CN113404614A - 一种气缸盖以及燃气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气缸盖以及燃气发动机，该气缸盖包括缸盖进气口、进气道、进气喉口、排气喉口以及进气门座圈，进气喉口远离排气喉口的一侧边缘为第一边缘，进气喉口靠近排气喉口的一侧边缘为第二边缘，进气道包括连接于第一边缘的第一壁面以及连接于第二边缘的第二壁面，第一壁面设有位于进气门座圈上方的滚流尖角，第一壁面和/或第二壁面在滚流尖角的上游还设置有用于将进气气流向第二壁面引导的预抛射导流部；通过在进气道内设置预抛射导流部以及滚流尖角，可以实现进气气流在进气道内的分配，实现了对进气气流的有效导流，使大部分进气气流贴近第二壁面，这样有利于增强滚流强度，在压缩末期形成湍流，提升燃气发动机的热效率。

Description

一种气缸盖以及燃气发动机

技术领域

本发明涉及燃气发动机技术领域，特别涉及一种气缸盖以及燃气发动机。

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，需要燃气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，本发明的第一个目的在于提供一种气缸盖，以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。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气缸盖，包括缸盖进气口、进气道、进气喉口、排气喉口以及进气门座圈，所述进气喉口远离所述排气喉口的一侧边缘为第一边缘，所述进气喉口靠近所述排气喉口的一侧边缘为第二边缘，所述进气道包括连接于所述第一边缘的第一壁面以及连接于所述第二边缘的第二壁面，所述第一壁面设有位于所述进气门座圈上方的滚流尖角，所述第一壁面和/或所述第二壁面在所述滚流尖角的上游还设置有用于将进气气流向第二壁面引导的预抛射导流部。

优选地，所述预抛射导流部为设置于所述第一壁面的预导流尖角。

优选地，所述预导流尖角向平行于所述气缸盖的底面的方向或倾斜地向所述气缸盖的底面的方向延伸，所述滚流尖角向平行于所述气缸盖的底面的方向或倾斜地向远离所述气缸盖的底面的方向延伸。

优选地，所述预导流尖角的末端与所述进气门座圈的中心线的距离为所述进气门座圈内径的1.5~ 3倍。

优选地，所述预抛射导流部为所述第一壁面或所述第二壁面向远离所述气缸盖的底面方向拱起形成的起拱结构。

优选地，所述第一壁面以及所述第二壁面均向远离所述气缸盖的底面的方向拱起。

优选地，所述缸盖进气口设置于所述气缸盖的顶面，所述进气道包括连接于所述起拱结构的上游的入口段，所述入口段向所述气缸盖的底面延伸。

优选地，所述缸盖进气口设置于所述气缸盖的侧面，所述缸盖进气口的端面与所述气缸盖的底面垂直，或者所述进气口的端面朝向所述气缸盖的底面倾斜布置。

优选地，所述进气道的靠近所述进气喉口的一段为滚流导向段，所述滚流导向段相对于所述气缸盖的底面倾斜布置，同时经过所述进气喉口的轴线和所述排气喉口的轴线的平面为竖向特征面，所述第二壁面位于所述滚流导向段内的部分与所述竖向特征面的交线为壁面特征线，所述壁面特征线为相对所述气缸盖的底面倾斜的直线。

优选地，所述第二壁面位于所述滚流导向段内的部分与所述气缸盖的底面的最大距离为所述进气门座圈内径的0.8~1.5倍。

优选地，所述壁面特征线与所述气缸盖的底面的夹角为40°~80°。

优选地，所述进气道的靠近所述进气喉口的一段为滚流导向段，所述滚流导向段相对于所述气缸盖的底面倾斜布置，同时经过所述进气喉口的轴线和所述排气喉口的轴线的平面为竖向特征面，所述第二壁面位于所述滚流导向段内的部分与所述竖向特征面的交线为壁面特征线，所述壁面特征线为朝所述气缸盖的底面方向凸出的弧形线。

优选地，所述第二壁面位于所述滚流导向段内的部分在所述气缸盖的底面的投影的长度为所述进气门座圈内径的1~1.5倍。

优选地，所述进气喉口的数量为一个或两个或三个，每个所述进气喉口均对应连接有一个所述进气道。

优选地，所述进气道的数量为两个或三个，且各个所述进气道分隔布置。

优选地，所述进气道的数量为两个或三个，且至少两个所述进气道内的所述预抛射导流部和/或所述滚流尖角不同。

优选地，所述缸盖进气口布置于所述气缸盖的侧面或顶面或底面。

一种燃气发动机，包括如上任意一项所述的气缸盖。

为实现上述目的，本发明提供了一种气缸盖，该气缸盖包括缸盖进气口、进气道、进气喉口、排气喉口以及进气门座圈，其中，进气喉口远离排气喉口的一侧边缘为第一边缘，进气喉口靠近排气喉口的一侧边缘为第二边缘，进气道包括连接于第一边缘的第一壁面以及连接于第二边缘的第二壁面，第一壁面设有位于进气门座圈上方的滚流尖角，第一壁面和/或第二壁面在滚流尖角的上游还设置有用于将进气气流向第二壁面引导的预抛射导流部。

