專利名稱：汽油機復合球形燃燒室缸頭及其汽油機的制作方法
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、曲柄連桿機構、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，并與氣缸共同組成燃燒室面，因而，屬于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，用于作為驅動能量。燃燒室的參數是保證汽油機高效運行的必要條件。現有技術中，缸頭的燃燒室面普遍采用楔形結構，具有較大的面容同比，但是該結構有利于其它附屬結構的安裝，比如氣門組件；如果改變燃燒室面結構，則會影響進、排氣門組件的布置。現有的進、排氣門組件結構不能適用于不同結構燃燒室的安裝，否則會出現關閉不嚴、不準和動作不順暢的問題，影響汽油機的正常運行。為解決以上問題，出現了一種球形燃燒室結構，具有較小的面容比，對汽油機的性能具有較好的影響；然而，球形燃燒室由于表面平滑，不利于燃燒氣的混合，并且為了適應氣門的安裝會在燃燒室面出現形狀突變，影響混合、進氣和排氣，從而使球形燃燒室的優勢得不到充分發揮。因此，需要對汽油機缸頭的燃燒室進行改進，具有更小面容比的燃燒室結構，提高汽油機的運行效率，節約燃料，降低排放。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種汽油機復合球形燃燒室缸頭及其汽油機，采用面容比較小的燃燒室結構，提高汽油機的運行效率，節約燃料，降低排放。本發明的汽油機復合球形燃燒室缸頭，包括缸頭本體和設置于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， 所述燃燒室面為復合球面結構，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的半徑大于球面I的半徑；球面I和球面II之間通過平滑曲面平滑過渡。進一步，所述平滑曲面為雙曲面或拋物面，所述球面I、平滑曲面和球面II所占燃燒室面比例按寬度為3 1 2;為最佳比例，該比例的燃燒室面的汽油機動力試驗效率最高，排放最低，降低燃油消耗超過5%，汽油機功率提升比現有的的單一球面燃燒室超過 200W。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; 由于氣門斜置，可以使進排氣通道中間的鼻梁區更寬，利于冷卻，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；同時適應于復合球面燃燒室，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，便于組織進氣，提高進氣效率，便于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，利于提高汽油機功率，利于提高功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，保護環境。進一步，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；適形即適應形狀，氣門的座圈內側端部和排氣門的座圈內側端部的端面形狀與燃燒室面形狀相適應，消除臺階，減小對進氣和排氣的干擾，降低阻力，消除死角和形狀突變，保證混合氣體的充分燃燒，提高汽油機效率。進一步，所述進氣通道軸線和排氣通道軸線共面；所述燃燒室面位于進氣門和排氣門之間形成鼻梁區，所述鼻梁區位于燃燒室面的寬度大于8mm ；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干擾，保證充分燃燒，提高汽油機動力；進氣通道軸線和排氣通道軸線處于同一平面，利于氣門以及搖臂的布置。進一步，所述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； 增大進氣門和排氣門之間的距離，并且均與進排氣流線相適應，使進排氣互不干擾，保證汽油機的動力性和經濟性。進一步，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于搖臂座，兩個搖臂軸沿徑向向內相對于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杠桿結構；傾斜設置的搖臂軸能夠適應于斜置氣門結構且適應于復合球面燃燒室的幾何形狀， 利于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；適應于進排氣的位置來合理布置搖臂，還利于保證氣門正時，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并以可繞自身軸線轉動的方式配合，所述搖臂位于搖臂座的開口內固定設置于搖臂軸；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；采用分體式軸承座結構，利于搖臂軸的安裝，并減小摩擦面積，增加搖臂運動的靈活性，結構簡單緊湊，節約空間。進一步，所述進氣門軸線和排氣門軸線分別垂直于燃燒室面與其相交點的切面； 也就是進氣門和排氣門的軸線相交于燃燒室的中心，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。