一种摩托车发动机及其缸头进气结构
阅读说明：本技术 一种摩托车发动机及其缸头进气结构 (Motorcycle engine and cylinder head air inlet structure thereof ) 是由 杜小平 胡会泳 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及摩托车发动机技术领域,公开了一种摩托车发动机及其缸头进气结构,包括进气道、进气阀座、进气导管及进气门；进气道的内底壁包括依次连接的进气段、转折段和过渡段；过渡段的底部与进气阀座连通,转折段与进气导管之间的倾斜夹角大于进气段与进气导管之间的倾斜夹角,过渡段为向进气道的轴线突出的尖角部或半径≦8mm的圆角部。本发明的摩托车发动机及其缸头进气结构能使进气道底部和顶部的进气量产生差异,从而使燃烧室内只在进气道的顶部侧形成剧烈的滚流漩涡,使燃烧室内大湍动能区域明显加大,有效提高燃烧速率及稳定性,改善发动机节能降耗和尾气净化的功能,同时减小发动机转速波动,提高声音品质。(The invention relates to the technical field of motorcycle engines, and discloses a motorcycle engine and a cylinder head air inlet structure thereof, which comprise an air inlet channel, an air inlet valve seat, an air inlet guide pipe and an air inlet valve; the inner bottom wall of the air inlet channel comprises an air inlet section, a turning section and a transition section which are connected in sequence; the bottom of changeover portion and the disk seat intercommunication that admits air, the slope contained angle between turn section and the pipe of admitting air is greater than the slope contained angle between section and the pipe of admitting air, and the changeover portion is the sharp corner portion or the radius that the axis outstanding to the intake duct is ≦ 8 mm's fillet portion. The motorcycle engine and the cylinder head air inlet structure thereof can cause the air inlet amount at the bottom and the top of the air inlet channel to generate difference, thereby causing the combustion chamber to form violent tumble vortex only at the top side of the air inlet channel, obviously enlarging the large turbulent kinetic energy area in the combustion chamber, effectively improving the combustion rate and stability, improving the functions of energy conservation and consumption reduction of the engine and tail gas purification, simultaneously reducing the rotating speed fluctuation of the engine and improving the sound quality.)
技术领域
本发明涉及摩托车发动机技术领域，特别是涉及一种摩托车发动机及其缸头进气结构。
背景技术
请参照图1，图1为现有技术中的一种摩托车发动机(内燃机)剖面结构示意图，包括由主缸头1、缸体11和活塞12拼接而成的燃烧室6，燃烧室6内设置有火花塞10。主缸头1上对称地设有进气组件及排气组件。其中进气组件包括主进气门2、主进气导管3、主进气道4及主进气阀座5，主进气道4的底部端口与主进气阀座5连通，主进气阀座5与燃烧室6连通，主进气导管3与主进气道4的上壁部连通，主进气门2可活动地穿设于主进气导管3中，主进气门2的底部设有一主进气门伞部2a，主进气门伞部2a用于与主进气阀座5配合进气。排气组件则包括主排气门8及主排气阀座9，主排气阀座9与燃烧室6连通，主排气门8用于与主排气阀座9配合排气。
