汽油機缸頭總成及其汽油機的製作方法

2023-05-27 15:44:11

專利名稱：汽油機缸頭總成及其汽油機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種動力機部件及其應用，特別涉及一種汽油機部件及其應用。
背景技術：
汽油機是用汽油作燃料的一種動力機械。由氣缸、曲柄連杆機構、配氣系統、供油系統、潤滑系統和點火系統等部分組成；氣缸頭設置有進氣道和排氣道，並與氣缸共同組成燃燒室面，因而，屬於汽油機較為重要的部件。汽油作為燃料與空氣的混合物在燃燒室內燃燒，產生大量的熱量，用於作為驅動能量。汽油機的配氣系統是保證汽油機正常運行的必要部件，一般包括所述缸頭上設有的進氣門和排氣門，進氣門和排氣門的開啟和關閉是由搖臂組件等傳動件分別加以控制的；所述進氣門和排氣門分別設有驅動其開閉的搖臂總成。進氣門和排氣門用於開啟、關閉進氣通道和排氣通道，與燃燒室內的吸氣、燃燒做功和排氣相適應，維持汽油機的正常運轉。因此，進排氣門以及進排氣通道的布置對於燃燒室的正常進氣、燃燒和排氣起到至關重要的作用。進氣門和排氣門的開啟和關閉一般通過回位彈簧和搖臂驅動總成的共同作用實現。現有技術中，搖臂和氣門呈矩形排列，也就是並列且接近平行的搖臂，進排氣通道與氣門相適應，需要錯開一定的間距，影響進排氣質量；由此可見，現有的氣門布置不但佔有較大的空間，且不能與進氣通道和排氣通道的進排氣方向相適應，降低汽油機的功率，並影響排放；特別是對於斜置氣門的結構，會進一步增加佔用空間，影響到其它部件(如化油器/ 空濾器等零件)的布置。理論認為，斜置氣門一般利於組織進氣，減小進排氣阻力，也就利於提高汽油機的高效運行，降低排放。但是，對於汽油機來說，缸頭上的進排氣門布置具有局限性，採用斜置氣門會增大氣門的布置範圍，同時，影響其它部件(如化油器/空濾器等零件)的布置； 特別是對於下置凸輪軸的垂直軸汽油機來說，採用斜置氣門則會影響到推桿和凸輪軸的布置。因此，需要對汽油機氣門缸頭進行改進，在便於其它部件布置的前提下，減小氣門及搖臂的佔用空間，進排氣通道可根據進排氣需要進行設置，且可以採用採用斜置氣門，在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，提高進氣效率，增加缸內氣流擾動，加快燃燒，降低排氣阻力，提高發動機功率和降低排放。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種汽油機缸頭總成及其汽油機，在便於其它部件布置的前提下，減小氣門及搖臂的佔用空間，進排氣通道可根據進排氣需要進行設置，且可以採用採用斜置氣門，在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，提高進氣效率，增加缸內氣流擾動，加快燃燒，降低排氣阻力，提高發動機功率和降低排放。本發明的汽油機缸頭總成，包括缸頭本體和設置於缸頭本體的進氣通道及排氣通道，所述缸頭本體上與進氣通道對應設有進氣門，與排氣通道對應設有排氣門，進氣門對應設置進氣搖臂和進氣推桿，排氣門對應設置排氣搖臂和排氣推桿，進氣門軸線和排氣門軸線的連線和進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線相交於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線之間。進一步，所述進氣門頂部向進氣通道側傾斜，排氣門頂部向排氣通道側傾斜；進一步，所述進氣門軸線和排氣門軸線的連線與進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線之間的夾角為90° 士20° ；具有較大的夾角，盡力使氣門區域為正三角形結構，減小佔用面積，使化油器的部件更容易布置，並使缸頭輕量化。進一步，所述進氣門軸線和排氣門軸線的連線垂直於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線；本結構結構簡單，製作容易實現標準化，進氣門軸線和排氣門軸線的連線位於進氣推桿和排氣推桿之間，便於布置進氣通道，實現進氣、排氣的阻力最小化，提高汽油機性能；便於布置化油器/空濾器等零件，降低改造成本。進一步，所述汽油機為垂直軸結構，所述進氣門軸線和排氣門軸線的連線水平，進氣通道的進氣方向和排氣通道的排氣方向均位於水平面，進氣門頂部沿水平方向向進氣通道側傾斜，排氣門頂部沿水平方向向排氣通道側傾斜；水平方向進氣和排氣，避免進氣和排氣相互錯開，更利於進排氣的順暢並使缸頭氣道布置更為規則，且利於氣流進入氣缸，形成滾流，加快燃燒，提高汽油機工作效率。進一步，所述進氣通道位於進氣推桿和排氣推桿之間，進氣搖臂的長度短於排氣搖臂的長度；所述排氣搖臂的阻力臂在豎直平面內向進氣門軸線和排氣門軸線的連線傾斜；該結構採用斜置氣門並不需改變原有推桿的布置結構，排氣搖臂的阻力臂向內傾斜能夠適應於呈水平布置的進排氣門；並且，阻力臂傾斜，使得排氣推桿驅動排氣搖臂不產生附加力矩，保證其靈活性。