CN205400917U - 一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖 - Google Patents

Abstract

一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖，增大进排气道过渡段两侧的流通截面，进排气道出气段下侧内壁过渡圆角分别为92°和103°，进排气道导管凸台的中心分别位于进排气道进气段的上内壁面的连接圆弧上，限定了进排气道入口的截面、进排气道的出口截面及发动机气缸套内径的截面与进排气门座圈最小直径之比，进排气道出气段的铸造设计尺寸与进排气门座圈最小直径相等；它解决单缸卧式水冷涡流室式柴油机无旋进、排气道气流流动均匀性差，流通截面面积突变，平均流量系数低，与发动机匹配性差的问题，有效减少流动阻力，提高进气量和减少残余废气量，改善柴油机的性能和降低排放。

Description

一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖

技术领域

本实用新型涉及一种柴油机气缸盖，尤其涉及柴油机气缸盖进排气道，更具体的涉及缸径为75-100毫米的单缸卧式水冷涡流室式柴油机用气缸盖进排气道。

背景技术

我国单缸柴油机年产量已占世界年产量的90％以上，出口量占总产量的20％以上,单缸柴油机产量大是我国内燃机行业的一大特色。柴油机燃烧室型式有直喷式与涡流室式两种，由于受结构限制，国内外缸径小于85mm的非道路柴油机仍以涡流室式燃烧系统为主。随着人们对环境保护要求的不断提高，内燃机的节能与减排成为行业发展的焦点。我国于2014年10月1日起实施的非道路柴油机第三阶段排放法规成为世界范围内现行最为严格的排放法规之一。这对于成本低廉及结构、新技术使用受限的小功率单缸柴油机而言是一个巨大的挑战,因此对小功率单缸柴油机的技术升级迫在眉睫。

进排气道是工质更换的必经之道，设计低流阻进排气道、提高进排气系统的流通能力是提高柴油机充气效率、降低泵气损失的重要措施。纵观国内外对柴油机进排气道研究现状，主要工作多是针对直喷式柴油机的螺旋气道或切向气道，对涡流室式柴油机低流阻的无旋流进排气系统的系统研究开展的较少。实用新型者对涡流室式柴油机气缸盖进排气道结构进行分析研究，针对单缸卧式水冷涡流室式柴油机气缸盖进排气道结构提出了创新改进设计。创新改进设计后的涡流室式柴油机气缸盖进排气道可以有效减少流动阻力，提高进气量和减少残余废气量，改善柴油机的性能和降低排放。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖，解决单缸卧式水冷涡流室式柴油机无旋进、排气道气流流动均匀性差，流通截面面积突变，平均流量系数低，与发动机匹配性差的问题，可以有效减少流动阻力，提高进气量和减少残余废气量，改善柴油机的性能和降低排放。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖，包括进气道和排气道，以进气道和排气道的中心连线的中心为原点，以进气道和排气道的中心连线为X轴方向，以垂直进气道和排气道的中心连线，且通过原点直线为Y轴方向，其特征在于：所述进气道从外至内由进气道进气段、进气道过渡段和进气道出气段依次连接而成，进气道过渡段在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大进气道过渡段在Y轴方向两侧的流通截面面积，进气道过渡段与进气道出气段之间通过圆弧过渡，且进气道出气段的下侧内壁过渡圆角为92°，进气道导管凸台的中心位于进气道过渡段的上侧内壁圆弧上，进气道入口的截面面积与进气门座圈的最小直径处的截面面积之比为1.5～1.6，进气门座圈最小直径处截面面积与进气道出口截面面积之比为0.8，进气门座圈最小直径处的截面面积与发动机气缸套内径的截面面积之比为0.10-0.12，进气道出气段的铸造设计尺寸与进气门座圈最小直径相等；所述排气道从内至外由排气道进气段、排气道过渡段和排气道出气段依次连接而成，排气道的出口的截面面积与排气门座圈的最小直径处的截面面积之比为1.5-1.6，排气门座圈的最小直径处的截面面积与排气道入口的截面面积之比为0.8，排气门座圈的最小直径处截面面积与发动机的气缸套内径截面面积之比之为0.08-0.10，排气道过渡段在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大排气道过渡段在Y轴方向两侧的流通截面面积，排气道过渡段与排气道进气段之间通过圆弧过渡，排气道进气段的下侧内壁过渡圆角为103°，排气道导管凸台的中心位于排气道过渡段的上侧内壁圆弧上，排气道进气段的铸造设计尺寸与排气门座圈最小直径相等。

