专利名称：提高排气过桥冷却效率的发动机用组合式气缸盖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机的气缸盖技术领域。
背景技术：
在现有技术中，发动机气缸盖采用铬钼铜合金铸铁、蠕虫状石墨铸铁制造。 由于现有技术气缸盖的设计中，忽视了气缸盖主要承受灼热燃气的热负荷的底
面板和主要承受高压燃气的爆发压力以及气缸盖组装在机体上的螺栓预紧力的气缸盖体
(分为上箱和下箱的双层箱型结构)之各自功能，从而气缸盖的设计缺乏合理性。 发动机气缸盖承受的综合负荷有 ①螺栓预紧装配力，②高压燃气的爆发压力下高频率的机械负荷，③灼热燃气下 低频率的热负荷。 大功率四冲程发动机气缸盖设计成分为上箱和下箱的双层箱型结构，其目的是增 加气缸盖的整体刚度，降低气缸盖的机械应力和机械变形，并使冷却水的流动主要首先冷 却主要承受灼热燃气的热负荷的底面板。然而众多设计者忽略了气缸盖的上箱、下箱除了 有围绕周边的侧面板外，还应当让中心安装喷油器的立式套筒将上箱、下箱都连接起来，从 而实现双层箱型结构增加气缸盖整体刚度的作用。在螺栓预紧装配力和高压燃气的爆发压 力的机械负荷的作用下，底面板机械受力分布状态是底面板横截面的燃烧室侧呈现从中心 的高频率拉应力向边缘渐渐转变成增加的高频率压应力，而底面板横截面的冷却水侧则呈 现从中心向边缘渐渐增加的高频率拉应力。在灼热燃气的热负荷作用下，底面板承受极强 的复杂的低频率的不均匀的拉伸热应力，特别在气缸盖体底面板的排气过桥的燃烧室侧产 生极端的的低频率的不均匀的拉伸热应力，而在底面板的排气过桥的冷却水侧也是产生极 大的低频率的不均匀的拉伸热应力，从而产生底面板排气过桥处铸铁材质的蠕变，导致热 裂破损。 —旦气缸盖体底面板热裂破损，冷却水便可进入燃烧室，水是不可压縮的液体，在 活塞运动压縮燃烧室容积时将产生巨大的容积压力，该力大大超过了正常的气体爆发压 力，这样将使气缸盖、活塞、连杆、曲轴，甚至机体产生破损，俗称"水锤"。水锤的后果是十分 严重的。 另，由于原发动机气缸盖冷却腔不连贯且流阻大，直接造成了气缸盖底面板的不 均匀热变形，加重了气缸盖底面板上气门座的热变形，破坏了气门和气门座的密封性，造成 了燃烧室燃气从气门和气门座的间隙窜气的机会，导致了气缸盖异常地迅速高温和产生破 损的不良后果。由此，燃气燃烧的结果形成冒蓝烟、黑烟的现象。这样致使发动机排放指标 不良，严重影响了环境，还造成能源的浪费。
实用新型内容本实用新型目的在于设计一种利于高强度和整体刚性强、气缸盖体底面板传热优 化的发动机用组合式气缸盖。
3[0010] 本实用新型包括由合金铸铁或蠕虫状球墨铸铁整体浇铸制成的气缸盖体，所述气
缸盖体由侧面板、顶面板、中隔板、底面板、中心安装喷油器的立式套筒组成，在气缸盖体上 设有进气道和排气道，底面板均布冷却水进水口 ，底面板设有排气过桥，其特点是底面板的 排气过桥中部设置一个通孔，在该通孔内穿置由导热材料制成的传热棒。 本实用新型为使气缸盖体底面板的排气过桥处冷却条件得到更充分的改善，在气
缸盖体底面板的排气过桥中部设置一个通孔，于其中置入由传热良好的传热棒，传热棒的 外径和所述气缸盖体底面板的排气过桥中部的圆柱型通孔的直径采用较紧的动配合。因 此，传热良好的传热棒使气缸盖体底面板的热阻可降低百分之四十以上，传热迅速，从而传 热率相应提高，大大降低气缸盖体底面板的温度，明显降低底面板上的低频率不均匀的拉 伸热应力，大大减缓产生底面板排气过桥处铸铁材质的蠕变的可能。另外，所述气缸盖体底
面板的排气过桥中部设置的圆柱型通孔还有一种功能那就是万一底面板的排气过桥发生 裂纹，这个圆柱型通孔将起到卸除载荷的作用。此时，底面板不会继续发生断裂。本实用新 型不但与原气缸盖互换性良好，而且，不容易损坏，节约成本，便于维护。 另，为了方便生产、进一步提高传效率，本实用新型所述通孔呈圆柱型，所述传热 棒为圆柱型。 所述圆柱型通孔直径为底面板厚度的1/3 1/4. 6。发动机气缸盖采用铬钼铜合 金铸铁、蠕虫状石墨铸铁制造，其导热系数较差。燃烧室燃气的热量通过气缸盖底面板传给 气缸盖冷却水，可以简单地描述为通过平壁的传热，影响传热热阻力的因素有底面板的导 热系数、底面板的厚度、燃烧气体的放热系数和冷却水的放热系数。新设计的排气过桥中部 的底面板上设置一个通孔，在该通孔内穿置由导热优秀的材料制成的传热棒。