《一種集成設計的發動機氣缸蓋》是奇瑞汽車股份有限公司於2016年10月27日申請的發明專利，該專利申請號為2016109533903，公布號為CN106368846A，專利公布日為2017年2月1日，發明人是李加旺、孫濤、李德銀。
《一種集成設計的發動機氣缸蓋》所述發動機氣缸蓋同時集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置，所述排氣歧管集成於發動機氣缸蓋的排氣側，所述EGR冷卻裝置的進氣口集成於所述排氣歧管上，所述EGR冷卻裝置的出氣口集成於發動機氣缸蓋的進氣側，所述二次空氣通道裝置集成於所述排氣歧管上。該發明所述的發動機氣缸蓋作為一個整體安裝，無需安裝過多的排氣歧管、外置式EGR冷卻裝置和外置式二次空氣通道裝置等零部件，這種高度集成化設計的發動機氣缸蓋不僅減少了整機零件數量和重量，對發動機油耗與排放性能也有明顯改善，同時使整機設計更加緊湊，整機成本更具優勢。
2020年7月17日，《一種集成設計的發動機氣缸蓋》獲得安徽省第七屆專利獎銀獎。
（概述圖為《一種集成設計的發動機氣缸蓋》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種集成設計的發動機氣缸蓋
- 公布號：CN106368846A
- 公布日：2017年2月1日
- 申請號：2016109533903
- 申請日：2016年10月27日
- 申請人：奇瑞汽車股份有限公司
- 地址：安徽省蕪湖市經濟技術開發區長春路8號
- 發明人：李加旺、孫濤、李德銀
- 代理機構：北京五月天專利商標代理有限公司
- 代理人：李永聯
- Int.Cl.：F02F1/24(2006.01)I；F02F1/36(2006.01)I；F02F1/42(2006.01)I；F02M26/23(2016.01)I；F02M23/00(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
集成化設計是現代發動機設計的主要趨勢，各主機廠都在通過集成化設計來提升發動機各項指標，集成化設計的主要優勢有：通過簡化結構設計來減少連線件和零件數量，降低整機重量與成本，同時較少的零件使整機故障率與維修費用大為降低，提高了整機可靠性。發動機降成本、降重量、降油耗和降排放等已成為發動機設計的主要方向，氣缸蓋作為發動機最複雜的核心零部件之一，通過集成化設計能夠有效提升發動機的上述性能指標。
在2016年10月之前的技術中，發動機氣缸蓋的燃燒室排氣側與排氣歧管是分開設計的，即發動機各缸燃燒產生的廢氣通過燃燒室排氣側的排氣管道獨立排氣，最後經排氣歧管匯聚進入三元催化器和消聲器後排入大氣。該結構設計存在如下問題：燃燒室排氣側至排氣歧管的排氣通道較長，發動機冷啟動不利於三元催化器快速工作；燃燒室排氣側的排氣熱端零件數量多，連線處螺栓緊固和墊片密封存在問題；燃燒室排氣側的空間尺寸較大，不方便整車布置等，需要對發動機氣缸蓋的燃燒室排氣側進行結構最佳化和設計改進。
為了進一步降低發動機油耗和排放，2016年10月之前的技術中通常採用EGR技術（即排氣再循環：Exhaust Gas Recirculation），所述發動機EGR技術，需要從發動機的排氣管取氣經冷卻後送到氣缸蓋進氣道內，由於排氣溫度較高，需要藉助專門的冷卻裝置冷卻來自熱端排氣管的氣體，2016年10月之前的技術中通常在EGR通道管路中單獨外接一個EGR冷卻裝置，這種獨立外接EGR冷卻裝置的方案存在如下問題：冷卻裝置尺寸和重量較大，且冷卻管路多而複雜，不利於發動機的布置，與發動機輕量化設計不符，且冷卻裝置成本較高等。
