CN1305566A - 内燃机的进气口形状 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的进气口形状,抑制一部分进气流在冲击阀杆时可能沿相反的漩涡方向流动,并防止流动系数恶化的同时产生一强化的漩涡。其中在气缸头(1)进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面(14),其内周边缘形状采用作为基圆的阀座(4)的内周边缘(4a),在径向进气口入口侧部分上设置朝阀杆(11)侧伸出的延伸部(15),该延伸部(15)形成为角形、弧形或梯形,它从顶部(15a)、即朝阀杆侧最伸出的部分沿圆周方向延伸到两侧,且基端连接于其基圆。一后壁(16)其朝进气口上游侧伸出的高度逐渐减少、且流畅地连接于进气口(2)的内周壁表面,该后壁形成在与延伸部(15)的阀座侧相反的一侧上。

Description

内燃机的进气口形状
技术领域
本发明涉及一种内燃机的进气口形状，尤其涉及这样一种内燃机的进气口形状，它能用一直接进口产生漩涡。
发明背景
在这类内燃机中，已进行了各种科研和努力来通过控制在进气口中或进气口出口处的进气流的方向来提高漩涡流的强度，并具有罩式阀(shroudvalve)、屏蔽板和阶梯口等方法。
罩式阀方法具有这样的结构，即在进气阀上形成一方向控制用的罩盖；屏蔽板方法具有这样的结构，即将一设置有朝内延伸的表面的环形屏蔽板安装在一阀密封件与一安装阀座的环形阶梯表面之间，如第63-131824号的专利申请(KOKAI)公布中所示；阶梯口方法具有这样的结构，即在进气口内圆周壁上形成一朝内延伸的倾斜壁，如第8-189366号专利申请(KOKAI)的公布中所示。
发明概要
(本发明要解决的技术问题)
在罩式阀方法中，需要对进气阀设置一锁定机构，以保证罩盖的位置。因此，结构变得复杂，使成本上升，进气阀上由于阀的锁定和热变形而易于出现单面磨损，所以该方法具有使用寿命短的问题。此外，由于流动横截面实际上会因有罩盖而缩小，所以流动系数也下降。
在屏蔽板方法中，进气口的流动横截面会突然缩小，而使流动系数系数下降。还有，该方法中的板件会出现使用寿命短的问题。
在第8-189366号专利申请(KOKAI)的公布中所示的阶梯口方法中，在一安装阀座的阶梯表面上形成一月牙形的延伸部分。在这种流动约束型的形状中，输入的流动横截面明显减小，由于为了有效地抑制成为最大反向漩涡流的阀杆碰撞流而使延伸部的弧形内周边缘的延伸量过分增加，从而导致流动系数下降。
(发明的目的)
本发明的一个目的在于抑制进气流在冲击阀杆之后易于沿与漩涡流反向流动的一部分进气流。防止单侧磨损和提高使用寿命也是本发明的目的。
(解决问题的方案)
本发明的权利要求1所保护的发明的特征在于内燃机的进气口的形状，其中，在气缸头1进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面14，且阀座4的一端表面与环形阶梯表面14接触，以支承阀座，
环形阶梯表面14的内周边缘的形状包括作为其基圆的阀座4的内周边缘4a的形状，并具有在进气口的径向入口侧部分朝阀杆11伸出的延伸部15，以及
延伸部15形成为山状形，它以适当的倾斜度从朝阀杆侧伸出的顶部15a向两周侧加宽，最终在两足部端连接于基圆，以及
在延伸部15的与阀座侧相反的一侧形成一山脊状后壁16，该后壁减少它沿进气口2朝上游侧伸出的高度，并流畅地连接于进气口2的内周壁表面。
