专利名称：一种水冷发动机及其气缸盖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水冷发动机制造技术领域，更具体地说，涉及一种水冷发动机的气缸盖，本实用新型还涉及一种具有上述气缸盖的水冷发动机。
背景技术：
随着现代水冷发动机技术的不断发展，水冷发动机的强化程度持续增加，尤其是向高爆压的方向发展的大功率柴油机。但是，高爆压的大功率柴油机在工作时，会使气缸盖处产生很大的热负荷，尤其在受到的冷热交换最为强烈即热负荷较高的鼻梁区，为了降低故障率，需要在气缸盖上设计冷却水套以对气缸盖进行特别充分的冷却。水冷发动机工作时，缸盖上下面温差很大。为了减小缸盖内应力，保证水冷发动机工作的可靠性，需要将冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域。如何将冷却水的流速和流量合理分配到缸盖不同冷却区域，一直是缸盖水套设计的难点。水套设计时，如果冷却水流过缸盖上下面的速度是一样的，则缸盖火力面冷却不够；当水套的流通截面小时，冷却水的速度快，但容量小，带走的热量有限；当缸盖水套流通面积大时，冷却水的流速慢，对鼻梁区的冷却效果有限。
实用新型内容如何提供一种水冷发动机的气缸盖，以实现将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走热负荷，提高冷却效果，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种水冷发动机的气缸盖，以实现将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走热负荷，提高冷却效果。本实用新型还提供了一种具有上述气缸盖的水冷发动机。为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种水冷发动机的气缸盖，其上设有水套，所述水套包括由隔板分隔开的上层水套和下层水套，所述下层水套靠近水冷发动机的缸体，其中:所述上层水套上设置有入水孔，所述下层水套上设置有出水孔，所述隔板上开设有连通于所述上层水套与所述下层水套，且位于所述气缸盖的鼻梁区的过水通道，且所述上层水套的流通面积、所述下层水套的流通面积以及所述过水通道的流通面积依次减小。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述鼻梁区中心处设置有喷油器隔套，所述喷油器隔套与所述隔板之间具有环形间隙，所述环形间隙为所述过水通道，且所述喷油器隔套与所述气缸盖顶端通过密封圈密封配合。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述隔板为弧形板。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述隔板的顶面自远离所述过水通道的一端向靠近所述过水通道的一端由高向低平滑过渡。[0014]优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述入水孔位于所述上层水套的一端，且所述气缸盖上设置有穿过所述下层水套，与所述入水孔相连通的进水管，所述进水管的进水口位于所述气缸盖的底面上。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述进水管上开设有与所述下层水套相连通的下排气孔，且所述气缸盖上还开设有与所述上层水套相连通的上排气孔。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述气缸盖远离所述入水孔的一端还设置有与所述上层水套相连通的集水管和上出沙孔，且所述上排气孔开设在所述集水管的顶端。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述下层水套上还开设有均与所述气缸盖底面相连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处设置有能够封闭所述第一下出沙孔并设置在缸盖垫上的封水圈，所述第二下出沙孔通过所述缸盖垫上的通气孔与所述缸体上的出气孔相连通。