本發明還公開了一種應用汽油機復合球形燃燒室缸頭的汽油機，所述汽油機復合球形燃燒室缸頭安裝于汽油機。本發明的有益效果本發明的汽油機復合球形燃燒室缸頭及其汽油機，采用復合球面結構燃燒室，相對于球面燃燒室來說，面容比進一步減小，提高汽油機工作效率，并且消除現有的一體球形結構不利于燃燒氣體的充分混合，降低混合率，影響燃燒和排放的弊端；并且復合球面結構還因為曲面過渡利于燃燒氣的混合，進入的氣流會受到不同方向的阻力，使燃油混合氣能更好的形成紊流，燃燒更加充分，有效的降低燃油消耗率，利于燃燒和降低CH+N0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，進一步利于降低燃油消耗率和排放，以最大功率(轉速3060rpm)7. 5kW的汽油機為例，功率可提高到8. Ikff,排放由8. Og/kff. h降低到6. Og/kff. h，滿足并超過EPA3階段8g/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。本發明的缸頭用于汽油機，節約能源并降低消耗。
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為本發明缸頭搖臂總成結構示意圖；圖3為搖臂軸與搖臂座的配合截面圖。
具體實施例方式圖1為本發明的結構示意圖，圖2為本發明缸頭搖臂總成結構示意圖，圖3為搖臂軸與搖臂座的配合截面圖，如圖所示本實施例的汽油機復合球形燃燒室缸頭，包括缸頭本體1和設置于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，所述燃燒室面為復合球面結構，由底部到頂部依次為球面la、平滑曲面b和球面IIc，所述球面II的半徑大于球面I的半徑；球面I和球面II之間通過平滑曲面平滑過渡。本實施例中，所述平滑曲面b為雙曲面或拋物面，本實施例中為拋物面；所述球面 I a、平滑曲面b和球面IIc所占燃燒室面比例按寬度為3 1 2;為最佳比例，該比例的燃燒室面的汽油機動力試驗效率最高，排放最低，降低燃油消耗超過5%，汽油機功率提升比現有的的單一球面燃燒室超過200W。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3側傾斜，排氣門21由底部至頂部向排氣通道2側傾斜；由于氣門斜置，可以使進排氣通道中間的鼻梁區更寬，利于冷卻，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；適應于復合球面燃燒室，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，便于組織進氣，提高進氣效率，便于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，利于提高汽油機功率，利于提高功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，保護環境。本實施例中，所述進氣門31的座圈31a內側端部和排氣門21的座圈21a內側端部與燃燒室面相適形；適形即適應形狀，進氣門的座圈內側端部和排氣門的座圈內側端部的端面形狀與燃燒室面形狀相適應，消除臺階，減小對進氣和排氣的干擾，降低阻力，消除死角和形狀突變，保證混合氣體的充分燃燒，提高汽油機效率。本實施例中，所述進氣通道3軸線和排氣通道2軸線共面；所述燃燒室面5位于進氣門31和排氣門21之間形成鼻梁區，所述鼻梁區位于燃燒室面的寬度大于8mm ；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干擾，保證充分燃燒，提高汽油機動力；進氣通道軸線和排氣通道軸線處于同一平面，利于氣門以及搖臂的布置。
本實施例中，所述進氣門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；增大進氣門31和排氣門21之間的距離，并且均與進排氣流線相適應， 使進排氣互不干擾，保證汽油機的動力性和經濟性。本實施例中，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8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9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于搖臂座(搖臂座8和搖臂座12)，兩個搖臂軸(搖臂軸14和搖臂軸10)沿徑向向內相對于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9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94和搖臂軸10)為支點的杠桿結構，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于斜置氣門結構且適應于復合球面燃燒室的幾何形狀，利于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。