣導入上層水套2中，再通過上排氣孔23將上層水套2中的空氣排出水套外，減少了水套內的空氣量，提高了冷卻效果。請參考附圖1，在另一實施例中，氣缸蓋遠離入水孔21的一端還設置有與上層水套2相連通的集水管6和上出沙孔22，且上排氣孔23開設在集水管6的頂端。鑄造氣缸蓋時，上出沙孔22能夠將氣缸蓋上層的空氣排出，減少了氣缸蓋上的鑄造缺陷，提高了產品合格率。上層水套2內的水從入水孔21進入，接著會有部分水流向集水管6內，由於空氣向上走，所以空氣會通過集水管6頂端的上排氣孔23排出，提高了冷卻效果。此外，當氣缸蓋上具有多個水套時，使每個水套的上層水套2均與集水管6連通，水套內的空氣均通過集水管6排出；且上排氣孔23的尺寸較小，將其開設在集水管6上，結構簡單，便於製造。為了進一步優化上述技術方案，上述實施例提供的水冷發動機的氣缸蓋中，下層水套5上還開設有均與氣缸蓋底面相連通的第一下出沙孔52和第二下出沙孔53，且第一下出沙孔52的出口處設置有能夠封閉第一下出沙孔52並設置在缸蓋墊9上的封水圈91，第二下出沙孔53通過缸蓋墊9上的通氣孔92與缸體上的出氣孔101相連通，如圖4-7所示。鑄造上述氣缸蓋時，第一下出沙孔52和第二下出沙孔53能夠將位於氣缸蓋下層的空氣排出，減少了產品的鑄造缺陷。由於本實施例通過封水圈91將第一下出沙孔52的出口處封閉，所以冷卻水不會從第一下出沙孔52處流出。為了密封氣缸使其構成燃燒室，在水冷發動機使用的過程中，氣缸蓋與氣缸之間設置有缸蓋墊9，該缸蓋墊9上設有連通於進水管I與上水孔104的通水孔93。向水套內通入冷卻水時，缸體水套內的冷卻水通過上水孔104，流經通水孔93進入進水管I內；同時，缸體水套內的空氣依次通過出氣孔101、通氣孔92以及第二下出沙孔53進入到下層水套5內，然後經過下排氣孔11和上排氣孔23，最後排出到外界，減少了水套內的空氣，提高了冷卻效果。為了提高鑄造或冷卻的過程中對空氣的排出速度，上述實施例提供的氣缸蓋中，第一下出沙孔52和第二下出沙孔53分別位於氣缸蓋底面的兩側，這樣以來，鑄造時，空氣可以從兩側分別排出，便於空氣的排出。本實施例中，將第二下出沙孔53設置為兩個，優選的將兩個第二下出沙孔53分別與進氣門102和排氣門103相對設置，如圖4所示，其中一個第二下出沙孔53與進氣門102相對設置即位於同一側，另一個第二下出沙孔53與排氣門103相對設置即位於同一側，兩者的位置便於空氣的排出。需要說明的是，上述描述的結構只針對水冷發動機的一個氣缸所對應的氣缸蓋上的結構，不同的水冷發動機的氣缸蓋中各結構的數量應根據氣缸的數量對應設置，如本實施例中的附圖5所示，其為具有六個氣缸的水冷發動機的氣缸蓋的結構，故其上設有六個進水孔I。本實用新型實施例還提供了一種水冷發動機，包括多個氣缸和設置在氣缸上的氣缸蓋；該氣缸蓋為本實用新型任一項實施例提供的氣缸蓋。上述的水冷發動機採用本實施例中提供的氣缸蓋，實現了將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走了熱負荷，提高了冷卻效果，其優點是由氣缸蓋帶來的，具體的請參考上述實施例中相關的部分，在此就不再贅述。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求1.一種水冷發動機的氣缸蓋，其上設有水套，其特徵在於，所述水套包括由隔板(3)分隔開的上層水套(2)和下層水套(5)，所述下層水套(5)靠近水冷發動機的缸體，其中: 所述上層水套(2)上設置有入水孔(21)，所述下層水套(5)上設置有出水孔(51)，所述隔板(3)上開設有連通於所述上層水套(2)與所述下層水套(5)，且位於所述氣缸蓋的鼻梁區的過水通道(4)，且所述上層水套(2)的流通面積、所述下層水套(5)的流通面積以及所述過水通道(4)的流通面積依次減小。
