CN113404568A - 一种整体式进气门、气缸盖及燃气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式进气门、气缸盖及燃气发动机，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括整体式进气门盘和连接于整体式进气门盘且垂直于整体式进气门盘的底部端面的挺杆，挺杆的数量至少为两个，整体式进气门盘用于与气缸盖上形成的整体式进气喉口处的整体式进气门座圈配合开闭以实现整体式进气门的开关控制，整体式进气喉口同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口相匹配。该整体式进气门，相当于将原本的两个进气门联合设计，形成一个完整的进气门盘部，完全消除了两个进气门进气时产生的干扰，有效提高的进气流量，从而更有助于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。

Description

一种整体式进气门、气缸盖及燃气发动机

技术领域

本发明涉及发动机进气技术领域，尤其涉及一种整体式进气门、气缸盖及燃气发动机。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体式进气门、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。

为了实现上述目的，本发明提供了一种整体式进气门，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括整体式进气门盘和连接于所述整体式进气门盘且垂直于所述整体式进气门盘的底部端面的挺杆，所述挺杆的数量至少为两个，所述整体式进气门盘用于与气缸盖上形成的整体式进气喉口处的整体式进气门座圈配合开闭以实现整体式进气门的开关控制，所述整体式进气喉口同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口相匹配。

优选地，所述整体式进气门盘的底部端面的正投影为椭圆形、腰形、柳叶形或两圆相交而成的形状。

优选地，任意两个所述挺杆的顶端与所述整体式进气门盘的底部端面的距离相同。

优选地，所述挺杆的数量为两个。

优选地，至少两个所述挺杆的顶端与所述整体式进气门盘的底部端面的距离不同。

优选地，所述整体式进气门盘的底面边沿的局部向下凸起形成阻流凸起部，且当所述整体式进气门安装至气缸盖的整体式进气喉口时，所述阻流凸起部位于靠近所述排气喉口的一侧。

优选地，所述阻流凸起部在所述整体式进气门盘的底面投影为弓形投影，且所述弓形投影的凸起方向朝向所述整体式进气门盘的外侧，所述弓形投影的中部的宽度大于其两端的宽度。

优选地，所述弓形投影至少部分位于所述整体式进气门盘的底部端面的内侧；或所述弓形投影至少部分位于所述整体式进气门盘的底部端面的外侧。

优选地，所述弓形投影沿所述整体式进气门盘的周向边沿布置，且所述弓形投影在所述整体式进气门盘的周向覆盖角度θ，满足关系： 0＜θ≤240°。

优选地，所述阻流凸起部朝向所述整体式进气门盘的中心的一面与所述整体式进气门盘的底部端面的衔接位置为平滑曲面。

优选地，所述平滑曲面为所述衔接位置倒圆角而成的内凹弧形面。

相比于背景技术介绍内容，上述整体式进气门，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括整体式进气门盘和连接于整体式进气门盘且垂直于整体式进气门盘的底部端面的挺杆，挺杆的数量至少为两个，整体式进气门盘用于与气缸盖上形成的整体式进气喉口处的整体式进气门座圈配合开闭以实现整体式进气门的开关控制，整体式进气喉口同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口相匹配。该整体式进气门，应用于发动机的气缸盖上，发动机气缸吸气时，整体式进气门开启，气流通过整体进气喉口进入气缸，由于整体式进气喉口同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口相匹配，燃烧室进气过程中，不存在进气门之间的相互干扰问题，以传统的两进气门为例进行说明，本申请相当于将原本的两个进气门联合设计，形成一个完整的进气门盘部，也即整体式进气门，从而能够有效的控制进气的方向，同时完全消除了两个进气门进气时产生的干扰，有效提高的进气流量，从而更有助于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。

另外，本发明还提供了一种气缸盖，包括整体式进气喉口和同时与所述整体式进气喉口相匹配的多个排气喉口，所述整体式进气喉口内安装有整体式进气门座圈和用于与所述整体式进气门座圈配合开闭以实现进气的开关控制的整体式进气门，所述整体式进气门为上述任一方案所描述的整体式进气门。由于上述整体式进气门具有上述技术效果，因此具有该整体式进气门的气缸盖也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

