一种带有屏蔽墙结构的缸盖、制备方法及发动的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有屏蔽墙结构的缸盖，包括缸盖基体、压装在缸盖上的排气门座圈和进气门座圈，还包括有排气门、进气门、排气道、进气道、缸盖内壁及布置在排气门周围的排气屏蔽墙和布置在进气门周围的进气屏蔽墙。本技术方案已经完全有能力提供一种带有进排气屏蔽墙新结构燃烧室缸盖，来提高四冲程内燃机的进气滚流比和低负荷时缸内EGR以及高负荷时高效的回流换气扫除废气能力，改善发动机燃烧品质提高动力和经济性。
【专利说明】一种带有屏蔽墙结构的缸盖、制备方法及发动机
【技术领域】
[0001]本发明属于内燃机【技术领域】，具体涉及一种燃烧室的缸盖进气门及排气门带有屏蔽墙结构的发动机及制备方法。
【背景技术】
[0002]在发动机产品开发中，希望开发出来的发动机具有良好的动力性、经济性，同时为了满足日益严格的排放法规要求还需具有更优的排放性，然而燃烧系统的合理匹配、燃烧室的结构、合理的气流运动对这些性能都有很大影响。对此可通过燃烧室结构的设计增加气门屏蔽墙提高气流运动的合理性，达到较好燃烧品质，在气门重叠开启时不希望新鲜可燃混合气被从排气门随着废气排出同时又希望可以在大负荷时缸内废气被排出充分，从而进入更多新鲜可燃混合气提高动力。
[0003]对此在国外的两冲程柴油机中有气门屏蔽墙的应用，如图7所示提供一种进气门屏蔽墙5，此屏蔽墙是由高能激光束将金属粉末固熔在缸盖内壁然后机加工形成。发动机运行时在进气门开启的整个过程时间里，进气屏蔽墙提供了气门外圈和屏蔽墙之间一种屏蔽，这种屏蔽墙布置在进气门外圈并且靠近排气门，阻止了进气门整个进气过程新鲜空气或可燃混合气从进气门靠近排气门侧流入排气门靠近进气门侧。发动机在低负荷时，由于进气较少和速度较慢受到残余废气流动影响活塞上行时进气门进入的气体流动到燃烧室上部，残余废气在燃烧室下部形成良好的分层利用可燃混合气的燃烧。在发动机高负荷时，进气量和速度相对较大活塞下行时气体到达活塞顶部，然后上行时新鲜可燃混合气把残余废气排出到排气口，提高了排气效率。
[0004]在汽油机中屏蔽墙的使用还未发现，如图8中N标号圈框所示是现使用的汽油机燃烧室，然而汽油机也需要解决类似问题，屏蔽进气流进入排气门，提高缸内气体滚流，高负荷时扫除排气的效率等。可是两冲程柴油机中进气屏蔽墙不能直接应用于汽油机上，问题在于:1、上述屏蔽墙是两冲程柴油机应用，冲程数不一样不适合四冲程汽油机照搬应用，如两冲程柴油机可以在进气压缩活塞上行时排气门还是开启状态进行扫除缸内废气，提高了扫除废气能力，然后四冲程汽油机在活塞上行压缩时排气门早已关闭，故无法利用活塞上行压缩可燃混合气来排出废气；2、汽油机和柴油机缸内气体主要运动模式不一样，柴油机主要由复杂的进气歧管牺牲动能来提高气体的涡流，汽油机的气道主要是直的切向气道阻力小，进气依靠气缸壁和活塞运动在缸内形成大尺度滚流，然后在活塞上行压缩时破碎成小尺度微涡，具有较大的湍动能，从而使火焰传播速率增加，满足汽油机高转速下每个燃烧周期需更短时间完成，提高燃烧品质。在四冲程汽油机中使用两冲程柴油机图中屏蔽墙由于进气屏蔽墙布置在靠近排气门侧并且很高挡住了进气，无法使汽油机进气在缸内形成滚流，无法满足上述滚流和燃烧需求。3、需要有针对性地对四冲程汽油机的燃烧室进排气门屏蔽墙重新设计，上述两冲程柴油机进气屏蔽墙无法满足汽油机使用需求。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是提供一种燃烧室的缸盖进气门及排气门带有屏蔽墙结构的发动机，使发动机工作时对燃烧室内进排气的部分屏蔽提高发动机的滚流比和扫除废气的效率更多新鲜可燃混合气进入气缸提高动力。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种适合四冲程内燃机使用的燃烧室内进排气屏蔽墙，解决只有两冲程柴油机燃烧室使用屏蔽墙的局限性，提高四冲程内燃机的低端扭矩、降低油耗和低负荷时产生缸内EGR具备更优的排放性。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种带有屏蔽墙结构的缸盖，包括缸盖基体、压装在缸盖上的排气门座圈和进气门座圈，还包括有排气门、进气门、排气道、进气道、缸盖内壁及布置在排气门周围的排气屏蔽墙和布置在进气门周围的进气屏蔽墙。
[0009]所述排气屏蔽墙布置在靠近进气门侧并沿着排气门轴向180度布置。
[0010]所述进气屏蔽墙布置在远离排气门侧并沿着进气门轴向180度布置。
