一种气缸盖及燃气发动机的制作方法

1.本实用新型涉及发动机进气技术领域，尤其涉及一种气缸盖及燃气发动机。


背景技术：

2.随着燃气发动机技术的发展，目前，越来越多的燃气发动机是在柴油发动机的基础上改造而成的。对于柴油机而言，其燃烧模式为扩散燃烧，一定程度的涡流有助于油束与空气混合，从而改善燃烧过程，因此，需要发动机气缸盖中的进气道在进气的过程中组织气流产生足够的涡流比。其中，涡流是指气体绕气缸轴向有组织的旋流运动。
3.然而，燃气发动机的燃烧模式为预混燃烧，对涡流强度要求不高，而需要小尺度的湍流运动来形成火焰褶皱面，从而加快火焰传播速度，提升热效率，其中，湍流是指气流速度较高时在流场中产生的许多方向不固定的小旋流，区别于层流运动。对于燃气发动机而言，并不需要提高涡流强度，而提高气缸内的滚流强度可以有利于在压缩末期形成湍流，在活塞上行到上止点时产生足够的湍动能，进而达到优化燃烧的目的。其中，滚流是指旋转中心轴线与缸套轴向垂直的气体旋流运动。
4.由此可见，对于现有由柴油机气缸盖集成改造设计而成的燃气发动机气缸盖，很难在气缸内产生燃气发动机所需要的滚流。
5.综上所述，如何提升柴油发动机的基础上改进开发的燃气发动机的燃烧室内的滚流效果已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种气缸盖及燃气发动机，以提升柴油发动机的基础上改进开发的燃气发动机的燃烧室内的滚流效果。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种气缸盖，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括形成于气缸盖的进气道，所述进气道包括公共气流道和在所述公共气流道的末端分叉而成的第一分叉流道、第二分叉流道，所述公共气流道用于将所述气缸盖的进气口处引入的气流以均匀引流的方式引至所述公共气流道的末端；所述第一分叉流道的末端形成有第一进气喉口，所述第二分叉流道的末端形成有第二进气喉口，所述第一进气喉口处设置有第一进气座圈，所述第二进气喉口处设置有第二进气座圈，所述第一进气座圈的内径与所述第二进气座圈的内径等径；所述第一分叉流道的有效容积v1大于所述第二分叉流道的有效容积v2；所述第一分叉流道的始端流通面积s1大于所述第二分叉流道的始端流通面积s2，且s1与s2之间满足关系：s1=k（v1/v2）s2，以使所述第一进气喉口的流出气流量与所述第二进气喉口的流出气流量的流量差值在预设偏差范围，其中，k为允许预设偏差系数。
8.优选地，所述第一分叉流道的始端流通面的高度与所述第二分叉流道的始端流通面的高度相同，所述第一分叉流道的始端流通面的宽度d1大于所述第二分叉流道的始端流通面的宽度d2。
9.优选地，在满足d1＞d2的前提下，d1的取值满足： d3≤d1≤3d3，其中，d3为第一进气座圈或第二进气座圈的内径。
10.优选地，在满足d1＞d2的前提下，d2的取值满足： 0＜d2≤1.5d3，其中，d3为第一进气座圈或第二进气座圈的内径。
11.优选地，所述公共气流道的末端分叉的中心点相对所述气缸盖布置所述进气口的端面距离h满足： 0≤h≤3d3，其中，d3为第一进气座圈或第二进气座圈的内径。
12.优选地，k的取值为0.8
‑
1.1。
13.优选地，所述第一分叉流道和所述第二分叉气道均为滚流导向气道，所述滚流导向气道内设置有用于引导气流向各自对应的所述气缸盖的排气喉口方向运动的导流曲面部。
14.优选地，所述第一分叉流道和所述第二分叉气道均为滚流导向气道，且所述滚流导向气道相对于所述气缸盖的底面倾斜布置，所述滚流导向气道的靠近所述气缸盖底面的一侧壁面为第一壁面，所述滚流导向气道内与所述第一壁面相对的另一侧壁面为第二壁面；所述导流曲面部设置于所述第一壁面和/或所述第二壁面上。
15.优选地，所述导流曲面部为形成于所述第一壁面的鱼肚形结构，和/或形成于所述第二壁面的鱼肚形结构。
