CN113323766A - 缸盖冷却水套、发动机及车辆 - Google Patents

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刘捷
郝长利
祖炳锋
王昊鹏
白杨
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
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    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
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    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 

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Abstract

本公开提供缸盖冷却水套、发动机及车辆，水套包括：排气侧上层集水道；排气鼻梁区水套；排气侧下层集水道；排气道侧面水套，设置于发动机的排气侧的下层的排气门座圈周围；进排气道之间水套，设置于排气道侧面水套的上方，进排气道之间水套与排气鼻梁区水套连通。冷却液在流入排气侧下层集水道之后，部分冷却液以横流形式流入排气鼻梁区水套并流入排气侧上层集水道，流入排气侧上层集水道的冷却液与排气侧下层集水道中的冷却液以纵流形式对发动机的排气道进行冷却；部分冷却液以横流形式流入排气道侧面水套，部分冷却液流入排气鼻梁区水套与火花塞壁面碰撞后，绕行进排气道之间水套，与流经排气道侧面水套的冷却液汇合之后横流至发动机的进气侧。

Description

缸盖冷却水套、发动机及车辆
技术领域
本公开涉及发动机领域，更具体地，涉及一种缸盖冷却水套、发动机及车辆。
背景技术
在发动机冷启动阶段，为了降低摩擦功，希望缸体尽快达到预设温度，而缸盖尽量保证适当的散热，由此，分开冷却应运而生。随着发动机的强化程度和热效率的不断提高，升扭矩和爆压的不断提升，对缸盖冷却要求也越来越高。若冷却不良，则可能导致局部区域过热，出现热疲劳裂纹，也会引起机油结焦和积碳形成，进而增加爆震倾向，限制发动机热效率提升，这种影响对于大排量汽油机则更为明显。对于大排量自然吸气型汽油发动机，特别是外特性低转速工况，容易出现爆震，良好冷却有利于发动机低端性能提升。同时，缸盖集成排气歧管的冷却直接关系到暖机时间及冷启动排放和高工况外特性加浓及其油耗。
汽油机缸盖冷却水套设计采用两种结构，即单层冷却水套和双层冷却水套，冷却水的流动组织方式有两种，即缸盖横流或是纵流的方式。
在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术至少存在如下问题：相关技术的冷却水套冷却效果较差，各缸冷却液分配存在不均匀情况。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供了一种缸盖冷却水套和装有该缸盖冷却水套的发动机及车辆。
具体的，本公开实施例的一方面提供了一种发动机缸盖冷却水套，包括：
排气侧上层集水道；
排气鼻梁区水套；
排气侧下层集水道，上述排气侧下层集水道与上述排气侧上层水道通过上述排气鼻梁区水套连通；
排气道侧面水套，设置于发动机的排气侧的下层的排气门座圈周围，上述排气道侧面水套和上述排气鼻梁区水套与上述排气侧下层集水道连通；
进排气道之间水套，设置于上述排气道侧面水套的上方，上述进排气道之间水套与上述排气鼻梁区连通；
其中，冷却液在流入上述排气侧下层集水道之后，部分上述冷却液流入所述排气鼻梁区并流入上述排气侧上层集水道，流入上述排气侧上层集水道的冷却液与上述排气侧下层集水道中的冷却液以纵流形式对上述发动机的排气道进行冷却；
部分上述冷却液以横流形式流入上述排气道侧面水套，部分上述冷却液流入排气鼻梁区并与火花塞壁面碰撞后，绕行进排气道之间水套，与流经上述排气道侧面水套的冷却液汇合之后横流至上述发动机的进气侧。
根据本公开的实施例，上述排气侧上层集水道的横截面积范围为450～750mm2；所述排气侧下层集水道的横截面积范围为400～600mm2。
