專利名稱：飛機發(fā)動機的汽缸蓋以及汽缸體與汽缸蓋的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及飛機發(fā)動機，且更具體地，涉及飛機發(fā)動機中的汽缸蓋的改進(jìn)設(shè)計。
背景技術(shù)：
普通航空飛機中通用的飛機發(fā)動機主要以內(nèi)燃、多缸、火花點火的構(gòu)造提供，該構(gòu)造設(shè)置用于燃燒高辛烷值航空汽油。這種發(fā)動機通常采用風(fēng)冷，具有單獨安裝的汽缸，其在行業(yè)上通常稱為汽缸“罐(jug)”。汽缸罐通常包括缸蓋部和汽缸部。各個部分通常包括多個冷卻法蘭，以與經(jīng)過汽缸的空氣換熱。各發(fā)動機配置成將進(jìn)入的燃燒空氣經(jīng)過缸蓋部輸送至汽缸，并將流出汽缸的熱廢氣經(jīng)過缸蓋部輸送至排氣集管或歧管。對進(jìn)入汽缸的較冷燃燒空氣和離開汽缸的熱廢氣的控制，是通過以常規(guī)方式操作的進(jìn)氣閥和排氣閥實現(xiàn)的。目前普通航空飛機發(fā)動機設(shè)計中的汽缸蓋包括用于進(jìn)入氣流的進(jìn)口通道，和用于流出廢氣的出口通道，在大多數(shù)情況下每種通道都是幾十年前設(shè)計的。通過優(yōu)化進(jìn)入空氣的流動路徑或流出的熱廢氣的流動路徑而優(yōu)化發(fā)動機功率輸出似乎很少受到關(guān)注。在各種非航空發(fā)動機中，已做出一些嘗試來提供對進(jìn)氣通道或排氣通道的升級，以至少部分補償差的汽缸蓋組件的原始設(shè)計，并取得了不同程度的成功。關(guān)于進(jìn)氣通道，在1979年6月26日授權(quán)的標(biāo)題為“發(fā)動機缸進(jìn)氣口 ”且轉(zhuǎn)讓給密歇根州底特律的通用汽車公司的美國專利第4159011號中說明了獲得改進(jìn)性能的嘗試。在所述的裝置中，成形的導(dǎo)流板在進(jìn)氣流動方面提供了某些改進(jìn)；然而，該設(shè)計留下了相當(dāng)大的改進(jìn)空間。關(guān)于排氣通道，在1985年8月27日授權(quán)的標(biāo)題為“排氣口”且轉(zhuǎn)讓給伊利諾伊州莫林的Deere&公司的美國專利第4537028號中說明了獲得改進(jìn)性能的嘗試。在該設(shè)計中，圍繞閥桿設(shè)置了分流器，其減小了流動分離和損失。然而，這類汽缸蓋的構(gòu)造相比典型的飛機發(fā)動機汽缸和汽缸蓋，某種程度上允許更大的可調(diào)節(jié)范圍。因此，盡管現(xiàn)有技術(shù)嘗試改善其他類型的內(nèi)燃、多缸、火花點火發(fā)動機中的氣流，然而仍然存在對于簡單并有效地提高總的發(fā)動機功率輸出的、改進(jìn)的飛機發(fā)動機汽缸蓋的尚未滿足的需求。通過對當(dāng)前用于飛機汽缸蓋的設(shè)計的獨特改進(jìn)而提供這樣的設(shè)計將會是有利的，使得相近(或其他)發(fā)動機組件可經(jīng)很小或無修改而使用(除了如本文所述適應(yīng)空氣流量和功率輸出改進(jìn)可能是有利的或必須的以外)。重要的是，使用這類改進(jìn)的汽缸蓋設(shè)計將會從現(xiàn)有的飛機發(fā)動機提供增加的馬力輸出。當(dāng)例如短跑道起飛和/或在高密度高度條件下需要最大發(fā)動機性能時，這類改進(jìn)將會特別有用。替代性地，同樣重要地，與使用現(xiàn)有汽缸蓋設(shè)計的發(fā)動機中的燃料消耗率相比，使用本文所述的改進(jìn)的汽缸蓋設(shè)計的改進(jìn)的發(fā)動機可用于在給定的馬力輸出下減小燃料消耗的運行方法中。因此，與現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機設(shè)計相比，給定行程的燃料消耗將減小，且這種改進(jìn)的性能也將擴(kuò)展采用這類改進(jìn)的汽缸蓋設(shè)計的飛機的范圍
實用新型內(nèi)容
