專利名稱：提高排氣過(guò)橋冷卻效率的發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋采用鉻鉬銅合金鑄鐵、蠕蟲狀石墨鑄鐵制造。
由于現(xiàn)有技術(shù)氣缸蓋的設(shè)計(jì)中，忽視了氣缸蓋主要承受灼熱燃?xì)獾臒嶝?fù) 荷的底面板和主要承受高壓燃?xì)獾谋l(fā)壓力以及氣缸蓋組裝在機(jī)體上的螺 栓預(yù)緊力的氣缸蓋體(分為上箱和下箱的雙層箱型結(jié)構(gòu))之各自功能，從而 氣缸蓋的設(shè)計(jì)缺乏合理性。
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋承受的綜合負(fù)荷有
①螺栓預(yù)緊裝配力，②高壓燃?xì)獾谋l(fā)壓力下高頻率的機(jī)械負(fù)荷，③灼 熱燃?xì)庀碌皖l率的熱負(fù)荷。
大功率四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋設(shè)計(jì)成分為上箱和下箱的雙層箱型結(jié)構(gòu)，其 目的是增加氣缸蓋的整體剛度，降低氣缸蓋的機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形，并使冷 卻水的流動(dòng)主要首先冷卻主要承受灼熱燃?xì)獾臒嶝?fù)荷的底面板。然而眾多設(shè) 計(jì)者忽略了氣缸蓋的上箱、下箱除了有圍繞周邊的側(cè)面板外，還應(yīng)當(dāng)讓中心 安裝噴油器的立式套筒將上箱、下箱都連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)雙層箱型結(jié)構(gòu)增 加氣缸蓋整體剛度的作用。在螺栓預(yù)緊裝配力和高壓燃?xì)獾谋l(fā)壓力的機(jī)械 負(fù)荷的作用下，底面板機(jī)械受力分布狀態(tài)是底面板橫截面的燃燒室側(cè)呈現(xiàn)從 中心的高頻率拉應(yīng)力向邊緣漸漸轉(zhuǎn)變成增加的高頻率壓應(yīng)力，而底面板橫截 面的冷卻水側(cè)則呈現(xiàn)從中心向邊緣漸漸增加的高頻率拉應(yīng)力。在灼熱燃?xì)獾?br> 4熱負(fù)荷作用下，底面板承受極強(qiáng)的復(fù)雜的低頻率的不均勻的拉伸熱應(yīng)力，特 別在氣缸蓋體底面板的排氣過(guò)橋的燃燒室側(cè)產(chǎn)生極端的的低頻率的不均勻 的拉伸熱應(yīng)力，而在底面板的排氣過(guò)橋的冷卻水側(cè)也是產(chǎn)生極大的低頻率的 不均勻的拉伸熱應(yīng)力，從而產(chǎn)生底面板排氣過(guò)橋處鑄鐵材質(zhì)的蠕變，導(dǎo)致熱
裂破損。
一旦氣缸蓋體底面板熱裂破損，冷卻水便可進(jìn)入燃燒室，水是不可壓縮 的液體，在活塞運(yùn)動(dòng)壓縮燃燒室容積時(shí)將產(chǎn)生巨大的容積壓力，該力大大超 過(guò)了正常的氣體爆發(fā)壓力，這樣將使氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸，甚至機(jī)體 產(chǎn)生破損，俗稱"水錘"。水錘的后果是十分嚴(yán)重的。