隨著發動機國六排放法規即將實施，發動機冷啟動產生的碳氫化合物、氮氧化物的排放限值將會進一步加嚴，當前主要解決措施是：在發動機排氣側增加二次空氣系統，通常在排氣歧管與缸蓋結合處的法蘭面附近加工二次空氣通道，二次空氣泵經二次空氣通道壓入新鮮空氣與含油氣的排氣混合燃燒，以此來減少尾氣排放。但是2016年10月之前的的這種二次空氣通道裝置的設定方式存在如下缺陷：二次空氣通道設定於排氣歧管與缸蓋結合處的法蘭面附近，因排氣歧管與缸蓋結合處的法蘭面離燃燒室氣道閥較遠，這使得通過二次空氣通道壓入的新鮮空氣與油氣的混合氣在到達燃燒室時溫度較低，不利於混合氣燃燒，嚴重影響尾氣排放效果。因此需要對氣缸蓋排氣側結構進行最佳化設計，儘可能把新鮮空氣直接引到燃燒室氣道閥附近混合燃燒。
綜上2016年10月之前的技術中的發動機氣缸蓋設計中，排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置都是獨立設計後，通過較為複雜的管路連線於氣缸蓋，在實際使用中存在著較大的缺陷，2016年10月之前的技術中尚未出現一種將所述排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置同時集成於所述發動機氣缸蓋的技術，也就是說2016年10月之前的技術尚未出現一種同時集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置的發動機氣缸蓋。
發明內容
專利目的
《一種集成設計的發動機氣缸蓋》的目的是通過對發動機氣缸蓋的排氣側結構進行最佳化設計，創新的將排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置與發動機氣缸蓋進行集成化設計，提出一種同時集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置的發動機氣缸蓋，所述發動機氣缸蓋作為一個整體安裝，無需安裝過多的排氣歧管、外置式EGR冷卻裝置和外置式二次空氣通道裝置等零部件，這種高度集成化設計的發動機氣缸蓋不僅減少了整機零件數量和重量，對發動機油耗與排放性能也有明顯改善，同時使整機設計更加緊湊，整機成本更具優勢。
技術方案
《一種集成設計的發動機氣缸蓋》所述發動機氣缸蓋同時集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置；
所述排氣歧管集成於發動機氣缸蓋的排氣側，所述EGR冷卻裝置的進氣口集成於所述排氣歧管上，所述EGR冷卻裝置的出氣口集成於發動機氣缸蓋的進氣側，所述二次空氣通道裝置集成於所述排氣歧管上；
所述EGR冷卻裝置包括冷卻管路8、EGR控制閥9、分配總管10和分配支管11，所述冷卻管路8的進氣口連通於排氣歧管4的各排氣支管6，所述冷卻管路8的出氣口連線於所述EGR控制閥9的進氣口，所述EGR控制閥9的出氣口連線於所述分配總管10的進氣口，所述分配總管10通過分配支管11連通於各燃燒室的進氣道；
所述氣缸蓋本體中一體鑄造成型有槽形通道作為所述冷卻管路8，所述槽形通道的進氣口連通於氣缸蓋本體中作為排氣支管6的排氣分通道，所述槽形通道的出氣口連通於所述EGR控制閥9的進氣口，所述EGR控制閥9固定於氣缸蓋本體的側面，所述氣缸蓋本體的進氣側的金屬蓋板內鑄造成型有氣體分配腔作為所述分配總管10，所述EGR控制閥9的出氣口連通於所述氣體分配腔，所述氣體分配腔的出氣口連通於各燃燒室的進氣道。
