CN111287861B - 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，其气缸盖本体内设有排气门导管和排气道，排气道的上侧面设有气门导管凸台，气门导管凸台的端面相对气缸盖底面倾斜布置，且气门导管凸台的端面的倾斜方向为沿排气气流方向逐渐远离气缸盖底面，气缸盖本体的内部还设有环绕于排气门导管外周的冷却腔，排气道短分支的上侧面设有由气门导管凸台平滑延伸至排气道短分支的出气端的导管凸台导向面，导管凸台导向面的长度为排气门座圈内孔直径的1.5倍以上。本方案能够避免排气门导管受到高温燃气的影响，同时，能够大幅度地减小排气门在开启过程中由于气流扰动带来的故障风险。

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。如图1至图3所示的现有燃气发动机的气缸盖排气道，缸盖主体01设置有排气道02，排气道02包括分别用于连接两个排气喉口的排气道长分支04和排气道短分支03，排气门导管05直接受到来自排气道燃气温度的影响，导致排气门导管05内孔的润滑机油在长时间高温的作用下消失，进而导致排气门导管05和排气门06之间的磨损加剧，最后出现排气门导管05偏磨，排气门06断头。

如图3所示，气门导管凸台07的主要作用是方便排气门导管05底孔的加工，同时为排气门导管05靠近气道端的部分提供保护，免受高温燃气的直接冲击。如图3中所示的排气气流示意08，排气气流在气门导管凸台07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02的流通能力。排气气流扰动的大小受到气门导管凸台07到气缸盖底平面距离H的影响。为了减小气流的扰动，必须使气门导管凸台07到缸盖底平面的距离H尽量大。

然而，如果采用上述加大距离H的措施，排气门06开启到最大时的排气门06底平面到气门导管凸台07的距离h将进一步增大。而当燃气发动机采用滚流设计，采用较高的压缩比和爆发压力，在排气门06开启时，排气门06附近受到的气流扰动作用明显。较大的距离h将直接导致排气门06和排气门导管05之间的磨损加剧，甚至直接导致排气门06断头。

因此，如何使排气门导管免受高温燃气的影响，同时减小排气门在开启过程中由于气流扰动带来的故障风险，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，该气缸盖适用于燃气发动机，其排气道的结构设计能够避免排气门导管受到高温燃气的影响，同时，能够大幅度地减小排气门在开启过程中由于气流扰动带来的故障风险。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，所述气缸盖本体内设有排气门导管和排气道，所述排气道的上侧面设有气门导管凸台，所述气门导管凸台的端面相对气缸盖底面倾斜布置，且所述气门导管凸台的端面的倾斜方向为沿排气气流方向逐渐远离所述气缸盖底面，所述气缸盖本体的内部还设有环绕于所述排气门导管外周的冷却腔，所述排气道包括排气道长分支和排气道短分支以及主排气道，所述排气道长分支和所述排气道短分支的出气端汇合连通于所述主排气道，所述排气道短分支的上侧面设有由所述气门导管凸台平滑延伸至所述排气道短分支的出气端的导管凸台导向面，所述导管凸台导向面的长度为排气门座圈内孔直径的1.5倍以上。

优选地，所述气门导管凸台的端面与所述气缸盖底面的夹角大于0°且小于等于70°。

优选地，所述气门导管凸台的端面与所述排气门导管的轴线的交点与所述气缸盖底面的距离DH为0.4~0.5倍的缸套直径。

优选地，所述冷却腔的等效外径减去所述排气门导管的直径的值大于5mm。

优选地，在沿所述排气门导管轴向的方向上，所述冷却腔的最底端比所述气门导管凸台的端面与所述排气门导管的轴线的交点高5mm~8mm。

可选地，所述气缸盖本体包括两个排气喉口，两个排气喉口的中心连线与曲轴轴线的夹角为35°~90°。

本发明提供的气缸盖，其气缸盖本体内设有排气门导管和排气道，排气道的上侧面设有气门导管凸台，气门导管凸台的端面相对气缸盖底面倾斜布置，且气门导管凸台的端面的倾斜方向为沿排气气流方向逐渐远离气缸盖底面，气缸盖本体的内部还设有环绕于排气门导管外周的冷却腔，排气道包括排气道长分支和排气道短分支以及主排气道，排气道长分支和排气道短分支的出气端汇合连通于主排气道，排气道短分支的上侧面设有由气门导管凸台平滑延伸至排气道短分支的出气端的导管凸台导向面，导管凸台导向面的长度为排气门座圈内孔直径的1.5倍以上。