本发明的工作原理如下：

燃气发动机气缸吸气时，进气门打开，进气气流依次流经进气道、进气门及进气门座圈后进入气缸，在流经进气道的过程中，受进气道内设置的预抛射导流部以及滚流尖角的作用，进气气流贴近进气道的第二壁面，减少第一壁面一侧的进气气流，这种气流分布方式使气流在进入气缸后更容易形成大尺度的滚流运动，从而在气缸内形成有效的滚流。

由此可见，本发明在现有柴油机的基础上，通过在进气道内设置预抛射导流部以及滚流尖角，可以实现进气气流在进气道内的分配，实现了对进气气流的有效导流，使大部分进气气流贴近第二壁面，这样有利于增强滚流强度，在压缩末期形成湍流，提升燃气发动机的热效率。

本发明还提供了一种燃气发动机，该燃气发动机包括如上述所述的气缸盖，由于该气缸盖具有上述技术效果，则应用该气缸盖的燃气发动机也应具备上述技术效果，在此不再赘述。

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为本发明一种实施例提供的气缸盖的剖视图；

图2为本发明另一种实施例提供的气缸盖的剖视图；

图3为本发明又一种实施例提供的气缸盖的剖视图。

图1-图3中：

1为气缸盖；2为气缸；3为进气道；4为进气门座圈；5为第一壁面；6为第二壁面；7为滚流尖角；8为预导流尖角；9为滚流导向段；10为壁面特征线；11为气缸盖的底面。

具体实施方式

本发明的核心之一在于提供一种气缸盖，该气缸盖的结构设计能够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。

本发明的另一核心在于提供一种基于上述气缸盖的燃气发动机。

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。

请参阅图1和图2，图1为本发明一种实施例提供的气缸盖的剖视图，图2为本发明另一种实施例提供的气缸盖的剖视图。

本发明实施例提供的一种气缸盖1，包括缸盖进气口、进气道3、进气喉口、排气喉口以及进气门座圈4。

其中，缸盖进气口与进气道3相连，进气喉口远离排气喉口的一侧边缘为第一边缘，进气喉口靠近排气喉口的一侧边缘为第二边缘，进气道3包括连接于第一边缘的第一壁面5以及连接于第二边缘的第二壁面6，第一壁面5设有位于进气门座圈4上方的滚流尖角7，第一壁面5和/或第二壁面6在滚流尖角7的上游还设置有用于将进气气流向第二壁面6引导的预抛射导流部。

本发明提供的气缸盖1可以适用于两气门发动机或多气门发动机，即，进气喉口的数量可以为一个或两个或三个或更多个，排气喉口的数量也可以为一个或两个或更多个，本文不再一一赘述。

本发明的工作原理如下：

燃气发动机气缸2吸气时，进气门打开，进气气流依次流经进气道3、进气门及进气门座圈4后进入气缸2，在流经进气道3的过程中，受进气道3内设置的预抛射导流部以及滚流尖角7的作用，进气气流贴近进气道3的第二壁面6，减少第一壁面5一侧的进气气流，这种气流分布方式使气流在进入气缸2后更容易形成大尺度的滚流运动，从而在气缸2内形成有效的滚流。

由此可见，本发明在现有柴油机的基础上，通过在进气道3内设置预抛射导流部以及滚流尖角7，可以实现进气气流在进气道3内的分配，实现了对进气气流的有效导流，使大部分进气气流贴近第二壁面6，这样有利于增强滚流强度，在压缩末期形成湍流，提升燃气发动机的热效率。

预抛射导流部可以采用多种方式实现，在本发明一种实施例中，如图1所示，该预抛射导流部可以为设置于第一壁面5的预导流尖角8，该预导流尖角8与上述滚流尖角7的作用基本一致，都是将进气气流导向第二壁面6方向。

上述预导流尖角8以及滚流尖角7的伸出长度以及延伸方向可以相同或不同，如图1所示，在本发明一种具体实施例中，预导流尖角8向平行于气缸盖1的底面11的方向或倾斜地向气缸盖1的底面11的方向延伸，滚流尖角7向平行于气缸盖1的底面11的方向或倾斜地向远离气缸盖1的底面11的方向延伸，这样预导流尖角8能够避免对进入下冲阶段的进气气流之间造成大的阻力，保证进气气流的顺畅，滚流尖角7能够使进气气流更靠近第二壁面6。

