具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的制作方法

本实用新型涉及汽车发动机领域，且特别是涉及一种具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成。

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。当前排放标准越来越严格，节能降耗压力越来越大，如何既能满足严苛的排放标准又能实现低油耗，尤其是非直喷发动机，在低成本下挑战越来越大。

传统的气道喷射发动机每缸进气道布置一个喷油器，向每缸的两个进气道喷射燃烧，喷油器的孔数少。喷油器喷射的燃烧颗粒直径大，覆盖范围小，燃油雾化效果差，与空气混合不够充分，动力性和燃油经济性以及排放水平存在瓶颈。

另外发动机的部分热量会被排气带走，热量利用率低，在发动机启动时发动机温度不能快速地提升，实现快速暖机，发动机因而不能达到最佳的工作环境；发动机启动阶段的油耗和排放都会很差，不利于节能减排。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。

然而集成排气歧管技术的应用使得排气管路相对变短，且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，发动机的性能受到一定的影响。尽管可以通过其他的技术方案如应用vvt技术或优化燃烧等来优化或改善发动机性能，但发动机在部分工况下发动机的性能依然会变差。此外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，然而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，吸收带走的热量过多，这对发动机的散热器散热能力带来问题，热管理困难。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成，以解决相关技术中喷油器喷射的燃烧颗粒直径大，覆盖范围小，燃油雾化效果差，与空气混合不够充分，排气结构流通均匀性较差，热管理困难等技术问题。

本实用新型解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本实用新型提供一种具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成，其特征在于，包括：燃烧室、双喷油器气道喷射结构、集成排气结构和控制模块，所述燃烧室包括第一缸、第二缸、第三缸、第四缸，所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸和所述第四缸中的任一缸均与一个所述双喷油器气道喷射结构相配合；

所述双喷油器气道喷射结构包括两个喷油器；

所述集成排气结构包括：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，所述第一缸连接至所述第一缸排气道，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；

所述控制模块连接至所述双喷油器气道喷射结构。

进一步地，所述双喷油器气道喷射结构还包括进气道和两个进气门；所述进气道在气道中间分开成两个分支；所述两个喷油器分别与所述进气道的两个分支入口对应设置，所述进气道的两个分支出口分别与所述两个进气门对应设置，所述喷油器喷射的燃料依次穿过对应的所述进气道的分支、所述进气门后进入所述燃烧室的对应缸。

进一步地，所述进气道为鱼腹型流线结构。

进一步地，所述喷油器喷出的油束与喷油器的中轴线成一定角度，所述油束中心方向对准所述进气门下侧。

进一步地，所述喷油器喷出的油束与喷油器的中轴线的角度为7.5度到15度。

进一步地，所述喷油器有12个喷孔，且所述油束喷射起点与所述进气门的中心距离为60mm至80mm。

进一步地，所述第一缸排气道和所述第四缸排气道相对所述集成排气结构的中位线对称分布，所述第二缸排气道和所述第三缸排气道相对所述集成排气结构的中位线对称分布；所述集成排气结构中的每个排气道均为渐扩型，所述集成排气结构中每一个排气道的截面面积沿排气方向逐渐增大。

进一步地，所述具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成还包括第一排气水套和第二排气水套，所述第一排气水套和所述第二排气水套环绕所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸和所述第四缸设置；所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸和所述第四缸中的每一缸还包括火花塞和气门鼻梁；所述第一排气水套包括气缸盖水套，所述气缸盖水套环绕所述火花塞和所述气门鼻梁设置。

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

进一步地，所述控制模块在发动机高负荷时，控制与所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸、所述第四缸中的每一缸对应设置的所述两个喷油器同时开阀喷射；在发动机低负荷时控制与所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸、所述第四缸中的每一缸对应的两个所述喷油器中仅有一个所述喷油器闭阀喷射。

