一种气缸盖、燃烧室及其设计方法与发动机与流程

1.本发明涉及发动机术领域，特别涉及一种气缸盖、燃烧室及其设计方法与发动机。


背景技术：

2.发动机燃烧室主要由气缸盖、气门、气缸体以及活塞组成，对于使用甲醇等气体作为燃料的气体发动机，需要点火系统进行点燃。
3.对于重型点燃式发动机，一般在柴油机压燃平台进行适应性开发，需保证产品结构的通用化，同时其配套市场具有个性化、细分化、市场容量小的特点。基于此开发背景，缸盖及其燃烧室一般分为垂直气门结合平顶式缸盖以及倾斜气门结合蓬顶式缸盖。
4.其中，垂直气门结合平顶式缸盖的形式在尽可能保证与同平台柴油机结构通用的前提下，其平顶式缸盖限制了滚流的形成，滚流强度较低，对于点燃式燃烧，降低火焰传播速度的，进而影响发动机热效率的提升，增加ch排放的控制难度；而倾斜气门结合蓬顶式缸盖的形式无法保证与同平台柴油机结构通用，进而影响产线设计，无法保证批量发动机的投入产出；同时对于重型发动机，倾斜气门布置，气门加长增重，发动机可靠性风险增加，目前行业内无成熟应用案例。另外倾斜布置导致发动机宽度增加，压缩整机布置空间，降低产品竞争力。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种气缸盖，以满足与同平台柴油机结构通用的设计要求，保证进气滚流强度，提升发动机热效率，降低燃料消耗率，并提升发动机的可靠性，保证量产可行性。
6.本发明的第二个目的在于提供一种包括上述气缸盖的燃烧室及其设计方法与发动机。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气缸盖，所述气缸盖的底面设置蓬顶结构，所述蓬顶结构的进气侧的进气道喉口内设置进气门座圈，所述蓬顶结构的排气侧的排气道喉口内设置排气门座圈，所述进气门座圈的轴线以及所述排气门座圈的轴线均垂直于所述气缸盖的底面；所述进气道喉口的底孔靠近所述排气道喉口的一侧与所述蓬顶结构的排气侧表面圆滑过渡连接，所述进气道喉口的底孔远离所述排气道喉口的一侧沿垂直于所述气缸盖的底面的方向向所述气缸盖的底面延伸以与进气门配合形成挡气结构；所述排气道喉口的底孔远离所述进气道喉口的一侧形成排气导流面，所述排气导流面与安装于所述排气门座圈内的排气门之间具有间隙以构成排气扩容结构。
8.可选地，所述排气道喉口的底孔靠近所述进气道喉口的一侧开设于所述蓬顶结构的排气侧表面。
9.可选地，所述蓬顶结构的进气侧表面与水平面的夹角α满足4
°
≤α≤8
°
，所述蓬顶结构的排气侧表面与水平面的夹角β满足β=α+2
°
。
10.可选地，所述排气导流面包括从所述排气门座圈开始向远离所述排气门座圈的轴线的方向倾斜设置的导流锥面以及连接于所述导流锥面的导流圆弧面，所述导流圆弧面垂直于所述气缸盖的底面，所述导流圆弧面向远离所述排气门座圈的轴线的方向拱起。
11.可选地，所述气缸盖设置有火花塞，所述火花塞的放电端从所述蓬顶结构伸出，与所述气缸盖配合的气缸体的轴线以及所述火花塞的轴线共线。
12.可选地，所述气缸盖的底面还设置有进气侧挤流面以及排气侧挤流面，所述进气侧挤流面与所述蓬顶结构的进气侧表面连接，所述排气侧挤流面与所述蓬顶结构的排气侧表面连接，所述进气侧挤流面用于与活塞顶面配合形成进气侧挤流结构，所述排气侧挤流面用于与活塞顶面配合形成排气侧挤流结构。
13.可选地，沿所述排气门座圈的轴线至对应侧的所述进气门座圈的轴线方向延伸且经过所述火花塞的轴线的平面为所述蓬顶结构的纵向对称面，所述进气侧挤流面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l1满足l1=（8%~10%）d，所述排气侧挤流面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l2满足l2=（8%~10%）d，其中，d为与所述气缸盖配合的气缸体的内腔直径。
14.可选地，沿所述排气门座圈的轴线至对应侧的所述进气门座圈的轴线方向延伸且经过所述火花塞的轴线的平面为所述蓬顶结构的纵向对称面，所述挡气结构与所述气缸盖的底面之间的所述蓬顶结构的进气侧表面为第一弧形过渡面，所述第一弧形过渡面向远离所述进气门座圈的方向拱起，所述第一弧形过渡面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r1满足r1≥10mm，所述排气扩容结构与所述气缸盖的底面之间的所述蓬顶结构的排气侧表面为第二弧形过渡面，所述第二弧形过渡面向远离所述排气门座圈的方向拱起，所述第二弧形过渡面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r2满足r2≥10mm。
15.可选地，所述蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面之间通过圆弧倒角面连接，所述圆弧倒角面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r3满足r3＞30mm。
