一种用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套的制作方法

本发明涉及一种用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，属于发动机的低温启动预热和正常工作散热技术领域。

背景技术：

在高寒地带启动发动机时，进气温度低，油料黏度大，发动机机体各部件摩擦阻力大，启动非常困难。因此需要预热系统辅助发动机的启动。通常情况下采用加热并循环预热水的方式给湿式缸套表面等关键部位进行预热。在这一过程中，发动机湿式缸套的温升速度是考察预热系统性能的重要指标。与此同时，还需要控制好各个气缸之间的温差，抑制湿式缸套表面的温度不均匀性，避免由此引起的机体疲劳损伤。在传统的发动机水套中，由于水套结构复杂，不同方向流动的预热水相互干扰，极易在水套中形成回流或死水区域，使得该区域预热水与湿式缸套之间的对流换热效率较差，导致湿式缸套表面温度较低，从而造成湿式缸套表面受热不均，影响发动机启动的性能。在发动机外部加热设备(例如，加温锅)体积、质量等有限制的条件下，简单地提高加热设备的功率并不能从根本上解决上述问题，甚至在一些工况下还会进一步加剧温度分布的不均匀性。此外，在发动机正常工作时，水套内局部区域换热效率太低容易导致附近的湿式缸套表面温度过高，引发温度分布不均匀的问题，影响发动机的工作状态和使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，改进水套的结构，改善预热(冷却)水的流动状态，以促进预热(冷却)水和湿式缸套之间的对流换热过程，提高发动机低温启动加热湿式缸套和正常工作时散热的效率和性能。

本发明提出的用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，在湿式缸套基体的外表面沿环向等间距加工有2-6条螺旋整流肋片，每一条螺旋整流肋片从螺旋整流肋片基线出发，顺时针旋进或逆时针旋进，绕湿式缸套基体外表面延伸至螺旋整流肋片终点线结束，湿式缸套外径d与螺旋整流肋片的螺距h之比为：d:h＝1:(1-2)。

上述具有螺旋整流肋片的湿式缸套中，所述的螺旋整流肋片的截面为半圆形、矩形、平行四边形、梯形、三角形或带圆角的多边形。

上述具有螺旋整流肋片的湿式缸套中，湿式缸套壁厚c2与螺旋肋片的厚度c1之比为：c2:c1＝1:(0.1-0.9)。

上述具有螺旋整流肋片的湿式缸套中，定义x轴为湿式缸套轴线方向，z轴为发动机曲轴箱内曲轴的轴线方向，y轴垂直于x轴和z轴，按右手坐标系规则定义正方向，螺旋整流肋片起点和湿式缸套轴线在y-z平面内的连线与z轴的夹角为湿式缸套的安装角α，α的取值范围是0°-90°。

本发明提出的一种用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，其优点是：

本发明提出的用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，在发动机低温启动(正常运行)过程中，通过螺旋整流肋片调制水套内的预热(冷却)水流动方向，有效减小和消除不同流动方向的预热(冷却)水相互干扰形成的回流或死水区域，提高相应区域的对流换热效率，避免缸套局部出现极低(高)温区。这样可以使湿式缸套表面温升(降温)加快的同时，缩小表面温差，提高预热(冷却)过程中湿式缸套表面温度分布均匀性。

附图说明

图1是本发明提出的用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套的立体图。

图2是图1所示的湿式缸套的a-a剖面图。

图1和图2中，1是湿式缸套基体，2是螺旋整流肋片，3是螺旋整流肋片基准线，4是螺旋整流肋片终点线。

具体实施方式

本发明提出的用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，其结构如图1所示，在湿式缸套基体1的外表面上沿环向等间距加工有2-6条螺旋整流肋片2，每一条螺旋整流肋片2从螺旋整流肋片基线3出发，顺时针旋进或逆时针旋进，绕湿式缸套基体外表面延伸至螺旋整流肋片终点线4结束，湿式缸套外径d与螺旋整流肋片的螺距h之比为：d:h＝1:(1-2)。

上述具有螺旋整流肋片的湿式缸套，所述的螺旋整流肋片的截面为半圆形、矩形、平行四边形、梯形、三角形或带圆角的多边形。

上述具有螺旋整流肋片的发动机湿式缸套，缸套厚度c2与螺旋肋片的厚度c1之比为：c2:c1＝1:(0.1-0.9)，如图2所示。

上述具有螺旋整流肋片的湿式缸套，定义x轴为湿式缸套轴线方向，z轴为发动机曲轴箱内曲轴的轴线方向，y轴垂直于x轴和z轴，按右手坐标系规则定义正方向。螺旋整流肋片起点和湿式缸套轴线在y-z平面内的连线与z轴的夹角为湿式缸套的安装角α，α的取值范围是0°-90°，如图1所示。