16.优选地，所述导流曲面部为形成于所述第一壁面的末端边沿且分别位于所述第一进气喉口上方和所述第二进气喉口上方的导流凸出部，所述导流凸出部在各自对应的进气喉口的上端面的轴向投影为凸出投影，所述凸出投影位于其对应的进气喉口的内侧并且形成由所述进气喉口的上端面的边缘沿径向朝向所述进气喉口的中心凸出的凸出区域，所述凸出投影的中部的宽度大于其两端的宽度。
17.优选地，所述进气口布置于所述气缸盖的侧面或顶面或底面。
18.相比于背景技术介绍内容，上述气缸盖，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括形成于气缸盖的进气道，进气道包括公共气流道和在公共气流道的末端分叉而成的第一分叉流道、第二分叉流道，公共气流道用于将气缸盖的进气口处引入的气流以均匀引流的方式引至公共气流道的末端；第一分叉流道的末端形成有第一进气喉口，第二分叉流道的末端形成有第二进气喉口，第一进气喉口处设置有第一进气座圈，第二进气喉口处设置有第二进气座圈，第一进气座圈的内径与第二进气座圈的内径等径；第一分叉流道的有效容积v1大于第二分叉流道的有效容积v2；第一分叉流道的始端流通面积s1大于第二分叉流道的始端流通面积s2，且s1与s2之间满足关系：s1=k（v1/v2）s2，以使第一进气喉口的流出气流量与第二进气喉口的流出气流量的流量差值在预设偏差范围，其中，k为允许预设偏差系数。采用上述气缸盖的结构，针对于进气道采用公共气流道末端分叉形成第一分叉流道和第二分叉流道的气道结构，且公共气流道以均匀引流的方式引至公共气流道的末端的结构形式，当第一分叉流道的有效容积v1大于第二分叉流道的有效容积v2的情况时，由于第一进气座圈的内径与第二进气座圈的内径等径，因此通过将第一分叉流道的始端流通面积s1和第二分叉流道的始端流通面积s2设计成非对称的结构，也即第一分叉流道的始端流通面积s1大于第二分叉流道的始端流通面积s2，且s1与s2之间满足关系：s1=k（v1/v2）s2，从而使得第一进气喉口的流出气流量与第二进气喉口的流出气流量的流量差值在预设偏差范围，也即通过第一进气喉口和第二进气喉口进入燃烧室内的气流密度与速度基本
一致，继而避免了两个进气喉口对应进气门座圈处流量不同的影响而降低滚流效果的问题，也即提升了柴油发动机的基础上改进开发的燃气发动机的燃烧室内的滚流效果。
19.另外，本实用新型还提供了一种燃气发动机，包括气缸盖，该气缸盖为上述任一方案所描述的气缸盖，由于该气缸盖具有上述技术效果，因此具有该气缸盖的燃气发动机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例中提供的进气道的结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例中提供的第一/第二进气座圈的内径结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例中提供的气缸盖结构中的凸出投影与理论进气流通口的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例中提供的气缸盖底面的仰视图。
24.上图1
‑
图4中，
25.公共气流道1、第一进气喉口2、第二进气喉口3、第一分叉流道4、第二分叉流道5、公共气流道的末端分叉的中心点6、导流凸起部7、凸出投影71、两端连线72、凸出方向线73、排气喉口中心8。
具体实施方式
26.本实用新型的核心是提供一种气缸盖及燃气发动机，以提升柴油发动机的基础上改进开发的燃气发动机的燃烧室内的滚流效果。
