一种发动机及具有该发动机的车辆的制作方法

1.本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种发动机及具有该发动机的车辆。


背景技术：

2.现有的发动机，燃烧室边缘湍动能弱，不利于此处的火焰传播，而且活塞顶边缘相对比较平坦，由于边缘处距离点火位置相对最远，燃烧速度较低时，发动机相对容易爆震，不利于提高发动机的热效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种发动机及具有该发动机的车辆，其发动机的热效率较高。
4.本发明的技术方案是：一种发动机，包括缸体、缸盖和活塞，所述缸盖固定连接于所述缸体，所述活塞活动连接于所述缸体，所述缸体、所述缸盖和所述活塞形成燃烧室；
5.所述缸盖设置有进气门孔和排气门孔，所述进气门孔处设置有进气门，所述排气门孔处设置有排气门，所述进气门孔内远离所述排气门孔的边缘处设置有凸起的屏障凸起部，所述屏障凸起部的两端与所述进气门孔中心连线的夹角大于120度且小于或等于180度。
6.可选地，所述进气门外径与所述屏障凸起部之间的间隙为0.5毫米至1毫米。
7.可选地，所述进气门凸出于所述进气门孔的高度为进气门头部高度，沿所述进气门轴线方向，所述进气门头部高度的一半处至所述屏障凸起部的端面之间的距离为2毫米至3毫米。
8.可选地，所述燃烧室设置有至少两个，所述缸盖对应每个所述燃烧室设置有火花塞孔两个所述进气门孔和两个所述排气门孔；
9.两个所述进气门孔相邻设置于燃烧室中心火花塞孔的一侧，两个所述排气门孔相邻设置于所述燃烧室中心火花塞孔的另一侧，两个所述进气门孔处的所述屏障凸起部对称设置。
10.可选地，穿过两个所述进气门孔中心的直线为基准轴，所述屏障凸起部位于所述基准轴远离所述排气门孔的一侧，且所述屏障凸起部的两端均不超过所述基准轴。
11.可选地，所述屏障凸起部的一端为第一端，所述屏障凸起部的另一端为第二端，其中所述屏障凸起部的第一端靠近于另一对应的所述进气门孔，所述屏障凸起部的第一端与所述基准轴之间的垂线距离大于所述屏障凸起部的第二端与所述基准轴之间的垂线距离。
12.可选地，所述缸盖设置有至少两个测量平台。
13.可选地，所述活塞的顶部设置有挤气导流结构。
14.可选地，所述挤气导流结构相对所述活塞的上基准面呈凸起状；
15.所述挤气导流结构在第一方向的两侧分别设置有第一挤气导流面和第二挤气导流面，所述第一挤气导流面相对靠近于所述进气门，所述第二挤气导流面相对靠近于所述
排气门；
16.所述挤气导流结构在第二方向的两侧分别设置有第一挤气导流凸起结构和第二挤气导流凸起结构；
17.所述第一方向与所述第二方向垂直。
18.可选地，所述挤气导流结构的顶部设置有凹坑结构，所述凹坑结构位于所述第一挤气导流凸起结构和第二挤气导流凸起结构之间。
19.可选地，所述第一挤气导流面和所述第二挤气导流面呈斜面状或曲面状；
20.所述第一挤气导流面处设置有进气门避让结构。
21.可选地，所述活塞活动至上止点时，所述挤气导流结构伸入所述缸盖的燃烧室内，且所述第一挤气导流凸起结构和所述第二挤气导流凸起结构与所述缸盖对应燃烧室侧壁的最小距离均为1毫米至2毫米。
22.可选地，所述第一挤气导流凸起结构与所述缸盖的最小距离和第二挤气导流凸起结构与所述缸盖对应燃烧室侧壁的最小距离相等；所述第一挤气导流凸起结构与所述缸盖对应燃烧室侧壁的最小距离为1.56毫米；所述第二挤气导流凸起结构与所述缸盖对应燃烧室侧壁的最小距离为1.56毫米。
23.可选地，所述上基准面呈平面状，所述第一挤气导流凸起结构的外侧与所述上基准面的夹角为第一夹角，所述第二挤气导流凸起结构与所述上基准面的夹角为第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角为100至120度。
