CN111365140B - 气缸进气结构及内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气缸进气结构及内燃机，本发明的气缸进气结构，被配置于内燃机的气缸盖和气缸体之间，于气缸盖和气缸体之间界定有燃烧室，燃烧室的包罩空间内构造有预设的进气区和排气区，进气区和排气区具有共面设置的对称面；于气缸盖内形成有进气道，进气道具有与进气区连通的若干进气口，各进气口覆盖总区域的中心偏置于对称面一侧。本发明的气缸进气结构，可在气缸内滚流的基础上增加涡流运动，防止内燃机在点火时刻火花塞周围混合气过浓，进而防止出现燃烧不完全、颗粒物排放超标等问题。

Description

气缸进气结构及内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别涉及一种气缸进气结构。同时，本发明还涉及一种具有该气缸进气结构的内燃机。

背景技术

内燃机是德国发明家奥拓于1876年发明的，经过140余年的发展，其作为一种提供车辆稳定动力来源的机器，现已密切地融入到人们的日常生活当中。随着我国改革开放的持续发展，以及国民经济的全面提升，内燃机作为乘用车的动力来源普及率逐年上升，随之而来的，空气质量却逐年下降。

汽车尾气排放作为大气污染源之一，慢慢进入公众视野，受到社会各界的广泛关注。虽然目前科学界就大气雾霾与汽车尾气排放是否相关的问题尚无统一定论，但汽车尾气清洁化的发展方向已成为整个社会的共识。同时，为应对 2020年后全球气候的变化，2015年在法国巴黎，《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方(包括中国)一致同意通过《巴黎协议》。协议指出，各方将加强对气候变化威胁的全球应对，尽快控制温室气体排放。CO₂作为主要的温室气体，它的排放越来越受到大家的重视。

众所周知，内燃机的燃料主要是石油衍生物，主要成分包括C元素，它的燃烧必然会产生CO2。想要减少CO2排放，主要途径为提高发动机热效率，目前主流的措施采用增压直喷汽油机，其通过汽油机增压小型化，辅助气缸内直喷的方式，具有一定的减排效果。

然而，目前的增压直喷汽油机一般气缸内气体流动方式为滚流形式，且喷油器布置在两个进气门之间。这种喷油器布置位置和气缸内气体流动形式不利于油气的混合，点火时刻火花塞周围混合气过浓，会导致燃烧不完全、颗粒物排放超标等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种气缸进气结构，以克服现有结构不利于油气混合的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种气缸进气结构，被配置于内燃机的气缸盖和气缸体之间，所述气缸盖与所述气缸体之间界定有燃烧室，其中：

燃烧室，所述燃烧室的包罩空间内构造有预设的进气区和排气区，所述进气区和所述排气区具有共面设置的对称面；

进气道，形成于所述气缸盖内，所述进气道具有与所述进气区连通的若干进气口，各所述进气口覆盖总区域的中心偏置于所述对称面一侧。

进一步的，所述进气道的中心沿各所述进气口覆盖区域的中心的偏置方向偏置。

进一步的，所述进气道的中心平行于所述对称面布置。

进一步的，所述进气道具有一个所述进气口，所述进气口的中心偏置于所述对称面一侧。

进一步的，所述进气道具有两个以上所述进气口，各所述进气口的中心连线围绕区域的中心偏置于所述对称面一侧。

进一步的，所述进气道包括主气道，以及连通于所述主气道一端的、匹配于所述进气口数量设置的若干支气道。

进一步的，所述燃烧室包括形成于所述气缸盖上的缸盖燃烧室，以及形成于所述气缸体上的缸体燃烧室。

进一步的，所述排气区的迎所述进气口的侧壁关于所述对称面对称布置。

进一步的，所述排气区的迎所述进气口的侧壁被构造于所述缸体燃烧室的侧壁上。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的气缸进气结构，可在气缸内滚流的基础上增加涡流运动，防止内燃机在点火时刻火花塞周围混合气过浓，进而防止出现燃烧不完全、颗粒物排放超标等问题。

