一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋的製作方法

2023-06-04 06:46:21 1

專利名稱：一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋的製作方法
技術領域：
本發明屬於通用小型汽油機製造領域，尤其涉及一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋。
背景技術：
21世紀以來，我國內燃機行業得到迅速發展，經過近幾年的產品結構調整和經營機制轉換，生產企業已逐步適應了市場發展的要求。其中通用小型汽油機產品是近10年來增長速度最快的產品。我國加入WTO以後，我國已經成為世界通用小型汽油機的生產基地，年產量從2001年的55萬臺發展到2011年的2200萬臺，約佔世界的40%。目前僅次於美國，位列全球第二，同時產品的技術水平也在大幅度提升。通用小型汽油機的用途非常廣泛，二十世紀九十年代國產通用小型汽油機在國內銷售的產品主要作為植保機械的動力。邁入二十一世紀至今，由於國產小型汽油機出口量加大，根據國外客戶的需要，產品出口以發電機組和園林機械為主，佔總產量的80%以上。從通用小型汽油機的配套機具來看，可用於水泵、發電機組、彌霧噴粉機、彌霧機、噴淋機、油鋸、打枝機、綠籬機、割草機、割灌機、風力滅火機、夯實機、破拆工具、羊毛剪、沙灘車、高爾夫球車、雪撬、舷外機、滑板車、航模、艇模等涉及工業、農業、管保業、娛樂業、交通運輸業、搶險救災、園林機械等多個與經濟發展及人們生活密切相關的領域。通用小型汽油機的性能很大程度依賴其換氣過程。在進、排氣過程中缸內形成的流場狀態直接影響發動機的進氣量、油氣混合的濃度、燃燒過程中火焰的傳播速度、燃燒的穩定性和燃燒的徹底性，進而影響著發動機的性能和排放水平。氣體在進、排氣道的流動特性在很大程度上決定著缸內的氣流運動狀況、燃料的混合、循環結束廢氣的排出等情況。為了提高發動機的動力性、經濟性和排放指標，需要研究減少進排氣流動阻力損失、提高充量係數和降低殘餘廢氣係數的措施。影響進排氣能力的主要原因是流動阻力。按照進排氣系統流動阻力的性質可把阻力分為兩類，一類是沿程阻力，即管道摩擦阻力，它與流速、管長、流動管道的形狀變化、管壁表面質量等有關；另一類是局部阻力，它是流動中的主要損失，主要發生在空氣濾清器、流道轉彎處和進氣門座圈處。在通用小型汽油機進氣流動中，由於進氣的管道粗短，壁面比較光滑，其沿程阻力並不大。因而局部阻力損失是流動過程中的主要損失，它由一系列的局部阻力疊加而成，尤其是在空氣濾清器、流道轉彎處和進氣門座圈處，因此降低這些部位的局部阻力損失，對降低進氣系統的流動阻力，提高充量係數有顯著的作用。通用小型汽油機排量大於IOOmL的多為四衝程結構，進排氣流動阻力與氣道的結構關係很大，四衝程氣缸蓋多為壓鑄鋁合金製造，壓鑄氣缸蓋氣道受壓鑄工藝及模具製造的制約，目前小型汽油機氣缸蓋的進排氣道阻力較大，影響汽油機功率提高，因此需研究內燃機進排氣流動特性提高流通能力，減少流動阻力，實現汽油機的高功率輸出
發明內容
本發明的目的是提供一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，包括氣缸蓋實體，氣缸蓋實體上有進氣道和排氣道，進氣道呈漸縮形進入氣缸蓋實體內，轉彎後穿出氣缸蓋實體底面，在進氣道的出口處有進氣門座，進氣喉口位於進氣門座處，排氣道從氣缸蓋實體底面進入氣缸蓋實體內，轉彎後呈漸擴形穿出氣缸蓋實體表面，在排氣道的進口處有排氣門座，排氣喉口位於排氣門座處，進氣喉口處的進氣道為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直，排氣喉口處的排氣道也為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直。進氣道最小流通截面的面積是進氣道進口處截面積的739Γ81 %，進氣喉口處截面積是進氣道進口處截面積的829Γ 95% ;排氣道最小流通截面的面積是排氣道出口處截面積的73°/Γ81%，排氣喉口處截面積是排氣道出口處截面積的82°/Γ95%。