本发明的具有螺旋整流肋片的发动机湿式缸套，在使用中，将湿式缸套装入曲轴箱机体时，对于一个发动机中不同位置的气缸而言，湿式缸套安装角α可以相同，也可以不同。

以下结合本发明的实施例介绍本发明湿式缸套的工作原理：

如图1所示，在湿式缸套的外表面沿环向均匀分布若干条螺旋整流肋片，每条肋片从螺旋整流肋片基线出发沿着湿式缸套外壁面旋转至螺旋整流肋片终点线，从而调整了水套区域内预热(冷却)水流动方向。湿式缸套外径d与螺旋整流肋片的螺距h之比的范围是1:1至1:2。如图2所示，湿式缸套壁厚c2与螺旋整流肋片的厚度c1之比的范围是1:0.1至1:0.9。如图1所示，定义x轴为湿式缸套轴线方向，z轴为发动机曲轴箱内曲轴的轴线方向，y轴垂直于x轴和z轴，按右手坐标系规则定义正方向。螺旋整流肋片起点和湿式缸套轴线在y-z平面内的连线与z轴的夹角为湿式缸套的安装角α，α的取值范围是0°-90°。

在本实施例中，湿式缸套的外径d＝148mm，螺旋整流肋片2的螺距h＝150mm。螺旋整流肋片2的截面为半圆形，肋片厚度c1＝2.5mm，缸套壁厚c2＝8.25mm。各条螺旋整流肋片从螺旋整流肋片基线出发，环绕湿式缸套外壁面沿顺时针方向旋转0.5圈到达螺旋整流肋片终点线。

将本实施例中的湿式缸套装入发动机曲轴箱中，使安装角α为0°。湿式缸套与曲轴箱之间的空隙构成了发动机曲轴箱中的水套。

在环境温度为-43℃的条件下，向水套的入水口注入预热水。预热水沿着水套中的通道依次流经各个气缸的湿式缸套外表面以及曲轴箱的内表面，起到了提高机体表面温度的作用，便于发动机的启动。由于预热水的流动方向受到了湿式缸套外表面上螺旋整流肋片的调制，水套内的回流区明显减小，使得该区域的换热效率提高，温升速率加快，进而改善了缸套表面温度分布的均匀性。

在湿式缸套外表面上适当添加不同形状的螺旋整流肋片，并在一定范围内调节湿式缸套的安装角有助于调制预热水的流动方向，缩小死水区面积，提高对流换热效率，在发动机低温启动的过程中提高湿式缸套表面的温升速率，与此同时减小各个湿式缸套表面的温度之差，从而提高发动机的低温启动性能。由于对流换热效率的提升，发动机正常运转时冷却水为发动机散热的性能也将有所改善。

技术特征：

1.一种用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，其特征在于湿式缸套基体的外表面上沿湿式缸套环向等间距加工有2-6条螺旋整流肋片，每一条螺旋整流肋片从螺旋整流肋片基线出发，顺时针旋进或逆时针旋进，绕湿式缸套基体外表面延伸至螺旋整流肋片终点线结束，湿式缸套外径d与螺旋整流肋片的螺距h之比为：d:h＝1:(1-2)。

2.如权利要求1所述的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，其特征在于其中所述的螺旋整流肋片的截面为半圆形、矩形、平行四边形、梯形、三角形或带圆角的多边形。

3.根据权利要求1所述的具有螺旋整流肋片的发动机湿式缸套，其特征在于：湿式缸套厚度c2与螺旋肋片的厚度c1之比为：c2:c1＝1:(0.1-0.9)。

4.如权利要求1所述的具有螺旋整流肋片的发动机湿式缸套，其特征在于：定义x轴为湿式缸套轴线方向，z轴为发动机曲轴箱内曲轴的轴线方向，y轴垂直于x轴和z轴，按右手坐标系规则定义正方向，螺旋整流肋片起点和湿式缸套轴线在y-z平面内的连线与z轴的夹角为湿式缸套的安装角α，α的取值范围是0°-90°。

技术总结
本发明涉及一种用于发动机的具有螺旋整流肋片的湿式缸套，属于发动机的低温启动预热和正常工作散热的技术领域。在与预热水接触的湿式缸套外侧壁面上等间距排布有螺旋整流肋片。螺旋整流肋片从螺旋整流肋片基线出发，延伸至螺旋整流肋片终点线。螺旋整流肋片的截面为半圆形。在发动机低温启动(正常运行)过程中，螺旋整流肋片促进了水套内部预热(冷却水)顺着螺旋肋片方向有规律地流动，有效消除了沿不同方向流动的预热水相互干扰形成的回流或死水区域，提高了预热水的对流换热效率，使得与回流或死水区域相接触的湿式缸套表面局部低温(高温)区升(降)温更快，同时有效改善了湿式缸套表面温度分布的均匀性。

技术研发人员：陈亚舟;彭杰;诸葛伟林;张扬军
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2020.01.09
技术公布日：2020.05.29