CN117005942A - 一种气体发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆技术领域，公开了一种气体发动机及车辆，该气体发动机将每个气缸的两个进气道设置为平行气道且为对称布置的滚流气道，有利于产生滚流。根据曲轴转角的大小，进气门将进气口开启的进气区间分为两个低升程区间，及位于两个低升程区间之间的高升程区间，通过限定两个曲轴转角位于低升程区间时，两个进气门的升程相同，可以满足进气过程中小升程对进气量的需求，曲轴转角位于高升程区间时，两个进气门的升程不同，可以产生有效涡流，从而形成斜轴滚流，实现每个气缸平行布置的两个进气道能够在组织滚流的同时产生有效的涡流，以达到加速燃烧、降低发动机排放的目的。

Description

一种气体发动机及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种气体发动机及车辆。

背景技术

对于大缸径的气体发动机而言，滚流有利于提高燃烧速度，提高发动机的热效率，但是在燃烧后期，靠近缸壁的混合气由于湍动能较低，导致燃烧速度降低，使得混合气还没有充分燃烧就被排放，继而导致发动机排放超标。涡流能够带动靠近缸壁的气流旋转，以提高燃烧后期的燃烧速度，使燃烧更加充分。由此可见，在滚流中加入涡流，能够有效避免发动机排放超标。

但在每个气缸平行布置的两个进气道平行布置时，虽然有利于气道组织滚流，但由于每个气缸平行布置的两个进气道关于该气缸的主轴线对称布置，会导致涡流分量互相抵消，因此，极难产生涡流。

因此，亟需一种气体发动机，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种气体发动机及车辆，使每个气缸平行布置的两个进气道能够在组织滚流的同时产生有效的涡流，以达到加速燃烧、降低发动机排放的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种气体发动机，包括至少一个气缸，每个所述气缸配设有两个进气门且均包括缸体，及与所述缸体相连形成燃烧室的缸盖；

所述缸盖设有与所述燃烧室连通的进气道，所述进气道连接所述燃烧室的一端形成有进气口，两个所述进气道为平行气道且为对称布置的滚流气道，所述进气门与所述进气道一一对应，所述进气门能够启闭对应的所述进气道的进气口；

根据曲轴转角的大小，所述进气门将所述进气口开启的进气区间分为两个低升程区间，及位于两个所述低升程区间之间的高升程区间；所述进气门被配置为所述曲轴转角位于所述低升程区间时，两个所述进气门的升程相同，所述曲轴转角位于所述高升程区间时，两个所述进气门的升程不同。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，所述曲轴转角位于所述高升程区间时，两个所述进气门的最大升程分别为h₁和h₂，h₁与h₂的差值为△h，△h的取值范围为h₁/4-2h₁/3。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，所述气体发动机还包括气门桥组件，所述气门桥组件包括摇臂轴、能够转动的凸轮轴及与所述进气门一一对应的气门桥单元，所述气门桥单元包括：

气门桥本体，所述气门桥本体转动套设于所述摇臂轴外，所述气门桥本体的一端用于驱动所述进气门升降以启闭对应所述进气口；

进气凸轮，所述进气凸轮固定于所述凸轮轴外，所述进气凸轮与所述气门桥本体的另一端配合，以驱动所述气门桥本体相对于所述摇臂轴转动；两个所述进气凸轮的最大升程分别为H₁和H₂，H₁与H₂的差值为△H，△H=△h/k，k表示摇臂比。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，所述气门桥本体的一端安装有可转动的滚轮，所述滚轮与所述进气凸轮滚动配合。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，两个所述进气门分别为第一进气门和第二进气门，所述第一进气门的最大升程为h₁，所述第二进气门的最大升程为h₂，h₁＞h₂；

所述第一进气门所对应所述进气道的横截面的最小横截面积为S₁，所述第二进气门所对应所述进气道的横截面的最小横截面积为S₂，S₁＞S₂。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，S₁与S₂的面积差为△S，△S与S₁的比值为P₁，△h与h₁的比值为P₂，P₁与P₂比值的取值范围为0.95-1.05。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，所述进气道的下边界在第一预设平面的投影包括曲线段和直线段，所述直线段的一端和所述曲线段相连，另一端延伸至所述进气口的开口端面；