16.可选地，所述蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与所述火花塞的轴线之间的距离l3满足0mm≤l3≤7mm。
17.可选地，所述蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与所述火花塞的放电端之间的距离l4满足2mm≤l4≤5mm。
18.可选地，所述排气导流面与所述排气门的外圆面之间的最大距离l5满足3mm≤l5≤5mm。
19.可选地，所述进气门座圈的底面与所述气缸盖的底面之间的距离为进气门座圈高度h1，所述进气门座圈高度h1满足h1≥10mm，所述排气门座圈的底面与所述气缸盖的底面之间的距离为排气门座圈高度h2，所述排气门座圈高度h2满足h2= h1-（2mm~4mm）。
20.一种燃烧室，所述燃烧室由气缸体、设置于所述气缸体内的活塞以及位于所述气缸体上方的气缸盖围成，所述气缸盖为如上任意一项所述的气缸盖。
21.可选地，所述活塞的顶部设置燃烧室凹坑以及围绕所述燃烧室凹坑设置的活塞的顶面，沿所述排气门座圈的轴线至对应侧的所述进气门座圈的轴线方向延伸且经过所述活塞的轴线的平面为所述燃烧室的纵向对称面，所述蓬顶结构与所述燃烧室的纵向对称面的交线为蓬顶结构特征线，所述燃烧室凹坑与所述燃烧室的纵向对称面的交线为燃烧室凹坑特征线，所述蓬顶结构特征线的进气侧端点与所述燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的
距离l6满足l6=（5%~10%）d，所述蓬顶结构特征线的排气侧端点与所述燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7满足l7=（5%~10%）d，其中，d为所述气缸体的内腔直径。
22.可选地，所述气缸盖的底面与所述气缸体对应的位置的形状为所述蓬顶结构与大于所述气缸体的内腔直径0.5mm~1.5mm的圆柱面相交而成的形状。
23.一种燃烧室的设计方法，用于如上所述的燃烧室的设计，包括步骤：确定活塞的燃烧室凹坑的开口尺寸以及发动机的目标压缩比；预设气缸盖的进气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l1，根据活塞的燃烧室凹坑的开口尺寸以及预设的l1计算获取蓬顶结构特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6；调整进气门座圈的高度h1以及第一弧形过渡面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r1，将蓬顶结构的进气侧表面与水平面的夹角α调整至预设范围内；预设气缸盖的排气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l2，计算获取蓬顶结构特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7，使l2与l1相等或者近似相等，使l7与l6相等或者近似相等；调整排气门座圈高度h2、第二弧形过渡面与蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r2以及蓬顶结构特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7，使蓬顶结构的排气侧表面与水平面的夹角β满足β=α+2
°
或者β≈α+2
°
；调整蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞的轴线之间的距离l3以及蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面之间的圆弧倒角面与蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r3，确定蓬顶结构的最高点位置；根据气缸盖的进气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l1、气缸盖的排气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l2、蓬顶结构特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6以及蓬顶结构特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7计算获取气缸盖的底面与气缸体对应的位置的形状的尺寸；调节蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞的放电端之间的距离l4，并进行仿真试验，在仿真试验过程中调节进气门座圈的高度h1、排气门座圈高度h2以及蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞的放电端之间的距离l4，以确定火花塞的点燃位置。