[0006]本文公開的用于飛機發(fā)動機的新穎汽缸蓋包括進(jìn)氣通道，通過最小化穿過進(jìn)氣通道的空氣的壓降(摩擦和流動湍流損失)而使進(jìn)氣通道優(yōu)化以允許最大氣流。同樣地，通過最小化排出氣體所經(jīng)歷的壓降(包括摩擦和湍流損失)，例如通過最小化高速熱排氣的輸出通道的障礙，使熱排氣通道優(yōu)化以允許最大排出氣流。本文公開一種用于飛機發(fā)動機的汽缸蓋，所述汽缸蓋配置成連接于汽缸體，所述汽缸體具有由側(cè)壁限定直徑的汽缸孔，和外端，所述汽缸孔配置成可操作地限制具有選定行程距離的活塞，從而與所述活塞限定掃氣排量DV，所述汽缸蓋包括缸蓋部，其具有由進(jìn)口通道側(cè)壁限定的進(jìn)口通道，所述進(jìn)口通道在上游進(jìn)口與進(jìn)氣閥座之間延伸，并限定進(jìn)口通道容積IPV ;由排氣通道側(cè)壁限定的排氣通道，其在排氣閥座與排氣口之間延伸；其中所述進(jìn)口通道容積IPV約為所述掃氣排量DV的30%或更小。本文還公開一種用于飛機發(fā)動機的汽缸體與汽缸蓋的組件，包括汽缸體；和如上所述的汽缸蓋，所述汽缸蓋鄰近所述汽缸體的外端設(shè)置。本文所述的新穎汽缸蓋的特別有利之處在于配置成允許發(fā)動機制造商將其安裝在其他方面使用現(xiàn)有設(shè)計構(gòu)造的新發(fā)動機上，因此允許增加馬力輸出而無需更改各種組件。而且，這種新穎汽缸蓋可在現(xiàn)場，例如在飛機發(fā)動機“大修”期間進(jìn)行更換，從而與現(xiàn)有汽缸和汽缸蓋相比，類似地改善選定發(fā)動機的馬力輸出，和/或減小選定功率輸出下的燃料消耗。可為大修提供這種新穎的汽缸蓋，作為工廠提供的在現(xiàn)有發(fā)動機大修中使用的新汽缸套件的關(guān)鍵組件。而且，在實施例中有利的是，與僅包括本文所述的新的、改進(jìn)的進(jìn)氣通道和/或排氣通道設(shè)計的汽缸設(shè)計相比，改進(jìn)的進(jìn)氣閥構(gòu)造和/或改進(jìn)的排氣閥構(gòu)造可用于提供功率輸出和燃料經(jīng)濟(jì)性的進(jìn)一步提高。有利地，如同當(dāng)前在許多現(xiàn)有飛機汽缸蓋設(shè)計中使用的那樣，由本文所公開的設(shè)計提供的改進(jìn)的汽缸蓋可使用鋁合金鑄件制造。隨著
以下結(jié)合附圖進(jìn)行的討論，本文所述的用于飛機發(fā)動機的汽缸蓋設(shè)計的這些和其他目的、優(yōu)點、和新穎特征通過上述內(nèi)容、所附權(quán)利要求和隨后的詳細(xì)說明，對于讀者將是顯然的。本發(fā)明人現(xiàn)已開發(fā)出用于飛機發(fā)動機的改進(jìn)的汽缸蓋設(shè)計。該汽缸蓋可容易并快速地安裝在其他方面為現(xiàn)有設(shè)計的新發(fā)動機上，或可容易并快速地安裝在已使用的發(fā)動機上，如在大修期間，當(dāng)安裝新的汽缸以及閥和汽缸蓋等相關(guān)組件可能會有用時。本文公開的新穎的飛機汽缸蓋設(shè)計可根據(jù)特定汽缸所提供的排量導(dǎo)致的進(jìn)氣流量和排氣流量而適當(dāng)縮放。作為實例，賓夕法尼亞州威廉斯波特的Lycoming EnginesCAVCO公司的分部，Textron子公司)生產(chǎn)四缸、六缸和八缸水平對置風(fēng)冷飛機發(fā)動機的產(chǎn)品線，其不同配置具有從大約58立方英寸單缸排量到大約90立方英寸單缸排量。盡管不同排量大小的汽缸的缸套和缸蓋組件的尺寸是相應(yīng)調(diào)整的，然而本文所述和要求的一般原理可以應(yīng)用，且可容易地適應(yīng)尺寸差異。前面簡單說明了示例性的用于飛機發(fā)動機的汽缸蓋的一些方面和要素，及其各種組件。本實用新型的各種目的、特征和優(yōu)點在仔細(xì)參考附圖考慮具體實施例時將更容易理解。
為了使讀者能夠更完整地理解本實用新型及其新穎特征和優(yōu)點，應(yīng)結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)說明，其中圖1是飛機汽缸蓋的實施例的部分截面圖，其示出風(fēng)冷汽缸的上游，并示出包括部分燃燒空氣進(jìn)口通道的汽缸蓋，其中已通過對通道、進(jìn)氣閥和關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣閥導(dǎo)承、進(jìn)氣閥座、汽缸罐內(nèi)的燃燒室上游、排氣閥座、排氣閥和關(guān)聯(lián)的排氣閥導(dǎo)承的成形而使氣流增強，且示出部分熱排氣出口通道，其中已通過成形的通道而使氣流增強。圖2提供上述圖1中給出類型的飛機汽缸蓋的實施例的側(cè)透視圖，其示出進(jìn)氣法蘭和排氣法蘭，并示出與以虛線給出的各現(xiàn)有技術(shù)的通道形狀相比，燃燒空氣進(jìn)口通道(在進(jìn)氣法蘭處)和排氣出口通道(在排氣法蘭處)的減小的流動橫截面積。