发动机气缸及发动机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及发动机气缸及发动机，发动机气缸包括：在其中设置有缸孔的缸体，在缸体内设置有围绕缸孔的缸体冷却腔以及与缸体冷却腔相连通的第一流道，与缸体配合的缸盖，在缸盖内设置有缸盖冷却腔，其中，在缸体内还设置有与缸盖冷却腔相连通的第二流道，第二流道与缸体冷却腔间隔开，冷却流体经第一流道流入缸体冷却腔内，并经第二流道流入缸盖冷却腔内。通过使用这种缸体，进入缸盖冷却腔的冷却流体温度较低，因而能实现对缸盖的有效降温。
【专利说明】
发动机气缸及发动机
技术领域
[0001]本发明涉及动力发生领域，特别地涉及一种发动机气缸。本发明还涉及包括这种发动机气缸的发动机。
【背景技术】
[0002]发动机是一种将其他形式的能量转换为机械能的设备。具体地，其将液体或气体的化学能通过燃烧后转换为热能，再使热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。通常，通过气缸形成用于将液体或气体的化学能通过燃烧转化为热能的燃烧室，并对外输出动力。但是，液体或气体燃烧时产生的能量较高，从而导致燃烧室的温度较高。为了使发动机能够正常工作，通常需要对气缸进行降温。
[0003]在现有技术中，气缸通常包括缸体与缸盖，在缸体和缸盖上分别设置有冷却腔。冷却流体先进入缸体的冷却腔内，对缸体进行降温，再进入到缸盖的冷却腔内，对缸盖进行降温。在对缸盖进行降温时，冷却流体已经吸收了缸体内的热量，温度已经较高了，此时再对缸盖进行冷却，能吸收的热量较少，效果非常不好。由于燃烧室设置在气缸的上部，因此缸盖的温度实际上会较高。当冷却流体对缸盖的降温效果不好时，容易导致缸盖因温度较高而强度下降，从而容易导致缸盖在发动机工作过程中发生变形，进而会导致缸盖与缸体之间的密封性变差，导致气缸无法正常工作。这严重影响了发动机的工作性能，并由此降低了发动机的可靠性及使用寿命。
[0004]因此，需要一种能保证缸盖有效降温的发动机气缸。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明提出了一种发动机气缸，通过使用这种发动机气缸，能保证缸盖有效降温。本发明还提出了一种包括这种发动机气缸的发动机。
[0006]根据本发明的第一方面，提出了一种发动机气缸，包括:在其中设置有缸孔的缸体，在缸体内设置有围绕缸孔的缸体冷却腔以及与缸体冷却腔相连通的第一流道，与缸体配合的缸盖，在缸盖内设置有缸盖冷却腔，其中，在缸体内还设置有与缸盖冷却腔相连通的第二流道，第二流道与缸体冷却腔间隔开，冷却流体经第一流道流入缸体冷却腔内，并经第二流道流入缸盖冷却腔内。
[0007]通过本发明提出的发动机气缸，冷却流体能通过第一流道直接进入缸体冷却腔内，并能通过第二流道直接进入缸盖冷却腔内，以同时对缸体与缸盖进行冷却。由于缸体冷却腔能大部分吸收甚至完全吸收其包围的缸孔产生的热量，因此将第二流道与缸体冷却腔相间隔，第二流道内的冷却流体不会受到缸孔处产生的热量的影响，从而能够有效保证进入到第二流道内的冷却流体的温度较低。温度较低的冷却流体与缸盖之间的温差较大，从而能吸收更多的热量，进而能提高这种发动机气缸对其缸盖的冷却效率。这保证了发动机的缸盖不会因温度过高而产生变形，从而保证了缸盖与缸体之间的密封性，保证了燃料能在缸孔内的燃烧室中有效燃烧，并防止了冷却流体的泄漏，进而保证了发动机的有效性和安全性，保证了发动机的性能，并提高了发动机的可靠性，延长了发动机的使用寿命。
[0008]在一个实施例中，在缸体内还设置有与第一流道和第二流道相连通的主流道，冷却流体从主流道流入第一流道和第二流道内。冷却流体能从主流道进入，并分流到与其相连通的第二流道与第一流道内。这使得缸体冷却腔与缸盖冷却腔共用了同一个冷却流体的来源，从而节省了缸体内的空间，提高了缸体的集成度，从而为发动机气缸的体积减小提供了更好的基础。
