本发明涉及汽车发动机，具体涉及一种集成排气歧管的汽车发动机冷却水套结构。
背景技术：
将汽车发动机的排气歧管集成在气缸盖上的这种布置方式，在冷启动时能够利用排气歧管的热量为冷却液加热，让冷却液快速达到工作温度，减少暖机时间；同时，由于结构紧凑，集成排气歧管所具有的排气道内表面积比常规外排气歧管的更小，因此能够缩短冷启动时三元催化剂的起燃时间。在高负荷工况下，冷却液能为排出的废气降温，减少混合物富燃料化，从而有利于优化排放，降低发动机油耗。但是，将高温的排气歧管内置在缸盖内，相当于冷却系统多了一个热源，使本来已承受高热负荷和机械负荷的汽缸盖更加恶劣。因此，需要设计合理的冷却水套以保证整个机体内的温度分布合理，防止汽缸盖中出现局部过热；保证发动机的动力性、经济性、排放和可靠性。如CN203403965U公开的“集成有排气歧管水套的发动机缸盖”，其具有：缸盖水套；排气歧管水套，固定设置在缸盖水套上方，并通过第一连通通道与缸盖水套连通，在排气歧管水套上设有出水总口；便于排气歧管水套与缸盖水套的制造，此外，能够对排气歧管水套进行独立控制，改善冷却效果。这无疑是本技术领域的一种有益尝试。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种集成排气歧管的汽车发动机冷却水套结构，其能够对气缸盖和气缸体进行良好的冷却，能够调节缸体水套和缸盖水套的冷却水分配比例使得气缸盖和气缸体的冷却效果更好；能够保证气缸体温度更加均匀；能够调节燃烧室和排气道区域的冷却强度，使得燃烧室和排气道区域的温度保持一致；能够提高排气歧管区域的冷却能力，从而提高发动机的可靠性及经济性。
本发明所述的一种集成排气歧管的汽车发动机冷却水套结构，包括设在气缸体内的缸体水套、设在气缸盖内的缸盖水套、设在所述缸体水套与缸盖水套之间的气缸垫，其特征是：所述缸体水套包括设在发动机进气侧的过水道、包覆在气缸外并与所述过水道相通的缸体水套本体；所述缸盖水套包括包覆在燃烧室外并与所述过水道相通的燃烧室水套、包覆在排气歧管外并与所述燃烧室水套相通的排气歧管水套。
进一步，所述过水道靠近发动机后端的部位设有过水道进水口，所述过水道靠近发动机前端的部位设有缸体水套进水口；所述缸体水套本体靠近发动机后端的部位设有缸体水套出水口；所述缸体水套进水口、缸体水套出水口与气缸体的顶面齐平，所述缸体水套本体与过水道通过缸体水套进水口相通。
进一步，所述燃烧室水套靠近发动机进气侧的部位设有多个缸盖水套进水口，所述燃烧室水套靠近发动机后端的部位设有缸盖水套出水口；所述气缸垫靠近发动机进气侧的部位设有多个与所述缸盖水套进水口一一对应的侧水孔；所述燃烧室水套与过水道通过缸盖水套进水口和侧水孔相通。
进一步，所述燃烧室水套包括上层燃烧室水套和下层燃烧室水套，所述上层燃烧室水套靠近发动机排气侧的前端部位设有第一通道、靠近发动机排气侧的后端部位设有第二通道，所述上层燃烧室水套和下层燃烧室水套上靠近发动机排气侧的火花塞区域对应设有多个第三通道、靠近发动机进气侧的火花塞区域对应设有多个第四通道、靠近发动机前端的部位对应设有第五通道；所述上层燃烧室水套通过第一通道和第二通道与所述排气歧管水套相通；所述下层燃烧室水套通过第三通道、第四通道、第五通道与所述上层燃烧室水套相通，且所述缸盖水套进水口设在所述下层燃烧室水套靠近发动机进气侧的部位。
进一步，所述排气歧管水套包括上层排气歧管水套和下层排气歧管水套；所述上层排气歧管水套和下层排气歧管水套的前端部通过第一通道与所述上层燃烧室水套相通、后端部通过第二通道与所述上层燃烧室水套相通。
进一步，所述缸盖水套进水口的个数为发动机缸数的两倍，分别布置在每个进气道的前后两侧。
进一步，所述第三通道、第四通道的个数与发动机缸数相等，且分别对称分布在每个气缸的两侧。