优选地，所述整体式进气门座圈内远离所述排气喉口的一侧设有滚流尖角，所述滚流尖角在所述整体式进气门座圈的上端面的轴向投影为尖角投影，所述尖角投影形成由所述整体式进气门座圈内侧边缘向所述整体式进气门座圈的中心凸出的凸出区域，所述尖角投影的中部的宽度大于其两端的宽度。

优选地，所述整体式进气喉口的底孔设有进气倒角，所述进气倒角的中心相对所述整体式进气喉口的中心向所述排气喉口方向偏移预设距离。

此外，本发明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。

本发明具有以下有益效果：

1）本方案将原来的两个进气门联合设计形成一个完整的进气门盘部，能够有效控制进气方向，完全消除了两个进气门之间的中间对冲气流，从而更容易组织生成滚流运动；

2）相比于传统两个分隔布置的进气道结构，本方案可以去除掉两进气道之间的冷却水套结构，从而使气道流通面积变大，增强流通能力；

3）由于燃气发动机爆压低，进气门磨损较小，因此，本方案提供的无法相对于座圈旋转的整体式进气门在燃气发动机中具有更高的可行性。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的整体式进气门的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的整体式进气门的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的气缸盖上整体式进气喉口匹配两个排气喉口的结构示意图；

图4为传统进气门杆的整体式进气门盘设置阻流凸起部的结构示意图；

图5为本发明实施例中提供的整体式进气门盘上阻流凸起部的特征结构示意图；

图6为本发明实施例中提供的整体式进气门盘及阻流凸起部的端面示意图；

图7为本发明实施例中提供的整体式进气门座圈上设置滚流尖角的结构示意图；

图8为本发明实施例中提供的整体式进气门的第二种形状示意图；

图9为本发明实施例中提供的整体式进气门的第三种形状示意图；

图10为本发明实施例中提供的整体式进气门的第四种形状示意图。

图1-图10中，

挺杆1、整体式进气门盘2、阻流凸起部3、整体式进气喉口4、整体式进气门座圈5、排气喉口6、滚流尖角7、进气道8、排气道9。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种整体式进气门、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。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种整体式进气门，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，包括整体式进气门盘2和连接于整体式进气门盘2且垂直于整体式进气门盘2的底部端面的挺杆1，挺杆1的数量至少为两个，整体式进气门盘2用于与气缸盖上形成的整体式进气喉口4处的整体式进气门座圈5配合开闭以实现整体式进气门的开关控制，整体式进气喉口4同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口6相匹配。

该整体式进气门，应用于发动机的气缸盖上，发动机气缸吸气时，整体式进气门开启，气流通过整体进气喉口进入气缸，由于整体式进气喉口同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口相匹配，燃烧室进气过程中，不存在进气门之间的相互干扰问题，以传统的两进气门为例进行说明，本申请相当于将原本的两个进气门联合设计，形成一个完整的进气门盘部，也即整体式进气门，从而能够有效的控制进气的方向，同时完全消除了两个进气门进气时产生的干扰，有效提高的进气流量，从而更有助于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。

这里需要说明的是，由于整体式进气门是对传统的多个进气门（比如两个进气门）的集成化设计，因此其为了使气流更好向与之匹配的多个排气喉口方向流动，该整体式进气门的整体式进气门盘2的底部端面的正投影优选设计成非正圆形，比如整体式进气门盘2的底部端面的正投影为中部宽度大于两端宽度的方式，具体可以采用椭圆形（如图2所示）、腰形、柳叶形或两圆相交而成的形状等。请参照图8至图9，图8中的整体式进气门盘2的外轮廓形状为两个相离布置的圆形之间通过圆弧线相连的形状，图9中的整体式进气门盘2的外轮廓形状为两个相交布置的圆形形成的形状，图10中的整体式进气门盘2的外轮廓形状为两个相离布置的圆形之间通过相切直线相连的形状，也称为腰形形状。这些形状的整体式进气门盘2均能够消除现有技术中两个分体的进气门之间区域的进气冲撞和干扰影响，从而有效提高进气能量。当然本领域技术人员都应该能够理解的是，此时整体式进气喉口和整体式进气门座圈也应该是与之相对应的形状，由于整体式进气门盘2的底部端面的正投影为非正圆形，因此需要避免整体式进气门发生偏转，而将挺杆的数量设计成至少2个的方式即可避免整体式进气门发生偏转，由于整体式进气门盘2上设置两个挺杆即可实现防偏转的效果，因此一般优选将挺杆的数量设计成2个。当然有特殊需求时，挺杆的数量也可以设计成2个以上，在此不做更具体的限定。

