CN111287859B - 一种气缸盖与一种燃气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气缸盖与一种燃气发动机，属于发动机技术领域，其中，气缸盖包括气缸盖本体、排气道、排气喉口以及位于排气门导管下端的排气门导管凸台，由排气门导管凸台沿排气反向延伸至排气喉口的排气道的侧壁面为排气道喉口前导流面，排气道喉口前导流面设有靠近排气喉口的且向排气道内侧凸出的导流凸起部，导流凸起部沿排气喉口的轴向在排气喉口的上端圆面内的投影为导流凸起部第一投影，导流凸起部第一投影在排气喉口的上端圆面内跨过的圆心角为导流凸起部控制角，导流凸起部控制角的范围为60°~180°。本发明可以在保证排气道流通能力的前提下有效减少气门故障。

Description

一种气缸盖与一种燃气发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种气缸盖与一种燃气发动机。

背景技术

现有的大功率燃气发动机通常由柴油机发动机改型而来，在其排气道位置没有针对燃气发动机的运行特点进行针对性的设计。由于燃气发动机具有排气温度高的特点，导致其缸盖排气门导管存在由于温度过高而发生的磨损的风险。

请参照图1，现有燃气发动机的气缸盖主要包括缸盖主体01、排气门导管02、排气道04、排气门座圈05以及排气门导管凸台06。如图1所示的排气门03直接受到来自排气道04内高温燃气温度的影响，导致其温度升高，进而刚度变差；加之气流直接作用在排气门03上，导致排气门03摆动幅度加大，磨损加剧，最后出现排气门导管02偏磨，排气门03断头等故障。为了避免这种故障，直接有效的方式是降低排气门导管02到缸盖底平面的距离。

排气门导管凸台06的主要作用是方便排气门导管02底孔的加工，同时为排气门导管02靠近排气道04一端的部分提供保护，使排气门导管02免受高温燃气的直接冲击。如图1中所示的排气气流示意07，排气气流在排气门导管凸台06的影响下出现了明显的扰动，增加了排气的流动阻力，减小了排气道04的流通能力。这种扰动与排气门导管凸台06到缸盖底平面的距离有关，降低排气门导管凸台06到缸盖底平面的距离会增大扰动进而导致流通能力下降。

通过上述分析可知，为了增大排气道04的流通能力，需要增加排气门导管凸台06到缸盖底平面的距离L1。但是要降低气门故障，需要减小排气门导管凸台06到缸盖底平面的距离L1，可见，现有技术中无法有效解决这一问题。

因此，如何在保证排气道流通能力的前提下有效减少气门故障，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气缸盖，该气缸盖可以在保证排气道流通能力的前提下有效减少气门故障。本发明的另一个目的是提供一种包括上述气缸盖的燃气发动机。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种气缸盖，包括气缸盖本体、排气道、排气喉口以及位于排气门导管下端的排气门导管凸台，由所述排气门导管凸台沿排气反向延伸至所述排气喉口的所述排气道的侧壁面为排气道喉口前导流面，所述排气道喉口前导流面设有靠近所述排气喉口的且向所述排气道内侧凸出的导流凸起部，所述导流凸起部沿所述排气喉口的轴向在所述排气喉口的上端圆面内的投影为导流凸起部第一投影，所述导流凸起部第一投影在所述排气喉口的上端圆面内跨过的圆心角为导流凸起部控制角，所述导流凸起部控制角的范围为60°~180°。

优选地，经过所述导流凸起部控制角的角平分线和所述排气喉口的轴线的平面为排气喉口竖向参考对称面，所述导流凸起部在所述排气喉口竖向参考对称面的垂直投影为导流凸起部第二投影，所述导流凸起部第二投影在沿所述排气喉口的径向的宽度为导流凸起部控制宽度，所述导流凸起部控制宽度大于所述排气门导管的直径，并且所述导流凸起部控制宽度大于所述排气门导管的直径的范围为0mm~12mm。

优选地，所述导流凸起部第一投影为内凹侧朝向所述排气喉口的中心布置的月牙形区域。

优选地，所述导流凸起部的上下两端均通过平滑过渡面与所述排气道的内壁面连接。

优选地，所述排气喉口的内圈设有排气门座圈，所述排气道包括主排气道以及分别与两个所述排气喉口对应连接的两个排气道分支，两个所述排气道分支的出气端汇合连通于所述主排气道，所述排气门导管的中心至所述排气道分支的出气端的距离为1.1~1.5倍的所述排气门座圈的内孔直径。

优选地，两个所述排气道分支的出气端的连接处在气缸盖底面的垂直投影为弧形过渡结构，所述弧形过渡结构的内接圆的直径大于4mm。

优选地，所述排气道分支的最小流通截面积大于0.9倍的所述排气门座圈的内孔圆面积。

本发明提供的气缸盖，包括气缸盖本体、排气道、排气喉口以及位于排气门导管下端的排气门导管凸台，由排气门导管凸台沿排气反向延伸至排气喉口的排气道的侧壁面为排气道喉口前导流面，排气道喉口前导流面设有靠近排气喉口的且向排气道内侧凸出的导流凸起部，导流凸起部沿排气喉口的轴向在排气喉口的上端圆面内的投影为导流凸起部第一投影，导流凸起部第一投影在排气喉口的上端圆面内跨过的圆心角为导流凸起部控制角，导流凸起部控制角的范围为60°~180°。

