專利名稱：柴油機氣缸蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機氣缸蓋油閥的安裝結(jié)構(gòu)，特別適用于大型柴油機。
大型柴油機經(jīng)常設(shè)置許多油閥，它們分布在氣缸蓋的圓周方向以促進燃燒室內(nèi)油霧的擴散。


圖11-13表示一臺大柴油機氣缸蓋油閥的傳統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)。圖11中，標號1表示一個安裝在氣缸蓋2頂壁2a上的油閥;標號3表示活塞;標號4表示氣缸套;5表示排氣閥外殼;標號6表示燃燒室。
在上述柴油機中，油閥1安裝在設(shè)在氣缸蓋2之頂壁2a中的一個安裝孔里，其油閥1的中心線1a通常大體上與氣缸中心線Z平行，見圖11。如果油閥用傾斜的方式安裝的話，那末油閥1之中心線1a與氣缸中心線Z之間的夾角α不大于45°。
因此，傳統(tǒng)的氣缸蓋具有以下的問題(1)在氣缸蓋2的節(jié)圓D1之圓周上，安裝了多個油閥(見圖12，13)1-1，1-2，1-3…等的時候，例如從第一個油閥1-1中噴出來的霧會到達第2個油閥1-2的噴嘴尖;這樣，第二個油閥的噴嘴尖就會被燃燒著的霧燒著。這種缺點在第3個油閥1-3和第1個油閥1-1上也同樣存在著(見圖13所示)。
(2)如果提高油閥1-1，1-2，1-3在圓周上的相互距離來避免上述毛病的發(fā)生，那末，要能避免霧的相互干擾的油閥數(shù)量二或者更少些。可是，如果油閥數(shù)減小的話，每一個油閥的噴量就要增加，而霧的霧化力和穿透力等霧化效率就會降低。
圖14、15展示上述傳統(tǒng)油閥1的細節(jié)。在這些圖中，標號1b表示油閥體;標號1f表示噴嘴;標號1c表示在1f噴嘴尖上的噴孔;標號1d表示一個以滑動方式裝進噴嘴1f的針閥;標號1e表示針閥的排針器。本例中，圖15的噴孔1c是在噴嘴1f尖端上在二段上形成的;噴角k選用一個120°左右的鈍角。
可是，在上述柴油機的傳統(tǒng)氣缸蓋中，其油閥1是安裝在氣缸2頂壁2a上，為了使油在燃燒室6里噴灑均勻，油閥的尖端必須向燃燒室6伸出一大段L1(圖12)，以便油能從噴嘴(圖14，15)尖端上的一個噴孔中噴出來。
本發(fā)明的目的就是提供一個能避免在多個油閥間油霧干擾的柴油機氣缸蓋，從而改善噴霧效率并防止由鄰近油閥噴出的油霧之碰撞引起的噴嘴燃燒問題，并防止由油霧碰撞引起的燃燒室局部過熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力上升。
本發(fā)明用以下的措施逐步地解決了以上存在問題(1)把許多油閥安裝在一個氣缸蓋的側(cè)壁上。油閥在圓周方向上的間距有所增加以便抑制與從鄰近油閥噴出之油霧的干擾，同時，所安裝的油閥數(shù)目也有所增加。
(2)當按上述(1)項中敘述的那樣把油閥安裝到氣缸蓋的側(cè)壁上時，必須解決以下敘述的幾個問題。
(2-1)傳統(tǒng)油閥的噴孔噴射角k通常選定為120°左右的鈍角，如圖14及15。在這種場合，如圖11及12所示，如果油閥1是安裝在氣缸蓋2的頂壁2a上，那末在燃燒室里就能提供充分的寬度J1，以使油霧在垂直于氣缸中心線Z的方向上散布開。所以，考慮燃燒就沒有問題。
可是，當油閥按照權(quán)利要求1及2中所定義的那樣安裝在氣缸蓋的側(cè)壁上的時候，油霧在油閥中心線10a的方向上所能達到的空間是較寬的(長度J2)，而在氣缸中心線(Z)方向上所能達到的空間是較窄的(長度H2)，見圖2。
由于燃燒室具有上述的結(jié)構(gòu)，所以當油閥采用噴射角k(鈍角、約120°)的時候，就發(fā)生以下各個問題(a)油霧與燃燒室的上下表面(即氣缸蓋的下表面和活塞的上表面)相碰撞，從而使碰撞面(也就是指缸蓋2的下表面，活塞3的上表面)的溫度過度增高而導致(圖2)氣缸蓋及活塞燒著。