在上述方案中，将进气道过渡段设计成非圆截面，即进气道过渡段在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，增大进气道过渡段在Y轴方向两侧的流通截面面积，有利于提升进气道流通截面面积变化的连续性，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力；进气道过渡段与进气道出气段之间通过圆弧过渡，且进气道出气段的下侧内壁过渡圆角为92°，有利于提升气流进入进气道出气段的均匀性，避免气流在进气道过渡段的上侧内壁圆弧出现气流速度过大现象。

在上述方案中，将进气道导管凸台的中心设计在进气道过渡段的上侧内壁圆弧上，有利于减小进气道导管凸台处气流运动死区面积，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力。

在上述方案中，所述进气道入口的截面面积与进气门座圈最小直径处截面面积之比在1.5-1.6之间，有利于进气道流通截面从进气道入口处向进气道出口处逐渐连续收缩，保证气流从进气道入口处向进气道出口处是不断加速的；进气门座圈最小直径处截面面积与进气道出口截面面积之比为0.8，有利于进气道出气段内的气流进入气缸之前产生拉法尔喷管效应，对气流起到一定的加速作用；进气门座圈最小直径处截面面积与发动机的气缸套内孔的截面面积之比为0.10-0.12，有利于提高进气道尺寸与发动机参数的匹配性。

在上述方案中，所述排气道进气段管径减小，减少排气道进气段前额压力区，有利于减小排气道进气段内气流死区面积，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力。

在上述方案中，所述排气道出口截面面积与排气门座圈最小直径处截面面积之比设定为1.5-1.6，有利于排气道流通截面从排气道入口处向排气道出口处逐渐连续收缩，保证气流从排气道入口处向排气道出口处是不断加速的；排气门座圈最小直径处截面面积与排气道入口截面面积之比为0.8，有利于气缸内的气流进入排气道进气段之前产生拉法尔喷管效应，对气流起到一定的加速作用；排气门座圈最小直径处截面面积与发动机的气缸套内孔截面面积之比设定为0.08-0.10，有利于改善排气道尺寸与发动机参数的匹配性。

在上述方案中，将排气道过渡段设计成非圆截面，即排气道过渡段在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大排气道过渡段在Y轴方向两侧的流通截面面积，有利于提升排气道流通截面面积变化的连续性，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力；排气道过渡段下侧通过103°圆角过渡，有利于提升气流进入排气道出气段的均匀性，避免气流在排气道进气段的下侧内壁过渡圆角出现气流速度过大现象。

在上述方案中，将排气道导管凸台的中心设计在排气道过渡段的上侧内壁圆弧上，有利于减少排气道导管凸台处气流运动死区面积，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图中：1-进气道；2-排气道；3-进气道导管凸台；4-进气门座圈；5-排气门座圈；6-排气道导管凸台；11-进气道进气段；12-进气道过渡段；13-进气道出气段；14-进气道出气段的下侧内壁过渡圆角；15-进气道过渡段的上侧内壁圆弧；21-排气道进气段；22-排气道过渡段；23-排气道出气段；24-排气道进气段的下侧内壁过渡圆角；25-排气道过渡段的上侧内壁圆弧；41-进气道出口；51-排气道入口。