本发明权利要求2保护的发明的特征在于内燃机的进气口的形状，其中，在气缸头1进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面14，且阀座4的一端表面与环形阶梯表面14接触，以支承阀座。
环形阶梯表面14的内周边缘的形状包括作为其基圆的阀座4的内周边缘4a的形状，并具有在进气口的径向入口侧部分朝阀杆11伸出的延伸部15，
延伸部15形成为梯形，它有一朝阀杆侧伸出的平的顶部15a，以适当的倾斜度从平的顶部15a向两周侧加宽，最终在两足部端连接于基圆，以及
在延伸部15的与阀座侧相反的一侧形成一山脊状后壁16，该后壁减少它沿进气口2朝上游侧伸出的高度，并流畅地连接于进气口2的内周壁表面。
本发明权利要求3保护的发明的特征在于内燃机的进气口的形状，其中，在气缸头1进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面14，且阀座4的一端表面与环形阶梯表面14接触，以支承阀座。
环形阶梯表面14的内周边缘的形状包括作为其基圆的阀座4的内周边缘4a的形状，并具有在进气口的径向入口侧部分朝阀杆11伸出的延伸部15，
延伸部15形成为相对于基圆的弧形，以及
在延伸部15的与阀座侧相反的一侧形成一后壁16，该后壁减少它沿进气口2朝上游侧伸出的高度，并流畅地连接于进气口2的内周壁表面。
本发明权利要求4保护的发明的特征在于如权利要求2或3所述的内燃机的进气口的形状，在顶部15a上形成一部分圆形的凹部，并与阀杆11保持一特定距离。
本发明权利要求5保护的发明的特征在于如权利要求2或3所述的内燃机的进气口的形状，在梯形或弧形延伸部上形成一朝阀杆伸出的山状顶部。
本发明权利要求6保护的发明的特征在于如权利要求1至5所述的内燃机的进气口的形状，安装一弄圆的阀座作为阀座。
(优于已有技术的效果)
(1)对于传统而言，一部分进气流冲击阀杆或阀头，产生反向的漩涡流。在本发明中，这部分进气流被弄成均匀，并通过后壁16被分离到阀杆的两侧，用以避免在从进气口的中部流到安装阀座的环形阶梯部14的延伸部15的过程中冲击阀杆，借助于朝阀杆侧延伸的项部15a来减少阀杆11沿径向的上游侧空间，以此来制约沿反向漩涡流的方向流动的进气流。因此，漩涡流可被强化。
(2)由于不需要象传统的罩式方法锁定进气阀，就可防止由于热变形等等而引起进气阀的单侧磨损，维持阀的使用寿命。此外，进气阀的组装不可能出错，杆轴不可能偏离。
(3)通过在环形阶梯表面14的上游侧、延伸部15的后面形成后壁16来改变流动横截面。因此，与传统的罩式阀方法和屏蔽板方法相比，进气流从进气口内上游侧起就被均匀化，从而就能减少压力损失。
(4)在权利要求1所述的发明中，延伸部15形成为山状形，它从朝阀杆侧伸出的顶部15a到具有适当的倾斜度的两周侧延伸，使得阀杆11附近的遮蔽区域的百分比变大。因此，在有效地抑制了在冲击阀杆11之后易于沿反向漩涡流的方向流动的进气流的同时，能使流动横截面的减少降到最少，并能防止流动系数的下降。
(5)在权利要求2或3所述的发明中，由于至少延伸部的顶部做成平的，浇铸模制也变得容易。
(6)在权利要求4或5所述的发明中，由于延伸部具有山状形与环形或梯形组合的形状，所以，与仅仅是山状形、梯形或环形相比，延伸部的横截面可增加，漩涡流可进一步强化，同时控制流动系数下降。