進一步的根據該發明所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其中所述發動機氣缸蓋包括氣缸蓋本體，所述氣缸蓋本體中設定有若干燃燒室，每個燃燒室設定有進氣道和排氣道，所述排氣歧管包括排氣總管7和若干排氣支管6，每個燃燒室對應有一個排氣支管6，每個排氣支管6的進氣端集成於對應一個燃燒室的排氣道上並與之連通，所有排氣支管6的出氣端匯集於所述排氣總管7。
進一步的根據該發明所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其中所述氣缸蓋本體中在燃燒室外設定有燃燒室水套1、排氣側上水套2和排氣側下水套3，所述排氣歧管被包裹在所述排氣側上水套2和排氣側下水套3中間，所述排氣側上水套2和排氣側下水套3相互連通，所述排氣側上水套2與燃燒室水套1相互連通。
進一步的根據該發明所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其中所述氣缸蓋本體內自每個燃燒室的排氣道一體向外延伸成型有排氣分通道作為所述排氣支管6，各排氣分通道匯集於排氣總通道，所述排氣總通道作為所述排氣總管7。
進一步的根據該發明所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其中所述二次空氣通道裝置包括二次空氣總管15和若干二次空氣支管16，每個排氣支管6對應有一個二次空氣支管16，各二次空氣支管16均連通於所述二次空氣總管15，每個二次空氣支管16的一端連通於對應的一個排氣支管6，每個二次空氣支管16的另一端穿過所述二次空氣總管15後進行密封設定，所述二次空氣總管15的一端作為總管入口17，所述二次空氣總管15的另一端進行密封設定。
進一步的根據該發明所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其中所述氣缸蓋本體在排氣側鑄造成型有縱向空氣通道作為所述二次空氣總管15，所述氣缸蓋本體在排氣側對應於每個排氣分通道鑄造成型有支路空氣通道作為所述二次空氣支管16，各支路空氣通道連通於對應的排氣分通道，所述縱向空氣通道連通於各支路空氣通道。
進一步的根據該發明所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其中所述縱向空氣通道的一端作為總管入口17，所述縱向空氣通道的另一端採用鋼球密封，各支路空氣通道的一端連通於對應的排氣分通道，各支路空氣通道的另一端穿過所述縱向空氣通道後採用鋼球密封。
改善效果
《一種集成設計的發動機氣缸蓋》的技術方案具有以下創新技術效果：
1）該發明創新的將排氣歧管集成設計在發動機氣缸蓋上，由於氣缸蓋集成排氣歧管附近的水套容積可增加1.5倍以上，發動機中高速大負荷工況下的排氣溫度降低較多，使發動機表現出良好的燃油經濟性。同時氣缸蓋水套能夠有效吸收排氣熱量，大大加快了冷啟動暖機。且縮短了排氣管路的整體長度，減少了對外熱量散失，縮短了催化器的起燃時間，改善了發動機冷啟動排放。另外氣缸蓋排氣側水套冷卻作用，使得排氣側外表面的壁溫可以控制在200℃左右，有效改善了發動機排氣側周圍的溫度場。在氣缸蓋排氣歧管集成設計中，採用鑄鋁材質替代了耐高溫貴重的鎳基材質，取消了獨立的排氣歧管，取消了氣缸蓋與排氣歧管之間密封墊片和螺栓，取消了排氣管隔熱罩，大大降低了整機重量和成本。