本实用新型提供的具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成，解决了相关技术中单喷油器喷射的覆盖范围小，与空气混合不够充分，排气结构流通均匀性较差等技术问题，通过双喷油器的设计以及将排气道与排气歧管集成为一体的集成排气结构设计，提高了燃油经济性且使用零件减少，发动机总体结构简化，占用空间小，整机质量降低，发动机更为紧凑。

附图说明

图1为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的进气面示意图。

图2为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的喷油器气道喷射结构的剖视图。

图3为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的排气道流线结构示意图。

图4为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的排气结构示意图。

图5为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的排气面的示意图。

图6为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的上半部分结构示意图。

图7为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的下半部分结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的进气面示意图，图2为本实用新型实施例中具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成的喷油器气道喷射结构的剖视图。请参见图1至图2，本实用新型设计了一种具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成，包括：燃烧室40、双喷油器气道喷射结构10、集成排气结构和控制模块50，燃烧室40包括第一缸401、第二缸402、第三缸403、第四缸404，第一缸401、第二缸402、第三缸403和第四缸404中的任一缸(图6)均与一个双喷油器气道喷射结构10相配合。

本实施例中每个双喷油器气道喷射结构10均包括进气道103、两个喷油器101和两个进气门104；进气道103在气道中间分开成两个分支；双喷油器气道喷射结构10中的两个喷油器101分别与进气道103的两个分支的入口对应设置，进气道103的两个分支的出口分别对应两个进气门104，喷油器101喷射的燃料依次穿过对应的进气道103的分支、进气门104进入燃烧室40的对应缸。每缸的进气道103在气道中间分开为两支，分别对应每缸的两个进气门104的设计可以减少进气气流之间的相互干扰，有利于空气与燃油的充分混合。

本实施例中，喷油器101喷出的油束106与喷油器101的中轴线成一定角度，该角度范围为7.5度至15度，油束106中心方向对准进气门104下侧，这既能避免油束106被过多吹到缸壁，又可利用油束106击打进气门104下侧产生的破碎效应，让更多油滴随气流进入燃烧室40，又因为进气门104下侧气流速度快，可迅速吹散此处(进气门104下方)堆积的油膜，避免大负荷时油束106被气流直接吹入排气门，从而降低hc排放。

另外本实施例中，油束106喷射起点与进气门104的中心距离为60mm至80mm。因此喷油始点更靠近进气门104，这减少了油束106在进气道103形成较大的油膜的机会，且本实施例中喷油器101有12个喷孔，喷油器101孔数多，可以减小油滴直径，使得燃料与气体混合更充分，从而改进燃烧稳定性，降低排放。

本实施例中进气道103为鱼腹型流线结构，因此进气可在气缸内形成高质量的滚流比，有利于提升动力性和经济性，降低燃烧消耗，改善排放。

请参考图3至图7，本实用新型设计的具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成，还包括第一缸排气道201、第二缸排气道202、第三缸排气道203和第四缸排气道204，每一缸的排气道均与对应缸连接，且第一缸排气道201和第四缸排气道204为单独的气道结构，它们与其它缸的气道并不连通，这样可以减小各缸排气压力波间的干扰，使发动机排气更为顺畅。

本实施例中，集成排气结构的各个排气道的流道为渐扩型设计(图3)，流道的截面面积沿着排气方向逐渐增大。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。

请结合图4，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201和第四缸排气道204相对于整个排气道的中位线对称分布，第二缸排气道202和第三缸排气道203相对于整个排气道的中位线对称分布。

进一步地，请结合图5，本实施例中，集成排气结构还包括排气出口，排气出口分为第一排气出口211、第二排气出口212、第三排气出口213，第一排气出口211为第一缸401的排气出口，其连通第一缸排气道201，第三排气出口213为第四缸404的排气出口，其连通第四缸排气道204，第二排气出口212为第二缸402和第三缸403的共用排气出口，其连通第二缸排气道202和第三缸排气道203，且第二缸排气道202和第三缸排气道203在靠近第二排气出口212的位置交汇在一起。

