CN102305143A - 拱形燃烧室的缸头及其汽油机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拱形燃烧室的缸头及其汽油机，包括缸头本体，缸头本体内侧形成燃烧室面，燃烧室面为平滑曲面构成的拱面结构，本发明的燃烧室面容比可进一步减小，提高汽油机工作效率，进入燃烧室的气流会受到不同方向的阻力，使燃油混合气能更好的形成紊流，燃烧更加充分，有效的降低燃油消耗率，利于燃烧和降低CH+NO_x排放，增加汽油机动力；排放达到甚至超过美国EPA标准，以最大功率(转速3600rpm)3.0kW的汽油机为例，功率可提高到3.5kW，排放由9.0g/kW·h降低到8.0g/kW·h；以最大功率由3.5kW的汽油机为例，功率可提高到了4.0kW，排放由9.0g/kW·h降低到8.0g/kW·h，均满足EPA3阶段10g/kW·h的标准；由此可见，本发明的汽油机功率提高和排放降低较为明显，利于保护环境。

Description

拱形燃烧室的缸头及其汽油机

技术领域

本发明涉及一种动力机部件及其应用，特别涉及一种汽油机部件及其应用。

背景技术

汽油机是用汽油作燃料的一种动力机械。由气缸、曲柄连杆机构、配气系统、供油系统、润滑系统和点火系统等部分组成；气缸头设置有进气通道和排气通道，并与气缸共同组成燃烧室面，因而，属于汽油机较为重要的部件。汽油作为燃料与空气的混合物在燃烧室内燃烧，产生大量的热量，用于作为驱动能量。燃烧室的参数是保证汽油机高效运行的必要条件。

现有技术中，缸头的燃烧室面普遍采用楔形结构，具有较大的面容同比，但是该结构有利于其它附属结构的安装，比如气门组件；如果改变燃烧室面结构，则会影响进、排气门组件的布置。现有的进、排气门组件结构不能适用于不同结构燃烧室的安装，否则会出现关闭不严、不准和动作不顺畅的问题，影响汽油机的正常运行。为解决以上问题，出现了一种球形燃烧室结构，具有较小的面容比，对汽油机的性能具有较好的影响；然而，球形燃烧室由于表面平滑，不利于燃烧气的混合，并且为了适应气门的安装会在燃烧室面出现形状突变，影响混合、进气和排气，从而使球形燃烧室的优势得不到充分发挥。

因此，需要对汽油机缸头的燃烧室进行改进，具有更小面容比的燃烧室结构，提高汽油机的运行效率，节约燃料，降低排放。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种拱形燃烧室的缸头及其汽油机，具有更小面容比的燃烧室结构，提高汽油机的运行效率，节约燃料，降低排放。

本发明的拱形燃烧室的缸头，包括缸头本体，缸头本体内侧形成燃烧室面，所述燃烧室面为平滑曲面构成的拱面结构。

进一步，所述燃烧室面由至少三个平滑曲面依次从底部到顶部平滑过渡组成，所述平滑曲面为抛物面或双曲面；能够更好的消除现有的一体球形结构不利于燃烧气体的充分混合，降低混合率，影响燃烧和排放的弊端，因为曲面过渡利于燃烧气的混合，进入的气流会受到不同方向的阻力，使燃油混合气能更好的形成紊流，燃烧更加充分，有效的降低燃油消耗率，利于燃烧和降低排放，增加汽油机动力。

进一步，所述缸头本体上设置进气通道及排气通道，所述缸头本体上与进气通道对应设有进气门，与排气通道对应设有排气门，所述进气门顶部向进气通道侧倾斜，排气门顶部向排气通道侧倾斜；进排气门与进排气气道之间的夹角比现有结构燃烧室面小，便于在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，提高汽油机功率；减小进排气的阻力，使进排气更顺畅，利于提高汽油机功率，降低燃油消耗，降低尾气排放，同时，斜置气门可以使进排气通道中间的鼻梁区更宽，利于冷却，增加抗变形能力，极大的提高了鼻梁区的冷却效果，减小了缸头在高温下的变形，提高了可靠性。