另，由于原發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋冷卻腔不連貫且流阻大，直接造成了氣缸蓋底 面板的不均勻熱變形，加重了氣缸蓋底面板上氣門座的熱變形，破壞了氣門 和氣門座的密封性，造成了燃燒室燃?xì)鈴臍忾T和氣門座的間隙竄氣的機(jī)會(huì)， 導(dǎo)致了氣缸蓋異常地迅速高溫和產(chǎn)生破損的不良后果。由此，燃?xì)馊紵慕Y(jié) 果形成冒藍(lán)煙、黑煙的現(xiàn)象。這樣致使發(fā)動(dòng)機(jī)排放指標(biāo)不良，嚴(yán)重影響了環(huán) 境，還造成能源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)一種利于高強(qiáng)度和整體剛性強(qiáng)、氣缸蓋體底面板傳 熱優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋。
本發(fā)明包括由合金鑄鐵或蠕蟲狀球墨鑄鐵整體澆鑄制成的氣缸蓋體，所 述氣缸蓋體由側(cè)面板、頂面板、中隔板、底面板、中心安裝噴油器的立式套 筒組成，在氣缸蓋體上設(shè)有進(jìn)氣道和排氣道，底面板均布冷卻水進(jìn)水口，底 面板設(shè)有排氣過(guò)橋，其特點(diǎn)是底面板的排氣過(guò)橋中部設(shè)置一個(gè)通孔，在該通 孔內(nèi)穿置由導(dǎo)熱材料制成的傳熱棒。
本發(fā)明為使氣缸蓋體底面板的排氣過(guò)橋處冷卻條件得到更充分的改善， 在氣缸蓋體底面板的排氣過(guò)橋中部設(shè)置一個(gè)通孔，于其中置入由傳熱良好的傳熱棒，傳熱棒的外徑和所述氣缸蓋體底面板的排氣過(guò)橋中部的圓柱型通孔 的直徑采用較緊的動(dòng)配合。因此，傳熱良好的傳熱棒使氣缸蓋體底面板的熱 阻可降低百分之四十以上，傳熱迅速，從而傳熱率相應(yīng)提高，大大降低氣缸 蓋體底面板的溫度，明顯降低底面板上的低頻率不均勻的拉伸熱應(yīng)力，大大 減緩產(chǎn)生底面板排氣過(guò)橋處鑄鐵材質(zhì)的蠕變的可能。另外，所述氣缸蓋體底 面板的排氣過(guò)橋中部設(shè)置的圓柱型通孔還有一種功能那就是萬(wàn)一底面板的 排氣過(guò)橋發(fā)生裂紋，這個(gè)圓柱型通孔將起到卸除載荷的作用。此時(shí)，底面板 不會(huì)繼續(xù)發(fā)生斷裂。本發(fā)明不但與原氣缸蓋互換性良好，而且，不容易損壞， 節(jié)約成本，便于維護(hù)。
另，為了方便生產(chǎn)、進(jìn)一步提高傳效率，本發(fā)明所述通孔呈圓柱型，所 述傳熱棒為圓柱型。
所述圓柱型通孔直徑為底面板厚度的1/3 1/4. 6。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋采 用鉻鉬銅合金鑄鐵、蠕蟲狀石墨鑄鐵制造，其導(dǎo)熱系數(shù)較差。燃燒室燃?xì)獾?熱量通過(guò)氣缸蓋底面板傳給氣缸蓋冷卻水，可以簡(jiǎn)單地描述為通過(guò)平壁的傳 熱，影響傳熱熱阻力的因素有底面板的導(dǎo)熱系數(shù)、底面板的厚度、燃燒氣體 的放熱系數(shù)和冷卻水的放熱系數(shù)。新設(shè)計(jì)的排氣過(guò)橋中部的底面板上設(shè)置一 個(gè)通孔，在該通孔內(nèi)穿置由導(dǎo)熱優(yōu)秀的材料制成的傳熱棒。這樣，傳熱良好 的傳熱棒使氣缸蓋體底面板的熱阻可大大降低，從而傳熱率相應(yīng)提高，降低 氣缸蓋體底面板的溫度，明顯降低底面板上的熱應(yīng)力，大大減緩產(chǎn)生底面板 排氣過(guò)橋處鑄鐵材質(zhì)的蠕變的可能。
為了提高氣缸蓋整體剛度，延長(zhǎng)使用壽命，本發(fā)明所述立式套筒分別與 頂面板、中隔板和底面板連接，所述立式套筒呈腰鼓形的圓橢體，圓橢體的 立式套筒最大直徑是最小直徑的1.1 1.3倍。
本發(fā)明所述底面板為設(shè)置在中部的環(huán)形平薄板和連接在平薄板外緣、且 向外緣漸漸變厚的錐面板組成，所述平薄板外徑為錐面板外徑的1 /4 1 /2.6;平薄板和錐面板之間的夾角為0.1〃 3° 30〃 。