根据本公开的实施例，上述排气侧下层集水道与上述发动机的排气侧之间的通道的通道面积范围为100～200mm2；上述排气鼻梁区水套的横截面积范围为30～60mm2。
根据本公开的实施例，上述缸盖冷却水套还包括：
排气再循环冷却水套，设置于上述排气侧上层集水道靠近冷却液出口的方向，上述排气再循环冷却水套与上述排气侧上层集水道连通；
其中，流入上述排气侧上层集水道的部分上述冷却液流入上述排气再循环冷却水套之后横流至上述发动机的集水槽。
根据本公开的实施例，上述排气再循环冷却水套包括多层冷却水套。
根据本公开的实施例，上述排气再循环冷却水套包括两层冷却水套。
根据本公开的实施例，上述缸盖冷却水套还包括：
进气侧水套，上述进气侧水套分别与上述进排气道之间水套和上述排气道侧面水套连通；
其中，流经上述进排气道之间水套的冷却液与流经上述排气道侧面水套的冷却液汇合之后通过上述进气侧水套横流至上述发动机的集水槽。
根据本公开的实施例，上述缸盖冷却水套适用于多缸发动机。
本公开实施例的另一方面提供了一种发动机，包括上述缸盖冷却水套。
本公开实施例的另一方面提供了一种车辆，包括上述发动机。
根据本公开的实施例，由于缸盖冷却水套的排气侧上层集水道和排气侧下层集水道的腔体可以作为冷却液流动时的稳压腔，对冷却液稳压分流，有效保证冷却液流动均匀，提高了冷却效果。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了相关技术的缸盖冷却水套横流的示意图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的缸盖冷却水套的部分结构以及冷却液进入缸盖冷却水套后的流向和冷却液进入排气侧上层集水道后的流向；
图3示意性示出了根据本公开实施例的缸盖冷却水套的部分结构以及冷却液流入排气鼻梁区水套后的流向；以及
图4示意性示出了根据本公开实施例的发动机缸盖冷却水套的仰视图。
[附图标记说明]
1：排气侧下层集水道
2：排气鼻梁区水套
3：排气道侧面水套
4：排气侧上层集水道
5：进排气道之间水套
6：排气再循环冷却水套
7：进气侧水套
8：暖风取冷却液的位置
9：排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开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公开，而非对本公开的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分而非全部结构。
图1示意性示出了相关技术的缸盖冷却水套横流的示意图。
如图1所示，相关技术中的缸盖冷却水套的冷却液进入水套后直接分流至各缸冷却。
在实现本公开的发明构思过程中，发现相关技术的缸盖冷却水套冷却效果较差，进一步发现其中一个原因是相关技术发动机的水泵布置在整机的前端，通过缸体周围狭窄的空间从前向后流动，一方面将冷却液分配给缸体，另一方面将冷却液输送给缸盖，由于流动空间比较狭窄，冷却液在流动过程中的沿程阻力较大，加上前面一个或多个缸体的分流，当冷却液流动到最后一个缸体时，冷却液的流量和流速会明显下降，因此，将造成最后一个缸体的冷却效果不佳。
有鉴于此，本公开实施例提供了一种缸盖冷却水套，缸盖采用横流冷却的形式，该缸盖冷却水套能够提供稳压腔结构，能够较好地保证各缸分配冷却液的均匀性，以此提高冷却效果。下面将结合实施例进行说明。
图2示意性示出了根据本公开实施例的缸盖冷却水套的部分结构以及冷却液进入缸盖冷却水套后的流向和冷却液进入排气侧上层集水道后的流向。
根据本公开的实施例，如图2所示，缸盖冷却水套可以包括：
排气侧上层集水道4。
排气鼻梁区水套2。
排气侧下层集水道1，排气侧下层集水道1与排气侧上层水道4通过排气鼻梁区水套2连通。
排气道侧面水套3，设置于发动机的排气侧的下层的排气门座圈周围，排气道侧面水套3和排气鼻梁区水套2与排气侧下层集水道1连通。
进排道之间水套5，设置于排气道侧面水套的上方，进排气道之间水套5与排气鼻梁区水套2连通。
其中，冷却液在流入排气侧下层集水道1之后，部分冷却液流入排气鼻梁区水套2并流入排气侧上层集水道4，流入排气侧上层集水道4的冷却液与排气侧下层集水道1中的冷却液以纵流形式对发动机的排气道进行冷却。