2）該發明創新的將EGR冷卻通道集成設計在發動機氣缸蓋上，藉助缸蓋附近的冷水水套，特別是集成排氣歧管的大容積水套設計，使得該冷卻通道的冷卻效果滿足EGR性能要求，同時與2016年10月之前的外置式EGR冷卻裝置比較，大大減少了多而複雜的冷卻管路布置，節約了成本，降低了重量，對發動機周圍布置和輕量化設計非常有利。
3）該發明創新的將二次空氣通道裝置集成設計在發動機氣缸蓋上，利用二次空氣通道將新鮮空氣和高濃度排氣的混合氣以較短的路徑引入到燃燒室出口附近，使得燃燒室出口的混合氣溫度較高，更容易再次燃燒，對改善三元催化器快速啟燃的效果非常明顯，同時提高了尾氣排放的環保效果。
附圖說明
附圖1為2016年10月之前的技術中排氣歧管在發動機氣缸蓋上的設定結構圖；
附圖2為《一種集成設計的發動機氣缸蓋》所述排氣歧管的設計模型結構圖；
附圖3為該發明所述排氣歧管在發動機氣缸蓋上的集成結構圖；
附圖4為2016年10月之前的技術中EGR冷卻裝置在發動機氣缸蓋上的設定結構圖；
附圖5為該發明所述EGR冷卻裝置的設計模型結構圖；
附圖6為該發明所述EGR冷卻裝置在發動機氣缸蓋上的布置模型結構圖；
附圖7為該發明所述EGR冷卻裝置在發動機氣缸蓋上的集成結構圖；
附圖8為2016年10月之前的技術中二次空氣通道裝置的設定結構圖；
附圖9為該發明所述二次空氣通道裝置的設計模型結構圖；
附圖10為該發明所述二次空氣通道裝置在發動機氣缸蓋上的集成結構圖；
圖中各附圖示記的含義如下：100-排氣歧管、101-法蘭、102-發動機氣缸蓋、200-EGR冷卻裝置；1-燃燒室水套、-2排氣側上水套、3-排氣側下水套、4-排氣歧管、5-排氣門、6-排氣支管、7-排氣總管、8-冷卻管路、9-EGR控制閥、10-分配總管、11-分配支管、12-進氣道、13-EGR冷卻通道、14-金屬蓋板、15-二次空氣總管、16-二次空氣支管、17-總管入口、18-法蘭面。
技術領域
《一種集成設計的發動機氣缸蓋》涉及發動機氣缸蓋技術領域，具體涉及一種集成設計的發動機氣缸蓋，尤其是一種集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置的集成化發動機氣缸蓋。
權利要求
1.《一種集成設計的發動機氣缸蓋》所述發動機氣缸蓋同時集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置；所述排氣歧管集成於發動機氣缸蓋的排氣側，所述EGR冷卻裝置的進氣口集成於所述排氣歧管上，所述EGR冷卻裝置的出氣口集成於發動機氣缸蓋的進氣側，所述二次空氣通道裝置集成於所述排氣歧管上；所述EGR冷卻裝置包括冷卻管路（8）、EGR控制閥（9）、分配總管（10）和分配支管（11），所述冷卻管路（8）的進氣口連通於排氣歧管（4）的各排氣支管（6），所述冷卻管路（8）的出氣口連線於所述EGR控制閥（9）的進氣口，所述EGR控制閥（9）的出氣口連線於所述分配總管（10）的進氣口，所述分配總管（10）通過分配支管（11）連通於各燃燒室的進氣道；所述氣缸蓋本體中一體鑄造成型有槽形通道作為所述冷卻管路（8），所述槽形通道的進氣口連通於氣缸蓋本體中作為排氣支管（6）的排氣分通道，所述槽形通道的出氣口連通於所述EGR控制閥（9）的進氣口，所述EGR控制閥（9）固定於氣缸蓋本體的側面，所述氣缸蓋本體的進氣側的金屬蓋板內鑄造成型有氣體分配腔作為所述分配總管（10），所述EGR控制閥（9）的出氣口連通於所述氣體分配腔，所述氣體分配腔的出氣口連通於各燃燒室的進氣道。