漸縮形進氣道的軸心線與圓柱形進氣道的軸心線相交；漸擴形排氣道的軸心線與圓柱形排氣道的軸心線相交。採用上述技術方案的通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，與原有的壓鑄型氣缸蓋相比，進氣道、排氣道最小截面積都有較大增加，經氣道試驗臺穩流試驗，進氣道、排氣道的流通能力提高了 12 17%，能使汽油機進氣量增加，排氣更為乾淨。使用本發明經調試發動機功率提高10%以上，汽油機比油耗、排放都有所改善。


圖I是本發明結構示意圖。圖2是現有的188F通用小型汽油機氣缸蓋結構示意圖。圖3是圖I中進氣道的截面積和圖2中進氣道的截面積隨坐標軸變化的對比示意圖。圖4是圖I中排氣道的截面積和圖2中排氣道的截面積隨坐標軸變化的對比示意圖。圖中，I、進氣道，2、進氣門座，3、氣缸蓋實體，4、排氣門座，5、排氣道，6、進氣道進口，7、進氣道最小流通截面，8、進氣喉口，9、排氣道最小流通截面，10、排氣道出口，11、排氣喉口。
具體實施例方式如圖I所示的通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，包括氣缸蓋實體3，氣缸蓋實體3上有進氣道I和排氣道5，進氣道I呈漸縮形進入氣缸蓋實體3內，轉彎後向下穿出氣缸蓋實體底面，在進氣道的出口處有進氣門座2，進氣喉口 8位於進氣門座處，進氣喉口處的進氣道為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直，漸縮形進氣道的軸心線與圓柱形進氣道的軸心線相交；排氣道5從氣缸蓋實體3底面向上進入氣缸蓋實體3內，轉彎後呈漸擴形穿出氣缸蓋實體3表面，在排氣道的進口處有排氣門座4，排氣喉口 11位於排氣門座處，排氣喉口處的排氣道也為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直，漸擴形排氣道的軸心線與圓柱形排氣道的軸心線相交。進氣道最小流通截面7的面積是進氣道進口 6處截面積的739Γ81 %，進氣喉口 8處截面積是進氣道進口 6處截面積的829Γ95% ;排氣道最小流通截面9的面積是排氣道出口 10處截面積的73°/Γ81%，排氣喉口 11處截面積是排氣道出口 10處截面積的829Γ 95%。以188F汽油機氣缸蓋為例說明如下進氣道I為漸縮型，其截面為直徑33mm的圓形，截面沿軸心線從進口處到轉彎之前處截面直徑變為31mm，逐漸減小有利於拔模，進氣門座2處喉口直徑為30mm，從氣缸蓋底面向氣門導管孔處為加工的30mm圓柱體，加工的圓柱體深度與漸縮的進氣道相交使轉彎處流通截面最大為宜，經計算進氣道最小流通截面7與進口截面6的面積比達76. 5%，進氣道喉口截面8與進口截面6的面積比為82. 6%。排氣喉口直徑為26mm，從氣缸蓋底面向氣門導管孔處為加工的26mm圓柱體，從轉彎處到排氣道出口處為漸擴型，轉彎處開始直徑為26. 5mm到出口處是直徑28mm的圓形，其截面積沿軸心線向出口處逐漸增大，同進氣道一樣，控制加工深度使截面積變化儘可能均勻和最大，經計算排氣道最小流通截面9與排氣道出口截面10的面積比達75. 2%，排氣喉口 11截面與排氣道出口 10截面的面積比為86. 2%。進排氣道截面沿氣道軸心線變化見圖3、圖4。從圖3、圖4中可以看出，本發明氣缸蓋與原壓鑄型氣缸蓋相比，進排氣道最小截面積都有較大增加，經氣道試驗臺穩流試驗，進排氣道的流通能力提高了 12 17%，能使汽油機進氣量增加，排氣更為乾淨。使用該發明的氣缸蓋經調試發動機功率提高10%以上，汽油機比油耗、排放都有所改善。通用小型汽油機進氣無需在氣缸中產生旋轉運動以幫助混合氣形成，進、排氣道的形狀以達到最大流量設計為目標。為此進入氣缸蓋的入口截面積要比氣門喉口截面大20%左右。由入口截面起,進氣道截面應逐漸減小，以保證氣流向氣門方向不斷加速,但氣道截面的突然變化是有害的。