24.一种发动机，包括如上任意一项所述的燃烧室。
25.为实现上述目的，本发明提供了一种气缸盖，该气缸盖的底面设置蓬顶结构，蓬顶结构的进气侧的进气道喉口内设置进气门座圈，蓬顶结构的排气侧的排气道喉口内设置排气门座圈，进气门座圈的轴线以及排气门座圈的轴线均垂直于气缸盖的底面；进气道喉口的底孔靠近排气道喉口的一侧与蓬顶结构的排气侧表面圆滑过渡连接，进气道喉口的底孔远离排气道喉口的一侧沿垂直于气缸盖的底面的方向向气缸盖的底面延伸以与进气门配合形成挡气结构；排气道喉口的底孔远离进气道喉口的一侧形成排气导流面，排气导流面与安装于排气门座圈内的排气门之间具有间隙以构成排气扩容结构。
26.可见上述气缸盖采用了垂直气门与蓬顶式气缸盖组合的形式，不仅满足与同平台柴油机结构通用的设计要求，并且还可以在进气滚流增强方向，指自进气门至燃烧室中心
的方向无遮挡，而在进气滚流渐弱方向设置挡气结构，降低进气圆周方向进气对滚流的影响，使更大比例的进气量通过燃烧室中心用于形成滚流，增大滚流强度，排气扩容结构有助于减小蓬顶结构对排气的影响，增加排气流量系数，从而提升发动机热效率，降低燃料消耗率，并且垂直气门的设计，相对于倾斜设置的气门，重量减轻，保证了发动机可靠性，也不会产生由于气门倾斜布置导致的发动机宽度增加，压缩整机布置空间的问题，有利于增加产品竞争力。
附图说明
27.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。
28.图1为本发明实施例提供的气缸盖的结构示意图；图2为本发明实施例提供的气缸盖的仰视图；图3为本发明实施例提供的气缸盖的俯视图；图4为图3中的a向剖视图；图5为图3中的b向剖视图。
29.其中，1为气缸盖；101为蓬顶结构；102为进气门；103为排气门；104为火花塞；105为排气扩容结构；106为进气门座圈；107为排气门座圈；2为气缸体；3为活塞。
具体实施方式
30.本发明的核心之一在于提供一种气缸盖，该气缸盖的结构设计使其能够满足与同平台柴油机结构通用的设计要求，保证进气滚流强度，使其有利于抑制爆震倾向，提升发动机热效率，降低燃料消耗率，并提升发动机的可靠性，保证量产可行性。
31.本发明的另一核心在于提供一种包括上述气缸盖的燃烧室及其设计方法与发动机。
32.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。
33.请参阅图1至图5，图1为本发明实施例提供的气缸盖的结构示意图，图2为本发明实施例提供的气缸盖的仰视图，图3为本发明实施例提供的气缸盖的俯视图，图4为图3中的a向剖视图，图5为图3中的b向剖视图。
34.本发明实施例提供了一种气缸盖1，该气缸盖1的底面设置蓬顶结构101，蓬顶结构101的进气侧的进气道喉口内设置进气门座圈106，蓬顶结构101的排气侧的排气道喉口内设置排气门座圈107，进气门座圈106的轴线以及排气门座圈107的轴线均垂直于气缸盖1的底面；进气道喉口的底孔靠近排气道喉口的一侧与蓬顶结构101的排气侧表面圆滑过渡连接，进气道喉口的底孔远离排气道喉口的一侧沿垂直于气缸盖1的底面的方向向气缸盖1的
底面延伸以与进气门102配合形成挡气结构；排气道喉口的底孔远离进气道喉口的一侧形成排气导流面，排气导流面与安装于排气门座圈107内的排气门103之间具有间隙以构成排气扩容结构105。
35.综上所述，与现有技术相比，本发明实施例提供的气缸盖1采用了垂直气门与蓬顶式气缸盖1组合的形式，不仅满足与同平台柴油机结构通用的设计要求，并且还可以在进气滚流增强方向，指自进气门102至燃烧室中心的方向无遮挡，而在进气滚流渐弱方向设置挡气结构，降低进气圆周方向进气对滚流的影响，使更大比例的进气量通过燃烧室中心用于形成滚流，增大滚流强度，排气扩容结构105有助于减小蓬顶结构101对排气的影响，增加排气流量系数，从而提升发动机热效率，降低燃料消耗率，并且垂直气门的设计，相对于倾斜设置的气门，重量减轻，保证了发动机可靠性，也不会产生由于气门倾斜布置导致的发动机宽度增加，压缩整机布置空间的问题，有利于增加产品竞争力。
36.作为优选地，如图5所示，在本发明实施例中，上述排气道喉口的底孔靠近进气道喉口的一侧开设于蓬顶结构101的排气侧表面，以减少对排气的影响，增加排气流量系数。
37.如图4和图5所示，在本发明实施例中，上述蓬顶结构101的进气侧表面与水平面的夹角α满足4
°
≤α≤8
°
，通过调整下述进气门座圈106高度h1以及第一弧形过渡面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r1实现对蓬顶结构101的进气侧表面与水平面的夹角α的调节，蓬顶结构101的排气侧表面与水平面的夹角β满足β=α+2
°
，即β应当满足6
°
≤β≤10
°