24.可选地，所述第一夹角和所述第二夹角相等；所述第一夹角为112.5度；所述第二夹角为112.5度。
25.可选地，所述第一挤气导流凸起结构的顶部相对所述上基准面的垂线距离为第一高度，所述第二挤气导流凸起结构的顶部相对所述上基准面的垂线距离为第二高度，所述第一高度和所述第二高度为4至6毫米。
26.可选地，所述第一高度和所述第二高度相等；所述第一高度为4.9毫米；所述第二高度为4.9毫米。
27.可选地，所述缸盖连接有火花塞，所述凹坑结构的底部距离所述火花塞的距离为5.5毫米至6毫米。
28.可选地，沿垂直所述第一方向的截面，所述凹坑结构底部呈平滑曲线状；沿垂直所述第二方向的截面，所述凹坑结构底部呈平直状。
29.可选地，所述第一挤气导流面和所述第二挤气导流面均呈斜面状，所述上基准面呈平面状，所述第一挤气导流面与所述上基准面的夹角为第三夹角，所述第二挤气导流面与所述上基准面的夹角为第四夹角，所述第三夹角和所述第四夹角为160至170度。
30.可选地，所述第三夹角为163度；所述第四夹角为162度。
31.可选地，所述挤气导流结构的中心相对所述活塞中心沿所述第一方向向所述排气门侧偏移设定距离。
32.本发明还提供了一种车辆，所述车辆具有上述一种发动机。
33.本发明所提供的一种发动机及具有该发动机的车辆，其在进气门孔处设置的屏障凸起部对气流产生阻碍导流作用，提高了燃烧室气体流动的滚流效应，滚流比高，加快燃烧速度，使燃烧更充分缩短了后燃期，利于提升了发动机热效率，而且，活塞的挤气导流结构
为燃烧提供合理的滚流和涡流，挤气导流结构顶部的凹坑结构参与挤气与导流的同时，为火花塞的侧电极提供合理的点火间隙，有利于火焰核心的形成及点燃混合气的稳定性，挤气导流结构提高燃烧室边缘的湍动能，从而提高燃烧速度，降低高压缩比发动机的爆震倾向，同时缸盖上设置的屏障凸起部结构，提高了滚流比，进而提高了燃烧速度，两者结合后，缩短了后燃期，提升了发动机热效率。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本发明实施例提供的一种发动机的剖面示意图；
36.图2是图1中a处的局部放大示意图；
37.图3是本发明实施例提供的一种发动机中缸盖的立体示意图；
38.图4是图3中缸盖的进气门孔处的局部放大示意图；
39.图5(a)是本发明实施例提供的一种发动机中缸盖的进排气门孔的平面示意图；
40.图5(b)是本发明实施例提供的一种发动机中缸盖燃烧室(燃烧室在缸盖内的部分)的立体示意图；
41.图6是本发明实施例提供的一种发动机中缸盖的剖面示意图；
42.图7是图6中b处的局部放大示意图；
43.图8是本发明实施例提供的一种发动机的另一剖面示意图；
44.图9是图8中c处的局部放大示意图；
45.图10是本发明实施例提供的一种发动机中缸盖的局部平面示意图；
46.图11是本发明实施例提供的一种发动机中缸盖的局部剖面示意图；
47.图12是本发明实施例提供的一种发动机垂直于第二方向的剖面示意图；
48.图13是本发明实施例提供的一种发动机垂直于第一方向的剖面示意图；
49.图14是本发明实施例提供的一种发动机中活塞的第一视角的立体示意图；
50.图15是本发明实施例提供的一种发动机中活塞的第二视角的立体示意图；
51.图16是本发明实施例提供的一种发动机中活塞垂直于第一方向的剖面示意图；
52.图17是本发明实施例提供的一种发动机中活塞垂直于第二方向的剖面示意图；
53.图18是图13中d处局部放大示意图；
54.图19是本发明实施例提供的一种发动机中活塞与火花塞之间气流示意图；
55.图20是本发明实施例提供的一种发动机中燃烧室对应立体模型的立体示意图；
56.图21是本发明实施例提供的一种发动机中燃烧室对应立体模型的平面示意图；
57.图22是图21中a-a剖面的剖面示意图；