(7)如本发明权利要求6所述，如当安装一弄圆的阀座24来作为阀座时，在阀座表面23的底部与下部弄圆的表面21之间的边界处减少了进气流的剥离(peeling-off)。这种效果在没有延伸部的部分处是显著的，反向漩涡流也大大减小。由此，漩涡流被进一步强化。
附图简要说明
图1是根据本发明权利要求1的内燃机气缸头的垂直剖视图。
图2是沿图1的线Ⅱ-Ⅱ截取的剖视图。
图3是沿图1的线Ⅲ-Ⅲ截取的剖视图。
图4是沿图1的线Ⅳ-Ⅳ截取的剖视图。
图5是根据本发明权利要求6的内燃机气缸头的垂直剖视图。
图6是根据本发明权利要求2的部分与图2相同的剖视图。
图7是根据本发明权利要求3的部分与图2相同的剖视图。
图8是将图2、图6和图7实施例的特征与已有技术的特征相比较的特征示意图。
图9是根据本发明权利要求4的、部分与图2相同的剖视图。
图10是根据本发明权利要求4的、部分与图2相同的剖视图。
图11是根据本发明权利要求5的、部分与图2相同的剖视图。
图12是根据本发明权利要求5的、部分与图2相同的剖视图。
实现本发明的最佳实施例
(由权利要求1保护的第一实施例)
图1至图4是本发明权利要求1所述的实施例。图1是气缸头1的垂直剖视图，直接式进气口2的输入端连接于一未示出的通向气缸头1侧面的进气总管，并经过进气阀8的阀杆11和阀头12的周围通到燃烧室10。用于安装阀座4的环形阶梯部14和扩孔13形成在进气口2的出口端，阀座4安装在扩孔13中，并与环形阶梯部14接触，以支承在其上。
环形阶梯表面14的内周边缘14a根据具有与阀座4相同内径D的基圆来形成，并具有在径向上游侧(图1的右侧)朝阀座4伸出的延伸部15。在延伸部15进气流方向的上游侧(图1的右上侧)形成一象山脊的后壁16，它减少了从进气口内周壁表面2b朝上游侧伸出的量，并流畅地连接于进气口内周壁表面2b。
图2是沿图1的线Ⅱ-Ⅱ截取的放大的剖视图。延伸部15被形成为两侧具有大的足部的山状的形状，它包括一大部分朝阀杆侧伸出的顶部15a和从顶部15a向两外周侧以适当的倾斜度加宽的倾斜部15b。两足部的端部15c连接于基圆上的内周边缘14a，而并不特地被弄圆。
至于延伸部15的尺寸，其宽度最好是阀杆直径d的约1至2倍，顶部15a的伸出量(高度)H最好是阀座内径(基圆直径)D的约10-30％。上述范围最适合于山状延伸部，用以控制进气口的进气流横截面的缩小，并有效地防止流动系数的下降。顺便提及，实施例示出的是，项部15a的宽度W约是阀杆直径d的两倍，伸出量(高度)H约是阀座内径D的16％。
图4是沿图1的线Ⅳ-Ⅳ截取的放大的剖视图。从图中可以清楚地看出，后壁16的截面形状也形成为具有对应于上述延伸部15的适当的倾斜度的山状形状。
图3是沿图1的线Ⅲ-Ⅲ截取的放大的剖视图。该图清楚地示出了阀座4的形状。
在图1中，从进气总管供应到进气口2的进气流主流如箭头F1所示沿径向下游侧的进气口内周壁表面2c流动，并例如供应到燃烧室10中，形成漩涡流。在进气口2的上游侧(内周壁表面2b侧)，进气流通常会撞击阀杆11并沿与假想箭头f3所示的漩涡方向相反的方向流动，而本发明的进气流是被均匀化的并被从进气口2的中途延伸到延伸部15的山脊状的后壁16分隔到阀杆11的径向两侧，如箭头F2所示。然后，进气流沿类似于主流F1的方向流动，并供应到燃烧室10中，此外，阀杆11的径向上游侧的空间S由于朝阀杆侧伸出的顶部15a而变窄，抑制了进气流沿漩涡相反方向的流动，使得漩涡流进一步被强化。
(根据本发明权利要求2的第二实施例)