圖3提供飛機發(fā)動機汽缸蓋中使用的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)氣閥設(shè)計的透視圖。圖4提供飛機發(fā)動機汽缸蓋中使用的進(jìn)氣閥設(shè)計的側(cè)視圖，其示出改進(jìn)的進(jìn)氣閥設(shè)計，該設(shè)計增強了通過鄰近進(jìn)氣閥的燃燒空氣進(jìn)口通道的流動。圖4A提供飛機發(fā)動機汽缸蓋中使用的進(jìn)氣閥設(shè)計的一部分的部分側(cè)視圖，其示出改進(jìn)的進(jìn)氣閥設(shè)計的細(xì)節(jié)，該設(shè)計增強了通過鄰近進(jìn)氣閥的燃燒空氣進(jìn)口通道的流動。圖5提供飛機發(fā)動機汽缸蓋中使用的現(xiàn)有技術(shù)排氣閥設(shè)計的透視圖。圖6提供飛機發(fā)動機汽缸蓋中使用的排氣閥設(shè)計的側(cè)視圖，其示出改進(jìn)的排氣閥設(shè)計，該設(shè)計增強了通過鄰近排氣閥的熱排氣出口通道的流動。圖6A提供飛機發(fā)動機汽缸蓋中使用的排氣閥設(shè)計的一部分的部分側(cè)視圖，其示出改進(jìn)的排氣閥設(shè)計的細(xì)節(jié)，該設(shè)計增強了通過鄰近排氣閥的熱排氣出口通道的流動。圖7示出沿圖2中的線7-7通過缸蓋部橫向截取的飛機發(fā)動機汽缸罐的部分截面圖，其示出汽缸和汽缸蓋的一部分以及燃燒空氣進(jìn)口通道，其中標(biāo)出如圖8、圖9、圖10和圖11中所示的不同橫截面，以及如圖12中所示的進(jìn)氣閥座區(qū)域和上游燃燒空氣進(jìn)口通道的仰視圖的位置。圖8示出沿圖7中的線8-8截取的截面圖，其示出改進(jìn)的燃燒空氣進(jìn)口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖9示出沿圖7中的線9-9截取的截面圖，其示出改進(jìn)的燃燒空氣進(jìn)口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖10示出沿圖7中的線10-10截取的截面圖，其示出改進(jìn)的燃燒空氣進(jìn)口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖11示出沿圖7中的線11-11截取的截面圖，其示出改進(jìn)的燃燒空氣進(jìn)口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖12示出在圖7中的位置12-12取得的透視圖，其示出改進(jìn)的燃燒空氣進(jìn)口通道的出口的標(biāo)出位置的視圖，以及可見的進(jìn)氣通道的上游部分的形狀。圖13示出沿圖2中的線13-13通過缸蓋部橫向截取的飛機發(fā)動機汽缸罐的部分截面圖，其示出汽缸和汽缸蓋的一部分以及熱排氣出口通道，其中標(biāo)出如圖15、圖16、圖17和圖18中所示的不同橫截面，以及如圖14中所示的排氣閥座區(qū)域和下游燃燒氣出口通道的仰視圖的位置。圖14示出在圖13中的位置14-14取得的透視圖，其示出改進(jìn)的熱排氣出口通道的出口的標(biāo)出位置和方向的視圖，還示出可見的熱排氣出口通道的下游部分的形狀。圖15示出沿圖13中的線15-15截取的截面圖，其示出飛機發(fā)動機汽缸蓋中的改進(jìn)的熱排氣出口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖16示出沿圖13中的線16-16截取的截面圖，其示出飛機發(fā)動機汽缸蓋中的改進(jìn)的熱排氣出口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖17示出沿圖13中的線17-17截取的截面圖，其示出飛機發(fā)動機汽缸蓋中的改進(jìn)的熱排氣出口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖18示出沿圖13中的線18-18截取的截面圖，其示出飛機發(fā)動機汽缸蓋中的改進(jìn)的熱排氣出口通道的標(biāo)出位置的橫截面形狀。