CN109339968A - 一种具有集成排气结构的气缸盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有集成排气结构的气缸盖，包括排气结构、第一缸、第二缸、第三缸和第四缸，所述排气结构包括排气道，所述排气道包括第一缸排气道、第二缸排气道、第三缸排气道和第四缸排气道，所述第一缸连接所述第一缸排气道，所述第二缸连接所述第二缸排气道，所述第三缸连接所述第三缸排气道，所述第四缸连接所述第四缸排气道，所述第一缸排气道和所述第四缸排气道为单独的气道结构，所述第二缸排气道和所述第三缸排气道交汇在一起。本技术方案设计的气缸盖，减小了各缸排气压力波间的干扰，发动机排气更为顺畅。本技术方案设计的冷却系统，控制冷却系统吸收的热量，避免过高的排气热量被冷却系统带走，实现了可控的热平衡。

Description

一种具有集成排气结构的气缸盖

技术领域

本发明涉及汽车发动机领域，尤其涉及一种具有集成排气结构的气缸盖。

背景技术

汽车发动机在追求高效节能的同时，也在追求小型化低成本，而这两者有时是矛盾的，气缸盖集成排气歧管技术是兼顾两者的有效技术方案。气缸盖集成排气歧管后发动机的总体结构更为紧凑，空间布置更为有利；系统结构简单，减少零部件，成本低廉；排气歧管的取消可以避免因歧管失效引起的故障，提升了发动机的可靠性。

集成排气歧管技术应用于自然吸气发动机时，既能快速暖机，达到发动机最佳的工作环境，又能利用排气热量提高热效率。

集成排气歧管技术的应用使得排气管路相对变短，一般设计的排气结构流通均匀性较差，或者在兼顾流通均匀性时流通能力又较低，使发动机的性能受到影响。尽管可以通过其他的技术方案如应用VVT技术(Variable Valve Timing，发动机可变气门正时技术)或优化燃烧等来优化或改善发动机性能，但在部分工况下发动机的性能依然会变差。

集成排气歧管的气缸盖需要冷却水套对排气歧管结构进行冷却，冷却水套往往被设计成全包裹排气歧管结构。这样冷却水套容积很大，却不能对热量聚集区进行有针对性的有效降温。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了减小了各缸排气压力波间的干扰，发动机排气更顺畅的一种具有集成排气结构的气缸盖。

本发明提供了一种具有集成排气结构的气缸盖，包括排气结构、第一缸、第二缸、第三缸和第四缸，所述排气结构包括排气道，所述排气道包括第一缸排气道、第二缸排气道、第三缸排气道和第四缸排气道，所述第一缸连接所述第一缸排气道，所述第二缸连接所述第二缸排气道，所述第三缸连接所述第三缸排气道，所述第四缸连接所述第四缸排气道，所述第一缸排气道和所述第四缸排气道为单独的气道结构，所述第二缸排气道和所述第三缸排气道交汇在一起。

进一步地，所述第一缸排气道和所述第四缸排气道相对整个排气道的中位线对称分布，所述第二缸排气道和所述第三缸排气道相对整个排气道的中位线对称分布。

进一步地，所述第一缸、第二缸、第三缸和第四缸各设置两个相互交汇的子排气道，每个缸的所述两个子排气道交汇后的截面面积相同。

进一步地，所述排气出口包括第一排气出口、第二排气出口、第三排气出口，所述第一排气出口为所述第一缸的排气出口，所述第二排气出口为所述第四缸的排气出口，所述第三排气出口为所述第二缸和所述第三缸的共用排气出口，每个缸的所述两个子排气道的交汇处至对应排气出口的排气道流线长度相同。

进一步地，所述第二缸和所述第三缸的排气道进口到所述第三排气出口的排气道流线长度相同，所述第一缸的排气道进口到所述第一排气出口的排气道流线长度和所述第四缸的排气道进口到所述第二排气出口的排气道流线长度相同，所述第二缸的排气道进口到所述第三排气出口的排气道流线长度与所述第一缸的排气道进口到所述第一排气出口的排气道流线长度比例为固定值。

进一步地，所述第三排气出口的截面积大于所述第一排气出口或所述第二排气出口的截面积。

进一步地，所述排气结构的流道为渐扩型，所述流道的截面面积逐渐增大，所述流道在横向的渐扩大于在纵向的渐扩。

进一步地，每缸的两个子排气道的交汇处到对应排气出口的排气道流线长度与第二缸或第三缸的两个子排气道的交汇处到第二缸和第三缸的排气道交汇处的排气道流线长度、以及第二缸与第三缸的排气道交汇处到对应排气出口的排气道流线长度的比例为固定值。

进一步地，所述每个缸还包括燃烧室、火花塞和气门鼻梁，所述气缸盖上还设有环绕所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸和所述第四缸的冷却系统，所述冷却系统包括第一排气水套和第二排气水套，所述第一排气水套为集成排气结构下方的冷却水套，所述第二排气水套为集成排气结构上方的冷却水套，所述第一排气水套包括气缸盖水套，所述气缸盖水套为环绕每个缸的燃烧室、火花塞和气门鼻梁的冷却通道。