当发动机工作时，通过控制主进气门2的开启与关闭，使可燃混合气进入燃烧室6内，可燃混合气在燃烧室6内被火花塞10点燃做功。
为了达到较高的充气效率，保证较大量的可燃混合气能够迅速进入燃烧室6内，主进气道4的主进气道下壁4a(主进气道下壁4a具体位于靠近主进气道4出气端口与主进气阀座5连接处，即主进气道4与进气阀座5的连接过渡段)通常设计为大圆角圆弧形状(圆角半径≧22mm)，以减少管壁对可燃混合气的阻碍作用，可燃混合气的进气流向示意图如图2所示。
但是这种设计存在以下缺点：
请参照图3，图3是主进气道4截面速度流场分布图(使用Ricardo仿真计算软件分析得到)。从图3可看出，当进气时，主进气门2向燃烧室6移动，主进气门2底部的主进气门伞部2a在主进气道4的端口处分别形成主进气侧A和主排气侧B。上述主进气道4的主进气道下壁4a大圆角圆弧形状的结构，使进入进气侧A及进气侧B的可燃混合气进气量无明显差异。都会在燃烧室6内形成剧烈的滚流效应，并分别形成漩涡C和漩涡D。但漩涡C和漩涡D相互抵消，因此，在燃烧室6内的滚流效应不明显，在可燃混合气体燃烧时，燃烧室6内大湍动能区域小，燃烧速率慢，且可燃气体混合不够均匀，不能达到快速燃烧的效果，不利于发动机的油耗降低及排放减小。
发明内容
本发明的目的是：本发明提供了一种摩托车发动机及其缸头进气结构，以解决现有技术中的摩托车发动机燃烧室内可燃混合气体燃烧速率慢，且可燃气体混合不够均匀的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种摩托车发动机缸头进气结构，包括进气道、进气阀座、进气导管及进气门，进气道的两端分别具有进气口和出气口，进气道的出气口与进气阀座连通，所述进气导管以预定角度设于进气道的上部，所述进气门可活动地设于进气导管中，与所述进气阀座配合进气；其中，进气道的内底壁包括依次连接的进气段、转折段和过渡段；过渡段的底部与进气阀座连通，所述转折段与所述进气导管之间的倾斜夹角大于所述进气段与所述进气导管之间的倾斜夹角，且过渡段为向进气道的轴线突出的尖角部或半径≦8mm的圆角部。
可选的，其中，转折段与缸头底部安装面形成的夹角范围为5°～20°。
可选的，其中，转折段与缸头底部安装面形成的夹角范围为10°～18°。
可选的，其中，转折段与缸头底部安装面形成的夹角为15°。
可选的，其中，转折段为平面或曲面。
可选的，其中，转折段的垂直方向截面形状为圆弧状。
可选的，其中，转折段的长度小于或等于二分之一所述进气段的长度。
可选的，其中，转折段与进气段形成的夹角范围为160°～179°。
可选的，其中，转折段与进气段形成的夹角为170°～176°。
本申请还提供一种摩托车发动机，其中，设有如上任一项所述的摩托车发动机缸头进气结构。
本发明实施例提供的一种摩托车发动机及其缸头进气结构与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的摩托车发动机及其缸头进气结构，通过设置形成转折的进气段与转折段，以及形状为向进气道的轴线突出的尖角部或半径≦8mm的圆角部的过渡段，使过渡段处形成较为明显的转角，与现有技术的大圆角圆弧状相比，对可燃混合气体的流动阻碍作用更强，因此能够限制可燃混合气体流经进气道底部的进气量，使进气道底部和顶部的进气量产生差异，绝大部分气体从进气道的顶部进入燃烧室内，从而使燃烧室内只在进气道的顶部侧形成剧烈的滚流漩涡，在进气道的底部侧则不会形成明显滚流漩涡。因此，燃烧室内滚流漩涡没有互相抵消，燃烧室内滚流效应明显加强，在可燃混合气体燃烧时，燃烧室内大湍动能区域明显加大，燃烧速率加大，且保证可燃气体充分混合均匀，燃烧稳定性提高，并在保证稳定燃烧前提下，可提高稀燃能力，能够改善发动机节能降耗和尾气净化的功能，同时减小发动机转速波动，提高声音品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术摩托车发动机的剖面结构示意图。
图2是现有技术摩托车发动机主进气道可燃混合气的进气流向示意图。
图3是现有技术主进气道的截面速度流场分布图。
图4是本发明优选实施例的摩托车发动机缸头的剖面结构示意图。
图5是图4的局部示意图。
图6是本发明优选实施例的摩托车发动机缸头的俯视结构示意图。
图7是本发明优选实施例的摩托车发动机缸头进气道的截面速度流场分布图。
图8是图4中x-x方向的剖面结构示意图。
图9是另一实施例中沿图4中x-x方向的剖面结构示意图。
图10是现有技术发动机在图6中S1-S1方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图。