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，气流经过气门导管凸台位置时，由于气门导管凸台的端面为倾斜布置，因此，避免了高温排气对气门导管凸台的直接冲击，同时，利用倾斜端面可以大幅减小排气的流动阻力，避免气流出现明显扰动，另外，本方案利用导管凸台导向面的平滑导向特征增加排气气流在排气道内的流动平顺性，可以大大减小排气气流的流动分离，提高排气道的流通能力，从而实现气门导管凸台的大幅降低，减少排气门开启时的振动，实现排气门导管的稳定。并且，本方案在排气门导管的外周环绕设置有冷却腔，当高温排气加热排气门导管时能够利用冷却腔内的冷却液及时导出排气门导管的热量，从而使排气门导管中始终保有足够的润滑油，降低排气门导管与排气门之间的磨损风险。因此，本方案能够避免排气门导管受到高温燃气的影响，同时，能够大幅度地减小排气门在开启过程中由于气流扰动带来的故障风险。

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仰视图；

图2为现有的燃气发动机的气缸盖的侧向剖视图；

图3为现有的燃气发动机的气缸盖的排气道的剖视图；

图4为本发明具体实施例中的气缸盖的俯视剖面图；

图5为本发明具体实施例中的气缸盖的侧向剖视图；

图6为本发明具体实施例中的排气道的结构示意图；

图7为本发明具体实施例中的排气道及排气门导管的内部结构示意图；

图8为本发明方案与现有技术方案的排气道流量系数对比图。

图1至图3中的各附图标记的含义如下：

01-缸盖主体、02-排气道、03-排气道短分支、04-排气道长分支、05-排气门导管、06-排气门、07-气门导管凸台、08-排气气流示意；

图4至图8中的各附图标记的含义如下：

1-气缸盖本体、2-排气道、3-排气道短分支、4-排气道长分支、5-两排气喉口中心连线、6-曲轴轴线、7-冷却腔、8-排气门座圈、9-排气门导管、10-排气门、11-气门导管凸台、12-导管凸台导向面、13-排气气流示意、14-气缸盖底面、100-本发明方案排气道流量系数曲线、200-现有技术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4至图7，图4为本发明具体实施例中的气缸盖的俯视剖面图；图5为本发明具体实施例中的气缸盖的侧向剖视图；图6为本发明具体实施例中的排气道的结构示意图；图7为本发明具体实施例中的排气道及排气门导管的内部结构示意图。

本发明提供了一种气缸盖，包括气缸盖本体1，气缸盖本体1内设有排气门导管9和排气道2，排气道2的上侧面设有气门导管凸台11，气门导管凸台11的端面相对气缸盖底面14倾斜布置，且气门导管凸台11的端面的倾斜方向为沿排气气流方向逐渐远离气缸盖底面14，气缸盖本体1的内部还设有环绕于排气门导管9外周的冷却腔7。

需要说明的是，本方案中的气缸盖设有两个排气喉口，排气道2包括两个分支，分别用于连接内外两个排气喉口，两排气喉口中心连线5与曲轴轴线6的夹角α为35°~90°，如图4所示，两个排气喉口的中心的连线可以与曲轴轴线6相互垂直或相互倾斜布置，即，本发明提供的气缸盖可适用于垂直气道或倾斜气道。

优选地，排气道2包括排气道长分支4和排气道短分支3以及主排气道，排气道长分支4和排气道短分支3的出气端汇合连通于主排气道，排气道短分支3的上侧面设有由气门导管凸台11平滑延伸至排气道短分支3的出气端的导管凸台导向面12。进一步优选地，导管凸台导向面12的长度（如图6中所示的长度DL）为排气门座圈8的内孔直径（如图7中所示的直径ND）的1.5倍以上，即，DL≥1.5ND。如此设置，本方案可利用导管凸台导向面12的平滑导向特征增加排气气流在排气道2内的流动平顺性，该特征配合气门导管凸台11的倾斜端面特征，可以大大减小排气气流的流动分离，提高排气道2的流通能力，从而实现气门导管凸台11的大幅降低，减少排气门10开启时的振动，实现排气门导管9的稳定。

