CN116927973A - 一种新型的进气道及气缸盖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的进气道，属于发动机进气领域，解决现有内燃机的中低速下的动态响应、烟度、油耗难以达到理想水平的问题。它包括螺旋进气道和切向进气道，还包括相连通的进气口和进气道喉口，所述的螺旋进气道在气流方向的前侧设有螺旋进气道气流前导面，所述的螺旋进气道在气流方向的后侧设有螺旋进气道后导面；所述的螺旋进气道与切向进气道之间设有分隔导气屏，所述的切向进气道在气流方向的前侧设有切向进气道气流前导面，所述的进气道喉口内壁凸起设有用于对气流进行局部压缩的凸起结构。本发明的进气道，改善内燃机中低速工况下的油耗、烟度及动力响应，提升内燃机在高速工况下气缸内工质燃料燃烧的工作稳定性。

Description

一种新型的进气道及气缸盖

技术领域

本发明涉及发动机进气领域，更具体地说，它涉及一种新型的进气道及气缸盖。

背景技术

气缸盖是内燃机的重要组成结构，气缸盖内通常设置有进气道、排气道、喷油器安装孔、水套、进气门及排气门安装孔等结构，用于安装进气门、排气门、喷油器、气门座圈等零件。

在气缸盖中，进气道及排气道对发动机的性能有着至关重要的影响，对于不同性能要求及用途要求的内燃机，气缸盖的进气道设计迥异，现代内燃机设计中，气缸盖通常设计成每缸四气门，亦即两个进气门，两个排气门，对应两个进气道和两个排气道。对于20L排量以下的内燃机，两个进气道通常都设计成螺旋进气道；而对于20L排量以上的内燃机，两个进气道通常都设计成切向气道或一个切向进气道加一个螺旋进气道。

对于20L排量以上的增压型大功率内燃机，通常增压器叶轮转子的惯量较大，增压器很难兼顾内燃机低速性能与高速性能。例如，当侧重高速性能时，增压器的转子尺寸较大，内燃机的中低速下的动态响应、烟度、油耗难以达到理想水平；而当侧重中低速性能时，增压器的转子尺寸较小，内燃机在高速工况下的增压器易出现超速，且功率、油耗、排温也很难达到开发目标水平。因此，设计一种新型的进气道及气缸盖十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，其目的之一是提供一种新型的进气道，改善内燃机中低速工况下的油耗、烟度及动力响应，提升内燃机在高速工况下气缸内工质燃料燃烧的工作稳定性。

其目的之二是提供一种新型的气缸盖，改善内燃机中低速工况下的油耗、烟度及动力响应，提升内燃机在高速工况下气缸内工质燃料燃烧的工作稳定性。

本发明的技术方案一是这样的：一种新型的进气道，包括螺旋进气道和切向进气道，还包括相连通的进气口和进气道喉口，所述的进气道喉口通过螺旋进气道入口、切向进气道入口分别与螺旋进气道、切向进气道连通，所述的螺旋进气道在气流方向的前侧设有螺旋进气道气流前导面，所述的螺旋进气道在气流方向的后侧设有螺旋进气道后导面，所述螺旋进气道后导面前侧位于螺旋进气道的上方设有螺旋进气道折返面；所述的螺旋进气道与切向进气道之间设有分隔导气屏，所述的切向进气道在气流方向的前侧设有切向进气道气流前导面，所述的进气道喉口内壁凸起设有用于对气流进行局部压缩的凸起结构。

