一种气道结构、气缸盖及米勒型线的发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，更具体地说，涉及一种气道结构、气缸盖及米勒型线的发动机。


背景技术：

2.对于常规型线的发动机而言，其进气过程中，在气门打开末期，气门完全打开，此时气流完全由气道决定。传统的气道设计注重的是气道出口与入口的相对面积关系，一般来说，气道呈渐缩结构。该种气道结构应用至常规型线的发动机下一般是没有问题的。但是当应用至米勒型线的发动机时，由于米勒型线的发动机的显著特点是气门在进气过程终了之前就会关闭，且气门开度会明显小于常规型线，由于气门打开高度会大大降低，导致气流被气门遮挡，使得进气能量利用不充分，降低进气效率及滚流比。
3.综上所述，如何解决米勒型线的发动机存在进气效率及滚流比低的问题已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种气道结构、气缸盖及米勒型线的发动机，以解决米勒型线的发动机存在进气效率及滚流比低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气道结构，应用于米勒型线的发动机，包括：进气道及与其匹配的进气门，设置于所述气缸盖的进气侧；排气道及排气侧棚顶，设置于所述气缸盖的排气侧；其中，所述进气门的进气门杆的轴线相对所述气缸盖的装配底面的倾斜角度为a1，所述进气门的进气门盘的回转锥面相对所述进气门杆的轴线的夹角为a2，所述排气侧棚顶所在平面与气缸盖的装配底面所呈夹角为a3，所述进气道靠近其进气喉口的下导流面相对所述装配底面呈倾斜下冲布置，其中，所述下导流面相对所述装配底面的倾斜角度为a4；所述气道结构满足：a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
；和/或，a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
。
6.可选地，所述下导流面的末端轮廓出口相对所述装配底面的距离为h；所述进气道的进气流引入缸内所形成的滚流强度达到预设滚流强度节点时，所述进气门的气门开启高度为预设气门开启高度；所述进气门的进气门杆的轴线与所述排气侧的排气门的排气门杆的轴线所构成的平面为辅助平面，所述进气门的进气门盘的回转锥面与所述辅助平面在所述进气门的出流侧相交所形成的棱线为辅助棱线；其中，h的设计条件满足：所述下导流面自所述末端轮廓出口的出流延长线与所述进气门开启至所述预设气门开启高度时所对应的辅助棱线重合。
7.可选地，所述预设气门开启高度与所述进气门的最大气门开启高度的高度差为k，
k的取值范围为0.3~0.4倍的所述进气门的最大气门开启高度。
8.可选地，所述进气道靠近其进气喉口的导流截面与所述进气门的出流侧所形成的出流通道的截面相适配。
9.可选地，所述进气道靠近其进气喉口的导流截面呈拱形。
10.可选地，所述进气道的进气喉口处设置有进气座圈，所述进气座圈上设置有与所述进气道的上导流面平滑过渡衔接的下冲式导流斜面。
11.可选地，所述下冲式导流斜面的导流方向与所述进气道的上导流面的导流方向一致。
12.可选地，所述进气座圈的流通截面为长圆形，且所述长圆形的长度方向与所述进气道的出流方向垂直。
13.相比于背景技术介绍内容，上述气道结构，应用于米勒型线的发动机，包括设置于气缸盖的进气侧的进气道及与进气道匹配的进气门，设置于气缸盖的排气侧的排气道及排气侧棚顶，其中，进气门的进气门杆的轴线相对气缸盖的装配底面的倾斜角度为a1，进气门的进气门盘的回转锥面相对进气门杆的轴线的夹角为a2，排气侧棚顶所在平面与气缸盖的装配底面所呈夹角为a3，进气道靠近其进气喉口的下导流面相对装配底面呈倾斜下冲布置，且下导流面相对装配底面的倾斜角度为a4；气道结构满足：a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
；和/或， a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