进一步，所述进气门轴线和排气门轴线分别垂直于燃烧室面与其相交点的切面；进气门和排气门与燃烧室的进排气方向相适应，减小阻力，增加汽油机的动力性。

进一步，进气门的座圈内侧端部和排气门的座圈内侧端部与燃烧室面相适形；适形即适应形状，进气门的座圈内侧端部和排气门的座圈内侧端部的端面形状与燃烧室面形状相适应，消除台阶，减小对进气和排气的干扰，降低阻力，消除死角和形状突变，保证混合气体的充分燃烧，提高汽油机效率。

进一步，所述汽油机为垂直轴结构，所述进气门轴线和排气门轴线的连线水平，进气通道的进气方向和排气通道的排气方向均位于水平面，进气门顶部沿水平方向向进气通道侧倾斜，排气门顶部沿水平方向向排气通道侧倾斜；水平方向进气和排气，避免进气和排气相互错开，更利于进排气的顺畅并使缸头气道布置更为规则，且利于气流进入气缸，形成滚流，加快燃烧，提高汽油机工作效率。

进一步，所述进气门对应设置进气摇臂和进气推杆，排气门对应设置排气摇臂和排气推杆，所述进气通道位于进气推杆和排气推杆之间，进气摇臂的长度短于排气摇臂的长度；所述排气摇臂的阻力臂在竖直平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜；该结构采用斜置气门并不需改变原有推杆的布置结构，排气摇臂的阻力臂向内倾斜能够适应于呈水平布置的进排气门；并且，阻力臂倾斜，使得排气推杆驱动排气摇臂不产生附加力矩，保证其灵活性。

进一步，所述进气门轴线和排气门轴线之间的夹角小于等于30°；保证具有足够的倾斜角度，保证进气和排气的顺畅，同时，也保证鼻梁区具有足够的宽度；所述进气摇臂通过进气摇臂轴设置于进气摇臂座，排气摇臂通过排气摇臂轴设置于排气摇臂座；所述进气门摇臂轴轴线与排气门摇臂轴轴线在竖直平面呈45°±20°的夹角；便于布置，且能够适应于摇臂布置的需求，避免推杆驱动摇臂产生附加力矩，利于保证摇臂带动气门动作的协调性、密封性和灵活驱动；可以根据进排气门的位置来合理布置摇臂，更利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。

本发明还公开了一种应用拱形燃烧室的缸头的汽油机，所述拱形燃烧室的缸头安装于汽油机。

本发明的有益效果：本发明的拱形燃烧室的缸头及其汽油机，采用平滑曲面构成的拱面结构燃烧室，面容比可进一步减小，提高汽油机工作效率，并且消除现有的一体球形结构不利于燃烧气体的充分混合，降低混合率，影响燃烧和排放的弊端；并且因为曲面过渡利于燃烧气的混合，进入的气流会受到不同方向的阻力，使燃油混合气能更好的形成紊流，燃烧更加充分，有效的降低燃油消耗率，利于燃烧和降低排放，增加汽油机动力；排放的HC+NOx达到甚至超过美国EPA标准，以最大功率(转速3600rpm)3.0kW的汽油机为例，功率可提高到3.5kW，排放由9.0g/kW.h降低到8.0g/kW.h；以最大功率由3.5kW的汽油机为例，功率可提高到了4.0kW，排放由9.0g/kW.h降低到8.0g/kW.h，均满足EPA3阶段10g/kW.h的标准；由此可见，本发明的汽油机功率提高和排放降低较为明显，利于保护环境。

本发明的缸头用于汽油机，节约能源、降低消耗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1沿A-A向剖视图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1沿A-A向剖视图，如图所示：本实施例的拱形燃烧室的缸头，包括缸头本体1，缸头本体1内侧形成燃烧室面13，所述燃烧室面13为平滑曲面构成的拱面结构。

本实施例中，所述燃烧室面13由至少三个平滑曲面依次从底部到顶部平滑过渡组成，所述平滑曲面为抛物面或双曲面；本实施例采用三个平滑曲面(分别为抛物面a、双曲面b和抛物面c)，平滑曲面可以为抛物面、双曲面等的其他方式组合，共同形成拱面结构的燃烧室；能够更好的消除现有的一体球形结构不利于燃烧气体的充分混合，降低混合率，影响燃烧和排放的弊端，因为曲面过渡利于燃烧气的混合，进入的气流会受到不同方向的阻力，使燃油混合气能更好的形成紊流，燃烧更加充分，有效的降低燃油消耗率，利于燃烧和降低排放，增加汽油机动力。

