一种缸盖水套结构、发动机缸盖以及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种缸盖水套结构、发动机缸盖以及发动机。


背景技术：

2.发动机汽缸盖内集成排气歧管是指将原来安装在缸盖上的排气歧管和排气道做成一体，集成在缸盖内部，排气从缸盖出来后直接连接涡轮增压器。缸盖集成排气歧管具备以下优点：1、排气管的热量有利于提高冷却液、汽缸等零部件的温度，达到快速暖机的目的；2、能够降低排气温度，有助于增加涡轮增压器、后段催化器和其他排气系统零件的可靠性；3、将排气歧管集成于缸盖内，使得缸盖结构更为紧凑，降低整机成本。
3.然而，集成排气歧管的缸盖在工作过程中既要冷却燃烧室，也要冷却排气歧管，导致缸盖冷却水套的结构较为复杂，冷却水套的设计既要保证燃烧室和排气歧管位置处冷却液的流速、流量分配合理，不相互影响，也要考虑水套的铸造工艺是否能够制造出满足要求的水套，同时还要考虑整机的进出水管路和通气管路的布置。
4.对于v型发动机来说，汽缸盖内集成排气歧管同样会加大缸盖冷却水套设计的难度。一是因为v型发动机本身的空间就比较紧张,管路布置更加困难；二是因为v型发动机具备呈夹角设置的两排汽缸，相应的具备两套汽缸盖总成，且两套汽缸盖总成都是倾斜装配，设计时要兼顾倾斜装配对冷却水套结构的影响。
5.集成排气歧管缸盖的排气侧水套通常做成两层的结构，分别为下层水套和上层水套。其目的是保证铸造时组芯工艺能够实现，铸造组芯时，先固定下层水套，然后组放排气道，最后再放上层水套。为简化铸造工艺，一般将用于冷却燃烧室的水套和用于冷却排气歧管下侧的水套一体成型，称为下层水套，用于冷却排气歧管上侧的水套单独设置，称为上层水套。不论是上层水套还是下层水套，冷却液流动的过程中，接近水套内壁的冷却液温度较高，而远离水套内壁位置的冷却液温度相对较低，会导致冷却液析出气体，而气体密度低，流动过程中会上升到水套的高点，如果不及时排出，气体会在水套最高点聚集而无法排出，影响气缸盖的冷却效果，造成缸盖局部温度过高，发动机性能降低，严重时还可能造成发动机缸盖气蚀，产生裂纹。
6.为了避免上述情况，现有技术中的解决方法主要有两种：1、在燃烧室水套和排气歧管水套的最高点上分别设置除气孔，再分别连接外部管路，最终导入到整车膨胀水箱。采用这种结构，每个缸盖至少需要两个除气管路，对v型发动机来说，需要四个除气管路，致使回油布置更加复杂，既增加成本又影响整机的美观性。2、在缸盖内单独设计一条内部冷却液通路，把燃烧室水套的最高点和排气歧管水套相连接，最终通过一个除气管把气体排出。这种结构虽然减少了一个除气管，但额外设置的内部冷却液通路会使水套容积增大，降低冷却效果。若应用于v型发动机上，会占用更多空间，导致缸盖结构更为复杂，同时也影响整机布置。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种缸盖水套结构、发动机缸盖以及发动机，在不额外增设除气管路和内部冷却液通路的前提下，保证水套内部的气体能够顺利排出，简化缸盖结构，保证发动机冷却效果。
8.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.第一方面，提供一种缸盖水套结构，发动机缸盖相对水平面倾斜设置，所述发动机缸盖上设置有燃烧室和排气歧管，所述缸盖水套结构包括：
10.下层水套，由低至高倾斜设置，所述下层水套包括相连通的燃烧室水套和排气歧管下侧水套，所述燃烧室水套用于冷却所述燃烧室，所述排气歧管下侧水套用于冷却所述排气歧管的下侧，所述燃烧室水套远离所述排气歧管下侧水套的一端为所述下层水套的最低点，并设置有冷却液进口，所述排气歧管下侧水套远离所述燃烧室水套的一端为所述下层水套的最高点，并设置有第一冷却液出口；
11.上层水套，用于冷却所述排气歧管的上侧，所述上层水套设置于所述下层水套的上方，所述下层水套能够通过所述第一冷却液出口与所述上层水套连通，所述上层水套的最高点设置有除气管路。