，通过调整下述排气门座圈107高度h2以及第二弧形过渡面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r2实现对蓬顶结构101的排气侧表面与水平面的夹角β的调节。
38.作为优选地，在本发明实施例中，上述排气导流面包括从排气门座圈107开始向远离排气门座圈107的轴线的方向倾斜设置的导流锥面以及连接于导流锥面的导流圆弧面，导流圆弧面垂直于气缸盖1的底面，导流圆弧面向远离排气门座圈107的轴线的方向拱起。
39.进一步优化上述技术方案，在本发明实施例中，上述气缸盖1设置有火花塞104，火花塞104的放电端从蓬顶结构101伸出，与气缸盖1配合的气缸体2的轴线以及火花塞104的轴线共线，即火花塞104设置于气缸体2的内腔中心。
40.如图4所示，在本发明实施例中，气缸盖1的底面还设置有进气侧挤流面以及排气侧挤流面，以增加挤流效果，进气侧挤流面与蓬顶结构101的进气侧表面连接，排气侧挤流面与蓬顶结构101的排气侧表面连接，进气侧挤流面用于与活塞3顶面配合形成进气侧挤流结构，排气侧挤流面用于与活塞3顶面配合形成排气侧挤流结构。
41.作为优选地，如图4所示，在本发明实施例中，沿排气门座圈107的轴线至对应侧的进气门座圈106的轴线方向延伸且经过火花塞104的轴线的平面为蓬顶结构101的纵向对称面，进气侧挤流面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的长度l1满足l1=（8%~10%）d，排气侧挤流面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的长度l2满足l2=（8%~10%）d，其中，d为与气缸盖1配合的气缸体2的内腔直径，通过上述设计，一方面减小有害容积，另一方面形成进气侧挤流，保证进气燃烧传播，降低末端混合气形成的爆震。
42.进一步地，如图4所示，沿排气门座圈107的轴线至对应侧的进气门座圈106的轴线方向延伸且经过火花塞104的轴线的平面为蓬顶结构101的纵向对称面，挡气结构与气缸盖1的底面之间的蓬顶结构101的进气侧表面为第一弧形过渡面，第一弧形过渡面向远离进气门座圈106的方向拱起，第一弧形过渡面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r1满足
r1≥10mm，排气扩容结构105与气缸盖1的底面之间的蓬顶结构101的排气侧表面为第二弧形过渡面，第二弧形过渡面向远离排气门座圈107的方向拱起，第二弧形过渡面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r2满足r2≥10mm。
43.作为优选地，在本发明实施例中，蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面之间通过圆弧倒角面连接，圆弧倒角面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r3满足r3＞30mm。
44.进一步地，如图 5所示，上述蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞104的轴线之间的距离l3满足0mm≤l3≤7mm。
45.如图4和图5所示，上述蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞104的放电端之间的距离l4满足2mm≤l4≤5mm。排气导流面与排气门103的外圆面之间的最大距离l5满足3mm≤l5≤5mm。
46.作为优选地，在本发明实施例中，如图5所示，进气门座圈106的底面与气缸盖1的底面之间的距离为进气门座圈106高度h1，进气门座圈106高度h1满足h1≥10mm，排气门座圈107的底面与气缸盖1的底面之间的距离为排气门座圈107高度h2，排气门座圈107高度h2满足h2= h1-（2mm~4mm），通过对上述进气门座圈106高度h1以及排气门座圈107高度h2的数值的调节，可以实现对蓬顶结构101的进气侧表面与水平面的夹角α以及蓬顶结构101的排气侧表面与水平面的夹角β的调节。
47.本发明实施例还提供了一种燃烧室，如图4和图5所示，该燃烧室由气缸体2、设置于气缸体2内的活塞3以及位于气缸体2上方的气缸盖1围成，其中，该燃烧室的气缸盖1为如上述实施例所述的气缸盖1，由于该燃烧室采用了上述实施例中的气缸盖1，因此该燃烧室的技术效果请参考上述实施例。
