ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА И ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2021 года по МПК F02B31/04 F02F1/42 F02B43/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области двигателей и, в частности, к головке цилиндра и газовому двигателю.

Уровень техники

С развитием технологии газовых двигателей все больше и больше изготовителей разрабатывают и конструируют газовые двигатели на основе дизельных двигателей. Из-за особенностей режима сгорания в дизельных двигателях, впускной канал в головке цилиндра должен организовать воздушный поток, чтобы создать достаточный вихрь во время процесса впуска. Схема впускного потока обычной головки цилиндра дизельного двигателя показана на фиг. 1. Впускной воздушный поток входит в впускной канал 02 вдоль направления 04 впуска, и затем входит в цилиндр 01 через впускное отверстие. Так как впускной канал 02 представляет собой тангенциальный и спиральный воздушный впускной канал, направление впускного воздуха соответствует направлению образования вихря, что очень полезно для впускного воздуха, чтобы создавать вихрь в цилиндре 01, и направление движения вихря показано на схеме 03 вихря на фиг. 1.

Однако газовый двигатель не нуждается в чрезмерном вихре, а требует организации вертикального вихревого потока. Газовый двигатель может достичь цели оптимизации сгорания за счет эффективного создания вертикального вихревого потока. Вихрь относится к организованному вихревому движению газа вокруг оси цилиндра, а вертикальный вихрь относится к вихревому движению, в котором центральная ось вращения и центральная ось гильзы цилиндра являются перпендикулярными.

Поэтому вопрос, как способствовать созданию вертикального вихревого потока, требуемого газовым двигателем, посредством проектирования конструкции на основе существующего дизельного двигателя, представляет собой техническую проблему, которую необходимо решить специалистам в этой области техники.

Сущность изобретения

С учетом этого целью настоящего изобретения является создание головки цилиндра для изменения конструкции впускного канала в головке цилиндра на основе существующего дизельного двигателя таким образом, что газ, входящий в цилиндр, создает эффект вертикального вихря, требуемый газовым двигателем. Еще одной целью настоящего изобретения является создание газового двигателя, включающего в себя приведенную выше головку цилиндра.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются следующие технические решения:

Головка цилиндра включает в себя впускное отверстие и впускной канал, кольцо седла клапана обеспечено на внутренней окружности впускного отверстия, участок впускного канала, расположенный рядом с впускным отверстием, представляет собой создающий вертикальный вихрь канал, и направление прохождения создающего вертикальный вихрь канала является наклонным относительно нижней поверхности головки цилиндра, поверхность нижней стороны создающего вертикальный вихрь канала представляет собой направляющую поверхность вертикального вихря, и нижний конец направляющей поверхности вертикального вихря образует создающий вертикальный вихрь острый угол, расположенный над кольцом седла клапана, и проекция создающего вертикальный вихрь острого угла на круговую поверхность верхнего конца кольца седла клапана вдоль осевого направления впускного отверстия представляет собой проекцию острого угла, проекция острого угла представляет собой выступающую область, выступающую от края круговой поверхности верхнего конца кольца седла клапана к центру впускного клапана в радиальном направлении, и ширина средней части проекции острого угла превышает ширину обоих ее концов.

Предпочтительно, проекция острого угла представляет собой область в форме полумесяца с вогнутой стороной, обращенной к центру впускного клапана.

Предпочтительно, создающий вертикальный вихрь острый угол включает в себя верхнюю направляющую поверхность и нижнюю поверхность обработки, причем нижняя поверхность обработки представляет собой поверхность обработки в форме поверхности вращения, окружающей ось обработки, ось обработки и ось кольца седла клапана являются соосными, параллельными или наклонными относительно друг друга, и образующая поверхности обработки в форме поверхности вращения представляет собой прямую линию, ломаную линию или кривую.

Предпочтительно, поверхность обработки в форме поверхности вращения представляет собой коническую поверхность обработки, ось обработки конической поверхности обработки соосна с осью кольца седла клапана, и вершина конической поверхности обработки расположена над кольцом седла клапана.

Предпочтительно, угол при вершине конуса конической поверхности обработки составляет от 60 градусов до 160 градусов.