27.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种气缸盖，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括形成于气缸盖的进气道，进气道包括公共气流道1和在公共气流道1的末端分叉而成的第一分叉流道4、第二分叉流道5，公共气流道1用于将气缸盖的进气口处引入的气流以均匀引流的方式引至公共气流道1的末端；第一分叉流道4的末端形成有第一进气喉口2，第二分叉流道5的末端形成有第二进气喉口3，第一进气喉口2处设置有第一进气座圈，第二进气喉口3处设置有第二进气座圈，第一进气座圈的内径与第二进气座圈的内径等径；第一分叉流道4的有效容积v1大于第二分叉流道5的有效容积v2；第一分叉流道4的始端流通面积s1大于第二分叉流道5的始端流通面积s2，且s1与s2之间满足关系：s1=k（v1/v2）s2，以使第一进气喉口2的流出气流量与第二进气喉口3的流出气流量的流量差值在预设偏差范围，其中，k为允许预设偏差系数。
29.采用上述气缸盖的结构，发动机气缸吸气时，进气门打开，气流自气缸盖外侧的进气口流入公共气流道，针对于进气道采用公共气流道末端分叉形成第一分叉流道和第二分叉流道的气道结构，且公共气流道以均匀引流的方式引至公共气流道的末端的结构形式，当第一分叉流道的有效容积v1大于第二分叉流道的有效容积v2的情况时，由于第一进气座
圈的内径与第二进气座圈的内径等径，因此通过将第一分叉流道的始端流通面积s1和第二分叉流道的始端流通面积s2设计成非对称的结构，也即第一分叉流道的始端流通面积s1大于第二分叉流道的始端流通面积s2，且s1与s2之间满足关系：s1=k（v1/v2）s2，从而使得第一进气喉口的流出气流量与第二进气喉口的流出气流量的流量差值在预设偏差范围，也即通过第一进气喉口和第二进气喉口进入燃烧室内的气流密度与速度基本一致，继而避免了两个进气喉口对应进气门座圈处流量不同的影响而降低滚流效果的问题，也即提升了柴油发动机的基础上改进开发的燃气发动机的燃烧室内的滚流效果。
30.这里需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，进气口位于气缸盖的外侧。另外需要说明的是，允许预设偏差系数k是允许加工误差导致的偏差系数，其一般在满足s1大于s2的基础上，可选取值为0.8
‑
1.1。
31.在一些具体的实施方案中，第一分叉流道的始端流通面积s1大于第二分叉流道的始端流通面积s2的具体方式，可以为第一分叉流道4的始端流通面的高度与第二分叉流道5的始端流通面的高度相同，第一分叉流道4的始端流通面的宽度d1大于第二分叉流道5的始端流通面的宽度d2。因为第一分叉流道和第二分叉流道同在公共气流道的末端分叉形成，因此，第一/第二分叉流道的流通截面的高度方向的布置空间有限，并且一般来说二者距离各自的进气喉口的高度相同，因此，通过设计成第一分叉流道4的始端流通面的宽度d1大于第二分叉流道5的始端流通面的宽度d2的方式实现s1与s2之间的对应关系更加方便布置。
32.在一些具体的实施方案中，为了适应不同柴油发动机基础上改造所得到的燃气发动机的设计需求，在满足d1＞d2的前提下，d1的取值满足： d3≤d1≤1.5d3；或 d3≤d1≤2d3；或 d3≤d1≤2.5d3；或d3≤d1≤3d3，其中，d3为第一进气座圈或第二进气座圈的内径。同样，在满足d1＞d2的前提下，d2的取值满足：0＜d2≤0.5d3；或0＜d2≤0.8d3；或0＜d2≤1d3；或0＜d2≤1.5d3，其中，d3为第一进气座圈或第二进气座圈的内径。
33.在一些更具体的实施方案中，公共气流道1的末端分叉的中心点6相对气缸盖布置进气口的端面距离h具体可以设计成满足：0≤h≤0.5d3；或0≤h≤0.8d3；或0≤h≤d3；或0≤h≤1.5d3；或0≤h≤2d3；或0≤h≤2.5d3；或0≤h≤3d3，其中，d3为第一进气座圈或第二进气座圈的内径。
34.在一些具体的实施方案，为了使得进气道流入燃烧室的气流具有更好的滚流效果，一般来说，进气道内需要布置对应的滚流导向结构。比如，第一分叉流道4和第二分叉流道5均为滚流导向气道，滚流导向气道内设置有用于引导气流向各自对应的气缸盖的排气喉口方向运动的导流曲面部。其中，导流曲面部可以为第一/第二分叉流道壁面的一部分或全部，也可以设计为位于第一/第二分叉流道壁面局部的凹坑曲面或凸起曲面，进气气流在流经导流曲面部时，导流曲面部会对气流产生引导、抛射等作用。
