阅读说明：本技术 发动机水套装置及发动机 (Engine water jacket device and engine ) 是由 梁青华 崔志强 于 2019-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种发动机水套装置及发动机,所述缸垫上冷却水通道200和缸体进气侧水套180、缸体排气侧水套190分别相连；所述缸体进气侧水套180与缸盖下层水套入水口310连接,所述缸体排气侧水套190与缸盖上层水套入水口410相连；或者所述缸体进气侧水套180与缸盖上层水套入水口410连接,所述缸体排气侧水套190与缸盖下层水套入水口310相连。本发明中由于缸体水套中采用的是橡胶棒隔开方案,可以通过调整其高度灵活控制缸体内,缸盖上下水套和缸体缸盖鼻梁区钻孔通道内水流量,这种方便性在发动机试验开发过程中尤为突出,也使得不同性能的系列发动机共用同一缸体缸盖水套砂芯更为可能。(The invention provides an engine water jacket device and an engine, wherein a cooling water channel 200 on a cylinder liner is respectively connected with a cylinder body air inlet side water jacket 180 and a cylinder body exhaust side water jacket 190; the cylinder body air inlet side water jacket 180 is connected with the cylinder cover lower layer water jacket water inlet 310, and the cylinder body exhaust side water jacket 190 is connected with the cylinder cover upper layer water jacket water inlet 410; or the cylinder body air inlet side water jacket 180 is connected with the cylinder cover upper layer water jacket water inlet 410, and the cylinder body exhaust side water jacket 190 is connected with the cylinder cover lower layer water jacket water inlet 310. In the invention, because the rubber rod separation scheme is adopted in the cylinder body water jacket, the water flow in the drilled channels of the upper water jacket and the lower water jacket of the cylinder cover and the bridge nose area of the cylinder cover of the cylinder body can be flexibly controlled by adjusting the height of the rubber rod separation scheme, the convenience is particularly outstanding in the process of engine test development, and the sharing of the same cylinder body water jacket sand core by series engines with different performances is more possible.)

发动机水套装置及发动机

技术领域

本发明涉及水套装置领域，具体地，涉及一种发动机水套装置及发动机，尤其涉及一种针对发动机热负荷关键区域分别高效冷却的发动机水套装置。

背景技术

目前发动机技术发展的一个重要方面是在发动机尺寸重量不断小型化之下而功率密度越来越大，特别是过去几年采用集成式排气歧管的缸盖结构的流行，导致燃烧过程中释放到水套的热能大幅度增加，这对发动机冷却系统，特别是处于发动机冷却核心的缸体缸盖水套设计提出了更高的要求；对缸体冷却来说，重要的是保证其水套上部和两缸之间的鼻梁区有足够的冷却水流；对缸盖水套来说，需要冷却的核心区域是每缸两个排气道之间的区域，和排气道及燃烧室附近的区域。

专利文献CN107035563B公开了一种发动机水套，包括缸盖水套和缸体水套，缸盖水套上设置有出水口和水套缸孔，缸体水套上设置有进水口，其中，进水口设置在缸体水套的排气侧，且进水口与缸体水套的排气侧通道和进气侧通道连通；出水口设置在缸盖水套的中间位置，且出水口的轴线低于缸体水套所在平面。该发明提供的发动机水套，欠缺满足发动机不同部位差异化冷却需求的灵活调整能力，同时由于其采用的依然是较为传统的单层的缸盖水套结构，对应用在对冷却需求较高的高性能的发动机上会面临一定的局限性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种方便应用，工艺简单，且能够根据以上发动机内部核心区域各自的流量需求，在实际设计仿真或开发试验中需要灵活调整的一种发动机水套装置及发动机，尤其是一种发动机缸体缸盖水套架构。

