CN114000963B - 一种发动机进气道结构、发动机及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机进气道结构、发动机及汽车，属于车辆技术领域，包括主进气道以及在主进气道尾端分岔形成的两个分进气道，主进气道的首端为进口端，两个分进气道的尾端分别为出口端；主进气道内壁面与分进气道内壁面的相接处形成沿周向延伸的第一拐点周线；主进气道由进口端向第一拐点周线逐渐向外扩张，或者主进气道由进口端先逐渐向外扩张再呈直筒状延伸至第一拐点周线；两个分进气道分别由第一拐点周线向出口端逐渐向内收缩。本发明可同时提升进气道的滚流比和进气道的流通能力，提升发动机的热效率，实现发动机的高经济性与高动力性的有机结合。

Description

一种发动机进气道结构、发动机及汽车

技术领域

本发明属于车辆技术领域，更具体地说，是涉及一种发动机进气道结构、发动机及汽车。

背景技术

目前，提升发动机的热效率成为各主机厂的追逐目标，提升热效率最直接的办法就是提升燃烧速度，而主流的提升燃烧速度的方式是提升点火时刻缸内的湍动能，湍动能主要由缸内的滚流在压缩上止点时破碎转换而来，滚流是缸内气流运动的一种，指对于汽油机在进气过程中形成的绕气缸轴线垂直线旋转的有组织的旋流。当活塞接近上止点时，大尺度的滚流破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度和湍动能增加，故缸内滚流强度与点火时刻的湍动能存在正相关性。

为了提升进气道的滚流比，现有技术的主流措施是在进气道靠近气门的下曲面设置凸起，使多数气体流向气门上部开口，或是进气道的下曲面设置一段具有指向进气道出口中心的斜率段，无论是设置凸起还是斜率段，都是通过物理结构对气体进行遮挡、导向，且凸起或斜率段都存在降低气道流通面积的问题，即进气道的滚流比提高，进气道的流通能力流量系数下降的问题。而流量系数降低，会影响发动机的进气量，导致发动机功率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机进气道结构、发动机及汽车，旨在解决现有技术中存在的进气道的滚流比提升导致流量系数降低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种发动机进气道结构，包括包括主进气道以及在所述主进气道尾端分岔形成的两个分进气道，所述主进气道的首端为进口端，两个所述分进气道的尾端分别为出口端；

所述主进气道内壁面与所述分进气道内壁面的相接处形成沿周向延伸的第一拐点周线；所述主进气道由所述进口端向所述第一拐点周线逐渐向外扩张，或者所述主进气道由所述进口端先逐渐向外扩张再呈直筒状延伸至所述第一拐点周线；两个所述分进气道分别由所述第一拐点周线向所述出口端逐渐向内收缩。

在一种可能的实现方式中，定义所述主进气道下部的横截面为第一截面，所述主进气道的中心流线与所述第一截面的交点为第一交点，所述第一交点至所述第一截面底边的垂直距离为第一垂直距离；

其中，所述第一垂直距离与所述第一截面的高度比值大于0.35且小于等于0.5。

一些实施例中，所述第一截面的宽度值大于等于进气门座圈半径的四倍且小于等于两个进气门中心点之间的距离的2倍。

一些实施例中，定义所述分进气道上部的横截面为第二截面，所述分进气道的中心流线与所述第二截面的交点为第二交点，所述第二交点至所述第二截面底边的垂直距离为第二垂直距离；

其中，所述第二垂直距离与所述第二截面的高度比值大于0.3且小于等于所述第一垂直距离与所述第一截面的高度比值。

一些实施例中，定义所述分进气道下部的横截面为第三截面，所述分进气道的中心流线与所述第三截面的交点为第三交点，所述第三交点至所述第三截面底边的垂直距离为第三垂直距离；

