产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机的制作方法

本发明涉及内燃机的配气机构和进气系统领域，特别是指一种产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机。

背景技术：

内燃机通过组织进气涡流来改善其经济性、动力性和排放性能。进气涡流产生的方式通常有三种方式：切向气道、螺旋气道和带导气屏的进气门。切向气道形状简单，但进气阻力大且涡流比较小；螺旋气道进气涡流强度较高，但进气道形状复杂；切向气道和螺旋气道是通过气道形状产生进气涡流。当进气门升程较小时，由于气道内的气体流速较低，切向气道和螺旋气道产生的涡流比较小甚至不能产生进气涡流。带导气屏的进气门通过引导进气气流以不同角度流入气缸，在气缸壁面的约束引导下产生涡流。但带导气屏的进气门存在如下缺点：(1)进气阻力很大；(2)为了保证涡流强度，需要设置气门防转机构；(3)增设导气屏，使气门盘刚度不均匀，变形大，使气门容易偏磨，对密封不利。因此，带导气屏的进气门在内燃机上已基本不再采用。近年来，随着可变气门技术尤其是可变气门升程技术的迅速发展，迫切需要在气门小升程时，能够组织较强的进气涡流，改善汽油机或柴油机在低速小负荷工况下的燃烧性能，提高其经济性、动力性和排放性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种既能在进气门小升程时产生较强的进气涡流，又能在进气门大升程时具有较小进气阻力的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种产生进气涡流的带螺旋槽的进气门，包括气门杆和气门盘，其特征在于，所述气门盘的背面设置有多个弧形且弯曲方向相同的使进气气流形成涡流的导流板。

进一步的，所述导流板的弧形线由阿基米德螺旋线或渐开线绘制。

进一步的，各个导流板外缘形成外侧圆，所述外侧圆的直径小于气门座圈内径，任一导流板的中心线与所述外侧圆形成交点，通过所述交点的外侧圆切线与导流板中心线切线之间的夹角为10°～80°。

进一步的，通过所述交点的外侧圆切线与导流板中心线切线之间的夹角为15°～60°。

进一步的，所述导流板的数量为3-24个。

进一步的，所述导流板在所述气门盘的背面均匀设置。

进一步的，相邻两个导流板的弧形长度相等，或者相邻两个导流板的弧形长度不相等。

进一步的，所述导流板整体等厚或者向外厚度逐渐增加。

进一步的，所述导流板的弧形长度不大于所述气门盘半径的四分之三，所述导流板的高度不大于所述进气门的最大升程的1/2，所述导流板的厚度不大于所述导流板的高度的1/2，各个导流板外缘形成的外侧圆与气门座圈内孔的间隙不大于1mm。

一种内燃机，包括上述产生进气涡流的带螺旋槽的进气门。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机的气门盘的背面设置有多个弧形且弯曲方向相同的导流板，导流板与气门盘之间形成螺旋槽。当进气门位于小升程时，进气气流在导流板和气门盘的共同约束作用下，形成相对于气门盘具有切向速度和径向速度的进气流线，在切向速度的作用下，进气气流进入气缸时，在气缸内形成较强的涡流，能够改善内燃机尤其是无节气门汽油机的汽油蒸发、混合和燃烧性能，提高了其燃油经济性和排放性能；当进气门位于大升程时，大部分进气气流不经过导流板而直接从导流板上方阻力很小的空间进入气缸，改善了内燃机大负荷时的进气阻力，满足了内燃机尤其是汽油机的动力性和经济性。

附图说明

图1为本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机的进气门在小升程位置时的主视图；

图2为本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机的进气门在大升程位置时的主视图；

图3本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机的进气门俯视图，其中导流板的数量为6个，且导流板的弧形长度相等；

图4为本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机的进气门俯视图，其中导流板的数量为12个，且相邻的两个导流板的弧形长度不相等。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种产生进气涡流的带螺旋槽的进气门1，如图1至图4所示，包括气门杆11和气门盘12，气门盘12的背面设置有多个弧形且弯曲方向相同的使进气气流形成涡流的导流板2。

本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门1的气门盘12的背面设置有多个弧形且弯曲方向相同的导流板2，导流板2与气门盘12之间形成螺旋槽。当进气门1位于小升程时，进气气流在导流板2和气门盘12的共同约束作用下，形成相对于气门盘12具有切向速度τ和径向速度n的进气流线，在切向速度τ的作用下，进气气流进入气缸后在气缸内形成较强的涡流。这种涡流能够改善内燃机尤其是无节气门汽油机的汽油蒸发、混合和燃烧性能，提高了燃油经济性和排放性能；当进气门1位于大升程时，大部分进气气流不经过导流板2而直接从导流板2上方阻力很小的空间进入气缸，改善了内燃机大负荷时的进气阻力，满足了内燃机尤其是无节气门汽油机的动力性和经济性。

作为本发明的一种改进，导流板2的弧形线优选由阿基米德螺旋线或渐开线绘制。使用阿基米德螺旋线或渐开线绘制导流板2的弧形线使进气气流有较小的流动阻力并形成较强的进气涡流。

