快速散熱缸頭及其汽油機的製作方法
2023-05-22 17:17:31 1
專利名稱：快速散熱缸頭及其汽油機的製作方法
技術領域：
本實用新型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；氣缸頭設置有進氣通道和排氣通道，並與氣缸共同組成燃燒室，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。熱量不可避免的要通過缸體和缸蓋通過熱傳導傳遞至外表面並通過其它冷卻方式帶走熱量至外界，並且需要散熱較快，以維持燃燒室面的正常工作；否則，會導致燃燒室面壁溫度無限升高，最終會影響尾氣排放，影響缸蓋的使用性能，甚至會出現活塞粘缸、拉缸現象。現有技術中，缸頭的散熱措施普遍採用在外表面設有散熱片，燃燒室內的熱量通過缸頭傳導至散熱片，利用空氣對流帶走熱量，達到散熱的目的。散熱片散熱效果較好且較為輕便，能夠滿足散熱要求。但是，在汽油機長時間運行時，散熱片熱傳導以及對流面積有限，無法充分散熱，熱量積聚後會影響缸頭的物理性能，從而汽油機的運行性能，甚至會出現安全事故，造成汽油機報廢。因此，需要對快速散熱缸頭進行改進，具有較好的散熱效果，保證缸蓋的物理性能，降低缸溫，使汽油機能夠長時間穩定運行，有效地降低尾氣中的碳氫化合物，不會產生由溫升導致的活塞粘缸、拉缸現象。
實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供一種快速散熱缸頭及其汽油機，缸頭具有較好的散熱效果，保證缸蓋的物理性能，降低缸溫，使汽油機能夠長時間穩定運行，有效地降低尾氣中的碳氫化合物，不會產生由溫升導致的活塞粘缸、拉缸現象。本實用新型的快速散熱缸頭，包括氣缸頭本體和設置於缸頭本體的進氣通道、排氣通道及火花塞安裝孔，缸頭本體外表面設有散熱片，缸頭本體內側形成燃燒室面，所述缸頭本體上位於進氣通道和排氣通道的同側設有縱向貫通的風冷通道I，位於進氣通道和排氣通道之間設有橫向貫通的風冷通道II，所述風冷通道I和風冷通道II均避開缸頭本體上的功能孔。進一步，所述進氣通道軸線和排氣通道軸線共面，所述風冷通道I平行於進氣通道軸線和排氣通道軸線的共面且與火花塞安裝孔分列於進氣通道軸線和排氣通道軸線共面的兩側，所述風冷通道II垂直於進氣通道軸線和排氣通道軸線共面；利用缸頭原有結構即能實現上述風冷通道的設計，且冷卻通道互相垂直，利於從各個方向接受冷卻風的通過， 不影響各部件的安裝，節約製作成本；同時，本結構風冷通道的設計有利於提高缸頭抵抗彎矩的能力，結合散熱效果的增強，使缸頭輕量化，提高機器整體的經濟性。進一步，所述散熱片延伸至風冷通道I內並連通形成散熱橋，所述散熱橋將風冷通道1分隔成平行的縱向多通道結構；散熱橋結構利於在開通風冷通道I後保證缸頭的強度，同時，散熱橋增加了散熱時的熱輻射和傳導面積，進一步利於散熱。進一步，所述缸頭本體上位於火花塞安裝孔側設有貫通的火花塞風冷通道；通過風冷使得火花塞得到較好的冷卻，避免出現現有技術中火花塞由於高溫而降低使用壽命的問題。進一步，所述缸頭上的散熱片延伸至排氣通道外壁；能夠有效降低排氣溫度，利於保護排氣系統內的尾氣處理部件，進一步降低排放，利於環保。進一步，所述燃燒室面為複合球面結構，由底部到頂部依次為球面I、平滑曲面和球面II，所述球面II的半徑大於球面I的半徑；球面I和球面II之間通過平滑曲面平滑過渡；由於球面燃燒室面容比最小，提高汽油機工作效率，但是由於採用球形結構不利於燃燒氣體的充分混合，則會降低混合率，影響燃燒和排放；採用複合球面結構，不但進一步減小面容比，還因為曲面過渡利於燃燒氣的混合，從而更利於燃燒和降低排放，增加汽油機動力；同時，進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比其它結構燃燒室面小，有效的減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，有效地提高汽油機功率，進一步利於降低燃油消耗率和排放。