所述側(cè)面板由上部的圓柱體和下部的錐環(huán)體組成，錐環(huán)體的壁厚由上至 下逐漸加大；所述圓柱體的高度占側(cè)面板總高度的1/4 1/3;所述錐環(huán) 體的中心線與所述立式套筒中心線之間的夾角為O。 1〃 15° 。
以上是提高氣缸蓋體的底面板和側(cè)面板機(jī)械、熱態(tài)等強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。
在灼熱燃?xì)獾臒嶝?fù)荷作用下，底面板承受極強(qiáng)的復(fù)雜的低頻率的不均勻 的熱應(yīng)力，特別在氣缸蓋體底面板的排氣過(guò)橋的燃燒室側(cè)產(chǎn)生極端的的低頻 率的不均勻的拉伸熱應(yīng)力，而在底面板的排氣過(guò)橋的冷卻水側(cè)也是產(chǎn)生極大 的低頻率的不均勻的拉伸熱應(yīng)力。現(xiàn)將底面板設(shè)置成中部平薄而向邊緣漸漸 變厚的錐平板結(jié)構(gòu)，使底面板中部受燃?xì)庾茻岬母邷貐^(qū)，熱阻小，傳熱迅速， 明顯降低底面板上的低頻率不均勻的拉伸熱應(yīng)力。從而大大減緩產(chǎn)生底面板 排氣過(guò)橋處鑄鐵材質(zhì)的蠕變的可能。同理，側(cè)面板為上部薄而向下部漸漸變 厚的錐環(huán)板的設(shè)計(jì)，使側(cè)面板在螺栓預(yù)緊裝配力下，其下部和底面板的連接 處支撐在機(jī)體上受力最高。
所述側(cè)面板的錐環(huán)體與底面板的錐面板之間以半徑R為10 15mm圓 弧板圓滑過(guò)渡連接。可起到強(qiáng)固雙層箱型結(jié)構(gòu)、增加氣缸蓋的整體剛度的作 用。
一般氣缸蓋的底面板上均布有10 12個(gè)冷卻水進(jìn)水口，本發(fā)明還在其 中接近排氣過(guò)橋的進(jìn)水口的內(nèi)端連接冷卻水噴嘴。 所述冷卻水噴嘴緊貼底面板的冷卻水側(cè)。
在灼熱燃?xì)獾臒嶝?fù)荷作用下，氣缸蓋體底面板排氣過(guò)橋冷卻水側(cè)的溫度 高達(dá)13(TC以上，這個(gè)溫度已高出水的沸騰溫度IO(TC，此刻，在氣缸蓋體
底面板排氣過(guò)橋冷卻水側(cè)會(huì)產(chǎn)生冷卻水的蒸發(fā)氣膜。這種蒸發(fā)氣膜熱阻特別 大，甚至可造成絕熱，繼而造成底面板的排氣過(guò)橋處熱應(yīng)力兇猛增長(zhǎng)。本發(fā) 明所述冷卻水噴嘴緊貼底面板的冷卻水側(cè)之目的是從所述冷卻水噴嘴噴出的冷卻水，速度高、可起到?jīng)_刷附著在氣缸蓋體底面板排氣過(guò)橋冷卻水側(cè)的 冷卻水蒸發(fā)氣膜的作用，從而明顯降低底面板上的低頻率不均勻的拉伸熱應(yīng) 力，大大減緩產(chǎn)生底面板排氣過(guò)橋處鑄鐵材質(zhì)的蠕變的可能。
所述冷卻水噴嘴的直徑為3 5mm。其目的是使冷卻水可以足夠高的速 度噴出，可起到?jīng)_刷附著在氣缸蓋體底面板排氣過(guò)橋冷卻水側(cè)的冷卻水蒸發(fā) 氣膜的作用，使冷卻水可怕的膜態(tài)沸騰轉(zhuǎn)化為沬態(tài)沸騰，從而降低氣缸蓋體 底面板排氣過(guò)橋燃燒室側(cè)和冷卻水側(cè)的溫度。實(shí)現(xiàn)降低底面板熱應(yīng)力的效果。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1的B-B向剖示圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l、 2所示，本發(fā)明由氣缸蓋體1和傳熱棒2組成。
