本发明涉及汽车发动机的冷却系统，具体地指一种增压直喷发动机缸盖及其冷却水套结构。
背景技术
新一代发动机普遍采用增压直喷、小型化、集成排气歧管、可变压缩比等技术路线，这样可达到很高的升功率，在保证了动力性的同时改善了经济性和排放性能。但较高的升功率增大了气缸的燃烧压力，并使燃烧气缸的四周以及集成式排气歧管区域产生更大的热负荷，对气缸盖的冷却水套结构提出了更高的要求。
为了更好地冷却效果，目前缸盖水套逐步采用双层水套结构，双层水套的上层和下层包裹住排气歧管并在排气歧管侧进行连通，缸体水套冷却水首先流入缸盖水套的排气侧，再从缸盖水套的进气侧流出。双层水套结构使得冷却水的流通路径加长，增大了冷却水的流阻，且冷却水经过较长的流道到达排气歧管区域后温度上升较大，影响冷却效果。此外，目前的双层水套结构更加侧重于对排气歧管区域的冷却，而高压缩比的高性能发动机的缸盖燃烧室四周区域的温度场更高，而目前的双层水套结构缺乏对缸盖燃烧室四周的进一步有效冷却。
技术实现要素：
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，针对高压缩比的增压直喷发动机提供一种可有效减小缸盖冷却水套流阻、增大燃烧气缸冷却效果的缸盖冷却水套结构。
本发明还提供了一种具有上述缸盖冷却水套的缸盖结构。
为实现上述目的，本发明提供一种增压直喷发动机缸盖冷却水套结构，包括分别位于排气歧管上下两侧的上层水套和下层水套，所述上层水套从排气歧管的上侧斜向下往进气侧延伸，所述下层水套从排气歧管的下侧向下往排气侧延伸，其特征在于：还包括燃烧气缸外侧水套、燃烧室顶部水套和燃烧气缸间壁水套，所述燃烧气缸外侧水套位于燃烧室的外侧，所述燃烧气缸间壁水套位于燃烧室之间的缸壁内，所述燃烧室顶部水套位于燃烧室顶部的排气侧；所述燃烧气缸外侧水套、燃烧室顶部水套和燃烧气缸间壁水套的进水口位于排气侧，出水口位于进气侧。
进一步地，所述缸盖冷却水套结构位于缸体水套的上端，所述缸体水套包括位于排气侧的缸体排气侧水套和位于进气侧的缸体进气侧水套。
进一步地，所述上层水套通过上层水套出水口与缸体进气侧水套连通；所述下层水套通过下层水套进水口与缸体排气侧水套连通。
进一步地，所述缸体排气侧水套与缸体进气侧水套分别通过第一隔板和第二隔板隔开。
进一步地，所述燃烧气缸外侧水套、燃烧室顶部水套和燃烧气缸间壁水套的进水口与缸体排气侧水套连通，所述燃烧气缸外侧水套、燃烧室顶部水套出水口与上层水套连通，所述燃烧气缸间壁水套的进水口与缸体进气侧水套连通。
进一步地，所述上层水套与下层水套通过碗形塞孔连通，所述碗形塞孔位于排气歧管所在的端面。
进一步地，所述上层水套的排气侧顶部设有开口向上的水套出气口。
本发明所提供的增压直喷发动机缸盖冷却水套结构的有益效果如下：
1、增强缸盖燃烧室四周区域的冷却效果。在目前的双层水套结构基础上，在燃烧室四周的区域分别设置了括燃烧气缸间壁水套、燃烧气缸外侧水套和燃烧室顶部水套，依次冷却燃烧室之间缸壁、燃烧气缸外侧区域、燃烧室排气阀座区域，适用于新一代高压缩比的增压直喷发动机对燃烧室四周高温区域的冷去要求。
2、降低冷却水流阻。燃烧气缸外侧水套和燃烧室顶部水套一端与缸体排气侧水套连通，另一端直接与上层水套连通，而燃烧气缸间壁水套两端直接分别与缸体水套的排气侧和进气侧连通，有效地减小了冷却水的流通长度，从而降低了缸盖水套整体的流阻。
本发明所提供的一种增压直喷发动机缸盖结构，包括设置在所述缸盖内部的缸盖冷却水套，所述缸盖冷却水套为上述任意一种增压直喷发动机缸盖冷却水套结构，由于上述缸盖冷却水套结构具有上述有益效果，具有上述缸盖冷却水套结构的缸盖结构具有同样的有益效果。
附图说明
图1为缸盖水套结构主视图。
图2为缸盖水套结构仰视图。
图3为缸盖结构仰视图。
图4为图3中a向剖视图。
图5为图3中b向剖视图。
图6为缸盖水套与缸体水套连接示意图。
图7为缸盖水套剖视图。
图8为缸盖水套后视图。
图9为图8中碗形塞孔的c向剖视图。
图中各部件标号如下：