根据本发明提供的一种发动机水套装置，包括：缸体单元、缸垫单元、缸盖单元；所述缸体单元包括：缸体水套100；所述缸垫单元包括：缸垫上冷却水通道200；所述缸盖单元包括：缸盖下层水套300、缸盖上层水套400；所述缸体水套100包括：缸体水套入水口110、缸孔周围环形水套120；所述缸体水套入水口110设置于缸孔周围环形水套120上；所述缸孔周围环形水套120包括：缸体进气侧水套180和缸体排气侧水套190；所述缸垫上冷却水通道200包括：第一缸垫过水孔210、第二缸垫过水孔220以及第三缸垫过水孔230；所述缸盖下层水套300包括：缸盖下层水套入水口310；所述缸盖下层水套入水口310设置于缸盖下层水套300的前端；所述缸盖上层水套400包括：缸盖上层水套入水口410；所述缸盖上层水套入水口410设置于缸盖上层水套400的前端；所述缸垫上冷却水通道200和缸体进气侧水套180、缸体排气侧水套190分别相连；所述缸体进气侧水套180与缸盖下层水套入水口310连接，所述缸体排气侧水套190与缸盖上层水套入水口410相连；或者所述缸体进气侧水套180与缸盖上层水套入水口410连接，所述缸体排气侧水套190与缸盖下层水套入水口310相连；从而装置能够对缸盖下层水套300和缸盖上层水套400分别供应冷却水。

优选地，所述缸体水套入水口110和缸体排气侧水套(190)连接，所述缸体水套入水口110和缸体排气侧水套(190)的连接方向为切向。

优选地，还包括：前端***物130、后端***物140；所述前端***物130设置在缸孔周围环形水套120中的前端；所述后端***物140设置在缸孔周围环形水套120中的后端。所述前端***物130、后端***物140将缸体水套的进排气侧隔开，形成缸体进气侧水套180和缸体排气侧水套190。

优选地，所述前端***物130采用橡胶棒；所述后端***物140采用橡胶棒；所述前端***物130的顶部，中部与底部皆留有前端水流通道单元；所述后端***物140的顶部，中部与底部皆留有后端水流通道单元；所述前端水流通道单元包括：第一前端水流通道131、第二前端水流通道132、第三前端水流通道133；所述后端水流通道单元包括：第一后端水流通道141、第二后端水流通道142、第三后端水流通道143，从而以避免形成流动死区。

优选地，缸体水套100采用开放式结构，顶部没有连接水套内外壁的筋；所述缸体水套100包括：分模线170；所述分模线170设置在缸体水套100中间位置附近而非一端。

优选地，缸体水套100包括：缸体鼻梁区150；缸体单元包括：多个缸孔；所述缸体鼻梁区150设置于任意相邻两缸孔之间；所述缸体鼻梁区设置有冷却水通道160。

优选地，所述冷却水通道160采用V型钻孔，两级阶梯孔结构。

优选地，所述缸盖下层水套300和缸盖上层水套400仅在出口位置附近连通。经过所述缸盖下层水套300和缸盖上层水套400的水流只是在最后一缸出口处附近汇合流出缸盖。

优选地，还包括：斜钻孔320；所述缸盖单元上设置有多个排气门和多个排气道，例如，所述缸盖单元上每一缸设置有两个排气门和两个排气道，所述斜钻孔(320)设置于缸盖单元上任意两个相邻排气道之间；所述斜钻孔320与缸体排气侧水套190、缸盖上水套400分别连接；从而为每一缸两排气门之间的鼻梁区提供冷却；钻孔直径为2mm到10mm。

根据本发明提供的一种发动机，包括：发动机水套装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术中的缺陷；

2、本发明中，发动机缸体缸盖热负荷关键区域可以根据其需要分别调整冷却水流量；

3、本发明中，由于缸体水套中采用的是橡胶棒隔开方案，可以通过调整其高度灵活控制缸体内，缸盖上下水套和缸体缸盖鼻梁区钻孔通道内水流来满足它们各自的冷却需求，这种方便性在发动机开发试验过程中尤为突出，也使得不同性能的系列发动机共用同一缸体缸盖水套砂芯更为可能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为应用本发明的一种发动机缸体缸盖水套排气侧视图。

