一種氣缸體水套結(jié)構(gòu)及發(fā)動機(jī)氣缸體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬氣車發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣缸體的水套結(jié)構(gòu)模型及設(shè)置有所述水套結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)氣缸體。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機(jī)的氣缸體水套一般而言是指存在于氣缸孔與缸體外壁之間的空間區(qū)域，其主要作用是發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中冷卻缸孔，而缸孔的高溫區(qū)域一般在燃燒室區(qū)域，因此水套一般不貫通整個缸孔區(qū)域而是集中在缸孔上部區(qū)域。此種布置另一個優(yōu)勢是盡可能減少水套容積，有效縮短發(fā)動機(jī)暖機(jī)時間，使發(fā)動機(jī)快速進(jìn)入工作狀態(tài)。目前發(fā)動機(jī)氣缸體的設(shè)計(jì)越來越緊湊，一般的缸蓋螺栓孔都布置于水套外壁上，因水套深度較小，所以水套底部與缸體接觸區(qū)域的剛度變化比較劇烈，尤其以缸蓋螺栓凸臺處更為明顯。而隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度日益提高，發(fā)動機(jī)爆壓也隨之提高，為滿足高爆壓下氣缸體與缸蓋的密封性，對于缸蓋螺栓預(yù)緊力的要求越來越高，如何確保發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，水套的缸蓋螺栓凸臺底部疲勞安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求是至關(guān)重要的。現(xiàn)有的水套設(shè)計(jì)一般都將底部設(shè)計(jì)為平底式，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于水套與缸體接觸的底部區(qū)域的缸體本體剛度變化較為均勻，螺栓凸臺底部的剛度變化也可減少到最小，也有將底部設(shè)計(jì)為正弦波浪式的水套模型結(jié)構(gòu)，來增強(qiáng)缸蓋螺栓凸臺的強(qiáng)度，防止螺栓凸臺因應(yīng)力太大而導(dǎo)致“撕裂”。但現(xiàn)有的這些氣缸體水套仍然無法避免發(fā)動機(jī)高爆壓要求下，高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力可能導(dǎo)致的螺栓凸臺被“撕裂”進(jìn)而損壞發(fā)動機(jī)的問題，而且現(xiàn)有的這些水套模型結(jié)構(gòu)多數(shù)只是考慮了功能特性，并沒有考慮鑄造可行性、工藝加工可行性、水套性能計(jì)算等方面的問題，也使得現(xiàn)有普通水套的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)因工藝過程或鑄造過程的限制而無法被實(shí)現(xiàn)，因此如何采用有效結(jié)構(gòu)確保水套的疲勞安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員需面對的一個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為應(yīng)對發(fā)動機(jī)性能和排放要求的日益提高，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的發(fā)動機(jī)氣缸體水套結(jié)構(gòu)以及具有這種水套結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)氣缸體，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)水套模型結(jié)構(gòu)，在保證水套容積盡可能減小的同時，滿足了缸體缸蓋螺栓孔凸臺的疲勞強(qiáng)度要求，可顯著優(yōu)化水套底部的缸體剛度變化，增加了缸蓋螺栓孔處剛度與強(qiáng)度，降低了螺栓預(yù)緊力導(dǎo)致的水套根部應(yīng)力集中所產(chǎn)生的“撕裂”風(fēng)險。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:
