[发明专利]一种柴油机气缸体水套结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油机部件的改进，具体是一种柴油机气缸体水套结构， 属于机械结构技术领域。

背景技术

内燃机在工作过程中，由于高温气体燃烧释放出的热量使得受热部件的 热负荷很高。为了保证这些受热部件能够正常工作，解决好受热部件的换热 问题是至关重要的。对于受热关键部件——气缸体和气缸盖来说，冷却水套 的结构设计能够解决好他们的换热问题。

内燃机水套内的冷却介质与气缸体-气缸盖壁面之间热量传递比较复杂， 通常分为对流换热、核态沸腾换热、过渡沸腾换热和膜态沸腾换热四种状态。 通常的热交换处于对流换热状态，冷却介质的流动速度是影响对流换热系数 的主要因素，流速高则冷却介质同壁面的对流作用强烈，对流换热系数高。 随壁面过热度提高，在压力适宜条件下，冷却介质与气缸体-气缸盖壁面之间 可能发生核态沸腾换热，即在固体壁面产生气泡、气块和气柱。若冷却介质 流动足够强烈，生成的气泡被冷却介质带走，新的气泡生成，受气泡剧烈扰 动的影响，核态沸腾阶段冷却介质与气缸体-气缸盖壁面的换热系数较高。若 冷却介质流速较低，气泡在固体壁面积聚，局部区域将会形成热阻较大的汽 膜，冷却介质与壁面间可能会进入过渡沸腾阶段或膜态沸腾阶段，此时冷却 介质与壁面间的换热系数急剧降低，该局部区域内的固体温度剧增。

内燃机冷却系统任务是保证内燃机在较适宜的温度条件下工作。不同结 构部位对冷却的需求不同，例如气缸盖“鼻梁区”和气缸体靠近“活力岸”附 近工作温度较高的区域，需要较好的冷却以避免局部过热；而气缸体底部等 部位的温度相对较低，需要减小冷却以防止局部过冷。根据冷却介质与气缸 体-气缸盖壁面间的换热状态，在水套结构设计中往往要求冷却介质在热负荷 较高的区域保持较高的流速。内燃机内的冷却介质流动大多靠水泵驱动，水 流量增大会显著增加水泵的功率消耗，也可能加剧局部流动区域的汽蚀，产 生不利影响。总的说来，气缸体-气缸盖水路设计要在适当的流量下，对于较 热区域保持较好的冷却；对于较冷区域则要减少散热。综合以上因素，水套 分析中通常重点关注的是各缸间的水流量分配、气缸盖“鼻梁三角区”附近 流速、气缸体水套顶部流速和水路系统总流动损失等几个方面。

内燃机冷却水套结构一般由气缸体水套和气缸盖水套组成的，传统的水 流组织一般是：冷却水从气缸体一侧进入，经气缸体水套后进入到气缸盖水 套内，然后从气缸盖一端流出，即发动机内的水循环是从气缸体流到气缸盖， 冷却水的进出口分别位于气缸体和气缸盖上。冷却水也是先吸收气缸体的热 量后，再吸收气缸盖的热量，最后从气缸盖流出。在传统的小功率高速柴油 机气缸体水流场的布置中，气缸体水套结构一般如图3所示：冷却水从水泵 侧通过布水道和进水孔进入气缸体水套，借助各缸水套间的开孔，调节水流 横向贯穿各缸水套，各缸的冷却水然后经进分布于排气侧的出水孔流入气缸 盖水套。这种结构未考虑各气缸体水套的双向绕流，单个进水孔的设计势必 增强气缸体水套位于排气侧(发动机后端方向)的水流速度，而在进气侧一 侧水流速度减缓，造成气缸体局部温度冷热不均，发生热变形，从而影响整 机可靠性。

如图3、图4所示，该种水套布置方式也未考虑柴油机机油的冷却，气 缸体进气侧主油道和水道分离，不紧凑，且气缸体上部进气侧的结构强度弱 于排气侧，装配变形较大；在发动机运行中，可能会造成整机振动、噪声较 大、机油耗高、排放差和不易清砂等缺陷，从而影响整机舒适性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种结构巧妙合理 的柴油机气缸体水套结构，该结构能够有效改善气缸体的冷却效果，提高机 油冷却效果，增加气缸体进气侧刚度，同时能够满足高排放要求，达到降低 噪声和增加零部件可靠性的目的。