進一步，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，所述進氣門由底部至頂部向進氣通道側傾斜，排氣門由底部至頂部向排氣通道側傾斜; 適應於複合球面燃燒室，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，便於組織進氣，提高進氣效率，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，增加缸內氣流擾動，加快燃燒；減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，利於提高汽油機功率，利於提高功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，保護環境。同時，由於氣門斜置，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，配合以完全暢通的冷卻風道II，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。所述進氣門和排氣門分別設有搖臂，所述缸頭本體上與搖臂對應設置有搖臂座， 所述搖臂固定設置有搖臂軸，所述搖臂軸以可繞自身軸線轉動的方式單自由度設置於搖臂座，兩個搖臂軸沿徑向向內相對於缸頭本體安裝面向頂部傾斜設置，所述搖臂軸的傾斜角度與進氣門和排氣門的傾斜角度對應相同；所述搖臂形成以搖臂軸為支點的槓桿結構；傾斜設置的搖臂軸能夠適應於斜置氣門結構且適應於複合球面燃燒室的幾何形狀，利於保證搖臂帶動氣門動作的協調性和密封性，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。進一步，所述搖臂座為開口結構，所述搖臂軸兩端對應穿入搖臂座的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式配合，所述搖臂位於搖臂座的開口內固定設置於搖臂軸；所述搖臂座開口結構向外的一側為分體式軸承座結構，包括壓蓋和座體，所述壓蓋和座體之間可拆卸式固定連接；採用分體式軸承座結構，利於搖臂軸的安裝，並減小摩擦面積，增加搖臂運動的靈活性，結構簡單緊湊，節約空間；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，增加汽油機的動力性。進一步，所述燃燒室面位於進氣門和排氣門之間形成鼻梁區，所述鼻梁區位於燃燒室面的寬度大於8mm;進氣門的座圈外圓和排氣門的座圈外圓與燃燒室面底部邊緣相切；增加進氣門和排氣門之間的距離，適當增加鼻梁區厚度，增加其抵抗熱變形量的能力， 有效改善氣門密封性能，能有效避免氣門出現漏氣現象；同時，避免進排氣之間出現的瞬間幹擾，保證充分燃燒，提高汽油機動力；所述進氣門的座圈內側端部和排氣門的座圈內側端部與燃燒室面相適形；減小對進氣和排氣的幹擾，降低阻力，消除死角，保證混合氣體的充分燃燒，提高汽油機效率。本實用新型還公開了一種應用快速散熱缸頭的汽油機，所述快速散熱缸頭安裝於汽油機。本實用新型的有益效果本實用新型的快速散熱缸頭及其汽油機，快速散熱缸頭進排氣方向以及與進排氣垂直方向分別有中空的風冷通道，冷卻空氣可以從不同的方向經過燃燒室壁外表面，同時，通道壁通過熱傳導將熱量傳出，增加了傳導和對流面積，使燃燒室溫度充分降低，從而使缸頭具有較好的散熱效果，降低缸溫，有效地降低尾氣中的碳氫化合物，以最大功率(轉速3060rpm) 7. 5kW的汽油機為例，功率可提高到8. lkW，排放由8. Og/ kff. h降低到6. Og/kff. h，滿足並超過EPA3階段8g/kW. h的標準，由此可見，本實用新型的汽油機功率提高和排放降低較為明顯；且不會產生由溫升導致的活塞粘缸、拉缸現象，保證汽油機性能的同時使其能夠長時間穩定運行；由於設置了風冷通道，可增加缸頭本身的抗彎矩能力，加上散熱效果好，則有效保證缸頭的抗變形等物理性能，可以適當減小缸頭重量， 利於實現汽油機的輕量化。本實用新型的缸頭用於汽油機，用於摩託車能夠加速風冷通道內空氣的流動，更有利於散熱；用於普通通用機械，暴露於空氣中，利用外界強制空氣對流，利於散熱。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為
