CN111664021A - 一种进气道及气缸盖 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种进气道及气缸盖，涉及发动机进气技术领域，包含：所述进气道包含气道导向段，所述气道导向段的一端具有主气道入口，另一端开叉分出两个气道分支，每个气道分支具有一个气道出口，所述主气道入口的宽度大于两个所述气道出口的间距，且所述主气道入口的面积大于两个所述气道出口面积之和；每个所述气道分支的喉口部位下壁向下凸起形成弧面，经过所述弧面最低点的切面与所述进气道对应的燃烧室屋脊排气面形成夹角γ。本申请还公开了一种包含所述进气道的气缸盖。本申请解决了现有进气道的滚流比和流量系数无法同时满足混合动力专用汽油机要求的技术问题。

Description

一种进气道及气缸盖
技术领域
本申请涉及发动机进气技术领域，特别涉及一种进气道及气缸盖。
背景技术
进气道是发动机燃烧系统的重要组成部分，用来组织有规律的气流进入气缸内，促进油气混合。良好的缸内进气流动对提高汽油机的火焰传播速率，提高燃烧热效率，降低燃烧循环波动，适应分层稀薄或均质燃烧都有重要的作用。近年来，由于汽油机不断向高压缩比和高转速方向发展，促使爆燃燃烧、表面点火等不正常燃烧倾向加剧；因此，设计开发合适的进气道，以满足汽油机对进气道性能的要求，对提高发动机动力性、经济性和排放性都具有重要的意义。
相关技术中，如图1所示，PFI(Port Fuel Injection，气道喷射)汽油机多采用弯管型进气道，由于喷油器布置在气道上方，并且位于进气道与进气门之间，气道喉口上方必须具有一个较大的弧形，以满足喷油器的布置。这种进气道喉口截面积较大，具有较好的流量系数，但滚流比提升空间有限。
如图2所示，GDIT(Gasoline Direct Injection Turbo，缸内直喷涡轮增压)汽油机多采用鱼腹型进气道，即在气道分支下表面形成较大的向下凸起的圆弧结构，以引导气流流向燃烧室的排气侧壁面，进而形成滚流。这种进气道滚流比较高，但因喉口截面相比“鱼腹”处急剧减小，其流量系数相对偏小；因此在使用GDIT汽油机时，多采用额外的增压技术以增大进气量，来增大流量系数。
而对于混合动力专用汽油机，由于其主要运行在中高速段，自身进气道对流量系数和滚流比的要求均较高；若采用“弯管”型进气道，虽然流量系数满足要求，但滚流比往往不满足要求；若采用“鱼腹”型进气道，虽然滚流比满足要求，但流量系数往往不满足要求。
发明内容
本申请实施例提供一种进气道及气缸盖，解决了现有进气道的滚流比和流量系数无法同时满足混合动力专用汽油机要求的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种进气道，所述进气道包含气道导向段，所述气道导向段的一端具有主气道入口，另一端开叉分出两个气道分支，每个气道分支具有一个气道出口，所述主气道入口的宽度大于两个所述气道出口的间距，且所述主气道入口的面积大于两个所述气道出口面积之和；每个所述气道分支的喉口部位下壁向下凸起形成弧面，经过所述弧面最低点的切面与所述进气道对应的燃烧室屋脊排气面形成夹角γ，所述夹角γ用于使得流经喉口部位的气流受到所述弧面和燃烧室屋脊排气面的引导形成滚流运动。
一些实施例中，所述γ不大于15°。
一些实施例中，所述进气道分为平直段和弯曲段，所述平直段包含所述导向段和部分气道分支，所述弯曲段包含所述喉口部位；所述导向段呈扁平状，其圆滑过渡至两个所述气道分支。
一些实施例中，两个所述气道分支形状相同，且沿所述导向段宽度方向对称布置。
一些实施例中，所述导向段的横截面呈腰圆形，所述气道分支的横截面呈圆形，且所述导向段的两条中心线与两个气道分支的中心线首尾相接。
一些实施例中，所述进气道的平直段的上壁和下壁呈两个相互平行的平面，且两个相互平行的平面均与所述导向段的两条中心线形成的平面平行。