[0009]在一个实施例中，能通过改变第一流道的流通面积和/或第二流道的流通面积来调节第一流道的流量与第二流道的流量之比。这保证了使用者能根据需要调节流入缸盖冷却腔的冷却流体的量，以保证有足够量冷却流体对缸盖进行冷却，从而保证了缸盖的冷却效果。这防止了缸盖在高温高压下产生变形，从而保证了缸盖与缸体之间的密封性，进而保证了发动机的有效性和安全性，保证了发动机的性能，并提高了发动机的可靠性，延长了发动机的使用寿命。
[0010]在一个实施例中，在主流道、第一流道和第二流道的汇合处设置有容积增大的稳流腔，冷却流体经主流道流入到稳流腔内，再从稳流腔分别流入到第一流道与第二流道内。稳流腔能减小冷却流体的流速，从而能使冷却流体的状态趋于平稳，进而减小了冷却流体流入到流通面积较小的流道内的阻力，使得冷却流体能根据第一流道的流通面积和第二流道的流通面积，按照预期设计的那样分流，对缸体与缸盖分别进行冷却。这进一步保证了冷却流体对缸体及缸盖的冷却效果，保证了发动机气缸的密封性和安全性。
[0011]在一个实施例中，在稳流腔与主流道、第一流道和第二流道相连通处设置有圆滑的过渡结构。过渡结构保证了稳流腔具有较为圆滑的形状，使其截面不会发生突变，从而防止了冷却流体在稳流腔内产生死角并发生滞留，进而保证了冷却流体的流通性，保证了冷却流体的工作效率。
[0012]在一个实施例中，稳流腔的最大流通面积与稳流腔的容积之比为1: 20至I: 50。这种尺寸的设置进一步保证了稳流腔的稳流能力，从而能使冷却流体的状态进一步趋于平稳，进而进一步平均了冷却流体流入到第一流道与第二流道内的阻力，使得冷却流体能根据第一流道的流通面积和第二流道的流通面积，按照预期设计的那样分流，对缸体与缸盖分别进行冷却。这进一步保证了冷却流体对缸体及缸盖的冷却效果，保证了发动机气缸的密封性和安全性。
[0013]在一个实施例中，第二流道具有与缸盖冷却腔相连通的接口，接口对应于缸孔设置。接口与缸孔对应，保证了在与缸孔对应的缸盖处的高温能被优先吸收。缸体内的缸孔可为多个，与其对应的缸盖的温度聚集处也为多个，对应每个缸孔设置相应的接口，这样能保证缸盖与缸孔对应处的高温被吸收，使整个缸盖的温度趋于均匀化，从而防止了热应力集中的发生，进而防止了缸盖发生热应力变形。这进一步保证了缸盖与缸体之间的密封性，保证了发动机的有效性和安全性，从而保证了发动机能以预期的性能运行，并且还提高了发动机的可靠性，延长了发动机的工作寿命。
[0014]在一个实施例中，在缸体上设置有多个缸孔，在相邻的缸孔之间设置有与缸体冷却腔相连通的孔间流道，在缸体冷却腔内偏离孔间流道处设置有挡流件，在挡流件的作用下，冷却腔内的冷却流体的流动阻力增大，从而使在挡流件上游的部分冷却流体的流动性增强，进而增大了流入孔间流道的冷却流体的流速。这保证了孔间流道对缸体的冷却效果，从而保证了缸孔间不易发生变形，进而保证了活塞能在缸孔间有效工作，并能防止非预期的摩擦及能量损失的发生。
[0015]在一个实施例中，挡流件的高度小于缸体冷却腔的高度，并且优选地在挡流件的上方的缸体冷却腔内形成缩口流道。这使得挡流件不会完全阻挡冷却流体的通过，从而保证了缸体冷却腔对缸体，尤其是缸孔处的热量的吸收。缩口流道能保证冷却流体优先对缸体上部，尤其是缸孔的上部进行冷却，从而能有效对缸体及缸孔上部降温。
[0016]根据本发明的第二方面，提出了一种发动机，其包括上述发动机气缸。这种发动机的气缸的密封效果好，保证了发动机的工作效率，提高了发动机的可靠性。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:(I)冷却流体能通过第一流道直接进入缸体冷却腔内，并能通过第二流道直接进入缸盖冷却腔内，以同时对缸体与缸盖进行冷却。
(2)发动机的缸盖不会因温度过高而产生变形，从而保证了缸盖与缸体之间的密封性，保证了燃料能在缸孔内的燃烧室中有效燃烧，并防止了冷却流体的泄漏，进而保证了发动机的有效性和安全性，提高了发动机的性能，并提高了发动机的可靠性及工作寿命。
【附图说明】
[0018]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中:
[0019]图1为本发明的缸体的结构示意图。
[0020]图2为本发明的冷却流体流动路径示意图。
