專(zhuān)利名稱(chēng)：一種四沖程小型汽油機(jī)用壓鑄氣缸蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及四沖程小型汽油機(jī)制造領(lǐng)域，具體的講是一種四沖程小型汽油機(jī)
用壓鑄氣缸蓋。
背景技術(shù)：
小型汽油機(jī)包括非道路用通用小型汽油機(jī)、摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等小功率汽油機(jī)，在汽 油機(jī)中，當(dāng)進(jìn)、排氣道有通暢的流通面積，較大的流通系數(shù)，可以提高每循環(huán)進(jìn)入氣缸的進(jìn) 氣量，排氣干凈，改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)對(duì)有旋 流的柴油機(jī)進(jìn)、排氣道研究較多，無(wú)旋流的小型汽油機(jī)進(jìn)、排氣道的研究甚少，特別是壓鑄 成型的氣缸蓋的流動(dòng)特性未見(jiàn)詳細(xì)研究報(bào)告。目前國(guó)內(nèi)小型汽油機(jī)的氣缸蓋多采用壓力 鑄造，以提高生產(chǎn)效率，氣缸蓋的構(gòu)造較為復(fù)雜，四沖程頂置氣門(mén)汽油機(jī)的進(jìn)氣道、排氣道 一般都有兩段相交成大于90度的通道而成，鑄造抽芯工藝要求較高，加上風(fēng)冷汽油機(jī)散熱 片在氣缸蓋的周邊，壓鑄件是一個(gè)復(fù)雜構(gòu)件，致使壓鑄后的形成進(jìn)氣道、排氣道在氣門(mén)端還 需加工，目前國(guó)內(nèi)外四沖程小型汽油機(jī)氣缸蓋的氣道鑄造橫截面多為圓形，也有采用上半 部半圓和下半部長(zhǎng)方形組合的，如日本本田小型汽油機(jī)多采用后一種截面。國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn) 的小型汽油機(jī)氣缸蓋在鑄模設(shè)計(jì)時(shí)往往僅考慮工藝上的要求，對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣道流通特性考慮 甚少，因此氣道的形狀更不符合汽油機(jī)性能要求的需要，致使有的小型汽油機(jī)功率偏小、性 能差，如國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的立軸式割草機(jī)用汽油機(jī)，氣缸蓋的氣道較長(zhǎng)使得問(wèn)題特別突出，我們對(duì) 一款汽油機(jī)進(jìn)排氣道改進(jìn)后，汽油機(jī)功率提高了近15%，油耗下降了 4. 7%，尾氣排放大大改 善。直噴柴油機(jī)組織進(jìn)氣渦流，需在專(zhuān)門(mén)研制的試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)氣道進(jìn)行流通特性試驗(yàn)，小型汽 油機(jī)不組織進(jìn)氣渦流，一般不對(duì)氣道進(jìn)行流通特性檢測(cè)，也是難以發(fā)現(xiàn)氣道存在問(wèn)題的原 因。全世界年產(chǎn)通用小型汽油機(jī)5000多萬(wàn)臺(tái)，我國(guó)從2003年始產(chǎn)量激增，現(xiàn)年產(chǎn)量近2000 萬(wàn)臺(tái)，其大部分為出口國(guó)外，其中約一半為四沖程汽油機(jī)，在對(duì)國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家生產(chǎn)的通用小型汽 油機(jī)性能、排放試驗(yàn)中，我們研究發(fā)現(xiàn)氣道結(jié)構(gòu)是小型汽油機(jī)性能差、排放差、生產(chǎn)差異大 的主要原因之一。我們?cè)趪?guó)內(nèi)率先開(kāi)發(fā)了小型汽油機(jī)進(jìn)、排氣道流通特性試驗(yàn)臺(tái)研究氣道 的流通能力。為了改善氣道性能，使進(jìn)、排氣道能有較高的流通能力，需要細(xì)致考慮進(jìn)、排氣 道的截面形狀，布置方案等等。合理的進(jìn)、排氣道設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)對(duì)換氣的要 求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是為了提高小型四沖程汽油機(jī)的進(jìn)、排氣性能，提供了一種小型汽油 機(jī)用壓鑄氣缸蓋。