一些实施例中，所述导向段的腰圆形宽度尺寸和所述气道分支的圆形直径尺寸沿主气道入口到气道出口逐渐减小；在所述进气道的平直段，所述导向段的两条中心线形成的平面与所述进气道的侧壁相交成两条交线，所述两条交线的延长线相交且形成不大于15°的夹角θ。
第二方面，一种基于上述进气道的气缸盖，所述气缸盖具有多个并排设置的进气道，所述进气道从气缸盖的进气法兰面贯穿至气缸盖的缸盖燃烧室，任意相邻两个所述进气道在所述进气法兰面的主气道入口的间距等于气缸盖对应的进气歧管安装法兰密封条需要的最小密封宽度。
一些实施例中，所述进气道分为平直段和弯曲段，所述平直段包含所述导向段和部分气道分支，所述弯曲段包含所述喉口部位；所述导向段呈扁平状，其圆滑过渡至两个所述气道分支，两个气道分支形状相同，且沿所述导向段宽度方向对称布置。
一些实施例中，所述导向段的横截面呈腰圆形，所述气道分支的横截面呈圆形，且所述导向段的两条中心线与两个气道分支的中心线首尾相接；所述进气道的平直段的上壁和下壁呈两个相互平行的平面，且两个相互平行的平面均与所述导向段的两条中心线形成的平面平行。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种进气道，进气道包含气道导向段和两个气道分支，气道导向段的主气道入口的面积大于两个气道出口的面积之和，增大了进气道的流量系数，提高了进气道内部气体的流通性能；每个气道分支的喉口部位下壁略微向下凸起形成弧面，弧面的切面与屋脊排气面形成夹角γ；夹角γ使得进气道内部气流流经喉口部位，流向气缸盖的燃烧室屋脊排气面，并在弧面和屋脊排气面的引导作用下，形成良好的滚流运动，提高了进气道的滚流比，满足了混合动力专用汽油机对流量系数和滚流比的要求。
本申请实施例提供了一种气缸盖，其包含多个上述进气道，具有良好的流通性能和滚流比；同时由于任意相邻两个进气道在进气法兰面的主气道入口的间距等于气缸盖对应的进气歧管安装法兰密封条需要的最小密封宽度，相对于常规的气缸盖的进气道更加密集，实现了气缸盖的轻量化设计，两个气缸之间的进气法兰面无需单独开设用于减重的凹槽，简化了气缸盖的生产工艺，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的PFI汽油机的弯管型进气道示意图；
图2为本申请实施例提供的GDIT汽油机的鱼腹型进气道示意图；
图3为本申请实施例提供的进气道结构示意图；
图4为本申请实施例提供的气缸盖结构示意图；
图5为本申请实施例提供的进气道俯视图；
图6为本申请实施例提供的进气道与缸盖燃烧室的匹配示意图；
图7为图6的放大图A；
图8为本申请实施例提供的另一个进气道俯视图；
图9为本申请实施例提供的主气道入口示意图。
附图标号：1-气缸盖、2-进气道、3-主气道入口、4-气道导向段、5-气道分支、6-平直段、7-气道出口、8-弯曲段、91-弧面、92-切面、10-屋脊排气面、11-进气法兰面、12-缸盖燃烧室。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图5和图7所示，一种进气道2，其包含气道导向段4，气道导向段4的一端具有主气道入口3，另一端开叉分出两个气道分支5。每个气道分支5具有一个气道出口7，主气道入口3的面积大于两个气道出口7面积之和，且主气道入口3的宽度大于两个气道出口7的间距，两个气道出口7的间距指的是两个气道出口7外侧壁的最大距离。
每个气道分支5的喉口部位9下壁向下凸起形成弧面91，弧面91经过喉口部位9下壁末端的切面92，与进气道2对应的燃烧室屋脊排气面10形成夹角γ。具体地，弧面91具有一个最低点(见图7)，切面92是经过该最低点的弧面91的唯一切面。切面92与屋脊排气面10具有同一垂直面，在垂直面上，切面92和屋脊排气面10均投影成一条直线(见图7)，两直线形成夹角γ。夹角γ使得流经喉口部位9的气流，在弧面91和屋脊排气面10的引导作用下，形成滚流运动。
