《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》是隆鑫通用動力股份有限公司於2011年9月19日申請的專利，該專利的申請號為2011102781806，公布號為CN102392750A，授權公布日為2012年3月28日，發明人是謝育明、陳宏波、劉兵。
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》公開了一種多球面燃燒室的缸頭及其汽油機，包括缸頭本體和設定於缸頭本體的進氣通道、排氣通道及火花塞安裝孔，缸頭本體內側形成燃燒室面，燃燒室面由三個球面依次相切形成，由底部到頂部依次為球面I、球面II和球面III，球面II的半徑大於球面I的半徑，球面III的半徑大於球面II的半徑；該發明利於燃燒氣的混合，進入的氣流會受到不同方向的阻力，使燃油混合氣能更好的形成紊流，燃燒更加充分，有效地提高汽油機功率；同時減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，降低燃油消耗率和排放，功率可提高200瓦左右，燃油消耗率降低5％左右，排放達到EPA3階段8克/千瓦·小時的標準；由此可見，該發明的汽油機功率提高和排放降低較為明顯。
2016年12月7日，《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：多球面燃燒室的缸頭及其汽油機
- 公布號：CN102392750A
- 授權日：2012年3月28日
- 申請號：2011102781806
- 申請日：2011年9月19日
- 申請人：隆鑫通用動力股份有限公司
- 地址：重慶市九龍坡區九龍園區華龍大道99號
- 發明人：謝育明、陳宏波、劉兵
- Int.Cl.：F02F1/30(2006.01)I；F02F1/42(2006.01)I；F02B23/08(2006.01)I；F01L1/18(2006.01)I；F01M9/10(2006.01)I
- 代理機構：北京海虹嘉誠智慧財產權代理有限公司
- 代理人：謝殿武
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
汽油機是用汽油作燃料的一種動力機械。由氣缸、曲柄連桿機構、配氣系統、供油系統、潤滑系統和點火系統等部分組成；氣缸頭設定有進氣通道和排氣通道，並與氣缸共同組成燃燒室面，因而，屬於汽油機較為重要的部件。汽油作為燃料與空氣的混合物在燃燒室內燃燒，產生大量的熱量，用於作為驅動能量。燃燒室的參數是保證汽油機高效運行的必要條件。
2011年9月前技術中，缸頭的燃燒室面普遍採用楔形結構，具有較大的面容同比，但是該結構有利於其它附屬結構的安裝，比如氣門組件；如果改變燃燒室面結構，則會影響進、排氣門組件的布置。為解決以上問題，出現了一種球形燃燒室結構，具有較小的面容比，對汽油機的性能具有較好的影響；然而，球形燃燒室由於表面平滑，不利於燃燒氣的混合，並且為了適應氣門的安裝會在燃燒室面出現形狀突變，影響混合、進氣和排氣，從而使球形燃燒室的優勢得不到充分發揮。
2011年9月前的進、排氣門組件的搖臂總成較普遍使用的結構為搖臂設有筒狀座並外套於搖臂軸與其可繞軸線轉動配合，而搖臂軸固定於搖臂座。該結構由於筒狀座與搖臂軸接觸面較大，且加工精度、安裝精度以及長時間摩擦的影響，長時間運行後會出現多方位晃動，導致進、排氣門組件關閉不嚴、不準和動作不順暢的問題，特別是對於球面燃燒室，該搖臂結構影響球面燃燒室的正常工作，無法發揮其優勢，不能適應於球面燃燒室的使用，影響汽油機的正常運行。
因此，需要對汽油機缸頭的燃燒室進行改進，具有更小面容比的燃燒室結構，利於燃燒氣的混合，提高汽油機的運行效率，節約燃料，降低排放。
發明內容
專利目的
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》提供一種多球面燃燒室的缸頭及其汽油機，具有更小面容比的燃燒室結構，利於燃燒氣的混合，提高汽油機的運行效率，節約燃料，降低排放。
技術方案
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》的多球面燃燒室的缸頭，包括缸頭本體和設定於缸頭本體的進氣通道、排氣通道及火花塞安裝孔，缸頭本體內側形成燃燒室面，所述燃燒室面由三個球面依次相切形成，由底部到頂部依次為球面I、球面II和球面III，所述球面II的半徑大於球面I的半徑，所述球面III的半徑大於球面II的半徑。