Предпочтительно, максимальное проточное отверстие, образованное поверхностью обработки в форме поверхности вращения на круговой поверхности верхнего конца кольца седла клапана, представляет собой теоретическое впускное проточное отверстие, и эквивалентный диаметр теоретического впускного проточного отверстия составляет 85%-100% от минимального диаметра уплотнительной поверхности кольца седла клапана.

Предпочтительно, площадь проекции острого угла составляет 15%-50% от площади теоретического впускного проточного отверстия.

Предпочтительно, соединительная линия между средней точкой соединительной линии между двумя концами проекции острого угла и центром впускного клапана представляет собой линию направления острого угла, и угол, заключенный между соединительной линией между центром впускного клапана и центром выпускного клапана и линией направления острого угла представляет собой угол направления острого угла, который находится в диапазоне от 0 до 45 градусов.

Предпочтительно, угол дуги, перекрываемый проекцией острого угла на круговой поверхности верхнего конца кольца седла клапана, составляет от 90 градусов до 220 градусов.

Предпочтительно, направляющая поверхность вертикального вихря имеет опускающуюся вниз направляющую поверхность, которая расположена выше по потоку от создающего вертикальный вихрь острого угла и углубляется в направлении нижней поверхности головки цилиндра.

Предпочтительно, впускной канал включает в себя прямой канал, криволинейный переходной канал и создающий вертикальный вихрь канал, которые последовательно сообщаются вдоль направления впуска, причем криволинейный переходной канал проходит от прямого канала до создающего вертикальный вихрь канала, и максимальное расстояние от нижней стороны криволинейного переходного канала до нижней поверхности головки цилиндра составляет более 0,25 от диаметра гильзы цилиндра.

Принцип работы настоящего изобретения заключается в следующем:

когда цилиндр двигателя осуществляет всасывание, впускной клапан открывается, и когда впускной воздушный поток в впускном канале проходит через создающий вертикальный вихрь канал, направление впуска наклонено относительно нижней поверхности головки цилиндра и направлено в впускное отверстие. Когда впускной воздушный поток вводится в впускное отверстие, некоторая часть воздушного потока сжимается в направлении выпускного клапана из-за создающего вертикальный вихрь острого угла, тем самым увеличивая воздушный поток в направлении стороны выпускного клапана и уменьшая воздушный поток на стороне впуска. Воздушный поток на обеих сторонах образует большое вертикальное вихревое движение после входа в цилиндр, тем самым удовлетворяя потребностям сгорания газового двигателя.

Таким образом, на основе существующего дизельного двигателя настоящее изобретение предлагает создающий вертикальный вихрь канал ниже по потоку впускного канала и создающий вертикальный вихрь острый угол на нижнем конце создающего вертикальный вихрь канала, так что впускной воздушный поток может создавать эффект вертикального вихря, требуемый газовым двигателем. При этом только конструкцию впускного канала головки цилиндра существующего дизельного двигателя необходимо модифицировать в соответствии с настоящим изобретением, что значительно уменьшает стоимость модификации и проектирования изделия и улучшает осуществимость изделия.

Дополнительно, в конце такта сжатия двигателя вертикальный вихревой поток в цилиндре сталкивается с небольшой турбулентностью, что заставляет газ генерировать более высокую турбулентную кинетическую энергию, тем самым увеличивая скорость распространения пламени, удовлетворяя потребностям сгорания газового двигателя, и улучшая термический КПД газового двигателя.

Настоящее изобретение дополнительно предлагает газовый двигатель, включающий в себя приведенную выше головку цилиндра. Полезные эффекты, создаваемые газовым двигателем, по существу аналогичны процессу получения полезных эффектов, создаваемых описанной выше головкой цилиндра, поэтому их описание можно здесь не повторять.

