包括护罩的汽缸盖的制作方法
【专利摘要】所公开的是包括发动机缸体的发动机，并且所述发动机缸体包括汽缸。发动机进一步地包括被安装到发动机缸体的气缸盖，并且汽缸盖包括进气阀座和护罩。仍然进一步地，发动机包括至少部分地由汽缸和汽缸盖形成的燃烧室。进气阀被构造成在被支承在进气阀座上的完全关闭位置和从进气阀座移位的打开位置之间移动，因此允许进气流通过进气阀座进入燃烧室。护罩仅部分地围绕进气阀的外围并沿着进气阀的行程的至少一部分延伸以仅沿着进气阀的一部分限制进气流。
【专利说明】包括护罩的汽缸盖
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及包括护罩的汽缸盖。
【背景技术】
[0002] 随着柴油发动机的成本持续增加，一些发动机制造商正认识到在某些应用中存在 远离较为昂贵的柴油发动机而向比较便宜的火花点火发动机转变的机会。火花点火（SI) 发动机有时候比柴油发动机便宜，因为所述火花点火发动机使用相对价格实惠的再处理解 决方案（例如，三向催化剂），然而所述火花点火发动机在某些应用中的表现仅仅与柴油发 动机一样。
[0003] SI发动机接近柴油发动机性能的能力至少部分地在于燃烧系统效率，所述燃烧系 统效率会在很大程度上是在燃烧时间之前缸内加料运动（例如，翻滚）的函数。在不存在 强烈的翻滚的情况下，可能存在差的燃料和空气均匀性、燃烧时时低的总动能、缓慢的燃烧 速度、和发动机爆燃，所述发动机爆燃要求导致低效率的较迟的燃烧相位调整。相对地，强 烈翻滚燃烧系统可以发动更快和更有效率的燃烧。当具有足够强度的进气流进入燃烧室并 且集中使得在缸内产生强烈的桶状流动时，强烈翻滚的缸内流动是可能的。然后，当活塞向 上移动时，桶被压缩直到最终压扁成为单独的具有高动能的汹涌漩涡的区域，因此形成理 想的燃烧环境。已知的强烈翻滚SI发动机经常具有复杂、昂贵的汽缸盖、进气歧管、和气阀 机构设计。
【发明内容】
[0004] 所公开的是包括发动机缸体的发动机，并且所述发动机缸体包括汽缸。发动机包 括被安装到发动机缸体的气缸盖，并且汽缸盖包括进气阀座和护罩。仍然进一步地，发动机 包括至少部分地由汽缸和汽缸盖的组合形成的燃烧室。进气阀被构造成在被支承在进气阀 座上的完全关闭位置和从进气阀座移位的打开位置之间移动，因此允许进气流通过进气阀 座并进入燃烧室。护罩仅部分地围绕进气阀并沿着进气阀的行程的至少一部分延伸以仅沿 着进气阀的该部分限制进气流。
[0005] 通过使用护罩，促使进气流越过进气阀的远侧而不是越过远侧和近侧二者。这种 定向流动使得在没有采取复杂的汽缸盖和气阀机构设计条件下强烈翻滚的缸内流动成为 可能。护罩可以促进1. 5或更大的翻滚数，并且有时候甚至是3. 0或更大的翻滚数（如由 激光多普勒速度计或粒子图像速度计测量）。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 附图的详细说明参照附图，其中：
[0007] 图1是包括护罩和进气管的发动机的截面图，所述进气管被以虚线示出位于完全 打开位置，被以虚线示出位于中间位置，并被以实线示出处于完全关闭位置；
[0008] 图2是图1的放大图，但是为了更有效地说明护罩，进气阀没有被展示；
[0009] 图3是图2的示出护罩的正视图；和 [0010] 图4是示出护罩的放大正视图。
【具体实施方式】
[0011] 参照图1-4,示出了包括发动机缸体14和汽缸盖18的发动机10,汽缸盖18被安 装到发动机缸体14上。发动机10可以用于向多种机器提供动力，包括公路上的卡车、建筑 车辆、海洋舰船、固定的发电机、汽车、农业车辆，和周末旅游汽车。发动机10可以是任何大 小，具有任何数量的汽缸，以及是任何构造（例如，"V"形，直列式，和星形）。
[0012] 发动机缸体14包括汽缸16。在所说明的实施例中，汽缸16由套管形成，但是在其 他实施例中，汽缸16可以是没有套管的（S卩，在发动机缸体14中直接形成和/或加工所述 汽缸）。汽缸盖18可以包括进气阀座22和护罩26。仍然进一步地，发动机10包括燃烧室 30,所述燃烧室30至少部分地由发动机缸体14和汽缸盖18形成。可以存在被夹在发动机 缸体14和汽缸盖18之间的垫圈（未图示）。例如，发动机缸体14和汽缸盖18可以由铁制 成。