58.图23是图21中b-b剖面的剖面示意图。
具体实施方式
59.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
60.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
61.还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
62.如图1至图4及图8所示，本发明实施例提供的一种发动机，包括缸体10、缸盖20和活塞30，所述缸盖20固定连接于所述缸体10，所述活塞30活动连接于所述缸体10，所述缸体10、所述缸盖20和所述活塞30形成燃烧室101。所述缸盖20设置有进气门孔201和排气门孔202，所述进气门孔201处设置有进气门41，所述排气门孔202处设置有排气门42，所述进气门孔201内远离所述排气门孔202的边缘处设置有凸起的屏障凸起部21，所述屏障凸起部21的两端与所述进气门孔201中心连线的夹角t(即屏障凸起部21对应的圆心角，也可称包角)大于120度且小于或等于180度，屏障凸起部21有一定的高度，与进气门41的头部相组合形成一种屏障，屏障凸起部21对气流产生阻碍导流作用，提高了缸内(燃烧室101)气体流动的滚流效应，滚流比高，加快燃烧速度，使燃烧更充分缩短了后燃期，利于提升了发动机热效率。
63.具体地，如图6、图7所示，所述进气门41外径与所述屏障凸起部21之间的间隙a为0.5毫米至1毫米，利于提高滚流比。
64.具体地，如图6、图7所示，图7中21c为屏障凸起部21的侧壁，21d为屏障凸起部21的端面，所述进气门41凸出于所述进气门孔201的高度为进气门41的头部高度h1，沿所述进气门41轴线方向，所述进气门41头部高度的一半(h1除以2，即h1/2)处至所述屏障凸起部21的端面之间的距离h2为2毫米至3毫米，其使缸内气体流动的滚流效应更佳。
65.具体地，一个发动机中，所述燃烧室101设置有至少两个，所述缸盖20对应每个所述燃烧室101设置有两个所述进气门孔201和两个所述排气门孔202；
66.两个所述进气门孔201相邻设置于燃烧室101中心的一侧，两个所述排气门孔202相邻设置于所述燃烧室101中心的另一侧，缸盖20对应于燃烧室101中心处可以设置火花塞孔203，对应同一燃烧室101，两个所述进气门孔201处的所述屏障凸起部21相对对称设置，其对气流产生阻碍导流作用更佳。
67.具体地，如图3、图4所示，对应同一燃烧室101，穿过两个所述进气门孔201中心的直线为基准轴l，所述屏障凸起部21位于所述基准轴l远离所述排气门孔202的一侧，且所述屏障凸起部21的两端均不超过所述基准轴l，结构合理。同一燃烧室101的两个所述进气门孔201可以沿发动机前后端方向设置，相应地，同一燃烧室101的两个所述排气门孔202也可以沿发动机前后端方向设置。
68.具体地，如图3、图4所示，所述屏障凸起部21的一端为第一端21a，所述屏障凸起部21的另一端为第二端21b，其中所述屏障凸起部21的第一端21a靠近于另一对应的所述进气门孔201(对应同一燃烧室101)，所述屏障凸起部21的第一端21a与所述基准轴l之间的垂线距离l1大于所述屏障凸起部21的第二端21b与所述基准轴l之间的垂线距离l2，即屏障凸起部21可以整体偏向于外侧。如图5(a)所示，屏障凸起部21的包角在阴影(网格剖面线)区域
内，如图5(a)的左右方向为发动机的前后侧，图4中基准线l的方向为发动机的前后侧。如图5(b)所示为缸盖燃烧室的立体图，图中20a表示为靠近于进气侧，图中20b表示为靠近于排气侧。通过对屏障凸起部21的包角范围进行了巧妙设置，使进气门41在小气门升程时，提高了缸内气体流动的滚流效应(如图9中箭头表示的气流滚流方向)，加快燃烧速度