2.根據權利要求1所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述鼻梁區中心處設置有噴油器隔套(8)，所述噴油器隔套(8)與所述隔板(3)之間具有環形間隙，所述環形間隙為所述過水通道(4)，且所述噴油器隔套(8)與所述氣缸蓋頂端通過密封圈(7)密封配合。
3.根據權利要求2所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述隔板(3)為弧形板。
4.根據權利要求3所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述隔板(3)的頂面自遠離所述過水通道(4)的一端向靠近所述過水通道(4)的一端由高向低平滑過渡。
5.根據權利要求2所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述入水孔(21)位於所述上層水套(2 )的一端，且所述氣缸蓋上設置有穿過所述下層水套(5 )，與所述入水孔(21)相連通的進水管(I )，所述進水管(I)的進水口位於所述氣缸蓋的底面上。
6.根據權利要求5所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述進水管(I)上開設有與所述下層水套(5 )相連通的下排氣孔(11)，且所述氣缸蓋上還開設有與所述上層水套(2)相連通的上排氣孔(23)。
7.根據權利要求6所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述氣缸蓋遠離所述入水孔(21)的一端還設置有與所述上層水套(2)相連通的集水管(6)和上出沙孔(22)，且所述上排氣孔(23)開設在所述集水管(6)的頂端。
8.根據權利要求1所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述下層水套(5)上還開設有均與所述氣缸蓋底面相連通的第一下出沙孔(52)和第二下出沙孔(53)，且所述第一下出沙孔(52)的出口處設置有能夠封閉所述第一下出沙孔(52)並設置在缸蓋墊(9)上的封水圈(91)，所述第二下出沙孔(53)通過所述缸蓋墊(9)上的通氣孔(92)與所述缸體上的出氣孔(101)相連通。
9.根據權利要求8所述的水冷發動機的氣缸蓋，其特徵在於，所述第一下出沙孔(52)和所述第二下出沙孔(53)分別位於所述氣缸蓋底面的兩側，且所述第二下出沙孔(53)為兩個，兩個所述第二下出沙孔(53)分別與進氣門(102)和排氣門(103)相對設置。
10.一種水冷發動機,包括多個氣缸和設置在所述氣缸上的氣缸蓋；其特徵在於，所述氣缸蓋為如權利要求1-9任意一項所述的水冷發動機的氣缸蓋。
專利摘要本實用新型提供了一種水冷發動機的氣缸蓋，其上設有水套，水套包括由隔板分隔開的上層水套和下層水套，下層水套靠近水冷發動機的缸體，其中，上層水套上設置有入水孔，下層水套上設置有出水孔，隔板上開設有連通於上層水套與下層水套，且位於氣缸蓋的鼻梁區的過水通道，且上層水套的流通面積、下層水套的流通面積以及過水通道的流通面積依次減小。本實用新型提供的水冷發動機的氣缸蓋實現了將水套的冷卻水的流速和流量合理分配到缸蓋的不同冷卻區域，從而最大限度地帶走了熱負荷，提高了冷卻效果。本實用新型還提供了一種水冷發動機，包括多個氣缸和設置在氣缸上的氣缸蓋，氣缸蓋為本實用新型提供的水冷發動機的氣缸蓋。
文檔編號F02F1/40GK203022903SQ201220698370
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者劉漢如, 呂林, 丁志強, 蘇超, 汪祥支, 王露, 龐進軍, 張猛 申請人:安徽華菱汽車有限公司