[0013] 如所说明的实施例中所示，针对每个燃烧室30,汽缸盖18可以包括两个阀，所述 两个阀中的一个是进气阀34并且所述两个阀中的另一个是排气阀54。然而，汽缸盖18的 其他实施例可以包括任何数量的进气阀和排气阀。
[0014] 如图所示，进气阀座22可以是汽缸盖18的通向燃烧室30的唯一进气阀座。如进 一步地所示，在一些实施例中，相对于潜在地更昂贵、更复杂的具有多个进气阀座的设计， 仅具有单个进气阀座22可以是有优势的。进气阀34被构造成在被支承在进气阀座22上 的完全关闭位置42和从进气阀座22移位的打开位置46之间移动，因此允许进气流通过进 气阀座22并进入燃烧室30。进气阀弹簧48可以围绕进气阀34。在一些实施例中，如图1 所示，进气阀座22可以是进气阀座插入件28的形式。然而，在其他实施例中，进气阀座22 可以被直接形成和/或被机器加工在汽缸盖18中。
[0015] 护罩26仅部分地围绕进气阀34并沿着进气阀34的行程的至少一部分延伸以仅 沿着进气阀34的一部分限制进气流。通过使用护罩26,至少一些进气流被迫越过进气阀 34的远侧84移动进入燃烧室30,这与允许进气流越过近侧88的情况相反。当进气流越过 远侧84而不是近侧88时，所述进气流沿箭头128的方向（见图2)在燃烧室30中翻滚，并 形成强烈翻滚的缸内气流。护罩26可以是尺寸可变的，以便在小型、中型和大型发动机上 是有效的。
[0016] 发动机10进一步地包括排气阀54,并且汽缸盖18进一步地包括排气阀座58。排 气阀54被构造成在被支承在排气阀座58上的完全关闭位置40和从排气阀座58移位的打 开位置（没有显示）之间移动，允许排气流从燃烧室30出来并从排气阀座58出来。当排 气阀54位于完全关闭位置40时，排气阀54可以支承在排气阀座插入件32上。排气阀导 向装置（没有显示）和排气阀弹簧50可以围绕排气阀54。如在图示的实施例中所示，排 气阀座58可以是汽缸盖18的通向燃烧室30的唯一排气阀座，但是在其他实施例中可以有 多个排气阀座。说明性地，在一个实施例中，发动机10可以包括多个推杆（未示出），所述 多个推杆由多个凸轮（未示出）操作，用于在具体的时间处打开和关闭进气阀34和排气阀 54,尽管发动机10的其他实施例可以是没有凸轮的发动机。
[0017] 当进气阀34处于完全关闭位置42时（见图1)，护罩26围绕进气阀34的角度可 以在45°和220°之间。例如，如图4中所示，角度129可以是194°。然后，当进气阀34 处于在完全打开位置66和完全关闭位置42之间的中间位置62时（见图1)，护罩26围绕 进气阀34的角度可以高达220°，如角度131所示（见图4)。例如，如图4中的角度131 所示，角度131可以是146°。进一步地，当进气阀34处于完全打开位置66时（见图1)， 护罩26围绕进气阀34的角度可以高达220°。例如，如图4中的角度132所示，角度132 可以是98°。正如刚刚所描述的那样，护罩26可以转换并以不同的角度围绕处于完全关闭 位置42、中间位置62和完全打开位置66处的进气阀34。这种转换可以帮助进气流流入燃 烧室30。尽管护罩26可以被设计成使得所述护罩26适合于上述的范围，但是根据燃烧室 30中想要的具体翻滚数量，所述护罩26也可以被设计成在这些范围之外。
[0018] 进气阀34在完全关闭位置42和完全打开位置66之间移动。在一些实施例中，护 罩26可以沿着完全关闭位置42和完全打开位置66之间的距离的一半延伸。在其他实施 例中，护罩26可以沿着完全关闭位置42和完全打开位置66之间的整个距离延伸。在一些 实施例中，进气阀34可以在完全关闭位置42和完全打开位置66之间例如具有在8mm到 12_之间的进气阀行程。尽管在所说明的实施例中，护罩26被展示为经机器加工的表面， 但所述护罩26也可以是被定位在汽缸盖18中的单独的插入件（未示出）。