。通过将气道结构设计成上述结构形式，由于a1为进气门的进气门杆的轴线相对气缸盖的装配底面的倾斜角度，a2为进气门的进气门盘的回转锥面相对进气门杆的轴线的夹角， a3为排气侧棚顶所在平面与气缸盖的装配底面所呈夹角，a4为下导流面相对装配底面的倾斜角度，这里定义进气门的进气门杆的轴线与排气侧的排气门的排气门杆的轴线所构成的平面为辅助平面，那么a1-a2即为进气门的进气门盘的回转锥面与该辅助平面在进气门的出流侧相交所形成的棱线相对气缸盖的装配底面的夹角，因此，当气道结构满足条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
时，回转锥面与该辅助平面在进气门的出流侧相交所形成的棱线与排气侧棚顶所在平面平行或者近似平行，继而使得进气门开启时进气门的进气门盘与排气侧棚顶所形成的进气通道的导流方向与进气道在出流侧的出流方向基本一致，继而有助于提高进气效率，另外出流侧的气流能够从排气侧经排气棚顶切入缸内，更有助于提升滚流比；当气道结构满足条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
时，回转锥面与该辅助平面在进气门的出流侧相交所形成的棱线与下导流面的导流方向平行或者近似平行，继而使得进气门开启时，进气道的大部分气流均能够从进气门的出流侧进入缸内，同样有助于提升进气效率及滚流比。
14.另外，本发明还提供了一种气缸盖，包括气道结构，所述气道结构为上述任一方案所述的气道结构。由于该气道结构具有上述技术效果，因此具有该气道结构的气缸盖也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
15.此外，本发明还提供了一种米勒型线的发动机，包括气缸盖，所述气缸盖为上述方案所描述的气缸盖。由于该气缸盖具有上述技术效果，因此具有该气缸盖的米勒型线的发动机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的气道结构的整体结构示意图；图2为本发明实施例提供的进气门的局部结构示意图；图3为本发明实施例提供的进气门的出流侧所形成的出流通道的局部结构示意图；图4为本发明实施例提供的米勒型线下进气门开启高度对应进气过程中预设滚流区域的示意图；图5为本发明实施例提供的进气门开启至最大气门开启高度时相对预设气门开启高度的高度差k的示意图；图6为本发明实施例提供的进气道靠近其进气喉口的导流截面的结构示意图；图7为本发明实施例提供的进气座圈上下冲式导流斜面与进气道的上导流面衔接的结构示意图；图8为本发明实施例提供的进气座圈的流通截面为长圆形的结构示意图；图9为本发明实施例提供的进气门开启时进气门与进气座圈的结构示意图。
18.其中，图1-图9中：进气道1、下导流面11、出流侧12、阻流侧13、上导流面14；进气门2、进气门杆21、进气门盘22、辅助棱线221；排气道3；排气侧棚顶4；装配底面5；进气座圈6、下冲式导流斜面61、长度方向62、宽度方向63；进气道的出流方向7；出流延长线8；出流通道9；进气道靠近其进气喉口的导流截面m。
实施方式
19.本发明的核心在于提供一种气道结构、气缸盖及米勒型线的发动机，以解决米勒型线的发动机存在进气效率及滚流比低的问题。
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，发动机气门开启的型线是指气门由开到关的打开过程曲线。对于米勒型线的发动机而言，以四冲程发动机分为例，具体可以分为进气、压缩、做功、排气四个阶段，一般情况下，常规型线会使气门在整个进气过程中均处于打开状态，且气门开度大，保证足够的进气。而米勒型线，其显著特点是气门在进气过程终了之前就会关闭，且气门开
度会明显小于常规型线，也即气门打开高度会大大降低，因此米勒型线的发动机普遍存在气流被气门遮挡，使得进气能量利用不充分，进气效率及滚流较低。
22.为了使得米勒型线下实现高滚流比，并在米勒型线下实现流通能力的提升，最终使流通能力和滚流强度均达到较优的水准，本发明具体提供了一种气道结构，应用于米勒型线的发动机，参照图1-图9所示，该起到结构具体包括进气道1、与进气道1相匹配的进气门2、排气道3、与排气道相匹配的排气门以及排气侧棚顶4。
23.其中，进气道1及其匹配的进气门均设置于气缸盖的进气侧；排气道3及排气侧棚顶4均设置于气缸盖的排气侧；进气门2的进气门杆21的轴线相对气缸盖的装配底面5的倾斜角度为a1，进气门2的进气门盘22的回转锥面相对进气门杆21的轴线的夹角为a2，排气侧棚顶4所在平面与气缸盖的装配底面5所呈夹角为a3，进气道1靠近其进气喉口的下导流面11相对装配底面5呈倾斜下冲布置，且下导流面11相对装配底面5的倾斜角度为a4；气道结构满足：a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