[0021]图3为本发明的缸体内的冷却流体流过的腔体结构示意图。
[0022]图4为本发明的缸体设置有挡流件的示意图。
[0023]图5为本发明的设置有挡流件的冷却流体流过的腔体结构示意图。
[0024]图6为本发明的挡流件的设置方式示意图。
[0025]在附图中，相同的部位使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0027]本发明的发动机气缸包括缸体I和与其相配合的缸盖，在缸盖内设置有缸盖冷却腔。冷却流体能在缸盖冷却通道内流动，并吸收缸盖处的热量，将热量带出到气缸之外。图1示意性地显示了缸体I的结构。这里应理解地是，图1省略了发动机的底部。在缸体I内设置有缸孔，缸孔可设置为一个或多个，如图1中设置有三个缸孔11A，11B和11C。缸孔的结构为本领域技术人员所熟知的，在此不加赘述。
[0028]在缸体I内还设置有围绕缸孔11A，IlB和IlC设置的缸体冷却腔12，缸体冷却腔12与缸孔11A，IlB和IlC之间被缸体的结构分隔开。在发动机运转的过程中，缸体冷却腔12能吸收掉缸孔11A，IlB和IlC产生的全部热量，从而缸孔处的热量不会扩散到缸体冷却腔12之外。
[0029]在缸体I内设置有与缸盖冷却腔相连通的第二流道，第二流道与缸体冷却腔间隔开。即，缸孔设置在环状的缸体冷却腔的内侧，而第二流道设置在环状的缸体冷却腔的外侦牝以防止缸孔的热量对第二流道内的冷却流体产生影响。
[0030]图2、3和5示意性地显示了第二流道22的结构，进入到冷却流体能通过第二流道22输送给缸盖冷却腔。由于导流结构设置在缸体冷却腔12的另一侧，因此缸孔处产生的热量会被缸体冷却腔12吸收，而不会对第二流道22内的冷却流体造成影响。这使得由第二流道22直接输送给缸盖冷却腔的冷却流体温度较低，与缸盖处的温度相比温差较大，从而能大量吸收缸盖处的热量，使缸盖的温度降低到适合的范围内。这极大地提高了本发明的发动机气缸对其缸盖的冷却效率，防止了缸盖在高温高压的工作环境下发生热应力变形，使得缸盖与缸体之间的密封性较好。
[0031]如图2和图5所示，在缸体I内还设置有与缸体冷却腔12相连通的第一流道21，冷却流体能从第一流道21流入缸体冷却腔。冷却流体能分别进入到第二流道22与第一流道21内，并分别进入到缸盖冷却腔与缸体冷却腔12内。这样能同时对缸体I与缸盖进行冷却，并能有效保证对缸体I与缸盖的冷却效果。这里应理解地是，第一流道21应连通到缸体冷却腔12的较为靠下的位置处，以保证冷却流体能顺利进入到缸体冷却腔12内，并顺利充满缸体冷却通道12。
[0032]在缸体I内还可设置有与第二流道22和第一流道21相连通的主流道24，冷却流体能从主流道24进入到缸体内，并分别流入到第二流道22与第一流道21内。由于第二流道22与第一流道21具有相同的冷却流体来源，因此在缸体I内的结构更加简化，缸体I能因此而达到更高的集成度，体积小，质量轻，符合发动机气缸的发展趋势。
[0033]冷却流体会在阻力的影响下，优先进入流通面积较大的流道内，并且随着冷却流体的流速增大，冷却流体会越来越倾向于进入流通面积大的流道。因此当冷却流体的流速大到一定程度时，冷却流体将无法进入到流通面积较小的流道内，从而使得冷却流体无法对缸体进行降温，从而达不到预期的降温效果。由此，需要通过下述的结构设置对冷却流体的分流比例进行控制，以达到预期的降温效果。
[0034]可通过改变第二流道的流通面积和/或第一流道的流通面积来调节第二流道的冷却流体流量与第一流道的冷却流体流量之比，以实现对冷却流体分流、导流的作用。具体的第二流道与第一流道的形状应根据具体使用情况而确定。由于进入到第二流道与第一流道的冷却流体的来源通常为同一个，因此这种流量之比的调节能保证流入缸盖冷却腔内的冷却流体的量足够，从而保证了冷却流体能将缸盖的温度降低到合适的范围内。
[0035]为了保证对缸盖冷却腔的冷却效果，可令第二流道22的流通面积大于第一流道21的流通面积。这保证了进入到导流结构内的冷却流体能更容易进入到第二流道22内，从而使得进入到缸盖冷却腔内的冷却流体更多，进而对缸盖的冷却效果更好。在一个优选的实施例中，流入第二流道的冷却流体流量与流入第一流道的冷却流体流量的比值为2: I到 3: I。