Краткое описание чертежей

Для более ясной иллюстрации технических решений в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения или обычной технологии, чертежи, используемые в описании обычной технологии или вариантов осуществления, кратко описываются ниже. Очевидно, что описываемые ниже чертежи представляют собой только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и другие чертежи могут быть получены специалистами в этой области техники на основе этих чертежей без каких-либо творческих усилий. На чертежах:

Фиг. 1 - схематический вид, иллюстрирующий впускной воздушный поток в головке цилиндра обычного дизельного двигателя;

Фиг. 2 - вид в продольном разрезе головки цилиндра в частном варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - частичный вид в увеличенном масштабе создающего вертикальный вихрь острого угла в впускном канале в частном варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - вид снизу нижней поверхности головки цилиндра в частном варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 - схематический вид, иллюстрирующий положение соединительной линии между двумя концами проекции острого угла в впускном отверстии в частном варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 - схематический вид, иллюстрирующий положение проекции острого угла в теоретическом впускном проточном отверстии в частном варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 - схематический вид, иллюстрирующий результаты испытания моделированием установившегося потока обычного газового двигателя; и

Фиг. 8 - схематический вид, иллюстрирующий результаты испытания моделированием установившегося потока в частном варианте осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 ссылочной позицией 01 обозначен цилиндр; 02 - впускной канал; 03 - схема вихря; а 04 - направление впуска.

На фиг. 2-8 используются следующие ссылочные позиции:

1 - основная часть головки цилиндра;

2 - впускной канал;

3 - нижняя поверхность головки цилиндра;

4 - кольцо седла клапана;

5 - круговая поверхность на верхнем конце кольца седла клапана;

6 - направляющий канал впускного клапана;

7 - поверхность обработки в форме поверхности вращения: средство обработки по окружности в процессе обработки головки цилиндра удаляет часть материала основной части 1 головки цилиндра, чтобы сформировать создающий вертикальный вихрь острый угол 9;

8 - впускное отверстие;

9 - создающий вертикальный вихрь острый угол: выступающая структура, образованная направляющей поверхностью 22 вертикального вихря и поверхностью 7 обработки в форме поверхности вращения для создания вертикального вихревого потока во время процесса впуска воздуха;

10 - выпускное отверстие;

11 - центр выпускного клапана;

12 - соединительная линия между центром впускного клапана и центром выпускного клапана;

13 - линия направления острого угла: соединительная линия между средней точкой соединительной линии между двумя концами проекции острого угла и центром впускного клапана;

14 - соединительная линия между двумя концами проекции острого угла;

15 - проекция острого угла: проекция создающего вертикальный вихрь острого угла 9 вдоль осевого направления впускного отверстия 8 на круговую поверхность 5 на верхнем конце кольца седла клапана;

16 - теоретическое впускное проточное отверстие, в котором его эквивалентный диаметр составляет D2, а его общая площадь составляет S3;

21 - создающий вертикальный вихрь канал;

22 - направляющая поверхность вертикального вихря: нижняя сторона создающего вертикальный вихрь канала 21;

23 - опускающаяся вниз направляющая поверхность; и

100 - схема вертикального вихря.

Подробное описание изобретения

Технические решения вариантов осуществления настоящего изобретения будут ясно и полностью описаны ниже с использованием чертежей вариантов осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описываемые далее варианты осуществления представляют собой только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, а не все варианты осуществления. На основе вариантов осуществления настоящего раскрытия все другие варианты осуществления, сделанные специалистами в этой области техники без каких-либо творческих усилий, попадают в объем защиты настоящего раскрытия.

Обращаясь к фиг. 2-6, на фиг. 2 представлен вид в продольном разрезе головки цилиндра в частном варианте осуществления настоящего изобретения, на фиг. 3 представлен частичный вид в увеличенном масштабе создающего вертикальный вихрь острого угла в впускном канале в частном варианте осуществления настоящего изобретения, на фиг. 4 представлен вид снизу нижней поверхности головки цилиндра в частном варианте осуществления настоящего изобретения, на фиг. 5 представлен схематический вид, иллюстрирующий положение соединительной линии между двумя концами проекции острого угла в впускном отверстии в частном варианте осуществления настоящего изобретения, на фиг. 6 представлен схематический вид, иллюстрирующий положение проекции острого угла в теоретическом впускном проточном отверстии в частном варианте осуществления настоящего изобретения.