其中，所述第三垂直距离与所述第三截面的高度比值大于0.25且小于等于所述第二垂直距离与所述第二截面的高度比值。

在一种可能的实现方式中，定义进气门中心线和排气门中心线所在的平面为第一参考面；所述分进气道的中心流线在所述第一参考面上的投影为第一曲线，过所述第一曲线上的任一点的切线为第一切线，所述第一切线与所述进气门中心线的夹角为第一夹角；定义气缸中心线与所述进气门中心线的夹角为第二夹角，其中，所述第一夹角为所述第二夹角的2～3倍。

一些实施例中，定义过所述第一曲线上对应所述出口端的点的切线为第二切线，所述第二切线通过进气门座圈上部的中心点。

在一种可能的实现方式中，所述主进气道的进口端的横截面积大于等于进气门座圈横截面积的二倍；所述分进气道上部的横截面积为进气门座圈横接面积的1～1.5倍。

本发明提供的发动机进气道结构的有益效果在于：本发明发动机进气道结构，主进气道主要用于承接来自进气歧管的新鲜空气，以及稳定新鲜空气的流向和速度，使新鲜空气以较高的速度进入分进气道；主进气道由进口端向第一拐点周线逐渐向外扩张，或者主进气道由进口端先逐渐向外扩张再呈直筒状延伸至第一拐点周线，可以减小气流流动损失，同时增大气道流通面积；分进气道用于确定新鲜空气进入缸盖燃烧室的走向，分进气道分别由第一拐点周线向出口端逐渐向内收缩，使更多的气流以正向气流的方向进入气缸，增加正向气流的流通比例，也增加缸内正向滚流的能力，同时还可以提高流进分进气道的下曲面部的气体流速，高流速的气体会带动普通流速的气体，进一步增加分进气道出口端滚流气体的比例和气体充量。

与现有技术相比，本发明提供的发动机进气道结构，通过优化主进气道和分进气道的结构，引导气流的走向，调整气流的分布速度，进而引导缸内混合气的流动，在不降低气道流通面积的前提下，即在不降低进气道流量系数的前提下，实现了超级滚流比的需求，解决了进气道不能同时兼得高流通能力、高滚流比的难题，实现了气缸内高滚流湍动能和高气体充量的统一，实现了发动机的高经济性与高动力性的有机结合。

本发明还提供了一种发动机，包括上述的发动机进气道结构。

本发明还提供了一种汽车，包括上述的发动机。

本发明提供的发动机、汽车，由于采用了上述的发动机进气道结构，可同时提升进气道的滚流比和进气道的流通能力，提升发动机的热效率，实现发动机的高经济性与高动力性的有机结合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的一种发动机进气道结构的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种发动机进气道结构的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种发动机缸盖的俯视结构示意图；

图4为沿图3中A-A线的剖视结构示意图；

图5为沿图1中第一截面的剖视结构示意图；

图6为沿图1中第二截面的剖视结构示意图；

图7为沿图1中第三截面的剖视结构示意图；

图8为沿图1中第四截面的剖视结构示意图；

图9为沿图1中第五截面的剖视结构示意图。

图中：1、主进气道；101、进口端；11、渐开部；12、扩张部；2、分进气道；201、出口端；3、燃烧室；4、火花塞；5、进气门；6、排气门；7、气缸盖；8、气缸；9、喷油器；10、排气道；M、中心面；S1、第一截面；S2、第二截面；S3、第三截面；S4、第四截面；S5、第五截面；L、中心流线；L1、进气门中心线；L2、气缸中心线；L3、第一曲线；L4、第二切线；O1、第一交点；O2、第二交点；O3、第三交点；a1、第一夹角；a2、第二夹角；e1、第一截面的高度；e2、第二截面的高度；e3、第三截面的高度；e4、第四截面的高度；e5、第五截面的高度；f1、第一截面的宽度；f2、第二截面的宽度；f3、第三截面的宽度；f4、第四截面的宽度；f5、第五截面的宽度；h1、第一垂直距离；h2、第二垂直距离；h3、第三垂直距离；l1、下沿线；l2、上沿线。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的发动机进气道结构进行说明。所述发动机进气道结构，包括主进气道1以及在主进气道1尾端分岔形成的两个分进气道2，主进气道1的首端为进口端101，两个分进气道2的尾端分别为出口端201；其中，主进气道1内壁面与分进气道2内壁面的相接处形成沿周向延伸的第一拐点周线；主进气道1由进口端101向第一拐点周线逐渐向外扩张，或者主进气道1由进口端101先逐渐向外扩张再呈直筒状延伸至第一拐点周线；两个分进气道2分别由第一拐点周线向出口端201逐渐向内收缩。