69.具体地，所述缸盖20设置有至少两个测量平台204，至少两个测量平台204分设于燃烧室101中心(即火花塞孔203的两侧)的两侧，缸盖燃烧室面可为铸造毛坯面，为保证精确测定燃烧室101容积，本实施例中，如图10和图11所示，缸盖20内部设计有两处测量平台204，在生产过程中，通过测量测量平台204至缸盖20端面的高度h0，可间接管控燃烧室101的容积，防止不合格产品流出。
70.具体地，缸盖20与缸体10之间可以设置有气缸垫11，缸体10设置有缸孔侧壁102，火花塞43可设置于缸盖燃烧室的中央位置。火花塞43包括中心电极431和侧电极432。
71.具体地，如图12至图17所示，所述活塞30的顶部设置有挤气导流结构，以进一步提高缸内(燃烧室101)气体流动的滚流效应。
72.具体地，活塞30具有上基准面301，所述挤气导流结构相对所述活塞30的上基准面301呈凸起状，活塞30的上基准面可为平面。所述挤气导流结构在第一方向(即如图14中的x方向)的两侧分别设置有第一挤气导流面311和第二挤气导流面312，所述第一挤气导流面311相对靠近于所述进气门41，所述第二挤气导流面312相对靠近于所述排气门42，同一燃烧室101中，相邻的一个进气门41和一个排气门42沿第一方向设置；同一燃烧室101中，一个进气门41和另一个进气门41沿第二方向(即如图14中的y方向)设置，第一方向与第二方向相互垂直，第一方向第二方向与高度方向(z方向)相互垂直；所述挤气导流结构在第二方向的两侧分别设置有第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314，第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314相对上基准面301凸起，第一方向、第二方向和活塞30的活动方向(即高度方向，z方向)相互垂直，第一挤气导流面311相对靠近于进气侧，第二挤气导流面312相对靠近于排气侧，第一挤气导流凸起结构313相对靠近于发动机的前端，第二挤气导流凸起结构314相对靠近于发动机的后端。当活塞30处于上止点时(如图12、13所示)，挤气导流结构会运动至缸盖20对应燃烧室101内，减少了燃烧室101容积，提高了发动机几何压缩比，而且，如图，18所示，当活塞30处于上止点时，缸盖燃烧室的侧壁102与挤气导流结构(挤气导流结构的第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314)存在间隙b1和b2，该间隙b1和b2处于燃烧室101边缘，可以产生挤气效应，利用挤气导流结构及挤气功能提高了燃烧室101边缘的湍动能，从而提高燃烧速度，降低高压缩比发动机的爆震倾向。
73.具体应用中，活塞30前后方向(第二方向)的第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314可为相互对称结构。
74.具体应用中，第一挤气导流凸起结构313、第二挤气导流凸起结构314的顶部可以呈平面状，第一挤气导流凸起结构313、第二挤气导流凸起结构314的外侧可以呈斜面状，交接处可以采用圆滑过渡。可以理解地，第一挤气导流面311、第二挤气导流面312与上基准面301交接处也可以采用圆滑过渡。
75.具体地，所述挤气导流结构的顶部设置有凹坑结构315，所述凹坑结构315位于所述第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314之间，也位于第一挤气导流面
311和第二挤气导流面312之间，凹坑结构315可呈凹弧形，便于气流形成滚流，可提高燃烧速度。而且，凹坑结构315向下凹，可保证火花塞43与活塞顶之间的距离，有利于初期火核的形成。或者，凹坑结构315也呆以呈曲面状或球面状等，本实施例中，凹坑结构315呈凹弧形，凹坑结构315的底部可以高于上基准面301。