Настоящее изобретение предлагает головку цилиндра. Основная часть 1 головки цилиндра включает в себя впускное отверстие 8 и впускной канал 2, и кольцо 4 седла клапана обеспечено на внутренней окружности впускного отверстия 8. Участок впускного канала 2, расположенный рядом с впускным отверстием 8, представляет собой создающий вертикальный вихрь канал 21, и направление прохождения создающего вертикальный вихрь канала 21 является наклонным относительно нижней поверхности 3 головки цилиндра, поверхность нижней стороны создающего вертикальный вихрь канала 21 представляет собой направляющую поверхность 22 вертикального вихря, и нижний конец направляющей поверхности 22 вертикального вихря образует создающий вертикальный вихрь острый угол 9, расположенный над кольцом 4 седла клапана. Проекция создающего вертикальный вихрь острого угла 9 на круговую поверхность верхнего конца кольца 4 седла клапана вдоль осевого направления впускного отверстия 8 определяется как проекция 15 острого угла, и проекция 15 острого угла представляет собой выступающую область, выступающую к центру впускного клапана от края круговой поверхности верхнего конца кольца 4 седла клапана в радиальном направлении. В этом описании круговая поверхность верхнего конца кольца 4 седла клапана представляет собой круговую поверхность 5 на верхнем конце кольца седла клапана на фиг. 3, и центр впускного клапана соосен с центром круговой поверхности 5 на верхнем конце кольца седла клапана. Ширина средней части проекции 15 острого угла больше, чем ширина ее двух концов, то есть радиальный размер средней части проекции 15 острого угла на круговой поверхности верхнего конца кольца 4 седла клапана больше, чем радиальный размер обоих концов проекции 15 острого угла на круговой поверхности верхнего конца кольца 4 седла клапана.

Дополнительно, предлагаемая настоящим изобретением головка цилиндра далее включает в себя два выпускных клапана, два выпускных отверстия 10 и два выпускных канала, и расположение выпускных отверстий 10 и центров 11 выпускных клапанов показано на фиг. 4. Впускной клапан установлен в направляющем канале 6 впускного клапана, и установлен вместе с кольцом 4 седла клапана впускного отверстия 8 для обеспечения впуска воздуха.

Принцип работы настоящего изобретения заключается в следующем:

когда цилиндр двигателя осуществляет всасывание, впускной клапан открывается, и когда впускной воздушный поток в впускном канале 2 проходит через создающий вертикальный вихрь канал 21, направление впуска наклонено относительно нижней поверхности 3 головки цилиндра и направлено в впускное отверстие 8. Когда впускной воздушный поток вводится в впускное отверстие 8, некоторая часть воздушного потока сжимается в направлении выпускного клапана из-за создающего вертикальный вихрь острого угла 9, тем самым увеличивая воздушный поток к выпускному клапану и уменьшая воздушный поток на впускном клапане. Воздушный поток на обеих сторонах образует большое вертикальное вихревое движение после входа в цилиндр, тем самым удовлетворяя потребностям сгорания газового двигателя. Эффект вертикального вихря показан на схеме 100 вертикального вихря на фиг. 2.

Следует отметить, что в этом решении функция создающего вертикальный вихрь острого угла 9 состоит в том, чтобы сжимать часть воздушного потока к выпускному клапану перед входом в впускное отверстие 8. Создающий вертикальный вихрь острый угол 9, который может реализовать приведенные выше функции, может быть выполнен в различных конструктивных формах. Например, край одной стороны, обращенный к центру впускного клапана, создающего вертикальный вихрь острого угла 9 имеет дугообразную, прямолинейную, ломаную или другую криволинейную форму. Предпочтительно, проекция 15 острого угла в этом решении представляет собой область в форме полумесяца с вогнутой стороной, обращенной к центру впускного клапана, как показано на фиг. 6. В этой конструкции край одной стороны создающего вертикальный вихрь острого угла 9, обращенный к центру впускного клапана, в частности выполнен в форме вогнутой дуги, и оба конца проекции 15 острого угла соединены с круговой поверхностью верхнего конца кольца 4 седла клапана в точках P1 и P2 пересечения.

