本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別是涉及一種無缸套氣缸體結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)和汽車科技的飛速進(jìn)步，節(jié)能減排已成為不可忽視的重要要求，用戶對車輛油耗的關(guān)注度也隨之不斷攀升。發(fā)動機(jī)缸體是發(fā)動機(jī)的主體，它將各個氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞、曲軸以及其他零件和附件的支承骨架。以下是對發(fā)動機(jī)缸體的詳細(xì)介紹：

2、組織和確定各部件的位置：缸體為發(fā)動機(jī)內(nèi)的各個部件提供了一個穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)，確保它們能夠正確定位。保證關(guān)鍵部件的規(guī)格精度：缸體的高精度加工確保了活塞、曲軸等關(guān)鍵部件的順暢運(yùn)轉(zhuǎn)。容納冷卻水，調(diào)節(jié)溫差：缸體內(nèi)部設(shè)計有冷卻水套，使冷卻水能高效帶走熱量，保持發(fā)動機(jī)在適宜的工作溫度范圍內(nèi)。缸體材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、良好的澆鑄性和切削性，且價格要低。因此，常用的缸體材料是鑄鐵、合金鑄鐵。但鋁合金的缸體使用越來越普遍，因為鋁合金缸體重量輕，導(dǎo)熱性良好，冷卻液的容量可減少。缸體總成包括氣缸蓋、氣缸體和油底殼。有些發(fā)動機(jī)將氣缸體分成兩部分，上面的部分稱為氣缸體，下面的部分稱為曲軸箱。

3、缸體是一個金屬筒狀結(jié)構(gòu)，通常由鑄鐵或鋁合金等材料制成。它具有足夠的強(qiáng)度和剛性，能夠承受活塞的往復(fù)運(yùn)動以及高溫高壓的工作環(huán)境。缸體內(nèi)部加工有精細(xì)的光滑表面，以減少摩擦損失并提高密封性能?；钊歉左w內(nèi)的移動部件，通常由鋁合金制成。在工作過程中，活塞與缸體形成密封的工作腔。當(dāng)活塞向下運(yùn)動時，腔內(nèi)的氣體被壓縮，增加了氣體的壓力和溫度。隨后，點火系統(tǒng)引燃混合氣體，使其發(fā)生爆炸燃燒。燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動活塞向上運(yùn)動。缸體還承載著與其他部件的連接，如氣門、機(jī)油底殼和冷卻系統(tǒng)等。氣門通過缸體的氣門座與工作腔相連，實現(xiàn)氣體的進(jìn)出。機(jī)油底殼則連接在缸體下部，起到承載油底殼和潤滑系統(tǒng)的作用。冷卻系統(tǒng)通過缸體提供散熱的擴(kuò)散面，保持發(fā)動機(jī)工作溫度的穩(wěn)定。

4、綜上所述，發(fā)動機(jī)缸體是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵組成部分，其設(shè)計、制造和性能對發(fā)動機(jī)的整體性能有著至關(guān)重要的影響。

5、為了實現(xiàn)更低的油耗，發(fā)動機(jī)技術(shù)必須不斷革新，其中提升爆發(fā)壓力便是一項關(guān)鍵手段。然而，這一方法雖能有效降低油耗，卻也給氣缸體帶來了更大的負(fù)荷，導(dǎo)致缸筒變形問題愈發(fā)突出。

6、面對這一挑戰(zhàn)，創(chuàng)新設(shè)計顯得尤為重要。我們需要通過深入研究和精心設(shè)計，提出更為優(yōu)秀的氣缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。這樣的設(shè)計旨在有效應(yīng)對高爆壓需求下的缸筒變形問題，從而在確保發(fā)動機(jī)性能的同時，顯著降低油耗和機(jī)油耗。更值得一提的是，優(yōu)化后的氣缸體結(jié)構(gòu)還能大幅提升發(fā)動機(jī)的可靠性，為用戶帶來更加穩(wěn)定、高效的駕駛體驗。

7、專利cn201710154761.6提供一種發(fā)動機(jī)缸體結(jié)構(gòu)，該氣缸體為汽油機(jī)氣缸體，主要說明通過控制缸體壁厚，水孔分布位置，上下層水套結(jié)構(gòu)減小缸筒變形，與本發(fā)明的柴油機(jī)氣缸體單層水套結(jié)構(gòu)及壁厚明顯不同，且未說明缸間水套結(jié)構(gòu)、水套與缸蓋螺栓旋合位置對缸筒變形的影響。專利cn202311434283.6提供一種減小氣缸套變形的裝置，主要說明通過設(shè)計一種氣缸套，同時提供氣缸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法減小缸筒變形，與本發(fā)明的無缸套氣缸體明顯不同。

8、隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能減排要求的不斷加嚴(yán)，用戶對車輛油耗的要求越來越高。

9、傳統(tǒng)技術(shù)中，發(fā)動機(jī)需要通過提升爆發(fā)壓力等技術(shù)手段降低油耗。但提升爆發(fā)壓力，對氣缸體的負(fù)荷不斷增大，導(dǎo)致缸筒變形持續(xù)加大。

