CN203130277U - 一种缸盖进气道系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型设计了一种具有新的进气道结构的缸盖进气道系统，包括进气道、气门导管、进气门、进气座圈和气道喉口。进气座圈通过内壁的进气座圈型线与气道喉口连接。进气道的仰角为56°-62°，外角为29°-33°，内角为14°-16°，进气道在靠近燃烧室入口处为向下弯曲的弧状管道。气道喉口包括喉口上部和喉口下部，喉口上部的侧壁在沿中轴线剖开处为圆弧，喉口下部的侧壁与喉口上部的侧壁相切。进气座圈型线呈流线型，进气座圈型线的上部与喉口下部的侧壁固定连接。混合气在通过进气道、气道喉口、进气座圈流入燃烧室时，具有如此形状的进气道系统，可以保证足够高的流量系数并组织适当的滚流。

Description

一种缸盖进气道系统
技术领域
本实用新型涉及车用汽油机领域，尤其涉及车用汽油机的缸盖进气道系统。
背景技术
进气道作为缸盖的重要组成部分，类似发动机的咽喉，控制着进入发动机内的气流大小和方向。进气道的形状是由十分复杂的自由曲面构成的，它直接影响发动机的进气效率和燃烧过程，从而影响发动机的功率、油耗、扭矩、噪音、怠速稳定性以及排放等。
评价汽油机进气道性能的主要参数是衡量进气充量能力的流量系数和衡量进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线的有组织的空气旋流强度的滚流强度，滚流强度的提升总伴随着流量系数的下降。因此要根据发动机开发目标和燃烧室形状，设计合适的进气道以保证足够高的流量系数和适当的滚流强度。
现有进气道设计中大部分都追求高滚流强度，提高火焰传播速度，迅速烧掉未燃混合气，减小爆震倾向；少部分进气道设计追求高流量系数，增加进气量，提升高速性能。根据最新研究，高的滚流强度会增加在进气冲程和压缩冲程初期空气与壁面之间的传热，使混合气从壁面吸收更多的热量，反而增加爆震倾向。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，不增加额外成本的前提下，保证足够高的流量系数，同时组织适当的滚流强度，优化汽油机工作过程。
为实现上述目的，本实用新型对进气道、气道喉口及进气座圈型线的形状进行了改进，具体如下：
本实用新型的缸盖进气道系统，包括进气道、气门导管、进气门、进气座圈和气道喉口，所述进气道的气道顶面上设有导管底孔，所述气门导管与所述导管底孔固定，所述进气门穿过所述气门导管、导管底孔和气道喉口，所述进气座圈通过内壁的进气座圈型线与所述气道喉口连接。所述进气道的仰角为56°-62°，外角为29°-33°，内角为14°-16°，所述进气道在靠近燃烧室入口处为向下弯曲的弧状管道。所述气道喉口包括喉口上部和喉口下部，所述喉口上部的侧壁在沿中轴线剖开处为圆弧（指喉口上部在沿中轴线剖开后，侧壁沿与剖面垂直的方向的投影为圆弧状），所述喉口下部的侧壁与所述喉口上部的侧壁相切。所述进气座圈型线呈流线型，所述进气座圈型线的上部与所述喉口下部的侧壁固定连接。混合气在通过所述进气道、气道喉口、进气座圈流入燃烧室时，具有如此形状的进气道系统，可以保证足够高的流量系数并组织适当的滚流。
优选地，所述气道顶面的靠近所述燃烧室入口的圆弧半径为71mm，所述气道底面的靠近所述燃烧室入口的圆弧半径为12.5mm，所述进气道的仰角为58°-60°，外角为30°-32°，内径为14.5°-15.5°，进一步优选为所述进气道的仰角为59°，外角为31°，内径为15°。此时所述进气道的形状处于最优化状态。
优选地，为了减少导管对气道的干扰和降低导管/气门副摩擦损失，将所述气门导管长度增加到了35mm。
优选地，所述进气座圈型线包括第一区、第二区和第三区。所述第一区呈直线，且所述第一区围成的内壁直径与所述喉口下部的内径相同，所述第二区为一段与所述第一区相切的圆弧，所述第三区为由与所述进气座圈的中轴线呈30°、45°和60°的三截面组成的弧形。由所述第一区、第二区和第三区形成的进气座圈型线所具有的流线型使得混合气更顺畅地流动，进一步保证了合适的流量系数和滚流比。
优选地，所述进气门的上部设有减重坑，以减轻进气门的重量。