具体实施方式

下面对照附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖，如图1和图2所示，它包括进气道1和排气道2，所述进气道1从外至内由进气道进气段11、进气道过渡段12和进气道出气段13依次连接而成，在以进气道1和排气道2的中心连线的中心为原点，以进气道1和排气道2的中心连线为X轴方向，以垂直进气道1和排气道2的中心连线，且通过原点直线为Y轴方向的坐标系中，进气道过渡段12在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大进气道过渡段12在Y轴方向两侧的流通截面面积，进气道过渡段12与进气道出气段13之间通过圆弧过渡，且进气道出气段的下侧内壁过渡圆角14为92°，进气道导管凸台3的中心位于进气道过渡段的上侧内壁圆弧15上，进气道1入口的截面面积与进气门座圈4的最小直径处的截面面积之比为1.5～1.6，进气门座圈4最小直径处截面面积与进气道出口41截面面积之比为0.8，进气门座圈4最小直径处的截面面积与发动机气缸套内径的截面面积之比为0.10-0.12，进气道出气段13的铸造设计尺寸与进气门座圈4最小直径相等；所述排气道2从内至外由排气道进气段21、排气道过渡段22和排气道出气段23依次连接而成，排气道2的出口的截面面积与排气门座圈5的最小直径处的截面面积之比为1.5-1.6，排气门座圈5的最小直径处的截面面积与排气道入口51的截面面积之比为0.8，排气门座圈5的最小直径处截面面积与发动机的气缸套内径截面面积之比之为0.08-0.10，排气道过渡段22在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大排气道过渡段22在Y轴方向两侧的流通截面面积，排气道过渡段22与排气道进气段21之间通过圆弧过渡，排气道进气段的下侧内壁过渡圆角24为103°，排气道导管凸台6的中心位于排气道过渡段的上侧内壁圆弧25上，排气道进气段21的铸造设计尺寸与排气门座圈5最小直径相等。

在上述方案中，将进气道过渡段12设计成非圆截面，即进气道过渡段12在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，增大进气道过渡段12在Y轴方向两侧的流通截面面积，有利于提升进气道流通截面面积变化的连续性，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力；进气道过渡段12与进气道出气段13之间通过圆弧过渡，且进气道出气段的下侧内壁过渡圆角14过渡圆角为92°，有利于提升气流进入进气道出气段13的均匀性，避免气流在进气道出气段的下侧内壁过渡圆角14出现气流速度过大现象。

在上述方案中，将进气道导管凸台3的中心设计在进气道过渡段的上侧内壁圆弧15上，有利于减小进气道导管凸台3处气流运动死区面积，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力。

在上述方案中，所述进气道1入口的截面面积与进气门座圈4最小直径处截面面积之比在1.5-1.6之间，有利于进气道流通截面从进气道1入口处向进气道出口41处逐渐连续收缩的，保证气流从进气道1入口处向进气道出口41处是不断加速的；进气门座圈4最小直径处截面面积与进气道出口41截面面积之比为0.8，有利于进气道出气段13内的气流进入气缸之前产生拉法尔喷管效应，对气流起到一定的加速作用；进气门座圈4最小直径处截面面积与发动机的气缸套内孔的截面面积之比为0.10-0.12，有利于提高进气道尺寸与发动机参数的匹配性。

在上述方案中，所述排气道进气段21管径减小，减少排气道进气段前额压力区，有利于减小排气道进气段21内气流死区面积，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力。

在上述方案中，所述排气道2出口截面面积与排气门座圈5最小直径处截面面积之比设定为1.5-1.6，有利于排气道流通截面从排气道入口51处向排气道出口处逐渐连续收缩的，保证气流从排气道入口51处向排气道出口处是不断加速的；排气门座圈5最小直径处截面面积与排气道入口51截面面积之比为0.8，有利于气缸内的气流进入排气道进气段21之前产生拉法尔喷管效应，对气流起到一定的加速作用；排气门座圈5最小直径处截面面积与发动机的气缸套内孔截面面积之比设定为0.08-0.10，有利于改善排气道尺寸与发动机参数的匹配性。