进一步，所述上层排气歧管水套与下层排气歧管水套靠近发动机排气侧的部位形成汇合部，所述上层排气歧管水套靠近所述汇合部的前部和后部对称设有上隔板，所述下层排气歧管水套靠近所述汇合部的前部和后部对称设有下隔板。
进一步，所述上隔板、下隔板与发动机进气侧方向之间的夹角α均为40°-50°。
本发明有益的技术效果：
（1）缸体水套和缸盖水套为平行流动的形式，气缸盖和气缸体的冷却水互不干涉，使得气缸盖和气缸体的冷却效果更好；通过调节缸体水套进水口的截面积，从而改变流入缸体水套和缸盖水套的冷却水分配比例，使得气缸盖和气缸体的温度更加均匀。
（2）缸体水套进水口、缸体水套出水口均位于缸体水套的上部，并与气缸体的顶面齐平，保证了大部分冷却水在热负荷较高的气缸体上部流动，使得气缸体温度更加均匀。
（3）缸盖水套分为燃烧室水套和排气歧管水套，且燃烧室水套和排气歧管水套通过第一通道和第二通道连接，通过改变第一通道和第二通道的截面积，从而调节燃烧室和排气道区域的冷却强度，使燃烧室区域和排气道区域温度趋于一致。
（4）排气歧管水套汇合部的前部和后部对称设置上隔板和下隔板，通过调节上隔板和下隔板形状，改善排气道高温区域即排气道汇集处的流动，使整个排气道温度更加均匀。
（5）下层燃烧室水套中的冷却水为发动机进气侧向发动机排气侧流动，保证了热负荷较高的进气道及火花塞周围的较高流速，使燃烧室区域温度更加均匀。
（6）通过CFD分析，能够明确排气歧管水套、上隔板和下隔板的具体形状，及缸体水套进水口、第一通道和第二通道的横截面积，不同发动机也可以根据空间布置进行相应的优化设计。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是缸体水套（砂芯）的结构示意图；
图3是缸盖水套（砂芯）的结构示意图；
图4是气缸垫的结构示意图；
图5是缸盖水套（砂芯）的仰视图；
图6是上层燃烧室水套与排气歧管水套（砂芯）的连接结构示意图；
图7是下层燃烧室水套（砂芯）的结构示意图；
图8是下层燃烧室水套（砂芯）的仰视图。
图中：1-缸体水套，2-缸盖水套，3-气缸垫，4-发动机前端，5-发动机后端，6-发动机进气侧，7-发动机排气侧，8-汇合部，9-上隔板，10-下隔板；
11-过水道，12-缸体水套本体，13-过水道进水口，14-缸体水套进水口，15-缸体水套出水口；
21-燃烧室水套，22-排气歧管水套，23-缸盖水套进水口，24-缸盖水套出水口，25-第一通道，26-第二通道，27-第三通道，28-第四通道，29-第五通道；
31-侧水孔；
211-上层燃烧室水套，212-下层燃烧室水套；
221-上层排气歧管水套，222-下层排气歧管水套。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。
参见图1至图8所示的一种集成排气歧管的汽车发动机冷却水套结构，包括设在气缸体内的缸体水套1、设在气缸盖内的缸盖水套2、设在所述缸体水套1与缸盖水套2之间的气缸垫3，其特征是：所述缸体水套1包括设在发动机进气侧6的过水道11、包覆在气缸外并与所述过水道11相通的缸体水套本体12；所述缸盖水套2包括包覆在燃烧室外并与所述过水道11相通的燃烧室水套21、包覆在排气歧管外并与所述燃烧室水套21相通的排气歧管水套22。燃烧室水套21主要环绕火花塞及燃烧室顶部，负责燃烧室及火花塞附近区域的冷却，排气歧管水套22主要环绕排气歧管及排气歧管的汇合处，负责排气道区域的冷却。冷却水流经过水道11后一部分流入缸体水套本体12中，一部分流入缸盖水套2中，气缸盖和气缸体的冷却水互不干涉，使得气缸盖和气缸体的冷却效果更好。
所述过水道11靠近发动机后端5的部位设有过水道进水口13，所述过水道11靠近发动机前端4的部位设有缸体水套进水口14；所述缸体水套本体12靠近发动机后端5的部位设有缸体水套出水口15；所述缸体水套进水口14、缸体水套出水口15与气缸体的顶面齐平，所述缸体水套本体12与过水道11通过缸体水套进水口14相通。过水道11平行于缸体水套本体12设置，且缸体水套进水口14、缸体水套出水口15均位于缸体水套的上部，并与气缸体的顶面齐平，使得冷却水充分利用，同时能够保证大部分冷却水在热负荷较高的气缸体上部流动，使得气缸体温度更加均匀，从而更好的对气缸体进行冷却。