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是目前小型汽油機(jī)氣缸蓋多為壓鑄件，生產(chǎn)效率高，研究目前的通用小型汽油機(jī)氣 道發(fā)現(xiàn)，從鑄造工藝考慮多，壓鑄的拔模角度太大，氣道截面多為圓形，或上半部為半圓形， 下半部為矩形，由于氣道的氣門(mén)導(dǎo)管方向豎直部分需機(jī)械加工，是圓柱體，在傾斜的鑄造部分和氣門(mén)端豎直機(jī)械加工部分交匯處流通截面很小，面積減小多的達(dá)到50%左右，汽油機(jī) 性能差。本實(shí)用新型依據(jù)工程圖學(xué)的截面相交原理、內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的氣道流通特性和三 維工程流體計(jì)算軟件對(duì)氣道流動(dòng)的三維流態(tài)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，得出小型壓鑄汽油機(jī)氣 缸蓋進(jìn)、排氣道的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其特征是壓鑄氣缸蓋的進(jìn)氣道、排氣道由與進(jìn)、排氣 管連接的傾斜的鑄造段部分和氣門(mén)端氣門(mén)導(dǎo)管豎直方向的機(jī)械加工段部分組成，鑄造段的 截面形狀為矩形，或者上半部分為矩形，下半部分為半圓形為，在相交處兩者的最大寬度或 最大直徑相等或接近相等，氣道鑄造段與水平方向的傾斜角度α至少要大于等于15°，氣 道鑄造段沿中心線(xiàn)平緩變化，截面面積延中心線(xiàn)逐漸縮小，漸縮斜度不大于3%，氣道機(jī)械加 工段近氣門(mén)導(dǎo)管處的上平面高于氣道鑄造段與氣道機(jī)械加工段相交處0 2mm。采用上述 結(jié)構(gòu)可使本實(shí)用新型中進(jìn)、排氣道有較高的流通系數(shù)，并實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率的提高。本實(shí)用新型中，氣道鑄造段為方形或上半部為方形，下半部為半圓形，這種氣道可 以增加進(jìn)氣道、排氣道在鑄造段和機(jī)械加工段相交處的截面積，截面延中心線(xiàn)平緩縮小且 漸縮角度很小，且提高氣道機(jī)械加工部分的上平面深度，可以使氣道鑄造段在與機(jī)械加工 部分相貫產(chǎn)生的截面最大化，從而有效地消除了截面的突變，避免在轉(zhuǎn)彎處附近產(chǎn)生大的 氣體流動(dòng)渦團(tuán)，能提高有效流通面積；減少氣體流動(dòng)的流速急變，降低氣道的流動(dòng)阻力；氣 道鑄造段與水平方向的傾斜角度α至少要大于等于15°，才可使進(jìn)排氣流動(dòng)更加順暢。本實(shí)用新型的氣道與原有小型汽油機(jī)氣道對(duì)比氣道流動(dòng)特性大大改善，明顯提高 進(jìn)、排氣道的流通能力。

圖1是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的小型汽油機(jī)壓鑄氣缸蓋的進(jìn)、排氣道沿氣道中心線(xiàn)截得 的剖面示意圖。圖2是圖1進(jìn)、排氣道鑄造段的A-A橫截面的一種矩形斷面圖的示例。圖3是圖1進(jìn)、排氣道鑄造段的A-A橫截面的一種上部為矩形、下部是半圓斷面圖 的示例。圖中，1是壓鑄氣缸蓋，2為進(jìn)氣道的鑄造段，3為進(jìn)氣道的機(jī)械加工段、4為進(jìn)氣門(mén) 導(dǎo)管，5為排氣門(mén)導(dǎo)管，6為排氣道的鑄造段，7為排氣道的機(jī)械加工段，8為進(jìn)氣門(mén)座圈，9為 排氣門(mén)座圈。
具體實(shí)施方式
圖1所示本實(shí)用新型中，小型汽油機(jī)為風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，壓鑄氣缸蓋1的進(jìn)氣道由進(jìn)氣道 的鑄造段2和進(jìn)氣道的機(jī)械加工段3兩部分組成，排氣道由排氣道的鑄造段6和排氣道的 機(jī)械加工段7兩部分組成，其制作方法是進(jìn)氣道的鑄造段2、進(jìn)氣道的機(jī)械加工段3、排氣 道的鑄造段6、排氣道的機(jī)械加工段7由壓鑄模具中可移動(dòng)抽芯的四個(gè)芯棒，壓鑄是抽芯形 成進(jìn)排氣道，進(jìn)氣道的鑄造段2、排氣道的鑄造段6氣道段芯棒形狀按本實(shí)用新型給定形狀 制作，進(jìn)氣道的機(jī)械加工段3、排氣道的機(jī)械加工段7氣道段芯棒形狀為園柱形，該部分氣 道鑄造后再機(jī)械加工成形到設(shè)計(jì)尺寸，機(jī)械加工段在氣門(mén)端鑲裝進(jìn)氣門(mén)座圈8、排氣門(mén)座圈 9，以增強(qiáng)耐磨性。