优选的，上述水冷发动机的气缸盖中，所述第一下出沙孔和所述第二下出沙孔分别位于所述气缸盖底面的两侧，且所述第二下出沙孔为两个，两个所述第二下出沙孔分别与进气门和排气门相对设置。从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的水冷发动机的气缸盖内部被隔板分隔形成上下两层空腔，即上层水套和下层水套。向水套内通入冷却水以后，一方面，由于上层水套的流通面积较大，则冷却水在上层水套内的流量较大，所以其带走的热量能够达到冷却热负荷较小的缸盖上层的效果。另一方面，由于过水通道的流通面积很小，冷却水从上层水套流经过水通道进入下层水套的过程中，大幅度地加快了流过鼻梁区的冷却水的流速，很好地冷却了热负荷较大的鼻梁区；待冷却水流入下层水套后，由于下层水套的流通面积比上层水套的流通面积小，加快了冷却水在下层水套内的流速，从而使冷却水带走较多的热量，其带走的热量能够达到冷却缸盖下层的效果。综上所述，本实用新型提供的水冷发动机的气缸盖使上层水套内的冷却水具有较大的流量，使下层水套内的冷却水具有较大的流速，使过水通道即鼻梁区的冷却水具有最大的流速，实现了将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走了热负荷，提高了冷却效果。本实用新型还提供了一种水冷发动机，包括多个气缸和设置在所述气缸上的气缸盖，所述气缸盖为上述任一种气缸盖，由于上述气缸盖具有上述效果，具有上述气缸盖的水冷发动机具有同样的效果，故本文不再赘述。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖的剖视图；图2是本实用新型实施例提供的水套内的水的立体流向图；图3是本实用新型实施例提供的上层水套的结构示意图；[0026]图4是本实用新型实施例提供的下层水套的结构示意图；图5是本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖的底面朝上的结构示意图；图6是与本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖配合使用的缸体的结构示意图；图7是本实用新型实施例提供的缸盖垫的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了水冷发动机的气缸盖，实现了将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走了热负荷，提高了冷却效果。为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。请参考附图1-5，本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖上设有水套，该水套包括由隔板3分隔开的上层水套2和下层水套5，下层水套5靠近水冷发动机的缸体，其中，上层水套2上设置有入水孔21，下层水套5上设置有出水孔51，隔板3上开设有连通于上层水套2与下层水套5，且位于气缸盖的鼻梁区的过水通道4，且上层水套2的流通面积、下层水套5的流通面积以及过水通道4的流通面积依次减小。上述的鼻梁区为布置进气门、排气门以及进行燃烧的区域。本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖内部被隔板分隔形成上下两层空腔，即上层水套2和下层水套5，设计时，使上层水套2的流通面积大，下层水套5的流通面积小；由于水套的横截面有大有小，而水套内介质的流量由最小截面积决定，所以水套的流通面积为全程水套上的最小截面积，相应的，过水通道4的流通面积为过水通道4上的最小截面积。请参考图2，本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖内的冷却水的流动过程如下:首先，冷却水从入水孔21进入到上层水套2内，冷却水会在上层水套2内进行流动，由于上层水套2的流通面积较大，冷却水的流速较慢，流量较大，如图3所示，图中的箭头方向为冷却水在上层水套2的流动方向；接着，冷却水会流经过水通道4进入下层水套5，由于过水通道4很小，过水通道4处的水流速度迅速加大，很好地冷却了缸盖的鼻梁区；之后冷却水流入下层水套5内，如图4所示，图中的箭头方向为冷却水在下层水套5的流动方向，最后，冷却水汇集到下层水套5的出水孔51，流出缸盖。