適應于進排氣的位置來合理布置搖臂，還利于保證氣門正時，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8和搖臂座12)為開口結構，所述搖臂軸(搖臂軸9和搖臂軸10)兩端對應穿入搖臂座(搖臂座8和搖臂座12)的開口兩側并以可繞自身軸線轉動的方式配合(單自由度配合指的是搖臂軸9和搖臂軸10軸向自由度被限制，可采取在搖臂軸上設置分別靠在搖臂座開口兩側的周肩的結構，還可以是現有技術中任何能夠限制軸向移動且圓周方向可滑動的方式)，所述搖臂(搖臂13和搖臂11)位于搖臂座(搖臂座8和搖臂座12)的開口內固定設置于搖臂軸(搖臂軸9和搖臂軸10)；所述搖臂座(搖臂座8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3所示，搖臂座8的開口結構向外的一側包括壓蓋81a和座體81，所述壓蓋81a和座體81之間可拆卸式固定連接，圖中采用螺釘連接，還可設置用于減小摩擦的軸瓦101 (搖臂座8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8的開口結構向外的一側結構相同；采用分體式軸承座結構，利于搖臂軸的安裝，并減小摩擦面積，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軸線分別垂直于燃燒室面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于燃燒室的中心，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。本發明還公開了一種應用汽油機復合球形燃燒室缸頭的汽油機，所述汽油機復合球形燃燒室缸頭安裝于汽油機，所述汽油機應用于摩托車或通用機械，通用機械包括泵、風機、壓縮機、減變速機、發電機等等。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡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范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種汽油機復合球形燃燒室缸頭，包括缸頭本體和設置于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，其特征在于所述燃燒室面為復合球面結構，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的半徑大于球面I的半徑；球面I和球面II之間通過平滑曲面平滑過渡。
2.根據權利要求1所述的汽油機復合球形燃燒室缸頭，其特征在于所述平滑曲面為雙曲面或拋物面，所述球面I、平滑曲面和球面II所占燃燒室面比例按寬度為3 1 2。
3.根據權利要求2所述的汽油機復合球形燃燒室缸頭，其特征在于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。
4.根據權利要求3所述的汽油機復合球形燃燒室缸頭，其特征在于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。
5.根據權利要求4所述的汽油機復合球形燃燒室缸頭，其特征在于所述進氣通道軸線和排氣通道軸線共面；所述燃燒室面位于進氣門和排氣門之間形成鼻梁區，所述鼻梁區位于燃燒室面的寬度大于8mm。
6.根據權利要求5所述的汽油機復合球形燃燒室缸頭，其特征在于所述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。
7.根據權利要求1至6任一權利要求所述的汽油機風冷缸頭，其特征在于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于搖臂座，兩個搖臂軸沿徑向向內相對于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杠桿結構。
8.根據權利要求7所述的汽油機風冷缸頭，其特征在于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并以可繞自身軸線轉動的方式配合，所述搖臂位于搖臂座的開口內固定設置于搖臂軸；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。
9.根據權利要求8所述的汽油機風冷缸頭，其特征在于所述進氣門軸線和排氣門軸線分別垂直于燃燒室面與其相交點的切面。
10.一種應用權利要求1至9任一權利要求所述的汽油機復合球形燃燒室缸頭的汽油機，其特征在于所述汽油機復合球形燃燒室缸頭安裝于汽油機。
全文摘要
本發明公開了一種汽油機復合球形燃燒室缸頭及其汽油機，包括缸頭本體和設置于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，燃燒室面為復合球面結構，由底部到頂部依次為球面I、平滑曲面和球面II，球面II的半徑大于球面I的半徑；球面I和球面II之間通過平滑曲面平滑過渡；本發明利于燃燒氣的混合，進入的氣流會受到不同方向的阻力，使燃油混合氣能更好的形成紊流，燃燒更加充分，有效地提高汽油機功率；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，滿足并超過EPA3階段8g/kW·h的標準。
文檔編號F02F1/30GK102305144SQ20111006127
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
發明者劉兵, 謝育明, 陳宏波 申請人:隆鑫通用動力股份有限公司