图2为应用本发明的一种发动机缸体缸盖水套进气侧视图。

图3为应用本发明的一种发动机缸体水套剖视图。

图中：

100缸体水套 230第三缸垫过水孔

110缸体水套入水口 300缸盖下层水套

120缸孔周围环形水套 310缸盖下层水套入水口

130前端***物 320斜钻孔

131第一前端水流通道 330缸盖下层水套底面工艺支撑

132第二前端水流通道 340缸盖下层水套导流筋

133第三前端水流通道 350缸盖下层水套排气口附近凸起

140后端***物 360缸盖下层水套出口

141第一后端水流通道 370缸盖下层水套侧面工艺支撑

142第二后端水流通道 400缸盖上层水套

143第三后端水流通道 410缸盖上层水套入水口

150缸体鼻梁区 420缸盖上层水套底面工艺支撑

160冷却水通道 430缸盖上层水套侧面工艺支撑

170分模线 440缸盖上层水套导流筋

180缸体进气侧水套 450缸盖上层水套排气口附近凸起

190缸体排气侧水套 460缸盖上层水套上与下层水套连接部位

200缸垫上冷却水通道 470缸盖出水口

210第一缸垫过水孔

220第二缸垫过水孔

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-3所示，根据本发明提供的发动机水套装置，应用在一款3缸4气门带集成排气歧管缸盖的高性能汽油发动机中，包括：缸体单元、缸垫单元、缸盖单元；所述缸体单元包括：缸体水套100；所述缸垫单元包括：缸垫上冷却水通道200；所述缸盖单元包括：缸盖下层水套300、缸盖上层水套400；所述缸体水套100包括：缸体水套入水口110、缸孔周围环形水套120；所述缸体水套入水口110设置于缸孔周围环形水套120上；所述缸孔周围环形水套120包括：缸体进气侧水套180和缸体排气侧水套190；所述缸垫上冷却水通道200包括：第一缸垫过水孔210、第二缸垫过水孔220以及第三缸垫过水孔230；所述缸盖下层水套300包括：缸盖下层水套入水口310；所述缸盖下层水套入水口310设置于缸盖下层水套300的前端；所述缸盖上层水套400包括：缸盖上层水套入水口410；所述缸盖上层水套入水口410设置于缸盖上层水套400的前端；所述缸垫上冷却水通道200和缸体进气侧水套180、缸体排气侧水套190分别相连；所述缸体进气侧水套180与缸盖下层水套入水口310连接，所述缸体排气侧水套190与缸盖上层水套入水口410相连；或者所述缸体进气侧水套180与缸盖上层水套入水口410连接，所述缸体排气侧水套190与缸盖下层水套入水口310相连；具体连接方式的选择取决于应用本发明水套装置的发动机结构布置和缸盖上下层水套的冷却流量需求；从而装置能够对缸盖下层水套300和缸盖上层水套400分别供应冷却水。

本发明的核心技术方案是:将缸体水套在前后端隔开或基本上隔开，从而分为进气侧水套和排气侧水套；由于缸体水泵入水口只连接在缸体进排气侧水套中的某一侧，从而缸体进排气侧水套中与水泵连接的一侧为高压侧，而另一侧为低压侧；高低压区的压力差为保证缸体两缸之间鼻梁区充分冷却所需的足够水流提供了必要条件；另一方面，缸盖水套也被分为上下两层水套，分别为下层水套和上层水套；它们之间形成的铸造隔板有利于提高缸盖的刚度，更重要的是由于缸盖上下层水套可以分别从缸体水套高低或低高压两侧上水，这使得上下层水套可以根据其冷却需要分别调节经过其的冷却液流量与流速，而从达到最佳的冷却效果。

优选地，所述缸体水套入水口110和缸体排气侧水套(190)连接，从而使后续为热负荷更高的排气侧提供更多冷却水流创造有利条件；所述缸体水套入水口110和缸体排气侧水套(190)的连接方向为切向，有利于使水流压力降低同时减少水流对缸孔外壁的冲击所伴随的金属腐蚀风险。

优选地，还包括：前端***物130、后端***物140；所述前端***物130设置在缸孔周围环形水套120中的前端；所述后端***物140设置在缸孔周围环形水套120中的后端。所述前端***物130、后端***物140将缸体水套的进排气侧隔开，形成缸体进气侧水套180和缸体排气侧水套190。水套中采用***物隔开方案，比起采用进排气侧分体水套砂芯(从而在水套中铸造出分割筋)的方案，优点是缸体水套在铸造过程中依然是一个整体，方便工艺实现和质量控制，同时也避免了采用铸造筋分割水套所导致的缸孔刚度不均匀问题。由于冷区系统优化需要，这里两边的橡胶棒高度及位置可能不一致；一般地，由于130需要基本上隔开缸体水套进排气侧水流会比较接近缸孔周围环形水套120的高度，而140则因需要为缸体进排气侧水流连通提供足够的通道而会比缸孔周围环形水套120的高度尺寸明显短一些。