作为进一步地改进，所述的凸起结构为外壁光滑的纺锤型凸起。

进一步地，所述凸起结构的截面为弧形凸起，且所述凸起结构的弧形凸起半径沿气流方向先增大、然后再减小。

进一步地，所述的凸起结构包括沿气流方向依次设置的短轴体和长轴体，所述短轴体沿气流方向的长度小于长轴体沿气流方向的长度，所述长轴体与短轴体的最大半径相同。

进一步地，所述短轴体的最大半径处至进气口端面的距离A与螺旋进气道中心至进气口端面的距离B之比为0.35±0.15。

进一步地，所述短轴体的最大半径r与短轴体最大半径处的竖向切点至进气道喉口内壁的水平距离H之比为0.45±0.15。

进一步地，所述长轴体最大直径处的截面积S与长轴体最大直径处对应的进气道喉口的截面积P之比为0.7±0.15。

进一步地，所述分隔导气屏的端部凸出于螺旋进气道与切向进气道的中心连线之外。

进一步地，所述的凸起结构位于进气口与螺旋进气道气流前导面之间的进气道喉口的竖直侧壁或底侧壁上。

本发明的技术方案二是这样的：一种气缸盖，包括上述所述的进气道。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的进气道，通过在进气道喉口位置设置凸起结构，

当发动机在中低速工况下运行时：

在内燃机运行在中低速工况时，通过进气口进入气缸盖本体的进气道喉口的进气流速及流量均较小，但经凸起结构外壁的局部压缩后，原本流速较小的进气被提高流速，特别是对于螺旋进气道，进气流速提高后，依附于螺旋进气道气流前导面与螺旋进气道折返面之间的粘滞气流被加速，使其与进气道内壁加快分离，提升进气的总体流动效果和平均流速，使得内燃机在中低速工况下缓慢的进气在螺旋进气道入口中更加容易产生螺旋涡流，在切向进气道入口中更加容易产生滚流，让进气与燃料工质的混合燃烧更加充分，从而改善内燃机中低速时因增压器惯量过大，动态响应慢，容易冒烟的问题；

当发动机在高速工况下运行时：

在内燃机运行在高速工况时，通过进气口进入气缸盖本体的进气道喉口的进气流速及流量较高，经过凸起结构外壁的局部压缩后，进气在此部位的流速进一步提升，而此处压力相应降低，高速进气气流通过凸起结构外壁后，进气道内腔空间体积变大，之前被凸起结构外壁压缩的进气得已释放膨胀，进气流速降低，动能衰减，压力能得到提升，以此确保高速下的进气更加充足和稳定，而与此同时，涡流比会相应降低，且凸起结构可以最大程度阻挡和削弱气缸内的气流反冲激波效应，特别是在进排气门重叠打开时更是如此，从而保证了内燃机在高速工况下更气缸进气的稳定性和一致性，也降低了增压型内燃机对增压器不断单纯提高压力的依赖；

该新型的进气道可以提升内燃机中低速工况下进气流速及压力，改善内燃机中低速工况下的油耗、烟度及动力响应，同时可以改善内燃机高速工况下进气充量过大导致的压力波动，以及进气反冲现象，提升内燃机在高速工况下气缸内工质燃料燃烧的工作稳定性；可在现有气缸盖模具上通过局部修模后获得，生产加工十分方便。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为图1中W-W的剖面结构示意图；

图3为图1中Y-Y的剖面结构示意图；

图4为图2中X-X的剖面结构示意图。

其中：1-气缸盖本体、2-进气口、3-凸起结构、4-进气道喉口、5-螺旋进气道；6-螺旋进气道气流前导面、7-螺旋进气道入口、8-分隔导气屏、9-切向进气道气流前导面、10-切向进气道入口、11-螺旋进气道后导面、12-螺旋进气道折返面、13-切向进气道、31-短轴体、32-长轴体。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。

