发动机气缸盖尺寸参数设计方法与流程

1.本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种发动机气缸盖尺寸参数设计方法。


背景技术：

2.目前，发动机结构布置设计都是基于性能输出的相关结构参数，然后按部就班地进行设计，随着验证的一步步进行，其试验结果往往都会与最初输出的参数不同，这样就会造成结构设计的更新或返工，而且有时候输出的结构要求，可能无法执行落地，如此反反复复的调整及更新。尤其是气缸盖的布置结构，缸盖设计除了本身就集成了燃烧室结构，目前都会集成与之关联的结构件，如排气歧管，会反复更新缸盖总体布置，大大增加项目的开发周期，进而导致项目的拖期，最终的代价就是验证不充分，过早投产，增加质量风险。


技术实现要素：

3.基于以上问题，本发明的目的在于提供一种发动机气缸盖尺寸参数设计方法，能够减少或取消缸盖布置与性能反复迭代时间。
4.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种发动机气缸盖尺寸参数设计方法，包括以下步骤：
6.s1、设定气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系；
7.s2、根据气缸盖性能指标以及气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系，设计燃烧室、进气道和排气道；
8.s3、基于燃烧室、进气道、排气道以及发动机气缸缸径的设计值，计算得出气缸盖尺寸参数的设计值。
9.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数包括进气门座圈直径、排气门座圈直径、火花塞中心与缸盖中心面偏移量、喷油器孔中心与缸盖中心面夹角、进气门中心与缸盖中心面夹角和排气门中心与缸盖中心面夹角。
10.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系包括进气门座圈直径为发动机气缸缸径的38％～42％。
11.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括排气门座圈直径为发动机气缸缸径的32％～36％。
12.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括火花塞中心与缸盖中心面偏移量为发动机气缸缸径的0～3％。
13.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括喷油器孔中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的80％～84％。
14.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括进气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的
15％～20％。
15.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括排气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的18％～22％。
16.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，进气门座圈直径为发动机气缸缸径的40％，排气门座圈直径为发动机气缸缸径的34％，火花塞中心与缸盖中心面偏移量为发动机气缸缸径的1.2％，喷油器孔中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的81.2％，进气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的17％，排气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的20％。
17.作为本发明的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的可选方案，发动机气缸缸径的设计值为82.5mm，进气门座圈直径为32.9mm，排气门座圈直径为28.1mm，火花塞中心与缸盖中心面偏移量为1mm，喷油器孔中心与缸盖中心面夹角为67
°
，进气门中心与缸盖中心面夹角为14
°
，排气门中心与缸盖中心面夹角为16.5
°
。
18.本发明的有益效果为：
19.本发明提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法，首先，设定气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系；然后，根据气缸盖性能指标以及气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系，设计燃烧室、进气道和排气道；最后，基于燃烧室、进气道、排气道以及发动机气缸缸径的设计值，计算得出气缸盖尺寸参数的设计值，该发动机气缸盖尺寸参数设计方法替代了传统设计方法，结合数据库固化了初始参数范围，使整个开发过程更加简单而有效，降低了反复迭代周期，同时能提升发动机初始动力性和经济性，可以减少或取消缸盖布置与性能反复迭代时间，整体提升约1/3的开发周期。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的流程示意图；
22.图2是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计初期阶段时初始火花塞中心、初始缸盖中心面、初始进气门中心、初始喷油器孔中心、初始进气门座圈、初始排气门座圈和初始排气门中心的结构示意图；