圖1的A向視圖；圖3為圖2沿B-B向視圖；圖4為火花塞風冷通道正面視圖；圖5為本實用新型搖臂安裝結構示意圖；圖6為搖臂軸與搖臂座的配合截面圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型的結構示意圖，圖2為
圖1的A向視圖，圖3為圖2沿B-B向視圖，圖4為火花塞風冷通道正面視圖，圖5為本實用新型搖臂安裝結構示意圖，圖6為搖臂軸與搖臂座的配合截面圖，如圖所示本實施例的快速散熱缸頭，包括氣缸頭本體1和設置於缸頭本體的進氣通道3、排氣通道2及火花塞安裝孔6，缸頭本體1外表面設有散熱片4， 缸頭本體1內側形成燃燒室面5，所述缸頭本體1上位於進氣通道3和排氣通道2的同側設有縱向貫通的風冷通道I 8，位於進氣通道3和排氣通道2之間設有橫向貫通的風冷通道 II 7，所述風冷通道I 8和風冷通道II 7均避開缸頭本體上的功能孔，功能孔是指用於安裝部件的孔，包括火花塞孔、進氣門孔、排氣門孔以及螺栓孔等；縱向是指與缸頭本體進排
5氣方位大致相同的方向；橫向是與缸頭本體進排氣方位大致垂直的方向。本實施例中，所述進氣通道3軸線和排氣通道2軸線共面(也就是進氣通道3軸線和排氣通道2軸線位於同一平面)，所述風冷通道I 8平行於進氣通道3軸線和排氣通道 2軸線的共面且與火花塞安裝孔6分列於進氣通道3軸線和排氣通道2軸線共面的兩側，所述風冷通道II 7垂直於進氣通道3軸線和排氣通道2軸線共面；利用缸頭原有結構即能實現上述風冷通道的設計，且冷卻通道互相垂直，利於從各個方向接受冷卻風的通過，不影響各部件的安裝，節約製作成本；同時，本結構風冷通道的設計有利於提高缸頭抵抗彎矩的能力，結合散熱效果的增強，使缸頭輕量化，提高機器整體的經濟性。本實施例中，所述散熱片4延伸至風冷通道I 8內並連通形成散熱橋81，所述散熱橋81將風冷通道I 8分隔成平行的縱向多通道結構；散熱橋81結構利於在開通風冷通道 I 8後保證缸頭的強度，同時，散熱橋81增加了散熱時的熱輻射和傳導面積，進一步利於散熱。本實施例中，所述缸頭本體1上位於火花塞安裝孔6側設有貫通的火花塞風冷通道9 ；圖5中箭頭所示即為火花塞冷卻風流方向；通過風冷使得火花塞得到較好的冷卻，避免出現現有技術中火花塞由於高溫而降低使用壽命的問題。本實施例中，所述缸頭上的散熱片4延伸至排氣通道2外壁；能夠有效降低排氣溫度，利於保護排氣系統內的尾氣處理部件，進一步降低排放，利於環保。所述燃燒室面5為複合球面結構，由底部到頂部依次為球面I a、平滑曲面b和球面II C，所述球面II c的半徑大於球面I a的半徑；球面I a和球面II c之間通過平滑曲面b平滑過渡；所述平滑曲面b可以為雙曲面或拋物面等；由於球面燃燒室面容比最小，提高汽油機工作效率，但是由於採用球形結構不利於燃燒氣體的充分混合，則會降低混合率， 影響燃燒和排放；採用複合球面結構，不但進一步減小面容比，還因為曲面過渡利於燃燒氣的混合，從而更利於燃燒和降低排放，增加汽油機動力；同時，進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比其它結構燃燒室面小，有效的減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，有效地提高汽油機功率，進一步利於降低燃油消耗率和排放。本實施例中，所述缸頭本體1上與進氣通道3對應設有進氣門31，與排氣通道2對應設有排氣門21，所述進氣門31由底部至頂部向進氣通道側傾斜，排氣門21由底部至頂部向排氣通道側傾斜；適應於複合球面燃燒室，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，便於組織進氣，提高進氣效率，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，增加缸內氣流擾動，加快燃燒；減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，利於提高汽油機功率，利於提高功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，保護環境。