12.作为本实用新型提供的缸盖水套结构的优选方案，所述燃烧室设置有多个，所述燃烧室水套包括多个水套单元，多个所述水套单元与多个所述燃烧室一一对应设置，每个所述水套单元均设置有所述冷却液进口，所述第一冷却液出口设置有多个。
13.作为本实用新型提供的缸盖水套结构的优选方案，所述发动机缸盖具有进气道、排气道以及鼻梁区，每个所述水套单元均包括靠近于所述进气道的进气侧水套部和靠近于所述排气道的排气侧水套部，所述进气侧水套部与所述排气侧水套部连通，所述排气侧水套部包括鼻梁区冷却水路，所述鼻梁区冷却水路设置于相邻两个所述排气道之间。
14.作为本实用新型提供的缸盖水套结构的优选方案，所述发动机缸盖上设置有火花塞安装孔，所述火花塞安装孔与所述排气道之间设置有冷却通路，所述冷却通路与所述鼻梁区冷却水路连通。
15.作为本实用新型提供的缸盖水套结构的优选方案，所述排气歧管下侧水套设置有导流筋，所述导流筋引导所述排气歧管下侧水套内的冷却液流向所述第一冷却液出口。
16.作为本实用新型提供的缸盖水套结构的优选方案，所述排气歧管下侧水套上还设置有第二冷却液出口和第三冷却液出口，所述第二冷却液出口和所述第三冷却液出口均与所述上层水套连通，所述第一冷却液出口、所述第二冷却液出口以及所述第三冷却液出口沿所述排气歧管下侧水套的延伸方向间隔设置。
17.作为本实用新型提供的缸盖水套结构的优选方案，所述燃烧室水套上设置有第一清砂孔，所述排气歧管下侧水套上设置有第二清砂孔，所述第一清砂孔用于在铸造工艺完成后清理所述燃烧室水套内的残留砂，所述第二清砂孔用于在铸造工艺完成后清理所述排气歧管下侧水套内的残留砂。
18.第二方面，提供一种发动机缸盖，包括如上所述的缸盖水套结构。
19.第三方面，提供一种发动机，包括如上所述的发动机缸盖。
20.作为本实用新型提供的发动机的优选方案，所述发动机包括呈夹角设置的两排汽缸组，每排所述汽缸组上均设置有一个所述发动机缸盖，两个所述发动机缸盖中的上层水
套之间连接有出液管路，所述出液管路的两端分别连接于两个所述上层水套的出液口。
21.本实用新型的有益效果：
22.本实用新型提供一种缸盖水套结构以及包含其的发动机缸盖和发动机，该缸盖水套结构应用于v型发动机的缸盖中，v型发动机的发动机缸盖相对水平面倾斜设置，其上设置有燃烧室和排气歧管，缸盖水套结构包括下层水套和上层水套，下层水套由低至高倾斜设置，下层水套包括相连通的燃烧室水套和排气歧管下侧水套，燃烧室水套用于冷却燃烧室，排气歧管下侧水套用于冷却排气歧管的下侧，燃烧室水套远离排气歧管下侧水套的一端为下层水套的最低点，并设置有冷却液进口，排气歧管下侧水套远离燃烧室水套的一端为下层水套的最高点，并设置有第一冷却液出口。通入下层水套的冷却液通过冷却液进口进入，并在倾斜设置的下层水套的引流下通入第一冷却液出口，此过程中冷却液始终倾斜向上流动，冷却液析出的气体随冷却液流动至第一冷却液出口位置。上层水套用于冷却排气歧管的上侧，上层水套设置于下层水套的上方，下层水套能够通过第一冷却液出口与上层水套连通，上层水套的最高点设置有除气管路，下层水套中的冷却液能够通过第一冷却液出口进入到上层水套中，下层水套内的气体随之进入上层水套，并汇聚至上层水套的最高点，最终通过除气管路排出。整个下层水套上无需设置单独的除气管路，仅需在上层水套最高点设置一个除气管路即可，在不额外增设除气管路和内部冷却液通路的前提下，保证水套内部的气体能够顺利排出，简化缸盖结构，保证发动机冷却效果。
附图说明
23.图1是本实用新型具体实施方式提供的发动机缸盖在汽缸组上的安装示意图；
24.图2是本实用新型具体实施方式提供的下层水套在发动机缸盖上的投影视图；
25.图3是本实用新型具体实施方式提供的下层水套未安装时的横向投影图；
26.图4是本实用新型具体实施方式提供的下层水套安装后的示意图；
27.图5是本实用新型具体实施方式提供的出液管路与两个缸盖水套结构的连接示意图。
28.图中：
29.100、发动机缸盖；200、汽缸组；300、出液管路；
30.101、排气道；102、火花塞安装孔；