需要说明的是，本实施例所限定的第一拐点周线是虚设线，仅是为了便于阐述主进气道1与分进气道2的对接位置。主进气道1和分进气道2于第一拐点周线处平滑过渡。

本发明所提供的一种发动机进气道结构，成型于发动机的气缸盖7上，气缸盖7上装设有进气门5，进气门5可构成进气道与燃烧室3间的通、断。发动机整体包括发动机气缸8和发动机气缸盖7，气缸8和气缸盖7扣合围成了发动机的燃烧室3；除了上述的进气门5和进气道外，在气缸盖7上还装设有喷油器9、火花塞4以及排气门6，并在气缸盖7上还构造有发动机排气道10，如图3及图4所示。

由于主进气道1由进口端101向第一拐点周线逐渐向外扩张，或者主进气道1由进口端101先逐渐向外扩张再呈直筒状延伸至第一拐点周线，本实施例将主进气道1分为渐开部11和扩张部12。具体地，主进气道1的内壁面具有沿周向延伸的第二拐点周线，以第二拐点周线为基准，主进气道1分割为渐开部11和扩张部12，渐开部11由进口端101向第二拐点周线逐渐向外扩张，扩张部12由第二拐点周线向第一拐点周线逐渐向外扩张，或者扩张部12由第二拐点周线向第一拐点周线呈直筒状延伸。

第二拐点周线也是虚设线，仅是为了便于阐述渐开部11与扩张部12的对接位置，第二拐点周线靠近进口端101设置。

发动机在工作过程中：渐开部11用于承接来自进气歧管的新鲜空气，渐开部11进口端101的朝向与进气歧管出口端201的朝向相同，可以避免气流方向突变；渐开部11由进口端101向第二拐点周线逐渐向外扩张，一方面，可以减小气流流动损失，使气流流动更顺畅，使气体的沿程流量损失减小，更好的保证新鲜空气的能量，另一方面还增大气道流通面积；

扩张部12用于稳定新鲜空气的流动，同时为新鲜空气进入燃烧室3做准备。扩张部12的扩张幅度较小，或者呈直筒状延伸。扩张部12可以稳定渐开部11吸入的新鲜空气的流向和速度，同时稳定新鲜空气的流动，使新鲜空气以较高的速度进入分进气道2；

分进气道2用于确定新鲜空气进入燃烧室3的走向，具体地，分进气道2的上部为气流冲进燃烧室3做最后准备，分进气道2的下部对气流走向进行最后的休整和调节；分进气道2分别由第一拐点周线向出口端201逐渐向内收缩，使更多的气流以正向气流的方向进入气缸8，增加正向气流的流通比例，也增加缸内正向滚流的能力，同时还可以提高流进分进气道2的下曲面部的气体流速，高流速的气体会带动普通流速的气体，进一步增加分进气道2出口端201滚流气体的比例和气体充量。

与现有技术相比，本发明提供的发动机进气道结构，通过优化主进气道1和分进气道2的结构，引导气流的走向，调整气流的分布速度，进而引导缸内混合气的流动，在不降低气道流通面积的前提下，即在不降低进气道流量系数的前提下，实现了超级滚流比的需求，解决了进气道不能同时兼得高流通能力、高滚流比的难题，实现了气缸8内高滚流湍动能和高气体充量的统一，实现了发动机的高经济性与高动力性的有机结合。