[0019] 汽缸盖18包括限定虚平面72 (见图1和2)的缸体安装面70 (见图4)，并且进气 阀34限定进气轴线74。缸体安装面70是面对并连接发动机缸体14且通常至少部分地限 定燃烧室30的面。如图3中角度116所示，虚平面72和进气轴线74可以大体上彼此垂 直。排气阀54限定排气轴线78,并且虚平面72和排气轴线78也可以大体上彼此相对垂 直。将进气阀定位成大体上垂直于缸体安装面70可以促进强烈翻滚的缸内流动和有利的 燃烧特性。如同本公开内容中所使用的，大体上垂直意味着±12°。汽缸16限定汽缸轴线 44。进气轴线74和排气轴线78可以形成虚平面82,并且进气轴线74和汽缸轴线44可以 形成虚平面92。护罩26可以相对于虚平面92大体上对称。应理解-在发动机10的一些 实施例中-进气轴线74、排气轴线78,和汽缸轴线44可以不形成平面。例如，在一些实施 例中，进气轴线74和排气轴线78可以不像从图4中所示的透视图所看到的那样被定位成 围绕汽缸轴线44相对于彼此隔开180°。进一步地，在一些实施例中，护罩26可以与进气 阀34是同心的，尽管在一些其他实施例中，所述护罩26可以不是同心的。
[0020] 发动机10可以被构造成仅仅在约4000转每分钟的速度以下运转，可以具有在 1600转每分钟和3600转每分钟之间的额定速度（例如，作业机器中的SI发动机），并可以 具有大概9 : 1，以及甚至，例如，像12.5 : 1-样高的压缩比。发动机10在4000转每分 钟以上可能不能运转得足够好以在商业上可用，因为在这种速度下发动机10可能不能够 接收足够量的进气流。如同所说明的，可以通过多个水通道（未示出）冷却发动机10,或可 以采用空气或与空气结合交替地冷却发动机10。典型地，发动机10可以包括定位在汽缸盖 18中的火花塞90,并且端口喷嘴或直接喷嘴也可以被定位在汽缸盖18中。火花塞90被构 造成在燃烧室30中提供点火位置。在一些实施例中，发动机10可以包括用于额外的点火 位置的一个或更多个额外的火花塞。
[0021] 发动机10可以包括进气端口 98,所述进气端口 98被定位成通向进气阀座22并且 被构造成在发动机10的进气冲程期间提供进气流。另外，发动机10可以进一步地包括排 气端口 102,所述排气端口 102被定位成通向排气阀座58并且被构造成在发动机10的排气 冲程期间允许排气流流出燃烧室30。进气端口 98和排气端口 102可以被形成于汽缸盖18 中。
[0022] 进气端口 98与通过阀座22的平面的交叉可以限定端口虚平面106,而进气端口 98可以限定中心轴线110。如图3中所示，端口虚平面106和中心轴线110可以形成角度 114。角度114与进气阀座22相交叉并近似在65。和80°之间，然而可选择的实施例可以 在这种范围之外。在所示的实施例中，角度114大约为70°。角度114和角度116配合以 在其间限定一角度120,角度120相对大以促进激烈翻滚的缸内流动。例如，在所说明的实 施例中，角度120大约为20°。这种进气端口 98与护罩26的组合可以产生具有令人赞叹 的翻滚值的发动机10,即使所述发动机10在燃烧室30中可能仅具有两个阀一进气阀34和 排气阀54。
[0023] 如在所说明的实施例中所示，护罩26可以包括被定位成与缸体安装面70相交叉 的第一边缘118,并且当进气阀34处于完全打开位置66时，第一边缘118可以部分地围绕 进气阀34的一部分。在其他实施例中，护罩26可以不延伸到第一边缘118与缸体安装面 70相交叉的这种程度。另外，护罩26也可以包括第二边缘122,所述第二边缘122被定位 在护罩26的与第一边缘118相相反的端部上，并进一步地被定位成部分地围绕位于完全关 闭位置42的进气阀34的该部分。第二边缘122可以部分地围绕进气阀34的比第一边缘 118大的圆周。
[0024] 在一些实施例中，间隙130可以定位在护罩26和进气阀34之间。间隙130可以 允许进气阀34在完全关闭位置42和完全打开位置66之间自由地移动。例如，在轻型发动 机中，间隙130可以是3mm或更少，甚至0. 5mm或更少。例如，在中型发动机中，间隙130可 以是7. 5mm或更少。例如，在重型发动机中，为了考虑更大的零件尺寸和零件公差以及，另 外地，增加的进气流，间隙130甚至可以更大。