進一步，所述進氣門軸線和排氣門軸線之間的夾角小於等於30° ；保證具有足夠的傾斜角度，保證進氣和排氣的順暢，同時，也保證鼻梁區具有足夠的寬度；所述進氣搖臂通過進氣搖臂軸設置於進氣搖臂座，排氣搖臂通過排氣搖臂軸設置於排氣搖臂座；所述進氣門搖臂軸軸線與排氣門搖臂軸軸線在豎直平面呈45° 士20°的夾角；能夠適應於搖臂布置的需求，避免推桿驅動搖臂產生附加力矩，利於保證搖臂帶動氣門動作的協調性、密封性和靈活驅動；可以根據進排氣門的位置來合理布置搖臂，更利於保證氣門正時，保證配氣相位，從而提高性能和降低排放。進一步，所述進氣搖臂座和排氣搖臂座均為開口結構，所述進氣搖臂軸兩端對應穿入進氣搖臂座的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合，所述進氣搖臂位於進氣搖臂座的開口內固定設置於進氣搖臂軸；所述排氣搖臂軸兩端對應穿入排氣搖臂座的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合，所述排氣搖臂位於排氣搖臂座的開口內固定設置於排氣搖臂軸。固定式搖臂在運行過程中，其各個方向的竄動或晃動量小， 能有效的降低搖臂的故障率，降低維護成本；適應於進排氣的位置來合理布置搖臂，還利於保證氣門正時，保證配氣相位，從而提高性能和降低排放。本發明還公開了一種應用汽油機缸頭總成的汽油機，所述汽油機缸頭總成安裝於汽油機。本發明的有益效果本發明的汽油機缸頭總成及其汽油機，採用進氣門軸線和排氣門軸線的連線與進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線相交的結構，形成三角形區域，佔有較小的布置面積，便於其它部件的布置，並不改變現有的推桿的布置，進排氣通道可根據進排氣需要進行設置，保證氣缸進排氣質量，降低排氣阻力，提高發動機功率和降低排放； 特別是對於垂直軸汽油機來說，該結構的氣門結構，能夠實現下置凸輪軸的斜置氣門結構， 進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比現有結構燃燒室面小，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，提高進氣效率，增加缸內氣流擾動，加快燃燒，提高汽油機功率；減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，利於提高汽油機功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，排放的HC+NOx 達到甚至超過美國EPA標準，以最大功率(轉速3600rpm)3. Okff的汽油機為例，功率可提高到3. 6kff,排放由9. Og/kff. h降低到8. Og/kff. h ；以最大功率由3. 5kff的汽油機為例，功率可提高到了 4. 2kff,排放由9. Og/kff. h降低到8. lg/kff. h，均滿足EPA3階段10g/kff. h的標準； 由此可見，本發明的汽油機功率提高和排放降低較為明顯，利於保護環境；同時，斜置氣門可以使進排氣通道中間的鼻梁區更寬，利於冷卻，增加抗變形能力，極大的提高了鼻梁區的冷卻效果，減小了缸頭在高溫下的變形，提高了可靠性。本發明的缸頭用於汽油機，節約能源、降低消耗。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明的結構示意圖；圖2為圖1沿A-A向剖視圖。
具體實施例方式圖1為本發明的結構示意圖，圖2為圖1沿A-A向剖視圖，如圖所示本實施例的汽油機缸頭總成，包括缸頭本體1和設置於缸頭本體1的進氣通道12及排氣通道11，缸頭本體1內側形成燃燒室面13，所述缸頭本體1上與進氣通道12對應設有進氣門5，與排氣通道11對應設有排氣門9，進氣門5對應設置進氣搖臂8和進氣推桿(圖中沒有標識)，排氣門9對應設置排氣搖臂2和排氣推桿(圖中沒有標識)，所述進氣門5頂部向進氣通道 12側傾斜，排氣門9頂部向排氣通道11側傾斜；進氣門5軸線和排氣門9軸線的連線和進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線相交於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線之間。由於進氣推桿和排氣推桿均垂直頂在進氣搖臂和排氣搖臂上，因而，進氣搖臂和排氣搖臂與進氣推桿和排氣推桿的接觸點即能反映出進氣推桿和排氣推桿的軸線位置；圖中進氣搖臂和排氣搖臂與進氣推桿和排氣推桿的接觸點的連線與進氣門5軸線和排氣門9 軸線的連線的夾角α，即為進氣門5軸線和排氣門9軸線的連線與進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線的夾角。