CN102305148B - 通用汽油机缸头及其汽油机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用汽油机缸头及其汽油机，缸头本体上与进排气通道对应设有进气门和排气门，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，进气摇臂和排气摇臂的动作半径不同，本发明节约摇臂气门的布置空间，占有较小的布置面积，不需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，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

通用汽油机缸头及其汽油机
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，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，摇臂的动力来自于凸轮轴，根据不同的结构，通过推杆或者直接驱动实现。无论何种驱动结构，最终都是通过进气摇臂和排气摇臂实现驱动；现有技术中，摇臂的生产趋近于标准化，进气摇臂和排气摇臂的结构基本相同，因而动作半径(也就是围绕支点转动的半径)也相同，摇臂布置于缸头也显得较为整齐。但是，该结构会导致摇臂和气门呈矩形排列，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，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。
因此，需要对汽油机气门缸头的摇臂结构进行改进，改变摇臂和气门布置后的矩形区域结构，节约摇臂总成和气门的占用空间，具有较强的适应性，可以根据进排气需要布置进排气通道，便于组织进气，减小进排气阻力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种通用汽油机缸头及其汽油机，改变摇臂和气门布置后的矩形区域结构，节约摇臂总成和气门的占用空间，具有较强的适应性，可以根据进排气需要布置进排气通道，便于组织进气，减小进排气阻力，并可实现在小型汽油机上便于其它部件布置的前提下采用斜置气门。
本发明的通用汽油机缸头，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，所述进气摇臂和排气摇臂的动作半径不同。
进一步，进气摇臂和排气摇臂其中较长摇臂的的阻力臂在缸头安装平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜；便于使较长摇臂向进气门轴线和排气门轴线的连线靠拢，使得摇臂安装更为紧凑，便于小型汽油机的气门布置和其它部件的布置。
进一步，所述进气通道位于进气推杆和排气推杆之间，所述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缸头安装平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜；该结构可采用斜置气门并不需改变原有推杆的布置结构，排气摇臂的阻力臂的倾斜能够适应于任何结构布置的进排气门；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；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；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；该结构的气门结构，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；斜置气门结构，还可以缩短进排气道长度，减小进排气阻力，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。
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；
进一步，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；45°最佳，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通用汽油机缸头的汽油机，所述通用汽油机缸头安装于汽油机。
本发明的有益效果：本发明的通用汽油机缸头及其汽油机，采用不同运动半径(在运动方向上的长度)的进气摇臂和排气摇臂，改变摇臂和气门布置后的矩形区域结构，节约摇臂总成和气门的占用空间，具有较强的适应性，可以根据进排气需要布置进排气通道，便于组织进气，减小进排气阻力，提高汽油机动力，降低排放；并可实现在小型汽油机上便于其它部件布置的前提下采用斜置气门，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，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。
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：本实施例的通用汽油机缸头，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)，所述进气摇臂8和排气摇臂2的动作半径不同。
本实施例中，进气摇臂8和排气摇臂2其中较长摇臂(进气摇臂8和排气摇臂2较长的一个)的的阻力臂在缸头安装平面内向进气门5轴线和排气门9轴线的连线倾斜；便于使较长摇臂向进气门轴线和排气门轴线的连线靠拢，使得摇臂安装更为紧凑，便于小型汽油机的气门布置和其它部件的布置；如图所示，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，呈夹角α，使该区域呈三角形结构，大大减小占地面积。
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，所述进气摇臂8的长度短于排气摇臂2的长度；所述排气摇臂2的阻力臂在缸头安装平面内向进气门5轴线和排气门9轴线的连线倾斜；该结构可采用斜置气门并不需改变原有推杆的布置结构，排气摇臂的阻力臂的倾斜能够适应于任何结构布置的进排气门；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；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，所述进气门5顶部沿水平方向向进气通道12侧倾斜，排气门9顶部沿水平方向向排气通道11侧倾斜；所述排气摇臂2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；该结构的气门结构，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；斜置气门结构，还可以缩短进排气道长度，减小进排气阻力，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°；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，也保证鼻梁区具有足够的宽度；
本实施例中，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°；便于布置，且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通用汽油机缸头的汽油机，该通用汽油机缸头安装于汽油机，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 (6)

1.一种通用汽油机缸头，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：所述进气摇臂和排气摇臂的动作半径不同；所述进气通道位于进气推杆和排气推杆之间，所述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缸头安装平面内向进气门轴线和排气门轴线的连线倾斜；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。
2.根据权利要求1所述的通用汽油机缸头，其特征在于：所述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；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。
3.根据权利要求2所述的通用汽油机缸头，其特征在于：所述进气门轴线和排气门轴线之间的夹角小于等于30°。
4.根据权利要求3所述的通用汽油机缸头，其特征在于：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。
5.根据权利要求4所述的通用汽油机缸头，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，所述排气摇臂位于进气摇臂座的开口内固定设置于排气摇臂轴。
6.一种应用权利要求1至5任一权利要求所述的通用汽油机缸头的汽油机，其特征在于：通用汽油机缸头安装于汽油机。
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