优选地，所述进气门的背面锥角为24°-26°，进一步优选为25°。
优选地，所述封闭端的封闭面与所述进气座圈型线相配合处的角度及直径相同，所述封闭面的角度进一步优选为45°，以使进气门与进气座圈型线能够更为密闭地配合，不会产生漏气现象。
本实用新型设计的具有特殊形状的进气道结构，能够保证足够高的流量系数，增加每循环进入气缸的新鲜充量，从而增大发动机功率和扭矩；组织适当的滚流强度，通过合理设计进气道结构组织适当的滚流，提高火焰传播速度，减小爆燃倾向，提高燃烧稳定性，优化汽油机工作过程。
附图说明
图1为本实用新型的车用汽油机进气道系统的安装示意图；
图2-1为图1所示进气道的侧视图；
图2-2为图1所示进气道的俯视图；
图3为气道喉口剖面图；
图4为进气座圈剖面图；
图4-1为进气座圈型线示意图；
图5为气门导管示意图；
图6为进气门示意图；
图6-1为图6的局部剖面示意图；
图7为进气道在车用汽油机中的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施例做详细描述。
如图1到图2-2所示，本实用新型的进气道系统包括进气道1、气门导管2、进气门3、进气座圈4和气道喉口7。进气道1的气道顶面15上设有导管底孔12，用于安装气门导管2，进气门3通过导管底孔12和气门导管2而穿过进气道1。进气道1通过气道喉口7与进气座圈4连接，进气座圈4与缸盖连接。在进气道1侧的进气门3打开的情况下，混合气通过进气道1的进气口11，沿进气道1中箭头方向流入，分别流经气道喉口7和进气座圈4从而进入燃烧室6中为汽油的燃烧供气，随后燃烧的废气在出气道5侧的进气门3打开的情况下从出气道5中排出。由于本实用新型仅涉及图1中左侧部分的进气道系统，因此下面仅对进气道系统做详细描述。
进气道1采用对称设计，两个进气支道关于中心平面对称。进气道1的管道形状对于本方案最为重要。进气道1的仰角（即进气口11与水平线所呈的角，见图1）最好为59°，允许有±3°的偏差，即仰角在56°-62°之间，进一步优选为有±1°的偏差，即仰角在58°-60°之间；进气道1的外角（即中心线13与水平线所呈的角，见图1）最好为31°，允许有±2°的偏差，即外角在29°-33°之间，进一步优选为有±1°的偏差，即外角在30°-32°之间；进气道1的内角（即导管底孔12的中轴线与垂线所呈的角，见图1）最好为15°，允许有±1°的误差，即内角在14°-16°之间，进一步优选为有±0.5°的偏差，即外角在14.5°-15.5°之间。气道顶面15上段平直，下段以圆弧大幅弯向燃烧室6入口，在本实施例中为半径71mm的圆弧。气道底面14的轮廓线基本平直，在靠近燃烧室6入口的部位以圆弧略向下弯曲，在本实施例中为半径12.5mm的圆弧。
气道喉口形状和进气座圈形状对流量系数和滚流强度有重要影响。进气道1是构成铝合金缸盖的一部分，由于其形状不规则，一般不直接由模具铸出，常用的工艺是利用芯盒将砂芯铸出，再将砂芯放入模具中铸出气道。由于这样的铸造精度不高，为保证气道喉口7的精度，需要用成型刀具通过机械加工的方式控制气道入口的形状。如图3所示，气道喉口7包括喉口上部71和喉口下部72，喉口上部71的顶端为喉口进气端73。喉口上部71的侧壁呈圆弧形，在本实施例中为半径18.15mm的圆弧，喉口下部72的侧壁与喉口上部71侧壁相切，在本实施例中喉口下部72直径为25.5mm。
如图4和图4-1所示，进气座圈4通过其内部的进气座圈型线41与喉口下部72连接，从而使气道喉口7流入的混合气沿进气座圈型线41所构成的弧形壁流入燃烧室6中。为了简略表示，在图1中进气座圈4仅画出了进气座圈型线41构成的内壁的形状。进气座圈型线41由第一区411、第二区412和第三区413组成。第一区411呈直线型，与喉口下部72有0.8mm的搭接区，第一区411的直径与喉口下部72相同，均为25.5mm。第二区412为一段圆弧，在本实施例中为半径7mm的圆弧，第一区411与第二区412相切。第三区413为一段弧线，由与进气座圈4中轴线呈30°、45°和60°的三段截面组成。进气座圈型线41为由第一区411、第二区412和第三区413组成的流线型内壁，这样，可以使混合气流动时受到的阻力最小，流量系数和滚流比的损失最小。进气座圈4的当量直径（dv）为28.4mm。