所述直线段和所述曲线段的相接点在所述进气道的横截面积最小的横截面上，所述进气道的横截面垂直于所述进气道的中心轴线，所述第一预设平面为所述缸体的中心轴线所在的平面。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，两个所述进气道除下边界外的其他边界在所述第一预设平面内的投影重合，所述第一进气门所对应所述进气道的相接点为第一相接点，所述第二进气门所对应所述进气道的相接点为第二相接点；

两个所述进气道的横截面积最小的横截面位于同一平面，两个所述进气道的下边界在所述第一预设平面上的投影中的直线段位于同一直线，所述第二相接点较所述第一相接点靠近所述进气口的开口端面。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，两个所述进气道位于发动机主轴线同一侧，两个所述进气道的进气口在第二预设平面上的投影为第一投影，两个所述第一投影的中心连线平行于所述发动机主轴线；所述第二预设平面垂直于所述缸体的中心轴线。

作为上述气体发动机的一种优选技术方案，两个所述进气道完全独立布置，每个所述进气道的进气口在所述第二预设平面上的投影均关于第一预设轴线对称布置，所述第一预设轴线为所述进气道的中心轴线在所述第二预设平面上的投影；

或，两个所述进气道远离所述燃烧室的一端独立布置，两个所述进气道靠近所述燃烧室的一端汇合后再分开形成两个所述进气口，两个所述进气道靠近所述燃烧室的一端在所述第二预设平面上的投影关于第二预设轴线对称布置，所述第二预设轴线为两个所述进气道靠近所述燃烧室一端汇合部分的中心轴线在所述第二预设平面上的投影。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种车辆，包括上述任一方案所述的气体发动机。

本发明有益效果：本发明提供的气体发动机及车辆，其中的气体发动机将每个气缸的两个进气道设置为平行气道且为对称布置的滚流气道，有利于产生滚流，根据曲轴转角的大小，进气门将进气口开启的进气区间分为两个低升程区间，及位于两个低升程区间之间的高升程区间，通过限定两个曲轴转角位于低升程区间时，两个进气门的升程相同，可以满足进气过程中小升程对进气量的需求，曲轴转角位于高升程区间时，两个进气门的升程不同，可以产生有效涡流，从而形成斜轴滚流，实现每个气缸平行布置的两个进气道能够在组织滚流的同时产生有效的涡流，以达到加速燃烧、降低发动机排放的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的缸盖上各个进气道和发动机主轴线之间的位置关系图；

图2是本发明实施例提供的气门发动机中一个气缸、气门和气门桥组件之间的位置关系图；

图3是本发明实施例提供的进气道和缸孔在第二预设平面上的投影示意图；

图4是本发明实施例提供的气体通过进气道进入燃烧室内的流动示意图；

图5是本发明实施例提供的一个气缸的两个进气门的气门升程和曲轴转角之间的关系图；

图6是本发明实施例提供的一个气缸的两个进气道的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一个气缸的两个进气道在第一预设平面的投影示意图。

图中：

1、缸体；11、缸孔；2、缸盖；21、进气道；211、进气口；

3、进气门；4、气门桥组件；41、摇臂轴；42、凸轮轴；43、气门桥本体；44、进气凸轮；45、滚轮；

100、发动机主轴线；200、第一预设平面；300、第二预设平面；400、第二预设轴线；500、曲线段；600、旋转轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供了一种气体发动机，包括至少一个气缸，每个气缸配设有两个进气门3。示例性地，如图1所示，该气体发动机具有四个气缸，每个气缸配设有两个进气门3和两个排气门。在其他实施例中，气缸的个数还可以是两个、三个、五个、六个或更多等，在此不再一一限定。

如图2所示，每个气缸均包括缸体1，及与缸体1相连形成燃烧室的缸盖2；缸盖2设有与燃烧室连通的进气道21，进气道21连接燃烧室的一端形成有进气口211，两个进气道21为平行气道且为对称布置的滚流气道，进气门3与进气道21一一对应，进气门3能够启闭对应的进气道21的进气口211。