在一些实施例中，上述发动机进气道结构可以采用如图1及图2所示结构。参见图1及图2，两个分进气道2以主进气道1的中心面M为基准呈对称设置；在发动机进气道结构的长度方向上，发动机进气道结构具有两条中心流线L，两条中心流线L以中心面M为基准呈对称设置。

需要说明的是，本发明实施例所限定的中心面M是虚设面，主进气道1的内腔并不存在该中心面M，可以理解为，两个分进气道2以该中心面M为基准呈对称设置；两条中心流线L也是虚设线，进气道结构也不存在该中心流线L，虚设中心流线L和中心面M是为了从角度设计的方面说明主进气道1和分进气道2的结构。

对于中心流线L的设定，可以理解为：主进气道1以中心面M为基准面，分隔成两部分，主进气道1的两个部分分别与两个分进气道2对接。若定义与气缸盖7的底面平行的平面为第二参考面，该进气道结构在第二参考面上的投影如图2所示，该进气道结构具有投影在第二参考面上的边缘轮廓线。以中心面M为基准，在图2中的左半部分，主进气道1的左边缘轮廓线和中心面M之间部位上的各中心点的连线以及分进气道2的各中心点的连线即为中心流线L。

另外，定义该进气道结构的长度方向上各最低点间的连线为下沿线l1，该进气道结构的长度方向上各最高点间的连线为上沿线l2。需要说明的是，以下各个实施例所定义的横截面是分别与下沿线l1、上沿线l2垂直的横截面。

定义主进气道1下部的横截面为第一截面S1。主进气道1的扩张部12用于稳定新鲜空气的流动，同时还要为进入分进气道2做准备，由于主进气道1分成两个独立的分进气道2，为了保证空气正常流动，限定第一截面的宽度f1大于等于进气门座圈半径的四倍且小于等于两个进气门5中心点之间的距离的2倍。

若f1过大，导致主进气道1占用的横向空间过大，直接影响气缸盖7的横向长度，影响发动机的体积，若f1过小，气流容易在分进气道2内形成漩涡，影响气流的正常流动。

为进一步提高气道滚流比，提高主进气道1下去面部的气流速度，本实施例还限定了第一截面S1的内腔高度比值。具体地，中心流线L与第一截面S1的交点为第一交点O1，第一交点O1至第一截面S1底边的垂直距离为第一垂直距离h1，如图5所示；其中，第一垂直距离h1与第一截面的高度e1的比值大于0.35且小于等于0.5。

第一垂直距离h1就是第一交点O1至下沿线l1的最短距离，第一截面的高度e1就是第一交点O1至下沿线l1的最短距离与第一交点O1至上沿线l2的最短距离之和。

限定h1与e1的比值，可以使流经主进气道1中心和主进气道1下曲面部的气流速度较流经主进气道1的上曲面部的气流速度提高5％～20％，使气体以较高的速度进入分进气道2，在满足流通面积的同时，增加进气的速度和能量.

需要说明的是，由于进气道结构是倾斜开设于气缸盖7上，因此，上述限定的上曲面部指的是主进气道1的靠近气缸盖7顶部的部位，下曲面部指的是主进气道1的靠近气缸盖7底面的部位，上曲面部和下曲面部围合呈中空的筒状结构。

定义分进气道2上部的横截面为第二截面S2，中心流线L与第二截面S2的交点为第二交点O2，第二交点O2至第二截面S2底边的垂直距离为第二垂直距离h2，如图6所示；其中，第二垂直距离h2与第二截面的高度e2的比值大于0.3且小于等于第一垂直距离h1与第一截面的高度e1的比值。

同时，定义分进气道2下部的横截面为第三截面S3，中心流线L与第三截面S3的交点为第三交点O3，第三交点O3至第三截面S3底边的垂直距离为第三垂直距离h3，如图7所示；其中，第三垂直距离h3与第三截面的高度e3的比值大于0.25且小于等于第二垂直距离h2与第二截面的高度e2的比值。