31.10、下层水套；20、上层水套；
32.1、燃烧室水套；2、排气歧管下侧水套；
33.11、水套单元；12、第一清砂孔；
34.111、冷却液进口；112、排气侧水套部；113、进气侧水套部；
35.1121、鼻梁区冷却水路；1122、冷却通路；
36.21、第一冷却液出口；22、导流筋；23、第二冷却液出口；24、第三冷却液出口；25、第二清砂孔。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说
明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
38.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
39.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
41.如图1所示，v型发动机包括成夹角设置的两排汽缸组200，每排汽缸组200均包括多个汽缸。例如，每排汽缸组200均包括三个汽缸，则整个v型发动机具有六个汽缸。若每排汽缸组200均包括四个汽缸，则整个v型发动机具有八个汽缸。两排汽缸组200之间的夹角通常为60度或90度。每排汽缸组200上均设置有一个发动机缸盖100，即，v型发动机包括两个发动机缸盖100，每个发动机缸盖100均相对水平面倾斜设置。
42.如图2至图5所示，本实施例提供一种缸盖水套结构，应用于v型发动机的缸盖中。发动机缸盖100上设置有燃烧室和排气歧管，缸盖水套结构包括下层水套10和上层水套20。
43.参见图2和图4，下层水套10由低至高倾斜设置。下层水套10包括相连通的燃烧室水套1和排气歧管下侧水套2，燃烧室水套1用于冷却燃烧室，排气歧管下侧水套2用于冷却排气歧管的下侧，燃烧室水套1远离排气歧管下侧水套2的一端为下层水套10的最低点，并设置有冷却液进口111，排气歧管下侧水套2远离燃烧室水套1的一端为下层水套10的最高点，并设置有第一冷却液出口21。通入下层水套10的冷却液通过冷却液进口111进入，并在倾斜设置的下层水套10的引流下通入第一冷却液出口21，此过程中冷却液始终倾斜向上流动，冷却液析出的气体随冷却液流动至第一冷却液出口21位置。
44.如图5所示，上层水套20用于冷却排气歧管的上侧，上层水套20设置于下层水套10的上方，下层水套10能够通过第一冷却液出口21与上层水套20连通。上层水套20的最高点设置有除气管路，下层水套10中的冷却液能够通过第一冷却液出口21进入到上层水套20中，下层水套10内的气体随之进入上层水套20，并汇聚至上层水套20的最高点，最终通过除气管路排出。整个下层水套10上无需设置单独的除气管路，仅需在上层水套20最高点设置一个除气管路即可，在不额外增设除气管路和内部冷却液通路的前提下，保证水套内部的气体能够顺利排出，简化缸盖结构，保证发动机冷却效果。
45.需要说明的是，上层水套20由于叠设于下层水套10的上方，其最高点即为整个缸盖水套结构的最高点。于该最高点位置设置溢气口，在溢气口处连接上述的除气管路，以将
上层水套20内的气体排出。
46.参见图3，所示的是发动机缸盖100平放时(未安装至汽缸组200上)下层水套10的横向投影图。下层水套10的右端为冷却液进口111，左端为第一冷却液出口21。下层水套10安装时，其倾斜角度与发动机缸盖100的倾斜角度相匹配，下层水套10内部冷却液的流向由低至高，冷却液依次流向燃烧室水套1和排气歧管下侧水套2，为燃烧室和排气歧管的下侧降温，直至到达第一冷却液出口21，期间冷却液析出的气体随之到达第一冷却液出口21，进而随冷却液进入上层水套20，最终通过上层水套20最高点位置的除气管路排出。除气管路可连接整车膨胀水箱，最终将气体排出至车外。
