CN113404607B - 一种气缸盖与一种燃气发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气缸盖与一种燃气发动机，其中，气缸盖包括进气喉口和排气喉口，所述进气喉口的底孔设有进气倒角，所述排气喉口的底孔设有排气倒角，所述进气倒角的中心相对所述进气喉口的中心向所述排气喉口方向偏移第一预设距离，气缸盖底面设置有连通于所述进气倒角和所述排气倒角之间的连通槽。本发明在现有柴油机的基础上，通过在进气喉口设置偏心倒角并且采用连通槽将进排气侧的倒角连通布置，实现了对进气气流的有效导流，有利于增强滚流强度，有利于在压缩末期形成湍流，增加火花塞附近的湍动能，提升燃气发动机的热效率，同时还能增强排气流通能力。

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
随着燃气发动机技术的发展，目前，越来越多的燃气发动机是在柴油发动机的基础上改造而成的。对于柴油机而言，其燃烧模式为扩散燃烧，一定程度的涡流有助于油束与空气混合，从而改善燃烧过程，因此，需要发动机气缸盖中的进气道在进气的过程中组织气流产生足够的涡流比。其中，涡流是指气体绕气缸轴向有组织的旋流运动。
然而，燃气发动机的燃烧模式为预混燃烧，对涡流强度要求不高，而需要小尺度的湍流运动来形成火焰褶皱面，从而加快火焰传播速度，提升热效率，其中，湍流是指气流速度较高时在流场中产生的许多方向不固定的小旋流，区别于层流运动。对于燃气发动机而言，并不需要提高涡流强度，而提高气缸内的滚流强度可以有利于在压缩末期形成湍流，在活塞上行到上止点时产生足够的湍动能，进而达到优化燃烧的目的。其中，滚流是指旋转中心轴线与缸套轴向垂直的气体旋流运动。
可见，对于现有由柴油机气缸盖集成改造设计而成的燃气发动机气缸盖，很难在气缸内产生燃气发动机所需要的滚流。
因此，如何提高燃气发动机气缸内的滚流强度，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，该气缸盖在现有柴油机的基础上通过结构改进，使进入气缸内的气体产生燃气发动机所需的滚流运动，进而提升燃气发动机的热效率。本发明的另一个目的在于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，包括进气喉口和排气喉口，所述进气喉口的底孔设有进气倒角，所述排气喉口的底孔设有排气倒角，所述进气倒角的中心相对所述进气喉口的中心向所述排气喉口方向偏移第一预设距离，气缸盖底面设置有连通于所述进气倒角和所述排气倒角之间的连通槽。
优选地，所述排气倒角的中心相对所述排气喉口的中心向所述进气喉口方向偏移第二预设距离。
优选地，所述进气倒角的中心和/或所述排气倒角的中心位于所述进气喉口和所述排气喉口的中心连线上。
优选地，所述第一预设距离大于0并且小于等于所述排气喉口的直径0.3倍，和/或，所述第二预设距离大于0并且小于等于所述进气喉口的直径0.3倍。
优选地，所述连通槽相对所述进气喉口和所述排气喉口的中心连线呈对称结构。
优选地，所述连通槽的两侧壁均沿直线延伸。
优选地，所述连通槽的两侧壁的延伸方向均与所述进气喉口和所述排气喉口的中心连线平行。
优选地，所述连通槽的两侧壁与所述进气倒角和所述排气倒角的相接处均为圆滑过渡面结构。
优选地，所述连通槽的宽度大于0并且小于等于所述排气喉口的直径。
优选地，所述进气倒角和/或所述排气倒角为圆形回转倒角。
优选地，所述进气倒角的纵截面和/或所述排气倒角的纵截面为直线或曲线。
优选地，所述进气倒角的纵截面和/或所述排气倒角的纵截面为朝气缸内部方向凸出的曲线。
优选地，所述进气倒角和/或所述排气倒角的回转中心线相对所述进气喉口的轴线平行。
优选地，所述进气倒角的回转中心线相对所述进气喉口的轴线倾斜布置并且使所述进气倒角的下端开口朝向所述排气喉口方向布置，和/或，所述排气倒角的回转中心线相对所述排气喉口的轴线倾斜布置并且使所述排气倒角的下端开口朝向所述进气喉口方向布置。
优选地，所述进气倒角的回转中心线相对所述进气喉口的轴线的倾斜角度小于等于30°，所述排气倒角的回转中心线相对所述排气喉口的轴线的倾斜角度小于等于30°。
优选地，所述进气喉口的数量为一个或两个或三个。