所述燃烧室水套21靠近发动机进气侧6的部位设有多个缸盖水套进水口23，所述燃烧室水套21靠近发动机后端5的部位设有缸盖水套出水口24；所述气缸垫3靠近发动机进气侧6的部位设有多个与所述缸盖水套进水口23一一对应的侧水孔31；所述燃烧室水套21与过水道11通过缸盖水套进水口23和侧水孔31相通。
所述燃烧室水套21包括上层燃烧室水套211和下层燃烧室水套212，所述上层燃烧室水套211靠近发动机排气侧7的前端部位设有第一通道25、靠近发动机排气侧7的后端部位设有第二通道26，所述上层燃烧室水套211和下层燃烧室水套212上靠近发动机排气侧7的火花塞区域对应设有多个第三通道27、靠近发动机进气侧6的火花塞区域对应设有多个第四通道28、靠近发动机前端4的部位对应设有第五通道29；所述上层燃烧室水套211通过第一通道25和第二通道26与所述排气歧管水套22相通；所述下层燃烧室水套212通过第三通道27、第四通道28、第五通道29与所述上层燃烧室水套211相通，且所述缸盖水套进水口23设在所述下层燃烧室水套212靠近发动机进气侧6的部位。
所述排气歧管水套22包括上层排气歧管水套221和下层排气歧管水套222；所述上层排气歧管水套221和下层排气歧管水套222的前端部通过第一通道25与所述上层燃烧室水套211相通、后端部通过第二通道26与所述上层燃烧室水套211相通。
所述缸盖水套进水口23的个数为发动机缸数的两倍，分别布置在每个进气道的前后两侧。所述第三通道27、第四通道28的个数与发动机缸数相等，且分别对称分布在每个气缸的两侧。以四缸发动机为例：缸盖水套进水口23的总共为八个，分别布置在每个进气道的前后两侧；第三通道27总共为四个，分别布置在每个气缸靠近发动机排气侧7的火花塞区域，第四通道28总共为四个，分别布置在每个气缸靠近发动机进气侧6的火花塞区域。
所述上层排气歧管水套221与下层排气歧管水套222靠近发动机排气侧7的部位形成汇合部8，所述上层排气歧管水套221靠近所述汇合部8的前部和后部对称设有上隔板9，所述下层排气歧管水套222靠近所述汇合部8的前部和后部对称设有下隔板10。通过调节上隔板和下隔板形状，改善排气道高温区域即排气道汇集处的流动，使整个排气道温度更加均匀。
所述上隔板9、下隔板10与发动机进气侧6方向之间的夹角α均为40°-50°。
冷却水从水泵的出水口经过水道进水口13流入过水道11后；一部分冷却水从发动机前端4的缸体水套进水口14流入缸体水套本体12中，然后从发动机后端5的缸体水套出水口15流出；另一部分冷却水经气缸垫3的侧水孔31、缸盖水套进水口23流入缸盖水套2中，然后从发动机后端5的缸盖水套出水口24流出。缸体水套1、缸盖水套2为平行流动的形式，气缸盖和气缸体的冷却水互不干涉，使得气缸盖和气缸体的冷却效果更好。通过调节缸体水套进水口14的截面积，能够改变流入缸体水套1、缸盖水套2的冷却水分配比例，使得气缸盖和气缸体的温度更加均匀。
经缸盖水套进水口23的冷却水首先流入下层燃烧室水套212，一部分冷却水经第四通道28流入上层燃烧室水套211，另一部分冷却水冲刷进气道区域后经第三通道27和第五通道29同样流入上层燃烧室水套211；这种流动方式有利于进气道和火花塞的有效冷却及各气缸的均匀冷却。上层燃烧室水套211中的冷却水经第一通道25流入排气歧管水套22中，然后经第二通道26流回上层燃烧室水套211，最后从缸盖水套出水口24中流出。能够通过改变第一通道25和第二通道26的截面积，调节排气歧管水套22的水流量，使气缸盖温度更加均匀；同时能够提高排气歧管区域的冷却能力，从而提高发动机的可靠性及经济性。