本发明的工作原理如下：

发动机气缸排气时，排气门10开启，排气气流经排气喉口进入排气道2，气流经过气门导管凸台11位置时，由于气门导管凸台11的端面为倾斜布置，因此，避免了高温排气对气门导管凸台11的直接冲击，同时，利用倾斜端面可以大幅减小排气的流动阻力，避免气流出现明显扰动，另外，本方案利用导管凸台导向面12的平滑导向特征增加排气气流在排气道2内的流动平顺性，可以大大减小排气气流的流动分离，提高排气道2的流通能力，从而实现气门导管凸台11的大幅降低，减少排气门10开启时的振动，实现排气门导管9的稳定。并且，本方案在排气门导管9的外周环绕设置有冷却腔7，当高温排气加热排气门导管9时能够利用冷却腔7内的冷却液及时导出排气门导管9的热量，从而使排气门导管9中始终保有足够的润滑油，降低排气门导管9与排气门10之间的磨损风险。因此，本方案能够避免排气门导管9受到高温燃气的影响，同时，能够大幅度地减小排气门10在开启过程中由于气流扰动带来的故障风险。

优选地，气门导管凸台11的端面与气缸盖底面14的夹角β的取值范围为：0°＜β≤70°。夹角β在该取值范围内可以使排气气流更加平顺地流过排气道2。排气气流的走向如图5中的排气气流示意13所示，排气气流无明显扰动。

优选地，气门导管凸台11的端面与排气门导管9的轴线的交点与气缸盖底面14的距离（如图7中所示的距离DH）为0.4~0.5倍的缸套直径，其中，缸套直径是指发动机气缸套的直径。

需要说明的是，在排气门导管9受到高温燃气持续加热时，为了避免排气门导管9的温度过高，本发明在排气门导管9的外周环绕设置有冷却腔7，冷却腔7内的循环冷却液可以直接冷却排气门导管9，从而将热量快速传导到气缸盖外侧。其中，冷却腔7的形状可以有多种选择，总体形状呈环状腔体结构，其可以是一个圆环状腔体，或者近似圆环状腔体，也可以使由空间曲面包围组成的一个冷却空间，冷却空间外是排气道2，冷却空间内部则是排气门导管9，为了保证冷却腔7具有足够大的冷却空间，优选地，本方案中将冷却腔7的等效外径减去排气门导管9直径（如图5中所示的直径d）的值大于5mm，即，在该冷却空间范围内对应的排气道2到排气门导管9的距离大于5mm。

优选地，冷却腔7的最底端与气缸盖底面14的距离（如图7中所示的距离HL）为0.4~0.5倍的缸套直径的基础上再加5mm~8mm，即，在沿排气门导管9轴向的方向上，冷却腔7的最底端比气门导管凸台11的端面与排气门导管9的轴线的交点高5mm~8mm。

请参照图8，图8为本发明方案与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8中的曲线100为采用本发明方案后的排气道流量系数结果，曲线200为现有技术方案的排气道流量系数结果。经过测试可知，本发明在气门导管更加靠近气缸盖底面14，提高了气门可靠性的前提下，配合气门座圈形状等其他更改后，流量系数相较于现有技术有明显提升，达到了提升气门可靠性又增加气道流通能力的目的。

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），所述气缸盖本体（1）内设有排气门导管（9）和排气道（2），所述排气道（2）的上侧面设有气门导管凸台（11），其特征在于，所述气门导管凸台（11）的端面相对气缸盖底面（14）倾斜布置，且所述气门导管凸台（11）的端面的倾斜方向为沿排气气流方向逐渐远离所述气缸盖底面（14），所述气缸盖本体（1）的内部还设有环绕于所述排气门导管（9）外周的冷却腔（7），所述排气道（2）包括排气道长分支（4）和排气道短分支（3）以及主排气道，所述排气道长分支（4）和所述排气道短分支（3）的出气端汇合连通于所述主排气道，所述排气道短分支（3）的上侧面设有由所述气门导管凸台（11）平滑延伸至所述排气道短分支（3）的出气端的导管凸台导向面（12），所述导管凸台导向面（12）的长度为排气门座圈（8）内孔直径的1.5倍以上。

2.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述气门导管凸台（11）的端面与所述气缸盖底面（14）的夹角大于0°且小于等于70°。

3.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述气门导管凸台（11）的端面与所述排气门导管（9）的轴线的交点与所述气缸盖底面（14）的距离为0.4~0.5倍的缸套直径。

4.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述冷却腔（7）呈环状腔体结构，所述冷却腔（7）的等效外径减去所述排气门导管（9）的直径的值大于5mm。

5.根据权利要求4所述的气缸盖，其特征在于，在沿所述排气门导管（9）轴向的方向上，所述冷却腔（7）的最底端比所述气门导管凸台（11）的端面与所述排气门导管（9）的轴线的交点高5mm~8mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖本体（1）包括两个排气喉口，两个所述排气喉口的中心连线与曲轴轴线（6）的夹角为35°~90°。

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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