部分冷却液以横流形式流入排气道侧面水套3，部分冷却液流入排气鼻梁区水套2与火花塞壁面碰撞后，绕行进排气道之间水套5，与流经排气道侧面水套3的冷却液汇合之后横流至发动机的进气侧。
根据本公开的实施例，排气道侧面水套3和排气鼻梁区水套2可以通过通道与排气侧下层集水道1连通。通道可以是排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道9。
根据本公开的实施例，排气侧上层集水道4和排气侧下层集水道1的腔体起到稳压腔的作用，对流入其中的冷却液稳压分流，使冷却更均匀。设置排气侧上层集水道4和排气侧下层集水道1上下两层集水道可有效与发动机集成排气道进行热量交换，不仅有利于冷启动快速暖机，还可在大负荷工况有效降低排温，从而有效降低HC和CO等排放物含量并降低油耗。
根据本公开的实施例，排气侧上层集水道4的横截面积范围可以为450～750mm2。排气侧下层集水道1的横截面积范围可以为400～600mm2。
根据本公开的实施例，排气侧上层集水道4的横截面积可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，排气侧上层集水道4的横截面积可以为500mm2、600mm2、650mm2或700mm2。
根据本公开的实施例，排气侧下层集水道1的横截面积可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，排气侧下层集水道1的横截面积可以为450mm2、500mm2或550mm2。
根据本公开的实施例，排气侧上层集水道4和排气侧下层集水道1的横截面积设计合理，能够更好地实现稳压的作用。如果排气侧上层集水道4和排气侧下层集水道1的横截面积过小，则会导致排气侧上层集水道4和排气侧下层集水道1难以起到稳压的作用。如果排气侧上层集水道4和排气侧下层集水道1的横截面积过大，则会导致整体冷却水容积过大，暖机速度降低。
根据本公开的实施例，排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道9的通道面积范围可以为100～200mm2；排气鼻梁区水套2的横截面积范围可以为30～60mm2。
根据本公开的实施例，排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道9的横截面积可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道9的横截面积可以为100mm2、150mm2或200mm2。
根据本公开的实施例，排气鼻梁区水套2的横截面积可以根据实际业务需求进行配置，在此不作限定。例如，排气鼻梁区水套2的横截面积可以为30mm2、45mm2或60mm2。
相关技术的排气再循环冷却水套单独布置在中冷器中，在实现本公开构思过程中，发现将排气再循环冷却水套单独布置在中冷器中所占空间较大，提出了如下方案。
图3示意性示出了根据本公开实施例的缸盖冷却水套的部分结构以及冷却液流入排气鼻梁区水套后的流向。
根据本公开的实施例，如图3所示，上述缸盖冷却水套还可以包括：
排气再循环冷却水套6，设置于排气侧上层集水道4靠近冷却液出口的方向，排气再循环冷却水套6与排气侧上层集水道4连通。
其中，流入排气侧上层集水道4的部分冷却液流入排气再循环冷却水套6之后横流至发动机的进气侧。
根据本公开的实施例，将排气再循环冷却水套集成在缸盖冷却水套上，节省了空间。
根据本公开的实施例，排气再循环冷却水套6可以包括多层冷却水套。
根据本公开的实施例，排气再循环冷却水套6可以包括两层冷却水套。
根据本公开的实施例，包括多层冷却水套的排气再循环冷却水套，可以有效降低排气再循环废气温度。
根据本公开的实施例，排气再循环冷却水套6的多层冷却水套可以相互平行。
根据本公开的实施例，如图3所示，缸盖冷却水套还可以包括：
进气侧水套7，进气侧水套7分别与排气道侧面水套3和进排气道之间水套5连通。
其中，流经进排气道之间水套5的冷却液与流经排气道侧面水套3的冷却液汇合之后通过进气侧水套7横流至发动机的进气侧。
根据本公开的实施例，上述缸盖冷却水套可以适用于多缸发动机。