具体地，如图1所示，两个进气道21位于发动机主轴线100同一侧，两个进气道21的进气口211在第二预设平面300上的投影为第一投影，两个第一投影的中心连线平行于发动机主轴线100；第二预设平面300垂直于缸体1的中心轴线，即两个进气道21为平行气道。需要说明的是，缸体1上设有缸孔11，气缸还包括活塞，活塞沿缸孔11的中心轴线滑动设于缸孔11内，活塞的顶面、缸孔11的内壁和缸盖2围成上述燃烧室，缸体1的中心轴线即为缸孔11的中心轴线。在该气体发动机为多缸发动机时，多个气缸的进气道21为平行气道。

在一些实施例中，如图2所示，两个进气道21完全独立设置，每个进气道21的进气口211在第二预设平面300上的投影均关于第一预设轴线对称布置，第一预设轴线为进气道21的中心轴线在第二预设平面300上的投影，即进气道21为对称布置的滚流气道。在一些实施例中，如图3所示，两个进气道21远离燃烧室的一端独立布置，两个进气道21靠近燃烧室的一端汇合后再分开形成两个进气口211，两个进气道21靠近燃烧室的一端在第二预设平面300上的投影关于第二预设轴线400对称布置，第二预设轴线400为两个进气道21靠近燃烧室一端汇合部分的中心轴线在第二预设平面300上的投影，换句话说，两个进气道21靠近燃烧室的一端大致呈Y形布置，即进气道21为对称布置的滚流气道。

为了使设置平行气道的每个气缸的两个进气道21能够在组织滚流的同时产生有效的涡流，以达到加速燃烧、降低发动机排放的目的，本发明提供的气体发动机，根据曲轴转角的大小，进气门3将进气口211开启的进气区间分为两个低升程区间，及位于两个低升程区间之间的高升程区间；进气门3被配置为曲轴转角位于低升程区间时，两个进气门3的升程相同，曲轴转角位于高升程区间时，两个进气门3的升程不同。

本实施例提供的气体发动机，将每个气缸的两个进气道21设置为平行气道且为对称布置的滚流气道，有利于产生滚流，根据曲轴转角的大小，进气门3将进气口211开启的进气区间分为两个低升程区间，及位于两个低升程区间之间的高升程区间，通过限定两个曲轴转角位于低升程区间时，两个进气门3的升程相同，可以满足进气过程中小升程对进气量的需求，曲轴转角位于高升程区间时，两个进气门3的升程不同，可以产生有效涡流，从而配合滚流形成斜轴滚流，实现每个气缸平行布置的两个进气道21能够在组织滚流的同时产生有效的涡流，以达到加速燃烧、降低发动机排放的目的。至于斜轴滚流，参照图4所示，进入燃烧室内的气流绕旋转轴600周向旋转并流向燃烧室的底部，旋转轴600与缸体1的中心轴线之间呈夹角布置。

进一步地，如图5所示，两个进气门3的最大升程分别为h₁和h₂，h₁与h₂的差值为△h，由于行程差△h越大，涡流分量越大，斜轴滚流中涡流的分量也就越强；但行程差△h越大，会使得进气量显著降低，以致流通能力不足，为此需要合理选择行程差△h的大小。

具体地，如图2、图5至图7所示，气体发动机还包括气门桥组件4，气门桥组件4包括摇臂轴41、能够转动的凸轮轴42及与进气门3一一对应的气门桥单元，气门桥单元包括气门桥本体43和进气凸轮44，其中，气门桥本体43转动套设于摇臂轴41外，气门桥本体43的一端用于驱动进气门3升降以启闭对应进气口211；进气凸轮44固定于凸轮轴42外，进气凸轮44与气门桥本体43的另一端配合，以驱动气门桥本体43相对于摇臂轴41转动；两个进气凸轮44的最大升程分别为H₁和H₂，H₁和H₂的差值为△H，△H=△h/k，k表示摇臂比。可选地，k的取值范围为1.2-1.6。

凸轮轴42转动带动进气凸轮44转动，进气凸轮44会推动气门桥本体43绕摇臂轴41转动，从而使进气门3升降以启闭对应的进气口211。气门桥本体43、进气凸轮44和进气门3构成了一个杠杆结构，通过对两个进气凸轮44的最大升程的差值△H进行限定，即可实现两个进气门3的最大升程的差值为△h。需要说明的是，两个进气门3将对应进气口211启闭的启闭状态一致，即两个进气口211同时处于开启状态，或同时处于关闭状态。

