CN102305147B - 汽油机缸头总成及其汽油机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽油机缸头总成及其汽油机，进气门顶部向进气通道侧倾斜，排气门顶部向排气通道侧倾斜；进气门轴线和排气门轴线的连线相交于进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线，本发明气门布置形成三角形区域，占有较小的布置面积，并不改变现有的推杆的布置，对于任何结构的进排气通道均具有适应性，特别是对于垂直轴汽油机，能够实现下置凸轮轴的斜置气门结构，便于在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，提高汽油机功率并降低排放；以最大功率(转速3600rpm)3.0kW的汽油机为例，功率可提高到3.6kW，排放由9.0g/kW.h降低到8.0g/kW.h；以最大功率由3.5kW的汽油机为例，功率可提高到了4.2kW，排放由9.0g/kW.h降低到8.1g/kW.h，均满足EPA3阶段10g/kW.h的标准。

Description

汽油机缸头总成及其汽油机
技术领域
本发明涉及一种动力机部件及其应用，特别涉及一种汽油机部件及其应用。
背景技术
汽油机是用汽油作燃料的一种动力机械。由气缸、曲柄连杆机构、配气***、供油***、润滑***和点火***等部分组成；气缸头设置有进气道和排气道，并与气缸共同组成燃烧室面，因而，属于汽油机较为重要的部件。汽油作为燃料与空气的混合物在燃烧室内燃烧，产生大量的热量，用于作为驱动能量。
汽油机的配气***是保证汽油机正常运行的必要部件，一般包括所述缸头上设有的进气门和排气门，进气门和排气门的开启和关闭是由摇臂组件等传动件分别加以控制的；所述进气门和排气门分别设有驱动其开闭的摇臂总成。
进气门和排气门用于开启、关闭进气通道和排气通道，与燃烧室内的吸气、燃烧做功和排气相适应，维持汽油机的正常运转。因此，进排气门以及进排气通道的布置对于燃烧室的正常进气、燃烧和排气起到至关重要的作用。
进气门和排气门的开启和关闭一般通过回位弹簧和摇臂驱动总成的共同作用实现。现有技术中，摇臂和气门呈矩形排列，也就是并列且接***行的摇臂，进排气通道与气门相适应，需要错开一定的间距，影响进排气质量；由此可见，现有的气门布置不但占有较大的空间，且不能与进气通道和排气通道的进排气方向相适应，降低汽油机的功率，并影响排放；特别是对于斜置气门的结构，会进一步增加占用空间，影响到其它部件(如化油器/空滤器等零件)的布置。
理论认为，斜置气门一般利于组织进气，减小进排气阻力，也就利于提高汽油机的高效运行，降低排放。但是，对于汽油机来说，缸头上的进排气门布置具有局限性，采用斜置气门会增大气门的布置范围，同时，影响其它部件(如化油器/空滤器等零件)的布置；特别是对于下置凸轮轴的垂直轴汽油机来说，采用斜置气门则会影响到推杆和凸轮轴的布置。
因此，需要对汽油机气门缸头进行改进，在便于其它部件布置的前提下，减小气门及摇臂的占用空间，进排气通道可根据进排气需要进行设置，且可以采用采用斜置气门，在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，降低排气阻力，提高发动机功率和降低排放。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种汽油机缸头总成及其汽油机，在便于其它部件布置的前提下，减小气门及摇臂的占用空间，进排气通道可根据进排气需要进行设置，且可以采用采用斜置气门，在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，降低排气阻力，提高发动机功率和降低排放。
本发明的汽油机缸头总成，包括缸头本体和设置于缸头本体的进气通道及排气通道，所述缸头本体上与进气通道对应设有进气门，与排气通道对应设有排气门，进气门对应设置进气摇臂和进气推杆，排气门对应设置排气摇臂和排气推杆，进气门轴线和排气门轴线的连线和进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线相交于进气推杆轴线和排气推杆轴线之间。
进一步，所述进气门顶部向进气通道侧倾斜，排气门顶部向排气通道侧倾斜；
进一步，所述进气门轴线和排气门轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线之间的夹角为90°±20°；具有较大的夹角，尽力使气门区域为正三角形结构，减小占用面积，使化油器的部件更容易布置，并使缸头轻量化。