；和/或， a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
。
24.需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解，气缸盖的装配底面5是指气缸盖装配至缸体上的配合面。
25.通过将气道结构设计成上述结构形式，由于a1为进气门2的进气门杆21的轴线相对气缸盖的装配底面5的倾斜角度，a2为进气门2的进气门盘22的回转锥面相对进气门杆21的轴线的夹角， a3为排气侧棚顶4所在平面与气缸盖的装配底面5所呈夹角，a4为下导流面11相对装配底面5的倾斜角度，这里定义进气门的进气门杆21的轴线与排气侧的排气门3的排气门杆的轴线所构成的平面为辅助平面，那么a1-a2即为进气门2的进气门盘22的回转锥面与该辅助平面在进气门2的出流侧12相交所形成的棱线相对气缸盖的装配底面5的夹角，因此，当气道结构满足条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
时，回转锥面与该辅助平面在进气门2的出流侧12相交所形成的棱线与排气侧棚顶4所在平面平行或者近似平行，继而使得进气门2开启时进气门2的进气门盘22与排气侧棚顶4所形成的进气通道的导流方向与进气门2在出流侧12的出流方向基本一致，继而有助于提高进气效率，另外出流侧的气流能够从排气侧经排气棚顶4切入缸内，更有助于提升滚流比；当气道结构满足条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
时，回转锥面与该辅助平面在进气门2的出流侧12相交所形成的棱线与下导流面11的导流方向平行或者近似平行，继而使得进气门开启时，进气道的大部分气流均能够从进气门2的出流侧12进入缸内，同样有助于提升进气效率及滚流比。
26.需要说明的是，该气道结构，在实际设计过程中，满足条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
和条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
这两者中的一个或两个条件同时满足均能够提升进气效率及滚流比。当然同时满足条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
和条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
时，下导流面11的导流方向、回转锥面与辅助平面在进气道1的出流侧相交所形成的棱线、排气侧棚顶4所在平面这三者均平行或者近似平行，当进气门开启时，进气道1的大部分气流均能够从进气门2的出流侧12进入缸内，能够达到更好地进气效率及滚流比。
27.另外需要说明的是，条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
和条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
中涉及的偏差值
±3°
是本发明通过大量模拟仿真得出的能够实现需求进气效率及滚流比的优选偏差范围，实际设计过程中，加工条件允许的话，偏差值越小越好，比如设计条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
还可以设计成a3-1
°
≤a1-a2≤a3+1
°
，条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
还可以设计成a4-1
°
≤a1-a2≤a4+1
°
。实际应用过程中，可以根据实际需求选择配置。此外，条件a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
和条件a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
，在实际设计过程中，一般均以回转锥面与该辅助平面在进气门2的出流侧12相交所形成的棱线相对气缸盖的装配底面的夹角a1-a2为基准。