Следует отметить, что создающий вертикальный вихрь острый угол 9 в частности включает в себя верхнюю направляющую поверхность и нижнюю поверхность обработки, и соединение между верхней направляющей поверхностью и нижней поверхностью обработки представляет собой край создающего вертикальный вихрь острого угла 9, выступающий в направлении центра впускного клапана, и нижняя поверхность обработки представляет собой поверхность обработки, сформированную посредством удаления части материала основной части 1 головки цилиндра средством обработки создающего вертикальный вихрь острого угла. Средства обработки создающего вертикальный вихрь острого угла могут в частности использовать литье, обработку резанием по окружности и т.д. В соответствии с различными конструкциями создающих вертикальный вихрь острых углов 9, нижняя поверхность обработки может быть в частности выполнена в виде поверхности обработки в форме поверхности вращения, соединенных последовательно множества плоскостей или других криволинейных поверхностных структур и т.д. Предпочтительно, нижняя поверхность обработки в этом решении представляет собой поверхность 7 обработки в форме поверхности вращения, окружающей ось обработки, ось обработки может быть соосной, параллельной или наклонной относительно оси кольца 4 седла клапана, образующая поверхности 7 обработки в форме поверхности вращения представляет собой прямую линию, ломаную линию или кривую. После удаления части материала основной части 1 головки цилиндра поверхность 7 обработки в форме поверхности вращения образует создающий вертикальный вихрь острый угол 9.

Следует отметить, что, в соответствии с различными формами образующей, поверхность 7 обработки в форме поверхности вращения может быть в частности выполнена в виде различных конических поверхностных структур. Предпочтительно, поверхность 7 обработки в форме поверхности вращения в этом решении представляет собой коническую поверхность обработки, ось обработки конической поверхности обработки соосна с осью кольца 4 седла клапана, и вершина конической поверхности обработки расположена над кольцом 4 седла клапана, как показано на фиг. 2 и фиг. 3. Конкретная форма создающего вертикальный вихрь острого угла 9 зависит от угла при вершине конуса конической поверхности обработки. Чем больше угол при вершине конуса, чем острее создающий вертикальный вихрь острый угол 9. Предпочтительно, угол α при вершине конуса конической поверхности обработки в этом решении находится в диапазоне от 60 градусов до 160 градусов, и в пределах этого диапазона может быть обеспечено, что создающий вертикальный вихрь острый угол 9 имеет достаточно острый угол, чтобы дополнительно усилить резкое изменение скорости потока и эффект сжатия в впускном воздушном потоке.

Следует отметить, что максимальное проточное отверстие, образованное поверхностью 7 обработки в форме поверхности вращения на круговой поверхности верхнего конца кольца 4 седла клапана, представляет собой теоретическое впускное проточное отверстие 16, то есть проекция кругового профиля, образованного дном конуса поверхности 7 обработки в форме поверхности вращения после удаления материала основной части 1 головки цилиндра на круговой поверхности 5 на верхнем конце кольца седла клапана, вдоль осевого направления впускного отверстия 8 образует теоритическое впускное проточное отверстие 16. Когда ось обработки поверхности 7 обработки в форме поверхности вращения соосна с осью кольца 4 седла клапана или параллельна оси кольца 4 седла клапана, теоретическое впускное проточное отверстие 16 представляет собой круглое проточное отверстие. Когда ось обработки поверхности 7 обработки в форме поверхности вращения и ось кольца 4 седла клапана наклонены относительно друг друга, теоретическое впускное проточное отверстие 16 представляет собой эллиптическое проточное отверстие. Эквивалентный диаметр теоретического впускного проточного отверстия 16 составляет D2, и минимальный диаметр уплотнительной поверхности кольца 4 седла клапана составляет D1. В этом решении соотношение между D2 и D1 является следующим: D2=85%D-100%D1. Когда D2 составляет 85%-100% от D1, пропускная способность и эффект вертикального вихря могут быть сбалансированы, то есть может быть достигнут явный эффект вертикального вихря, при этом обеспечивается минимальное влияние на пропускную способность.

Обращаясь к фиг. 6, общая площадь теоретического впускного проточного отверстия 16 составляет S3, и площадь проекции 15 острого угла составляет S1. Так как создающий вертикальный вихрь острый угол 9 препятствует прохождению через него части воздушного потока, площадь отверстия на нижнем конце создающего вертикальный вихрь канала 21 для фактического воздушного потока (т.е. площадь S2 фактического впускного проточного отверстия, показанная заштрихованной областью на фиг. 6) равна общей площади S3 теоретического впускного проточного отверстия 16 минус площадь S1 проекции 15 острого угла, то есть соотношение между S1, S2 и S3 удовлетворяет: S3=S1+S2.