氣缸蓋體1由合金鑄鐵或蠕蟲狀石墨鑄鐵整體澆鑄而成，氣缸蓋體1 由側(cè)面板l-7、頂面板l-l、中隔板l-2、底面板l-3、中心安裝噴油器的立 式套筒l-4組成，立式套筒1-4連接頂面板1-1、中隔板l-2和底面板l-3， 氣缸蓋體1設(shè)有進(jìn)氣道1-5和排氣道l-6、還有導(dǎo)向排氣過(guò)橋冷卻水噴嘴1-8。
氣缸蓋設(shè)計(jì)成分為上箱和下箱的雙層箱型結(jié)構(gòu)，其目的是增加氣缸蓋的 整體剛度，降低氣缸蓋的機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形，并使冷卻水的流動(dòng)主要首先 冷卻主要承受灼熱燃?xì)獾臒嶝?fù)荷的底面板l-3。氣缸蓋的上箱、下箱除了有 圍繞周邊的側(cè)面板l-7外，還將中心安裝噴油器的立式套筒l-4將上箱、下 箱都連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)雙層箱型結(jié)構(gòu)增加氣缸蓋整體剛度的作用。
底面板1-3設(shè)有排氣過(guò)橋，在底面板1-3的排氣過(guò)橋中部設(shè)置一個(gè)圓柱 型通孔，在該通孔內(nèi)穿置由導(dǎo)熱材料制成的圓柱型傳熱棒2。圓柱型通孔直 徑為底面板厚度的1/3。立式套筒1-4為腰鼓形的圓橢體，分別與頂面板1-1、中隔板1-2和底 面板1-3連接。圓橢體立式套筒1-4中部最大直徑D是上、下兩端最小直徑 d的Ll 1.3倍，本例為1.2倍。
底面板l-3采用機(jī)械、熱態(tài)等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)，底面板l-3為設(shè)置在中部 的環(huán)形平薄板和連接在平薄板外緣、向外緣漸漸變厚的錐面板組成，平薄板 外徑dl為錐面板外徑的1 / 4 1 / 2.6，且平薄板和錐面板之間的夾角Z為 0.1〃 3° 30"，本例中為2° 30〃 。
偵愐板1-7同樣采用機(jī)械等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)，側(cè)面板1-7由上部的圓柱體 和下部的錐環(huán)體組成，錐環(huán)體的壁厚由上至下逐漸加大；其中，圓柱體的高 度A占側(cè)面板總高度的1 / 4 1 / 3;錐環(huán)體的中心線與立式套筒1-4中心 線之間的夾角y可為0。 1" 15° ，本例中為9。。
側(cè)面板1-7的錐環(huán)體與底面板1-3的錐面板之間以半徑R為10 15mm 圓弧板圓滑過(guò)渡連接。
底面板1-3外圈設(shè)置有10 12個(gè)冷卻水進(jìn)水口，在其中接近排氣過(guò)橋 的兩個(gè)冷卻水進(jìn)水口內(nèi)端分別連接冷卻水噴嘴1-8，冷卻水噴嘴1-8緊貼底 面板1-3的冷卻水側(cè)。冷卻水噴嘴1-8的直徑F為4mm。
氣缸蓋體頂面板1-1上設(shè)置有出水口，中隔板1-2上設(shè)置有相應(yīng)的冷卻 水通道，整個(gè)冷卻水通道的設(shè)置應(yīng)確保冷卻水流順暢。
9
權(quán)利要求