2.根據權利要求1所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其特徵在於，所述發動機氣缸蓋包括氣缸蓋本體，所述氣缸蓋本體中設定有若干燃燒室，每個燃燒室設定有進氣道和排氣道，所述排氣歧管包括排氣總管（7）和若干排氣支管（6），每個燃燒室對應有一個排氣支管（6），每個排氣支管（6）的進氣端集成於對應一個燃燒室的排氣道上並與之連通，所有排氣支管（6）的出氣端匯集於所述排氣總管（7）。
3.根據權利要求2所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其特徵在於，所述氣缸蓋本體中在燃燒室外設定有燃燒室水套（1）、排氣側上水套（2）和排氣側下水套（3），所述排氣歧管被包裹在所述排氣側上水套（2）和排氣側下水套（3）中間，所述排氣側上水套（2）和排氣側下水套（3）相互連通，所述排氣側上水套（2）與燃燒室水套（1）相互連通。
4.根據權利要求2或3所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其特徵在於，所述氣缸蓋本體內自每個燃燒室的排氣道一體向外延伸成型有排氣分通道作為所述排氣支管（6），各排氣分通道匯集於排氣總通道，所述排氣總通道作為所述排氣總管（7）。
5.根據權利要求4所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其特徵在於，所述二次空氣通道裝置包括二次空氣總管（15）和若干二次空氣支管（16），每個排氣支管（6）對應有一個二次空氣支管（16），各二次空氣支管（16）均連通於所述二次空氣總管（15），每個二次空氣支管（16）的一端連通於對應的一個排氣支管（6），每個二次空氣支管（16）的另一端穿過所述二次空氣總管（15）後進行密封設定，所述二次空氣總管（15）的一端作為總管入口（17），所述二次空氣總管（15）的另一端進行密封設定。
6.根據權利要求5所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其特徵在於，所述氣缸蓋本體在排氣側鑄造成型有縱向空氣通道作為所述二次空氣總管（15），所述氣缸蓋本體在排氣側對應於每個排氣分通道鑄造成型有支路空氣通道作為所述二次空氣支管（16），各支路空氣通道連通於對應的排氣分通道，所述縱向空氣通道連通於各支路空氣通道。
7.根據權利要求6所述的集成設計的發動機氣缸蓋，其特徵在於，所述縱向空氣通道的一端作為總管入口（17），所述縱向空氣通道的另一端採用鋼球密封，各支路空氣通道的一端連通於對應的排氣分通道，各支路空氣通道的另一端穿過所述縱向空氣通道後採用鋼球密封。
實施方式
《一種集成設計的發動機氣缸蓋》提出一種同時集成有排氣歧管、EGR冷卻裝置和二次空氣通道裝置的發動機氣缸蓋，基於以下技術出發點提出：
1）為解決2016年10月之前的技術氣缸蓋與排氣歧管分開設計易造成漏氣、冷啟動排放效果差等缺陷，該發明創新的將排氣歧管集成設計在發動機氣缸蓋上；
2）發動機技術升級要增加EGR技術，需要對EGR氣體進行冷卻，為解決2016年10月之前的外置式EGR冷卻裝置成本高、布置困難等問題，該發明創新的將EGR冷卻裝置集成設計在發動機氣缸蓋上；