进一步的实施方案中，当整体式进气门盘2上设置有多个挺杆时，可以选择设计成任意两个挺杆1的顶端与整体式进气门盘2的底部端面的距离相同。这样布置使得对应驱动挺杆运动的相关部件更加容易布置。

当然可以理解的是，当具有其他需求时，至少2个挺杆1的顶端与整体式进气门盘2的底部端面的距离也可以设计成不同的。通过设计不同距离的顶杆可以通过挺杆的相关驱动部件设计，使得整体式进气门具有不同的运动行程，继而整体式进气门的开闭方式更加多元化，可以适应于发动机中更加复杂的工况设计需求。

在一些更具体的实施方案中，为了更好的使得气流在气缸内产生大尺度的滚流，如图4和图5所示，该整体式进气门盘2的底面边沿的局部向下凸起形成阻流凸起部3，且当整体式进气门1安装至气缸盖的整体式进气喉口4时，阻流凸起部3位于靠近排气喉口6的一侧。其工作原理具体为：发动机气缸吸气时，整体式进气门开启，气流通过整体式进气喉口进入气缸，由于阻流凸起部位于靠近该排气喉口的一侧，因此，气流在气缸内流动时，阻流凸起部能够阻挡部分气流向整体式进气喉口一侧运动，使得更多的气流向排气喉口方向运动，气流在气缸内更容易形成大尺度的滚流运动，也即能够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。

在一些具体的实施方案中，上述阻流凸起部3在整体式进气门盘2的底面投影可以为弓形投影，且弓形投影的凸起方向朝向整体式进气门盘2的外侧，弓形投影的中部的宽度大于其两端的宽度，比如可以设计成月牙形投影结构，当然并不限于月牙形结构。

这里需要说明的是，弓形投影可以设计成至少部分位于整体式进气门盘2的底部端面的内侧；也可以设计成弓形投影至少部分位于整体式进气门盘2的底部端面的外侧，实际应用过程中，可以根据实际需求进行选择布置。

在一些更具体的实施方案中，为了适应不同型号的发动机，如图5所示，上述阻流凸起部3相对整体式进气门盘2的底面下凸的高度H，具体可以选择满足关系：0＜H≤0.05D；或0＜H≤0.1D；或0＜H≤0.2D，其中D为整体式进气门盘2相对整体式进气喉口向排气喉口方向的宽度。实际应用过程中可以根据具体机型选择对应的设计参数。

进一步的实施方案中，该弓形投影具体可以设计成沿整体式进气门盘2的周向边沿布置，且为了适应不同型号的发动机，该弓形投影在整体式进气门盘2的周向覆盖角度θ，满足关系： 0＜θ≤240°，当然也可以设计成其他周向覆盖角度范围，比如0＜θ≤60°；又比如0＜θ≤120°等，如图6所示。实际应用过程中可以根据具体机型及设计需求选择对应的设计参数。

在一些具体的实施方案中，上述阻流凸起部3远离排气喉口的一面与整体式进气门盘2的底部端面的衔接位置一般优选设计为平滑曲面。通过设计成平滑曲面更加便于气流导向，需要说明的是，平滑曲面具体可以为形成于衔接位置的倒圆角，也即内凹弧形面，且为了适应不同机型及设计需求，如图5所示，该内凹弧形面的倒圆角半径R，具体可以选择满足关系：0＜R≤0.05D；或0＜R≤0.1D；或0＜R≤0.2D，其中D为整体式进气门盘2相对整体式进气喉口向排气喉口方向的宽度。实际应用过程中可以根据具体机型及设计需求选择对应的设计参数。