可以理解的是，向水套内通入冷却水时，流通面积大时，冷却水的流速慢；流通截面小时，冷却水的速度快。在本实施例中，一方面，由于上层水套2的流通面积较大，则冷却水在上层水套2内的流量较大，所以其带走的热量能够达到冷却热负荷较小的缸盖上层的效果。另一方面，由于本实施例的过水通道4的流通面积很小，冷却水从上层水套2流经过水通道4进入下层水套5的过程中，大幅度地加快了流过鼻梁区的冷却水的流速，很好地冷却了热负荷较大的鼻梁区；待冷却水流入下层水套5后，由于下层水套5的流通面积比上层水套2的流通面积小，加快了冷却水在下层水套5内的流速，从而使冷却水带走较多的热量，其带走的热量能够达到冷却缸盖下层的效果。综上所述，本实用新型实施例提供的水冷发动机的气缸盖使上层水套2内的冷却水具有较大的流量，使下层水套5内的冷却水具有较大的流速，使过水通道4即鼻梁区的冷却水具有最大的流速，实现了将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走了热负荷，提高了冷却效果，降低了缸盖不同部分的温差，减小了缸盖产生的内应力，提高了水冷发动机工作的可靠性。同时，本实用新型实施例提供的水冷发动机缸盖的结构比较简单，便于制造。优选的，上述实施例提供的水冷发动机的气缸盖中，鼻梁区中心处设置有喷油器隔套8，喷油器隔套8与隔板3之间具有环形间隙，该环形间隙为过水通道4，且喷油器隔套8与气缸盖顶端通过密封圈7密封配合。此时，隔板3与喷油器隔套8的周向外表面之间形成环形间隙，则本实施例的过水通道4为环形通道。向水套内通入冷却水以后，由于喷油器隔套8与气缸盖顶端通过密封圈7密封配合，所以冷却水只能流入过水通道4，由于上述环形间隙的较窄，冷却水从上层水套2进入过水通道4以后，大幅度地加快了流过鼻梁区的冷却水的流速，很好地冷却了热负荷较大的鼻梁区。由于喷油器隔套8位于鼻梁区中心处，本实施例中，该中心处具体为水套的中心位置，所以冷却水能够从鼻梁区的中心位置流向四周，对鼻梁区的冷却较均匀，减少了鼻梁区的局部过热导致的裂纹；此时流向过水通道4的水流被气缸所对应的两个排气门103分隔成三条，如图3所示，该图中指向过水通道4的三个箭头即为三条水流的流向。同时，进入下层水套5的水流被两个排气门103和两个进气门102分隔成四条，使水流均匀扩散到四周，如图4所示，该图中从中心位置指向四周的四个箭头即为四条水流的流向。此外，由于喷油器隔套8的存在，其能够阻止部分冷却水向前流动，进而便于冷却水进入过水通道4内，提高了冷却速度。本领域技术人员可以理解的是，该过水通道4也可以由其他结构构成，如直接在隔板3开设多个小孔，或者安装直径很小的通水管，以达到同样的形成过水通道4的效果，在此不再--介绍。为了减少冷却水在流动过程中产生的气泡，进而提高冷却效果，上述实施例提供的水冷发动机的气缸盖中，隔板3为弧形板。此时弧形板的顶面和底面均为弧面，冷却水会沿着弧面平缓地流动，流通阻力小，没有死区，不会引起局部过热，使冷却均匀化，提高了冷却效果。进一步的，上述实施例提供水冷发动机的气缸盖中，隔板3的顶面自远离过水通道4的一端向靠近过水通道4的一端由高向低平滑过渡。此时，隔板3靠近过水通道4的一端即为隔板3的顶面最低处，冷却水进入上层水套2以后，会自远离过水通道4的一端向靠近过水通道4的一端流入过水通道4内，水流方向如图1中的上层水套2内的箭头所示，即冷却水会从过水通道4的四周流向其内，在上述过程中，冷却水会沿着隔板3的顶面由高处向低处平缓地流动，慢慢地将冷却 水导入到鼻梁区，没有水流死区，不会引起局部过热，减小了热应力对气缸盖的危害。[0046]优选的，上述入水孔21位于上层水套2的一端，且气缸盖上设置有穿过下层水套5，与入水孔21相连通的进水管1，进水管I的进水口位于气缸盖的底面上。