3）發動機符合環保要求需要增加二次空氣系統，以將排出的高濃度碳氫化合物、氮氧化物循環利用，為解決2016年10月之前的外置式二次空氣通道裝置設計於離燃燒室較遠的位置，不利於混合器循環燃燒、影響尾氣排放效果的問題，該發明創新的將二次空氣通道裝置集成設計在發動機氣缸蓋上。
以下從這三方面的同時創新改進對該發明的技術方案進行詳細的描述，每種創新改進同時對比2016年10月之前的技術進行描述。
對於將排氣歧管集成設計在發動機氣缸蓋上的改進方案，參照附圖1至附圖3。其中附圖1為2016年10月之前的技術中的排氣歧管設定方案，其中的排氣歧管100是一個獨立設定的管路單元，並通過法蘭101固定連線於發動機氣缸蓋102的燃燒室排氣側。該發明創新的將排氣歧管集成設計在發動機氣缸蓋本體上，如附圖2和附圖3所示，其中附圖2為該發明所述排氣歧管的設計模型結構圖，附圖3為該發明所述排氣歧管在發動機氣缸蓋上的集成結構圖。如圖2所示，所述的排氣歧管4包括若干排氣支管6和一個排氣總管7，所述排氣支管6的數量對應於發動機氣缸蓋中燃燒室的數量，每個燃燒室對應有一個排氣支管6，若干排氣支管6的出氣端共同匯聚於排氣總管7，所述排氣總管7優選的可以為若干排氣支管6的匯總管口結構。發動機氣缸蓋本體中在燃燒室外設定有燃燒室水套1、排氣側上水套2和排氣側下水套3，所述排氣歧管4整體被包裹在排氣側上水套2和排氣側下水套3中間，且排氣側上水套2和排氣側下水套3相互連通，排氣側上水套2與燃燒室水套1設計成一個整體水套，通過將排氣歧管4整體包裹在冷卻水套內不但便於發動機氣缸蓋的一體化設計，也有利於冷啟動時快速暖機。如附圖3所示的，發動機氣缸蓋本體中設定有若干燃燒室，優選為三個燃燒室（以下以三個燃燒室為例進行說明，但並不以此為限），每個燃燒室都與進氣道和排氣道相連，同一燃燒室內安裝一個火花塞，每個燃燒室的進氣道包括兩個進氣門、排氣道包括兩個排氣門，所述排氣歧管集成於發動機氣缸蓋本體上時，在發動機氣缸蓋本體上對應於每個燃燒室的排氣門5一體鑄造排氣分通道作為所述排氣支管6，三個燃燒室的排氣道分別連通於三個排氣分通道，三個排氣分通道的另一端匯聚在一起形成排氣總通道，所述排氣總通道即作為所述排氣總管7。該發明創新的在發動機氣缸蓋本體內形成與燃燒室排氣道一體連通的排氣分通道和排氣總通道作為排氣歧管中的排氣支管和排氣總管，並使排氣歧管本體中的冷卻水套集成在一起，實現了排氣歧管與發動機氣缸蓋的一體集成化設計。排氣總通道的出口與增壓器法蘭面直接裝配。
該發明相對於傳統排氣歧管與氣缸蓋獨立設計，創新的將排氣歧管一體化集成在氣缸蓋的燃燒室排氣口，並將其包裹集成在發動機氣缸蓋的整體水套結構中，從各燃燒室排出的氣體經各排氣支管後匯總在排氣總管，排氣總管出口與增壓器或催化器裝配，取消了獨立設計的排氣歧管。
該技術方案的改善效果包括：
（1）氣缸蓋集成排氣歧管附近的水套容積可增加1.5倍以上，發動機中高速大負荷工況下的排氣溫度降低較多，且增壓器和三元催化器溫度可控，使得發動機在中高速大負荷工況下可在理論空燃比（λ=1）範圍運行，發動機表現出良好的燃油經濟性。
（2）同時排氣側上下水套包裹排氣歧管，能有效吸收排氣熱量，使得冷啟動時能夠快速暖機，增加運動件的間隙，降低機油粘度，減少摩擦阻力，從而改善發動機油耗，經測試搭載氣缸蓋集成排氣歧管的發動機，整車駕駛室暖風時間在10分鐘溫度升高率15%以上，大大提高了駕乘的舒適性。