48.如图4所示，在本发明实施例中，上述活塞3的顶部设置燃烧室凹坑以及围绕燃烧室凹坑设置的活塞3的顶面，沿排气门座圈107的轴线至对应侧的进气门座圈106的轴线方向延伸且经过活塞3的轴线的平面为燃烧室的纵向对称面，蓬顶结构101与燃烧室的纵向对称面的交线为蓬顶结构101特征线，燃烧室凹坑与燃烧室的纵向对称面的交线为燃烧室凹坑特征线，蓬顶结构101特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6满足l6=（5%~10%）d，蓬顶结构101特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7满足l7=（5%~10%）d，其中，d为气缸体2的内腔直径，即蓬顶结构101特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6，以及，蓬顶结构101特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7数值相等或接近。
49.如图2所示，在本发明实施例中，气缸盖1的底面与气缸体2对应的位置的形状为蓬顶结构101与大于气缸体2的内腔直径0.5mm~1.5mm的圆柱面相交而成的形状，即圆柱面的直径d’=d+（0.5mm~1.5mm）。
50.本发明实施例提供了一种上述实施例所述的燃烧室的设计方法，该设计方法包括步骤：确定活塞3的燃烧室凹坑的开口尺寸以及发动机的目标压缩比。
51.预设气缸盖1的进气侧挤流面与气缸盖1的蓬顶结构101的纵向对称面的交线的长度l1，根据活塞3的燃烧室凹坑的开口尺寸以及预设的l1计算获取蓬顶结构101特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6。
52.调整进气门座圈106的高度h1以及第一弧形过渡面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r1，将蓬顶结构101的进气侧表面与水平面的夹角α调整至预设范围内。
53.预设气缸盖1的排气侧挤流面与气缸盖1的蓬顶结构101的纵向对称面的交线的长度l2，计算获取蓬顶结构101特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7，使l2与l1相等或者近似相等，使l7与l6相等或者近似相等。
54.调整排气门座圈107高度h2、第二弧形过渡面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r2以及蓬顶结构101特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7，使蓬顶结构101的排气侧表面与水平面的夹角β满足β=α+2
°
或者β≈α+2
°
。
55.调整蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞104的轴线之间的距离l3以及蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面之间的圆弧倒角面与蓬顶结构101的纵向对称面的交线的半径r3，确定蓬顶结构101的最高点位置；根据气缸盖1的进气侧挤流面与气缸盖1的蓬顶结构101的纵向对称面的交线的长度l1、气缸盖1的排气侧挤流面与气缸盖1的蓬顶结构101的纵向对称面的交线的长度l2、蓬顶结构101特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6以及蓬顶结构101特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7计算获取气缸盖1的底面与气缸体2对应的位置的形状的尺寸。
56.调节蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞104的放电端之间的距离l4，并进行仿真试验，在仿真试验过程中调节进气门座圈106的高度h1、排气门座圈107高度h2以及蓬顶结构101的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞104的放电端之间的距离l4，以确定火花塞104的点燃位置，仿真计算l3=0mm、1mm、3mm、5mm、7mm时，不同的h1与l3组合下的滚流比强度、进气流量系数。计算l4=2mm、3mm、4mm、5mm时，三维燃烧情况。
57.本发明实施例还提供了一种发动机，该发动机包括如上述实施例所述的燃烧室，由于上述该发动机采用了上述实施例中的燃烧室，因此该发动机的技术效果请参考上述实施例。
58.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。
59.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：