优选地，包括第一进气喉口和第二进气喉口，所述第一进气喉口与缸盖进气口的距离小于所述第二进气喉口与所述缸盖进气口的距离，所述第一进气喉口内设置有第一进气门座圈，所述第二进气喉口内设置有第二进气门座圈，所述第一进气门座圈距所述气缸盖底面的高度大于所述第二进气门座圈距所述气缸盖底面的高度。
优选地，所述第一进气门座圈与所述第二进气门座圈的高度差小于等于进气门直径的0.2倍。
优选地，包括至少两个进气道，且各个所述进气道分隔布置。
优选地，所述进气喉口的数量为至少两个，且至少两个所述进气喉口的所述进气倒角不同。
优选地，包括缸盖进气口，所述缸盖进气口布置于所述气缸盖的侧面或顶面或底面。
本发明提供的气缸盖，包括进气喉口和排气喉口，所述进气喉口的底孔设有进气倒角，所述排气喉口的底孔设有排气倒角，所述进气倒角的中心相对所述进气喉口的中心向所述排气喉口方向偏移第一预设距离，气缸盖底面设置有连通于所述进气倒角和所述排气倒角之间的连通槽。
本发明的工作原理如下：
发动机气缸吸气时，进气门打开，进气气流依次流经进气道、进气门、进气门座圈和进气倒角后进入气缸，由于进气倒角具有明显的导流作用，同时，由于本发明中将进气倒角设计为向排气喉口方向偏移，使得靠近排气喉口一侧的缝隙宽度较大，因此，大部分进气气流从靠近排气喉口一侧的缝隙中进入气缸，而远离排气喉口一侧的气流则减小，这两侧气流在进入气缸后更容易形成大尺度的滚流运动。同时，本发明将进气倒角和排气倒角通过连通槽相连通，可以对靠近排气喉口一侧的气流进一步向排气侧引导，从而在气缸内形成有效的滚流。
由此可见，本发明具有以下有益效果：
1）本发明在现有柴油机的结构基础上，通过在进气喉口设置偏心倒角，实现了对进气气流的有效导流，有利于增强滚流强度；
2）本发明优选方案中将排气倒角向进气喉口方向偏移设置，可以进一步增强排气流通能力，降低泵气损失；
3）本发明采用连通槽将进气侧和排气侧的倒角连通布置，还可以在压缩过程通过连通槽将流经火花塞附近的气流进一步扰动，形成更多湍流，从而大大增加火花塞附近的湍动能，加快火焰传播速度，进一步提升燃气发动机的热效率。
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为本发明具体实施例中的进气倒角与排气倒角相连通的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中的进气倒角的回转中心线倾斜布置的示意图；
图3为本发明具体实施例中的进气气流由进气喉口向排气喉口方向流动的示意图；
图4为本发明具体实施例中的两个进气门座圈布置于不同高度的结构示意图；
图5为本发明具体实施例中的两个进气喉口与缸盖进气口不同间距布置示意图。
图1至图5中的各项附图标记的含义如下：
1-进气喉口、2-排气喉口、3-进气倒角、4-排气倒角、5-进气喉口中心、6-排气喉口中心、7-进气倒角中心、8-排气倒角中心、9-连通槽、10-进气门座圈、11-进气喉口轴线、12-进气倒角回转中心线、13-第一进气门座圈、14-第二进气门座圈、15-第一进气道、16-第二进气道、17-气缸盖底面、18-缸盖进气口、19-第一进气喉口、20-第二进气喉口、21-进排气喉口中心连线。
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1至图5，图1为本发明具体实施例中的进气倒角与排气倒角相连通的结构示意图；图2为本发明具体实施例中的进气倒角的回转中心线倾斜布置的示意图；图3为本发明具体实施例中的进气气流由进气喉口向排气喉口方向流动的示意图；图4为本发明具体实施例中的两个进气门座圈布置于不同高度的结构示意图；图5为本发明具体实施例中的两个进气喉口与缸盖进气口不同间距布置示意图。
本发明提供了一种气缸盖，该气缸盖为由现有柴油发动机包括进气喉口1和排气喉口2，进气喉口1的底孔设有进气倒角3，排气喉口2的底孔设有排气倒角4，进气倒角3的中心（进气倒角中心7）相对进气喉口1的中心（进气喉口中心5）向排气喉口2方向偏移第一预设距离L1，气缸盖底面17设置有连通于进气倒角3和排气倒角4之间的连通槽9。
本发明的工作原理如下：