76.具体地，所述第一挤气导流面311和所述第二挤气导流面312可呈斜面状或曲面状等；所述第一挤气导流面311处设置有进气门避让结构。本实施例中，进气门避让结构设置有两个，包括前进气门避让结构316和后进气门避让结构317，前进气门避让结构316和后进气门避让结构317在第一挤气导流面311与上基准面301交接处沿第二方向设置，以避免与进气门41干涉。进气门避让结构设置的数量与进气门41数量相当，若进气门41仅设置有一个，则进气门避让结构也设置有一个。
77.具体地，所述活塞30活动至上止点时，所述挤气导流结构伸入所述缸盖20的燃烧室101内，且所述第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314与所述缸盖对应的燃烧室侧壁102的最小距离均为1毫米至2毫米(如图8中的b1和b2)。
78.具体地，活塞运行至上止点时，所述第一挤气导流凸起结构313(第一挤气导流凸起结构313与上基准面301交接处)与所述缸盖20的最小距离b1和第二挤气导流凸起结构314与所述缸盖20的最小距离b2可以相等，其挤气导流效果好且便于加工。
79.本实施例中，所述第一挤气导流凸起结构313与所述缸盖20的最小距离b1为1.56毫米。
80.本实施例中，所述第二挤气导流凸起结构314与所述缸盖20的最小距离b2为1.56毫米。
81.具体地，所述上基准面301可呈平面状，所述第一挤气导流凸起结构313的外侧与所述上基准面301的夹角为第一夹角(如图16中的β1)，所述第二挤气导流凸起结构314与所述上基准面301的夹角为第二夹角(如图16中的β2)，所述第一夹角和所述第二夹角为100至120度。
82.具体地，所述第一夹角β1和所述第二夹角β2相等，其挤气导流效果好且便于加工。
83.本实施例中，所述第一夹角β1为112.5度。
84.本实施例中，所述第二夹角β2为112.5度。
85.具体地，所述第一挤气导流凸起结构313的顶部相对所述上基准面301的垂线距离为第一高度h3，所述第二挤气导流凸起结构314的顶部相对所述上基准面301的垂线距离为第二高度h4，所述第一高度h3和所述第二高度h4为4至6毫米。
86.具体地，所述第一高度h3和所述第二高度h4相等，其挤气导流效果好且便于加工。
87.本实施例中，所述第一高度h3为4.9毫米。
88.本实施例中，所述第二高度h4为4.9毫米。
89.具体地，所述缸盖20连接有火花塞43，所述凹坑结构315的底部(中心处)距离所述火花塞43的距离h5为5.5毫米至6毫米(如图18所示)，有利于初期火核的形成。
90.具体地，如图16所示，沿垂直于所述第一方向的截面，所述凹坑结构315底部呈平滑曲线状；如图17所示，沿垂直于所述第二方向的截面，所述凹坑结构315底部呈平直状，这样的结构有利于压缩上止点附近在气缸前后方向上气流向中心汇聚，形成适宜浓度的可燃混合气，利于火花塞43点火。
91.具体地，本实施例中，所述第一挤气导流面311和所述第二挤气导流面312均呈斜面状，所述上基准面301呈平面状，所述第一挤气导流面311与所述上基准面301的夹角为第三夹角β3，所述第二挤气导流面312与所述上基准面301的夹角为第四夹角β4，所述第三夹角β3和所述第四夹角β4为160至170度。
92.本实施例中，所述第三夹角β3为163度，所述第四夹角β4为162度，靠进气侧的所述第三夹角β3采用163
°
的斜面，靠排气侧的所述第四夹角β4采用162
°
的斜面，一方面能避让进、排气门42，保证合适间隙以避免物理干涉；另一方面可使气流在压缩上止点附近形成类似对称的双涡挤流结构(如图19所示)，同时结合凹坑结构315沿第二方向平直的设计，确保点火时刻附近气流的速度被控制在＜15m/s的合适范围内，利于初期火核的形成及火焰传播的稳定性。