1、一種提高排氣過(guò)橋冷卻效率的發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，包括由合金鑄鐵或蠕蟲狀球墨鑄鐵整體澆鑄制成的氣缸蓋體，所述氣缸蓋體由側(cè)面板、頂面板、中隔板、底面板、中心安裝噴油器的立式套筒組成，在氣缸蓋體上設(shè)有進(jìn)氣道和排氣道，底面板均布冷卻水進(jìn)水口，底面板設(shè)有排氣過(guò)橋，其特征在于底面板的排氣過(guò)橋中部設(shè)置一個(gè)通孔，在該通孔內(nèi)穿置由導(dǎo)熱材料制成的傳熱棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述通孔 呈圓柱型，所述傳熱棒為圓柱型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述圓柱 型通孔直徑為底面板厚度的1/3 1/4. 6。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述立式 套筒分別與頂面板、中隔板和底面板連接，所述立式套筒呈腰鼓形的圓橢體， 圓橢體的立式套筒最大直徑是最小直徑的1.1 1.3倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述底面 板為設(shè)置在中部的環(huán)形平薄板和連接在平薄板外緣且向外緣漸漸變厚的錐 面板組成，所述平薄板外徑為錐面板外徑的1 / 4 1 / 2.6;平薄板和錐面板 之間的夾角為0.r 3° 30〃 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述側(cè)面 板由上部的圓柱體和下部的錐環(huán)體組成，錐環(huán)體的壁厚由上至下逐漸加大； 所述圓柱體的高度占側(cè)面板總高度的1/4 1/3;所述錐環(huán)體的中心線與 所述立式套筒中心線之間的夾角為O。 1〃 15° 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述發(fā)動(dòng)機(jī)用氣缸蓋，其特征在于所述側(cè)面板的錐 環(huán)體與底面板的錐面板之間以半徑R為10 15mm圓弧板圓滑過(guò)渡連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于在接近排 氣過(guò)橋的所述進(jìn)水口的內(nèi)端連接冷卻水噴嘴。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述冷卻 水噴嘴緊貼底面板的冷卻水側(cè)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，其特征在于所述 冷卻水噴嘴的直徑為3 5mm。
全文摘要
提高排氣過(guò)橋冷卻效率的發(fā)動(dòng)機(jī)用組合式氣缸蓋，涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋技術(shù)領(lǐng)域。包括由合金鑄鐵或蠕蟲狀球墨鑄鐵整體澆鑄制成的氣缸蓋體，所述氣缸蓋體由側(cè)面板、頂面板、中隔板、底面板、中心安裝噴油器的立式套筒組成，在氣缸蓋體上設(shè)有進(jìn)氣道和排氣道，底面板均布冷卻水進(jìn)水口，底面板設(shè)有排氣過(guò)橋，底面板的排氣過(guò)橋中部設(shè)置一個(gè)通孔，在該通孔內(nèi)穿置由導(dǎo)熱材料制成的傳熱棒。傳熱棒可使氣缸蓋體底面板的熱阻可降低百分之四十以上，傳熱迅速，從而傳熱率相應(yīng)提高，大大降低氣缸蓋體底面板的溫度，明顯降低底面板上的低頻率不均勻的拉伸熱應(yīng)力，大大減緩產(chǎn)生底面板排氣過(guò)橋處鑄鐵材質(zhì)的蠕變的可能，不容易損壞，節(jié)約成本，便于維護(hù)。
文檔編號(hào)F02F1/42GK101598077SQ20091003239
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者張玉華, 王克宇, 臧權(quán)同 申請(qǐng)人:揚(yáng)州揚(yáng)子江寶云缸套有限公司