（3）氣缸蓋在燃燒室排氣門直接集成排氣歧管，使得排氣管路的整體長度大大縮短，排氣通道面積減少，對外熱量散失少，縮短了催化器的起燃時間，同時發動機暖機更快，可儘早實現電控系統閉環精確控制，改善了發動機冷啟動排放，經試驗研究表明，HC排放降低2%，CO排放降低27%，NOx排放降低19%。
（4）發動機在中高速全負荷增壓器渦前溫度較非集成缸蓋降低了50℃左右，改善了增壓器、三元催化器等熱端零部件熱負荷，提高了熱端零部件的可靠性；氣缸蓋排氣側水套冷卻作用，使得排氣側外表面的壁溫可以控制在200℃左右，有效改善了發動機排氣側周圍的溫度場，且排氣歧管周圍無需額外布置隔熱罩。
（5）在氣缸蓋排氣歧管集成設計中，採用鑄鋁材質替代了耐高溫貴重的鎳基材質，取消了獨立的排氣歧管，取消了氣缸蓋與排氣歧管之間密封墊片和螺栓，取消了排氣管隔熱罩，不但使得整機可實現減重3～4千克，而且整機成本降低200～400元。
對於將EGR冷卻裝置集成設計在發動機氣缸蓋上的改進方案，參照附圖4至附圖7。其中附圖4給出了2016年10月之前的技術中EGR冷卻裝置的設定方案，如附圖4所示，EGR冷卻裝置200作為一個獨立裝置連線於發動機氣缸蓋，EGR冷卻裝置200的進氣口連線於獨立設定於發動機氣缸蓋之外的排氣歧管100。該發明創新改進後的EGR冷卻裝置集成在發動機氣缸蓋上，如附圖5至附圖7所示，其中附圖5為該發明所述EGR冷卻裝置的設計模型結構圖，附圖6為該發明所述EGR冷卻裝置在發動機氣缸蓋上的布置模型結構示意圖（未示出氣缸蓋進氣道、排氣歧管等部件），附圖7為進一步優選的該發明所述EGR冷卻裝置集成於發動機氣缸蓋的外觀結構示意圖。如附圖5和6所示，所述的EGR冷卻裝置包括冷卻管路8、EGR控制閥9、分配總管10和分配支管11，所述冷卻管路8對應於三個燃燒室（不以此為限）設定有三個進氣口，三個進氣口分別連通於排氣歧管4的三個排氣支管6，從排氣歧管4取氣，所述冷卻管路8的出氣口連線於EGR控制閥9的進氣口，EGR控制閥9的出氣口連線於分配總管10的進氣口，分配總管10對應於三個燃燒室（不以此為限）設定有三個出氣口，每個出氣口上連線有一個分配支管11，各分配支管11分別連線於對應的燃燒室的進氣道12。這樣所述EGR冷卻裝置從各燃燒室排氣道處的排氣支管6取氣，經冷卻管路8、EGR控制閥9進入金屬蓋板內的分配總管10，再由分配總管10通過各分配支管11分配給相對應燃燒室的進氣道12。其中EGR控制閥9根據發動機工況需要控制氣流通過量，而分配總管10對氣流有緩衝作用，使各缸氣流均勻穩定分布，有利發動機怠速穩定性，如附圖6所示，所述EGR冷卻裝置集成於發動機氣缸蓋上時，冷卻管路8自排氣道一側取氣後，將經過氣缸蓋內的冷卻水套（燃燒室水套、排氣側上水套和下水套）並被其充分冷卻後達到EGR控制閥，再經分配總管10進行分配。結合附圖7，所述EGR冷卻裝置集成於發動機氣缸蓋上，其冷卻管路8可直接由一體鑄造成型於發動機氣缸蓋排氣側的EGR冷卻通道13構成，所述EGR冷卻通道13為氣缸蓋底部鑄造成型的槽形通道，所述槽形通道的進氣口連通於一體連線於發動機氣缸蓋排氣側的排氣分通道，所述槽形通道的出氣口連通於固定在氣缸蓋的側面的EGR控制閥9，所述槽形通道與氣缸蓋底面同時加工，藉助氣缸墊密封，不需要增加新的密封墊片，也不增加額外加工設備，進一步優選的所述槽形通道為氣缸蓋前端鑄造形成的直徑10毫米的通道。在所述發動機氣缸蓋進氣側的金屬蓋板內鑄造成型密閉的氣體分配腔作為所述分配總管10，所述氣體分配腔的進氣口連通於所述EGR控制閥9，所述氣體分配腔的出氣口連通於各個燃燒室的進氣道12。這樣通過將EGR冷卻裝置的各管路鑄造成型於發動機氣缸蓋的本體內以實現EGR冷卻裝置與發動機氣缸蓋的集成設計，其中本體內的槽形通道自熱端取氣後經氣缸蓋中水套冷卻後，引入到氣缸蓋進氣側金屬蓋板內的氣體分配腔中，氣體分配腔對氣流進行緩衝和穩定作用後，藉助於進氣道的真空度將排氣吸入到各缸燃燒室。