本发明的另一目的在于提出一种内燃机，包括气缸体，以及盖设于气缸体的气缸盖，于气缸盖和气缸体之间配置有如上所述的气缸进气结构

本发明的内燃机与前述的气缸进气结构相对于现有技术具有相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的气缸盖的结构示意图；

图2为本发明实施例一所述的气缸进气结构的结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图3的俯视图；

图5为示出燃烧室内气体流向呈现滚流的结构示意图；

图6为本发明实施例一所述的燃烧室的结构示意图；

附图标记说明：

1-缸盖燃烧室，2-进气口，3-排气口，4-喷油器安装孔，5-火花塞安装孔， 8-气缸孔，9-活塞，10-活塞杆；

201-进气区，202-主气道，203-支气道；

301-排气区。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种气缸进气结构，形成于内燃机的气缸体和气缸盖之间。为了便于描述，以下先参照图1对气缸盖的结构进行简要说明，其盖设于图中未示出的内燃机的气缸体上，于气缸盖内形成有缸盖燃烧室1、进气道和排气道。

缸盖燃烧室1具体形成于气缸盖的朝向气缸体的端面上，虽然图1中只示出了一个缸盖燃烧室1，实际设置时，缸盖燃烧室1的数量与内燃机的气缸的数量相对应，可参照内燃机的现有的结构。于缸盖燃烧室1的包罩空间内分置有预设的进气区201和排气区301，结合图4和图6所示，以中心线a的且垂直于中心线b的面为分界，上部的空间构成进气区201，下部的空间则构成排气区301，进气区201和排气区301具有共面设置的对称面，也即过中心线b 的且垂直于中心线a的面。

为了便于对气缸盖的结构进行详细说明，以下先结合图2至图5对燃烧室的结构进行说明，燃烧室包括形成于气缸盖上的缸盖燃烧室1，以及形成于气缸体上的缸体燃烧室。图5为沿气缸的轴线剖切的结构示意简图。上部为气缸内的缸盖燃烧室1的形状，下部则为气缸体内的气缸孔8的形状，于气缸孔8 内设有沿气缸孔8上下滑动的活塞9，以及固连于活塞9下端的活塞杆10。在内燃机中，燃烧室即为气缸盖下表面的凹坑、气缸孔8的内壁上部以及位于气缸内的活塞9运动至上止点时上端面的位置围构形成的区域。位于气缸下表面的凹坑习惯上称之为缸盖燃烧室1，缸体燃烧室则由形成于气缸体内的气缸孔8 的内壁、以及于气缸孔8内往复滑动设置的活塞9的上表面界定。

此外，于进气道内配置有开闭进气口2的进气阀，于排气道内配置有开闭排气口3的排气阀。其中，进气道设置于气缸盖的对应于进气区201的一侧，其一端构造有连通进气区201的若干进气口2，另一端构造于气缸盖的一侧；排气道设置于气缸盖的对应于排气区301的一侧，其一端构造有连通排气区301 的若干排气口3，另一端构造于气缸盖的另一侧。

内燃机使用过程中，仍参照图1并结合图4所示，在进气冲程时，当左侧进气阀和右侧进气阀开启时，新鲜空气会由左侧进气口2和右侧进气口2进入缸盖燃烧室1内部。左侧进气阀、右侧进气阀是一种提升阀，其通过开起升程的变化来增加或减小开启面积。

基于如上的整体结构描述，本实施例的主要改进点在于，各进气口2覆盖总区域的中心偏置于对称面一侧。

具体地，结合2至图4所示来详细介绍本发明的气缸进气结构，在此需要说明的是，图2至图4仅是为了清楚的示意本发明，而进气道和燃烧室实为形成于气缸盖上的结构，随气缸盖的铸造一体成型于气缸盖内部，气缸孔为形成于气缸体上的结构。

本实施例中，进气道包括主气道202，以及连通于主气道202一端的、匹配于进气口2数量设置的若干支气道203，每个进气道203具有两个进气口2，匹配于两个进气口2，本实施例的支气道203数量为两个；每个排气道具有两个排气口3，两个排气口3关于对称面对称布置，并且排气区301的迎进气口2 的侧壁关于对称面对称布置。