(b)油的霧化受到抑制，使燃燒變壞。
(2-2)在油閥中(圖15)，噴孔1c朝著體積部分li而開，這個體積部分由圓柱形部分1g(長度W)和球形部分1h(長度x)共同組成。
當體積部分li較大，則噴射壓降低以致油霧不能有效地噴射到燃燒室6中去。
這里，如果留在體積部分li的油量較大的話，在噴射完成后，又發(fā)生了油料向燃燒室6滴漏的現(xiàn)象;如果有效噴射會使油的消耗量降低。
相反地，如果體積部分li減小，則噴孔lc相互靠近，最終，鄰近的噴孔就會靠在一起了。因此，體積部分li的減小量是受到限制的。
(2-3)本發(fā)明用以下辦法來解決上述問題在油閥安裝在氣缸側(cè)壁上的情況下，又采用了上述結(jié)構(gòu)的油閥(見圖1至10)。
(a)選擇油閥噴孔對噴嘴中心線的噴射角使之不大于45°，其結(jié)果是油霧與氣缸蓋下表面及活塞上表面之間的碰撞受到抑制，同時卻維持了油霧的穿透力。
(b)油閥的噴孔中心設(shè)計得對噴嘴中心線有一個位移。
(c)油閥的球形表面10h決定著噴嘴的針閥座部分S與噴孔之間的體積部分10i。在加工球形表面10h的時候，使它與閥座部份的小半徑部分d相靠近并使其比具有半徑為d的半球要小。
(d)油閥之噴孔在球面10h上有一個噴嘴內(nèi)側(cè)孔，而在噴嘴尖端曲面10j上則有一個燃燒室側(cè)孔。
由于本發(fā)明是如上述那樣來設(shè)計結(jié)構(gòu)的，對具有相同氣缸直徑的柴油機的氣缸蓋上油閥噴孔的節(jié)圓直徑D2，與傳統(tǒng)節(jié)圓直徑D1相比，就可以做得大一些。這樣，鄰近油閥間的距離提高了，而油閥間的油霧干擾就可以得到抑制。
據(jù)此，可以采用為數(shù)較多的油閥，從而使霧化效率得以提高，同時也避免了從鄰近油閥噴回出油霧之碰撞引起的油閥尖部燃燒這種毛病。
又一點是由于油閥是安裝在缸蓋側(cè)壁上的而其噴射角不超過(45°×2)，因此，油閥噴出的油霧與缸蓋下表面和活塞的上表面的碰撞是可以避免的。
其次，在噴嘴內(nèi)側(cè)的噴孔是在位于針閥座部分外面的球面上開口的，而針閥座部分及噴孔之間的體積部分之容量可以選用足夠小的數(shù)值。所以，噴射后的油霧后漏就可避免，而噴射就可以充分地完成。
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，附圖中圖1是展示根據(jù)本發(fā)明的實施例中缸蓋的油閥安裝部分，沿著氣缸中心線的截面圖;
圖2是圖1主要部分的放大截面圖;
圖3是闡明上述實施例中油霧狀態(tài)的示意圖;
圖4是按上述實施例油噴射閥主要部分的截面圖;
圖5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a，8b都是按上述實施例噴嘴尖上噴孔的加工說明圖;
圖9及10是在上述實施例中噴孔的布置圖;
圖11是表明與圖1相應(yīng)的一個傳統(tǒng)油閥實例的剖視圖;
圖12是表明與圖2相應(yīng)的傳統(tǒng)油閥實例的剖視圖;
圖13是表明與圖3相應(yīng)的傳統(tǒng)油閥實例的噴霧示意圖;
圖14是表明一個傳統(tǒng)油閥實例的主體的截面圖;
圖15是圖14的放大圖。
參見圖1，油閥10安裝在缸蓋2的側(cè)壁2b上，而其中心線10a基本上與氣缸中心線Z是直角。在本實施例中，在缸蓋2的圓周方向上，以等間距安排了三個油閥10，但油閥數(shù)并不限于三個，可以用更多的油閥。
標號3表明活塞;標號4表明氣缸套;標號5表明排氣閥外殼;標號6表明燃燒室。在圖2中，J2代表燃燒室6在油閥10-1，10-2，10-3的中心線10a方向上的最大長度。H2則代表燃燒室6在油噴入后在油霧寬度方向上的高度。