这样，传热良 好的传热棒使气缸盖体底面板的热阻可大大降低，从而传热率相应提高，降低气缸盖体底 面板的温度，明显降低底面板上的热应力，大大减缓产生底面板排气过桥处铸铁材质的蠕 变的可能。 为了提高气缸盖整体刚度，延长使用寿命，本实用新型所述立式套筒分别与顶面 板、中隔板和底面板连接，所述立式套筒呈腰鼓形的圆椭体，圆椭体的立式套筒最大直径是 最小直径的l. 1 1.3倍。 本实用新型所述底面板为设置在中部的环形平薄板和连接在平薄板外缘、且向外 缘渐渐变厚的锥面板组成，所述平薄板外径为锥面板外径的1/4 1/2. 6 ;平薄板和锥面板 之间的夹角为O. 1〃 3° 30"。 所述侧面板由上部的圆柱体和下部的锥环体组成，锥环体的壁厚由上至下逐渐加 大；所述圆柱体的高度占侧面板总高度的1/4 1/3 ;所述锥环体的中心线与所述立式套筒 中心线之间的夹角为O。
1〃 15° 。 以上是提高气缸盖体的底面板和侧面板机械、热态等强度的设计。 在灼热燃气的热负荷作用下，底面板承受极强的复杂的低频率的不均匀的热应
力，特别在气缸盖体底面板的排气过桥的燃烧室侧产生极端的的低频率的不均匀的拉伸热
应力，而在底面板的排气过桥的冷却水侧也是产生极大的低频率的不均匀的拉伸热应力。
现将底面板设置成中部平薄而向边缘渐渐变厚的锥平板结构，使底面板中部受燃气灼热的
高温区，热阻小，传热迅速，明显降低底面板上的低频率不均匀的拉伸热应力。从而大大减
缓产生底面板排气过桥处铸铁材质的蠕变的可能。同理，侧面板为上部薄而向下部渐渐变
4厚的锥环板的设计，使侧面板在螺栓预紧装配力下，其下部和底面板的连接处支撑在机体 上受力最高。 所述侧面板的锥环体与底面板的锥面板之间以半径R为10 15mm圆弧板圆滑过 渡连接。可起到强固双层箱型结构、增加气缸盖的整体刚度的作用。 —般气缸盖的底面板上均布有10 12个冷却水进水口 ，本实用新型还在其中接 近排气过桥的进水口的内端连接冷却水喷嘴。 所述冷却水喷嘴紧贴底面板的冷却水侧。 在灼热燃气的热负荷作用下，气缸盖体底面板排气过桥冷却水侧的温度高达 130°C以上，这个温度已高出水的沸腾温度IO(TC，此刻，在气缸盖体底面板排气过桥冷却水 侧会产生冷却水的蒸发气膜。这种蒸发气膜热阻特别大，甚至可造成绝热，继而造成底面板 的排气过桥处热应力凶猛增长。本实用新型所述冷却水喷嘴紧贴底面板的冷却水侧之目 的是从所述冷却水喷嘴喷出的冷却水，速度高、可起到冲刷附着在气缸盖体底面板排气过 桥冷却水侧的冷却水蒸发气膜的作用，从而明显降低底面板上的低频率不均匀的拉伸热应 力，大大减缓产生底面板排气过桥处铸铁材质的蠕变的可能。 所述冷却水喷嘴的直径为3 5mm。其目的是使冷却水可以足够高的速度喷出，可 起到冲刷附着在气缸盖体底面板排气过桥冷却水侧的冷却水蒸发气膜的作用，使冷却水可 怕的膜态沸腾转化为沫态沸腾，从而降低气缸盖体底面板排气过桥燃烧室侧和冷却水侧的 温度。实现降低底面板热应力的效果。
图1为本实用新型结构示意图。 图2为图1的B-B向剖示图。
具体实施方式如图1、2所示，本实用新型由气缸盖体1和传热棒2组成。 气缸盖体1由合金铸铁或蠕虫状石墨铸铁整体浇铸而成，气缸盖体1由侧面板 l-7、顶面板1-1、中隔板l-2、底面板l-3、中心安装喷油器的立式套筒1-4组成，立式套筒 1-4连接顶面板l-l、中隔板1-2和底面板l-3，气缸盖体1设有进气道1-5和排气道1-6、 还有导向排气过桥冷却水喷嘴1-8。 气缸盖设计成分为上箱和下箱的双层箱型结构，其目的是增加气缸盖的整体刚 度，降低气缸盖的机械应力和机械变形，并使冷却水的流动主要首先冷却主要承受灼热燃 气的热负荷的底面板1-3。气缸盖的上箱、下箱除了有围绕周边的侧面板l-7夕卜，还将中心 安装喷油器的立式套筒l-4将上箱、下箱都连接起来，从而实现双层箱型结构增加气缸盖 整体刚度的作用。 底面板l-3设有排气过桥，在底面板1-3的排气过桥中部设置一个圆柱型通孔，在 该通孔内穿置由导热材料制成的圆柱型传热棒2。圆柱型通孔直径为底面板厚度的1/3。 立式套筒1-4为腰鼓形的圆椭体，分别与顶面板l-l、中隔板1-2和底面板1-3连 接。圆椭体立式套筒1-4中部最大直径D是上、下两端最小直径d的1. 1 1. 3倍，本例为 1.2倍。[0031] 底面板1-3采用机械、热态等强度原理设计，底面板1-3为设置在中部的环形平 薄板和连接在平薄板外缘、向外缘渐渐变厚的锥面板组成，平薄板外径dl为锥面板外径的 1/4 1/2.6，且平薄板和锥面板之间的夹角Z为O. 