1.一种气缸盖，其特征在于，所述气缸盖的底面设置蓬顶结构，所述蓬顶结构的进气侧的进气道喉口内设置进气门座圈，所述蓬顶结构的排气侧的排气道喉口内设置排气门座圈，所述进气门座圈的轴线以及所述排气门座圈的轴线均垂直于所述气缸盖的底面；所述进气道喉口的底孔靠近所述排气道喉口的一侧与所述蓬顶结构的排气侧表面圆滑过渡连接，所述进气道喉口的底孔远离所述排气道喉口的一侧沿垂直于所述气缸盖的底面的方向向所述气缸盖的底面延伸以与进气门配合形成挡气结构；所述排气道喉口的底孔远离所述进气道喉口的一侧形成排气导流面，所述排气导流面与安装于所述排气门座圈内的排气门之间具有间隙以构成排气扩容结构。2.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述排气道喉口的底孔靠近所述进气道喉口的一侧开设于所述蓬顶结构的排气侧表面。3.根据权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述蓬顶结构的进气侧表面与水平面的夹角α满足4
°
≤α≤8
°
，所述蓬顶结构的排气侧表面与水平面的夹角β满足β=α+2
°
。4.根据权利要求1-3任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述排气导流面包括从所述排气门座圈开始向远离所述排气门座圈的轴线的方向倾斜设置的导流锥面以及连接于所述导流锥面的导流圆弧面，所述导流圆弧面垂直于所述气缸盖的底面，所述导流圆弧面向远离所述排气门座圈的轴线的方向拱起。5.根据权利要求1-3任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖设置有火花塞，所述火花塞的放电端从所述蓬顶结构伸出，与所述气缸盖配合的气缸体的轴线以及所述火花塞的轴线共线。6.根据权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖的底面还设置有进气侧挤流面以及排气侧挤流面，所述进气侧挤流面与所述蓬顶结构的进气侧表面连接，所述排气侧挤流面与所述蓬顶结构的排气侧表面连接，所述进气侧挤流面用于与活塞顶面配合形成进气侧挤流结构，所述排气侧挤流面用于与活塞顶面配合形成排气侧挤流结构。7.根据权利要求6所述的气缸盖，其特征在于，沿所述排气门座圈的轴线至对应侧的所述进气门座圈的轴线方向延伸且经过所述火花塞的轴线的平面为所述蓬顶结构的纵向对称面，所述进气侧挤流面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l1满足l1=（8%~10%）d，所述排气侧挤流面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l2满足l2=（8%~10%）d，其中，d为与所述气缸盖配合的气缸体的内腔直径。8.根据权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，沿所述排气门座圈的轴线至对应侧的所述进气门座圈的轴线方向延伸且经过所述火花塞的轴线的平面为所述蓬顶结构的纵向对称面，所述挡气结构与所述气缸盖的底面之间的所述蓬顶结构的进气侧表面为第一弧形过渡面，所述第一弧形过渡面向远离所述进气门座圈的方向拱起，所述第一弧形过渡面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r1满足r1≥10mm，所述排气扩容结构与所述气缸盖的底面之间的所述蓬顶结构的排气侧表面为第二弧形过渡面，所述第二弧形过渡面向远离所述排气门座圈的方向拱起，所述第二弧形过渡面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r2满足r2≥10mm。9.根据权利要求8所述的气缸盖，其特征在于，所述蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面之间通过圆弧倒角面连接，所述圆弧倒角面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r3满足r3＞30mm。
10.根据权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，所述蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与所述火花塞的轴线之间的距离l3满足0mm≤l3≤7mm。11.根据权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，所述蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与所述火花塞的放电端之间的距离l4满足2mm≤l4≤5mm。12.根据权利要求1-3及6-10任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述排气导流面与所述排气门的外圆面之间的最大距离l5满足3mm≤l5≤5mm。13.根据权利要求1-3及6-10任意一项所述的气缸盖，其特征在于，所述进气门座圈的底面与所述气缸盖的底面之间的距离为进气门座圈高度h1，所述进气门座圈高度h1满足h1≥10mm，所述排气门座圈的底面与所述气缸盖的底面之间的距离为排气门座圈高度h2，所述排气门座圈高度h2满足h2= h1-（2mm~4mm）。14.