气门导管2是气门的导向装置，对气门起导向作用，并使气门杆上的热量传给汽缸盖。为了减少导管对气道的干扰和降低导管/气门副摩擦损失，本方案将传统的气门导管增加了长度，如图2所示，本实施例的气门导管2的导管内径为5mm，长度为35mm。
如图6所示，为了减轻进气门3的重量，在进气门3的上部设置了一个减重坑31。为更好地配合气道，对进气门3的封闭端32进行了曲面改进。如图6-1所示，背面锥角321与水平线呈25°，误差允许±1°，即位于24°-26°之间，这样可进一步减小流量系数和滚流比的损失。密封面322是与进气座圈型线41闭合起到气密作用的部位，因此密封面322与水平线的角度应该与进气座圈型线41闭合处的截面角度相同，在本实施例中密封面322与第三区413的45°截面闭合，故密封面322的角度为45°。
图7示出了进气口11在缸盖上的应用位置。
下面给出了本实用新型的缸盖进气道的流量系数和滚流比的数据。
Figure BDA00002908627200051
Figure BDA00002908627200061
上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种缸盖进气道系统，包括进气道、气门导管、进气门、进气座圈和气道喉口，所述进气道的气道顶面上设有导管底孔，所述气门导管与所述导管底孔固定，所述进气门穿过所述气门导管、导管底孔和气道喉口，所述进气座圈通过内壁的进气座圈型线与所述气道喉口连接；
其特征在于，所述进气道的仰角为56°-62°，外角为29°-33°，内角为14°-16°，所述进气道在靠近燃烧室入口处为向下弯曲的弧状管道；
所述气道喉口包括喉口上部和喉口下部，所述喉口上部的侧壁在沿中轴线剖开处为圆弧，所述喉口下部的侧壁与所述喉口上部的侧壁相切；
所述进气座圈型线呈流线型，所述进气座圈型线的上部与所述喉口下部的侧壁固定连接。
2.根据权利要求1所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述气道顶面的靠近所述燃烧室入口的圆弧半径为71mm，所述气道底面的靠近所述燃烧室入口的圆弧半径为12.5mm，所述进气道的仰角为58°-60°，外角为30°-32°，内径为14.5°-15.5°。
3.根据权利要求2所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述进气道的仰角为59°，外角为31°，内径为15°。
4.根据权利要求1所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述气门导管长35mm。
5.根据权利要求1所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述进气座圈型线包括第一区、第二区和第三区；
所述第一区呈直线，且所述第一区围成的内壁直径与所述喉口下部的内径相同；
所述第二区为一段与所述第一区相切的圆弧；
所述第三区为由与所述进气座圈的中轴线呈30°、45°和60°的三截面组成的弧形。
6.根据权利要求1所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述进气门的上部设有减重坑。
7.根据权利要求1所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述进气门的背面锥角为24°-26°。
8.根据权利要求7所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述进气门的背面锥角为25°。
9.根据权利要求1所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述封闭端的封闭面与所述进气座圈型线相配合处的角度及直径相同。
10.根据权利要求9所述的缸盖进气道系统，其特征在于，所述封闭面的角度为45°。
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