[0036]这里应理解地是，可以将第一流道21设置为圆管形的流道，易于加工。另外，通过将第一流道21加工为不同直径的圆管，能方便地调整第一流道21的流通面积，从而可通过改变第一流道21的直径来实现冷却流体的预期的分流比例。例如，可优选地将第一流道21加工为直径为10毫米到20毫米的圆管。
[0037]如图2、3和5所示，在主流道24、第二流道22和第一流道21的的汇合处设置有稳流腔，稳流腔具有较大的容积。容积较大的稳流腔能减小冷却流体的流速，从而能使冷却流体的状态趋于平稳。由于当冷却流体的流速过高时，进入到较细的流道内的阻力较大，冷却流体不能按照预期设计的那样分流，而是会更加趋向于流入到流通面积更大的流道内。为此而设置稳流腔，以使得冷却流体能根据第二流道的流通面积和第一流道的流通面积，按照预期设计的那样分流，对缸体与缸盖分别进行冷却，从而保证了缸体与缸盖均能有效降温，保证了发动机气缸的密封性和安全性。
[0038]在一个优选的实施例中，稳流腔的最大流通面积与稳流腔的容积之比为1: 20至I: 50。这种稳流腔23能更好地稳定冷却流体的状态，使流入第一流道21与第二流道22的阻力较为平均，从而使冷却流体能按照预先设计的那样分流入第一流道21与第二流道22内，以实现预期的分流与导流效果。另外，这种稳流腔23还保证了冷却流体具有足够的流速，以保证冷却流体的流通效率，保证冷却流体对气缸的冷却效果。
[0039]如图3所示，在稳流腔23与主流道24、第一流道21和第二流道22相连通处均设置有圆滑而平缓的过渡结构，其截面不会发生突变。这种过渡结构防止了冷却流体在稳流腔23内产生死角，防止了冷却流体在死角处发生滞留，进而保证了冷却流体的流通性，保证了冷却流体的使用效率。另外，由于冷却流体不会在稳流腔23内滞留，因此夹杂在冷却流体内的杂质不会在稳流腔23内发生非预期的沉降，进而保证了稳流腔23的通畅，防止了堵塞的发生。
[0040]还可如图2和图5所示的那样，将主流道24设置在与第一流道21正对的位置，以使冷却流体能更加顺利进入第一流道21，令导流结构实现预期的分流效果。另外，这种设置方便了第一流道的加工，简化了缸体的加工工艺，减少了缸体的加工成本。当第一流道发生堵塞时，使用者也能通过主流道对第一流道的结构进行检查和维护，方便了使用者的使用。[0041 ] 如图5所示，缸体冷却腔12还包括设置于缸孔间的孔间流道41A和41B，以对缸孔间的缸体进行冷却，在如图4或5内所示的位置设置有挡流件31A和31B。由于孔间流道41A和41B的流通面积通常较小，因此冷却流体流入孔间流道41A和41B的阻力较大。通过在缸体冷却腔12内设置挡流件能减小冷却流体在此处的流通面积。挡流件增大了缸体冷却腔内的冷却流体的流动阻力，从而使得在挡流件上游处的至少部分冷却流体的流动性增强，进而使得冷却流体更容易在压力的作用下进入到孔间流道41A和41B内。由于缸孔间的壁厚通常较薄，容易产生热应力变形，而挡流件的设置使得冷却流体能更有效地对此处的缸体进行冷却，因此挡流件的设置提高了缸体冷却腔12的整体冷却效果，保证了缸体以及缸孔能均匀降温，缸体及缸孔不易变形。
[0042]这里应注意地是，挡流件应远离第一流道21与缸体冷却腔12的连接处或其附近，以保证冷却流体能顺利流入缸体冷却腔12内。
[0043]挡流件的高度小于缸体冷却腔的高度，在挡流件的上方的缸体冷却腔内形成缩口流道。燃烧室通常设置在缸孔的上部，因此缸体及缸孔的上部的温度较高。这种设置能保证冷却流体优先对缸体及缸孔的上部进行冷却，同时能保证冷却流体更容易流入到孔间流道41A和41B内，因此提高了缸体冷却腔对缸体及缸孔的冷却效果，进一步防止了缸体处的热量对缸盖的影响。在一个优选的实施例中，可将挡流件设置为如图6所示的那样，在设置好挡流件后，挡流件上方的流通高度Hl占缸体冷却腔12整体高度H2的10%至40%，以保证冷却流体的流通性良好，并且能有效对缸体上部，尤其是缸孔上部处进行冷却，从而进一步保证了缸体的均匀散热。这里应理解地是，可优选为将挡流件设置为冷却流体只能从挡流件上方的缩口流道流过的结构，以进一步保证冷却流体对缸体上方的冷却效果，从而进一步保证了缸体能均匀散热。