本实施例中，通过进水管I实现了下层水套2与缸盖入水孔21的隔断，使水流直接进入上层水套2内，同时，由于入水孔21位于上层水套2的一端，所以延长了冷却水在上层水套的流动距离，提高了冷却效果，当然，上述入水孔21还可以设置在水套的中心位置处或者其他位置，本实施例对此不做限定。上述结构中，与本实施例提供的气缸盖相配合的缸体上设置有与进水管I相连通的上水孔104，如图6所示。为了使结构简单化，本实施例通过上水孔104使缸体水套与进水管I相连通，冷却时，缸体水套内的冷却水通过上水孔104流经进水管I进入到上层水套2内，使缸体和气缸盖共用一个冷却水箱，且水流通道均设置在内部，避免了意外损坏，提高了使用寿命。优选的，上述实施例提供的水冷发动机的气缸盖中，进水管I上开设有与下层水套5相连通的下排气孔11，且气缸盖上还开设有与上层水套2相连通的上排气孔23。由于水套中的空气会浮在水的顶部，如果不及时排除水中的空气，会影响散热，本实施例中，通过进水管I上的下排气孔11将下层水套5中的空气导入上层水套2中，再通过上排气孔23将上层水套2中的空气排出水套外，减少了水套内的空气量，提高了冷却效果。请参考附图1，在另一实施例中，气缸盖远离入水孔21的一端还设置有与上层水套2相连通的集水管6和上出沙孔22，且上排气孔23开设在集水管6的顶端。铸造气缸盖时，上出沙孔22能够将气缸盖上层的空气排出，减少了气缸盖上的铸造缺陷，提高了产品合格率。上层水套2内的水从入水孔21进入，接着会有部分水流向集水管6内，由于空气向上走，所以空气会通过集水管6顶端的上排气孔23排出，提高了冷却效果。此外，当气缸盖上具有多个水套时，使每个水套的上层水套2均与集水管6连通，水套内的空气均通过集水管6排出；且上排气孔23的尺寸较小，将其开设在集水管6上，结构简单，便于制造。为了进一步优化上述技术方案，上述实施例提供的水冷发动机的气缸盖中，下层水套5上还开设有均与气缸盖底面相连通的第一下出沙孔52和第二下出沙孔53，且第一下出沙孔52的出口处设置有能够封闭第一下出沙孔52并设置在缸盖垫9上的封水圈91，第二下出沙孔53通过缸盖垫9上的通气孔92与缸体上的出气孔101相连通，如图4-7所示。铸造上述气缸盖时，第一下出沙孔52和第二下出沙孔53能够将位于气缸盖下层的空气排出，减少了产品的铸造缺陷。由于本实施例通过封水圈91将第一下出沙孔52的出口处封闭，所以冷却水不会从第一下出沙孔52处流出。为了密封气缸使其构成燃烧室，在水冷发动机使用的过程中，气缸盖与气缸之间设置有缸盖垫9，该缸盖垫9上设有连通于进水管I与上水孔104的通水孔93。向水套内通入冷却水时，缸体水套内的冷却水通过上水孔104，流经通水孔93进入进水管I内；同时，缸体水套内的空气依次通过出气孔101、通气孔92以及第二下出沙孔53进入到下层水套5内，然后经过下排气孔11和上排气孔23，最后排出到外界，减少了水套内的空气，提高了冷却效果。为了提高铸造或冷却的过程中对空气的排出速度，上述实施例提供的气缸盖中，第一下出沙孔52和第二下出沙孔53分别位于气缸盖底面的两侧，这样以来，铸造时，空气可以从两侧分别排出，便于空气的排出。本实施例中，将第二下出沙孔53设置为两个，优选的将两个第二下出沙孔53分别与进气门102和排气门103相对设置，如图4所示，其中一个第二下出沙孔53与进气门102相对设置即位于同一侧，另一个第二下出沙孔53与排气门103相对设置即位于同一侧，两者的位置便于空气的排出。需要说明的是，上述描述的结构只针对水冷发动机的一个气缸所对应的气缸盖上的结构，不同的水冷发动机的气缸盖中各结构的数量应根据气缸的数量对应设置，如本实施例中的附图5所示，其为具有六个气缸的水冷发动机的气缸盖的结构，故其上设有六个进水孔I。本实用新型实施例还提供了一种水冷发动机，包括多个气缸和设置在气缸上的气缸盖；该气缸盖为本实用新型任一项实施例提供的气缸盖。上述的水冷发动机采用本实施例中提供的气缸盖，实现了将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走了热负荷，提高了冷却效果，其优点是由气缸盖带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种水冷发动机的气缸盖，其上设有水套，其特征在于，所述水套包括由隔板(3)分隔开的上层水套(2)和下层水套(5)，所述下层水套(5)靠近水冷发动机的缸体，其中: 所述上层水套(2)上设置有入水孔(21)，所述下层水套(5)上设置有出水孔(51)，所述隔板(3)上开设有连通于所述上层水套(2)与所述下层水套(5)，且位于所述气缸盖的鼻梁区的过水通道(4)，且所述上层水套(2)的流通面积、所述下层水套(5)的流通面积以及所述过水通道(4)的流通面积依次减小。