进一步地，所述第一排气水套和所述第二排气水套设置有控制冷却液的流向和流速的镂空区域。

本发明实施例，具有以下有益的技术效果：

本技术方案设计的气缸盖的排气结构主要特征为第一缸和第四缸排气道为单独的气道结构，与第二缸和第三缸的排气道隔断，不交汇集成在一起；第二缸和第三缸的排气道交汇集成在一起。减小了各缸排气压力波间的干扰，发动机排气更为顺畅。

排气结构的流道为渐扩型设计，流道在高度方向的渐扩大于在宽度方向的渐扩，流道的截面面积逐渐增大。保证了气体的充分膨胀，降低了气缸与排气管道的压力差，使得气缸内的废气压力迅速下降。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明提供的一种具有集成排气结构的气缸盖的上半部分结构和冷却液流向图；

图2为本发明提供的一种具有集成排气结构的气缸盖的下半部分结构和冷却液流向图；

图3为本发明提供的具有集成排气结构的气缸盖的排气结构的示意图；

图4为本发明提供的具有集成排气结构的气缸盖的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。

请参阅图1和图3，本发明提供的具有集成排气结构的气缸盖应用于自然吸气发动机，其包括排气结构、冷却系统、第一缸1、第二缸2、第三缸3和第四缸4，冷却系统环绕着第一缸1、第二缸2、第三缸3和第四缸4，排气结构的流道为渐扩型，流道的截面面积沿排气方向逐渐增大，也就是说，入口端(排气结构的进气端)的流道沿横向和纵向(本实施例中为流道宽度方向和高度方向)的截面积分别小于出口端(排气结构的排气端)的流道在横向和纵向的截面积，而且，流道在纵向的渐扩大于在横向的渐扩。排气结构包括排气道，排气道包括第一缸排气道21、第二缸排气道22、第三缸排气道23和第四缸排气道24，第一缸1连接第一缸排气道21，第二缸2连接第二缸排气道22，第三缸3连接第三缸排气道23，第四缸4连接第四缸排气道24，第一缸排气道21和第四缸排气道24为独立的气道，它们与其它缸的气道并不连通，第二缸排气道22和第三缸排气道23在靠近排气出口的位置交汇在一起。这些排气道对称性分布于整个排气道的中位线的两侧，具体地，第一缸排气道21和第四缸排气道24相对于整个排气道的中位线对称分布，第二缸排气道22和第三缸排气道23相对于整个排气道的中位线对称分布。

如图1、如图3和图4所示，排气结构还包括排气出口，排气出口分为第一排气出口31、第二排气出口32、第三排气出口33，第一排气出口31为第一缸1的排气出口，其连通第一缸排气道21，第二排气出口32为第四缸4的排气出口，其连通第四缸排气道24，第三排气出口33为第二缸2和第三缸3的共用排气出口，其连通第二缸排气道22和第三缸排气道23，且第二缸排气道22和第三缸排气道23在靠近第三排气出口33的位置交汇在一起。第三排气出口33的横截面积大于第一排气出口31或第二排气出口32的横截面积。

第二缸2和第三缸3的排气道进口到第三排气出口33的排气道流线长度相同，第一缸1的排气道进口到第一排气出口31的排气道流线长度和第四缸4的排气道进口到第二排气出口32的排气道流线长度基本相同，第二缸2的排气道进口到第三排气出口33的排气道流线长度与第一缸1的排气道进口到第一排气出口31的排气道流线长度的比例为3:4。需要说明的是，本发明的排气道流线指排气道的中轴线，其走向随排气道的走向而变化。

在第一缸1、第二缸2、第三缸3和第四缸4中，每个缸设置两个子排气道，各个缸的两个子排气道交汇在一起，每个缸的两个子排气道交汇后的截面面积相同。

每个缸的两个子排气道的交汇处到对应的排气出口之间的排气道流线长度与第二缸2或第三缸3的两个子排气道的交汇处到第二缸2和第三缸3的排气道交汇处(即第二缸排气道22和第三缸排气道23的交汇处)之间的排气道流线长度、以及第二缸2与第三缸3的排气道交汇处到对应的排气出口之间的排气道流线长度的比值为8:5:7。

如图1和图2所示，每个缸还包括燃烧室12、火花塞11和气门鼻梁13，冷却系统包括第一排气水套16和第二排气水套17，第一排气水套16包括气缸盖水套15，气缸盖水套15为环绕每个缸的燃烧室12、火花塞11和气门鼻梁13的冷却通道，更进一步说，在气门鼻梁13和燃烧室12的周边单独布置有气缸盖水套15的冷却通道，通过过水孔19控制冷却液从排气侧下部沿气门鼻梁13流向燃烧室12周边，实现横向流动。冷却液对气门鼻梁13和燃烧室12环绕冷却，冷却更充分；有效控制气门鼻梁13和燃烧室12的周边温度，避免过高的温度导致疲劳裂纹的产生，有利于控制爆震和早燃的发生。而常规的冷却设计气缸盖部分实现的是纵向流动，冷却液从发动机前端流向发动机后端，这样气缸盖各燃烧室12的冷却不均，尤其是热负荷高的气门鼻梁区和火花塞区。