35.其中，滚流导向结构工作时的基本原理：发动机气缸吸气时，进气门打开，气流自气缸盖外侧的进气口进入公共气流道，然后经公共气流道的末端分叉位置分别流入第一分叉流道和第二分叉流道后，分别从第一/第二进气喉口进入到气缸内，在各个导流曲面部的导流作用下使得进气气流朝向排气喉口方向运动，从而增强了流向排气喉口一侧的气流并减小了进气喉口一侧的气流，这两侧气流在进入气缸后更容易形成大尺度的滚流运动，进而增强滚流强度，有利于在压缩末期形成湍流，提升燃气发动机的热效率。
36.由此可见，本新型在现有柴油机的基础上，通过在第一/第二分叉流道设计导流曲
面部，使得进气气流产生燃气发动机所需的滚流效果，进而提升滚流强度和燃气发动机的热效率。
37.需要说明的是，本方案中的进气道的进气口开设于气缸盖的外侧，进气道的另一端则为第一/第二进气喉口，在沿进气方向上，滚流导向气道位于进气道的下游，其中，滚流导向气道可以设计为多种布置形式，例如相对气缸盖底面倾斜布置或垂直布置。
38.在一些具体的实施方案中，当滚流导向气道相对于气缸盖的底面倾斜布置时，滚流导向气道的靠近气缸盖底面的一侧壁面为第一壁面，滚流导向气道内与第一壁面相对的另一侧壁面为第二壁面；导流曲面部设置于第一壁面和/或第二壁面上。
39.其中，导流曲面部具体可以设计成相对第一壁面向气缸盖底面方向凹陷的弧形凹坑面，也即鱼肚形结构，也可以设计成相对第二壁面向气缸盖底面方向凹陷的弧形凹坑面，实际应用过程中，可以根据实际需求进行选择布置。
40.进一步的实施方案中，导流曲面部还可以是形成于第一壁面的末端边沿且分别位于第一进气喉口2上方和第二进气喉口3上方的导流凸出部7，导流凸出部7在各自对应的进气喉口的上端面的轴向投影为凸出投影，凸出投影位于其对应的进气喉口的内侧并且形成由进气喉口的上端面的边缘沿径向朝向进气喉口的中心凸出的凸出区域，凸出投影的中部的宽度大于其两端的宽度，如图3所示。具体的，当第一壁面上设置有多个导流曲面部时，导流凸出部的上侧边沿与最后一个导流曲面部的下侧边沿相接，导流凸出部的下侧边沿与对应的进气喉口的上侧边沿相接。当然也可以在第一壁面上只设置有导流凸出部构成的导流曲面部，实际应用过程中，可以根据具体需求进行设置。在本方案中，当进气气流流经最后一个导流曲面部后，该导流曲面部将气流向对侧的第二壁面抛射，该导流曲面部下游的导流凸出部进一步使得气流向第二壁面方向挤压，从而增强了流向对应的排气喉口方向的气流，减小了该进气喉口远离排气喉口一侧的气流，这两侧气流在进入气缸内后形成较强的滚流运动，从而满足燃气发动机的燃烧需求。
41.需要说明的是，本方案中的导流凸出部7的作用是将进气气流在射入进气喉口之前，使部分气流向排气喉口一侧挤压，能够实现上述功能的导流凸出部7可以设计为多种结构形状，例如将导流凸出部7朝向进气喉口中心的一侧边缘设计为弧线形、直线形、折线形或其他曲线形结构。优选地，本方案中的凸出投影月牙形区域，且月牙形区域的内凹侧朝向进气喉口的中心布置，即，导流凸出部7朝向进气喉口中心的一侧边缘设计为内凹的弧形。
42.需要说明的是，导流凸出部7具体包括上侧导流面和下侧加工面，上侧导流面和下侧加工面的交界处即为导流凸出部7朝向进气喉口中心凸出的边缘，下侧加工面是导流凸出部加工特征去除气缸盖主体的部分材料后形成的加工面，导流凸出部加工特征具体可以采用铸造加工、回转切削加工等，根据导流凸出部7的不同结构，下侧加工面具体可以设计为回转加工面、或多个顺序相接的平面、或其他曲面结构等。优选地，本方案中的下侧加工面为环绕加工轴线的回转加工面，加工轴线可以设计为与进气喉口轴线重合、平行、或相对倾斜布置，回转加工面的母线为直线、折线或曲线。回转加工面去除气缸盖主体的部分材料后即形成了导流凸出部7。