同時，由於氣門斜置，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，配合以完全暢通的冷卻風道II，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。所述進氣門31和排氣門21分別設有搖臂，如圖所示進氣門31的搖臂13，排氣門 21的搖臂11 ；所述缸頭本體1上與搖臂(搖臂13和搖臂11)對應設置有搖臂座(圖中為搖臂座15和搖臂座12)，所述搖臂(搖臂13和搖臂11)分別固定設置有搖臂軸(搖臂軸14 和搖臂軸10)，所述搖臂軸(搖臂軸14和搖臂軸10)以可繞自身軸線轉動的方式單自由度對應設置於搖臂座(搖臂座15和搖臂座12)，兩個搖臂軸(搖臂軸14和搖臂軸10)沿徑向向內相對於缸頭本體安裝面向頂部傾斜設置，徑向是指缸頭的徑向；所述搖臂軸(搖臂軸 14和搖臂軸10)的傾斜角度與進氣門31和排氣門21的傾斜角度對應相同；所述搖臂(搖臂13和搖臂11)形成以搖臂軸(搖臂軸14和搖臂軸10)為支點的槓桿結構，與搖臂軸一起形成斜置固定式搖臂；傾斜設置的搖臂軸能夠適應於斜置氣門結構且適應於複合球面燃燒室的幾何形狀，利於保證搖臂帶動氣門動作的協調性和密封性，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。本實施例中，所述搖臂座(搖臂座15和搖臂座12)為開口結構，所述搖臂軸(搖臂軸14和搖臂軸10)兩端對應穿入搖臂座(搖臂座15和搖臂座12)的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式配合，所述搖臂(搖臂13和搖臂11)位於搖臂座(搖臂座15和搖臂座12)的開口內固定設置於搖臂軸(搖臂軸14和搖臂軸10)；所述搖臂座(搖臂座15和搖臂座12)開口結構向外的一側為分體式軸承座結構，如圖6所示，搖臂座15的開口結構向外的一側包括壓蓋151a和座體151，所述壓蓋151a和座體151之間可拆卸式固定連接， 圖中採用螺釘連接，還可設置用於減小摩擦的軸瓦101(搖臂座15和搖臂座12開口結構向內的一側也設置軸瓦)；搖臂座12的開口結構向外的一側與搖臂座15的開口結構向外的一側結構相同；採用分體式軸承座結構，利於搖臂軸的安裝，並減小摩擦面積，增加搖臂運動的靈活性，結構簡單緊湊，節約空間；本實施例中，所述進氣門31軸線和排氣門21軸線分別垂直於燃燒室面5與其相交點的切面，即進氣門31軸線和排氣門21軸線分別與燃燒室面5相交，該交點的切面，也就是進氣門和排氣門的軸線相交於燃燒室的中心，與燃燒室的進排氣方向相適應，減小阻力，增加汽油機的動力性。本實施例中，所述燃燒室面5位於進氣門31和排氣門21之間形成鼻梁區，所述鼻梁區位於燃燒室面的寬度L大於8mm ；進氣門31的座圈31a外圓和排氣門21的座圈21a外圓與燃燒室面5底部邊緣相切；增加進氣門31和排氣門21之間的距離，適當增加鼻梁區厚度，增加其抵抗熱變形量的能力，有效改善氣門密封性能，能有效避免氣門出現漏氣現象； 同時，避免進排氣之間出現的瞬間幹擾，保證充分燃燒，提高汽油機動力；所述進氣門的座圈內側端部和排氣門的座圈內側端部與燃燒室面相適形；減小對進氣和排氣的幹擾，降低阻力，消除死角，保證混合氣體的充分燃燒，提高汽油機效率。本實用新型還公開了一種應用快速散熱缸頭的汽油機，所述快速散熱缸頭安裝於汽油機，汽油機可應用於摩託車或通用機械，通用機械包括泵、風機、壓縮機、減變速機、發電機等等；具有較好的冷卻效果，圖3中箭頭所示即為風流過方向。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種快速散熱缸頭，包括氣缸頭本體和設置於缸頭本體的進氣通道、排氣通道及火花塞安裝孔，缸頭本體外表面設有散熱片，缸頭本體內側形成燃燒室面，其特徵在於所述缸頭本體上位於進氣通道和排氣通道的同側設有縱向貫通的風冷通道I，位於進氣通道和排氣通道之間設有橫向貫通的風冷通道II，所述風冷通道I和風冷通道II均避開缸頭本體上的功能孔。