作为优选地，预导流尖角8的末端与进气门座圈4的中心线的距离L₁为进气门座圈4内径D的1.5~3倍，具体地，预导流尖角8的末端与进气门座圈4的中心线的距离L₁为进气门座圈4内径D的1.5倍或2倍或2.5倍或3倍。

在本发明另一种实施例中，如图2所示，预抛射导流部为第一壁面5或第二壁面6向远离气缸盖1的底面11方向拱起形成的起拱结构，这种起拱结构同样可以使进气气流的大部分向第二壁面6靠近，从而实现对进气气流的导流。

如图2所示，在该实施例中，第一壁面5以及第二壁面6均向远离气缸盖1的底面11的方向拱起。缸盖进气口的高度L₃以及起拱结构的起拱高度L₄满足L₃：L₄=1：1~1：3，缸盖进气口的高度L₃为缸盖进气口的几何形心到气缸盖1的底面11的距离，起拱结构的起拱高度L₄为第一壁面5在起拱结构内的最高点到气缸盖1的底面11的距离。

本领域技术人员容易了解的是，缸盖进气口可以设置于气缸盖1的顶面、侧面或者底面，从而便于不同型号的发动机的安装布置，根据缸盖进气口的设置位置不同，图2所示实施例中的进气道3的结构也需要做适应性调整，比如，若将缸盖进气口设置于气缸盖1的顶面，则进气道3还应当包括连接于起拱结构的上游的入口段，入口段向气缸盖1的底面11延伸，这样入口段、起拱结构以及后面的滚流导向段9构成S形气道结构。

当缸盖进气口设置于气缸盖1的侧面，缸盖进气口的端面与气缸盖1的底面11垂直，或者进气口的端面朝向气缸盖1的底面11倾斜布置，如图2所示。

作为优选地，进气道3的靠近进气喉口的一段为滚流导向段9，滚流导向段9相对于气缸盖1的底面11倾斜布置，同时经过进气喉口的轴线和排气喉口的轴线的平面为竖向特征面，第二壁面6位于滚流导向段9内的部分与竖向特征面的交线为壁面特征线10，如图3所示，在一种实施例中，该壁面特征线10为相对气缸盖1的底面11倾斜的直线，即在进气方向上，滚流导向段9沿着直线下冲的方向延伸，从而使得经过预抛射导流部以及滚流尖角7抛射出来的气流进一步沿着直线下冲的方向流动，进气气流在进入进气喉口之前快速下降，因此，本方案能够在减小气体流动能量损失的同时进一步提高滚流强度。

进一步优化上述技术方案，第二壁面6位于滚流导向段9内的部分与气缸盖1的底面11的最大距离L₅为进气门座圈4内径的0.8~1.5倍。

进一步优选地，上述壁面特征线10与气缸盖1的底面11的夹角为40°~80°。

如图1所示，在另一种实施例中，进气道3的靠近进气喉口的一段为滚流导向段9，滚流导向段9相对于气缸盖1的底面11倾斜布置，同时经过进气喉口的轴线和排气喉口的轴线的平面为竖向特征面，第二壁面6位于滚流导向段9内的部分与竖向特征面的交线为壁面特征线10，壁面特征线10为朝气缸盖1的底面11方向凸出的弧形线，即相当于将滚流导向段9整体向气缸盖1的底面11方向凸出弯曲。如此设置，滚流导向段9的上半段就可以将进气气流引导至对侧的滚流尖角7，由滚流尖角7抛射出来的气流再沿着滚流导向段9的下半段快速下降至进气喉口，从而加剧进气气流向排气喉口方向移动的趋势。

作为优选地，第二壁面6位于滚流导向段9内的部分在气缸盖1的底面11的投影的长度L₂为进气门座圈4内径D的1~1.5倍，具体地，第二壁面6位于滚流导向段9内的部分在气缸盖1的底面11的投影的长度L₂为进气门座圈4内径D的1倍或1.2倍或1.5倍。

进一步优化上述技术方案，进气喉口的数量为一个或两个或三个，每个进气喉口均对应连接有一个进气道3，若进气道3的数量为多个，则各个进气道3可以相互分隔布置，也可以在远离进气喉口的一端连接为一体。

作为优选地，进气道3的数量为多个时，且至少两个进气道3内的预抛射导流部和/或滚流尖角7不同。

基于上述气缸盖1，本发明实施例还提供了一种燃气发动机，该燃气发动机包括如上述实施例所述的气缸盖1，由于燃气发动机采用了上述实施例中的气缸盖1，因此该燃气发动机的技术效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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 (18)