1〃 3° 30"，本例中为2。 30"。 侧面板1-7同样采用机械等强度原理设计，侧面板1-7由上部的圆柱体和下部的 锥环体组成，锥环体的壁厚由上至下逐渐加大；其中，圆柱体的高度A占侧面板总高度的 1/4 1/3;锥环体的中心线与立式套筒l-4中心线之间的夹角y可为0。 1〃 15° ，本 例中为9° 。 侧面板1-7的锥环体与底面板1-3的锥面板之间以半径R为10 15mm圆弧板圆 滑过渡连接。 底面板1-3外圈设置有10 12个冷却水进水口，在其中接近排气过桥的两个冷 却水进水口内端分别连接冷却水喷嘴l-8，冷却水喷嘴1-8紧贴底面板1-3的冷却水侧。冷 却水喷嘴1-8的直径F为4mm。 气缸盖体顶面板1-1上设置有出水口 ，中隔板1-2上设置有相应的冷却水通道，整 个冷却水通道的设置应确保冷却水流顺畅。
权利要求一种提高排气过桥冷却效率的发动机用组合式气缸盖，包括由合金铸铁或蠕虫状球墨铸铁整体浇铸制成的气缸盖体，所述气缸盖体由侧面板、顶面板、中隔板、底面板、中心安装喷油器的立式套筒组成，在气缸盖体上设有进气道和排气道，底面板均布冷却水进水口，底面板设有排气过桥，其特征在于底面板的排气过桥中部设置一个通孔，在该通孔内穿置由导热材料制成的传热棒。
2. 根据权利要求1所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述通孔呈圆柱型，所述 传热棒为圆柱型。
3. 根据权利要求2所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述圆柱型通孔直径为底 面板厚度的1/3 1/4.6。
4. 根据权利要求1所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述立式套筒分别与顶面 板、中隔板和底面板连接，所述立式套筒呈腰鼓形的圆椭体，圆椭体的立式套筒最大直径是 最小直径的1. 1 1.3倍。
5. 根据权利要求1所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述底面板为设置在中部 的环形平薄板和连接在平薄板外缘且向外缘渐渐变厚的锥面板组成，所述平薄板外径为锥 面板外径的1/4 1/2. 6 ;平薄板和锥面板之间的夹角为0. 1〃 3° 30〃 。
6. 根据权利要求5所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述侧面板由上部的圆柱 体和下部的锥环体组成，锥环体的壁厚由上至下逐渐加大；所述圆柱体的高度占侧面板总 高度的1/4 1/3;所述锥环体的中心线与所述立式套筒中心线之间的夹角为0° 1〃 15° 。
7. 根据权利要求6所述发动机用气缸盖，其特征在于所述侧面板的锥环体与底面板的 锥面板之间以半径R为10 15mm圆弧板圆滑过渡连接。
8. 根据权利要求1所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于在接近排气过桥的所述进 水口的内端连接冷却水喷嘴。
9. 根据权利要求8所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述冷却水喷嘴紧贴底面 板的冷却水侧。
10. 根据权利要求1或9所述发动机用组合式气缸盖，其特征在于所述冷却水喷嘴的直 径为3 5mm。
专利摘要提高排气过桥冷却效率的发动机用组合式气缸盖，涉及发动机的气缸盖技术领域。包括由合金铸铁或蠕虫状球墨铸铁整体浇铸制成的气缸盖体，所述气缸盖体由侧面板、顶面板、中隔板、底面板、中心安装喷油器的立式套筒组成，在气缸盖体上设有进气道和排气道，底面板均布冷却水进水口，底面板设有排气过桥，底面板的排气过桥中部设置一个通孔，在该通孔内穿置由导热材料制成的传热棒。传热棒可使气缸盖体底面板的热阻可降低百分之四十以上，传热迅速，从而传热率相应提高，大大降低气缸盖体底面板的温度，明显降低底面板上的低频率不均匀的拉伸热应力，大大减缓产生底面板排气过桥处铸铁材质的蠕变的可能，不容易损坏，节约成本，便于维护。
文档编号F02F1/36GK201448159SQ20092004657
公开日2010年5月5日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者张玉华, 王克宇, 臧权同 申请人:扬州扬子江宝云缸套有限公司