[0025] 尽管本公开内容已经在附图和先前的说明中被详细地说明和描述，但是这种说明 和描述将被认为在本质上是说明性的而不是限制性的，应被理解，说明性的实施例已经被 展示和描述，并且在本公开内容的精神范围内的所有变化和修改希望得到保护。将注意到， 本公开内容的可选择的实施例可以不包括被描述的所有特征然而仍然从这种特征的至少 一些优势中获益。本领域技术人员可以容易地设计他们自己的、结合本公开内容的一个或 更多个特征并落入本发明的如由随附权利要求限定的精神和范围的范围内的实施方案。
【权利要求】
1. 一种发动机，所述发动机包括： 发动机缸体，所述发动机缸体包括汽缸； 汽缸盖，所述汽缸盖被安装到发动机缸体，所述汽缸盖包括进气阀座和护罩； 燃烧室，所述燃烧室至少部分地由所述汽缸和汽缸盖形成，进气阀座被构造成允许进 气流进入燃烧室；和 进气阀，所述进气阀被构造成在被支承在进气阀座上的完全关闭位置和从进气阀座移 位的打开位置之间移动，允许进气流通过进气阀座并进入燃烧室； 其中护罩仅部分地围绕进气阀并沿着进气阀的行程的至少一部分延伸，以仅沿着进气 阀的一部分限制进气流。
2. 根据权利要求1所述的发动机，进一步包括排气阀，汽缸盖包括排气阀座，排气阀被 定位在排气阀座上，并且排气阀被构造成在被支承在排气阀座上的完全关闭位置和从排气 阀座移位的打开位置之间移动，允许排气流从燃烧室出来并通过排气阀座。
3. 根据权利要求1所述的发动机，其中，当进气阀处于完全打开位置时，护罩围绕进气 阀的角度高达220°。
4. 根据权利要求1所述的发动机，其中，当进气阀处于完全打开位置时，护罩围绕进气 阀的角度高达150°。
5. 根据权利要求1所述的发动机，其中，当进气阀处于完全打开位置和完全关闭位置 之间的中间位置时，护罩围绕进气阀的角度高达220°。
6. 根据权利要求1所述的发动机，其中，当进气阀处于完全打开位置和完全关闭位置 之间的中间位置时，护罩围绕进气阀的角度高达180°。
7. 根据权利要求1所述的发动机，其中，当进气阀处于完全关闭位置时，护罩围绕进气 阀的角度在45°和220°之间。
8. 根据权利要求1所述的发动机，其中进气阀在完全打开位置和完全关闭位置之间移 动，并且护罩沿着完全打开位置和完全关闭位置之间的距离的至少一半延伸。
9. 根据权利要求1所述的发动机，其中进气阀在完全打开位置和完全关闭位置之间移 动，并且护罩沿着完全打开位置和完全关闭位置之间的距离延伸。
10. 根据权利要求1所述的发动机，其中汽缸盖包括限定虚平面的缸体安装面，进气阀 限定进气轴线，并且所述虚平面和进气轴线大体上彼此相互垂直。
11. 根据权利要求1所述的发动机，其中进气阀限定进气轴线并且汽缸限定汽缸轴线， 进气轴线和汽缸轴线形成虚平面，并且护罩大体上相对于所述虚平面对称。
12. 根据权利要求1所述的发动机，其中发动机被构造成仅以低于4000转每分钟的速 度运转。
13. 根据权利要求1所述的发动机，其中发动机具有在1600转每分钟和3600转每分钟 之间的额定速度。
14. 根据权利要求1所述的发动机，其中发动机包括火花塞，所述火花塞被定位在汽缸 盖中并被构造成在燃烧室中提供点火位置。
15. 根据权利要求1所述的发动机，进一步包括进气端口，该进气端口定位成通向进气 阀座并被构造成提供进气流，进气阀座限定端口虚平面，进气端口限定中心轴线，所述端口 虚平面和中心轴线限定一角度，所述角度与进气阀座相交叉并在65°和80°之间。
16. 根据权利要求1所述的发动机，其中护罩包括一边缘，汽缸盖具有缸体安装面，并 且所述边缘与缸体安装面相交叉。
17. 根据权利要求1所述的发动机，其中一间隙定位在护罩和进气阀之间。
18. 根据权利要求1所述的发动机，其中进气阀座是汽缸盖的通向燃烧室的唯一的进 气阀座。
19. 根据权利要求1所述的发动机，其中护罩包括一边缘，并且当进气阀处于完全打开 位置时所述边缘部分地围绕进气阀。
20. 根据权利要求19所述的发动机，其中所述边缘是第一边缘，护罩包括第二边缘，当 进气阀处于完全关闭位置时所述第二边缘部分地围绕进气阀，并且所述第一边缘和第二边 缘位于彼此相反的端部上。
【文档编号】F02F1/24GK104110322SQ201410153062
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】约瑟夫·R·冈索斯基, 埃里克·J·哈兰, 丹尼·A·沃灵顿 申请人:迪尔公司