圖4展示出安裝在上述缸蓋側(cè)壁2b上的油閥10之結(jié)構(gòu)。在該圖中，標號10b指油閥主體;10f指噴嘴;10c指在噴嘴10f的尖端上開出來的多個噴孔;10d指針閥;10e指針閥的排針器。
噴孔10c的噴射角G設(shè)計成不大于90°的銳角(即對噴嘴中心線10a而說不大于45°)。
柴油機在采用安裝在上述結(jié)構(gòu)之缸蓋上的油閥時(如圖2所示)，從安裝在缸蓋2側(cè)壁2b上的油閥10-1中噴出來的油霧E1會在燃燒室6里沿著油閥10-1的中心線10a的方向進行充分的擴散，這是因為燃燒室6的距離J2比較長。
其次，由于油閥10-1噴孔的噴射角G較小，使G/2不大于45°(見圖4)，油霧就不會與缸蓋2的下表面2c及活塞3的上表面相撞。
圖3展示了在本實施例中在水平方向上油霧的擴散狀態(tài)。油閥10-1，10-2，10-3安裝在缸蓋2的側(cè)壁2b上;它們是在噴孔10c的節(jié)圓D2的圓周方向上，以等間距分布著的。油閥10-1，10-2，10-3在圓周方向上的距離比圖13所示傳統(tǒng)缸蓋中的距離(節(jié)圓D1)還要長。
因此，更寬闊地利用燃燒室6的空間，就能更好地改善油霧，防止油霧間的干擾;同時，并使提供的油霧，其霧化力和穿透力是平衡得很好的。
圖5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a，8b，9，10展示了根據(jù)本發(fā)明在油閥10中加工噴孔10c的例子。在本實施例中，按以下順序加工了四個噴孔即10c-1(圖5a，5b)，10c-2(圖6a，6b)，10c-3(圖7a，7b)，10c-4(圖8a，8b)。
噴孔10c-1，10c-2，10c-3，10c-4的角分別為β1，β2，β3及β4。這些角就是噴孔與噴嘴10f之中心線10a(油閥中心線)分別相交的噴射角;噴孔對中心線10a分別有一個偏心率l1，l2，l3及l(fā)4。其次，噴孔是從噴嘴10f的尖端曲面10j開始，朝著離噴嘴10f尖端距離分別為H1，H2，H3及H4的空間中的一點，鉆孔而成的。
此時，噴孔10c-1至10c-4從噴嘴10f的尖端曲面10j開孔加工時，在體積部分的球面10h上開出一個小孔。噴射角β1至β4選得不大于45°;這是指對噴嘴中心線10a(油閥中心線)而言的角度。
為了滿足上述加工與功能的要求，按本發(fā)明設(shè)計的油閥應(yīng)具有以下敘述的結(jié)構(gòu)與特性。
如圖5a及5b所示，在貼近噴嘴尖端的地方，設(shè)置了針閥10d的閥座部分(見圖4)，其用途是控制從噴嘴10f噴射出去的油量。其次，貼近閥座部分S，安排了一個球面10h，其半徑R不大于閥座部分S的小半徑d的一半。這樣，體積部分10i僅僅由球面部分10h(長度X)形成，使體積部分10i可以做得最小。
圖5b，6b，7b及8b展示了從相應(yīng)圖中P方向看的噴嘴10f內(nèi)表面的平視圖。從這些圖可以看到，加工了四個噴孔10c-1，10c-2，10c-3，10c-4;它們與穿越噴嘴中心線10a并位于上述縱截面上的X-X軸及Y-Y軸，分別形成旋轉(zhuǎn)角γ1，γ2，γ3及γ4以及偏心率e1，e2，e3及e4。
在開孔的時候，按上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的噴孔10c-1，10c-2，10c-3及10c-4都開在圖4噴嘴10f內(nèi)側(cè)的球面10h上(也就是圖5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a及8b中沿P方向看的那一側(cè))。在噴嘴10f的外側(cè)(即圖5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a及8b中從Q方向看過去的一側(cè))，噴孔都開在噴嘴10f的尖端曲面10j上。