本发明的工作原理如下：

发动机气缸排气时，排气门开启，排气气流经排气喉口进入排气道，气流在沿排气道喉口前导流面流动时，由于导流凸起部可以将部分气流向排气道的内弯侧挤压，从而减小了排气气流直接冲击到排气门导管凸台端面的量，进而对气流起到导流的作用，避免气流出现明显扰动，最终使排气气流平顺地流过。

由于本发明无需提升排气门导管凸台的高度，只需在排气道壁面上设置有导流凸起部，即可减少排气气流直接冲击排气门导管凸台的量，因此，本发明可以在保证排气道流通能力的前提下有效减少气门故障，解决了现有技术中存在的上述问题。

本发明还提供了一种包括上述气缸盖的燃气发动机。该燃气发动机产生的有益效果的推导过程与上述气缸盖带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的燃气发动机的气缸盖的剖面图；

图2为本发明具体实施例中的气缸盖的侧向剖视图；

图3为本发明具体实施例中的排气道的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中的排气道的俯视图；

图5为本发明具体实施例中的导流凸起部第一投影示意图；

图6为本发明方案和现有技术方案的排气道流量系数对比图。

图1中各附图标记的含义如下：

01-缸盖主体、02-排气门导管、03-排气门、04-排气道、05-排气门座圈、06-排气门导管凸台、07-排气气流示意；

图2至图6中各附图标记的含义如下：

1-气缸盖本体、2-排气道、3-排气门导管、4-排气门导管凸台、5-排气门座圈、6-导流凸起部、7-排气道第一分支、8-排气道第二分支、9-排气气流示意、10-内接圆、11-导流凸起部第一投影、12-排气喉口；

100-现有技术方案排气道流量系数曲线；

200-本发明方案排气道流量系数曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图2至图5，图2为本发明具体实施例中的气缸盖的侧向剖视图；图3为本发明具体实施例中的排气道的结构示意图；图4为本发明具体实施例中的排气道的俯视图；图5为本发明具体实施例中的导流凸起部第一投影示意图。

本发明提供了一种气缸盖，包括气缸盖本体1、排气道2、排气喉口12以及位于排气门导管3下端的排气门导管凸台4，由排气门导管凸台4沿排气反向延伸至排气喉口12的排气道2的侧壁面为排气道喉口前导流面，排气道喉口前导流面设有靠近排气喉口12的且向排气道2内侧凸出的导流凸起部6。

请参照图5，导流凸起部6沿排气喉口12的轴向在排气喉口12的上端圆面内的投影为导流凸起部第一投影11，导流凸起部第一投影11在排气喉口12的上端圆面内跨过的圆心角为导流凸起部控制角θ，导流凸起部控制角θ的范围为60°~180°。

本发明的工作原理如下：

发动机气缸排气时，排气门开启，排气气流经排气喉口12进入排气道2，气流在沿排气道喉口前导流面流动时，由于导流凸起部6可以将部分气流向排气道2的内弯侧挤压，从而减小了排气气流直接冲击到排气门导管凸台4端面的量，进而对气流起到导流的作用，避免气流出现明显扰动，最终使排气气流平顺地流过。排气气流的流向如图2中排气气流示意9所示。

由于本发明无需提升排气门导管凸台4的高度，只需在排气道2壁面上设置有导流凸起部6，即可减少排气气流直接冲击排气门导管凸台4的量，因此，本发明可以在保证排气道流通能力的前提下有效减少气门故障，解决了现有技术中存在的上述问题。

优选地，经过导流凸起部控制角θ的角平分线和排气喉口12的轴线的平面为排气喉口竖向参考对称面，导流凸起部6在排气喉口竖向参考对称面的垂直投影为导流凸起部第二投影，导流凸起部第二投影在沿排气喉口12的径向的宽度为导流凸起部控制宽度DS，如图2所示，需要说明的是，图2为气缸盖的侧向剖视图，此处，采用上述排气喉口竖向参考对称面作为图2的剖切平面，由于图2为剖视图，因此，对于导流凸起部6来讲，没有展示导流凸起部第二投影的完整形状，仅展示了剖切平面剖切导流凸起部6的剖面形状，为了便于理解导流凸起部控制宽度的概念，本方案在图2中标示出了导流凸起部控制宽度DS的位置。导流凸起部控制宽度DS大于排气门导管3的直径d，并且导流凸起部控制宽度DS与排气门导管3的直径d的关系为：d＜DS＜d+12mm，即，导流凸起部控制宽度DS大于排气门导管3的直径d的范围为0mm~12mm。

