CN101968010B - 一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法，压铸气缸盖的进气道由进气道的铸造段和进气道的机械加工段两部分组成，进、排气道铸造段的截面形状为矩形，或者上半部分为矩形，下半部分为半圆形，气道铸造段沿中心线平缓变化，面积逐渐缩小，渐缩斜度不大于3%，在相交处两者的最大宽度或最大直径相等或接近相等，气道铸造段与水平方向的倾斜角度α大于等于15°，气道机械加工段的深度高出气道铸造段与机械加工段相交部分0～2mm。采用上述结构可使本发明中的进、排气道有较高的流通系数，并实现发动机高功率输出，低燃油消耗，且可降低汽油机的排放污染物。

Description

一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法

技术领域

本发明涉及四冲程小型汽油机制造领域，具体的讲是一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法。

背景技术

小型汽油机包括非道路用通用小型汽油机、摩托车发动机等小功率汽油机，在汽油机中，当进、排气道有通畅的流通面积，较大的流通系数，可以提高每循环进入气缸的进气量，排气干净，改善发动机燃烧状况，对于发动机性能的提高至关重要。目前国内对有旋流的柴油机进、排气道研究较多，无旋流的小型汽油机进、排气道的研究甚少，特别是压铸成型的气缸盖的流动特性未见详细研究报告。目前国内小型汽油机的气缸盖多采用压力铸造，以提高生产效率，气缸盖的构造较为复杂，四冲程顶置气门汽油机的进气道、排气道一般都有两段相交成大于90度的通道而成，铸造抽芯工艺要求较高，加上风冷汽油机散热片在气缸盖的周边，压铸件是一个复杂构件，致使压铸后的形成进气道、排气道在气门端还需加工，目前国内外四冲程小型汽油机气缸盖的气道铸造横截面多为圆形，也有采用上半部半圆和下半部长方形组合的，如日本本田小型汽油机多采用后一种截面。国内目前生产的小型汽油机气缸盖在铸模设计时往往仅考虑工艺上的要求，对内燃机气道流通特性考虑甚少，因此气道的形状更不符合汽油机性能要求的需要，致使有的小型汽油机功率偏小、性能差，如国内生产的立轴式割草机用汽油机，气缸盖的气道较长使得问题特别突出，我们对一款汽油机进排气道改进后，汽油机功率提高了近15%，油耗下降了4.7%，尾气排放大大改善。直喷柴油机组织进气涡流，需在专门研制的试验台上对气道进行流通特性试验，小型汽油机不组织进气涡流，一般不对气道进行流通特性检测，也是难以发现气道存在问题的原因。全世界年产通用小型汽油机5000多万台，我国从2003年始产量激增，现年产量近2000万台，其大部分为出口国外，其中约一半为四冲程汽油机，在对国内厂家生产的通用小型汽油机性能、排放试验中，我们研究发现气道结构是小型汽油机性能差、排放差、生产差异大的主要原因之一。我们在国内率先开发了小型汽油机进、排气道流通特性试验台研究气道的流通能力。为了改善气道性能，使进、排气道能有较高的流通能力，需要细致考虑进、排气道的截面形状，布置方案等等。合理的进、排气道设计可以满足发动机燃烧系统对换气的要求。

发明内容

本发明是为了提高小型四冲程汽油机的进、排气性能，提供了一种小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法。

本发明的技术方案是：

目前小型汽油机气缸盖多为压铸件，生产效率高，研究目前的通用小型汽油机气道发现，从铸造工艺考虑多，压铸的拔模角度太大，气道截面多为圆形，或上半部为半圆形，下半部为矩形，由于气道的气门导管方向竖直部分需机械加工，是圆柱体，在倾斜的铸造部分和气门端竖直机械加工部分交汇处流通截面很小，面积减小多的达到50%左右，汽油机性能差。

本发明依据工程图学的截面相交原理、内燃机结构设计的气道流通特性和三维工程流体计算软件对气道流动的三维流态的计算结果进行分析，得出小型压铸汽油机气缸盖进、排气道的优化结构设计方案，其特征是：压铸气缸盖的进气道、排气道由与进、排气管连接的倾斜的铸造段部分和气门端气门导管竖直方向的机械加工段部分组成，铸造段的截面形状为矩形，或者上半部分为矩形，下半部分为半圆形为，在相交处两者的最大宽度或最大直径相等或接近相等，气道铸造段与水平方向的倾斜角度α至少要大于等于15°，气道铸造段沿中心线平缓变化，截面面积延中心线逐渐缩小，渐缩斜度不大于3%，气道机械加工段近气门导管处的上平面高于气道铸造段与气道机械加工段相交处0～2mm。采用上述结构可使本发明中进、排气道有较高的流通系数，并实现发动机的功率的提高。

本发明中，气道铸造段为方形或上半部为方形，下半部为半圆形，这种气道可以增加进气道、排气道在铸造段和机械加工段相交处的截面积，截面延中心线平缓缩小且渐缩角度很小，且提高气道机械加工部分的上平面深度，可以使气道铸造段在与机械加工部分相贯产生的截面最大化，从而有效地消除了截面的突变，避免在转弯处附近产生大的气体流动涡团，能提高有效流通面积；减少气体流动的流速急变，降低气道的流动阻力；气道铸造段与水平方向的倾斜角度α至少要大于等于15°，才可使进排气流动更加顺畅。