参阅图1-4，本发明的一种新型的进气道，包括螺旋进气道5和切向进气道13，还包括相连通的进气口2和进气道喉口4，其中，螺旋进气道5、切向进气道、进气口2和进气道喉口4均开设在气缸盖本体1中，进气道喉口4通过螺旋进气道入口7、切向进气道入口10分别与螺旋进气道5、切向进气道13连通，实现将空气输送进入螺旋进气道5和切向进气道13内，螺旋进气道5在气流方向的前侧设有螺旋进气道气流前导面6，螺旋进气道气流前导面6开设在气缸盖本体1中，为向螺旋进气道5弧形延伸的弧形面方便将空气引流至螺旋进气道5进气道入口7中，螺旋进气道5在气流方向的后侧设有螺旋进气道后导面11，螺旋进气道后导面11前侧位于螺旋进气道5的上方设有螺旋进气道折返面12，螺旋进气道后导面1、螺旋进气道折返面12均开设在气缸盖本体1中，为螺旋进气道5固有的结构；在螺旋进气道5与切向进气道13之间设有分隔导气屏8，可将进气分隔开，使进气较为均匀的分别通过螺旋进气道气流前导面6、切向进气道气流前导面9、螺旋进气道后导面11，对进气气流进行导向和梳理后进入螺旋进气道入口7与切向进气道入口10，再进入内燃机气缸中，在切向进气道13在气流方向的前侧设有切向进气道气流前导面9，切向进气道气流前导面9开设在气缸盖本体1中，便于将空气引流至切向进气道13中，在进气道喉口4内壁凸起设有用于对气流进行局部压缩的凸起结构3。

本发明的进气道，通过在进气道喉口位置设置凸起结构3，

当发动机在中低速工况下运行时：

在内燃机运行在中低速工况时，通过进气口2进入气缸盖本体1的进气道喉口4的进气流速及流量均较小，但经凸起结构3外壁的局部压缩后，原本流速较小的进气被提高流速，特别是对于螺旋进气道5，进气流速提高后，依附于螺旋进气道气流前导面6与螺旋进气道折返面12之间的粘滞气流被加速，使其与进气道内壁加快分离，提升进气的总体流动效果和平均流速，使得内燃机在中低速工况下缓慢的进气在螺旋进气道入口中更加容易产生螺旋涡流，在切向进气道入口中更加容易产生滚流，让进气与燃料工质的混合燃烧更加充分，从而改善内燃机中低速时因增压器惯量过大，动态响应慢，容易冒烟的问题；

当发动机在高速工况下运行时：

在内燃机运行在高速工况时，通过进气口2进入气缸盖本体1的进气道喉口4的进气流速及流量较高，经过凸起结构3外壁的局部压缩后，进气在此部位的流速进一步提升，而此处压力相应降低，高速进气气流通过凸起结构3外壁后，进气道内腔空间体积变大，之前被凸起结构3外壁压缩的进气得已释放膨胀，进气流速降低，动能衰减，压力能得到提升，以此确保高速下的进气更加充足和稳定，而与此同时，涡流比会相应降低，且凸起结构3可以最大程度阻挡和削弱气缸内的气流反冲激波效应，特别是在进排气门重叠打开时更是如此，从而保证了内燃机在高速工况下更气缸进气的稳定性和一致性，也降低了增压型内燃机对增压器不断单纯提高压力的依赖；

该新型的进气道可以提升内燃机中低速工况下进气流速及压力，改善内燃机中低速工况下的油耗、烟度及动力响应，同时可以改善内燃机高速工况下进气充量过大导致的压力波动，以及进气反冲现象，提升内燃机在高速工况下气缸内工质燃料燃烧的工作稳定性；可在现有气缸盖模具上通过局部修模后获得，生产加工十分方便。

优选的，凸起结构3为外壁光滑的纺锤型凸起。该凸起结构3的截面为弧形凸起，且凸起结构3的弧形凸起半径沿气流方向先增大、然后再减小，使得气流被很好的压缩并过渡。进一步地，凸起结构3包括沿气流方向依次设置的短轴体31和长轴体32，其中，短轴体31和长轴体32为一体式的结构，可通过与气缸盖本体铸造在一体成型，也可以采用其他材料安装固定在进气道喉口4内壁，短轴体31沿气流方向的长度小于长轴体32沿气流方向的长度，长轴体32与短轴体31的最大半径相同，及长轴体32的最大半径处与短轴体31的最大半径处位置相重合，气流在与凸起结构3接触时，先呗短轴体31快速压缩，然后在长轴体32的引流下平稳过渡，气流的稳定性更高。