由于本發(fā)明是具有如上述的結(jié)構(gòu)，根據(jù)權(quán)利要求1及2中限定的本發(fā)明，缸蓋側(cè)壁上安裝了多個油閥使從一個油閥中噴出的油霧不會干擾從鄰近油閥中噴出的油霧;因此，所提供的噴灑是均勻的，而且其霧化效率有所提高。
同時，在燃燒室里，為油閥噴出來的油霧所提供的擴散空間是較大的;這樣，就可以使霧化力與穿透力都很好地平衡。
另外，從一個油閥出來的油霧比較不容易與另一個油閥的尖端相碰撞，從而防止了由鄰近油閥噴出來的油霧碰撞而產(chǎn)生油閥尖端的燃燒。
在權(quán)利要求3中限定的本發(fā)明中，油閥是安裝在缸蓋的側(cè)壁上的，其噴射角選用不大于(45×2)的銳角，從而從油閥出來的油霧沿垂直方向(也就是沿氣缸中心線方向)的擴散就得到抑制，而沿著油閥中心線方向的擴散就得到加強。因此，油霧與氣缸蓋的下表面以及活塞的上表面的碰撞可以避免，從而防止了燃燒室表面的溫升，結(jié)果就提高了機器的壽命。
再者，按照權(quán)利要求4-6定義的發(fā)明，油閥的針閥座部分及噴孔間之體積部分的容量可以充分的降低，這樣就可防止油霧的后漏，使噴射完成得充分。其結(jié)果就是油料可以有效地噴進燃燒室中去，從而使油耗降低。
權(quán)利要求
1.一種柴油機的氣缸蓋，在所述的氣缸蓋上安裝了多個油閥來直接噴射油料進入柴油機的燃燒室中，其中多個油閥安裝在所述的氣缸蓋的側(cè)壁上，所述的這些油閥安排在圓周方向，其中心線基本上與氣缸中心線呈直角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的柴油機氣缸蓋，其特征在于所述的多個油閥在圓周方向上大體上以等間距安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1及2的柴油機氣缸蓋，其特征在于所述的油閥噴孔之噴射角定為對噴嘴中心線不大于45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的柴油機氣缸蓋，其特征在于油閥噴孔中心，相對于此噴嘴中心線具有一定的位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的柴油機氣缸蓋，其特征在于限定噴嘴針閥座部分(S)與所述噴孔之間的體積部分(10i)容量的一個球面(10h)，是與上述閥座部分的小直徑部分(d)相貼近，并且比直徑為d的半球要小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3的柴油機氣缸蓋，其特征在于所述油閥的噴孔，在所述球面(10h)上有一個噴嘴內(nèi)側(cè)孔，而在噴嘴尖端曲面(10j)上則有一個燃燒室側(cè)孔。
全文摘要
柴油機氣缸蓋的目的是防止許多油閥間油霧的干擾，從而提高霧化效率，也防止由鄰近油閥噴出的油霧之碰撞引起的噴嘴燃燒問題，以及防止由油霧的碰撞引起的燃燒室表面的局部過熱造成熱應(yīng)力的上升。為了實現(xiàn)這些目的，把油閥安裝在氣缸蓋的側(cè)壁上，從而使其中心線大體上與氣缸中心線呈直角關(guān)系。再者，油閥的噴射角選用不大于90°的銳角，以便防止油霧與燃燒室壁面的局部碰撞，而在油閥尖端的體積部分的容量則降低到最低值。
文檔編號F02F1/24GK1113543SQ95106670
公開日1995年12月20日 申請日期1995年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月27日
發(fā)明者吉原定男, 岡部雅彥, 中村徹, 阪口勝彥, 國弘信幸 申請人:三菱重工業(yè)株式會社