進一步，所述球面I、球面II和球面III所占燃燒室面比例按寬度為1:3:2；該比例的燃燒室面的汽油機動力試驗效率最高，排放最低，降低燃油消耗達到6.5％，汽油機功率提升比2011年9月前的的單一球面燃燒室超過200瓦。
進一步，所述缸頭本體上與進氣通道對應設有進氣門，與排氣通道對應設有排氣門，所述進氣門和排氣門分別設有搖臂，所述缸頭本體上與兩個搖臂一一對應設定有兩個搖臂座，所述兩個搖臂分別設有供對應的搖臂座頂部嵌入的嵌合槽，兩個搖臂分別由穿過嵌合槽兩側壁的搖臂軸單自由度鉸接於與其對應的搖臂座頂部形成以搖臂軸為支點的槓桿結構；通過搖臂上設有嵌合槽的結構鉸接搖臂，可以大大減小搖臂座的橫向尺寸，占有較小的空間，適用於小體積、小排量發動機使用，避免因為發動機缸頭面積小不適用於安裝固定搖臂座鉸接搖臂的結構；《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》的搖臂在運行過程中，其各個方向的竄動或晃動量小，保證進、排氣門組件關閉後密封性好，動作順暢，從而保證汽油機的正常運行，不會出現氣門開閉時受力與運行方向不一致的情況，保證密封效果，從而提高效率，節約能源，並節約布置空間，能有效的降低搖臂的故障率，降低維護成本；適應於進排氣的位置來合理布置搖臂，還利於保證氣門正時，保證配氣相位，從而提高性能和降低排放。
進一步，所述燃燒室面上位於進氣門的座圈周圍和位於排氣門的座圈周圍分別為與進氣門的座圈內端部和排氣門的座圈內端部平齊的平面；消除台階，減小對進氣和排氣的干擾，降低阻力，消除死角和形狀突變，保證混合氣體的充分燃燒，提高汽油機效率。
進一步，所述進氣門由底部至頂部向進氣通道側傾斜，排氣門由底部至頂部向排氣通道側傾斜；由於氣門斜置，可以使進排氣通道中間的鼻樑區更寬，利於冷卻，增加抗變形能力，配合以完全暢通的冷卻風道2，極大的提高了鼻樑區的冷卻效果，減小了缸頭在高溫下的變形，提高了可靠性；同時適應於多球面燃燒室，進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比2011年9月前結構燃燒室面小，便於組織進氣，提高進氣效率，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，增加缸內氣流擾動，加快燃燒；減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，利於提高汽油機功率，利於提高功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，保護環境；兩個搖臂軸沿徑向向內相對於缸頭本體安裝面向頂部傾斜設定，所述搖臂軸的傾斜角度與進氣門和排氣門的傾斜角度對應相同；傾斜設定的搖臂軸能夠適應於斜置氣門結構且適應於複合球面燃燒室的幾何形狀，利於保證搖臂帶動氣門動作的協調性和密封性。
進一步，所述進氣門軸線和排氣門軸線分別垂直於燃燒室面與其相交點的切面；也就是進氣門和排氣門的軸線相交於燃燒室面的徑向中心線，與燃燒室的進排氣方向相適應，減小阻力，增加汽油機的動力性。
進一步，所述缸頭本體上位於火花塞安裝孔側設有貫通的火花塞風冷通道；通過風冷使得火花塞以及缸體本身得到較好的冷卻，避免出現2011年9月前技術中火花塞由於高溫而降低使用壽命的問題。
進一步，所述缸頭本體外表面設有散熱片，所述散熱片延伸至排氣通道外壁；能夠有效降低排氣溫度，利於保護排氣系統內的尾氣處理部件，進一步降低排放，利於環保；
進一步，所述兩個搖臂上的嵌合槽均為通槽，兩個搖臂座的頂部通過與其對應的嵌合槽外露並分別設有貫通至搖臂軸的潤滑油孔。
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》還公開了一種套用多球面燃燒室的缸頭的汽油機，所述多球面燃燒室的缸頭安裝於汽油機。
有益效果
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》的多球面燃燒室的缸頭及其汽油機，採用多球面共同構成燃燒室面，相對於球面燃燒室來說，面容比進一步減小，提高汽油機工作效率，並且消除2011年9月前的一體球形結構不利於燃燒氣體的充分混合，降低混合率，影響燃燒和排放的弊端；並且多球面結構利於燃燒氣的混合，進入的氣流會受到不同方向的阻力，使燃油混合氣能更好的形成紊流，燃燒更加充分，有效的降低燃油消耗率，利於燃燒和降低CH+NO排放，增加汽油機動力；同時，採用多球面燃燒室面結構，使進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比其它結構燃燒室面小，有效的減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，有效地提高汽油機功率，進一步利於降低燃油消耗率和排放，功率可提高200瓦左右，燃油消耗率降低5％左右，排放達到EPA3階段8克/千瓦·小時的標準；由此可見，該發明的汽油機功率提高和排放降低較為明顯。