发动机气缸吸气时，进气门打开，进气气流依次流经进气道、进气门、进气门座圈和进气倒角3后进入气缸，由于进气倒角3具有明显的导流作用，同时，由于本发明中将进气倒角3设计为向排气喉口2方向偏移，使得靠近排气喉口2一侧的缝隙宽度较大，因此，大部分进气气流从靠近排气喉口2一侧的缝隙中进入气缸，而远离排气喉口2一侧的气流则减小，这两侧气流在进入气缸后更容易形成大尺度的滚流运动。同时，本发明将进气倒角3和排气倒角4通过连通槽9相连通，可以对靠近排气喉口2一侧的气流进一步向排气侧引导，从而在气缸内形成有效的滚流。进气气流由进气喉口2流向排气喉口2的方向如图3中的箭头所示。
由此可见，本发明在现有柴油机的基础上，通过在进气喉口1设置偏心倒角并且采用连通槽9将进排气侧的倒角连通布置，实现了对进气气流的有效导流，有利于增强滚流强度，有利于在压缩末期形成湍流，提升燃气发动机的热效率。
需要说明的是，本发明中的排气倒角4可以设计为与排气喉口2同心布置，也可以采用与进气倒角3类似的偏心布置。优选地，排气倒角4的中心（排气倒角中心8）相对排气喉口2的中心（排气喉口中心6）向进气喉口1方向偏移第二预设距离L2。如此设置，可以使进气倒角3和排气倒角4之间的导流面进一步扩大，从而可以引导更多气体沿进气喉口1至排气喉口2的方向流动，有利于增强滚流运动。同时，通过设置偏心布置的排气倒角4，还可以进一步增强排气流通能力，降低泵气损失。
优选地，进气倒角中心7和/或排气倒角中心8位于进气喉口中心5和排气喉口中心6的连线（进排气喉口中心连线21）上。如此设置，不仅便于加工偏心倒角特征，而且还可以更加有效地对进气气流进行引导，减小气体动能损失。
优选地，第一预设距离L1大于0并且小于等于排气喉口2的直径D2的0.3倍，具体的，第一预设距离L1可以为排气喉口2的直径D2的0.1倍或0.2倍或0.3倍。和/或，第二预设距离L2大于0并且小于等于进气喉口1的直径D1的0.3倍，具体的，第二预设距离L2可以为进气喉口1的直径D1的0.1倍或0.2倍或0.3倍。实际应用过程中可以根据具体机型选择对应的设计参数。
需要说明的是，本发明中的连通槽9位于进气倒角3和排气倒角4之间，主要用于将来自进气喉口1的气流引导至排气喉口2一侧，优选地，连通槽9相对进排气喉口中心连线21呈对称结构。
进一步优选地，连通槽9的两侧壁均沿直线延伸，如此布置，连通槽9具体可以加工成直槽或梯形槽。当然，连通槽9的侧壁还可以沿弧线或渐近线或双曲线等曲线延伸，本文不再赘述。
进一步优选地，连通槽9的两侧壁的延伸方向均与进排气喉口中心连线21平行，即，连通槽9优选加工为直槽结构。
优选地，连通槽9的两侧壁与进气倒角3和排气倒角4的相接处均为圆滑过渡面结构。如此布置，可以减小气流流经连通槽9时的动能损失。
优选地，连通槽9的宽度H大于0并且小于等于排气喉口2的直径D2，具体的，连通槽9的宽度H可以为排气喉口2的直径D2的0.1倍或0.2倍或0.3倍或0.4倍或0.5倍或0.6倍或0.7倍或0.8倍或0.9倍或1倍。实际应用过程中可以根据具体机型选择对应的设计参数。
本发明采用连通槽9将进气侧和排气侧的倒角连通布置，在压缩过程中，可以通过连通槽9的结构将流经火花塞附近的气流进一步扰动，形成更多湍流，从而大大增加火花塞附近的湍动能，加快火焰传播速度，进一步提升燃气发动机的热效率。
需要说明的是，本发明中的进气倒角3和排气倒角4在气缸盖底面17的轮廓可以为圆形或非圆形，即，进气倒角3和排气倒角4均可以设计为圆形回转倒角结构，也可以设计为非圆形倒角结构，例如椭圆形倒角结构。为了便于加工，优选地，进气倒角3和/或排气倒角4为圆形回转倒角，即，进气倒角3和/或排气倒角4为回转特征去除气缸盖材料后加工所得的倒角结构。
根据不同的回转加工面，可以得到纵截面形状不同的倒角结构，例如，采用圆锥形回转加工面去除气缸盖材料后，得到的倒角结构的纵截面为直线形结构。优选地，进气倒角3的纵截面和/或排气倒角4的纵截面为直线或曲线。
进一步优选地，进气倒角3的纵截面和/或排气倒角4的纵截面为朝气缸内部方向凸出的曲线，如图2所示，在该方案中，向气缸内凸出的倒角面可以防止气流在流经倒角时发生流动分离，从而保证更多气流进入到连通槽9内。
需要说明的是，进气倒角3和/或排气倒角4的回转中心线可以相对进气喉口轴线11平行布置，也可以相对进气喉口轴线11倾斜布置。
优选地，进气倒角3的回转中心线（进气倒角回转中心线12）相对进气喉口轴线11倾斜布置并且使进气倒角3的下端开口朝向排气喉口2方向布置，如此设置，可以使进气喉口1靠近排气喉口2一侧的边缘加工出更宽的倒角面，同时，该侧的倒角面与气缸盖底面17以及进气喉口1的壁面之间的过渡也更加平滑，从而减小了气流流经进气倒角3时的动能损失。同时，排气倒角4的回转中心线也可以相对排气喉口2的轴线倾斜布置并且使排气倒角4的下端开口朝向进气喉口1方向布置。