在上述方案中，将排气道过渡段22设计成非圆截面，即排气道过渡段22在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大排气道过渡段22在Y轴方向两侧的流通截面面积，有利于提升排气道流通截面面积变化的连续性，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力；排气道过渡段下侧通过103°圆角过渡，有利于提升气流进入排气道出气段23的均匀性，避免气流在排气道进气段的下侧内壁过渡圆角24出现气流速度过大现象。

在上述方案中，将排气道导管凸台6的中心设计在排气道过渡段的上侧内壁圆弧25上，有利于减少排气道导管凸台6处气流运动死区面积，增强气道的流动均匀性提升气道流通能力。

采用本实用新型设计的R180单缸涡流室式单缸柴油机用气缸盖进排气道结构，在R180卧式水冷涡流室式柴油机上的稳流试验结果表明：本实用新型进气道相对于原机进气道，在中大升程范围内流量系数有明显增大。在柴油机工作的最大进气门升程8.45mm，流量系数值为0.7643，相对于原机增大了9.6％；AVL平均流量系数为0.4407，相对于原机增大了9.5％；本实用新型排气道相对于原机排气道，在整个试验升程范围内流量系数都有明显增大。在柴油机工作的最大进气门升程8.46mm，流量系数值为0.8046，相对于原机增大了9.7％；AVL平均流量系数为0.4351，相对于原机增大了11.8％。在R180卧式水冷涡流室式柴油机上的模拟计算结果表明：本实用新型进气道有利于增强气流运动的均匀性，增强气道流通能力，减小进气道流动阻力，对增大充量系数是有利的；本实用新型排气道有利于减弱气流运动死区现象，增强气流运动的均匀性，增强气道流通能力，对减小排气道的流动阻力是有利的。

Claims (1)

1.一种单缸涡流室式柴油机用气缸盖，包括进气道(1)和排气道(2)，以进气道(1)和排气道(2)的中心连线的中心为原点，以进气道(1)和排气道(2)的中心连线为X轴方向，以垂直进气道(1)和排气道(2)的中心连线，且通过原点直线为Y轴方向，其特征在于：所述进气道(1)从外至内由进气道进气段(11)、进气道过渡段(12)和进气道出气段(13)依次连接而成，进气道过渡段(12)在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大进气道过渡段(12)在Y轴方向两侧的流通截面面积，进气道过渡段(12)与进气道出气段(13)之间通过圆弧过渡，且进气道出气段的下侧内壁过渡圆角(14)为92°，进气道导管凸台(3)的中心位于进气道过渡段的上侧内壁圆弧(15)上，进气道(1)入口的截面面积与进气门座圈(4)的最小直径处的截面面积之比为1.5～1.6，进气门座圈(4)最小直径处截面面积与进气道出口(41)截面面积之比为0.8，进气门座圈(4)最小直径处的截面面积与发动机气缸套内径的截面面积之比为0.10-0.12，进气道出气段(13)的铸造设计尺寸与进气门座圈(4)最小直径相等；所述排气道(2)从内至外由排气道进气段(21)、排气道过渡段(22)和排气道出气段(23)依次连接而成，排气道(2)的出口的截面面积与排气门座圈(5)的最小直径处的截面面积之比为1.5-1.6，排气门座圈(5)的最小直径处的截面面积与排气道入口(51)的截面面积之比为0.8，排气门座圈(5)的最小直径处截面面积与发动机的气缸套内径截面面积之比之为0.08-0.10，排气道过渡段(22)在Y轴方向的直径大于X轴方向的直径，即增大排气道过渡段(22)在Y轴方向两侧的流通截面面积，排气道过渡段(22)与排气道进气段(21)之间通过圆弧过渡，排气道进气段的下侧内壁过渡圆角(24)为103°，排气道导管凸台(6)的中心位于排气道过渡段的上侧内壁圆弧(25)上，排气道进气段(21)的铸造设计尺寸与排气门座圈(5)最小直径相等。