图11是现有技术发动机在图6中S2-S2方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图。
图12是本发明发动机在图6中S1-S1方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图。
图13是本发明发动机在图6中S2-S2方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图。
图14是现有技术发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向)。
图15是现有技术发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向下的俯视)。
图16是本发明发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向)。
图17是本发明发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向下的俯视)。
图中，1、主缸头；2、主进气门；2a、主进气门伞部；3、主进气导管；4、主进气道；4a、主进气道下壁；5、主进气阀座；6、主燃烧室；8、主排气门；9、主排气阀座；10、火花塞；11、缸体；12、活塞；100、进气道；110、进气阀座；120、进气导管；130、进气门；140、进气门伞部；150、缸头底部安装面；101、进气段；102、转折段；103、过渡段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参见图4、图5及图6所示，图4为本发明优选实施例的摩托车发动机缸头剖视结构示意图，图5为图4的进气结构处的局部示意图，图6为摩托车发动机缸头的俯视结构示意图，摩托车发动机缸头进气结构主要包括进气道100、进气阀座110、进气导管120及进气门130。进气道100的两端分别为进气口和出气口，进气道100的出气口与进气阀座110连通，进气导管120以预定角度设于进气道100的上部，进气门130可活动地设于进气导管120中，进气门130的底部设有一进气门伞部140与进气阀座110配合进气。其中，进气道100的内底壁包括依次连接的进气段101、转折段102和过渡段103(图5中每段均用虚线断开示意)。过渡段103的底部与进气阀座110连通，转折段102与进气导管120(或进气导管120的长度方向轴线)之间的倾斜夹角大于进气段101与进气导管120(或进气导管120的长度方向轴线)之间的倾斜夹角，即转折段102相对于进气段101更向进气导管120倾斜，两者之间形成转折。具体的，图5中，转折段102与进气导管120之间的倾斜夹角约为51°，进气段101与进气导管120之间的倾斜夹角约为46°。并且，过渡段103为向进气道100的轴线突出的尖角部或半径≦8mm的圆角部。
参见图7，图7是本发明实施例的摩托车发动机缸头进气道的截面速度流场分布图(使用Ricardo仿真计算软件分析得到)，从图中可以看出进气时进气门130底部的进气门伞部140在进气道100的端口处分别形成底进气侧A1和顶进气侧B1。本发明的进气道100内由于设置了形成转折的进气段101与转折段102，以及形状为向进气道100的轴线突出的尖角部或半径≦8mm的圆角部的过渡段103，使过渡段103处形成较为明显的转角，与现有技术的大圆角圆弧状相比，对可燃混合气体的流动阻碍作用更强，因此能够限制可燃混合气体流经进气道100底部(即底进气侧A1)的进气量，使进气道100底部和进气道100顶部(即顶进气侧B1)的进气量产生差异，绝大部分气体从进气道100顶部(即顶进气侧B1)进入燃烧室内，从而使燃烧室内只在进气道100顶部侧形成剧烈的滚流漩涡E，在进气道100的底部侧则不会形成明显滚流漩涡。因此，燃烧室内滚流漩涡没有互相抵消，燃烧室内滚流效应明显加强，在可燃混合气体燃烧时，燃烧室内大湍动能区域明显加大。
参见图10～图13，图10是现有技术发动机在图6中S1-S1方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图，图11是现有技术发动机在图6中S2-S2方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图，图中a处为火花塞10电极附近，中间的深色部分b为高湍动能区域(高湍动能即湍动能≥30m2/s2)。图12是本发明发动机在图6中S1-S1方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图，图13是本发明发动机在图6中S2-S2方向的燃烧室内点火时刻截面速度云图，图中a1处为火花塞电极附近，中间的深色部分b1为高湍动能区域(高湍动能即湍动能≥30m2/s2)。