优选的，如图2所示，短轴体31的最大半径处至进气口2端面的距离A与螺旋进气道5中心至进气口2端面的距离B之比为0.35±0.15，合理优化短轴体31的位置，使得气流被快速压缩，并平稳过渡至两个进气道中，能够很好的带走螺旋进气道气流前导面6与螺旋进气道折返面12之间的粘滞气流。

优选的，如图4所示，短轴体31的最大半径r与短轴体31最大半径处的竖向切点至进气道喉口4内壁的水平距离H之比为0.45±0.15，合理优化短轴体31的半径，使得气流被快速压缩，并保持气流流动顺畅。进一步地，如图4所示，长轴体32最大直径处的截面积S与长轴体32最大直径处对应的进气道喉口4的截面积P之比为0.7±0.15，合理优化了长轴体32的最大截面积，使得气流被快速压缩，并保持气流流动顺畅。

优选的，如图2所示，分隔导气屏8的端部凸出于螺旋进气道5与切向进气道13的中心连线之外，保证分隔导气屏8能够对气流进行切割分离，从而均匀的流向两个进气道。

优选的，凸起结构3位于进气口2与螺旋进气道气流前导面6之间的进气道喉口4的竖直侧壁或底侧壁上，使得被压缩后的气流能够引向螺旋进气道5和切向进气道5的中心，保证进气流量。

一种气缸盖，包括上述所述的进气道。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种新型的进气道，包括螺旋进气道(5)和切向进气道(13)，其特征在于，还包括相连通的进气口(2)和进气道喉口(4)，所述的进气道喉口(4)通过螺旋进气道入口(7)、切向进气道入口(10)分别与螺旋进气道(5)、切向进气道(13)连通，所述的螺旋进气道(5)在气流方向的前侧设有螺旋进气道气流前导面(6)，所述的螺旋进气道(5)在气流方向的后侧设有螺旋进气道后导面(11)，所述螺旋进气道后导面(11)前侧位于螺旋进气道(5)的上方设有螺旋进气道折返面(12)；所述的螺旋进气道(5)与切向进气道(13)之间设有分隔导气屏(8)，所述的切向进气道(13)在气流方向的前侧设有切向进气道气流前导面(9)，所述的进气道喉口(4)内壁凸起设有用于对气流进行局部压缩的凸起结构(3)。

2.根据权利要求1所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述的凸起结构(3)为外壁光滑的纺锤型凸起。

3.根据权利要求2所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述凸起结构(3)的截面为弧形凸起，且所述凸起结构(3)的弧形凸起半径沿气流方向先增大、然后再减小。

4.根据权利要求3所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述的凸起结构(3)包括沿气流方向依次设置的短轴体(31)和长轴体(32)，所述短轴体(31)沿气流方向的长度小于长轴体(32)沿气流方向的长度，所述长轴体(32)与短轴体(31)的最大半径相同。

5.根据权利要求4所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述短轴体(31)的最大半径处至进气口(2)端面的距离A与螺旋进气道(5)中心至进气口(2)端面的距离B之比为0.35±0.15。

6.根据权利要求4所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述短轴体(31)的最大半径r与短轴体(31)最大半径处的竖向切点至进气道喉口(4)内壁的水平距离H之比为0.45±0.15。

7.根据权利要求4所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述长轴体(32)最大直径处的截面积S与长轴体(32)最大直径处对应的进气道喉口(4)的截面积P之比为0.7±0.15。

8.根据权利要求1所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述分隔导气屏(8)的端部凸出于螺旋进气道(5)与切向进气道(13)的中心连线之外。

9.根据权利要求1所述的一种新型的进气道，其特征在于，所述的凸起结构(3)位于进气口(2)与螺旋进气道气流前导面(6)之间的进气道喉口(4)的竖直侧壁或底侧壁上。

10.一种气缸盖，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任意一项所述的进气道。