一種氣缸體水套結(jié)構(gòu)，圍繞氣缸體的缸孔外周形成循環(huán)冷卻空腔，包括:沿缸孔陣列外側(cè)延伸的縱向通道和位于缸孔之間的橫向通道，所述橫向通道與縱向通道連通成封閉的空腔結(jié)構(gòu)，在縱向通道的前端部形成水套進(jìn)水孔2，在縱向通道和/或橫向通道的頂部形成有若干出水孔3，在縱向通道的一側(cè)壁形成若干出砂孔凸臺5，在相鄰缸孔之間對應(yīng)于橫向通道位置的縱向通道側(cè)壁上形成有凹槽9，所述凹槽9向內(nèi)斜向布置，所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)的水套底面邊界呈波浪式起伏狀。
[0005]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的氣缸體水套結(jié)構(gòu)，其中位于缸孔兩側(cè)的縱向通道的底面邊界相對于缸孔中心連線呈對稱結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的氣缸體水套結(jié)構(gòu)，其中在設(shè)有出砂孔凸臺5的位置，所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)的水套底面14以出砂孔凸臺為邊界，在沒有出砂孔凸臺且設(shè)有凹槽的位置，所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)的水套底面以凹槽的底部為邊界，各邊界高低點(diǎn)通過圓角相切連接形成波浪式起伏狀的水套底面邊界。
[0007]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的氣缸體水套結(jié)構(gòu)，其中所述氣缸體包括并排布置的四個缸孔，所述縱向通道的頂面設(shè)置有所述出水孔3，所述橫向通道的頂面兩端設(shè)置有所述出水孔3，所述出砂孔凸臺5設(shè)置有三個，第一個出砂孔凸臺5設(shè)置于對應(yīng)于第一缸孔位置的縱向通道側(cè)面，第二個出砂孔凸臺5設(shè)置于對應(yīng)于中間兩個缸孔之間位置的縱向通道側(cè)面，第三個出砂孔凸臺5設(shè)置于對應(yīng)于第四缸孔位置的縱向通道側(cè)面，且所述出砂孔凸臺對應(yīng)于波浪式起伏狀水套底面邊界的波谷位置，處于第一缸孔和第二缸孔之間的凹槽9以及處于第三缸孔和第四缸孔之間的凹槽9分別對應(yīng)于波浪式起伏水套底面邊界的波峰位置。
[0008]一種發(fā)動機(jī)氣缸體，包括缸體本體4，所述缸體本體上設(shè)置有若干缸孔11，圍繞所述缸孔11形成本發(fā)明所述的氣缸體水套結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)氣缸體，其中所述缸體本體在所述缸孔處形成缸孔內(nèi)壁13，所述缸體本體圍繞所述缸孔形成缸蓋螺栓搭子塊8，在所述缸孔內(nèi)壁13和缸蓋螺栓搭子塊8之間形成所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)，在缸體本體的前端面上設(shè)置水套進(jìn)水孔，在缸體本體的頂面上設(shè)置出水孔，在缸體本體的一側(cè)設(shè)置出砂孔。
[0010]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)氣缸體，其中根據(jù)所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)由缸體本體一體鑄造形成所述缸蓋螺栓搭子塊8和缸孔內(nèi)壁13。
[0011]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)氣缸體，其中所述缸蓋螺栓搭子塊8在對應(yīng)于所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)的凹槽位置形成有缸蓋螺栓凸臺12，所述缸蓋螺栓凸臺12上加工有用于連接缸蓋的螺栓孔。
[0012]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)氣缸體，其中所述缸蓋螺栓凸臺12中設(shè)置有加強(qiáng)筋7，所述加強(qiáng)筋7處于所述氣缸體水套結(jié)構(gòu)的凹槽中，通過所述凹槽為所述加強(qiáng)筋7的鑄造成型預(yù)留空間。