另外，本发明还提供了一种气缸盖，包括整体式进气喉口4和同时与整体式进气喉口4相匹配的多个排气喉口6，整体式进气喉口4内安装有整体式进气门座圈5和用于与整体式进气门座圈5配合开闭以实现进气的开关控制的整体式进气门，该整体式进气门为上述任一方案所描述的整体式进气门。由于上述整体式进气门具有上述技术效果，因此具有该整体式进气门的气缸盖也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，气缸盖上形成有进气道8和排气道9，其中，整体式进气喉4连接于进气道8，排气喉口6连接于排气道9。

在一些更具体的实施方案中，上述整体式进气门座圈5内远离排气喉口的一侧设有滚流尖角7，滚流尖角7在整体式进气门座圈5的上端面的轴向投影为尖角投影，尖角投影形成由整体式进气门座圈5内侧边缘向整体式进气门座圈5的中心凸出的凸出区域，尖角投影的中部的宽度大于其两端的宽度，比如月牙形结构等。需要说明的是，滚流尖角7可以与整体式进气门座圈5一体加工成型，例如一体铸造、锻造或机加工形成等。本发明对于滚流尖角的具体加工方式不做更具体的限定。

采用滚流尖角的工作原理如下：发动机气缸吸气时，整体式进气门打开，如图7所示，进气气流由整体式进气门座圈5和整体式进气门之间的缝隙进入气缸内，整体式进气门座圈5内侧设置的滚流尖角7使进气气流向排气喉口的方向挤压抛射，从而使大部分进气气流从靠近排气喉口一侧的缝隙中进入气缸，而远离排气喉口一侧的气流则被减小，这两侧的气流在进入气缸后更容易形成大尺度的滚流运动。

本发明在现有柴油机的基础上，通过在整体式进气门座圈5内设置滚流尖角7结构，使得进气气流在经过整体式进气门座圈5时能够向排气喉口方向抛射，从而有利于增强气缸内的滚流强度，有利于在压缩末期形成湍流，进而提升燃气发动机的热效率。

在一些具体的实施方案中，该整体式进气喉口4的底孔设有进气倒角，进气倒角的中心相对整体式进气喉口4的中心向排气喉口方向偏移预设距离。由于进气倒角具有明显的导流作用，并且本发明中将进气倒角设计为向排气喉口方向偏移，使得靠近排气喉口一侧的缝隙宽度较大，因此，大部分进气气流从靠近排气喉口一侧的缝隙中进入气缸，而远离排气喉口一侧的气流则减小，这两侧气流在进入气缸后更容易形成大尺度的滚流运动。

由此可见，本发明在现有柴油机的基础上，通过进气倒角设计成偏心倒角，实现了对进气气流的有效导流，有利于增强滚流强度，有利于在压缩末期形成湍流，提升燃气发动机的热效率。