优选地，导流凸起部第一投影11为内凹侧朝向排气喉口12的中心布置的月牙形区域，如图5所示，可见，此处的导流凸起部第一投影11的朝向排气喉口12的中心的一侧边缘为内凹的圆弧形，且该圆弧形的圆心不与排气喉口12的上端圆面的圆心重合，上文中所述的导流凸起部控制角θ的角平分线会同时经过该内凹的圆弧形的圆心以及排气喉口12的上端圆面的圆心，上述排气喉口竖向参考对称面即经过该内凹的圆弧形的圆心和排气喉口12的轴线的平面。当然，本方案中还可以将导流凸起部第一投影11设计为其他形状，例如，可以将导流凸起部第一投影11的朝向排气喉口12的中心的一侧边缘设计为折线形、直线形、内凹的曲线形或外凸的曲线形等等，本文不再一一赘述。

优选地，导流凸起部6的上下两端均通过平滑过渡面与排气道2的内壁面连接。如此设置，可以进一步减小凸起部对排气道流通能力的影响。

优选地，排气喉口12的内圈设有排气门座圈5，排气道2包括主排气道以及分别与两个排气喉口12对应连接的两个排气道分支，两个排气道分支的出气端汇合连通于主排气道，如图3和图4中所示的排气道第一分支7和排气道第二分支8。排气门导管3的中心至排气道分支的出气端的距离（如图4中所示的距离SL）为1.1~1.5倍的排气门座圈5的内孔直径（如图2中所示的直径ND），即，距离SL与排气门座圈5的内孔直径ND的关系为：1.1ND≤SL≤1.5ND。如此设置，就可以使两个分支中的排气气流在排气道2中相遇的位置尽量推远，从而使两股气流在排气道2中尽量晚地相遇，减少两个分支中气流的相互干涉。

进一步优选地，两个排气道分支的出气端的连接处在气缸盖底面的垂直投影为弧形过渡结构，弧形过渡结构的内接圆10的直径大于4mm。如此设置，可以保证两个排气道分支的出气端的连接处为尽量大的弧形过渡面。

优选地，排气道分支的最小流通截面积S1大于0.9倍的排气门座圈5的内孔圆面积，即，S1＞0.9*π*（ND/2）^2。如此设置的目的是保证排气道2具有足够大的流通能力。

请参照图6，图6为本发明方案和现有技术方案的排气道流量系数对比图。其中，纵坐标为排气道的流量系数，横坐标（hv/Dv）为气门开启行程与气门直径之比。图6中的曲线100为现有技术方案的排气道流量系数曲线，曲线200为采用本发明方案后的排气道流量系数曲线。由图6可见，气门开启的大部分时间内，排气道流量系数都得到了提高，在高升程部分，流量系数出现了下降。但是，气道的流通能力是整个气门开启过程的综合值，采取本发明后的综合流量系数得到了提升。

本发明还提供了一种包括上述气缸盖的燃气发动机。该燃气发动机产生的有益效果的推导过程与上述气缸盖带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种气缸盖，包括气缸盖本体（1）、排气道（2）、排气喉口（12）以及位于排气门导管（3）下端的排气门导管凸台（4），其特征在于，由所述排气门导管凸台（4）沿排气反向延伸至所述排气喉口（12）的所述排气道（2）的侧壁面为排气道喉口前导流面，所述排气道喉口前导流面设有靠近所述排气喉口（12）的且向所述排气道（2）内侧凸出的导流凸起部（6），所述导流凸起部（6）沿所述排气喉口（12）的轴向在所述排气喉口（12）的上端圆面内的投影为导流凸起部第一投影（11），所述导流凸起部第一投影（11）在所述排气喉口（12）的上端圆面内跨过的圆心角为导流凸起部控制角，所述导流凸起部控制角的范围为60°~180°，所述导流凸起部第一投影（11）为内凹侧朝向所述排气喉口（12）的中心布置的月牙形区域。

2.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，经过所述导流凸起部控制角的角平分线和所述排气喉口（12）的轴线的平面为排气喉口竖向参考对称面，所述导流凸起部（6）在所述排气喉口竖向参考对称面的垂直投影为导流凸起部第二投影，所述导流凸起部第二投影在沿所述排气喉口（12）的径向的宽度为导流凸起部控制宽度，所述导流凸起部控制宽度大于所述排气门导管（3）的直径，并且所述导流凸起部控制宽度大于所述排气门导管（3）的直径的范围为0mm~12mm。

3.根据权利要求1或2所述的气缸盖，其特征在于，所述导流凸起部（6）的上下两端均通过平滑过渡面与所述排气道（2）的内壁面连接。

4.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述排气喉口（12）的内圈设有排气门座圈（5），所述排气道（2）包括主排气道以及分别与两个所述排气喉口（12）对应连接的两个排气道分支，两个所述排气道分支的出气端汇合连通于所述主排气道，所述排气门导管（3）的中心至所述排气道分支的出气端的距离为1.1~1.5倍的所述排气门座圈（5）的内孔直径。

5.根据权利要求4所述的气缸盖，其特征在于，两个所述排气道分支的出气端的连接处在气缸盖底面的垂直投影为弧形过渡结构，所述弧形过渡结构的内接圆（10）的直径大于4mm。

6.根据权利要求4或5所述的气缸盖，其特征在于，所述排气道分支的最小流通截面积大于0.9倍的所述排气门座圈（5）的内孔圆面积。

7.一种燃气发动机，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的气缸盖。

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