圖19提供上述圖1和2中給出類型的飛機汽缸蓋的實施例的側(cè)透視圖，其詳細(xì)示出進(jìn)氣法蘭，并示出與以虛線給出的現(xiàn)有技術(shù)的通道形狀相比，燃燒空氣進(jìn)口通道(在進(jìn)氣法蘭處)的減小的流動橫截面積，且示出汽缸蓋的鄰近部分的典型的冷卻法蘭。圖20提供上述圖1和2中給出類型的飛機汽缸蓋的實施例的側(cè)透視圖，其詳細(xì)示出排氣法蘭，并示出與以虛線給出的現(xiàn)有技術(shù)的通道形狀相比，熱排氣出口通道(在排氣法蘭處)的減小的流動橫截面積。圖21是類似于上述圖1中首次示出的飛機汽缸蓋的實施例的部分截面圖，但示出傾斜的閥門設(shè)計，且其中汽缸蓋設(shè)置成更加半球形形狀，并示出包括部分燃燒空氣進(jìn)口通道的汽缸蓋，其中已通過對通道、進(jìn)氣閥和關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣閥導(dǎo)承、進(jìn)氣閥座、汽缸罐內(nèi)的燃燒室上游、排氣閥座、排氣閥和關(guān)聯(lián)的排氣閥導(dǎo)承的成形而使氣流增強，且示出部分熱排氣出口通道，其中已通過成形的通道而使氣流增強。圖22是飛機汽缸和缸蓋組件的實施例的概念視圖，其示出汽缸孔徑與汽缸內(nèi)運行的活塞的行程的關(guān)系，兩者一起確定汽缸的掃氣排量。在附圖中，相似的特征可用相同的附圖標(biāo)記表示，而不再指出。此外，附圖僅是示例性的，并可包含在某些實施例的實際實施中可能存在或省略的各種元件。已經(jīng)嘗試以至少示出對于理解本實用新型重要的元件的方式繪制附圖。然而附圖是為了清楚和簡潔而概括的。值得注意的是，在本文提出的權(quán)利要求或其法律等價物的保護(hù)范圍內(nèi)，可利用改進(jìn)的燃燒空氣進(jìn)口通道、改進(jìn)的熱排氣出口通道、和改進(jìn)的閥門設(shè)計的其他元件或功能組件，以便為飛機發(fā)動機提供有用的性能增強組件。
具體實施方式
參照圖1，其示出汽缸部24和缸蓋部26，其可在例如接合面28結(jié)合以提供用于飛機發(fā)動機的汽缸和缸蓋組件30 (未完整示出)。在不同的發(fā)動機配置中，發(fā)動機制造商可提供汽缸部24和缸蓋部26作為汽缸和缸蓋組件(例如在Lycoming型號0-360-C1G部件目錄中，部件號為LW-12427，“汽缸和缸蓋組件，氮化”)。替換性地，缸蓋部26可被提供為與汽缸本身分離的部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到本文所述的改進(jìn)是為了用于缸蓋部26中，而無論缸蓋部是單獨提供，還是作為組合的汽缸和缸蓋組件30的一部分提供。因此，應(yīng)該理解的是，提到“缸蓋”就是指“缸蓋部26”，而無論缸蓋是獨立提供，還是作為汽缸和缸蓋組件30的缸蓋部提供，除非文中另外注明或做出澄清。然而，在本說明書中給出包括本文所述的實用新型構(gòu)思的部件供應(yīng)的不同替代形式，包括(a)提供組合的汽缸和缸蓋組件30，以及(b)單獨提供可分離的汽缸蓋或汽缸蓋部26，其中汽缸蓋部26配置成連接于汽缸部24。在圖1中所示的實施例中，提供了平行的閥門布置，其中進(jìn)氣閥32和排氣閥34分別沿各自的操作縱軸36和38以平行方式布置。進(jìn)氣閥32具有進(jìn)氣閥座面(seating face)40，其與進(jìn)氣閥座42共同作用以在發(fā)動機壓縮循環(huán)和排氣循環(huán)中密封進(jìn)氣。類似地，排氣閥34具有排氣閥座面44，其與排氣閥座46共同作用以在發(fā)動機進(jìn)氣循環(huán)和壓縮循環(huán)中密封排氣閥。除本文另外注明外，進(jìn)氣閥32和排氣閥34均可以常規(guī)方式操作并采用常規(guī)設(shè)計配置。
如圖22給出的示意圖中所示，提供了在飛機發(fā)動機上使用的汽缸和缸蓋組件30。汽缸部24包括缸體50，其具有由內(nèi)側(cè)壁54限定的直徑為D的汽缸孔52。汽缸孔52配置成可操作地限制具有選定行程距離58的活塞56 (B卩，在上止點60與下止點62之間操作)，從而限定掃氣排量(swept displacement volume) DV。如圖1和圖7中所示，鄰近缸體50的外端64設(shè)置有缸蓋部26。缸蓋部26包括在上游進(jìn)口 72與進(jìn)氣閥座42之間延伸的進(jìn)口通道70。在一個實施例中，在上游進(jìn)口 72可以常規(guī)方式設(shè)置平坦的進(jìn)氣墊圈面73。缸蓋部26還包括在排氣閥座46與排氣口 76之間延伸的排氣通道74。