图6示出了根据本发明权利要求2的实施例，它是部分与图2相同的剖视图(对应于沿图1的线Ⅱ-Ⅱ截取的视图)。在图6中，位于径向进气口入口侧(图6的右侧)的端部的延伸部15形成为梯形，其中，顶部15a形成为平的形状，其两侧设置有加宽的倾斜部15d。顶部15a的伸出量H约是对应基圆C的阀座内径D的10-30％，其宽度W约是阀杆直径d的一至四倍。在进气流方向的延伸部15的上游侧，以图1所示的相同方法形成后壁16，该后壁16缩短了从进气口内周壁表面2b朝上游侧的伸出量，并流畅地与进气口内周壁表面接触。除延伸部15和后壁16之外的其余结构与图1至图4所示的实施例中的相同，相同的构件用相同的标号表示，并省略了该部分内容的重复描述。
(根据本发明权利要求3的第三实施例)
图7示出了根据本发明权利要求3的实施例，它是部分与图2相同的剖视图(对应于沿图1的线Ⅱ-Ⅱ截取的视图)。在图7中，位于径向进气口入口侧的端部的延伸部15形成为对应于基圆C的弧形，其两侧连接于基圆。
至于延伸部15的尺寸，顶部15a的伸出量H约是对应基圆C的阀座内径D的10-30％，其宽度W约是阀杆直径d的一至四倍。在进气流方向的延伸部15的上游侧，以图1所示的相同方法形成后壁16，该后壁16缩短了从进气口内周壁表面2b朝上游侧的伸出量，并流畅地与进气口内周壁表面接触。除延伸部15和后壁16之外的其余结构与图1至图4所示的实施例中的相同，相同的构件用相同的标号表示，并省略了该部分内容的重复描述。
(第一至第三实施例与已有技术的特征的比较)
在图8中，纵坐标轴的下部表示漩涡强度P，其上部表示流动系数φ，横坐标轴表示不连续部(延伸部15)的横截面面积S。上直线A1-A3和A0表示流动系数φ与相对于第一至第三实施例和传统月牙形的延伸部的不连续部横截面面积S之间的关系。下直线B1-B3和B0表示漩涡强度P与相对于第一至第三实施例和传统月牙形的延伸部的不连续部横截面面积S之间的关系。
即，直线A1和B1表示当延伸部15形成为图2(第一实施例)所示的山状形时所获得的特征，直线A2和B2表示当延伸部15形成为图6(第二实施例)所示的梯形时获得的特征。此外，直线A3和B3表示当延伸部15形成为如图7(第三实施例)所示的弧形时获得的特征，用点划线示出的直线A0和B0表示当延伸部15形成为传统实施例(公开在专利申请(KOKAI)第8-189366号)的月牙形时获得的特征。
如直线A1-A0所示，流动系数φ和不连续横截面面积S基本示出了这样一种关系，即流动系数φ随不连续横截面面积S的增加而下降。但是，流动系数φ的下降(倾斜)速度根据延伸部形状的不同而不同，尤其是阀杆附近的面积的百分比差异。在传统月牙形(直线A0)的情况下，其减少的速度最大，而本发明第一实施例的山状形(直线A1)中是最小的。梯形和弧形(直线A2和A3)降低的速度比实施例1的大，但它们比传统的月牙形的要小。
因此，在流动系统φ为常数值时来将不连续横截面面积S1-S3和S0作相互比较，本发明第一至第三实施例(直线A1-A3)的横截面面积S1、S2和S3可以设定成比已有技术的横截面面积S0的大，可以按这样的顺序来设置：S1＞S2＞S3。换句话讲，在将流动系数φ保持在常数值时，采用具有山状形状的延伸部可将横截面设置成最大，随后是具有梯形的延伸部和具有弧形的延伸部。在已有技术中，其延伸部横截面面积必然是最小的。换句话讲，如果延伸部的横截面面积被限定在同样的S1，那么在传统月牙形(直线A0)中流动系数变成最小，按照第三实施例、第二实施例和第一实施例的顺序变得越来越大。