10、然而，目前的提升爆發(fā)壓力，對氣缸體的負(fù)荷不斷增大，導(dǎo)致缸筒變形持續(xù)加大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，提供一種無缸套氣缸體結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，大幅度減小了缸筒變形，對降低發(fā)動機(jī)油耗，降低活塞環(huán)組磨損，降低機(jī)油耗效果明顯，提升了發(fā)動機(jī)可靠性。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種無缸套氣缸體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括：

3、缸體頂板，設(shè)置在缸體頂部；和

4、水套，設(shè)置在兩缸間，水套為鑄造實體，用于減小缸筒變形；和

5、缸間交叉孔，設(shè)置在兩缸間，缸間交叉孔通過鑄造實體填充，用于通過水流對兩缸間進(jìn)行冷卻，減小熱負(fù)荷帶來的變形。

6、所述結(jié)構(gòu)還包括：

7、缸蓋螺栓旋合螺紋，設(shè)置在缸體頂面，缸蓋螺栓旋合螺紋上方設(shè)置有沉孔。

8、所述結(jié)構(gòu)還包括：

9、缸筒，通過控制缸筒壁厚，提升缸筒本體的剛度，減小缸筒整體變形。

10、缸體頂板的壁厚為12-22mm，用于提升缸體頂板剛度，抑制缸體上部15-30mm內(nèi)的周向變形。

11、缸體頂板與活塞一環(huán)上止點保持距離，用于提升活塞冷卻能力，提升缸體頂面的剛度。

12、缸蓋螺栓旋合螺紋的缸蓋螺栓沉孔深度控制在20-40mm，缸蓋螺栓螺紋旋合位置控制在水套中部位置，用于抑制缸體左右兩側(cè)由于缸蓋螺栓軸力造成的四階缸筒變形。

13、水套的鑄造實體的寬度與缸蓋螺栓搭子保持10-15mm間隙。

14、缸間交叉孔與缸體頂面成35-65°夾角。

15、第二方面，本技術(shù)還提供一種無缸套氣缸體結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，用于設(shè)計上述結(jié)構(gòu)，所述方法包括：

16、缸體頂板采用合理的尺寸，與活塞一環(huán)上止點保持合適的位置關(guān)系，能夠提升活塞冷卻能力，提升缸體頂面的剛度，能夠盡量減小缸體頂面及距離頂面15-25mm內(nèi)的缸筒變形；

17、缸蓋螺栓旋合螺紋通過設(shè)計合理的缸蓋螺栓沉孔深度及螺紋長度，保持合理的缸蓋螺栓裝配后的軸力，減小由于缸蓋螺栓裝配帶來的缸筒中段變形；同時，缸蓋螺栓旋合螺紋與水套保持合理的位置關(guān)系，減小由于旋合力不均勻?qū)е碌母淄沧冃危?/p>

18、通過設(shè)計合理的缸筒的壁厚，提升缸筒本體的剛度，減小缸筒整體變形；

19、缸間交叉孔將兩缸間用鑄造實體填充，提升了缸間的剛度和強(qiáng)度，大大減小了缸筒變形；同時，水流可以通過缸間交叉孔對兩缸間進(jìn)行冷卻，減小熱負(fù)荷帶來的變形；

20、缸蓋螺栓旋合螺紋的缸蓋螺栓沉孔深度控制在20-40mm，且將缸蓋螺栓螺紋旋合位置控制在水套中部位置，能夠有效抑制缸體左右兩側(cè)由于缸蓋螺栓軸力造成的四階缸筒變形；

21、水套在兩缸間鑄造為實體，能夠有效減小由于水拱橋結(jié)構(gòu)造成的缸筒上部前后側(cè)變形。

22、缸體頂板的壁厚設(shè)置為12-22mm，能夠有效提升缸體頂板剛度，抑制缸體上部15-30mm內(nèi)的周向變形；水套的鑄造實體的寬度與缸蓋螺栓搭子保持10-15mm間隙，缸間交叉孔與缸體頂面成35-65°夾角，確保缸間交叉孔底部基本保持在水套中部位置，不影響加工工藝性；且能夠確保交叉位置接近活塞一環(huán)上止點，滿足一環(huán)上止點冷卻需求。

23、上述一種無缸套氣缸體結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，通過缸體頂板、缸蓋螺栓孔、缸筒厚度的結(jié)構(gòu)尺寸配合設(shè)計，在滿足缸筒冷卻需求的同時，減小裝配帶來的缸筒變形；通過去除缸間水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計大幅度提升缸體抗變形能力，同時設(shè)計缸間交叉水孔，滿足缸間冷卻需求，降低缸體熱負(fù)荷。本發(fā)明大幅度減小了缸筒變形，對降低發(fā)動機(jī)油耗，降低活塞環(huán)組磨損，降低機(jī)油耗效果明顯，提升了發(fā)動機(jī)可靠性。