第二垂直距离h2就是第二交点O2至下沿线l1的最短距离，第二截面的高度e2就是第二交点O2至下沿线l1的最短距离与第二交点O2至上沿线l2的最短距离之和。第三垂直距离h3就是第三交点O3至下沿线l1的最短距离，第三截面的高度e3就是第三交点O3至下沿线l1的最短距离与第三交点O3至上沿线l2的最短距离之和。

0.3≤h2/e2≤h1/e1，可以使流经分进气道2中心和分进气道2下曲面部的气流速度较流经分进气道2的上曲面部的气流速度提高10％；0.25≤h3/e3≤h2/e2，可以使流经分进气道2中心和分进气道2下曲面部的气流速度较流经分进气道2的上曲面部的气流速度提高20％，同时在中心流线L及分进气道2的下曲面部的引导下，使经过下曲面部的较高气流直接冲向进气门座圈的上部，形成正向气流，增加正向气流的比例。

需要说明的是，上述限定的分进气道2的上曲面部指的是分进气道2的靠近气缸盖7顶部的部位，分进气道2的下曲面部指的是分进气道2的靠近气缸盖7底面的部位，上曲面部和下曲面部围合呈中空的筒状结构。

如图8及图9所示，定义主进气道1上部(即扩张部12的上部)的横截面为第四截面S4，主进气道1进口端101(即渐开部11)的横截面为第五截面S5。由于渐开部11呈逐渐扩张的结构，因此扩张部12的尺寸要大于渐开部11的尺寸。对比图8与图9也可以看出，第四截面的高度e4略大于第五截面的高度e5，第四截面的宽度f4也略大于第五截面的宽度f5。

分进气道2确定新鲜空气进入燃烧室3的走向，其结构直接影响缸内滚流比和流量系数的大小；为了追求缸内高滚流和高流量系数，分进气道2的上部主要引导气流走向，为气流冲进燃烧室3做最后的准备，分进气道2的下部对气流的走向进行最后的休整和调节，调整正向气流和逆向气流的比例。为了达到上述目的，在一些实施例中，上述发动机进气道结构可以采用如图1所示结构，参见图1，定义进气门中心线L1和排气门中心线所在的平面为第一参考面；分进气道2的中心流线L在第一参考面上的投影为第一曲线L3，过第一曲线L3上的任一点的切线为第一切线，第一切线与进气门中心线L1的夹角为第一夹角a1；定义气缸中心线L2与进气门中心线L1的夹角为第二夹角a2，其中，第一夹角a1为第二夹角a2的2～3倍。较优，第一夹角a1为第二夹角a2的2.4～2.6倍。

其中，限定第二夹角a2大于等于10°、小于等于30°，优选地，第二夹角a2为18°或20°。上述第二夹角a2的合理配置，可以有效的利用进气门5盘部的锥面结构，引导气体的流动，增加正向气流的流动，同步减小逆向的气流。

优选地，定义过第一曲线L3上对应出口端201的点的切线为第二切线L4，第二切线L4通过进气门座圈上部的中心点，如图1及图4所示。

第二切线L4通过进气门座圈上部的中心点，也可以理解为中心流线L的延长线通过进气门座圈上部的中心，这样可以配合分进气道2的下曲面部，使更多的气流以正向气流的方向进入气缸8，增加正向气流的流通比例，增加缸内正向滚流的能力；另外，第一夹角a1在限定的范围下，可以保证燃烧室3内部气流流过的平顺性，保证进气道内的新鲜空气进入燃烧室3内不受阻隔，避免空气流动波动进而影响气缸8内的气体流动状态及进气量，同时可以引导新鲜空气进入燃烧室3后形成滚流运动，防止气流直接撞向缸筒内壁面，降低气流的碰撞能量损失，使气流保持更多的能量进行滚流运动，增加气缸8内的滚流强度。