2.根据权利要求1所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述鼻梁区中心处设置有喷油器隔套(8)，所述喷油器隔套(8)与所述隔板(3)之间具有环形间隙，所述环形间隙为所述过水通道(4)，且所述喷油器隔套(8)与所述气缸盖顶端通过密封圈(7)密封配合。
3.根据权利要求2所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述隔板(3)为弧形板。
4.根据权利要求3所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述隔板(3)的顶面自远离所述过水通道(4)的一端向靠近所述过水通道(4)的一端由高向低平滑过渡。
5.根据权利要求2所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述入水孔(21)位于所述上层水套(2 )的一端，且所述气缸盖上设置有穿过所述下层水套(5 )，与所述入水孔(21)相连通的进水管(I )，所述进水管(I)的进水口位于所述气缸盖的底面上。
6.根据权利要求5所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述进水管(I)上开设有与所述下层水套(5 )相连通的下排气孔(11)，且所述气缸盖上还开设有与所述上层水套(2)相连通的上排气孔(23)。
7.根据权利要求6所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖远离所述入水孔(21)的一端还设置有与所述上层水套(2)相连通的集水管(6)和上出沙孔(22)，且所述上排气孔(23)开设在所述集水管(6)的顶端。
8.根据权利要求1所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述下层水套(5)上还开设有均与所述气缸盖底面相连通的第一下出沙孔(52)和第二下出沙孔(53)，且所述第一下出沙孔(52)的出口处设置有能够封闭所述第一下出沙孔(52)并设置在缸盖垫(9)上的封水圈(91)，所述第二下出沙孔(53)通过所述缸盖垫(9)上的通气孔(92)与所述缸体上的出气孔(101)相连通。
9.根据权利要求8所述的水冷发动机的气缸盖，其特征在于，所述第一下出沙孔(52)和所述第二下出沙孔(53)分别位于所述气缸盖底面的两侧，且所述第二下出沙孔(53)为两个，两个所述第二下出沙孔(53)分别与进气门(102)和排气门(103)相对设置。
10.一种水冷发动机,包括多个气缸和设置在所述气缸上的气缸盖；其特征在于，所述气缸盖为如权利要求1-9任意一项所述的水冷发动机的气缸盖。
专利摘要本实用新型提供了一种水冷发动机的气缸盖，其上设有水套，水套包括由隔板分隔开的上层水套和下层水套，下层水套靠近水冷发动机的缸体，其中，上层水套上设置有入水孔，下层水套上设置有出水孔，隔板上开设有连通于上层水套与下层水套，且位于气缸盖的鼻梁区的过水通道，且上层水套的流通面积、下层水套的流通面积以及过水通道的流通面积依次减小。本实用新型提供的水冷发动机的气缸盖实现了将水套的冷却水的流速和流量合理分配到缸盖的不同冷却区域，从而最大限度地带走了热负荷，提高了冷却效果。本实用新型还提供了一种水冷发动机，包括多个气缸和设置在气缸上的气缸盖，气缸盖为本实用新型提供的水冷发动机的气缸盖。
文档编号F02F1/40GK203022903SQ201220698370
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者刘汉如, 吕林, 丁志强, 苏超, 汪祥支, 王露, 庞进军, 张猛 申请人:安徽华菱汽车有限公司