[0044]挡流件可设置为有弹性的柱状结构，以适应缸体冷却腔的形状。还可进一步将挡流件设置为管状结构，以增加挡流件的柔性，从而使用者能更方便地将挡流件插入到缸体冷却腔12内。弹性挡流件可选用三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、腈橡胶或其他可压缩并且耐腐蚀耐高温的材料。
[0045]还可在第二流道22上设置有接口，冷却流体通过接口进入到缸盖冷却腔内。在第二流道22上可设置有一个或多个接口，并根据实际需要设置在缸体的上表面上，使该处上方的缸盖处的降温效果更好。可如图1所示的那样对应每一个缸孔设置相应的接口。具体而言，第二流道22具有三个接口 211A，211B，211C，分别对应缸孔11A，11B和IlC设置。由于缸盖在下方设置有缸孔的位置温度会较高，因此这种设置在保证缸盖有效降温的同时，保证了缸盖上温度的均匀化，从而有效防止了缸盖内部因温度不均匀而产生的不均匀的膨胀，进而进一步防止了缸盖发生热应力变形。这种设置极大地保证了缸体与缸盖之间的密封性良好。
[0046]缸体I可通过铸造设置为一体的，以保证缸体I的强度。另外，这种一体式的结构使得缸体I的设计更加优化，制造工艺更加简便。
[0047]通过使用这种发动机气缸，进入缸盖冷却腔的冷却流体温度较低，因而能实现对缸盖的有效降温。另外，发动机气缸能通过导流保证缸体与缸盖均能有效降温，保证了缸体与缸盖之间的密封性。
[0048]本发明提出的发动机包括上述这种发动机气缸，能有效散热，工作效率高，使用寿命长。
[0049]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1.一种发动机气缸，包括: 在其中设置有缸孔的缸体，在缸体内设置有围绕所述缸孔的缸体冷却腔以及与缸体冷却腔相连通的第一流道， 与所述缸体配合的缸盖，在所述缸盖内设置有缸盖冷却腔， 其中，在所述缸体内还设置有与缸盖冷却腔相连通的第二流道，所述第二流道与缸体冷却腔间隔开， 冷却流体经第一流道流入缸体冷却腔内，并经第二流道流入缸盖冷却腔内。2.根据权利要求1所述的发动机气缸，其特征在于，在所述缸体内还设置有与所述第一流道和第二流道相连通的主流道， 冷却流体从所述主流道流入第一流道和第二流道内。3.根据权利要求2所述的发动机气缸，其特征在于，能通过改变所述第一流道的流通面积和/或所述第二流道的流通面积来调节第一流道的流量与第二流道的流量之比。4.根据权利要求2或3所述的发动机气缸，其特征在于，在所述主流道、第一流道和第二流道的汇合处设置有容积增大的稳流腔， 冷却流体经主流道流入到稳流腔内，再从稳流腔分别流入到第一流道与第二流道内。5.根据权利要求4所述的发动机气缸，其特征在于，在所述稳流腔与主流道、第一流道和第二流道相连通处设置有圆滑的过渡结构。6.根据权利要求4或5所述的发动机气缸，其特征在于，所述稳流腔的最大流通面积与所述稳流腔的容积之比为1: 20至1: 50。7.根据权利要求1到6中任一项所述的发动机气缸，其特征在于，所述第二流道具有与缸盖冷却腔相连通的接口，所述接口对应于缸孔设置。8.根据权利要求1到7中任一项所述的发动机气缸，其特征在于，在所述缸体上设置有多个缸孔，在相邻的缸孔之间设置有与所述缸体冷却腔相连通的孔间流道， 在所述缸体冷却腔内偏离孔间流道处设置有挡流件，冷却流体能在在挡流件的阻挡下流入到孔间流道内。9.根据权利要求8所述的发动机气缸，其特征在于，所述挡流件的高度小于所述缸体冷却腔的高度，在所述挡流件的上方的缸体冷却腔内形成缩口流道。10.一种发动机，其包括根据权利要求1到9中任一项所述的发动机气缸。
【文档编号】F02F1/26GK106032777SQ201510101970
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月9日
【发明人】冯仰利, 李飞, 石磊, 杨文乐, 胡星星
【申请人】海马轿车有限公司, 上海海马汽车研发有限公司