如直线B1-B3和B0所示，漩涡强度P和不连续横截面面积S基本上显示了这样一种关系，漩涡强度P随不连续横截面面积S的增加而增加。但是，漩涡强度P的增加速度根据延伸部形状的不同而不同，尤其是在阀杆附近中的区域的百分比差异。在传统月牙形(直线B0)的情况下，其增加的速度最小，而本发明第一实施例的山状形(直线B1)则最大。在梯形和弧形(直线B2和B3)中的增加速度比实施例1小，但不传统月牙形的要大。
因此，如果延伸部的横截面面积被限定在同样的S1，那么在传统月牙形(直线B0)中的漩涡强度P变成最小，按照第三实施例、第二实施例和第一实施例(B3、B2和B1)的顺序变得越来越大。
下面通过不连续横截面面积S，对流动系数φ与漩涡强度P作比较。当系数φ保持在一常数值(φa)时，在第一、第二和第三实施例中，漩涡强度分别变成P1、P2和P3，正如通过直线A1至A3和B1至B3的各个虚线箭头所引导的那样。而在传统的月牙形中，漩涡强度变为P0，正如通过直线A0和B0的虚线箭头引导的那样。从图中可清楚地看出，漩涡强度具有这样的关系：P1＞P2＞P3＞P0。
即，根据第一至第三实施例，可确保一大的不连续的横截面面积，并能产生一个已有技术更强烈的漩涡，而不会降低流动系数。
(根据本发明权利要求4的第四实施例)
图9和图10示出了根据本发明权利要求4的实施例，它们是部分与图2相同的剖视图(对应于沿图1的线Ⅱ-Ⅱ截取的剖视图)。图9的延伸部15可以被说成是图6的梯形延伸部的一种替换形式，在延伸部15的顶部15a上形成与阀杆分离的部分圆形凹部，两者之间留有一特定距离。图10的延伸部15也可被说成是图7的弧形延伸部的一种替代形式，在弧形延伸部15的顶部(中心部)15a上形成一与阀杆分离的部分圆形凹部，两者之间留有一特定距离。至于延伸部15的尺寸，顶部15a相对基圆C的伸出量H约是阀座内径D的10-30％，宽度W约是阀杆直径d的一至四倍。
图9和图10的两延伸部15朝阀杆侧的延伸超过图6和图7的，用以增加横截面面积。同时，为了避免流动系数因横截面面积的增加而下降，部分圆形凹部形成在顶部，以使冲击在阀杆11上的进气流的量最少，并有效地抑制会变成反向漩涡流的进气流。因此，图9和图10的延伸部提高漩涡的强度比图6和图7所示的梯形和弧形提高的更大。
(根据本发明权利要求5的第五实施例)
图11和图12示出了根据本发明权利要求5的实施例，它们是部分与图2相同的剖视图(对应于沿图1的线Ⅱ-Ⅱ截取的剖视图)。图11的延伸部15可以被说成是图6的梯形延伸部的一种替换形式，在平的顶部15a上形成一进一步朝阀杆伸出的山状顶部15e。图12的延伸部15也可被说成是图7的弧形延伸部的一种替代形式，在延伸部15的顶部(中心部)上形成一进一步朝阀杆伸出的山状顶部15e。因此，可以说，这些第五实施例具有组合图2的山状延伸部与图6的梯形或图7的弧形的形状。至于延伸部15的尺寸，顶部15a相对基圆C的伸出量H约是阀座内径D的10-30％，宽度W约是阀杆直径d的一至四倍。
因此，当图2的延伸部的两侧、即与阀杆11分离的部分形成为在图11和图12延伸部15中的弧形或梯形时，不连续横截面面积增加，漩涡强度提高，同时又控制了流动系数的下降。
(其它实施例)