根据本公开的实施例，上述缸盖冷却水套例如可以适用于四缸发动机。
为了便于理解，下面将结合图2～图4对本公开实施例提供的缸盖冷却水套的冷却液流动路径进行说明。
如图2所示，冷却液进入排气侧下层集水道1后，部分冷却液以横流形式流入排气鼻梁区水套2后流入排气侧上层集水道4，流入排气侧上层集水道4的冷却液和排气侧下层集水道1中的冷却液以纵流形式对发动机排气道进行冷却；如图3和图4所示，部分冷却液通过排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道9以横流形式流入排气道侧水套3，部分冷却液通过排气侧下层集水道与发动机的排气侧之间的通道9流入排气鼻梁区水套2与火花塞壁面碰撞后，绕行进排气道之间水套5，流入进排气道之间水套5和流入排气道侧水套3的冷却液汇合之后通过进气侧水套7横流至发动机的进气侧流向机体；流入排气侧上层集水道4的冷却液一部分由暖风取走，另一部分流入排气再循环冷却水套6后横流至进气侧，最终汇入发动机进气侧流向机体。
根据本公开的实施例，由于流经各缸的冷却液为横流形式，因此，可有效减小缸盖整体流动阻力，减小水泵功耗，提升冷却效率。
根据本公开的实施例，还提供了一种发动机，可以包括本公开实施例所述的缸盖冷却水套。
根据本公开的实施例，设置有本公开缸盖冷却水套的发动机不易出现局部区域过热，有利于低端性能提升。
根据本公开的实施例，还提供了一种车辆，可以包括本公开实施例所述的发动机。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缸盖冷却水套，包括：
排气侧上层集水道；
排气鼻梁区水套；
排气侧下层集水道，所述排气侧下层集水道与所述排气侧上层水道通过所述排气鼻梁区水套连通；
排气道侧面水套，设置于发动机的排气侧的下层的排气门座圈周围，所述排气道侧面水套和所述排气鼻梁区水套与所述排气侧下层集水道连通；
进排气道之间水套，设置于所述排气道侧面水套的上方，所述进排气道之间水套与所述排气鼻梁区水套连通；
其中，冷却液在流入所述排气侧下层集水道之后，部分所述冷却液以横流形式流入所述排气鼻梁区水套并流入所述排气侧上层集水道，流入所述排气侧上层集水道的冷却液与所述排气侧下层集水道中的冷却液以纵流形式对所述发动机的排气道进行冷却；
部分所述冷却液以横流形式流入所述排气道侧面水套，部分所述冷却液流入所述排气鼻梁区水套与火花塞壁面碰撞后，绕行进排气道之间水套，与流经所述排气道侧面水套的冷却液汇合之后横流至所述发动机的进气侧。
2.根据权利要求1所述的缸盖冷却水套，其中，所述排气侧上层集水道的横截面积范围为450～750mm2；所述排气侧下层集水道的横截面积范围为400～600mm2。
3.根据权利要求1所述的缸盖冷却水套，其中，所述排气侧下层集水道与所述发动机的排气侧之间的通道的通道面积范围为100～200mm2；所述排气鼻梁区水套的横截面积范围为30～60mm2。
4.根据权利要求1所述的缸盖冷却水套，还包括：
排气再循环冷却水套，设置于所述排气侧上层集水道靠近冷却液出口的方向，所述排气再循环冷却水套与所述排气侧上层集水道连通；
其中，流入所述排气侧上层集水道的部分所述冷却液流入所述排气再循环冷却水套之后横流至所述发动机的进气侧。
5.根据权利要求4所述的缸盖冷却水套，其中，所述排气再循环冷却水套包括多层冷却水套。
6.根据权利要求5所述的缸盖冷却水套，其中，所述排气再循环冷却水套包括两层冷却水套。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的缸盖冷却水套，还包括：
进气侧水套，所述进气侧水套分别与所述进排气道之间水套和所述排气道侧面水套连通；
其中，流经所述排气道侧面水套的冷却液与流经所述进排气道之间水套的冷却液汇合之后通过所述进气侧水套横流至所述发动机的进气侧。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的缸盖冷却水套，所述缸盖冷却水套适用于多缸发动机。
9.一种发动机，包括权利要求1～8中任一项所述的缸盖冷却水套。
10.一种车辆，包括权利要求9所述的发动机。
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