93.具体地，如图17所示，所述挤气导流结构的中心30相对所述活塞的中心300沿所述第一方向向所述排气门42侧偏移设定距离s1，即活塞30顶面的凸起相对活塞30中心偏向排气侧，如图17中箭头方向所示，这样的布置有利于增加排气侧边缘的气体流速，加快火焰传播速度，大大降低了因排气侧高温引起的早燃爆震几率。
94.如图17所示，第一挤气导流凸起结构313和第二挤气导流凸起结构314的外侧在活塞30的顶部形成陡峭凸缘，挤气导流效应明显，利于缩短后燃期，以提升发动机热效率。
95.本实施例中，上述燃烧室101可应用于高几何压缩比的发动机(即高效率发动机)，所提供的发动机可用作高几何压缩比的发动机即高效率发动机，当活塞30运动至压缩上止点附近时，火花塞43点火，进而开始下一个冲程。缸盖20设置有进气门41、4排气门42、测量平台204和屏障凸起部21构成；进气门41、4排气门42可以各有两个；缸盖燃烧室面可为铸造毛坯面，为保证精确的燃烧室101容积，燃烧室101内部设计有两处测量平台204，在毛坯生产过程中，通过测量测量平台204与缸体10端面的高度，间接管控缸盖燃烧室的容积，防止不合格产品流出。缸盖燃烧室在进气门41靠近缸盖20底面侧，设计有两处屏障凸起部21，该屏障凸起部21有一定的高度，形成一种屏障，对气流产生阻碍导流作用；由于燃烧室101结构的影响，屏障凸起部21的包角范围进行了巧妙设置，使进气门41在小气门升程时，提高了缸内气体流动的滚流效应(如图9中箭头表示的气流滚流方向)，加快燃烧速度，使燃烧更充分。
96.上述活塞30可为阿特金森(atkinson)活塞30，靠前的第一挤气导流凸起结构313、靠后的第二挤气导流凸起结构314、靠前的前进气门避让结构316、靠后的后进气门避让结构317、活塞30的上基准面301与活塞30靠进气侧的第一挤气导流面311共同形成进气挤气与导流装置，为燃烧提供合理的滚流和涡流；活塞30顶部的凹坑结构315参与挤气与导流的同时，为火花塞43的侧电极432提供合理的点火间隙，有利于火焰核心的形成及点燃混合气的稳定性；活塞30的上基准面301、活塞30靠排气侧的第二挤气导流面312及活塞30顶部的凹坑结构315，共同为排气进行挤气及导流，如图20至图23所示为燃烧室的立体模型示意图。
97.本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆具有上述一种发动机。
98.本发明实施例所提供的一种发动机及具有该发动机的车辆，其在进气门孔201处设置的屏障凸起部21对气流产生阻碍导流作用，提高了缸内(燃烧室101)气体流动的滚流效应，滚流比高，加快燃烧速度，使燃烧更充分缩短了后燃期，利于提升了发动机热效率，而
且，活塞30的挤气导流结构中靠前的第一挤气导流凸起结构313、靠后的第二挤气导流凸起结构314、靠前的前进气门避让结构316、靠后的后进气门避让结构317、活塞30的上基准面301与活塞30靠进气侧的第一挤气导流面311共同形成进气挤气与导流装置，为燃烧提供合理的滚流和涡流；活塞30顶部的凹坑结构315参与挤气与导流的同时，为火花塞43的侧电极432提供合理的点火间隙，有利于火焰核心的形成及点燃混合气的稳定性；活塞30的上基准面301、活塞30靠排气侧的第二挤气导流面312及活塞30顶部的凹坑结构315，共同为排气进行挤气及导流，利用上述结构及其挤气功能提高燃烧室边缘的湍动能，从而提高燃烧速度，降低高压缩比发动机的爆震倾向，同时缸盖上设置的屏障凸起部结构，提高了滚流比，进而提高了燃烧速度，两者结合后，缩短了后燃期，提升了发动机热效率。
99.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。