2.根據權利要求1所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述進氣通道軸線和排氣通道軸線共面，所述風冷通道I平行於進氣通道軸線和排氣通道軸線的共面且與火花塞安裝孔分列於進氣通道軸線和排氣通道軸線共面的兩側，所述風冷通道II垂直於進氣通道軸線和排氣通道軸線共面。
3.根據權利要求2所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述散熱片延伸至風冷通道I 內並連通形成散熱橋，所述散熱橋將風冷通道I分隔成平行的縱向多通道結構。
4.根據權利要求3所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述缸頭本體上位於火花塞安裝孔側設有貫通的火花塞風冷通道。
5.根據權利要求4所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述缸頭上的散熱片延伸至排氣通道外壁。
6.根據權利要求1至5任一權利要求所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述燃燒室面為複合球面結構，由底部到頂部依次為球面I、平滑曲面和球面II，所述球面II的半徑大於球面I的半徑；球面I和球面II之間通過平滑曲面平滑過渡。
7.根據權利要求6所述的快速散熱缸頭，其特徵在於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，所述進氣門由底部至頂部向進氣通道側傾斜， 排氣門由底部至頂部向排氣通道側傾斜；所述進氣門和排氣門分別設有搖臂，所述缸頭本體上與搖臂對應設置有搖臂座，所述搖臂固定設置有搖臂軸，所述搖臂軸以可繞自身軸線轉動的方式單自由度設置於搖臂座， 兩個搖臂軸沿徑向向內相對於缸頭本體安裝面向頂部傾斜設置，所述搖臂軸的傾斜角度與進氣門和排氣門的傾斜角度對應相同；所述搖臂形成以搖臂軸為支點的槓桿結構。
8.根據權利要求7所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述搖臂座為開口結構，所述搖臂軸兩端對應穿入搖臂座的開口兩側並以可繞自身軸線轉動的方式配合，所述搖臂位於搖臂座的開口內固定設置於搖臂軸；所述搖臂座開口結構向外的一側為分體式軸承座結構， 包括壓蓋和座體，所述壓蓋和座體之間可拆卸式固定連接；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。
9.根據權利要求8所述的快速散熱缸頭，其特徵在於所述燃燒室面位於進氣門和排氣門之間形成鼻梁區，所述鼻梁區位於燃燒室面的寬度大於8mm;進氣門的座圈外圓和排氣門的座圈外圓與燃燒室面底部邊緣相切；所述進氣門的座圈內側端部和排氣門的座圈內側端部與燃燒室面相適形。
10.一種應用權利要求1至8任一權利要求所述的快速散熱缸頭的汽油機，其特徵在於所述快速散熱缸頭安裝於汽油機。
專利摘要本實用新型公開了一種快速散熱缸頭及其汽油機，缸頭本體上與進氣通道軸線和排氣通道軸線的共面平行設有縱向貫通的風冷通道I，與進氣通道軸線和排氣通道軸線的共面垂直設有橫向貫通的風冷通道II；本實用新型冷卻空氣可以從不同的方向經過燃燒室壁外表面，通道壁通過熱傳導將熱量傳出，增加了傳導和對流面積，使燃燒室溫度充分降低，從而使缸頭具有較好的散熱效果，有效地降低尾氣中的碳氫化合物，並提高汽油機功率，以最大功率(轉速3060rpm)7.5kW的汽油機為例，功率可提高到8.1kW，排放由8.0g/kW·h降低到6.0g/kW·h，滿足並超過EPA3階段8g/kW·h的標準。
文檔編號F02F1/32GK202039959SQ20112006655
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者劉兵, 謝育明, 陳宏波 申請人:隆鑫通用動力股份有限公司