前述的两个进气口2的覆盖区域之和即为进气口2覆盖总区域。若每个排气道具有一个进气口2、每个排气道也具有一个排气口3，则进气口2覆盖总区域的中心实为进气口2的中心，而排气口3覆盖总区域的中心实为排气口3的中心。

在此应当说明的是，进气道可以没有分支，也可以存在两个或两个以上分支。如果进气道具有一个进气口2，则进气口2的中心偏置于对称面一侧。如果进气道具有两个以上进气口2，各进气口2的中心连线围绕区域的中心偏置于对称面一侧。

在左侧进气口2、右侧进气口2开启升程较大时，左侧进气口2和右侧进气口2处的进气方向的范围都为整个左侧进气口2和右侧进气口2的圆周方向，且左侧进气口2的进气在左侧排气口3指向右侧排气口3方向的进气动量与右侧进气口2的进气在右侧排气口3指向左侧排气口3方向上的进气动量大小一致、方向相反。左侧进气口2和右侧进气口2的进气都产生在进气区201指向排气区301方向的进气动量，此时主要使气缸内气体产生图5 所示的滚流运动。

为了进一步起到较好的促进油气混合的效果，进气道的中心沿各进气口2 覆盖区域的中心的偏置方向偏置，并且，进气道的中心平行于对称面布置。下面以图2至图4所示的进气道存在两个分支、也即左侧支气道和右侧支气道的情况进行说明。

左侧支气道和右侧支气道相对于气缸孔8中心线b为非对称布置，具体表现形式为：左侧支气道和对称面的中心距离与右侧支气道和对称面的中心距离不一致，而主气道202的中心线与对称面平行，并且位于左侧进气道和右侧进气道的中心对称面上，该中心对称面为垂直于中心线a的面。为了起到较好的促进燃烧室内油气混合的效果，左侧支气道和对称面的中心距离与右侧支气道与对称面的距离的差异值小于等于气缸直径的十分之一。

本实施例中，左侧支气道和对称面的距离与右侧支气道和对称面的距离的差异值的取值范围优选为0.1mm～5mm。此值如果设置过小，则不能形成均匀气缸内混合气分布需求的涡流强度；此值如果设置过大，气缸内会形成超过均匀气缸内混合气分布需求强度的涡流。因内燃机的燃烧速度与点火时刻气缸内的湍流强度正相关，而涡流运动不像滚流运动那样，可以在活塞9上止点附近被压碎成小的湍流，进而增加气缸内湍流强度，因此强度过高的涡流不利于进气能量的利用及汽油机燃烧速度地提升。

下面主要以左侧支气道和对称面的距离较右侧支气道和对称面的距离大的情况进行说明。

仍参照图4所示，新鲜空气分别经过左侧支气道和右侧支气道、燃烧室和气缸孔8进入发动机气缸内。由左侧支气道进入燃烧室和气缸孔8内的新鲜空气的流动方向为进气方向g，由右侧支气道进入缸盖燃烧室1和气缸孔8内的新鲜空气的流动方向为进气方向h。

与进气方向g正对的气缸孔8的扇形柱面为气缸孔8内壁e，与进气方向h 正对的气缸孔8的扇形柱面为气缸孔8内壁f。气缸孔8内壁e、气缸孔8内壁 f与进气道分别位于气缸孔8中心线a的两侧。

由进气方向g与气缸孔8内壁e的切向形成的夹角α为气缸孔内壁导向角α，由进气方向h与气缸孔8内壁f的切向形成的夹角β为气缸孔内壁导向角β。

因为左侧支气道与对称面的距离较右侧支气道与对称面的距离大，则进气方向g距离对称面的距离也较进气方向h距离对称面的方向远，导致气缸孔内壁导向角α大于气缸孔内壁导向角β。