由于工藝上的要求，壓鑄的氣道截面形狀沿軸向方向僅能是形狀不變，截面大小漸縮便于壓鑄脫模，進(jìn)氣道的鑄造段2、排氣道的鑄造段6截面沿中心線(xiàn)平緩縮小， 漸縮斜度應(yīng)不大于3%以保證汽油機(jī)性能。進(jìn)氣道鑄造段2、排氣道鑄造段6的截面形狀為矩 形(如圖2)或上半部分為矩形，下半部分為半圓型(如圖3)，上半部為矩形截面的進(jìn)氣道的 鑄造段2、排氣道由鑄造段6與圓柱形的進(jìn)氣道的機(jī)械加工段3、排氣道的機(jī)械加工段7幾 何相貫，在相交處氣道鑄造段的截面最大寬度與機(jī)械加工段加工后截面的直徑相等或接近 相等，進(jìn)氣道的機(jī)械加工段3、排氣道的機(jī)械加工段7的上平面高于相貫面的上沿0-2mm， 其相貫交匯處截面積最大，保證氣流截面暢通。由于受氣缸蓋高度及結(jié)構(gòu)布置限值，進(jìn)氣道 的鑄造段2、排氣道由鑄造段6與氣缸蓋的底面的傾斜角度有的設(shè)計(jì)很小，經(jīng)三維流體計(jì)算 表明，此角α制造至少需大于15°，才會(huì)使氣道相貫處的流動(dòng)較為暢通，否則氣流產(chǎn)生分 離，有大渦流團(tuán)出現(xiàn)，流動(dòng)性能惡化。 采用上述發(fā)明技術(shù)對(duì)幾款小型汽油機(jī)進(jìn)氣道、排氣道改進(jìn)，試驗(yàn)結(jié)果是氣道流通 能力改善，流通系數(shù)增加5 23% ；對(duì)多款立軸式和水平軸的通用汽油機(jī)改進(jìn)后，汽油機(jī)功 率提高了 5 18%，燃油耗降低在2 6%，汽油機(jī)排放降低，通過(guò)與供油系統(tǒng)優(yōu)化匹配汽油 機(jī)達(dá)到了美國(guó)、歐盟的現(xiàn)階段排放限值。
權(quán)利要求1.一種四沖程小型汽油機(jī)用壓鑄氣缸蓋，其特征是壓鑄氣缸蓋(1)的進(jìn)氣道由進(jìn)氣 道的鑄造段(2)和進(jìn)氣道的機(jī)械加工段(3)兩部分組成，排氣道由排氣道的鑄造段(6)和排 氣道的機(jī)械加工段(7)兩部分組成；進(jìn)氣道的鑄造段(2)和排氣道的鑄造段(6)的截面形狀 為矩形，或者上半部分為矩形，下半部分為半圓形，進(jìn)氣道的鑄造段(2)和排氣道的鑄造段 (6)沿中心線(xiàn)平緩變化，面積逐漸縮小，漸縮斜度不大于3% ；上半部為矩形截面的進(jìn)氣道的 鑄造段(2)、排氣道由鑄造段(6)與圓柱形的進(jìn)氣道的機(jī)械加工段(3)、排氣道的機(jī)械加工 段(7)幾何相貫，在相交處鑄造段的截面最大寬度與機(jī)械加工段加工后截面的直徑相等或 接近相等；進(jìn)氣道的機(jī)械加工段(3)、排氣道的機(jī)械加工段(7)的上平面高于相貫面的上沿 0— 2mm，其相貫交匯處截面積最大，保證氣流截面暢通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四沖程小型汽油機(jī)用壓鑄氣缸蓋，其特征是所述進(jìn)氣 道的鑄造段(2)、排氣道由鑄造段(6)與氣缸蓋的底面的傾斜角度α需大于等于15°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四沖程小型汽油機(jī)用壓鑄氣缸蓋，其特征是所述進(jìn)氣 道的機(jī)械加工段(3)、排氣道的機(jī)械加工段(7)的上平面高于相貫面的上沿0-2mm，其相貫 交匯處截面積最大。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種四沖程小型汽油機(jī)用壓鑄氣缸蓋，壓鑄氣缸蓋的進(jìn)氣道由進(jìn)氣道的鑄造段和進(jìn)氣道的機(jī)械加工段兩部分組成，進(jìn)、排氣道鑄造段的截面形狀為矩形，或者上半部分為矩形，下半部分為半圓形，氣道鑄造段沿中心線(xiàn)平緩變化，面積逐漸縮小，漸縮斜度不大于3%，在相交處兩者的最大寬度或最大直徑相等或接近相等，氣道鑄造段與水平方向的傾斜角度α大于等于15°，氣道機(jī)械加工段的深度高出氣道鑄造段與機(jī)械加工段相交部分0～2mm。采用上述結(jié)構(gòu)可使本實(shí)用新型中的進(jìn)、排氣道有較高的流通系數(shù)，并實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高功率輸出，低燃油消耗，且可降低汽油機(jī)的排放污染物。
文檔編號(hào)F02F1/42GK201851224SQ201020579348
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者劉勝吉, 張振寧, 王建, 賈和坤 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)