优选地，所述前端***物130采用橡胶棒；所述后端***物140采用橡胶棒；这样可以通过调整其高度灵活控制缸体内，缸盖上下水套和缸体缸盖鼻梁区钻孔通道内水流，这种方便性在发动机开发试验过程中尤为突出，也使得不同性能的系列发动机共用同一缸体缸盖水套砂芯成为可能；所述前端***物130的顶部，中部与底部皆留有前端水流通道单元；所述后端***物140的顶部，中部与底部皆留有后端水流通道单元；所述前端水流通道单元包括：第一前端水流通道131、第二前端水流通道132、第三前端水流通道133；所述后端水流通道单元包括：第一后端水流通道141、第二后端水流通道142、第三后端水流通道143，从而以避免形成流动死区。

优选地，缸体水套100采用开放式结构，顶部没有连接水套内外壁的筋；这样可以提高缸体水套在其热负荷高的顶部区域位置的水流强度；所述缸体水套100包括：分模线170；所述分模线170设置在缸体水套100中间位置附近而非一端。这使得上面提及的第二前端水流通道132和第二后端水流通道142可以采用简单的铸造方案实现。

优选地，缸体水套100包括：缸体鼻梁区150；缸体单元包括：多个缸孔；所述缸体鼻梁区150设置于任意相邻两缸孔之间；所述缸体鼻梁区设置有冷却水通道160，采用机加或铸造实现。

优选地，所述冷却水通道160采用V型钻孔，两级阶梯孔结构；其工艺方便且可以尽量缩小鼻梁区尺寸使发动机设计紧凑。

优选地，还包括：缸盖下层水套出口360、缸盖上层水套上与下层水套连接部位460、缸盖出水口470；缸盖上下水套300和400自310和410进水后，中间除少数位置可能由于消除流动死区需要采用钻孔或铸造小孔方案连通外，基本上互不相通，最后在缸盖出水口470(位于发动机最后一缸后端)附近通过缸盖下层水套出口360与缸盖上层水套上与下层水套连接部位460的连接而实现汇合，这样也是为了方便缸盖上下层水套的水流根据需要分别调整。

优选地，还包括：斜钻孔320；所述缸盖单元上设置有多个排气门和多个排气道，所述缸盖单元上每一缸设置有两个排气门和两个排气道，所述斜钻孔320设置于任意两个相邻排气道之间；所述斜钻孔320通过第三缸垫过水孔230与缸体排气侧水套190、缸盖上水套400分别连接；从而为每一缸两排气门之间的鼻梁区提供冷却，钻孔直径为2mm到10mm。

优选地，所述缸盖下层水套300还包括：缸盖下层水套底面工艺支撑330、缸盖下层水套侧面工艺支撑370；所述缸盖上层水套400还包括：缸盖上层水套底面工艺支撑420、缸盖上层水套侧面工艺支撑430；但缸体水套往缸盖水套供水的通道仅限缸盖前端的两个开口和排气侧的钻孔；以上由于铸造需要而在缸盖底面形成的工艺孔被缸垫完全封闭，或缸垫上只在对应位置提供小孔(过水面积相当于直径不大于4mm的圆孔)满足缸体水套排气功能，而非为了向缸盖供水。

优选地，为适应带集成排气歧管缸盖的冷却需求，所述缸盖下层水套300还包括：缸盖下层水套导流筋340、缸盖下层水套排气口附近凸起350；所述缸盖上层水套400还包括：缸盖上层水套导流筋440、缸盖上层水套排气口附近凸起450；凸起及导流筋的布置根据CFD(计算流体力学)优化。

本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术中的缺陷；本发明中，发动机缸体缸盖热负荷关键区域可以根据其需要分别调整冷却水流量；本发明中，由于缸体水套中采用的是橡胶棒隔开方案，可以通过调整其高度灵活控制缸体内，缸盖上下水套和缸体缸盖鼻梁区钻孔通道内水流来满足它们各自的冷却需求，这种方便性在发动机开发试验过程中尤为突出，也使得不同性能的系列发动机共用同一缸体缸盖水套砂芯更为可能。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。