28.进一步的实施方案中，参照图1，结合图4和图5，上述下导流面11的末端轮廓出口相对装配底面5的距离为h；进气道1的进气流引入缸内所形成的滚流强度达到预设滚流强度节点时，进气门2的气门开启高度为预设气门开启高度；进气门2的进气门杆21的轴线与排气侧的排气门的排气门杆的轴线所构成的平面为辅助平面，进气门2的进气门盘22的回转锥面与辅助平面在进气门2的出流侧12相交所形成的棱线为辅助棱线221；其中，h的设计条件满足：下导流面11自末端轮廓出口的出流延长线8与进气门2开启至预设气门开启高度时所对应的辅助棱线221重合。实际应用过程中，根据气道结构所需匹配的米勒型线，确定进气门2的气门开启高度与进气过程对应关系下的预设滚流强度区域，然后由预设滚流强度节点所对应的气门开启高度得到预设气门开启高度，之后根据进气门2开启至预设气门开启高度时所对应的辅助棱线221可以确定下导流面11自末端轮廓出口的出流延长线8的角度，最终确定需求的滚流强度区间下的h数值。通过将h的设计条件构建成上述方式，使得气道结构能够更好的得到需求的滚流比。
29.更进一步的实施方案中，预设气门开启高度与进气门的最大气门开启高度的高度差为k，通过模拟市面上各种类型的米勒型线的发动机的相关参数，可以得出 k的取值范围优选为0.3~0.4倍的进气门的最大气门开启高度。需要说明的是，k的具体取值与预设滚流强度节点相关，实际应用过程中，可以根据需求的滚流强度区间选取对应的k值，当然可以理解的是，该k的取值范围仅仅是本发明实施例对于常用的米勒型线的发动机作出的优选取值范围，实际应用过程中，还可以根据实际需求选择其他数值范围，在此不做更具体的限定。
30.在一些具体的实施方案中，参照图5和图6，上述进气道1靠近其进气喉口的导流截面m（也即进气道1的末端轮廓出口的截面）与进气门2的出流侧12所形成的出流通道9的截面相适配。需要说明的是，进气门2的出流侧12所形成的出流通道9具体为进气门2的进气门盘22上位于出流侧12的回转锥面与进气座圈6的内圈导流面围设而成的流体通道。需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解，进气门2开启时，进气门2的进气门盘22与进气道1的出流方向平顺引导的一侧为出流侧12，阻挡进气道1的出流方向气流的一侧为阻流侧13。通过设计成该种导流截面m的结构形式，使得进气道1的出流侧12的流量增大，继而有助于提升进气效率及滚流比。其中该进气道1靠近其进气喉口的导流截面的具体形状可以设计成图6所示的拱形结构，该种拱形结构形式，更加利于进气门2的出流侧12形成高效进气及进入缸内的气流形成滚流。当然可以理解的是，实际应用过程中也可以设计成其他结构形式，在此不做更具体的限定。
31.在另外一些具体的实施方案中，参照图1结合图3、图8和图9，上述进气道1的进气喉口处设置有进气座圈6，进气座圈6上设置有与进气道1的上导流面14平滑过渡衔接的下冲式导流斜面61。通过在进气座圈6上设计成与进气道1的上导流面14平滑过渡衔接的下冲式导流斜面61，能够有效降低进气座圈6对进气门2的出流侧12的气流的阻挡，降低能量损失，有助于提高有效流通截面，提升进气工作效率。
32.进一步的实施方案中，参照图7所示，该下冲式导流斜面61的导流方向与进气道1
的上导流面14的导流方向优选设计成一致的结构形式。通过设计成该种结构形式能够最大化的降低能量损失，进气工作效率的优化效果更好。
33.在一些具体的实施方案中，参照图8和图9所示，上述进气座圈6的流通截面优选设计为长圆形，也即进气座圈6的内圈截面设计成长圆形，且长圆形的长度方向62与进气道1的出流方向7垂直。需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解，长圆形具有长度方向62和宽度方向63，其中宽度方向63为长圆形的两个直线段的间距，长度方向62为与宽度方向63相垂直的方向，也是长圆形的两个相对圆弧的圆心连线方向。通过设计成长圆形的流通截面，能够在满足进气座圈6上设计下冲式导流斜面61的前提下，更好地降低进气座圈6对进气流的遮挡，有助于提升气流流通的有效区域。当然可以理解的是，上述进气座圈6的流通截面优选设计为长圆形的方式，仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以根据其他布置需求选择设计成其他结构形状，比如通过模拟优化得出的异形结构等，在此不做更具体的限定。