本實施例中，進氣門5對應設置進氣搖臂8和進氣推桿，排氣門9對應設置排氣搖臂2和排氣推桿，所述進氣門5軸線和排氣門9軸線的連線與進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線相交於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線之間且夾角α為90° 士20° ；本實施例中採用90° ；該結構在缸頭本體上形成三角形安裝區域，佔有較小的布置面積，便於其它部件的布置，並不改變現有的推桿的布置，特別是對於垂直軸汽油機來說，能夠實現下置凸輪軸的斜置氣門結構，進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比現有結構燃燒室面小，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，提高進氣效率，增加缸內氣流擾動，加快燃燒，提高汽油機功率；減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，利於提高汽油機功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放；特別是具有較大的夾角，最大化的減小佔用面積，使化油器的部件更容易布置，並使缸頭輕量化；本結構結構簡單，製作容易實現標準化，進氣門軸線和排氣門軸線的連線位於進氣推桿和排氣推桿之間，便於布置進氣通道，實現進氣、排氣的阻力最小化，提高汽油機性能；便於布置化油器/空濾器等零件，降低改造成本。本實施例中，所述進氣門5軸線和排氣門9軸線的連線垂直於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線；本結構結構簡單，製作容易實現標準化，進氣門5軸線和排氣門9軸線的連線位於進氣推桿和排氣推桿之間，便於布置進氣通道12，實現進氣、排氣的阻力最小化，提高汽油機性能；便於布置化油器/空濾器等零件，降低改造成本。本實施例中，所述汽油機為垂直軸結構，所述進氣門5軸線和排氣門9軸線的連線水平，進氣通道12的進氣方向和排氣通道11的排氣方向均位於水平面，進氣門5頂部沿水平方向向進氣通道側傾斜，排氣門9頂部沿水平方向向排氣通道側傾斜；水平方向進氣和排氣，避免進氣和排氣相互錯開，更利於進排氣的順暢並使缸頭氣道布置更為規則，且利於氣流進入氣缸，形成滾流，加快燃燒，提高汽油機工作效率。本實施例中，所述進氣通道12位於進氣推桿和排氣推桿之間，進氣搖臂8的長度短於排氣搖臂2的長度；所述排氣搖臂2的阻力臂在豎直平面內向進氣門5軸線和排氣門 9軸線的連線傾斜，由於(進氣門或者排氣門)搖臂為槓桿結構，以搖臂軸為支點，用於驅動氣門的部分為阻力臂，與推桿配合的部分為動力臂；排氣搖臂2的阻力臂該結構採用斜置氣門並不需改變原有推桿的布置結構，排氣搖臂的阻力臂向內傾斜能夠適應於呈水平布置的進排氣門；並且，阻力臂傾斜，使得排氣推桿驅動排氣搖臂不產生附加力矩，保證其靈活性。本實施例中，所述燃燒室面1位於進氣門5和排氣門11之間形成鼻梁區14，缸頭本體1上位於鼻梁區14外側設有上下貫通的風冷通道10 ；完全暢通的風冷通道，極大的提高了鼻梁區的冷卻效果，減小了缸頭在高溫下的變形，提高了氣門密封的可靠性；並且冷卻風道從上向下貫通，與垂直軸汽油機冷卻風從上向下吹的風向，不需額外的導風設置，具有較好的冷卻效果。本實施例中，所述燃燒室面13為球面結構或者平滑曲面構成的拱形結構；本實施例中為拱形結構，具有較小的面容比，增加擠氣區域，與球面燃燒時相比，能增大氣流擾動， 提高汽油機工作效率，達到降低燃油消耗和排放的目的；所述進氣門軸線和排氣門軸線分別垂直於燃燒室面與其相交點的切面；與燃燒室的進排氣方向相適應，減小阻力，提高汽油機效率，增加汽油機的動力性。本實施例中，所述進氣門5軸線和排氣門9軸線之間的夾角β小於等於30°，本實施例中為30° ；保證具有足夠的傾斜角度並利於布置，保證進氣和排氣的順暢，同時，也保證鼻梁區14具有足夠的寬度；所述進氣搖臂8通過進氣搖臂軸7設置於進氣搖臂座6， 排氣搖臂2通過排氣搖臂軸3設置於排氣搖臂座4 ；所述進氣門搖臂軸7軸線與排氣門搖臂軸3軸線在豎直平面呈45° 士20°的夾角δ，本實施例中採用45° ；能夠適應於搖臂布置的需求，避免推桿驅動搖臂產生附加力矩，利於保證搖臂帶動氣門動作的協調性、密封性和靈活驅動；可以根據進排氣門的位置來合理布置搖臂，更利於保證氣門正時，保證配氣相位，從而提高性能和降低排放。本實施例中，所述進氣搖臂座6和排氣搖臂座4均為開口結構，所述進氣搖臂軸7 兩端對應穿入進氣搖臂座6的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合，所述進氣搖臂8位於進氣搖臂座6的開口內固定設置於進氣搖臂軸7 ；所述排氣搖臂軸3兩端對應穿入排氣搖臂座4的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合，所述排氣搖臂2位於排氣搖臂座4的開口內固定設置於排氣搖臂軸3。