Чем больше площадь проекции 15 острого угла, тем более явным будет эффект от создающего вертикальный вихрь острого угла 9 по блокированию воздушного потока, тем самым будет больше степень сжатия воздушного потока, то есть будет более явным увеличение скорости воздушного потока и больше интенсивность создаваемого вертикального вихревого потока. Для того, чтобы сбалансировать эффект вертикального вихря с пропускной способностью канала, в этом решении площадь S1 проекции 15 острого угла составляет от 15% до 50% от площади S3 теоретического впускного проточного отверстия 16, то есть между S1 и S3: S1/S3=0,15-0,5.

Предпочтительно, соединительная линия между средней точкой соединительной линии 14 между двумя концами проекции острого угла (как показано на фиг. 5 и фиг. 6, соединительная линия между точками P1 и P2 пересечения) и центром впускного клапана представляет собой линию 13 направления острого угла, и угол, заключенный между соединительной линией 12 между центром впускного клапана и центром выпускного клапана и линией 13 направления острого угла представляет собой угол β направления острого угла, как показано на фиг. 4. В этом решении угол β направления острого угла находится в диапазоне от 0 до 45 градусов. При таких параметрах край выпуклой стороны создающего вертикальный вихрь острого угла 9 может быть расположен в направлении соседнего выпускного клапана, тем самым управляя большим вертикальным вихревым движением для максимально возможного заполнения всего цилиндра. Соединительная линия 12 между центром впускного клапана и центром выпускного клапана представляет собой соединительную линию между центром впускного клапана и центром 11 выпускного клапана, как показано на фиг. 4.

Предпочтительно, угол Θ дуги, перекрываемый проекцией 15 острого угла на круговой поверхности верхнего конца кольца 4 седла клапана, составляет 90 градусов-220 градусов. Этот параметр определяет размер перекрытия создающим вертикальный вихрь острым углом 9 в впускном канале 2.

Предпочтительно, направляющая поверхность 22 вертикального вихря имеет опускающуюся вниз направляющую поверхность 23, которая расположена выше по потоку от создающего вертикальный вихрь острого угла 9 и углубляется в направлении нижней поверхности 3 головки цилиндра. Когда впускной воздушный поток проходит через создающий вертикальный вихрь канал 21, опускающаяся вниз направляющая поверхность 23 заставляет воздушный поток образовать вертикальный вихрь, и после того, как имеющий вертикальное вихревое движение воздушный поток дополнительно сжимается создающим вертикальный вихрь острым углом 9, интенсивность вертикального вихря увеличивается, и в конечном итоге эффект вертикального вихря создается в цилиндре. Так как углубленная опускающаяся вниз направляющая поверхность 23 может влиять на пропускную способность, глубина углубления опускающейся вниз направляющей поверхности 23 здесь является относительно небольшой.

Следует отметить, что пересечение между проекцией внешней окружности кольца 4 седла клапана вверх вдоль ее собственного осевого направления и опускающейся вниз направляющей поверхностью 23, то есть пересечение между цилиндрической поверхностью, где расположена внешняя окружность кольца 4 седла клапана, и опускающейся вниз направляющей поверхностью 23, представляет собой характеристическую линию глубины углубления опускающейся вниз направляющей поверхности. Предпочтительно, в этом решении минимальное расстояние (расстояние LD, показанное на фиг. 2) от характеристической линии глубины углубления опускающейся вниз направляющей поверхности до нижней поверхности 3 головки цилиндра составляет больше 9% от диаметра гильзы цилиндра.

Следует отметить, что впускной канал 2 включает в себя прямой канал, криволинейный переходной канал и создающий вертикальный вихрь канал 21, которые последовательно сообщаются вдоль направления впуска, причем криволинейный переходной канал проходит от прямого канала до создающего вертикальный вихрь канала 21. Для обеспечения того, что впускной канал 2 имеет достаточную пропускную способность, предпочтительно в этом решении максимальное расстояние L от нижней стороны криволинейного переходного канала до нижней поверхности 3 головки цилиндра составляет больше, чем 0,25 от диаметра гильзы цилиндра, и чем больше расстояние L, тем лучше пропускная способность впускного канала 2, тем самым обеспечивая, что пропускная способность впуска для воздуха не уменьшается.