第一排气水套16为集成于排气结构下方的部分冷却水套，其中，冷却通道直接与过水孔19和环绕燃烧室12的水套相连，冷却液直接从气缸体排气侧经过水孔19进入，分别流向第一排气水套16的下部分，对第一排气水套16和排气出口周边进行冷却。第二排气水套17为集成于排气结构上方的冷却水套，为从水套主体穿过排气门的冷却通道，冷却液从水套主体流向第二排气水套17的上部分进行冷却。

在第一排气水套16和第二排气水套17上设置有控制冷却液的流向和流速的镂空区域18。镂空区域18控制水套与排气道的接触面积，避免吸收过多的排气热量；同时，这些镂空区域18控制冷却液的流向和流速，因为冷却液需要绕开这些镂空区域，从而流向设计指定的热量聚集区；同时，由于这些镂空区域18而导致水套变窄，近而提高了聚集区的冷却液的流速。镂空区域18使冷却水套表面散热面积变小，通过控制水套覆盖排气结构的区域，控制冷却液的温升范围，既满足发动机的冷却需求，又不需要过大的散热器。另外，在冷却系统的上部设置有出气通道。

综上所述，本发明具有的有益技术效果：

1.本技术方案设计的气缸盖的排气结构主要特征为第一缸和第四缸排气道为单独的气道结构，与第二缸和第三缸的排气道隔断，不交汇集成在一起；第二缸和第三缸的排气道交汇集成在一起，减小了各缸排气压力波间的干扰，发动机排气更为顺畅。

2.排气结构的流道为渐扩型设计，流道在高度方向的渐扩大于在宽度方向的渐扩，流道的截面面积逐渐增大。保证了气体的充分膨胀，降低了气缸与排气管道的压力差，使得气缸内的废气压力迅速下降。

3.本技术方案设计的冷却系统，控制冷却系统吸收的热量，避免过高的排气热量被冷却系统带走，实现了可控的热平衡。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：包括排气结构、第一缸、第二缸、第三缸和第四缸，所述排气结构包括排气道，所述排气道包括第一缸排气道、第二缸排气道、第三缸排气道和第四缸排气道，所述第一缸连接所述第一缸排气道，所述第二缸连接所述第二缸排气道，所述第三缸连接所述第三缸排气道，所述第四缸连接所述第四缸排气道，所述第一缸排气道和所述第四缸排气道为单独的气道结构，所述第二缸排气道和所述第三缸排气道交汇在一起。

2.根据权利要求1所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述第一缸排气道和所述第四缸排气道相对整个排气道的中位线对称分布，所述第二缸排气道和所述第三缸排气道相对整个排气道的中位线对称分布。

3.根据权利要求1所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述第一缸、第二缸、第三缸和第四缸各设置两个相互交汇的子排气道，每个缸的所述两个子排气道交汇后的截面面积相同。

4.根据权利要求3所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述排气出口包括第一排气出口、第二排气出口、第三排气出口，所述第一排气出口为所述第一缸的排气出口，所述第二排气出口为所述第四缸的排气出口，所述第三排气出口为所述第二缸和所述第三缸的共用排气出口，每个缸的所述两个子排气道的交汇处至对应排气出口的排气道流线长度相同。

5.根据权利要求4所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述第二缸和所述第三缸的排气道进口到所述第三排气出口的排气道流线长度相同，所述第一缸的排气道进口到所述第一排气出口的排气道流线长度和所述第四缸的排气道进口到所述第二排气出口的排气道流线长度相同，所述第二缸的排气道进口到所述第三排气出口的排气道流线长度与所述第一缸的排气道进口到所述第一排气出口的排气道流线长度比例为固定值。

6.根据权利要求4所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述第三排气出口的截面积大于所述第一排气出口或所述第二排气出口的截面积。

7.根据权利要求1所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述排气结构的流道为渐扩型，所述流道的截面面积逐渐增大，所述流道在横向的渐扩大于在纵向的渐扩。

8.根据权利要求5所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：每缸的两个子排气道的交汇处到对应排气出口的排气道流线长度与第二缸或第三缸的两个子排气道的交汇处到第二缸和第三缸的排气道交汇处的排气道流线长度、以及第二缸与第三缸的排气道交汇处到对应排气出口的排气道流线长度的比例为固定值。

9.根据权利要求1所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述每个缸还包括燃烧室、火花塞和气门鼻梁，所述气缸盖上还设有环绕所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸和所述第四缸的冷却系统，所述冷却系统包括第一排气水套和第二排气水套，所述第一排气水套为集成排气结构下方的冷却水套，所述第二排气水套为集成排气结构上方的冷却水套，所述第一排气水套包括气缸盖水套，所述气缸盖水套为环绕每个缸的燃烧室、火花塞和气门鼻梁的冷却通道。

10.根据权利要求9所述的具有集成排气结构的气缸盖，其特征在于：所述第一排气水套和所述第二排气水套设置有控制冷却液的流向和流速的镂空区域。