图5示出了本发明权利要求6所述的实施例，它包括这样的结构：安装一弄圆(R)的阀座24作为阀座。延伸部15的形状可以是图2、图6、图9、图11或图12中的任何一个。其它结构与图1中的相同，相同的构件和部分用相同的标号表示。弄圆的阀座24是众所周知的，且弄圆的表面20和21形成在圆锥形的座落表面23的轴向两侧(上侧和下侧)上。
通过使用这种弄圆的阀座24，进气流在阀座表面23的底端与下部弄圆的表面21之间的边界处的剥离减少。这种效果在没有延伸部的部分中是显著的，反向漩涡流也有了相当的下降。由此，漩涡流被进一步强化。
工业应用
根据本发明的进气口的形状，能通过使进气流均匀来强化漩涡流和减少压力损失。由此，该进气口适合于各种采用直接进气口产生漩涡的内燃机。

Claims (6)

1．一种内燃机的进气口的形状，其特征在于，在气缸头(1)进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面(14)，且阀座(4)的一端表面做成与环形阶梯表面(14)接触，以支承阀座，
环形阶梯表面(14)的内周边缘的形状包括作为其基圆的阀座(4)的内周边缘(4a)的形状，并具有在进气口的径向入口侧部分朝阀杆(11)伸出的延伸部(15)，以及
该延伸部(15)形成为山状形，它以适当的倾斜度从朝阀杆侧伸出的顶部(15a)向两周侧加宽，最终在两足部端连接于基圆，以及
在延伸部(15)的与阀座侧相反的一侧形成一山脊状后壁(16)，该后壁减少它沿进气口(2)朝上游侧伸出的高度，并流畅地连接于进气口(2)的内周壁表面。
2．一种内燃机的进气口的形状，其特征在于，在气缸头(1)进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面(14)，且阀座(4)的一端表面做成与环形阶梯表面(14)接触，以支承阀座，
环形阶梯表面(14)的内周边缘的形状包括作为其基圆的阀座(4)的内周边缘(4a)的形状，并具有在进气口的径向入口侧部分朝阀杆(11)伸出的延伸部(15)，
延伸部(15)形成为梯形，它有一朝阀杆侧伸出的平的顶部(15a)，以适当的倾斜度从平的顶部(15a)向两周侧加宽，最终在两足部端连接于基圆，以及
在延伸部(15)的与阀座侧相反的一侧形成一山脊状后壁(16)，该后壁减少它沿进气口(2)朝上游侧伸出的高度，并流畅地连接于进气口(2)的内周壁表面。
3．一种内燃机的进气口的形状，其特征在于，在气缸头(1)进气口的出口部上形成一支承阀座的环形阶梯表面(14)，且阀座(4)的一端表面做成与环形阶梯表面(14)接触，以支承阀座，
环形阶梯表面(14)的内周边缘的形状包括作为其基圆的阀座(4)的内周边缘(4a)的形状，并具有在进气口的径向入口侧部分朝阀杆(11)伸出的延伸部(15)，
延伸部(15)形成为相对于基圆的弧形，以及
在延伸部(15)的与阀座侧相反的一侧形成一后壁(16)，该后壁减少它沿进气口(2)朝上游侧伸出的高度，并流畅地连接于进气口(2)的内周壁表面。
4．如权利要求2或3所述的内燃机的进气口的形状，其特征在于，在顶部(15a)上形成一部分圆形的凹部，并与阀杆(11)保持一特定距离。
5．如权利要求2或3所述的内燃机的进气口的形状，其特征在于，在梯形或弧形延伸部的外周中心部形成一朝阀杆侧伸出的山状顶部。
6．如权利要求1至5中的任何一项所述的内燃机的进气口的形状，其特征在于，安装一弄圆的阀座作为阀座。
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