23.图3是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计中期阶段时排气道、进气道和燃烧室的结构示意图；
24.图4是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计末期阶段时最终排气门中心、最终缸盖中心面、最终进气门中心、最终进气门座圈和最终排气门座圈的结构示意图；
25.图5是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计末期阶段时最终缸盖中心面、最终火花塞中心和最终喷油器孔中心的结构示意图。
26.图中：
27.101、初始火花塞中心；102、初始缸盖中心面；103、初始进气门中心；104、初始喷油器孔中心；105、初始进气门座圈；106、初始排气门座圈；107、初始排气门中心；
28.201、排气道；202、进气道；203、燃烧室；
29.301、最终排气门中心；302、最终缸盖中心面；303、最终进气门中心；304、最终进气门座圈；305、最终排气门座圈；306、最终火花塞中心；307、最终喷油器孔中心。
具体实施方式
30.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.图1是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法的流程示意图，图2是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计初期阶段时初始火花塞中心101、初始缸盖中心面102、初始进气门中心103、初始喷油器孔中心104、初始进气门座圈105、初始排气门座圈106和初始排气门中心107的结构示意图，图3是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计中期阶段时排气道201、进气道202和燃烧室203的结构示意图，图4是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计末期阶段时最终排气门中心301、最终缸盖中心面302、最终进气门中心303、最终进气门座圈304和最终排气门座圈305的结构示意图，图5是本发明具体实施方式提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法在设计末期阶段时最终缸盖中心面302、最终火花塞中心306和最终喷油器孔中心307的结构示意图，如图1至图5所示，本实施例提供一种发动机气缸盖尺寸参数设计方法，该发动机气缸盖尺寸参数设计方法包括以下步骤：
34.s1、设定气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系；
35.s2、根据气缸盖性能指标以及气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系，设计燃烧室203、进气道202和排气道201；
36.s3、基于燃烧室203、进气道202、排气道201以及发动机气缸缸径的设计值，计算得出气缸盖尺寸参数的设计值。
37.首先，设定气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系；然后，根据气缸盖性能指标以及气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系，设计燃烧室203、进气道202和排气道201；最后，基于燃烧室203、进气道202、排气道201以及发动机气缸缸径的设计值，计算得出气缸盖尺寸参数的设计值，该发动机气缸盖尺寸参数设计方法替代了传统设计方法，结合数据库固化了初始参数范围，使整个开发过程更加简单而有效，降低了反复迭代周期，同时能提升发动机初始动力性和经济性，可以减少或取消缸盖布置与性能反复迭代时间，整体提升约1/3的开发周期。
38.在本实施例中，气缸盖尺寸参数包括进气门座圈直径、排气门座圈直径、火花塞中心与缸盖中心面偏移量、喷油器孔中心与缸盖中心面夹角、进气门中心与缸盖中心面夹角和排气门中心与缸盖中心面夹角。需要说明的是，以两个缸盖螺栓的中心连线的中心作为缸盖中心面。在其他实施例中，根据气缸盖的具体结构，气缸盖尺寸参数还可以包括其他结构尺寸参数。
39.可选地，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系包括进气门座圈直径为发动机气缸缸径的38％～42％。如图2所示，在设计初期阶段时，初始进气门座圈105直径为发动机气缸缸径的38％～42％，保证了进气门座圈的进气性能。进气门座圈主要作用是密封进气门和承受高速冲击，发动机使用进气门座圈，是为了提高发动机的使用寿命和便于维修更换。
40.可选地，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括排气门座圈直径为发动机气缸缸径的32％～36％。如图2所示，在设计初期阶段时，初始排气门座圈106直径为发动机气缸缸径的32％～36％，保证了排气门座圈的排气性能。排气门座圈主要作用是密封排气门和承受高速冲击，发动机使用排气门座圈，是为了提高发动机的使用寿命和便于维修更换。
41.可选地，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括火花塞中心与缸盖中心面偏移量为发动机气缸缸径的0～3％。如图2所示，在设计初期阶段时，初始火花塞中心101与缸盖中心面偏移量为发动机气缸缸径的0～3％，保证了火花塞的点火性能。火花塞安装在发动机的侧面或顶部，火花塞是汽油机点火系统的重要元件，它可将高压电引入燃烧室203，并使其跳过电极间隙而产生火花，从而点燃气缸中的可燃混合气。火花塞主要由接线螺母、绝缘体、接线螺杆、中心电极、侧电极以及外壳组成。在高电压的作用下，火花塞中心电极与侧电极间的空气将迅速发生电离作用，形成带正电的离子和带负电的自由电子。当电极间的电压达到一定值时，气体中的离子、电子数目像雪崩一样增加，从而使空气失去绝缘性，间隙便形成放电通道，发生“击穿”现象。此时，气体形成发光体，即“火花”。伴随其受热膨胀，还发生“啪啪”声响。这种电火花的温度可高达2000℃～3000℃，足以点燃气缸燃烧室203内的混合气。