34.另外，本发明还提供了一种气缸盖，包括气道结构，所述气道结构为上述任一方案所述的气道结构。由于该气道结构具有上述技术效果，因此具有该气道结构的气缸盖也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
35.此外，本发明还提供了一种米勒型线的发动机，包括气缸盖，所述气缸盖为上述方案所描述的气缸盖。由于该气缸盖具有上述技术效果，因此具有该气缸盖的米勒型线的发动机也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
36.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
37.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种气道结构，应用于米勒型线的发动机，其特征在于，包括：进气道（1）及与其匹配的进气门（2），设置于气缸盖的进气侧；排气道（3）及排气侧棚顶（4），设置于所述气缸盖的排气侧；其中，所述进气门（2）的进气门杆（21）的轴线相对所述气缸盖的装配底面（5）的倾斜角度为a1，所述进气门（2）的进气门盘（22）的回转锥面相对所述进气门杆（21）的轴线的夹角为a2，所述排气侧棚顶（4）所在平面与气缸盖的装配底面（5）所呈夹角为a3，所述进气道（1）靠近其进气喉口的下导流面（11）相对所述装配底面（5）呈倾斜下冲布置，且所述下导流面（11）相对所述装配底面（5）的倾斜角度为a4；所述气道结构满足：a3-3
°
≤a1-a2≤a3+3
°
；和/或， a4-3
°
≤a1-a2≤a4+3
°
。2.如权利要求1所述的气道结构，其特征在于，所述下导流面（11）的末端轮廓出口相对所述装配底面（5）的距离为h；所述进气道（1）的进气流引入缸内所形成的滚流强度达到预设滚流强度节点时，所述进气门（2）的气门开启高度为预设气门开启高度；所述进气门（2）的进气门杆（21）的轴线与所述排气侧的排气门的排气门杆的轴线所构成的平面为辅助平面，所述进气门（2）的进气门盘（22）的回转锥面与所述辅助平面在所述进气门（2）的出流侧（12）相交所形成的棱线为辅助棱线（221）；其中，h的设计条件满足：所述下导流面（11）自所述末端轮廓出口的出流延长线（8）与所述进气门（2）开启至所述预设气门开启高度时所对应的辅助棱线（221）重合。3.如权利要求2所述的气道结构，其特征在于，所述预设气门开启高度与所述进气门（2）的最大气门开启高度的高度差为k， k的取值范围为0.3~0.4倍的所述进气门（2）的最大气门开启高度。4.如权利要求1所述的气道结构，其特征在于，所述进气道（1）靠近其进气喉口的导流截面与所述进气门（2）的出流侧（12）所形成的出流通道（9）的截面相适配。5.如权利要求4所述的气道结构，其特征在于，所述进气道（1）靠近其进气喉口的导流截面呈拱形。6.如权利要求1所述的气道结构，其特征在于，所述进气道（1）的进气喉口处设置有进气座圈（6），所述进气座圈（6）上设置有与所述进气道（1）的上导流面（14）平滑过渡衔接的下冲式导流斜面（61）。7.如权利要求6所述的气道结构，其特征在于，所述下冲式导流斜面（61）的导流方向与所述进气道（1）的上导流面（14）的导流方向一致。8.如权利要求6所述的气道结构，其特征在于，所述进气座圈（6）的流通截面为长圆形，且所述长圆形的长度方向（62）与所述进气道（1）的出流方向（7）垂直。9.一种气缸盖，包括气道结构，其特征在于，所述气道结构为如权利要求1-8中任一项所述的气道结构。10.一种米勒型线的发动机，包括气缸盖，其特征在于，所述气缸盖为如权利要求9所述的气缸盖。

技术总结
本发明公开了一种气道结构、气缸盖及米勒型线的发动机，包括设置于气缸盖的进气侧的进气道及与进气道匹配的进气门，设置于气缸盖的排气侧的排气道及排气侧棚顶，其中，进气门的进气门杆的轴线相对气缸盖的装配底面的倾斜角度为a1，进气门的进气门盘的回转锥面相对进气门杆的轴线的夹角为a2，排气侧棚顶所在平面与气缸盖的装配底面所呈夹角为a3，进气道靠近其进气喉口的下导流面相对装配底面呈倾斜下冲布置，且下导流面相对装配底面的倾斜角度为a4；气道结构满足：a3-3


技术研发人员：王利雨 李卫 谷允成 张善永 张建姣
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/7/7