本发明的制造方法是：进气道的铸造段、进气道的机械加工段、排气道的铸造段和排气道的机械加工段由压铸模具中可移动抽芯的四个芯棒，压铸是抽芯形成进排气道；进气道的铸造段和排气道的铸造段气道段芯棒形状按给定形状制作，进气道的机械加工段和排气道的机械加工段气道段芯棒形状为园柱形，进气道的机械加工段和排气道的机械加工段铸造后再机械加工成形到设计尺寸，机械加工段在气门端镶装进气门座圈、排气门座圈，增强耐磨性；压铸的气道截面形状沿轴向方向仅能是形状不变，截面大小渐缩便于压铸脱模，进气道的铸造段和排气道的铸造段截面沿中心线平缓缩小，渐缩斜度应小于等于3%。

本发明的气道与原有小型汽油机气道对比气道流动特性大大改善，明显提高进、排气道的流通能力。

附图说明

图1是本发明设计的小型汽油机压铸气缸盖的进、排气道沿气道中心线截得的剖面示意图。

图2是图1进、排气道铸造段的A-A横截面的一种矩形断面图的示例。

图3是图1进、排气道铸造段的A-A横截面的一种上部为矩形、下部是半圆断面图的示例。

图中，1是压铸气缸盖，2为进气道的铸造段，3为进气道的机械加工段、4为进气门导管，5为排气门导管，6为排气道的铸造段，7为排气道的机械加工段，8为进气门座圈，9为排气门座圈。

具体实施方式

图1所示本发明中，小型汽油机为风冷结构，压铸气缸盖1的进气道由进气道的铸造段2和进气道的机械加工段3两部分组成，排气道由排气道的铸造段6和排气道的机械加工段7两部分组成，其制作方法是进气道的铸造段2、进气道的机械加工段3、排气道的铸造段6、排气道的机械加工段7由压铸模具中可移动抽芯的四个芯棒，压铸是抽芯形成进排气道，进气道的铸造段2、排气道的铸造段6气道段芯棒形状按本发明给定形状制作，进气道的机械加工段3、排气道的机械加工段7气道段芯棒形状为园柱形，该部分气道铸造后再机械加工成形到设计尺寸，机械加工段在气门端镶装进气门座圈8、排气门座圈9，以增强耐磨性。由于工艺上的要求，压铸的气道截面形状沿轴向方向仅能是形状不变，截面大小渐缩便于压铸脱模，进气道的铸造段2、排气道的铸造段6截面沿中心线平缓缩小，渐缩斜度应不大于3%以保证汽油机性能。进气道铸造段2、排气道铸造段6的截面形状为矩形（如图2）或上半部分为矩形，下半部分为半圆型（如图3），上半部为矩形截面的进气道的铸造段2、排气道由铸造段6与圆柱形的进气道的机械加工段3、排气道的机械加工段7几何相贯，在相交处气道铸造段的截面最大宽度与机械加工段加工后截面的直径相等或接近相等，进气道的机械加工段3、排气道的机械加工段7的上平面高于相贯面的上沿0--2mm，其相贯交汇处截面积最大，保证气流截面畅通。由于受气缸盖高度及结构布置限值，进气道的铸造段2、排气道由铸造段6与气缸盖的底面的倾斜角度有的设计很小，经三维流体计算表明，此角α制造至少需大于15°，才会使气道相贯处的流动较为畅通，否则气流产生分离，有大涡流团出现，流动性能恶化。

采用上述发明技术对几款小型汽油机进气道、排气道改进，试验结果是气道流通能力改善，流通系数增加5～23%；对多款立轴式和水平轴的通用汽油机改进后，汽油机功率提高了5～18%，燃油耗降低在2～6%，汽油机排放降低，通过与供油系统优化匹配汽油机达到了美国、欧盟的现阶段排放限值。

Claims (3)

1.一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖，其特征是：压铸气缸盖（1）的进气道由进气道的铸造段（2）和进气道的机械加工段（3）两部分组成，排气道由排气道的铸造段（6）和排气道的机械加工段（7）两部分组成；进气道的铸造段（2）和排气道的铸造段（6）的上半部分截面形状为矩形，下半部分截面形状为半圆形，进气道的铸造段（2）和排气道的铸造段（6）沿中心线平缓变化，面积逐渐缩小，渐缩斜度不大于3%；上半部为矩形截面的进气道的铸造段（2）和排气道的铸造段（6）分别与圆柱形的进气道的机械加工段（3）和排气道的机械加工段（7）几何相贯，在相交处铸造段的截面最大宽度与机械加工段加工后截面的直径相等或接近相等；进气道的机械加工段（3）、排气道的机械加工段（7）的上平面高于相贯面的上沿0--2mm，其相贯交汇处截面积最大，保证气流截面畅通。

2.根据权利要求1所述的一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖，其特征是：所述进气道的铸造段（2）、排气道的铸造段（6）与气缸盖的底面的倾斜角度α需大于等于15°。

3.根据权利要求1所述的一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖，其特征是：所述进气道的铸造段（2）和排气道的铸造段（6）的下半部分截面形状替换为矩形。

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