Таким образом, на основе существующего дизельного двигателя настоящее изобретение предлагает создающий вертикальный вихрь канал 21 ниже по потоку впускного канала 2 и создающий вертикальный вихрь острый угол 9 на нижнем конце создающего вертикальный вихрь канала 21, так что впускной воздушный поток может создать определенную интенсивность эффекта вертикального вихря, требуемого газовым двигателем. При этом только конструкцию впускного канала головки цилиндра существующего дизельного двигателя необходимо модифицировать в соответствии с настоящим изобретением, что значительно уменьшает стоимость модификации и проектирования изделия, что обеспечивает возможность изготовления головок цилиндра газовых двигателей и головок цилиндра дизельных двигателей на одной и той же производственной линии и улучшает осуществимость и конкурентоспособность изделия.

Дополнительно, в конце такта сжатия двигателя, вертикальный вихревой поток в цилиндре сталкивается с небольшой турбулентностью, что заставляет газ генерировать более высокую турбулентную кинетическую энергию, тем самым увеличивая скорость распространения пламени, удовлетворяя потребностям сгорания газового двигателя, и улучшая термический КПД газового двигателя.

Обращаясь к фиг. 7 и 8, на фиг. 7 представлен схематический вид, иллюстрирующий результаты испытания моделированием установившегося потока обычного газового двигателя, а на фиг. 8 представлен схематический вид, иллюстрирующий результаты испытания моделированием установившегося потока в частном варианте осуществления настоящего изобретения. Круговые области на фиг. 7 и 8 отображают области поперечного сечения экспериментальных наблюдений, которые представляют собой в частности круговые области поперечного сечения, вырезанные круговым окном наблюдения вблизи нижней поверхности 3 головки цилиндра в продольном сечении цилиндра, и множество небольших стрелок в круговых областях отображают форму потока газа. Путем сравнения можно увидеть, что настоящее изобретение обеспечивает формирование воздушным потоком очень явного вертикального воздушного потока в цилиндре, тогда как существующее решение не формирует эффективного вертикального вихревого потока в той же позиции.

Настоящее изобретение дополнительно предлагает газовый двигатель, включающий в себя описанную выше головку цилиндра. Процесс получения полезных эффектов, создаваемых газовым двигателем, по существу аналогичен процессу получения полезных эффектов, создаваемых описанной выше головкой цилиндра, поэтому его описание можно здесь не повторять.

Приведенное выше описание раскрываемых вариантов осуществления позволяет специалистам в этой области техники реализовать или применить настоящее изобретение. Различные модификации вариантов осуществления очевидны для специалистов в этой области техники, и общий принцип, изложенный в данном документе, может быть реализован в других вариантах осуществления, не выходя за пределы сущности или объема настоящего изобретения. Тем самым настоящее изобретение не ограничивается описанными здесь вариантами осуществления и будет соответствовать самому широкому объему, согласующемуся с раскрытыми здесь принципом и новыми признаками.

Изобретение может быть использовано в газовых двигателях. Головка цилиндра содержит впускное отверстие (8) и впускной канал (2). На внутренней окружности впускного отверстия (8) расположено кольцо (4) седла клапана. Участок впускного канала (2), расположенный вблизи впускного отверстия (8), представляет собой создающий вертикальный вихрь канал (21). Направление прохождения создающего вертикальный вихрь канала (21) является наклонным относительно нижней поверхности (3) головки цилиндра. Поверхность нижней стороны создающего вертикальный вихрь канала (21) представляет собой направляющую поверхность (22) вертикального вихря. Нижний конец направляющей поверхности (22) вертикального вихря образует создающий вертикальный вихрь острый угол (9), расположенный над кольцом (4) седла клапана. Проекция создающего вертикальный вихрь острого угла (9) на круговую поверхность верхнего конца кольца (4) седла клапана вдоль осевого направления впускного отверстия (8) представляет собой проекцию острого угла. Проекция острого угла представляет собой выступающую область, которая выступает от края круговой поверхности верхнего конца кольца (4) седла клапана к центру впускного клапана в радиальном направлении. Ширина средней части проекции острого угла превышает ширину обоих концов проекции острого угла. Раскрыт газовый двигатель, содержащий головку цилиндра. Технический результат заключается в создании вертикального вихревого потока. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Головка цилиндра, содержащая впускное отверстие (8) и впускной канал (2), при этом на внутренней окружности впускного отверстия (8) расположено кольцо (4) седла клапана, причем участок впускного канала (2), расположенный вблизи впускного отверстия (8), представляет собой создающий вертикальный вихрь канал (21), и направление прохождения создающего вертикальный вихрь канала (21) является наклонным относительно нижней поверхности (3) головки цилиндра, при этом поверхность нижней стороны создающего вертикальный вихрь канала (21) представляет собой направляющую поверхность (22) вертикального вихря, и нижний конец направляющей поверхности (22) вертикального вихря образует создающий вертикальный вихрь острый угол (9), расположенный над кольцом (4) седла клапана, причем проекция создающего вертикальный вихрь острого угла (9) на круговую поверхность верхнего конца кольца (4) седла клапана вдоль осевого направления впускного отверстия (8) представляет собой проекцию (15) острого угла, а проекция (15) острого угла представляет собой выступающую область, которая выступает от края круговой поверхности верхнего конца кольца (4) седла клапана к центру впускного клапана в радиальном направлении, при этом ширина средней части проекции (15) острого угла превышает ширину обоих концов проекции (15) острого угла.