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》的缸頭用於汽油機，節約能源並降低消耗。
附圖說明
圖1為《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》缸頭燃燒室的結構示意圖；
圖2為該發明缸頭搖臂布置結構示意圖；
圖3為該發明搖臂座布置結構示意圖；
圖4為搖臂軸與搖臂座的配合橫向截面圖。
技術領域
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》涉及一種動力機部件及其套用，特別涉及一種汽油機部件及其套用。
權利要求
1.一種多球面燃燒室的缸頭，包括缸頭本體和設定於缸頭本體的進氣通道、排氣通道及火花塞安裝孔，缸頭本體內側形成燃燒室面，其特徵在於：所述燃燒室面由三個球面依次相切形成，由底部到頂部依次為球面I、球面II和球面III，所述球面II的半徑大於球面I的半徑，所述球面III的半徑大於球面II的半徑。
2.根據權利要求1所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述球面I、球面II和球面III所占燃燒室面比例按寬度為1:3:2。
3.根據權利要求1或2所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述缸頭本體上與進氣通道對應設有進氣門，與排氣通道對應設有排氣門，所述進氣門和排氣門分別設有搖臂，所述缸頭本體上與兩個搖臂一一對應設定有兩個搖臂座，所述兩個搖臂分別設有供對應的搖臂座頂部嵌入的嵌合槽，兩個搖臂分別由穿過嵌合槽兩側壁的搖臂軸單自由度鉸接於與其對應的搖臂座頂部形成以搖臂軸為支點的槓桿結構。
4.根據權利要求3所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述燃燒室面上位於進氣門的座圈周圍和位於排氣門的座圈周圍分別為與進氣門的座圈內端部和排氣門的座圈內端部平齊的平面。
5.根據權利要求4所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述進氣門由底部至頂部向進氣通道側傾斜，排氣門由底部至頂部向排氣通道側傾斜；兩個搖臂軸沿徑向向內相對於缸頭本體安裝面向頂部傾斜設定，所述搖臂軸的傾斜角度與進氣門和排氣門的傾斜角度對應相同。
6.根據權利要求5所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述進氣門軸線和排氣門軸線分別垂直於燃燒室面與其相交點的切面。
7.根據權利要求6所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述缸頭本體上位於火花塞安裝孔側設有貫通的火花塞風冷通道。
8.根據權利要求7所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述缸頭本體外表面設有散熱片，所述散熱片延伸至排氣通道外壁。
9.根據權利要求8所述的多球面燃燒室的缸頭，其特徵在於：所述兩個搖臂上的嵌合槽均為通槽，兩個搖臂座的頂部通過與其對應的嵌合槽外露並分別設有貫通至搖臂軸的潤滑油孔。
10.一種套用權利要求1至9任一權利要求所述的多球面燃燒室的缸頭的汽油機，其特徵在於：所述多球面燃燒室的缸頭安裝於汽油機。
實施方式
如圖所示：該實施例的多球面燃燒室的缸頭，包括缸頭本體1和設定於缸頭本體的進氣通道9、排氣通道5及火花塞安裝孔8，缸頭本體1內側形成燃燒室面7，所述燃燒室面從底部到頂部由三個球面依次相切形成，分別為球面Ia、球面IIb和球面IIIc，所述球面IIb的半徑大於球面Ia的半徑，所述球面IIIc的半徑大於球面IIb的半徑；球面半徑即是球面所構成的球體的半徑。
該實施例中，所述球面Ia、球面IIb和球面IIIc所占燃燒室面7比例按寬度為1:3:2；該比例的燃燒室面7的汽油機動力試驗效率最高，排放最低，降低燃油消耗達到6.5％，汽油機功率提升比2011年9月前的的單一球面燃燒室超過200瓦。