在一個實施例中，在排氣口 76可以常規(guī)方式設(shè)置平坦的排氣墊圈面77。進(jìn)口通道70具有進(jìn)口通道側(cè)壁80，其協(xié)作以在上游進(jìn)口 72與進(jìn)氣閥座42之間限定進(jìn)口通道70的進(jìn)口通道容積IPV。在一個實施例中，進(jìn)口通道容積IPV可約為上述掃氣排量DV的百分之三十(30%)或更少。在一個實施例中，進(jìn)口通道容積IPV可約為掃氣排量DV的百分之二十八(28%)或更少。在一個實施例中，進(jìn)口通道容積IPV可約為掃氣排量DV的百分之二十五(25%)或更少。如圖2中更佳地示出的，在一個實施例中，在上游進(jìn)口 72，進(jìn)口通道70可設(shè)置有腎形橫截面，該腎形具有第一葉82和第二葉84。此外，如圖2中所示，而且如圖19中清楚地示出的,第一葉82和第二葉84可具有不均勻尺寸。如圖7、8、9、10、11和12中所示，可以對應(yīng)于特定表面的橫截面形狀設(shè)置進(jìn)口通道側(cè)壁80，該表面反映出在圖7中給出的一個或多個橫截面位置并且如圖8、9、10和11中給出的該橫截面形狀的圖所示的形狀。此外，在一個實施例中，進(jìn)口通道側(cè)壁80可設(shè)置成在進(jìn)氣閥座42處具有與圖12中給出的形狀對應(yīng)的曲線擬合表面的橫截面形狀。此外，在一個實施例中，進(jìn)口通道側(cè)壁80的橫截面可包括與在圖7中標(biāo)注的橫截面位置示出的如圖8、9、10和11中所不的橫截面形狀對應(yīng)的曲線擬合形狀的表面。在一個實施例中，在圖7中標(biāo)出的任意一個或多個橫截面位置的橫截面形狀可如同正交于進(jìn)口通道70的中心線截取的形狀。在如圖11和12中所示的進(jìn)一步細(xì)節(jié)中，還可看到進(jìn)氣閥導(dǎo)承92的下端90?，F(xiàn)在參照圖13，排氣通道74具有排氣通道側(cè)壁94，以在排氣閥座46與排氣口 76之間限定排氣通道容積EPV。在一個實施例中，與具有上述進(jìn)口通道容積IPV的進(jìn)口通道相t匕，排氣通道容積EPV的大小可設(shè)置為當(dāng)在等效壓降下測量時，提供通過進(jìn)口通道的氣體流量的約百分之七十五(75%)或更少。當(dāng)進(jìn)口通道容積IPV變化時，在不同實施例中，與相應(yīng)的進(jìn)口通道容積IPV相比，排氣通道容積EPV對進(jìn)口通道容積IPV的比值大小可保持為當(dāng)在等效壓降下測量時，提供通過進(jìn)口通道的氣體流量的約百分之七十五(75%)或更少。[0050]如圖2和20中所示，在一個實施例中，在排氣口 76 (并且如圖18中所示，從排氣口 76向上游延伸一定距離)，排氣通道74可具有典型的D形橫截面形狀。如圖20中更清楚地示出的，在一個實施例中，典型的D形形狀還可包括具有圓角98和100的較平坦部分96。如圖13、14、15、16、17和18中所示，在一個實施例中，排氣通道側(cè)壁94可設(shè)置成具有對應(yīng)于曲線擬合表面的橫截面形狀，該曲線擬合表面對應(yīng)于圖13中給出的一個或多個橫截面位置并且對應(yīng)于圖15、16、17和18中所不的橫截面形狀。在一個實施例中，如圖
15、16、17和18中所示的橫截面形狀可對應(yīng)于正交于排氣通道74的中心線截取的橫截面。在一個實施例中，排氣通道側(cè)壁94的橫截面形狀可具有與圖14中給出的排氣閥座46的視圖對應(yīng)的曲線擬合表面。在一個實施例中，排氣通道側(cè)壁94可設(shè)置成具有對應(yīng)于曲線擬合表面的橫截面形狀，該曲線擬合表面對應(yīng)于在圖13中給出的相應(yīng)的橫截面位置的如圖15、