在一些实施例中，主进气道1的进口端101的横截面积大于等于进气门座圈横截面积的二倍；分进气道2上部的横截面积为进气门座圈横接面积的1～1.5倍。

主进气道1的进口端101的横截面即为图9所示的第五截面S5,第五截面S5的截面形状一般为长方形，四周为不小于R5的圆角，防止出现尖角形成应力集中点，影响气缸盖7的强度，同时截面积不小于进气门座圈截面积的2倍，可以保证进入气缸8内的新鲜空气满足使用要求。

分进气道2上部的横截面即为图6所示的第二截面S2。第二截面S2的截面形状近似圆形，截面积一般为进气门座圈截面积1～1.5倍，可以保证足够的气流流通面积，保证进入燃烧室3的新鲜充量。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种发动机，包括上述的发动机进气道结构。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种汽车，包括上述的发动机。

本发明提供的发动机、汽车，由于采用了上述的发动机进气道结构，可同时提升进气道的滚流比和进气道的流通能力，提升发动机的热效率，实现发动机的高经济性与高动力性的有机结合。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发动机进气道结构，包括主进气道以及在所述主进气道尾端分岔形成的两个分进气道，所述主进气道的首端为进口端，两个所述分进气道的尾端分别为出口端；其特征在于，

所述主进气道内壁面与所述分进气道内壁面的相接处形成沿周向延伸的第一拐点周线；所述主进气道由所述进口端向所述第一拐点周线逐渐向外扩张，或者所述主进气道由所述进口端先逐渐向外扩张再呈直筒状延伸至所述第一拐点周线；两个所述分进气道分别由所述第一拐点周线向所述出口端逐渐向内收缩；

定义所述主进气道下部的横截面为第一截面，所述主进气道的中心流线与所述第一截面的交点为第一交点，所述第一交点至所述第一截面底边的垂直距离为第一垂直距离；定义所述分进气道上部的横截面为第二截面，所述分进气道的中心流线与所述第二截面的交点为第二交点，所述第二交点至所述第二截面底边的垂直距离为第二垂直距离；

其中，所述第一垂直距离与所述第一截面的高度比值大于0.35且小于等于0.5；所述第二垂直距离与所述第二截面的高度比值大于0.3且小于等于所述第一垂直距离与所述第一截面的高度比值。

2.如权利要求1所述的发动机进气道结构，其特征在于，所述第一截面的宽度值大于等于进气门座圈半径的四倍且小于等于两个进气门中心点之间的距离的2倍。

3.如权利要求1所述的发动机进气道结构，其特征在于，定义所述分进气道下部的横截面为第三截面，所述分进气道的中心流线与所述第三截面的交点为第三交点，所述第三交点至所述第三截面底边的垂直距离为第三垂直距离；

其中，所述第三垂直距离与所述第三截面的高度比值大于0.25且小于等于所述第二垂直距离与所述第二截面的高度比值。

4.如权利要求1所述的发动机进气道结构，其特征在于，定义进气门中心线和排气门中心线所在的平面为第一参考面；所述分进气道的中心流线在所述第一参考面上的投影为第一曲线，过所述第一曲线上的任一点的切线为第一切线，所述第一切线与所述进气门中心线的夹角为第一夹角；定义气缸中心线与所述进气门中心线的夹角为第二夹角，其中，所述第一夹角为所述第二夹角的2～3倍。

5.如权利要求4所述的发动机进气道结构，其特征在于，定义过所述第一曲线上对应所述出口端的点的切线为第二切线，所述第二切线通过进气门座圈上部的中心点。

6.如权利要求1所述的发动机进气道结构，其特征在于，所述主进气道的进口端的横截面积大于等于进气门座圈横截面积的二倍；所述分进气道上部的横截面积为进气门座圈横接面积的1～1.5倍。

7.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的发动机进气道结构。

8.一种汽车，其特征在于，包括权利要求7所述的发动机。

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