該實施例中，所述缸頭本體1上與進氣通道9對應設有進氣門11，與排氣通道5對應設有排氣門4，所述進氣門11和排氣門4分別設有搖臂（如圖所示的進氣門搖臂13和排氣門搖臂16），所述缸頭本體1上與兩個搖臂（進氣門搖臂13和排氣門搖臂16）一一對應設定有兩個搖臂座（進氣門搖臂座12和排氣門搖臂座17），所述兩個搖臂（進氣門搖臂13和排氣門搖臂16）分別設有供對應的搖臂座頂部嵌入的嵌合槽，兩個搖臂（進氣門搖臂13和排氣門搖臂16）分別由穿過嵌合槽兩側壁的搖臂軸（進氣門搖臂軸14和排氣門搖臂軸15）單自由度鉸接於與其對應的搖臂座（進氣門搖臂座12和排氣門搖臂座17）頂部，形成以搖臂軸（進氣門搖臂軸14和排氣門搖臂軸15）為支點的槓桿結構，如圖所示，兩個槓桿結構的動力點由各自對應的頂桿驅動，兩個槓桿結構的阻力點分別對套用於開啟或關閉進氣門11或排氣門4，形成穩定的驅動結構，為減小轉動阻力，所述兩個搖臂（進氣門搖臂13和排氣門搖臂16）上的嵌合槽均為通槽，兩個搖臂座（進氣門搖臂座12和排氣門搖臂座17）的頂部通過與其對應的嵌合槽外露並分別設有貫通至搖臂軸的潤滑油孔（圖中為進氣搖臂座潤滑油孔18和排氣搖臂座潤滑油孔19）；所述進氣門搖臂座12和排氣門搖臂座17上的潤滑油孔（進氣搖臂座潤滑油孔18和排氣搖臂座潤滑油孔19）用於使潤滑油進入進氣門搖臂軸14和排氣門搖臂軸15與進氣門搖臂座12和排氣門搖臂座17之間的摩擦面，減小摩擦係數，增大搖臂的運行精度和穩定性；通過搖臂上設有嵌合槽的結構鉸接搖臂，可以大大減小搖臂座的橫向尺寸，占有較小的空間，適用於小體積、小排量發動機使用，避免因為發動機缸頭面積小不適用於安裝固定搖臂座鉸接搖臂的結構；《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》的搖臂在運行過程中，其各個方向的竄動或晃動量小，能有效的降低搖臂的故障率，降低維護成本；適應於進排氣的位置來合理布置搖臂，還利於保證氣門正時，保證配氣相位，從而提高性能和降低排放；
該實施例中，所述燃燒室面7上位於進氣門11的座圈10周圍和位於排氣門4的座圈3周圍分別為與進氣門11的座圈10內端部和排氣門4的座圈3內端部平齊的平面；消除台階，減小對進氣和排氣的干擾，降低阻力，消除死角和形狀突變，保證混合氣體的充分燃燒，提高汽油機效率。
該實施例中，所述進氣門11由底部至頂部向進氣通道9側傾斜，排氣門4由底部至頂部向排氣通道5側傾斜，形成斜置氣門結構；由於氣門斜置，可以使進排氣通道中間的鼻樑區更寬，利於冷卻，增加抗變形能力，配合以完全暢通的冷卻風道2，極大的提高了鼻樑區的冷卻效果，減小了缸頭在高溫下的變形，提高了可靠性；同時適應於多球面燃燒室，進排氣門與進排氣氣道之間的夾角比2011年9月前結構燃燒室面小，便於組織進氣，提高進氣效率，便於在氣缸內組織進氣滾流和進氣渦流，增加缸內氣流擾動，加快燃燒；減小進排氣的阻力，使進排氣更順暢，利於提高汽油機功率，利於提高功率，降低燃油消耗，降低尾氣排放，保護環境；兩個搖臂軸（進氣門搖臂軸14和排氣門搖臂軸15）沿徑向向內相對於缸頭本體安裝面向頂部傾斜設定，沿徑向向內是指由缸頭的周圍向其徑向中心線的方向；所述搖臂軸（進氣門搖臂軸14和排氣門搖臂軸15）的傾斜角度與進氣門和排氣門的傾斜角度對應相同；傾斜設定的搖臂軸能夠適應於斜置氣門結構且適應於複合球面燃燒室的幾何形狀，利於保證搖臂帶動氣門動作的協調性和密封性。
該實施例中，所述進氣門11軸線和排氣門4軸線分別垂直於燃燒室面7與其相交點的切面；也就是進氣門11和排氣門4的軸線相交於燃燒室面的徑向中心線，與燃燒室的進排氣方向相適應，減小阻力，增加汽油機的動力性。
該實施例中，所述缸頭本體1上位於火花塞安裝孔8側設有貫通的火花塞風冷通道2；通過風冷使得火花塞以及缸體本身得到較好的冷卻，避免出現2011年9月前技術中火花塞由於高溫而降低使用壽命的問題。
該實施例中，所述缸頭本體1外表面設有散熱片6，所述散熱片6延伸至排氣通道5外壁；能夠有效降低排氣溫度，利於保護排氣系統內的尾氣處理部件，進一步降低排放，利於環保。
《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》還公開了一種套用多球面燃燒室的缸頭的汽油機，所述多球面燃燒室的缸頭安裝於汽油機，所述汽油機套用於機車或通用機械，通用機械包括泵、風機、壓縮機、減變速機、發電機等等。
榮譽表彰
2016年12月7日，《多球面燃燒室的缸頭及其汽油機》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