該技術方案的改善效果：
（1）EGR冷卻通道藉助缸蓋附近的冷水水套，特別是集成排氣歧管的大容積水套設計，使得該冷卻通道的冷卻效果滿足EGR性能要求，經過計算結果表明，在EGR工作範圍內，整個冷卻通道13壓力差不大於17KPa，溫度改善不低於50%。
（2）與2016年10月之前的外置式EGR冷卻裝置比較，該發明氣缸蓋集成EGR冷卻裝置大大減少了多而複雜的冷卻管路布置，能夠節約成本400元以上，而且使得冷卻裝置重量降低至少1.5千克，且對發動機周圍布置和輕量化設計非常有利。
對於將二次空氣通道裝置集成設計在發動機氣缸蓋上的改進方案，參照附圖8至附圖10。附圖8給出2016年10月之前的技術中二次空氣通道裝置的設定方式，其中二次空氣總管15作為獨立管路連線於排氣歧管的排氣總管前端的法蘭面上，使得二次空氣總管壓入的新鮮空氣與排氣的混合氣需要經歷較長的管路到達燃燒室，不利於混合氣燃燒。該發明創新的將二次空氣通道裝置集成設計在發動機氣缸蓋上，如附圖9和附圖10所述，其中附圖9為該發明所述二次空氣通道裝置的設計模型結構圖，附圖10為發動機氣缸蓋集成有二次空氣通道裝置的實體外觀結構示意圖。如附圖9所示，該發明所述的二次空氣通道裝置包括二次空氣總管15和二次空氣支管16，所述二次空氣支管16的數量對應於排氣歧管的排氣支管數量，各二次空氣支管16均連通於所述二次空氣總管15，每個二次空氣支管16的一端連通於排氣歧管的排氣支管，每個二次空氣支管16的另一端穿過所述二次空氣總管15後用鋼球進行密封，所述二次空氣總管15的一端作為總管入口17，另一端採用鋼球密封。如附圖10所示，在發動機氣缸蓋上集成設定所述二次空氣通道裝置，沿氣缸蓋本體排氣側加工縱向空氣通道作為二次空氣總管15，通道直徑10毫米，然後在氣缸蓋本體排氣側對應於每個排氣分通道加工支路空氣通道作為二次空氣支管16，支路空氣通道直徑8毫米，並使每個支路空氣通道分別連通於對應的排氣分通道，同時縱向空氣通道與各支路空氣通道相互貫通。各支路空氣通道和縱向空氣通道都加工成通空，其另外一端均採用鋼球密封，同時各支路空氣通道的入口距離排氣歧管的排氣總管前端法蘭面18的距離至少為100毫米。在發動機冷啟動階段，需要較濃的混合氣進入氣缸才能更容易啟動，過濃的混合氣會使尾氣產生大量的一氧化碳（CO）、氮氧化合物、碳氫化合物等有害氣體，利用該發明的方案，通過二次空氣泵把過濾後的新鮮空氣壓入到氣缸蓋排氣側的總管入口，經各支路空氣通道把新鮮空氣引入到對應燃燒室的出口附近，參與尾氣再次燃燒並放出大量的熱量，燃燒產生的熱量使三元催化器快速達到啟燃溫度，並有效降低了冷啟動階段的排放。
該技術方案的改善效果：
（1）傳統二次空氣通道靠近缸蓋外側排氣法蘭面上，由於排氣法蘭面離燃燒室出口比較遠，尾氣溫度低，與壓入的新鮮空氣混合後不容易燃燒，影響三元催化器快速啟燃。
（2）該發明把二次空氣通道引入到燃燒室出口附近，縮短距離至少80毫米，燃燒室出口溫度高於排氣法蘭面50℃以上，大負荷工況可達到90℃以上，因此燃燒室出口混合氣溫度高，更容易再次燃燒，對改善三元催化器快速啟燃的效果明顯。
榮譽表彰
2020年7月17日，《一種集成設計的發動機氣缸蓋》獲得安徽省第七屆專利獎銀獎。