42.可选地，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括喷油器孔中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的80％～84％。如图2所示，在设计初期阶段时，初始喷油器孔中心104与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的80％～84％，保证了喷油器孔的喷油性能。喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，要求其动态流量范围大，抗堵塞和抗污染能力强以及雾化性能好。喷油器接受ecu送来的喷油脉冲信号，精确的控制燃油喷射量。
43.可选地，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括进气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的15％～20％。如图2所示，在设计初期阶段时，初始进气门中心103与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的15％～20％，保证了进气门的进气性能。进气门的作用是将空气吸入发动机内，与燃料混合燃烧。进气门是一个活塞，被发动机的凸轮轴控制，进气门打开，空气才能流进气缸。
44.可选地，气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系还包括排气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的18％～22％。如图2所示，在设计初期阶段时，初始排气门中心107与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的18％～22％，保证了排气门的排气性能。排气门是发动机燃烧后的废气排出的地方，排气门的作用是将燃烧后的废气排出并散热。活塞往下运动打开的是进气门，往上运动打开的是排气门，火花塞点火之后打开的是排气门，点火之前打开的是进气门。
45.如图3所示，在设计中期阶段，根据气缸盖性能指标以及气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系，设计燃烧室203、进气道202和排气道201。然后，根据气缸盖性能指标进一步选定各个气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的比例关系，可选地，进气门座圈直径为发动机气缸缸径的40％，排气门座圈直径为发动机气缸缸径的34％，火花塞中心与缸盖中心面偏移量为发动机气缸缸径的1.2％，喷油器孔中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的81.2％，进气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的17％，排气门中心与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的20％。如图4和图5所示，在设计末期阶段，最终进气门座圈304直径为发动机气缸缸径的40％，最终排气门座圈305直径为发动机气缸缸径的34％，最终火花塞中心306与缸盖中心面偏移量为发动机气缸缸径的1.2％，最终喷油器孔中心307与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的81.2％，最终进气门中心303与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的17％，最终排气门中心301与缸盖中心面夹角为发动机气缸缸径的20％。
46.最后，基于上述设计的燃烧室203、进气道202、排气道201以及发动机气缸缸径的设计值，计算得出各个气缸盖尺寸参数的设计值。可选地，发动机气缸缸径的设计值为82.5mm，进气门座圈直径为32.9mm，排气门座圈直径为28.1mm，火花塞中心与缸盖中心面偏移量为1mm，喷油器孔中心与缸盖中心面夹角为67
°
，进气门中心与缸盖中心面夹角为14
°
，排气门中心与缸盖中心面夹角为16.5
°
。
47.本实施例提供的发动机气缸盖尺寸参数设计方法，首先，设定气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系；然后，根据气缸盖性能指标以及气缸盖尺寸参数与发动机气缸缸径的预设比例关系，设计燃烧室203、进气道202和排气道201；最后，基于燃烧室203、进气道202、排气道201以及发动机气缸缸径的设计值，计算得出气缸盖尺寸参数的设计值，该发动机气缸盖尺寸参数设计方法替代了传统设计方法，结合数据库固化了初始参数范围，使整个开发过程更加简单而有效，降低了反复迭代周期，同时能提升发动机初始动力性和经济性，可以减少或取消缸盖布置与性能反复迭代时间，整体提升约1/3的开发周期。
48.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较
为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。