16、17和18中所示的各橫截面形狀。在圖14和15中所示的進(jìn)一步細(xì)節(jié)中，還可看到排氣閥導(dǎo)承104的下端102。 為了使用本文公開的設(shè)計進(jìn)一步提高發(fā)動機的性能，可對進(jìn)氣閥32的構(gòu)造，且更具體地,對如圖4中標(biāo)出的進(jìn)氣閥座面角alpha ( α )的配置做出附加的改進(jìn)。如圖3中總體示出的，現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)氣閥105可設(shè)置有約三十度(30° )的進(jìn)氣閥座面。如圖4A中更具體示出的，如圖3中所示的閥105的現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)氣閥可設(shè)置成具有約三十度(30° )的座面角alpha ( α )(也在圖4A中沿虛線106示出作為參考，以便與發(fā)明人當(dāng)前設(shè)計的構(gòu)造比較)。然而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)如沿虛線108所示將進(jìn)氣閥座面角alpha ( α )調(diào)節(jié)至約四十五度(45° )，會減小空氣穿過進(jìn)口通道70所需的方向改變，因此減小通過進(jìn)口通道70的壓力損失。更具體地，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)對進(jìn)氣閥32設(shè)置以約四十五度(45° )加減約三度(3° )的角alpha ( α )取向的長度為L4tl的進(jìn)氣閥座面40，會提供改進(jìn)的性能，如本文他處更充分地說明的那樣。在一個實施例中，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可通過使用具有約四十五度(45° )加減約一點五度(1. 5° )的角alpha ( α )的進(jìn)氣閥座面40優(yōu)化性能。當(dāng)然，如圖7中所標(biāo)出的那樣，在上述任何實施例中，進(jìn)氣閥座42應(yīng)當(dāng)以與進(jìn)氣閥32的進(jìn)氣閥座面40的角alpha ( α )互補的角beta ( β )取向。適合的進(jìn)氣閥32的其他細(xì)節(jié)可以常規(guī)方式確定，例如半徑R32以及進(jìn)氣閥邊緣110的高度H32。為了使用本文公開的設(shè)計進(jìn)一步提高發(fā)動機的性能，可對排氣閥34的構(gòu)造，且更具體地，對排氣閥座面44的構(gòu)造做出附加的改進(jìn)。在一個實施例中，排氣閥座面44可設(shè)置成具有長度L44并且以圖6A中標(biāo)出的排氣閥座面角theta ( Θ )布置。如圖5中總體示出的，現(xiàn)有技術(shù)的排氣閥111可設(shè)置有約三十度(30° )的排氣閥座面角。在一個實施例中，如圖6A中所標(biāo)出的，示例性排氣閥34的排氣閥座面44可以約四十五度(45° )加減約三度(3° )的角theta ( Θ )取向。該角theta ( Θ )的范圍當(dāng)然是從約四十二度(42° )至約四十八度(48° )。在一個實施例中,排氣閥座面44可以約四十五度(45° )加減約一點五度(1. 5° )的角theta ( Θ )取向。該角theta ( Θ )的范圍當(dāng)然是從約四十三點五度(43. 5° )至約四十六點五度(46. 5° )。如圖13中所標(biāo)出的那樣,在上述任何實施例中，排氣閥座46應(yīng)當(dāng)以與排氣閥座面44的角theta ( Θ )互補的角sigma ( Σ )取向。適合的排氣閥34的其他細(xì)節(jié)可以常規(guī)方式確定，例如排氣閥半徑R34以及排氣閥邊緣112的高度H34。如上所述,在圖1中，在一個實施例中，進(jìn)氣閥32和排氣閥34可取向成用于平行的閥門操作，其中進(jìn)氣閥32的操作縱向中心線36與排氣閥34的操作縱向中心線38平行。在這樣的實施例中，進(jìn)氣閥座42和排氣閥座46相應(yīng)地構(gòu)造和定位成用于平行的閥門操作。替換性地，如圖21中所示，在一個實施例中，可使用呈傾斜的閥門配置的進(jìn)氣閥132和排氣閥134來配置缸蓋部126，其中進(jìn)氣閥132的操作縱軸136與排氣閥134的操作縱軸138不平行，而是在向外的方向上彼此遠(yuǎn)離地傾斜，因此允許在汽缸(未示出)上方的額外的燃燒空間體積139。因此，在這樣的配置中，進(jìn)氣閥座142 (鄰近進(jìn)氣閥座面140)和排氣閥座146 (鄰近排氣閥座面144)構(gòu)造成用于這樣的傾斜的閥門操作。為了評估使用本文所述的設(shè)計提高性能的可能性，使用對改進(jìn)的靜態(tài)試驗件的氣流測量(每分鐘立方英尺-“cfm”)，在測試臺上進(jìn)行一系列性能測試。