参见图14～图17,图14是现有技术发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向)，图15是现有技术发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向下的俯视)，图中c处为高湍动能区域(高湍动能即湍动能≥30m2/s2)，d处为中湍动能区域(中湍动能即湍动能为20～30m2/s2)，e处为小湍动能区域(小湍动能即湍动能10～20m2/s2)，f处为低湍动能区域(低湍动能即湍动能<10m2/s2)。图16是本发明发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向)，图17是本发明发动机燃烧室内点火时刻湍动能等值面图(右视方向下的俯视)，图中c1处为高湍动能区域(高湍动能即湍动能≥30m2/s2)，d1处为中湍动能区域(中湍动能即湍动能为20～30m2/s2)，e1处为小湍动能区域(小湍动能即湍动能10～20m2/s2)，f1处为低湍动能区域(低湍动能即湍动能<10m2/s2)。
上述图10～图17均使用Ricardo仿真计算软件分析得到。从上述图10、图11、图14、图15可分析得出，现有技术发动机燃烧室6内燃烧时火花塞10电极附近及燃烧室6内，高湍动能区域b分布少，从而导致燃烧效率低。从上述图12、图13、图16、图17可分析得出，本发明发动机燃烧室内燃烧时火花塞电极附近完全被高湍动能区域包裹，高湍动能区域分布大，从而使燃烧效率大大提高。
在另一个优选实施例中，参见图4，转折段102与缸头底部安装面150形成的夹角α范围为5°～20°。实际使用中，缸头底部安装面150所在的平面即缸体的上表面所在的平面。在上述夹角范围内设置的转折段102与形状为向进气道100的轴线突出的尖角部或半径≦6mm的圆角部的过渡段103配合，能够更好地限制流经进气道100底部(即底进气侧A1)的进气量。
更优选的，转折段102与缸头底部安装面150形成的夹角范围为10°～18°。在上述夹角范围内设置的转折段102，能够保证达到制造进气道100底部和顶部之间进气量差异的效果，以辅助在进气道顶部侧(即顶进气侧B1)形成剧烈的滚流漩涡E，并且能够尽可能减少转折段102对于整体进气量的影响。其中，转折段102与缸头底部安装面150形成的夹角最优选为15°。
在另一个优选实施例中，转折段102为平面或外凸的曲面，外凸即为朝向进气道100外凸出。
参见图4、图6及图8，图8是图4沿x-x方向的剖面示意图，在此实施例中转折段102的垂直方向(即x-x方向)截面形状为外凸的圆弧状，即转折段102为外凸的曲面，外凸即为朝向进气道100外凸出。
参见图4、图6及图9，图9是参照图8的截面方向得到的剖面示意图，转折段102的垂直方向截面形状为直线段，即转折段102为平面。
在另一个优选实施例中，参见图5，转折段102的长度L1小于或等于二分之一进气段101的长度L2。在上述长度范围内设置的转折段102，能够保证达到制造进气道100底部和顶部之间进气量差异的效果，以辅助在进气道顶部侧(即顶进气侧B1)形成剧烈的滚流漩涡E。
在另一个优选实施例中，参见图4，转折段102与进气段101形成的夹角(即图中夹角β的补角)范围为160°～179°。更优选的，转折段102与进气段101形成的夹角范围为170°～176°。其中，转折段102与进气段101形成的夹角最优选为175°。在上述夹角范围内设置的转折段102与进气段101，能够保证达到制造进气道100底部和顶部之间进气量差异的效果，以辅助在进气道顶部侧(即顶进气侧B1)形成剧烈的滚流漩涡E，并且能够尽可能减少转折段102对于整体进气量的影响。
此外，本发明还提供一种摩托车发动机缸头，其设有如上任一项所述的摩托车发动机缸头进气结构。
综上，本发明实施例提供一种摩托车发动机及其缸头进气结构，通过设置形成转折的进气段101与转折段102，以及形状向进气道100的轴线突出的尖角部或半径≦8mm的圆角部的过渡段103，使过渡段103处形成较为明显的转角，与现有技术的大圆角圆弧状相比，对可燃混合气体的流动阻碍作用更强，因此能够限制可燃混合气体流经进气道100底部(即底进气侧A1)的进气量，使进气道100底部和顶部的进气量产生差异，绝大部分气体从进气道100的顶部进入燃烧室内，从而使燃烧室内只在进气道100的顶部侧形成剧烈的滚流漩涡E，在进气道100的底部侧则不会形成明显滚流漩涡。因此，燃烧室内滚流漩涡没有互相抵消，燃烧室内滚流效应明显加强，在可燃混合气体燃烧时，燃烧室内大湍动能区域明显加大，燃烧速率加大，且保证可燃气体充分混合均匀，燃烧稳定性提高，并在保证稳定燃烧前提下，可提高稀燃能力，能够改善发动机节能降耗和尾气净化的功能，同时减小发动机转速波动，提高声音品质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
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