本实施例中，所述缸头本体1上设置进气通道12及排气通道11，所述缸头本体1上与进气通道12对应设有进气门5，与排气通道11对应设有排气门9，所述进气门5顶部向进气通道12侧倾斜，排气门9顶部向排气通道11侧倾斜；进排气门与进排气气道之间的夹角比现有结构燃烧室面小，便于在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，提高汽油机功率；减小进排气的阻力，使进排气更顺畅，利于提高汽油机功率，降低燃油消耗，降低尾气排放，同时，斜置气门可以使进排气通道中间的鼻梁区更宽，利于冷却，增加抗变形能力，极大的提高了鼻梁区的冷却效果，减小了缸头在高温下的变形，提高了可靠性。

本实施例中，所述进气门5轴线和排气门9轴线分别垂直于燃烧室面13与其相交点的切面；进气门5和排气门9与燃烧室的进排气方向相适应，减小阻力，增加汽油机的动力性。

本实施例中，进气门5的座圈5a内侧端部和排气门9的座圈9a内侧端部与燃烧室面13相适形；适形即适应形状，进气门的座圈内侧端部和排气门的座圈内侧端部的端面形状与燃烧室面形状相适应，消除台阶，减小对进气和排气的干扰，降低阻力，消除死角和形状突变，保证混合气体的充分燃烧，提高汽油机效率

本实施例中，进气门5对应设置进气摇臂8和进气推杆(图中没有标识)，排气门9对应设置排气摇臂2和排气推杆(图中没有标识)，所述进气门轴线和排气门轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线相交于进气推杆轴线和排气推杆轴线之间之间且夹角α为90°±20°；由于进气推杆和排气推杆均垂直顶在进气摇臂和排气摇臂上，因而，进气摇臂和排气摇臂与进气推杆和排气推杆的接触点即能反映出进气推杆和排气推杆的轴线位置；图中气摇臂和排气摇臂与进气推杆和排气推杆的接触点的连线与进气门5轴线和排气门9轴线的连线的夹角，即为进气门5轴线和排气门9轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线的夹角；本结构使气门的布置区域形成三角形，占有较小的布置面积，在便于其它部件的布置，并不改变现有的推杆的布置，特别是对于垂直轴汽油机来说，能够实现下置凸轮轴的斜置气门结构，进排气门与进排气气道之间的夹角比现有结构燃烧室面小，便于在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，提高汽油机功率；减小进排气的阻力，使进排气更顺畅，利于提高汽油机功率，降低燃油消耗，降低尾气排放，具有较大的夹角，较佳的结构为90°，制作容易实现标准化，尽力使气门区域为正三角形结构，减小占用面积，进气门轴线和排气门轴线的连线位于进气推杆和排气推杆之间，便于布置进气通道，实现进气、排气的阻力最小化，提高汽油机性能；便于布置化油器/空滤器等零件，降低改造成本。

本实施例中，所述汽油机为垂直轴结构，所述进气门5轴线和排气门9轴线的连线水平，进气通道12的进气方向和排气通道11的排气方向均位于水平面，进气门5顶部沿水平方向向进气通道侧倾斜，排气门9顶部沿水平方向向排气通道侧倾斜；水平方向进气和排气，避免进气和排气相互错开，更利于进排气的顺畅并使缸头气道布置更为规则，且利于气流进入气缸，形成滚流，加快燃烧，提高汽油机工作效率。

本实施例中，所述进气通道12位于进气推杆和排气推杆之间，进气摇臂8的长度短于排气摇臂2的长度；所述排气摇臂2的阻力臂在竖直平面内向进气门5轴线和排气门9轴线的连线倾斜，由于(进气门或者排气门)摇臂为杠杆结构，以摇臂轴为支点，用于驱动气门的部分为阻力臂，与推杆配合的部分为动力臂；排气摇臂2的阻力臂该结构采用斜置气门并不需改变原有推杆的布置结构，排气摇臂的阻力臂向内倾斜能够适应于呈水平布置的进排气门；并且，阻力臂倾斜，使得排气推杆驱动排气摇臂不产生附加力矩，保证其灵活性。

本实施例中，所述燃烧室面1位于进气门5和排气门11之间形成鼻梁区14，缸头本体1上位于鼻梁区14外侧设有上下贯通的风冷通道10；完全畅通的风冷通道，极大的提高了鼻梁区的冷却效果，减小了缸头在高温下的变形，提高了气门密封的可靠性；并且冷却风道从上向下贯通，与垂直轴汽油机冷却风从上向下吹的风向，不需额外的导风设置，具有较好的冷却效果。