1.一种气缸盖，包括缸盖进气口、进气道（3）、进气喉口、排气喉口以及进气门座圈（4），其特征在于，所述进气喉口远离所述排气喉口的一侧边缘为第一边缘，所述进气喉口靠近所述排气喉口的一侧边缘为第二边缘，所述进气道（3）包括连接于所述第一边缘的第一壁面（5）以及连接于所述第二边缘的第二壁面（6），所述第一壁面（5）设有位于所述进气门座圈（4）上方的滚流尖角（7），所述第一壁面（5）和/或所述第二壁面（6）在所述滚流尖角（7）的上游还设置有用于将进气气流向第二壁面（6）引导的预抛射导流部。

2.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述预抛射导流部为设置于所述第一壁面（5）的预导流尖角（8）。

3.根据权利要求2所述的气缸盖，其特征在于，所述预导流尖角（8）向平行于所述气缸盖（1）的底面的方向或倾斜地向所述气缸盖（1）的底面的方向延伸，所述滚流尖角（7）向平行于所述气缸盖（1）的底面的方向或倾斜地向远离所述气缸盖（1）的底面的方向延伸。

4.根据权利要求2或3所述的气缸盖，其特征在于，所述预导流尖角（8）的末端与所述进气门座圈（4）的中心线的距离为所述进气门座圈（4）内径的1.5~ 3倍。

5.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述预抛射导流部为所述第一壁面（5）或所述第二壁面（6）向远离所述气缸盖（1）的底面方向拱起形成的起拱结构。

6.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述第一壁面（5）以及所述第二壁面（6）均向远离所述气缸盖（1）的底面的方向拱起以形成起拱结构。

7.根据权利要求6所述的气缸盖，其特征在于，所述缸盖进气口设置于所述气缸盖（1）的顶面，所述进气道（3）包括连接于所述起拱结构的上游的入口段，所述入口段向所述气缸盖（1）的底面延伸。

8.根据权利要求6所述的气缸盖，其特征在于，所述缸盖进气口设置于所述气缸盖（1）的侧面，所述缸盖进气口的端面与所述气缸盖（1）的底面垂直，或者所述进气口的端面朝向所述气缸盖（1）的底面倾斜布置。

9.根据权利要求1-3及5-8任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述进气道（3）的靠近所述进气喉口的一段为滚流导向段（9），所述滚流导向段（9）相对于所述气缸盖（1）的底面倾斜布置，同时经过所述进气喉口的轴线和所述排气喉口的轴线的平面为竖向特征面，所述第二壁面（6）位于所述滚流导向段（9）内的部分与所述竖向特征面的交线为壁面特征线（10），所述壁面特征线（10）为相对所述气缸盖（1）的底面倾斜的直线。

10.根据权利要求9所述的气缸盖，其特征在于，所述第二壁面（6）位于所述滚流导向段（9）内的部分与所述气缸盖（1）的底面的最大距离为所述进气门座圈（4）内径的0.8~1.5倍。

11.根据权利要求9所述的气缸盖，其特征在于，所述壁面特征线（10）与所述气缸盖（1）的底面的夹角为40°~80°。

12.根据权利要求1-3及5-8任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述进气道（3）的靠近所述进气喉口的一段为滚流导向段（9），所述滚流导向段（9）相对于所述气缸盖（1）的底面倾斜布置，同时经过所述进气喉口的轴线和所述排气喉口的轴线的平面为竖向特征面，所述第二壁面（6）位于所述滚流导向段（9）内的部分与所述竖向特征面的交线为壁面特征线（10），所述壁面特征线（10）为朝所述气缸盖（1）的底面方向凸出的弧形线。

13.根据权利要求12所述的气缸盖，其特征在于，所述第二壁面（6）位于所述滚流导向段（9）内的部分在所述气缸盖（1）的底面的投影的长度为所述进气门座圈（4）内径的1~1.5倍。

14.根据权利要求1-3、5-8、10、11及13任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述进气喉口的数量为一个或两个或三个，每个所述进气喉口均对应连接有一个所述进气道（3）。

15.根据权利要求1-3、5-8、10、11及13任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述进气道（3）的数量为两个或三个，且各个所述进气道（3）分隔布置。

16.根据权利要求1-3、5-8、10、11及13任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述进气道（3）的数量为两个或三个，且至少两个所述进气道（3）内的所述预抛射导流部和/或所述滚流尖角（7）不同。

17.根据权利要求1-3、5及6任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述缸盖进气口布置于所述气缸盖（1）的侧面或顶面或底面。

18.一种燃气发动机，其特征在于，包括如权利要求1-17任意一项所述的气缸盖（1）。

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