以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合可以採用現有技術的配合方式，包括軸肩限制軸向自由度等等；固定式搖臂在運行過程中，其各個方向的竄動或晃動量小，能有效的降低搖臂的故障率，降低維護成本; 適應於進排氣的位置來合理布置搖臂，還利於保證氣門正時，保證配氣相位，從而提高性能和降低排放。本發明還公開了一種應用汽油機缸頭總成的汽油機，該汽油機缸頭總成安裝於汽油機，該汽油機為水平軸時，應用於摩託車；其他結構形式可用於通用機械，通用機械包括割草機、泵、風機、壓縮機、減變速機、發電機等等。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種汽油機缸頭總成，包括缸頭本體和設置於缸頭本體的進氣通道及排氣通道，所述缸頭本體上與進氣通道對應設有進氣門，與排氣通道對應設有排氣門，進氣門對應設置進氣搖臂和進氣推桿，排氣門對應設置排氣搖臂和排氣推桿，其特徵在於進氣門軸線和排氣門軸線的連線和進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線相交於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線之間。
2.根據權利要求1所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述進氣門頂部向進氣通道側傾斜，排氣門頂部向排氣通道側傾斜。
3.根據權利要求2所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述進氣門軸線和排氣門軸線的連線與進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線之間的夾角為90° 士20°。
4.根據權利要求3所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述進氣門軸線和排氣門軸線的連線垂直於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線。
5.根據權利要求4所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述汽油機為垂直軸結構，所述進氣門軸線和排氣門軸線的連線水平，進氣通道的進氣方向和排氣通道的排氣方向均位於水平面進氣門頂部沿水平方向向進氣通道側傾斜，排氣門頂部沿水平方向向排氣通道側傾斜。
6.根據權利要求5所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述進氣通道位於進氣推桿和排氣推桿之間，進氣搖臂的長度短於排氣搖臂的長度；所述排氣搖臂的阻力臂在豎直平面內向進氣門軸線和排氣門軸線的連線傾斜。
7.根據權利要求6所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述進氣門軸線和排氣門軸線之間的夾角小於等於30° ；所述進氣搖臂通過進氣搖臂軸設置於進氣搖臂座，排氣搖臂通過排氣搖臂軸設置於排氣搖臂座；所述進氣門搖臂軸軸線與排氣門搖臂軸軸線在豎直平面呈45° 士20°的夾角。
8.根據權利要求7所述的汽油機缸頭總成，其特徵在於所述進氣搖臂座和排氣搖臂座均為開口結構，所述進氣搖臂軸兩端對應穿入進氣搖臂座的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合，所述進氣搖臂位於進氣搖臂座的開口內固定設置於進氣搖臂軸；所述排氣搖臂軸兩端對應穿入排氣搖臂座的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式單自由度配合，所述排氣搖臂位於排氣搖臂座的開口內固定設置於排氣搖臂軸。
9.一種應用權利要求1至8任一權利要求所述的汽油機缸頭總成的汽油機，其特徵在於汽油機缸頭總成安裝於汽油機。
全文摘要
本發明公開了一種汽油機缸頭總成及其汽油機，進氣門頂部向進氣通道側傾斜，排氣門頂部向排氣通道側傾斜；進氣門軸線和排氣門軸線的連線相交於進氣推桿軸線和排氣推桿軸線的連線，本發明氣門布置形成三角形區域，佔有較小的布置面積，並不改變現有的推桿的布置，對於任何結構的進排氣通道均具有適應性，特別是對於垂直軸汽油機，能夠實現下置凸輪軸的斜置氣門結構，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，提高進氣效率，增加缸內氣流擾動，加快燃燒，提高汽油機功率並降低排放；以最大功率(轉速3600rpm)3.0kW的汽油機為例，功率可提高到3.6kW，排放由9.0g/kW·h降低到8.0g/kW·h；以最大功率由3.5kW的汽油機為例，功率可提高到了4.2kW，排放由9.0g/kW·h降低到8.1g/kW·h，均滿足EPA3階段10g/kW·h的標準。
文檔編號F01L1/18GK102305147SQ20111006119
公開日2012年1月4日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者車畢波 申請人:隆鑫通用動力股份有限公司