需要说明的是，偏心倒角的纵向截面可以是直线型也可以是曲线型，本发明中对于偏心倒角的具体结构形式不做具体的限定。

进一步的实施方案中，上述缸盖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。

另外，本发明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。

本发明具有以下有益效果：

1）本方案将原来的两个进气门联合设计形成一个完整的进气门盘部，能够有效控制进气方向，完全消除了两个进气门之间的中间对冲气流，从而更容易组织生成滚流运动；

2）相比于传统两个分隔布置的进气道结构，本方案可以去除掉两进气道之间的冷却水套结构，从而使气道流通面积变大，增强流通能力；

3）由于燃气发动机爆压低，进气门磨损较小，因此，本方案提供的无法相对于座圈旋转的整体式进气门在燃气发动机中具有更高的可行性。

以上对本发明所提供的整体式进气门、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。

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。

本文中应用了具体个例对本发明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发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种整体式进气门，应用于柴油发动机的基础上改造而成的燃气发动机，其特征在于，包括整体式进气门盘（2）和连接于所述整体式进气门盘（2）且垂直于所述整体式进气门盘（2）的底部端面的挺杆（1），所述挺杆（1）的数量至少为两个，所述整体式进气门盘（2）用于与气缸盖上形成的整体式进气喉口（4）处的整体式进气门座圈（5）配合开闭以实现整体式进气门的开关控制，所述整体式进气喉口（4）同时与同一燃烧室所对应的多个的排气喉口（6）相匹配。

2.如权利要求1所述的整体式进气门，其特征在于，所述整体式进气门盘（2）的底部端面的正投影为椭圆形、腰形、柳叶形或两圆相交而成的形状。

3.如权利要求1所述的整体式进气门，其特征在于，任意两个所述挺杆（1）的顶端与所述整体式进气门盘（2）的底部端面的距离相同。

4.如权利要求2所述的整体式进气门，其特征在于，所述挺杆（1）的数量为两个。

5.如权利要求1所述的整体式进气门，其特征在于，至少两个所述挺杆（1）的顶端与所述整体式进气门盘（2）的底部端面的距离不同。

6.如权利要求1所述的整体式进气门，其特征在于，所述整体式进气门盘（2）的底面边沿的局部向下凸起形成阻流凸起部（3），且当所述整体式进气门（1）安装至气缸盖的整体式进气喉口时，所述阻流凸起部（3）位于靠近所述排气喉口（6）的一侧。

7.如权利要求6所述的整体式进气门，其特征在于，所述阻流凸起部（3）在所述整体式进气门盘（2）的底面投影为弓形投影，且所述弓形投影的凸起方向朝向所述整体式进气门盘（2）的外侧，所述弓形投影的中部的宽度大于其两端的宽度。

8.如权利要求7所述的整体式进气门，其特征在于，所述弓形投影至少部分位于所述整体式进气门盘（2）的底部端面的内侧；或所述弓形投影至少部分位于所述整体式进气门盘（2）的底部端面的外侧。

9.如权利要求7所述的整体式进气门，其特征在于，所述弓形投影沿所述整体式进气门盘（2）的周向边沿布置，且所述弓形投影在所述整体式进气门盘（2）的周向覆盖角度θ，满足关系： 0＜θ≤240°。

10.如权利要求7所述的整体式进气门，其特征在于，所述阻流凸起部（3）朝向所述整体式进气门盘（2）的中心的一面与所述整体式进气门盘（2）的底部端面的衔接位置为平滑曲面。

11.如权利要求10所述的进气门，其特征在于，所述平滑曲面为所述衔接位置倒圆角而成的内凹弧形面。

12.一种气缸盖，其特征在于，包括整体式进气喉口（4）和同时与所述整体式进气喉口（4）相匹配的多个排气喉口（6），所述整体式进气喉口（4）内安装有整体式进气门座圈（5）和用于与所述整体式进气门座圈（5）配合开闭以实现进气的开关控制的整体式进气门，所述整体式进气门为如权利要求1-11中任一项所述的整体式进气门。

13.如权利要求12所述的气缸盖，其特征在于，所述整体式进气门座圈（5）内远离所述排气喉口的一侧设有滚流尖角（7），所述滚流尖角（7）在所述整体式进气门座圈（5）的上端面的轴向投影为尖角投影，所述尖角投影形成由所述整体式进气门座圈（5）内侧边缘向所述整体式进气门座圈（5）的中心凸出的凸出区域，所述尖角投影的中部的宽度大于其两端的宽度。

14.如权利要求12所述的气缸盖，其特征在于，所述整体式进气喉口（4）的底孔设有进气倒角，所述进气倒角的中心相对所述整体式进气喉口（4）的中心向所述排气喉口方向偏移预设距离。

15.一种燃气发动机，包括气缸盖，其特征在于，所述气缸盖为如权利要求12-14中任一项所述的气缸盖。

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