缸盖上层水套1、上层水套出水口1.1、水套出气口1.2、缸盖下层水套2、下层水套进水口2.1、燃烧气缸外侧水套3、燃烧室顶部水套4、燃烧气缸间壁水套5、排气歧管6、碗形塞孔7、燃烧室8、排气阀座9、进气阀座10、缸体水套11、缸体水套进水口11.1、缸体水套出水口11.2、缸体排气侧水套11.3、缸体进气侧水套11.4、第一隔板15、第二隔板16。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1～9所示，一种增压直喷发动机缸盖冷却水套结构，包括分别位于排气歧管6上下两侧的上层水套1和下层水套2，上层水套1和下层水套2将排气歧管6包裹，上层水套1从排气歧管6的上侧斜向下往进气侧延伸，下层水套2从排气歧管6的下侧向下往排气侧延伸，上层水套1通过上层水套出水口1.1与缸体进气侧水套11.4连通，下层水套2通过下层水套进水口2.1与缸体排气侧水套11.3连通，上层水套出水口1.1位于燃烧室8的进气侧；下层水套进水口2.1位于燃烧室8的排气侧；燃烧室8的排气侧还设有排气阀座9，燃烧室8的进气侧还有进气阀座10；在燃烧室8的燃烧室顶部水套4位于排气阀座9之间。还包括燃烧气缸间壁水套5，燃烧气缸间壁水套5位于各个燃烧室8之间的缸壁内，燃烧气缸间壁水套5呈v字型，其一端与缸体排气侧水套11.3连通，另一端与缸体进气侧水套11.4连通；燃烧室8的外侧缸壁内设有燃烧气缸外侧水套3，燃烧室8靠排气侧一端设有燃烧室顶部水套4，燃烧气缸外侧水套3和燃烧室顶部水套4的一端均与缸体排气侧水套11.3连通，另一端均与上层水套1连通。
上述技术方案中，上层水套1与下层水套2通过碗形塞孔7连通，碗形塞孔7位于排气歧管6所在的端面上，上层水套1的排气侧顶部设有开口向上的水套出气口1.2。这样，碗形塞孔7同时连通了上层水套1和下层水套2，碗形塞孔7由碗形塞密封，避免了下层水套的冷却水形成封闭的回路；水套出气口1.2与暖风回水管连接，冷却水中的空气可从水套出气口1.2中排出。
上述技术方案中，缸体水套11包括缸体排气侧水套11.3和缸体进气侧水套11.4，缸体排气侧水套11.3与缸体进气侧水套11.4分别通过第一隔板15和第二隔板16隔开。冷却水从缸体水套进水口11.1首先进入缸体排气侧水套11.3，由于第一隔板15和第二隔板16的阻隔作用，缸体排气侧水套11.3中的冷却水先进入气缸盖水套中。其中，第一部分冷却水通过下层水套进水口2.1进入下层水套2中，下层水套2主要冷却缸盖的下端以及排气歧管6的下端，下层水套2中的冷却水通过碗形塞孔7的连通处全部流入上层水套1，上层水套1主要冷却燃烧室8间壁、缸盖上部和排气歧管6的上部；第二部分冷却水通过燃烧气缸外侧水套3和燃烧室顶部水套4流入上层水套1，燃烧气缸外侧水套3和燃烧室顶部水套4分别冷却燃烧气缸的外侧和燃烧室8靠排气阀座9的区域，上层水套1的冷却水最后通过上层水套出水口1.1流入缸体进气侧水套11.4中；剩余部分的冷却水通过燃烧气缸间壁水套5经过燃烧室8之间的缸壁后，直接流入缸体进气侧水套11.4中，燃烧气缸间壁水套5冷却燃烧气缸之间的的缸壁区域。缸体进气侧水套11.4最后全部通过缸体水套出水口流出缸体水套11。
新一代高压缩比的增压直喷发动机的压缩比可高达15.5～16.5，在提高升功率的同时也增大了燃烧压力，使得工作时燃烧室四周的温度较传统的增压直喷发动机更高。如图1～6所示为例，在传统的三缸发动机双层水套结构中，缸盖燃烧室8表面最高温度为360℃～370℃、缸盖排气阀座9区域最高温度为370℃～380℃、缸盖排气歧管6最高温度为335℃～340℃，这使得缸盖存在较大的热疲劳失效风险，燃烧室8四周的区域对冷却的要求更高。本发明针对高压缩比发动机这种显著的特征，在燃烧气缸之间缸壁内，燃烧气缸外侧以及燃烧室8靠排气阀座9的顶部区域分别设置了燃烧气缸外侧水套3、燃烧气缸间壁水套5和燃烧室顶部水套4，对燃烧室四周的区域进行专门地冷却，冷却后的缸盖燃烧室8表面最高温度为290℃～295℃、缸盖排气阀座9最高温度为305℃～310℃、缸盖排气歧管6最高温度为270℃～275℃；可使缸盖中燃烧室四周区域降低60～80℃，很好的满足了高压缩比发动机缸盖的冷却要求。
本发明实施例还提供了一种增压直喷发动机缸盖结构，包括设置在所述缸盖内部的冷却水套，该冷却水套为上述实施例中任意一项实施例所提供的增压直喷发动机缸盖冷却水套结构。
本发明所提供的增压直喷发动机缸盖结构，包括上层水套和下层水套，实现对排气歧管和缸盖上侧和下侧的冷却，还包括设置燃烧室四周的燃烧气缸外侧水套、燃烧室顶部水套和燃烧气缸间壁水套，实现对燃烧室顶部排气阀座以及燃烧气缸四周区域的冷却，且燃烧气缸外侧水套、燃烧室顶部水套和燃烧气缸间壁水套的冷却水均直接从缸体水套排气侧流入，减小了水套的流阻，此缸盖结构可适用于高压缩比的增压直喷发动机。