一种燃烧室，所述燃烧室由气缸体、设置于所述气缸体内的活塞以及位于所述气缸体上方的气缸盖围成，其特征在于，所述气缸盖为如权利要求1-13任意一项所述的气缸盖。15.根据权利要求14所述的燃烧室，其特征在于，所述活塞的顶部设置燃烧室凹坑以及围绕所述燃烧室凹坑设置的活塞的顶面，沿所述排气门座圈的轴线至对应侧的所述进气门座圈的轴线方向延伸且经过所述活塞的轴线的平面为所述燃烧室的纵向对称面，所述蓬顶结构与所述燃烧室的纵向对称面的交线为蓬顶结构特征线，所述燃烧室凹坑与所述燃烧室的纵向对称面的交线为燃烧室凹坑特征线，所述蓬顶结构特征线的进气侧端点与所述燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6满足l6=（5%~10%）d，所述蓬顶结构特征线的排气侧端点与所述燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7满足l7=（5%~10%）d，其中，d为所述气缸体的内腔直径。16.根据权利要求14所述的燃烧室，其特征在于，所述气缸盖的底面与所述气缸体对应的位置的形状为所述蓬顶结构与大于所述气缸体的内腔直径0.5mm~1.5mm的圆柱面相交而成的形状。17.一种燃烧室的设计方法，用于如权利要求15所述的燃烧室的设计，其特征在于，包括步骤：确定活塞的燃烧室凹坑的开口尺寸以及发动机的目标压缩比；预设气缸盖的进气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l1，根据活塞的燃烧室凹坑的开口尺寸以及预设的l1计算获取蓬顶结构特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6；调整进气门座圈的高度h1以及第一弧形过渡面与所述蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r1，将蓬顶结构的进气侧表面与水平面的夹角α调整至预设范围内；预设气缸盖的排气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l2，计算获取蓬顶结构特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7，使l2与l1相等或者近似相等，使l7与l6相等或者近似相等；调整排气门座圈高度h2、第二弧形过渡面与蓬顶结构的纵向对称面的交线的半径r2以及蓬顶结构特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7，使蓬顶结构的排气侧表面与水平面的夹角β满足β=α+2
°
或者β≈α+2
°
；调整蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞的轴线之间的距离l3以及蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面之间的圆弧倒角面与蓬顶结构的纵向对称面的交线
的半径r3，确定蓬顶结构的最高点位置；根据气缸盖的进气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l1、气缸盖的排气侧挤流面与气缸盖的蓬顶结构的纵向对称面的交线的长度l2、蓬顶结构特征线的进气侧端点与燃烧室凹坑特征线的进气侧端点之间的距离l6以及蓬顶结构特征线的排气侧端点与燃烧室凹坑特征线的排气侧端点之间的距离l7计算获取气缸盖的底面与气缸体对应的位置的形状的尺寸；调节蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞的放电端之间的距离l4，并进行仿真试验，在仿真试验过程中调节进气门座圈的高度h1、排气门座圈高度h2以及蓬顶结构的进气侧表面和排气侧表面的交线与火花塞的放电端之间的距离l4，以确定火花塞的点燃位置。18.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求14至16任意一项所述的燃烧室。

技术总结
本发明公开了一种气缸盖、燃烧室及其设计方法与发动机，该气缸盖的底面设置蓬顶结构，蓬顶结构设置轴线垂直于气缸盖的底面进气门座圈及排气门座圈；进气道喉口的底孔靠近排气道喉口的一侧与蓬顶结构的排气侧表面圆滑过渡连接，进气道喉口的底孔远离排气道喉口的一侧形成挡气结构；排气道喉口的底孔远离进气道喉口的一侧形成排气导流面，排气导流面与排气门之间具有间隙；上述气缸盖满足与同平台柴油机结构通用的设计要求，可增大滚流强度，排气扩容结构减小蓬顶结构对排气的影响，增加排气流量系数，提升发动机热效率，降低燃料消耗率，保证了发动机可靠性，也不会导致的发动机宽度增加，压缩整机布置空间的问题，有利于增加产品竞争力。品竞争力。品竞争力。


技术研发人员：李斌 李卫 王有治 闫珊珊
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/6