进一步，所述进气门轴线和排气门轴线的连线垂直于进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线；本结构结构简单，制作容易实现标准化，进气门轴线和排气门轴线的连线位于进气推杆和排气推杆之间，便于布置进气通道，实现进气、排气的阻力最小化，提高汽油机性能；便于布置化油器/空滤器等零件，降低改造成本。
进一步，所述汽油机为垂直轴结构，所述进气门轴线和排气门轴线的连线水平，进气通道的进气方向和排气通道的排气方向均位于水平面，进气门顶部沿水平方向向进气通道侧倾斜，排气门顶部沿水平方向向排气通道侧倾斜；水平方向进气和排气，避免进气和排气相互错开，更利于进排气的顺畅并使缸头气道布置更为规则，且利于气流进入气缸，形成滚流，加快燃烧，提高汽油机工作效率。
进一步，所述进气通道位于进气推杆和排气推杆之间，进气摇臂的长度短于排气摇臂的长度；所述排气摇臂的阻力臂在竖直平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜；该结构采用斜置气门并不需改变原有推杆的布置结构，排气摇臂的阻力臂向内倾斜能够适应于呈水平布置的进排气门；并且，阻力臂倾斜，使得排气推杆驱动排气摇臂不产生附加力矩，保证其灵活性。
进一步，所述进气门轴线和排气门轴线之间的夹角小于等于30°；保证具有足够的倾斜角度，保证进气和排气的顺畅，同时，也保证鼻梁区具有足够的宽度；所述进气摇臂通过进气摇臂轴设置于进气摇臂座，排气摇臂通过排气摇臂轴设置于排气摇臂座；所述进气门摇臂轴轴线与排气门摇臂轴轴线在竖直平面呈45°±20°的夹角；能够适应于摇臂布置的需求，避免推杆驱动摇臂产生附加力矩，利于保证摇臂带动气门动作的协调性、密封性和灵活驱动；可以根据进排气门的位置来合理布置摇臂，更利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。
进一步，所述进气摇臂座和排气摇臂座均为开口结构，所述进气摇臂轴两端对应穿入进气摇臂座的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述进气摇臂位于进气摇臂座的开口内固定设置于进气摇臂轴；所述排气摇臂轴两端对应穿入排气摇臂座的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述排气摇臂位于排气摇臂座的开口内固定设置于排气摇臂轴。固定式摇臂在运行过程中，其各个方向的窜动或晃动量小，能有效的降低摇臂的故障率，降低维护成本；适应于进排气的位置来合理布置摇臂，还利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。
本发明还公开了一种应用汽油机缸头总成的汽油机，所述汽油机缸头总成安装于汽油机。
本发明的有益效果：本发明的汽油机缸头总成及其汽油机，采用进气门轴线和排气门轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线相交的结构，形成三角形区域，占有较小的布置面积，便于其它部件的布置，并不改变现有的推杆的布置，进排气通道可根据进排气需要进行设置，保证气缸进排气质量，降低排气阻力，提高发动机功率和降低排放；特别是对于垂直轴汽油机来说，该结构的气门结构，能够实现下置凸轮轴的斜置气门结构，进排气门与进排气气道之间的夹角比现有结构燃烧室面小，便于在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，提高汽油机功率；减小进排气的阻力，使进排气更顺畅，利于提高汽油机功率，降低燃油消耗，降低尾气排放，排放的HC+NOx达到甚至超过美国EPA标准，以最大功率(转速3600rpm)3.0kW的汽油机为例，功率可提高到3.6kW，排放由9.0g/kW.h降低到8.0g/kW.h；以最大功率由3.5kW的汽油机为例，功率可提高到了4.2kW，排放由9.0g/kW.h降低到8.1g/kW.h，均满足EPA3阶段10g/kW.h的标准；由此可见，本发明的汽油机功率提高和排放降低较为明显，利于保护环境；同时，斜置气门可以使进排气通道中间的鼻梁区更宽，利于冷却，增加抗变形能力，极大的提高了鼻梁区的冷却效果，减小了缸头在高温下的变形，提高了可靠性。