43.需要说明的是，根据不同的母线形状，上述回转加工面具体可以设计为多种不同的锥形面结构，优选地，本方案中的回转加工面为圆锥形加工面，圆锥形加工面的加工轴线与进气喉口轴线重合，且圆锥形加工面的顶点位于进气喉口的上方。导流凸出部7的具体形
状取决于圆锥形加工面的圆锥角的大小，圆锥角越大时，导流凸出部7越尖。优选地，本方案中的圆锥形加工面的圆锥角的取值范围为60
°
~160
°
，在此范围内，可以保证导流凸出部7具有足够尖锐的角度，从而进一步强化对进气气流产生的流速突变和挤压效果。
44.需要说明的是，回转加工面在进气喉口的上端圆面内形成的最大流通口为理论进气流通口，即，回转加工面的锥底在去除气缸盖主体的材料之后形成的圆形轮廓在进气喉口上端圆面内的轴向投影形成了理论进气流通口。当回转加工面的加工轴线与进气喉口的轴线重合或平行时，理论进气流通口为圆形流通口；当回转加工面的加工轴线与进气喉口的轴线相对倾斜布置时，理论进气流通口为椭圆形流通口。理论进气流通口的等效直径为d
m
，进气门座圈内径（进气门座圈与进气门密封锥面的最小直径）为d3，本方案中，d
m
与d3之间的关系满足：d
m = 0.85 d3~ d3，将d
m
设计为85%~100%的d3时，能够使流通能力和滚流效果达到平衡配合，即，能够在保证对流通能力影响最小的情况下达到明显的滚流效果。
45.请参照图3，理论进气流通口的总面积为s
a
，凸出投影71的面积为s
b
，由于导流凸出部7使得部分气流无法通过，因此，滚流导向气道的下端用于实际流通气流的开口的面积（即图3中阴影部分所示的实际进气流通口面积s
c
）等于理论进气流通口的总面积s
a
减去凸出投影71的面积s
b
，即s
a
、s
b
、s
c
三者的关系满足：s
a = s
b s
c
。
46.凸出投影71的面积s
a
越大，导流凸出部7阻挡气流的效果越明显，从而对气流挤压的程度越大，即，提高气流速度越明显，生成的滚流强度越大。为了使滚流效果与气道流通能力达到平衡，本方案将凸出投影71的面积s
b
设计为理论进气流通口的面积s
a
的15%~50%，即，s
a
与s
b
之间满足：s
b
/s
a
=0.15~0.5。
47.优选地，凸出投影71的两端连线72（如图3所示，两端点p1和p2的连线）的中点与进气喉口中心的连线为凸出方向线73，进气喉口中心与其对应的排气喉口中心连线与凸出方向线73的夹角为凸出方向角β，如图4所示，本方案中的凸出方向角β的范围为0
°
~45
°
，如此设置，本方案可以使导流凸出部7的凸出侧边缘朝向相邻的排气喉口方向布置，从而控制大尺度滚流运动尽量充满整个气缸。其中，进气喉口中心与其对应的排气喉口中心连线是指进气喉口的中心与排气喉口中心8的连线，如图4所示。
48.优选地，凸出投影71在进气喉口的上端面内跨过的圆弧角度θ为90
°
~220
°
。该特征限定了导流凸出部7在滚流导向气道横截面内的跨度大小。
49.进一步的实施方案中，上述进气口具体可以布置于气缸盖的侧面或顶面或底面，实际应用过程中，可以根据实际需求进行选择布置，从而实现不同型号的发动机的安装布置。
50.另外，本实用新型还提供了一种燃气发动机，包括气缸盖，该气缸盖为上述任一方案所描述的气缸盖，由于该气缸盖具有上述技术效果，因此具有该气缸盖的燃气发动机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
51.以上对本实用新型所提供的气缸盖及燃气发动机进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
52.还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有
更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
53.本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。