2. Головка цилиндра по п. 1, в которой проекция (15) острого угла представляет собой область в форме полумесяца с вогнутой стороной, обращенной к центру впускного клапана.

3. Головка цилиндра по п. 1, в которой создающий вертикальный вихрь острый угол (9) содержит верхнюю направляющую поверхность и нижнюю поверхность обработки, причем нижняя поверхность обработки представляет собой поверхность (7) обработки в форме поверхности вращения, окружающей ось обработки, при этом ось обработки и ось кольца (4) седла клапана являются соосными, параллельными или наклонными относительно друг друга, и образующая поверхности (7) обработки в форме поверхности вращения представляет собой прямую линию, ломаную линию или кривую.

4. Головка цилиндра по п. 3, в которой поверхность (7) обработки в форме поверхности вращения представляет собой коническую поверхность обработки, ось обработки соосна с осью кольца (4) седла клапана, и вершина конической поверхности обработки расположена над кольцом (4) седла клапана.

5. Головка цилиндра по п. 4, в которой угол при вершине конуса конической поверхности обработки составляет от 60 до 160 градусов.

6. Головка цилиндра по любому из пп. 3-5, в которой максимальное проточное отверстие, образованное поверхностью (7) обработки в форме поверхности вращения на круговой поверхности верхнего конца кольца (4) седла клапана, представляет собой теоретическое впускное проточное отверстие (16), и эквивалентный диаметр теоретического впускного проточного отверстия (16) составляет 85-100% от минимального диаметра уплотнительной поверхности кольца (4) седла клапана.

7. Головка цилиндра по п. 6, в которой площадь проекции (15) острого угла составляет 15-50% от площади теоретического впускного проточного отверстия (16).

8. Головка цилиндра по любому из пп. 1-5, в которой соединительная линия между средней точкой соединительной линии между двумя концами проекции (15) острого угла и центром впускного клапана представляет собой линию (13) направления острого угла, и угол, заключенный между соединительной линией между центром впускного клапана и центром (11) выпускного клапана и линией (13) направления острого угла, представляет собой угол направления острого угла, который находится в диапазоне от 0 до 45 градусов.

9. Головка цилиндра по любому из пп. 1-5, в которой угол дуги, перекрываемый проекцией (15) острого угла на круговой поверхности верхнего конца кольца (4) седла клапана, составляет от 90 до 220 градусов.

10. Головка цилиндра по п. 1, в которой направляющая поверхность (22) вертикального вихря имеет опускающуюся вниз направляющую поверхность (23), которая расположена выше по потоку от создающего вертикальный вихрь острого угла (9) и углубляется в направлении нижней поверхности (3) головки цилиндра.

11. Головка цилиндра по п. 1, в которой впускной канал (2) содержит прямой канал, криволинейный переходной канал и создающий вертикальный вихрь канал (21), которые последовательно сообщаются вдоль направления впуска, причем криволинейный переходной канал проходит от прямого канала до создающего вертикальный вихрь канала (21), и максимальное расстояние от нижней стороны криволинейного переходного канала до нижней поверхности (3) головки цилиндра составляет более 0,25 от диаметра гильзы цилиндра.

12. Газовый двигатель, содержащий головку цилиндра по любому из пп. 1-11.