由氣道至氣門座之間的過渡部分要經過機械加工，緊靠氣門座之前的氣道可以適當收縮。同時為了保證氣門導管伸入長度足夠導向與密封，一般會有臺階突出在氣道中影響氣道截面，砂型鑄造的氣道(如車用發動機氣道)在遇到氣道截面突變時可以在缸蓋實體的一側相應去掉一部分來保證流通面積予以補償，以減少氣道截面的突變，而通用小型汽油機氣道由於是壓鑄成型的，受工藝技術限制，在截面突變的部位無法像砂型鑄造的氣道一樣進行補償，從而導致了氣道流通性能的降低，如188F汽油機氣缸蓋進排氣道在與氣缸蓋底面垂直的部分是鑄造後機械加工成型，且用成型刀加工為錐體，如圖2所示，與空濾器相連的與氣缸蓋底面傾斜的一段氣道是未加工的，按圖樣尺寸及實物解剖計算得出氣道流通截面變化見圖3、圖4，說明排氣道最小截面與排氣出口截面比僅64%，進氣道最小截面與進口截面比僅68%，在轉彎處流通截面小，加上轉彎處流線變化，實際流通能力下降更多，是引起汽油機功率不能增大的原因之一。因此對壓鑄氣缸蓋的進排氣道，需精心設計，在鑄造模具製作時對拔模滿足工藝要求條件下滿足內燃機流動性能要求，經試驗驗證要求進排氣道最小流通截面積與進口截面比要不小於75%，氣道喉口截面積與進口截面比要不小於80%，本發明對氣道按此原則進行了優化設計，對氣道的截面積與氣門喉口、進口截面進行了匹配設計，並保證了氣道的截面沒有突變，從而提高了氣道的流通性能，汽油機臺架試驗表明通用小型汽油機的動力性、經濟性和排放性能得到了改善。
權利要求
1.一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，包括氣缸蓋實體，氣缸蓋實體上有進氣道和排氣道，進氣道呈漸縮形進入氣缸蓋實體內，轉彎後穿出氣缸蓋實體底面，在進氣道的出口處有進氣門座，進氣喉口位於進氣門座處，排氣道從氣缸蓋實體底面進入氣缸蓋實體內，轉彎後呈漸擴形穿出氣缸蓋實體表面，在排氣道的進口處有排氣門座，排氣喉口位於排氣門座處，其特徵在於進氣喉口處的進氣道為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直，排氣喉口處的排氣道也為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直。
2.如權利要求I所述的通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，其特徵在於進氣道最小流通截面的面積是進氣道進口處截面積的739Γ81 %，進氣喉口處截面積是進氣道進口處截面積的829Γ 95% ;排氣道最小流通截面的面積是排氣道出口處截面積的73°/Γ81%，排氣喉口處截面積是排氣道出口處截面積的82°/Γ95%。
3.如權利要求I所述的通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，其特徵在於漸縮形進氣道的軸心線與圓柱形進氣道的軸心線相交；漸擴形排氣道的軸心線與圓柱形排氣道的軸心線相交。
全文摘要
本發明公開了一種通用小型汽油機高功率用氣缸蓋，包括氣缸蓋實體，氣缸蓋實體上有進氣道和排氣道，進氣道呈漸縮形進入氣缸蓋實體內，轉彎後穿出氣缸蓋實體底面，在進氣道的出口處有進氣門座，進氣喉口位於進氣門座處，排氣道從氣缸蓋實體底面進入氣缸蓋實體內，轉彎後呈漸擴形穿出氣缸蓋實體表面，在排氣道的進口處有排氣門座，排氣喉口位於排氣門座處，進氣喉口處的進氣道為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直，排氣喉口處的排氣道也為圓柱形，該圓柱的軸心線與氣缸蓋實體的底面垂直。這種氣缸蓋，與原有的壓鑄型氣缸蓋相比，進氣道、排氣道最小截面積都有較大增加，能使汽油機進氣量增加，排氣更為乾淨。
文檔編號F02F1/42GK102943716SQ201210495868
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者劉勝吉, 陳玉煒, 朱建春, 胡金松, 王建 申請人:河南創世電機科技有限公司, 江蘇大學