为了减小进气凸轮44和气门桥本体43之间的磨损，气门桥本体43的一端安装有可转动的滚轮45，滚轮45与进气凸轮44滚动配合。

进一步地，两个进气门3分别为第一进气门和第二进气门，曲轴转角位于高升程区间时，第一进气门的升程为h₁，第二进气门的升程为h₂，h₁＞h₂；第一进气门所对应进气道21的横截面的最小横截面积为S₁，第二进气门所对应进气道21的横截面的最小横截面积为S₂，S₁＞S₂。

具体地，h₁即为图5中所示的h_max，△h的取值范围为h₁/4-2h₁/3。至于行程差△h的大小，可以根据实际需求布置。进气门的最大升程越大，对应的进气道21的横截面的最小横截面积越大，实现对两个进气道21的型线进行差异性设计，有利于提高气缸整体的流通能力与气流的运动强度，减小曲轴转角位于低升程区间时的进气损失。

具体地，S₁与S₂的面积差为△S，△S与S₁的比值为P₁，△h与h₁的比值为P₂，P₁与P₂的比值为0.95-1.05。需要说明的是，P₁与P₂的比值越接近1，越有利于对气缸整体的流通能力和气流的运动强度。

为了实现两个进气道21的横截面的最小横截面积的差异，可选地，进气道21的下边界在第一预设平面200的投影包括曲线段500和直线段，直线段的一端和曲线段500相连，另一端延伸至进气口211的开口端面；直线段和曲线段500的相接点在进气道21的横截面积最小的横截面上，进气道21的横截面垂直于进气道21的中心轴线，第一预设平面200为进气门3的中心轴线所在的平面。

可选地，两个进气道21除下边界外的其他边界在第一预设平面200内的投影重合，第一进气门所对应进气道21的相接点为第一相接点，第二进气门所对应进气道21的相接点为第二相接点；两个进气道21的横截面积最小的横截面位于同一平面，两个进气道21的下边界在第一预设平面200上的投影中的直线段位于同一直线，第二相接点较第一相接点靠近进气口211的开口端面。如此设计，可以实现在第一进气门对应的进气道21不变的情况下，需要根据面积差△S调节相接点的位置，根据所确定的相接点的位置确定曲线段500，从而实现同一气缸的两个进气道21的型线差异化设计。示例性地，如图7所示，位于上方的曲线段500为第二进气门的曲线段500，位于下方的曲线段500为第一进气门的曲线段500。

由于大缸径的气体发动机火焰传播距离长，靠近缸壁处的燃烧慢，以致排放易超标，通过采用本发明实施例提供的气体发动机工作产生的有效涡流，能够有效解决上述问题，从而避免排放超标，因此，本发明实施例提供的气体发动机尤其适用于大缸径的气体发动机。

为了达到最优的斜轴滚流，上述气体发动机的设计过程如下：

S1、确定△h；

S2、根据△h确定△S；

S3、对进气道进行进气仿真，并根据仿真结果确定进气道是否满足设计要求，若时，则调节△h，并返回S2；若否，则执行S4；

S4、在进气道吹风试验台进行气道吹风试验，并根据试验结果确定进气道设计是否满足吹风要求，若是，则执行S5；若否，则执行S6；

S5、调节△S，并返回S4；

S6、对气体发动机进行试验验证，并根据试验结果确定气体发动机的性能是否满足要求；若是，则进气道设计合格；若否，则更改进气参数如涡流比、滚流比来优化△S。

本发明的实施例还提供了一种车辆，包括上述的气体发动机，该车辆具有与上述气体发动机相同的技术效果，在此不再重复赘叙。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种气体发动机，其特征在于，包括至少一个气缸，每个所述气缸配设有两个进气门（3）且均包括缸体（1），及与所述缸体（1）相连形成燃烧室的缸盖（2）；

所述缸盖（2）设有与所述燃烧室连通的进气道（21），所述进气道（21）连接所述燃烧室的一端形成有进气口（211），两个所述进气道（21）为平行气道且为对称布置的滚流气道，所述进气门（3）与所述进气道（21）一一对应，所述进气门（3）能够启闭对应的所述进气道（21）的进气口（211）；

根据曲轴转角的大小，所述进气门（3）将所述进气口（211）开启的进气区间分为两个低升程区间，及位于两个所述低升程区间之间的高升程区间；所述进气门（3）被配置为所述曲轴转角位于所述低升程区间时，两个所述进气门（3）的升程相同，所述曲轴转角位于所述高升程区间时，两个所述进气门（3）的升程不同。