需要说明的是，进气倒角3的回转中心线相对于进气喉口轴线11的倾斜角度与排气倒角4的回转中心线相对于排气喉口轴线的倾斜角度可以设计为相等或不等。优选地，进气倒角回转中心线12相对进气喉口轴线11倾斜的倾斜角度θ大于0°并且小于等于30°，具体的，倾斜角度θ可以为30°或20°或10°或5°。与进气倒角回转中心线12的倾斜角度类似，排气倒角4的回转中心线相对排气喉口2的轴线的倾斜角度大于0°并且小于等于30°，具体可以为30°或20°或10°或5°。
需要说明的是，本发明提供的气缸盖可以适用于两气门发动机或多气门发动机，即，进气喉口1的数量可以为一个或两个或三个或更多个，排气喉口2的数量也可以为一个或两个或更多个，本文不再一一赘述。
在一种优选实施例方案中，气缸盖包括第一进气喉口19和第二进气喉口20，第一进气喉口19与缸盖进气口18的距离小于第二进气喉口20与缸盖进气口18的距离，第一进气喉口19内设置有第一进气门座圈13，第二进气喉口20内设置有第二进气门座圈14，第一进气门座圈13距气缸盖底面17的高度H1大于第二进气门座圈14距气缸盖底面17的高度H2。第一进气喉口19连接有第一进气道19，第二进气喉口20连接有第二进气道16，如图4所示。
进气喉口1内安装有进气门座圈10，用于与进气门配合开闭以实现进气的开关控制，进气喉口1连接有进气道用于引导进气气流，缸盖进气口18是进气道的进气口，第一进气喉口19的中心和第二进气喉口20的中心的连线与发动机曲轴中心线呈一定的角度，必然导致其中一个进气喉口与缸盖进气口18的距离大于另一个进气喉口与缸盖进气口18的距离，本方案中第二进气喉口20与缸盖进气口18的距离L4大于第一进气喉口19与缸盖进气口18的距离L3，如图5所示。本方案将距离缸盖进气口18更近的第一进气门座圈13距气缸盖底面17的高度H1设计为高于第二进气门座圈14距气缸盖底面17的高度H2，其作用是在保证气道滚流比的前提下最大程度地提高气道的流通能力。其原理是，由于两个进气门座圈到缸盖进气口18的距离不同，第一进气喉口19连接的第一进气道15可以设计的更加短粗，从而没有空间来更改气道的形状以使其更有利的产生滚流。因此，本方案将第一进气门座圈13距气缸盖底面17的高度H1增加，使气门在开启的过程中，第一进气门座圈13下方的导向壁的导流长度进一步延长，从而更有利于产生滚流。与此同时，由于气流通过导向壁的引导，更有利于向目标方向（朝向排气喉口2的方向）运动，从而可以减小两个进气门中心连线方向上的气流干扰。
优选地，第一进气门座圈13与第二进气门座圈14的高度差大于0且小于等于进气门直径的0~0.2倍。
需要说明的是，对于具有两个或三个或更多个进气喉口1的气缸盖，进气道的数量为两个或三个或更多个，各个进气道之间可以相互分隔布置，也可以将各个进气道的上游部分（即靠近缸盖进气口18的一段）相互连通成一个总的进气段。
需要说明的是，本发明中的进气喉口1的数量为两个或三个或更多个时，每个进气喉口1底孔的进气倒角3可以均采用同样的结构或布置方式，也可以采用不同的结构或布置方式，例如，对于具有两个进气喉口1的气缸盖结构，将两个进气喉口1设计为非对称结构，其中一个进气喉口1底孔的进气倒角3可以设计为纵截面为直线形的圆形回转倒角结构，另一个进气喉口1底孔的进气倒角3的纵截面则可以设计为曲线形。
需要说明的是，进气道的进气口（即缸盖进气口18）一般布置于气缸盖的侧面，当然，本发明提供的气缸盖也可以将缸盖进气口18布置于气缸盖的顶面或底面，从而便于不同型号的发动机的安装布置。
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 (20)

1.一种气缸盖，包括进气喉口和排气喉口，其特征在于，所述进气喉口的底孔设有进气倒角，所述排气喉口的底孔设有排气倒角，所述进气倒角的中心相对所述进气喉口的中心向所述排气喉口方向偏移第一预设距离，气缸盖底面设置有连通于所述进气倒角和所述排气倒角之间的连通槽；