优选地，夹角γ不大于15°。优选地，γ通过实验得出，合适的γ能够使得气体在流经进气道2的时候，在弧面91和屋脊排气面10的共同作用下，形成良好的滚流运动(见图6)，大大提高滚流比。
如图3所示，进气道2分为平直段6和弯曲段8，平直段6包含导向段4和部分气道分支5，平直段6整体外型轮廓平直，弯曲段8向下弯曲。弯曲段8包含喉口部位9，喉口部位9连通于气缸盖1的缸盖燃烧室12。导向段4呈扁平状，其圆滑过渡至两个气道分支5，导向段4与两个气道分支5的圆滑过渡部分要求减小了气流阻力，在实现分流的前提下，提高了进气道2的流通性能。
优选的，两个气道分支5形状相同，且沿导向段4宽度方向对称布置，便于气流的控制和流通。
如图8和图9所示，导向段4的横截面呈腰圆形，腰圆形具有两个半圆，两个半圆的中心沿长度方向(如图8所示)形成导向段4的两条中心线。气道分支5的横截面呈圆形，且导向段4的两条中心线与两个气道分支5的中心线首尾相接，有利于从一个主气道入口3到两个气道出口7的均匀分流。首尾相接的中心线处于平直段6的部分为一条直线，处于弯曲段8的部分平滑向下弯曲，进一步提高了进气道内气体的流通性能。
如图6所示，进气道2的平直段6的上壁和下壁呈两个相互平行的平面(忽略喷油器和气门导管凸台)，且两个相互平行的平面均与导向段4的两条中心线形成的平面平行，平行的上壁和下壁进一步优化了进气道2的流通性能。
在本实施例中，导向段4的腰圆形宽度尺寸和气道分支5的圆形直径尺寸沿主气道入口3到气道出口7逐渐减小，腰圆形的两个半圆的半径不变；在进气道2的平直段6，导向段4的两条中心线形成的平面与进气道2的侧壁相交成两条交线，两条交线的延长线相交且形成不大于15°的夹角θ。上述尺寸设置能够有效降低进气流阻力，从主气道入口3到气道出口7均匀提高气流流速，极大的提高了进气道的流通性能，从而加快气缸内燃烧速度，进而提高发动机的性能。
其中，θ的大小取决于主气道入口3的宽度、位于平直段6的两气道分支的距离、以及平直段6的长度。优选地，在进行θ设计时，通过实验得出最优的θ。
本发明的进气道，气道导向段的主气道入口的面积大于两个气道出口的面积之和，增大了进气道的流量系数，提高了进气道内部气体的流通性能；导向段4的腰圆形宽度尺寸和气道分支5的圆形直径尺寸沿主气道入口3到气道出口7逐渐减小，从主气道入口3到气道出口7均匀提高气流流速，进一步提高了进气道2的流通性能。同时，每个气道分支5的喉口部位9下壁向下凸起形成弧面91，弧面91的切面92与屋脊排气面12形成合适的夹角γ，进气道2内部气体流经夹角γ后，流向气缸盖的屋脊排气面，并在弧面91和屋脊排气面12的作用下，形成良好的滚流运动，提高了进气道的滚流比。
如图4所示，一种包含上述进气道2的气缸盖1，其具有多个并排设置的进气道2，进气道2从气缸盖1的进气法兰面11贯穿至气缸盖1的缸盖燃烧室12，任意相邻两个进气道2在进气法兰面11的主气道入口3的间距等于气缸盖1对应的进气歧管安装法兰密封条需要的最小密封宽度。
进一步地，进气道2分为平直段6和弯曲段8，平直段6包含导向段4和部分气道分支5，弯曲段8包含喉口部位9；导向段4呈扁平状，其圆滑过渡至两个气道分支5，两个气道分支5形状相同，且沿导向段4宽度方向对称布置。
进一步地，导向段4的横截面呈腰圆形，气道分支5的横截面呈圆形，且导向段4的两条中心线与两个气道分支5的中心线首位相接。
进一步地，进气道2的平直段6的上壁和下壁呈两个相互平行的平面，且两个相互平行的平面均与导向段4的两条中心线形成的平面平行。
进一步地，腰圆形的宽度尺寸和圆形的直径尺寸沿主气道入口3到气道出口7逐渐减小；在进气道2的平直段6，导向段4的两条中心线形成的平面与进气道2的侧壁相交成两条交线，两条交线的延长线相交且形成不大于15°的夹角θ。