为了较好的促进燃烧室内油气混合，排气区301的迎进气口2的侧壁被构造于缸体燃烧室的侧壁上，具体来讲，当经由左侧支气道进入到燃烧室内部的新鲜空气按进气方向g进入到气缸内时，会撞击到气缸孔8内壁e，在此的气缸孔8内壁e则为排气区301的迎进气口2的侧壁。此时，气体会因气缸孔8 内壁e柱面的引导分成竖直和水平两个方向的运动。竖直方面：大部分气体受气缸孔8内壁e导向向下运动，产生滚流；水平方面：小部分气体受气缸孔8 内壁e柱面的引导绕着气缸孔8中心线a逆时针旋转，产生逆时针涡流。

当经由右侧支气道进入到气缸孔8内部的新鲜空气按进气方向b进入到气缸内时，会撞击到气缸孔8内壁f，。在此的气缸孔8内壁f亦为排气区301的迎进气口2的侧壁，气体会因气缸孔8内壁f柱面的引导分成竖直和水平两个方向的运动。竖直方面：大部分气体受气缸孔8内壁f导向向下运动，产生滚流；水平方面：小部分气体受气缸孔8内壁f柱面的引导绕着气缸孔8中心线a 顺时针旋转，产生顺时针涡流。

其中水平方面的流动强度，及产生涡流运动的强度，与水平运动的气体的量正相关，水平运动气体的量与气缸孔内壁导向角正相关。当内壁导向角大时，则受气缸孔8内壁导向而产生水平运动的气体的量也大。因内壁导向角α大于内壁导向角β，则经由左侧支气道进入到气缸孔8内部的新鲜空气在水平方向上绕着气缸孔8中心线a逆时针旋转的气体的量较经由右侧支气道进入到气缸孔8内部的新鲜空气在水平方向上绕着气缸孔8中心线a顺时针旋转的气体的量要大，从而使得经由左侧支气道进入到气缸孔8内部的新鲜空气在水平方向上绕着气缸孔8中心线a逆时针旋转的运动在气缸内得到维持，这就产生均匀气缸内混合气浓度的涡流，涡流的气体流动方向按如图6所示的流动路径i所示方向流动。

实施例二

本实施例涉及一种内燃机，包括气缸体，于气缸体上盖设有如实施例一的气缸盖。

本实施例的内燃机通过采用如实施例一的气缸盖，可在点火时刻促进气缸内油气快速混合，减少污染物排放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气缸进气结构，被配置于内燃机的气缸盖和气缸体之间，所述气缸盖与所述气缸体之间界定有燃烧室，其特征在于：

燃烧室，所述燃烧室的包罩空间内构造有预设的进气区(201)和排气区(301)，所述进气区(201)和所述排气区(301)具有共面设置的对称面；

进气道，形成于所述气缸盖内，所述进气道具有与所述进气区(201)连通的若干进气口(2)，各所述进气口(2)覆盖总区域的中心偏置于所述对称面一侧；

所述进气道的中心沿各所述进气口(2)覆盖区域的中心的偏置方向偏置，且所述进气道的中心平行于所述对称面布置。

2.根据权利要求1所述的气缸进气结构，其特征在于：所述进气道具有一个所述进气口(2)，所述进气口(2)的中心偏置于所述对称面一侧。

3.根据权利要求1所述的气缸进气结构，其特征在于：所述进气道具有两个以上所述进气口(2)，各所述进气口(2)的中心连线围绕区域的中心偏置于所述对称面一侧。

4.根据权利要求3所述的气缸进气结构，其特征在于：所述进气道包括主气道(202)，以及连通于所述主气道(202)一端的、匹配于所述进气口(2)数量设置的若干支气道(203)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的气缸进气结构，其特征在于：所述燃烧室包括形成于所述气缸盖上的缸盖燃烧室(1)，以及形成于所述气缸体上的缸体燃烧室。

6.根据权利要求5所述的气缸进气结构，其特征在于：所述排气区(301)的迎所述进气口(2)的侧壁关于所述对称面对称布置。

7.根据权利要求6所述的气缸进气结构，其特征在于：所述排气区(301)的迎所述进气口(2)的侧壁被构造于所述缸体燃烧室的侧壁上。

8.一种内燃机，包括气缸体，以及盖设于所述气缸体的气缸盖，其特征在于：于气缸盖和气缸体之间配置有权利要求1-7中任一项所述的气缸进气结构。

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