本实施例中，排气出口形状整体为带圆角长矩形，其中第一排气出口211和第三排气出口213形状为近似u型，第二排气出口212为矩形；第二排气出口212的横截面积大于第一排气出口211或第三排气出口213的横截面积。

更进一步地，第二缸402和第三缸403的排气道进口到第二排气出口212的排气道流线长度相同，第一缸401的排气道进口到第一排气出口211的排气道流线长度和第四缸404的排气道进口到第三排气出口213的排气道流线长度基本相同，第二缸402的排气道进口到第二排气出口212的排气道流线长度与第一缸401的排气道进口到第一排气出口211的排气道流线长度的比例为3:4，这样降低了排气门处的压力，有利于快速排气，提升了部分工况下的发动机性能。需要说明的是，本实用新型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401、第二缸402、第三缸403和第四缸404中，每个缸还设置两个子排气道，每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。

上述集成排气结构可使气缸内的残余废气压力下降，有减少残余废气系数，提高充量系数，减小泵气损失，提高排气效率的效果。

请结合图6至图7，具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成还包括第一排气水套306和第二排气水套305，第一排气水套306和第二排气水套305环绕燃烧室的每一缸设置；第一缸401、第二缸402、第三缸403和第四缸404中的每一缸还包括火花塞301和气门鼻梁302；第一排气水套306包括气缸盖水套3061，气缸盖水套3061环绕火花塞301和气门鼻梁302。更进一步说，在气门鼻梁302和燃烧室40的周边单独布置有气缸盖水套3061的冷却通道，通过过水孔307控制冷却液从排气侧下部沿气门鼻梁302流向燃烧室40周边，实现横向的流动，冷却液对气门鼻梁302和燃烧室40环绕冷却(图6和图7箭头所指方向即为冷却液流动方向)，冷却更充分，有效控制气门鼻梁302和燃烧室40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40的冷却不均，尤其是热负荷高的气门鼻梁302区和火花塞301区。

第一排气水套306为集成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307和环绕燃烧室40的水套相连，冷却液直接从气缸体排气侧经过水孔307进入，分别流向第一排气水套306的下部分，对第一排气水套306和排气出口周边进行冷却。第二排气水套305为集成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305的上部分进行冷却。

在第一排气水套306和第二排气水套305上设置有控制冷却液的流向和流速的镂空区域303。镂空区域303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303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303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303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。

更进一步地，本实施例中控制模块50可控制双喷油器灵活选择流量和控制策略，每个喷油器101的流量可通过喷油器101中的电磁阀调节；每缸的每个喷油器101可以独立控制流量，发动机在不同的运行工况下，可控制调节每个喷油器101的流量，每缸的两个喷油器101可同时喷射燃油或仅有一个喷油器101喷射燃油。

在发动机全负荷时可选择大流量，即控制每缸的两个喷油器101同时喷射燃油，且控制其开阀喷射，其中开阀喷射是指进气门104打开时间先于喷油器101燃料喷射时间，开阀喷射可大负荷抑制爆震，燃料在气缸内蒸发，气缸内温度降低，使得发动机在全负荷时提高充气效率，拥有更好的喷射导向和更大的喷射流量，且大流量的喷油器101配合开阀喷射，也可提高低速扭矩；在发动机低负荷或断油控制时可选择每缸的两个喷油器101中仅一个喷油器101喷射燃油且控制闭阀喷射，其中闭阀喷射是指喷油器101燃料喷射时间先于进气门104打开时间，闭阀喷射可使发动机低负荷时获得均质可燃混合气，提高燃料经济性。

本实用新型提供的具有双喷油器气道喷射和集成排气结构的气缸盖总成，解决了相关技术中单喷油器喷射的覆盖范围小，与空气混合不够充分，排气结构流通均匀性较差等技术问题，通过双喷油器101的设计以及将排气道与排气歧管集成为一体的集成排气结构设计，提高了燃油经济性且使用零件减少，发动机总体结构简化，占用空间小，整机质量降低，发动机更为紧凑。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。