所述进气喉口的数量为两个，分别为第一进气喉口和第二进气喉口，所述第一进气喉口与缸盖进气口的距离小于所述第二进气喉口与所述缸盖进气口的距离，所述第一进气喉口内设置有第一进气门座圈，所述第二进气喉口内设置有第二进气门座圈，所述第一进气门座圈距所述气缸盖底面的高度大于所述第二进气门座圈距所述气缸盖底面的高度。
2.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述排气倒角的中心相对所述排气喉口的中心向所述进气喉口方向偏移第二预设距离。
3.根据权利要求2所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角的中心和/或所述排气倒角的中心位于所述进气喉口和所述排气喉口的中心连线上。
4.根据权利要求2所述的气缸盖，其特征在于，所述第一预设距离大于0并且小于等于所述排气喉口的直径0.3倍，和/或，所述第二预设距离大于0并且小于等于所述进气喉口的直径0.3倍。
5.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述连通槽相对所述进气喉口和所述排气喉口的中心连线呈对称结构。
6.根据权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，所述连通槽的两侧壁均沿直线延伸。
7.根据权利要求6所述的气缸盖，其特征在于，所述连通槽的两侧壁的延伸方向均与所述进气喉口和所述排气喉口的中心连线平行。
8.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述连通槽的两侧壁与所述进气倒角和所述排气倒角的相接处均为圆滑过渡面结构。
9.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述连通槽的宽度大于0并且小于等于所述排气喉口的直径。
10.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角和/或所述排气倒角为圆形回转倒角。
11.根据权利要求10所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角的纵截面和/或所述排气倒角的纵截面为直线或曲线。
12.根据权利要求10所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角的纵截面和/或所述排气倒角的纵截面为朝气缸内部方向凸出的曲线。
13.根据权利要求10所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角和/或所述排气倒角的回转中心线相对所述进气喉口的轴线平行。
14.根据权利要求10所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角的回转中心线相对所述进气喉口的轴线倾斜布置并且使所述进气倒角的下端开口朝向所述排气喉口方向布置，和/或，所述排气倒角的回转中心线相对所述排气喉口的轴线倾斜布置并且使所述排气倒角的下端开口朝向所述进气喉口方向布置。
15.根据权利要求14所述的气缸盖，其特征在于，所述进气倒角的回转中心线相对所述进气喉口的轴线的倾斜角度小于等于30°，所述排气倒角的回转中心线相对所述排气喉口的轴线的倾斜角度小于等于30°。
16.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述第一进气门座圈与所述第二进气门座圈的高度差小于等于进气门直径的0.2倍。
17.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，包括至少两个进气道，且各个所述进气道分隔布置。
18.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，两个所述进气喉口的所述进气倒角不同。
19.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，包括缸盖进气口，所述缸盖进气口布置于所述气缸盖的侧面或顶面或底面。
20.一种燃气发动机，其特征在于，包括如权利要求1至19中任一项所述的气缸盖。
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