2.根据权利要求1所述的气体发动机，其特征在于，所述曲轴转角位于所述高升程区间时，两个所述进气门（3）的最大升程分别为h₁和h₂，h₁与h₂的差值为△h，△h的取值范围为h₁/4-2h₁/3。

3.根据权利要求2所述的气体发动机，其特征在于，所述气体发动机还包括气门桥组件（4），所述气门桥组件（4）包括摇臂轴（41）、能够转动的凸轮轴（42）及与所述进气门（3）一一对应的气门桥单元，所述气门桥单元包括：

气门桥本体（43），所述气门桥本体（43）转动套设于所述摇臂轴（41）外，所述气门桥本体（43）的一端用于驱动所述进气门（3）升降以启闭对应所述进气口（211）；

进气凸轮（44），所述进气凸轮（44）固定于所述凸轮轴（42）外，所述进气凸轮（44）与所述气门桥本体（43）的另一端配合，以驱动所述气门桥本体（43）相对于所述摇臂轴（41）转动；两个所述进气凸轮（44）的最大升程分别为H₁和H₂，H₁与H₂的差值为△H，△H=△h/k，k表示摇臂比。

4.根据权利要求2所述的气体发动机，其特征在于，两个所述进气门（3）分别为第一进气门和第二进气门，所述第一进气门的最大升程为h₁，所述第二进气门的最大升程为h₂，h₁＞h₂；

所述第一进气门所对应所述进气道（21）的横截面的最小横截面积为S₁，所述第二进气门所对应所述进气道（21）的横截面的最小横截面积为S₂，S₁＞S₂。

5.根据权利要求4所述的气体发动机，其特征在于，S₁与S₂的面积差为△S，△S与S₁的比值为P₁，△h与h₁的比值为P₂，P₁与P₂比值的取值范围为0.95-1.05。

6.根据权利要求4所述的气体发动机，其特征在于，所述进气道（21）的下边界在第一预设平面（200）的投影包括曲线段（500）和直线段，所述直线段的一端和所述曲线段（500）相连，另一端延伸至所述进气口（211）的开口端面；

所述直线段和所述曲线段（500）的相接点在所述进气道（21）的横截面积最小的横截面上，所述进气道（21）的横截面垂直于所述进气道（21）的中心轴线，所述第一预设平面（200）为所述缸体（1）的中心轴线所在的平面。

7.根据权利要求6所述的气体发动机，其特征在于，两个所述进气道（21）除下边界外的其他边界在所述第一预设平面（200）内的投影重合，所述第一进气门所对应所述进气道（21）的相接点为第一相接点，所述第二进气门所对应所述进气道（21）的相接点为第二相接点；

两个所述进气道（21）的横截面积最小的横截面位于同一平面，两个所述进气道（21）的下边界在所述第一预设平面（200）上的投影中的直线段位于同一直线，所述第二相接点较所述第一相接点靠近所述进气口（211）的开口端面。

8.根据权利要求1所述的气体发动机，其特征在于，两个所述进气道（21）位于发动机主轴线（100）同一侧，两个所述进气道（21）的进气口（211）在第二预设平面（300）上的投影为第一投影，两个所述第一投影的中心连线平行于所述发动机主轴线（100）；所述第二预设平面（300）垂直于所述缸体（1）的中心轴线。

9.根据权利要求8所述的气体发动机，其特征在于，两个所述进气道（21）完全独立布置，每个所述进气道（21）的进气口（211）在所述第二预设平面（300）上的投影均关于第一预设轴线对称布置，所述第一预设轴线为所述进气道（21）的中心轴线在所述第二预设平面（300）上的投影；

或，两个所述进气道（21）远离所述燃烧室的一端独立布置，两个所述进气道（21）靠近所述燃烧室的一端汇合后再分开形成两个所述进气口（211），两个所述进气道（21）靠近所述燃烧室的一端在所述第二预设平面（300）上的投影关于第二预设轴线（400）对称布置，所述第二预设轴线（400）为两个所述进气道（21）靠近所述燃烧室一端汇合部分的中心轴线在所述第二预设平面（300）上的投影。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的气体发动机。