[0013]進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)氣缸體，其中所述加強(qiáng)筋7為斜拉式加強(qiáng)筋，在靠近缸蓋螺栓凸臺上部的位置與缸蓋螺栓凸臺的上部邊緣相切，沿缸蓋螺栓凸臺的延伸方向，所述加強(qiáng)筋7的厚度逐漸向氣缸體水套結(jié)構(gòu)所代表的循環(huán)冷卻空腔的內(nèi)側(cè)增加，在缸蓋螺栓凸臺與水套底面邊界相接的位置，所述加強(qiáng)筋7的厚度達(dá)到最大。
[0014]以下給出本發(fā)明所述方案的另一種表述方式:
一種氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)，包括:圍繞氣缸體缸孔外周的縱向模型側(cè)壁和位于缸孔之間的橫向模型側(cè)壁，所述縱向模型側(cè)壁與橫向模型側(cè)壁連通，在縱向模型側(cè)壁的前端部形成水套進(jìn)水孔2，在模型側(cè)壁的頂部形成有若干出水孔3，在縱向模型側(cè)壁的一側(cè)形成若干出砂孔凸臺5，在對應(yīng)于相鄰缸孔之間位置的縱向模型側(cè)壁上形成有凹槽9，所述凹槽9向內(nèi)斜向布置，所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)的水套底面邊界呈波浪式起伏狀。其中位于缸孔兩側(cè)的縱向模型側(cè)壁的水套底面邊界相對于缸孔中心連線呈對稱結(jié)構(gòu)。其中在設(shè)有出砂孔凸臺5的位置，所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)的水套底面14以出砂孔凸臺為邊界，在沒有出砂孔凸臺且設(shè)有凹槽的位置，所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)的水套底面以凹槽的底部為邊界，各邊界高低點(diǎn)通過圓角相切連接形成波浪式起伏狀的水套底面邊界。其中所述氣缸體包括并排布置的四個缸孔，所述橫向模型側(cè)壁的頂面設(shè)置有所述出水孔3，所述出砂孔凸臺5設(shè)置有三個，第一個出砂孔凸臺5設(shè)置于對應(yīng)于第一缸孔位置的縱向模型側(cè)壁的側(cè)面，第二個出砂孔凸臺5設(shè)置于對應(yīng)于中間兩個缸孔之間位置的縱向模型側(cè)壁的側(cè)面，第三個出砂孔凸臺5設(shè)置于對應(yīng)于第四缸孔位置的縱向模型側(cè)壁的側(cè)面，且所述出砂孔凸臺對應(yīng)于波浪式起伏狀水套底面邊界的波谷位置，處于第一缸孔和第二缸孔之間的凹槽9以及處于第三缸孔和第四缸孔之間的凹槽9分別對應(yīng)于波浪式起伏水套底面邊界的波峰位置。
[0015]一種發(fā)動機(jī)氣缸體，包括缸體本體4，所述缸體本體上設(shè)置有若干缸孔11，圍繞所述缸孔11形成本發(fā)明所述的氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)。其中所述缸體本體在所述缸孔處形成缸孔內(nèi)壁13，所述缸體本體圍繞所述缸孔形成缸蓋螺栓搭子塊8，在所述缸孔內(nèi)壁13和缸蓋螺栓搭子塊8之間形成所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)，在缸體本體的前端面上設(shè)置水套進(jìn)水孔，在缸體本體的頂面上設(shè)置出水孔，在缸體本體的一側(cè)設(shè)置出砂孔。其中根據(jù)所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)由缸體本體一體鑄造形成所述缸蓋螺栓搭子塊8和缸孔內(nèi)壁13。其中所述缸蓋螺栓搭子塊8在對應(yīng)于所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)的凹槽位置形成有缸蓋螺栓凸臺12，所述缸蓋螺栓凸臺12上加工有用于連接缸蓋的螺栓孔。其中所述缸蓋螺栓凸臺12中設(shè)置有加強(qiáng)筋7，所述加強(qiáng)筋7處于所述氣缸體水套模型結(jié)構(gòu)的凹槽中，通過所述凹槽為所述加強(qiáng)筋7的鑄造成型預(yù)留空間。其中所述加強(qiáng)筋7為斜拉式加強(qiáng)筋，在靠近缸蓋螺栓凸臺上部的位置與缸蓋螺栓凸臺的上部邊緣相切，沿缸蓋螺栓凸臺的延伸方向，所述加強(qiáng)筋7的厚度逐漸向氣缸體水套模型結(jié)