本发明的缸头用于汽油机，节约能源、降低消耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1沿A-A向剖视图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为图1沿A-A向剖视图，如图所示：本实施例的汽油机缸头总成，包括缸头本体1和设置于缸头本体1的进气通道12及排气通道11，缸头本体1内侧形成燃烧室面13，所述缸头本体1上与进气通道12对应设有进气门5，与排气通道11对应设有排气门9，进气门5对应设置进气摇臂8和进气推杆(图中没有标识)，排气门9对应设置排气摇臂2和排气推杆(图中没有标识)，所述进气门5顶部向进气通道12侧倾斜，排气门9顶部向排气通道11侧倾斜；进气门5轴线和排气门9轴线的连线和进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线相交于进气推杆轴线和排气推杆轴线之间。
由于进气推杆和排气推杆均垂直顶在进气摇臂和排气摇臂上，因而，进气摇臂和排气摇臂与进气推杆和排气推杆的接触点即能反映出进气推杆和排气推杆的轴线位置；图中进气摇臂和排气摇臂与进气推杆和排气推杆的接触点的连线与进气门5轴线和排气门9轴线的连线的夹角α，即为进气门5轴线和排气门9轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线的夹角。
本实施例中，进气门5对应设置进气摇臂8和进气推杆，排气门9对应设置排气摇臂2和排气推杆，所述进气门5轴线和排气门9轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线相交于进气推杆轴线和排气推杆轴线之间且夹角α为90°±20°；本实施例中采用90°；该结构在缸头本体上形成三角形安装区域，占有较小的布置面积，便于其它部件的布置，并不改变现有的推杆的布置，特别是对于垂直轴汽油机来说，能够实现下置凸轮轴的斜置气门结构，进排气门与进排气气道之间的夹角比现有结构燃烧室面小，便于在气缸内组织进气滚流和进气涡流，提高进气效率，增加缸内气流扰动，加快燃烧，提高汽油机功率；减小进排气的阻力，使进排气更顺畅，利于提高汽油机功率，降低燃油消耗，降低尾气排放；特别是具有较大的夹角，最大化的减小占用面积，使化油器的部件更容易布置，并使缸头轻量化；本结构结构简单，制作容易实现标准化，进气门轴线和排气门轴线的连线位于进气推杆和排气推杆之间，便于布置进气通道，实现进气、排气的阻力最小化，提高汽油机性能；便于布置化油器/空滤器等零件，降低改造成本。
本实施例中，所述进气门5轴线和排气门9轴线的连线垂直于进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线；本结构结构简单，制作容易实现标准化，进气门5轴线和排气门9轴线的连线位于进气推杆和排气推杆之间，便于布置进气通道12，实现进气、排气的阻力最小化，提高汽油机性能；便于布置化油器/空滤器等零件，降低改造成本。
本实施例中，所述汽油机为垂直轴结构，所述进气门5轴线和排气门9轴线的连线水平，进气通道12的进气方向和排气通道11的排气方向均位于水平面，进气门5顶部沿水平方向向进气通道侧倾斜，排气门9顶部沿水平方向向排气通道侧倾斜；水平方向进气和排气，避免进气和排气相互错开，更利于进排气的顺畅并使缸头气道布置更为规则，且利于气流进入气缸，形成滚流，加快燃烧，提高汽油机工作效率。
本实施例中，所述进气通道12位于进气推杆和排气推杆之间，进气摇臂8的长度短于排气摇臂2的长度；所述排气摇臂2的阻力臂在竖直平面内向进气门5轴线和排气门9轴线的连线倾斜，由于(进气门或者排气门)摇臂为杠杆结构，以摇臂轴为支点，用于驱动气门的部分为阻力臂，与推杆配合的部分为动力臂；排气摇臂2的阻力臂该结构采用斜置气门并不需改变原有推杆的布置结构，排气摇臂的阻力臂向内倾斜能够适应于呈水平布置的进排气门；并且，阻力臂倾斜，使得排气推杆驱动排气摇臂不产生附加力矩，保证其灵活性。
本实施例中，所述燃烧室面1位于进气门5和排气门11之间形成鼻梁区14，缸头本体1上位于鼻梁区14外侧设有上下贯通的风冷通道10；完全畅通的风冷通道，极大的提高了鼻梁区的冷却效果，减小了缸头在高温下的变形，提高了气门密封的可靠性；并且冷却风道从上向下贯通，与垂直轴汽油机冷却风从上向下吹的风向，不需额外的导风设置，具有较好的冷却效果。
本实施例中，所述燃烧室面13为球面结构或者平滑曲面构成的拱形结构；本实施例中为拱形结构，具有较小的面容比，增加挤气区域，与球面燃烧时相比，能增大气流扰动，提高汽油机工作效率，达到降低燃油消耗和排放的目的；所述进气门轴线和排气门轴线分别垂直于燃烧室面与其相交点的切面；与燃烧室的进排气方向相适应，减小阻力，提高汽油机效率，增加汽油机的动力性。