本发明的气缸盖1包含多个进气道1，具有良好的流通性能和滚流比；同时由于任意相邻两个进气道2在进气法兰面11的主气道入口3的间距等于气缸盖1对应的进气歧管安装法兰密封条需要的最小密封宽度，相对于常规的气缸盖1的进气道1更加密集，实现了气缸盖1的轻量化设计，两个气缸之间的进气法兰面11无需单独开设用于减重的凹槽，简化了气缸盖1的生产工艺，降低生产成本。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种进气道，其特征在于，包含：所述进气道(2)包含气道导向段(4)，所述气道导向段(4)的一端具有主气道入口(3)，另一端开叉分出两个气道分支(5)，每个气道分支(5)具有一个气道出口(7)，所述主气道入口(3)的宽度大于两个所述气道出口(7)的间距，且所述主气道入口(3)的面积大于两个所述气道出口(7)面积之和；每个所述气道分支(5)的喉口部位(9)下壁向下凸起形成弧面(91)，经过所述弧面(91)最低点的切面(92)与所述进气道(2)对应的燃烧室屋脊排气面(10)形成夹角γ，所述夹角γ用于使得流经喉口部位(9)的气流受到所述弧面(91)和燃烧室屋脊排气面(10)的引导作用下形成滚流运动。
2.如权利要求1所述的一种进气道，其特征在于：所述γ不大于15°。
3.如权利要求1所述的一种进气道，其特征在于：所述进气道(2)分为平直段(6)和弯曲段(8)，所述平直段(6)包含所述导向段(4)和部分气道分支(5)，所述弯曲段(8)包含所述喉口部位(9)；所述导向段(4)呈扁平状，其圆滑过渡至两个所述气道分支(5)。
4.如权利要求3所述的一种进气道，其特征在于：两个所述气道分支(5)形状相同，且沿所述导向段(4)宽度方向对称布置。
5.如权利要求3所述的一种进气道，其特征在于：所述导向段(4)的横截面呈腰圆形，所述气道分支(5)的横截面呈圆形，且所述导向段(4)的两条中心线与两个气道分支(5)的中心线首尾相接。
6.如权利要求5所述的一种进气道，其特征在于：所述进气道(2)的平直段(6)的上壁和下壁呈两个相互平行的平面，且两个相互平行的平面均与所述导向段(4)的两条中心线形成的平面平行。
7.如权利要求6所述的一种进气道，其特征在于：所述导向段(4)的腰圆形宽度尺寸和所述气道分支(5)的圆形直径尺寸沿主气道入口(3)到气道出口(7)逐渐减小；在所述进气道(2)的平直段(6)，所述导向段(4)的两条中心线形成的平面与所述进气道(2)的侧壁相交成两条交线，所述两条交线的延长线相交且形成不大于15°的夹角θ。
8.一种包含权利要求1所述进气道的气缸盖，其特征在于：所述气缸盖(1)具有多个并排设置的进气道(2)，所述进气道(2)从气缸盖(1)的进气法兰面(11)贯穿至气缸盖(1)的缸盖燃烧室(12)，任意相邻两个所述进气道(2)在所述进气法兰面(11)的主气道入口(3)的间距等于气缸盖(1)对应的进气歧管安装法兰密封条需要的最小密封宽度。
9.如权利要求8所述的气缸盖，其特征在于：所述进气道(2)分为平直段(6)和弯曲段(8)，所述平直段(6)包含所述导向段(4)和部分气道分支(5)，所述弯曲段(8)包含所述喉口部位(9)；所述导向段(4)呈扁平状，其圆滑过渡至两个所述气道分支(5)，两个气道分支(5)形状相同，且沿所述导向段(4)宽度方向对称布置。
10.如权利要求9所述的气缸盖，其特征在于：所述导向段(4)的横截面呈腰圆形，所述气道分支(5)的横截面呈圆形，且所述导向段(4)的两条中心线与两个气道分支(5)的中心线首尾相接；所述进气道(2)的平直段(6)的上壁和下壁呈两个相互平行的平面，且两个相互平行的平面均与所述导向段(4)的两条中心线形成的平面平行。
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