具有高涡流与滚流比的内燃机缸盖

摘要

本发明公开了一种具有高涡流比或高滚流比的内燃机缸盖，其技术结构为：缸盖为双进气门结构，两个气门座圈分别设置在缸盖进气道的两个出口位置，两个进气门的中心轴线分别与各自气门座圈的中心轴线对中。气门座圈的中心轴线与各自对应的气道出口中心轴线均向内偏移0.5～1.5mm，气门座圈的中心轴线与进气道出口中心轴线的连线与进气道出口截面的夹角在±30°之内。本发明将内燃机缸盖内的气道出口相对气门座圈入口在特定方向偏移一定的角度和距离，在不影响平均流量系数的基础上，能够较大幅度提高柴油机涡流比及汽油机滚流比，满足内燃机高效清洁燃烧的需求，从而达到节能减排的目的。

权利要求

1.具有高涡流与滚流比的内燃机缸盖，缸盖为双进气门结构，两个气门座圈(1)分别设置在缸盖进气道(2)的两个出口位置，两个进气门(3)的中心轴线分别与各自气门座圈的中心线对中，其特征在于：缸盖进气道出口中心轴线与各自对应的气门座圈的中心线均向内偏移0.5～1.5mm，定义气门座圈的中心线A与气门座圈上顶面的交点为起点；缸盖进气道出口中心线B与气门座圈上顶面的交点为终点，两点的连线与缸盖进气道出口截面的夹角α在±30°之内。

说明书

具有高涡流与滚流比的内燃机缸盖

技术领域

[0001] 本发明属于一种内燃机技术，具体涉及到内燃机缸盖内进气道的结构。技术背景

[0002] 随着石油能源危机和环境污染问题的日益严重，降低内燃机能源消耗和排放成为国际内燃机领域重要的研究内容。内燃机缸内气体流动状态是影响内燃机燃烧性能的决定性因素之一，直接影响到动力性、经济性及排放指标。气道作为内燃机的“咽喉”，决定着内燃机充气效率和缸内气流运动的流态，从而影响燃油与空气的混合以及燃烧过程。因此提高气道的流动性能对于提高发动机燃油经济性和其它性能指标显得非常重要。对柴油机而言，良好的气流组织分布可以促进燃烧过程中的热混合作用，提高燃烧速率，对节能减排有着重要意义。

[0003] 进气道的流动性能主要体现在两个方面：一是流通能力，通常用平均流量系数进行评价；二是气道在缸内产生气流宏观运动能力的大小，包括进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的涡流(柴油机)，以及绕汽缸轴线垂直线旋转的滚流(汽油机)，进气道流动性能一般用涡流比或滚流比进行评价。所以平均流量系数与涡流比或滚流比是评价内燃机缸盖进气道优劣的两个重要指标，一般呈此消彼涨的关系。为了获得合适的涡流比或滚流比，往往以牺牲流量系数为代价。

[0004] 国外在进气道性能研究上提出，进气道出口中心轴线与气门座圈中心轴线的偏移能够影响进气道性能，但是在论述中未对上述两轴线如何偏移可使进气道性能提高进行说明。本发明提出，偏移角度改变时，会引起涡流比或滚流比的较大幅度波动，当偏移角度处于某一特定范围时，可以使进气道的平均流量系数和涡流比或滚流比向有益的方向发展。因此，本发明提出的一种进气道出口中心轴线与气门座圈中心轴线偏移的缸盖结构，在平均流量系数略微提升的基础上，可大幅度提高进气道的涡流比或滚流比。

发明内容

[0005] 本发明的目的是，在不影响平均流量系数的前提下，提出一种高涡流比或高滚流比内燃机缸盖，以满足节能减排的需求。

[0006] 以下结合附图对本发明的技术原理予以说明。具有高涡流与滚流比的内燃机缸盖，缸盖为双进气门结构，缸盖为双进气门结构，两个气门座圈分别设置在缸盖进气道的两个出口位置，两个进气门的中心轴线分别与各自气门座圈的中心线对中。可以实现气流高涡流与滚流比而采取的技术方案是：缸盖进气道出口中心轴线与各自对应的气门座圈的中心线均向内偏移0.5～1.5mm。定义气门座圈的中心线A与气门座圈上顶面的交点为起点；缸盖进气道出口中心线B与气门座圈上顶面的交点为终点，两点的连线与缸盖进气道出口截面的夹角α在±30°之内。