47.本实施例中，每排汽缸组200包括三个汽缸，相应地，每个发动机缸盖100上设置有三个燃烧室。参见图2，燃烧室水套1包括三个水套单元11，三个水套单元11与三个燃烧室一一对应设置。每个水套单元11均设置有一个冷却液进口111，即，下层水套10具有三个冷却液进口111。第一冷却液出口21设置有两个。冷却液由三个冷却液进口111进入，为三个燃烧室降温，随后通过两个第一冷却液出口21流至上层水套20。
48.其他实施例中，可根据燃烧室的数量设置水套单元11的数量。第一冷却液出口21的数量通常为两个，以将冷却液汇聚至发动机缸盖100的排气侧，使排气歧管下侧水套2的形状与排气歧管的形状相匹配。
49.发动机缸盖100具有进气道、排气道101以及鼻梁区，鼻梁区为高温危险区，参见图2，每个水套单元11均包括靠近于进气道的进气侧水套部113和靠近于排气道101的排气侧水套部112，进气侧水套部113与排气侧水套部112连通。冷却液由冷却液进口111进入进气侧水套部113，随后进入排气侧水套部112，分别为进气道和排气道101位置降温。排气侧水套部112包括鼻梁区冷却水路1121，鼻梁区冷却水路1121设置于相邻两个排气道101之间。如图2所示，每个水套单元11的位置均对应设置有两个排气道101，两个排气道101之间设置有上述鼻梁区冷却水路1121，用于冷却鼻梁区。
50.参见图2，发动机缸盖100上设置有火花塞安装孔102，火花塞安装孔102与排气道101之间设置有冷却通路1122，冷却通路1122与鼻梁区冷却水路1121连通。位于排气道101和火花塞安装孔102之间的缸盖燃烧室壁面通常为缸盖燃烧室壁面中温度最高的位置，通过增加于排气道101和火花塞安装孔102之间穿过的冷却通路1122，可有效降低排气道101和火花塞安装孔102之间的缸盖燃烧室壁面的温度，降低发动机缸盖100的故障率。
51.参见图2，排气歧管下侧水套2设置有导流筋22，导流筋22引导排气歧管下侧水套2内的冷却液流向第一冷却液出口21，即，导流筋22用于将冷却液导流至发动机缸盖100排气侧，确保排气歧管下侧水套2对排气歧管的冷却效果。
52.参见图5，排气歧管下侧水套2上还设置有第二冷却液出口23和第三冷却液出口24，第二冷却液出口23和第三冷却液出口24均与上层水套20连通，第一冷却液出口21、第二冷却液出口23以及第三冷却液出口24沿排气歧管下侧水套2的延伸方向间隔设置。下层水套10内的冷却液能够通过第一冷却液出口21、第二冷却液出口23和第三冷却液出口24流至上层水套20中，提高水套结构中冷却液的流动循环速度，保证冷却效果。需要强调的是，冷却液析出的气体由于密度低，其随第一冷却液出口21进入上层水套20。
53.参见图2，燃烧室水套1上设置有第一清砂孔12，排气歧管下侧水套2上设置有第二清砂孔25，第一清砂孔12用于在铸造工艺完成后清理燃烧室水套1内的残留砂，第二清砂孔
25用于在铸造工艺完成后清理排气歧管下侧水套2内的残留砂。通过设置第一清砂孔12和第二清砂孔25，能够顺利清理整个下层水套10内部，保证下层水套10内部的洁净度，避免内部存在杂质而污染冷却液。
54.本实施例还提供一种发动机缸盖100，包括如上所述的缸盖水套结构。该发动机缸盖100倾斜设置于v型发动机汽缸组200上，仅需设置一个除气管路即可将水套结构内部气体排出，结构简单，制造加工时更为方便。
55.本实施例还提供一种发动机，包括如上所述的发动机缸盖100。该发动机包括呈夹角设置的两排汽缸组200(即为v型发动机)，每排汽缸组200上均设置有一个发动机缸盖100，两个发动机缸盖100中的上层水套20之间连接有出液管路300，出液管路300的两端分别连接于两个上层水套20的出液口。两个上层水套20内的冷却液均通入该出液管路300中，进而进入车端冷却循环管路。
56.两个发动机缸盖100上均设置有一个除气管路，用于排出水套结构内部的气体，整个v型发动机仅需设置两个除气管路，无需额外增设其余除气管路和内部冷却液通路，使整个发动机的结构更为紧凑合理，且能够达到良好的冷却效果。
57.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。