如表1.1中所示，在標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有Lycoming發(fā)動機汽缸蓋上進(jìn)行一組基線測量。然后，在如上文所述改進(jìn)進(jìn)口通道70后評估Lycoming汽缸蓋，并如表1. 2中所示測量不同流動條件下的性能。如表1. 2中所示，對于典型的Lycoming標(biāo)稱180馬力發(fā)動機(具有標(biāo)稱360立方英寸排量)，如本文所述單獨改進(jìn)進(jìn)口通道70預(yù)期可提供3. 36馬力的平均增益和5. 74馬力的峰值增益。對于相同的發(fā)動機，當(dāng)如本文所述額外提供進(jìn)氣閥32 (或132)的改進(jìn)時，基于該測試，預(yù)期有5. 32馬力的平均增益，且預(yù)計有8. 19馬力的峰值增益。類似地，對具有改進(jìn)的排氣通道74的試驗缸蓋部進(jìn)行氣流測試臺測試。如表2.1中所示，進(jìn)行一組基線測量。然后，在改進(jìn)排氣通道74后評估Lycoming缸蓋部26，并評估不同流動條件下的性能。通過僅對排氣通道74的改進(jìn)，預(yù)期有百分之四(4%)的平均馬力增益和百分之六(6%)的峰值馬力增益。對于額外改進(jìn)排氣閥34的相同的缸蓋部，預(yù)期有百分之十(10%)的平均馬力增益和百分之十四(14%)的峰值增益。表1.1進(jìn)氣現(xiàn)有Lycoming汽缸蓋+現(xiàn)有Lycoming閥門
權(quán)利要求1.一種用于飛機發(fā)動機的汽缸蓋，所述汽缸蓋配置成連接于汽缸體，所述汽缸體具有由側(cè)壁限定直徑的汽缸孔，和外端，所述汽缸孔配置成可操作地限制具有選定行程距離的活塞，從而與所述活塞限定掃氣排量DV，所述汽缸蓋包括 缸蓋部，其具有 由進(jìn)口通道側(cè)壁限定的進(jìn)口通道，所述進(jìn)口通道在上游進(jìn)口與進(jìn)氣閥座之間延伸，并限定進(jìn)口通道容積IPV; 由排氣通道側(cè)壁限定的排氣通道，其在排氣閥座與排氣口之間延伸； 其中所述進(jìn)口通道容積IPV約為所述掃氣排量DV的30%或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)口通道容積IPV約為所述掃氣排量DV的28%或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)口通道容積IPV約為所述掃氣排量DV的25%或更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述排氣通道具有排氣通道側(cè)壁以在所述排氣閥座與所述排氣口之間限定排氣通道容積EPV，其大小設(shè)置成使得當(dāng)在等效壓降下測量時，通過具有排氣通道容積EPV的所述排氣通道的氣流約為通過所述進(jìn)口通道的氣流的75%或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽缸蓋，其中所述排氣通道具有排氣通道側(cè)壁以在所述排氣閥座與所述排氣口之間限定排氣通道容積EPV，其大小設(shè)置成使得當(dāng)在等效壓降下測量時，通過具有排氣通道容積EPV的所述排氣通道的氣流約為通過所述進(jìn)口通道的氣流的75%或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽缸蓋，其中所述排氣通道具有排氣通道側(cè)壁以在所述排氣閥座與所述排氣口之間限定排氣通道容積EPV，其大小設(shè)置成使得當(dāng)在等效壓降下測量時，通過具有排氣通道容積EPV的所述排氣通道的氣流約為通過所述進(jìn)口通道的氣流的75%或更小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中在所述上游進(jìn)口，所述進(jìn)口通道具有腎形橫截面，其包括第一葉和第二葉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的汽缸蓋，其中所述第一葉和所述第二葉具有不均勻尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)口通道側(cè)壁的橫截面形狀包括曲線擬合形狀表面，其對應(yīng)于在圖7中給出的一個或多個橫截面位置示出且在圖8、9、10和11中示出的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)口通道側(cè)壁的橫截面形狀還包括曲線擬合表面，其對應(yīng)于圖12中給出的所述進(jìn)氣閥座的視圖。