[0007] 传统结构的缸盖，进气道出口中心轴线与气门座圈(或气门)中心轴线是重合的。在进气过程中，进气道气流经气门座圈时，在进气门上表面(内弧形)的导向作用下，总的进气流被分成多股进入气缸，其中气门杆两侧的气流对于燃烧性能的影响非常大。对于汽油机来说：在低气门升程下，进气道左侧气流(在缸内滚流形成过程中)占主导作用，随着气门升程的增大，右侧气流(在缸内滚流形成过程中)逐渐占据主导地位。由于这两股气流分别形成的滚流旋转方向相反，所以汽油机缸盖的滚流比在低气门升程时，上升比较迟缓。对于柴油机来说：在进气过程中，右侧气流(在缸内涡流形成过程中)一直占主导地位。

[0008] 本发明提出的缸盖结构其进气道两个出口的中心轴线与气门座圈的中心轴线平行但不重合，缸盖内进气道的出口相对气门座圈入口平面偏移一定的角度和距离，使进气道出口与气门座圈入口形成错位。利用气门上表面内弧的导向作用，可以诱导进气道出口左侧气流的一部分汇入右侧气流，进而提高右侧气流的流速。最终达到提高柴油机涡流比及汽油机滚流比的目的。

[0009] 本发明的特点及产生的有益效果是：在不影响平均流量系数的基础上，能够较大幅度提高缸盖中气道的涡流比或滚流比，满足内燃机高效清洁燃烧的需求，从而达到节能减排的目的。

附图说明

[0010] 图1为内燃机缸盖进气道出口截面结构示意图。

[0011] 图2为进气道出口与气门座圈入口错位结构示意图。

[0012] 图3为内燃机缸盖进气道结构示意图。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图并通过实施例对本发明的原理结构做进一步的说明。

[0014] 具有高涡流与滚流比的内燃机缸盖，缸盖为双进气门结构，两个气门座圈1分别设置在缸盖进气道2的两个出口位置，两个进气门3的中心轴线分别与各自气门座圈的中心线对中(如图1图3)。其结构特征是：缸盖进气道出口中心轴线与各自对应的气门座圈的中心线均向内偏移0.5～1.5mm，或者说进气道两个出口的中心轴线分别与各自对应气门的中心轴线形成错位(如图1)。定义气门座圈的中心线A与气门座圈上顶面的交点为起点；缸盖进气道出口中心线B与气门座圈上顶面的交点为终点，两点的连线与缸盖进气道出口截面的夹角α在±30°之内(如图2)。

[0015] 具体实施例采用了四气门柴油机缸盖，该缸盖进气道为双气门结构，缸径105mm,最大气门升程10mm。

[0016] 实施例1：

[0017] 气门座圈中心轴线A与进气道出口中心轴线B偏移距离分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm。气门座圈的中心轴线A与进气道出口中心轴线B的连线与进气道出口截面的夹角α为+30°，实验结果如表1所示。

[0018] 实施例2：

[0019] 气门座圈中心轴线A与进气道出口中心轴线B偏移距离分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm。气门座圈的中心轴线A与进气道出口中心轴线B的连线与进气道出口截面的夹角α为
0°。实验结果如表1所示。

[0020] 实施例3：

[0021] 气门座圈中心轴线A与进气道出口中心轴线B偏移距离分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm。气门座圈的中心轴线A与进气道出口中心轴线B的连线与进气道出口截面的夹角α为-30°，实验结果如表1所示。

[0022] 在此基础上对原缸盖以及上述三个实施例的缸盖分别进行了稳态流动试验,实验结果如表1所示。

[0023] 表1高涡流比缸盖方案稳流试验数据

[0024]

[0025] 试验结果表明：采用本发明结构的缸盖，平均流量系数基本相当，涡流比均得到了不同幅度的提高。当气门座圈中心轴线A与进气道出口中心轴线B偏移距离为1.5mm，且气门座圈中心轴线A与进气道出口中心轴线B的连线沿顺时针与进气道出口截面呈+30°夹角时，平均流量系数略有提升，涡流比相对提升最大，幅度高达19.58％。