本实施例中，所述进气门5轴线和排气门9轴线之间的夹角β小于等于30°，本实施例中为30°；保证具有足够的倾斜角度并利于布置，保证进气和排气的顺畅，同时，也保证鼻梁区14具有足够的宽度；所述进气摇臂8通过进气摇臂轴7设置于进气摇臂座6，排气摇臂2通过排气摇臂轴3设置于排气摇臂座4；所述进气门摇臂轴7轴线与排气门摇臂轴3轴线在竖直平面呈45°±20°的夹角δ，本实施例中采用45°；能够适应于摇臂布置的需求，避免推杆驱动摇臂产生附加力矩，利于保证摇臂带动气门动作的协调性、密封性和灵活驱动；可以根据进排气门的位置来合理布置摇臂，更利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。
本实施例中，所述进气摇臂座6和排气摇臂座4均为开口结构，所述进气摇臂轴7两端对应穿入进气摇臂座6的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述进气摇臂8位于进气摇臂座6的开口内固定设置于进气摇臂轴7；所述排气摇臂轴3两端对应穿入排气摇臂座4的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述排气摇臂2位于排气摇臂座4的开口内固定设置于排气摇臂轴3。以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合可以采用现有技术的配合方式，包括轴肩限制轴向自由度等等；固定式摇臂在运行过程中，其各个方向的窜动或晃动量小，能有效的降低摇臂的故障率，降低维护成本；适应于进排气的位置来合理布置摇臂，还利于保证气门正时，保证配气相位，从而提高性能和降低排放。
本发明还公开了一种应用汽油机缸头总成的汽油机，该汽油机缸头总成安装于汽油机，该汽油机为水平轴时，应用于摩托车；其他结构形式可用于通用机械，通用机械包括割草机、泵、风机、压缩机、减变速机、发电机等等。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种汽油机缸头总成，包括缸头本体和设置于缸头本体的进气通道及排气通道，所述缸头本体上与进气通道对应设有进气门，与排气通道对应设有排气门，进气门对应设置进气摇臂和进气推杆，排气门对应设置排气摇臂和排气推杆，其特征在于：进气门轴线和排气门轴线的连线和进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线相交于进气推杆轴线和排气推杆轴线之间；
所述汽油机为垂直轴结构，所述进气通道位于进气推杆和排气推杆之间，进气摇臂的长度短于排气摇臂的长度；所述排气摇臂的阻力臂在竖直平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜，形成三角形区域；
所述进气门轴线和排气门轴线之间的夹角小于等于30°；所述进气摇臂通过进气摇臂轴设置于进气摇臂座，排气摇臂通过排气摇臂轴设置于排气摇臂座；所述进气门摇臂轴轴线与排气门摇臂轴轴线在竖直平面呈45°±20°的夹角；
所述进气门轴线和排气门轴线分别垂直于燃烧室面与其相交点的切面。
2.根据权利要求1所述的汽油机缸头总成，其特征在于：所述进气门顶部向进气通道侧倾斜，排气门顶部向排气通道侧倾斜。
3.根据权利要求2所述的汽油机缸头总成，其特征在于：所述进气门轴线和排气门轴线的连线与进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线之间的夹角为90°±20°。
4.根据权利要求3所述的汽油机缸头总成，其特征在于：所述进气门轴线和排气门轴线的连线垂直于进气推杆轴线和排气推杆轴线的连线。
5.根据权利要求4所述的汽油机缸头总成，其特征在于：所述进气门轴线和排气门轴线的连线水平，进气通道的进气方向和排气通道的排气方向均位于水平面进气门顶部沿水平方向向进气通道侧倾斜，排气门顶部沿水平方向向排气通道侧倾斜。
6.根据权利要求5所述的汽油机缸头总成，其特征在于：所述进气摇臂座和排气摇臂座均为开口结构，所述进气摇臂轴两端对应穿入进气摇臂座的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述进气摇臂位于进气摇臂座的开口内固定设置于进气摇臂轴；所述排气摇臂轴两端对应穿入排气摇臂座的开口两侧并以可绕自身轴线转动的方式单自由度配合，所述排气摇臂位于排气摇臂座的开口内固定设置于排气摇臂轴。
7.一种应用权利要求1至6任一权利要求所述的汽油机缸头总成的汽油机，其特征在于：汽油机缸头总成安装于汽油机。
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