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)口通道側(cè)壁的橫截面形狀包括曲線擬合形狀表面，其對應(yīng)于在圖7中給出的各橫截面位置示出且在圖8、9、10和11中示出的形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中在所述排氣口，所述排氣通道具有典型的D形橫截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的汽缸蓋，其中所述典型的D形還包括具有圓角的較平坦部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述排氣通道側(cè)壁的橫截面形狀包括曲線擬合形狀表面，其對應(yīng)于在圖13中給出的一個或多個橫截面位置示出且在圖15、16、17和18中示出的形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的汽缸蓋，其中所述排氣通道側(cè)壁的橫截面形狀還包括曲線擬合表面，其對應(yīng)于圖14中給出的所述排氣閥座的視圖。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽缸蓋，其中所述排氣通道側(cè)壁的橫截面形狀包括曲線擬合形狀表面，其對應(yīng)于在圖13中給出的各橫截面位置示出且在圖15、16、17和18中示出的形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，還包括進(jìn)氣閥，所述進(jìn)氣閥具有進(jìn)氣閥座面，所述進(jìn)氣閥座面以約45°加減約3°的角a取向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)氣閥座面以約45°加減約1.5°的角a取向。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)氣閥座以與所述角a互補的角@取向。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，還包括排氣閥，所述排氣閥具有排氣閥座面，所述排氣閥座面以約45°加減約3°的角0取向。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的汽缸蓋，其中所述排氣閥座面以約45°加減約1.5°的角0取向。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的汽缸蓋，其中所述排氣閥座以與所述角0互補的角I取向。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)氣閥座和所述排氣閥座配置成用于平行的閥門操作。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽缸蓋，其中所述進(jìn)氣閥座和所述排氣閥座配置成用于傾斜的閥門操作。
25.一種用于飛機發(fā)動機的汽缸體與汽缸蓋的組件，包括 汽缸體；和 根據(jù)權(quán)利要求1至24中的任一項所述的汽缸蓋，所述汽缸蓋鄰近所述汽缸體的外端設(shè)置。
專利摘要本實用新型涉及一種具有低壓力損失的進(jìn)口通道和排氣通道的飛機發(fā)動機汽缸蓋。在一個實施例中，燃燒空氣進(jìn)口通道包括多葉構(gòu)型，其減小通過進(jìn)口通道的壓降。在一個實施例中，熱排氣通道設(shè)置有增加流速同時減小壓降的形狀設(shè)計。在一個實施例中，設(shè)置有改進(jìn)的進(jìn)氣閥，其形狀設(shè)置成減小進(jìn)氣流經(jīng)進(jìn)氣閥時紊流的產(chǎn)生。在一個實施例中，設(shè)置有改進(jìn)的排氣閥，其形狀設(shè)置成減小排氣離開汽缸時的壓力損失。
文檔編號F02F1/42GK202883139SQ20122023840
公開日2013年4月17日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月4日
發(fā)明者D.恩德里戈 申請人:D.恩德里戈