优选的，各个导流板2外缘形成外侧圆，该外侧圆的直径φ可以小于气门座圈3的内径，任一导流板2的中心线与该外侧圆形成交点，通过该交点的外侧圆切线与导流板2中心线切线之间的夹角为β，β的值可以为10°～80°。外侧圆直径φ小于气门座圈3的内径能够保证进气门1在往复移动过程中不与气门座圈3发生摩擦，延长进气门1和气门座圈3的使用寿命；β的值在10°～80°范围内时，导流板2在气门盘12的背面能够形成螺旋槽，当进气门1位于小升程时，进气气流在导流板2和气门盘12的共同约束作用下，形成相对于气门盘12具有切向速度τ和径向速度n的进气流线，在切向速度τ的作用下，进气气流进入气缸后在气缸内形成涡流。

进一步的，β的值优选为15°～60°。当β的值在15°～60°范围内时，进气气流进入气缸后在气缸内形成的涡流更强，效果更好。

优选的，导流板2的数量优选为3-24个。导流板2的数量与气门盘12直径和所需涡流的强度有关，气门盘12直径越大，导流板2的数量则应越多；导流板2的数量越多，进气气流产生的涡流越强。

作为本发明的另一种改进，导流板2在气门盘12的背面优选为均匀设置。导流板2在气门盘12上的均匀分布使得本发明的进气门1具有很好的中心对称性，不需要设置辅助的防转动机构，进气门1的刚度也很均匀，不易偏磨。

进一步的，相邻两个导流板2的弧形长度可以相等，或者相邻两个导流板2的弧形长度也可以不相等。导流板2的弧形长度与导流板2的数量是相匹配的，当导流板2的数量较多且β的值较大时，相邻的两个导流板2的两端部的距离相差不大，则相邻的两个导流板2的弧形长度可以相等，如图3所示；当导流板2的数量较少且β的值较小时，相邻的两个导流板2内缘之间的距离就会比该两个导流板2外缘之间的距离则会相差较大，这时为保证进气气流进入导流板时形成较强的涡流强度，相邻的两个导流板2的弧形长度可以不相等。本实施例中，当相邻两个导流板2的弧形长度不相等的时候，导流板2的弧形长度为两种，如图4所示。

优选的，导流板2可以整体等厚或者向外厚度逐渐增加。当导流板2整体等厚时，导流板2便于加工，成本较低；导流板2的厚度向外逐渐增加，这里的向外是指从气门盘12的中心沿气门盘12的径向方向向外延伸，当导流板2的厚度从内向外逐渐增加时，相邻的两个导流板2内缘的距离与该两个导流板2外缘的距离则会相差不大，形成的涡流也就比较均匀，这种情况下，相邻的两个导流板2的弧形长度就可以相等，无需长短交替布置。这里导流板2内缘指的是导流板2靠近气门盘12中心的端部，导流板2外缘指的是导流板2远离气门盘12中心的端部。

进一步的，导流板2的弧形长度优选为不大于气门盘12半径的四分之三，导流板2的高度不大于进气门1的最大升程的1/2，导流板2的厚度不大于导流板2的高度的1/2，各个导流板外缘形成的外侧圆与气门座圈3内孔的间隙不大于1mm。导流板2的设置使得进气门1的总重量相对于传统进气门的重量只增加了10％左右，往复惯力增量小，对内燃机的配气机构的影响小，甚至可忽略。

另一方面，本发明提供一种内燃机，包括进气门1。结构与上相同，此处不再赘述。

本发明的内燃机中进气门1的气门盘12的背面设置有多个弧形且弯曲方向相同的导流板2，导流板2与气门盘12之间形成螺旋槽。当进气门1位于小升程时，进气气流在导流板2和气门盘12的共同约束作用下，形成相对于气门盘12具有切向速度τ和径向速度n的进气流线，在切向速度τ的作用下，进气气流进入气缸后在气缸内形成较强的涡流。这种涡流能够改善内燃机尤其是无节气门汽油机的汽油蒸发、混合和燃烧性能，提高了燃油经济性和排放性能；当进气门1位于大升程时，大部分进气气流不经过导流板2而直接从导流板2上方阻力很小的空间进入气缸，改善了内燃机大负荷时的进气阻力，满足了内燃机尤其是无节气门汽油机的动力性和经济性。

综上，本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门及内燃机具有以下有益效果：

(1)本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门有很好的中心对称性，不需要设置辅助的防转动机构，进气门的刚度也很均匀，不易偏磨；

(2)本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门的重量增加量小，往复惯性力增量小，对配气机构的影响小，甚至可忽略；

(3)本发明的产生进气涡流的带螺旋槽的进气门与内燃机的匹配性好，不需复杂的进气道就能产生足够的涡流强度；

(4)本发明的内燃机，既能保证进气门在小升程时，进气气流能产生足够的涡流强度，改善内燃机的燃烧性能，提高其燃油经济性和排放性能，又能保证在进气门大升程时具有较小的进气阻力，满足内燃机的动力性和经济性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。