[0011]所述进气屏蔽墙或排气屏蔽墙的高度为进气门或排气门升程的0.1-0.3倍。
[0012]所述进气屏蔽墙或排气屏蔽墙与相对应的进气门或排气门外圈之间的间隙为进气门或排气门头部直径的0.02-0.03倍。
[0013]一种带有屏蔽墙结构缸盖的发动机，包括缸体、缸盖、活塞、活塞上表面与缸盖内壁组成的燃烧室及缸垫，所述缸盖包括有缸盖基体、压装在缸盖上的排气门座圈和进气门座圈，还包括有排气门、进气门、排气道、进气道、缸盖内壁、以及布置在排气门周围的排气屏蔽墙和布置在进气门周围的进气屏蔽墙。
[0014]一种带有屏蔽墙结构的缸盖的制备方法，包括有，进气屏蔽墙和排气屏蔽墙首先同缸盖一起铸造毛坯形成，使用铣刀沿排气门座及进气门座的中心线为旋转中心进行加工，最终形成排气屏蔽墙或进气屏蔽墙。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]根据本发明，已经完全有能力提供一种带有进排气屏蔽墙新结构燃烧室缸盖，来提高四冲程内燃机的进气滚流比和低负荷时缸内EGR以及高负荷时高效的回流换气扫除废气能力，改善发动机燃烧品质提高动力性、经济性和排放性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为带有本发明的四冲程汽油机侧面剖视图；
[0018]图2为本发明气缸盖内部视图；
[0019]图3A为带有本发明的汽油机侧面剖视图；
[0020]图3B为表示在部分负荷下进排气门开启重叠时发动机进排气运行状况示意图；
[0021]图4A为带有本发明的汽油机侧面剖视图；
[0022]图4B为表示在高负荷下进排气门开启重叠时发动机进排气运行状况示意图；
[0023]图5为排气屏蔽墙机加工示意图；
[0024]图6A为带有气门屏蔽墙的侧面剖视图；
[0025]图6B为图6A局部带有关键尺寸放大视图；
[0026]图7为现带有进气屏蔽墙的二冲程柴油机侧面剖视图；
[0027]图8为现无进排气屏蔽墙的汽油机侧面剖视图。[0028]图中序号说明:1、缸体；2、缸盖；3、活塞；4、排气屏蔽墙调；5、进气屏蔽墙；8、排气门座圈；9、进气门座圈；6、排气门；7、进气门；10、排气道；11、进气道；12、缸盖内壁；13、燃烧室；14、缸垫；15、铣刀。
【具体实施方式】
[0029]以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，应当理解的是，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
[0030]参见图1和图2，发动机缸体1，活塞3在缸体I中可以上下往复运动，气缸盖2通过缸垫14的密封安装在缸体I上，燃烧室13是由气缸盖2的缸盖内壁12和活塞3上表面共同组成，排气门座圈8和进气门座圈9分别通过压装在缸盖2上，然后机加工，分别同排气门6和进气门7形成良好的密封面，排气道10在缸盖2中形成便于排气门6排出废气提供通道，进气道11在缸盖2中给进气门7提供新鲜可燃混合气的通道。
[0031]如图1中4所示，排气门屏蔽墙4布置在靠近进气侧和图2中所示为沿着排气门轴向180度布置；进气门屏蔽墙5，布置在远离排气侧和图2中所示为沿着进气门轴向180度布置。
[0032]参照图3A、图3B、图4A及图4B，将描述带有进排气屏蔽墙的发动机其进气滚流、缸内EGR和扫除废气的运动，图3A和图3B描述的是发动机在部分负荷工况下进排气门重叠位置时进排气运动情况，图4A和图4B描述的是发动机在大负荷工况下进排气门重叠位置时进排气运动情况。
[0033]参照图3A本发明侧面剖视图和图3B此工况下示意图，先描述发动机在部分负荷下其进气滚流和缸内EGR运动情况。在活塞3排气行程运行到上止点(TDC)时进气门7已经提前打开便于活塞3下行运动时吸入可燃新鲜混合气提前准备，然而此时排气门6是延迟关闭，即进气门和排气门有一个重叠角，在活塞3开始下行时进气门7进入的可燃混合气S2在排气门屏蔽墙4屏蔽下不会进入延迟关闭的排气门6被排出，同时在进气屏蔽墙5的阻挡下进气只会从S2处进入燃烧室增强了 S2的进气强度，S2在排气屏蔽墙4的屏蔽阻挡和顺其斜坡进入气缸加强的滚流S3的形成，如图3A和图3B所示；活塞3继续下行，排气门6关闭，缸内进气继续形成较大滚流。
[0034]在活塞3开始下行运动时，缸内压力变低，此时排气门6延迟关闭，在排气道10内压力高于缸内，在排气屏蔽墙4作用下部分残余废气SI会从排气门远离排气屏蔽墙4侧进入缸内，与S2处新鲜可燃混合气共同形成滚流S3，如图3A和图3B所示。残余废气SI的进入相当于在缸内形成EGR，利用提高燃烧的稳定性和降低燃烧温度减少有害的氮氧碳氢化合物的排放，提高排放性。