本实施例中，所述燃烧室面13为球面结构或者平滑曲面结构；本实施例中为球面结构，具有较小的面容比，增加挤气区域，从而增大气流扰动，提高汽油机工作效率，达到降低燃油消耗和排放的目的；所述进气门轴线和排气门轴线分别垂直于燃烧室面与其相交点的切面；与燃烧室的进排气方向相适应，减小阻力，提高汽油机效率，增加汽油机的动力性。

本实施例中，所述进气门5轴线和排气门9轴线之间的夹角β小于等于30°，本实施例中为30°；保证具有足够的倾斜角度并利于布置，保证进气和排气的顺畅，同时，也保证鼻梁区14具有足够的宽度；所述进气摇臂8通过进气摇臂轴7设置于进气摇臂座6，排气摇臂2通过排气摇臂轴3设置于排气摇臂座4；所述进气门摇臂轴7轴线与排气门摇臂轴3轴线在竖直平面呈45°±20°的夹角δ，本实施例中采用45°；适应于摇臂布置的需求，避免推杆驱动摇臂产生附加力矩，利于保证摇臂带动气门动作的协调性、密封性和灵活驱动；可以根据进排气门的位置来合理布置摇臂，更利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。

本实施例中，所述进气摇臂座6和排气摇臂座4均为开口结构，所述进气摇臂轴7两端对应穿入进气摇臂座6的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述进气摇臂8位于进气摇臂座6的开口内固定设置于进气摇臂轴7；所述排气摇臂轴3两端对应穿入排气摇臂座4的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述排气摇臂2位于排气摇臂座4的开口内固定设置于排气摇臂轴3。以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合可以采用现有技术的配合方式，包括轴肩限制轴向自由度等等；固定式摇臂在运行过程中，其各个方向的窜动或晃动量小，能有效的降低摇臂的故障率，降低维护成本；适应于进排气的位置来合理布置摇臂，还利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。

本发明还公开了一种应用拱形燃烧室的缸头的汽油机，该拱形燃烧室的缸头安装于汽油机，该汽油机为水平轴时，应用于摩托车；其他结构形式可用于通用机械，通用机械包括泵、风机、压缩机、减变速机、发电机等等。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种拱形燃烧室的缸头，包括缸头本体，缸头本体内侧形成燃烧室面，其特征在于：所述燃烧室面为平滑曲面构成的拱面结构。

2.根据权利要求1所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：所述燃烧室面由至少三个平滑曲面依次从底部到顶部平滑过渡组成，所述平滑曲面为抛物面或双曲面。

3.根据权利要求2所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：所述缸头本体上设置进气通道及排气通道，所述缸头本体上与进气通道对应设有进气门，与排气通道对应设有排气门，所述进气门顶部向进气通道侧倾斜，排气门顶部向排气通道侧倾斜。

4.根据权利要求3所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：所述进气门轴线和排气门轴线分别垂直于燃烧室面与其相交点的切面。

5.根据权利要求4所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：进气门的座圈内侧端部和排气门的座圈内侧端部与燃烧室面相适形。

6.根据权利要求5所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：所述汽油机为垂直轴结构，所述进气门轴线和排气门轴线的连线水平，进气通道的进气方向和排气通道的排气方向均位于水平面进气门顶部沿水平方向向进气通道侧倾斜，排气门顶部沿水平方向向排气通道侧倾斜。

7.根据权利要求6所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：所述进气门对应设置进气摇臂和进气推杆，排气门对应设置排气摇臂和排气推杆，所述进气通道位于进气推杆和排气推杆之间，进气摇臂的长度短于排气摇臂的长度；所述排气摇臂的阻力臂在竖直平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜。

8.根据权利要求7所述的拱形燃烧室的缸头，其特征在于：所述进气门轴线和排气门轴线之间的夹角小于等于30°；所述进气摇臂通过进气摇臂轴设置于进气摇臂座，排气摇臂通过排气摇臂轴设置于排气摇臂座；所述进气门摇臂轴轴线与排气门摇臂轴轴线在竖直平面呈45°±20°的夹角。

9.一种应用权利要求1至8任一权利要求所述的拱形燃烧室的缸头的汽油机，其特征在于：拱形燃烧室的缸头安装于汽油机。

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