[0035]参照图4A本发明的侧面剖视图和图4B此工况下示意图描述发动机在高负荷下其高效的回流换气法扫除废气能力，活塞3排气行程运行到上止点(TDC)前后，进气门7和排气门6重叠开启，由于在进气门屏蔽墙5和排气门屏蔽墙4的作用下，进气通道为进气门7靠近排气门6侧，排气通道为排气门6远离进气门7侧，同时由于在高负荷下，进气Tl量较大和速度较快，此时活塞3还处于上止点(TDC)附近，Tl会在燃烧室13中形成T2用快速大量的新鲜可燃混合气驱除缸内未排完的残余废气，达到高效的扫除废气回流换气的效果，使高负荷时燃烧室进入更多新鲜可燃混合气满足高负荷时动力需求。
[0036]图5、图6A及图6B描述了屏蔽墙形成的方法及关键的技术尺寸，由于进气屏蔽墙5和排气屏蔽墙4在结构尺寸上类似，为了描述方便使用排气侧屏蔽墙进行详细描述，进气侧屏蔽墙的描述同排气侧屏蔽墙的技术方案相同，因此，在此省略了对进气侧屏蔽墙的描述。结合图5为排气侧屏蔽墙的机加工示意图，屏蔽墙事先同缸盖2—起铸造毛坯形成，减少了使用高能激光束在气缸盖内壁对金属粉末固熔形成的工艺复杂性，铸造好后使用铣刀15沿排气门座圈8中心线K一K为旋转中心进行机加工，最终形成排气屏蔽墙4。
[0037]图6A示意了带有单个排气屏蔽墙4、压装有排气门座圈8和排气门6的小总成，图6B为图6A中圈内局部放大图，使用图6B对其关键技术尺寸做出说明，Hl尺寸为气门头部的高度，H2为0.52倍Hl，H3为屏蔽墙4的高度一般为气门升程的0.1至0.3倍，L为屏蔽墙4和排气门6外圈之间的间隙，一般为气门头部直径的0.02至0.03倍，针对具体机型需要根据研究或试验性能规定更确切数值，此处只提供技术参数范围。
[0038]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
【权利要求】
1.一种带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:包括缸盖基体、压装在缸盖上的排气门座圈和进气门座圈，还包括有排气门、进气门、排气道、进气道、缸盖内壁及布置在排气门周围的排气屏蔽墙和布置在进气门周围的进气屏蔽墙。
2.根据权利要求1所述的带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:所述排气屏蔽墙布置在靠近进气门侧并沿着排气门轴向180度布置。
3.根据权利要求1所述的带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:所述进气屏蔽墙布置在远离排气门侧并沿着进气门轴向180度布置。
4.根据权利要求1或3所述的带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:所述进气屏蔽墙的高度为进气门升程的0.1-0.3倍。
5.根据权利要求1或2所述的带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:所述排气屏蔽墙的高度为排气门升程的0.1-0.3倍。
6.根据权利要求1或3所述的带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:所述进气屏蔽墙与相对应的进气门外圈之间的间隙为进气门头部直径的0.02-0.03倍。
7.根据权利要求1或2所述的带有屏蔽墙结构的缸盖，其特征在于:所述排气屏蔽墙与相对应的排气门外圈之间的间隙为进气门头部直径的0.02-0.03倍。
8.一种带有屏蔽墙结构缸盖的发动机，其特征在于:包括缸体、缸盖、活塞、活塞上表面与缸盖内壁组成的燃烧室及缸垫，所述缸盖包括有缸盖基体、压装在缸盖上的排气门座圈和进气门座圈，还包括有排气门、进气门、排气道、进气道、缸盖内壁、以及布置在排气门周围的排气屏蔽墙和布置在进气门周围的进气屏蔽墙。
9.一种带有屏蔽墙结构的缸盖的制备方法，其特征在于:包括有，进气屏蔽墙和排气屏蔽墙首先同缸盖一起铸造毛坯形成，使用铣刀沿排气门座及进气门座的中心线为旋转中心进行加工，最终形成排气屏蔽墙或进气屏蔽墙。
【文档编号】B23P15/00GK103615334SQ201310665643
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】阮仁宇, 李龙超, 杜鹏, 田国庆, 许涛, 滕建耐, 张增光, 张良超, 侯亦波, 路明 申请人:安徽江淮汽车股份有限公司