專利名稱：提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域，具體是一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)得性能有決定性影響。其原因在于進(jìn)氣系統(tǒng)可以對(duì)進(jìn)氣過程進(jìn)行組織，造成發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的氣流按照一定的模式運(yùn)動(dòng)，致使改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程，包括提高燃燒速度、放熱率。同時(shí)進(jìn)氣系統(tǒng)的充氣效率會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。決定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)特性的因素包括進(jìn)氣道、燃燒室的幾何形狀以及進(jìn)氣門的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)都必須使進(jìn)氣在氣缸內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有兩種基本的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模式，渦流和滾流。圖1(a)和圖1(b)分別是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)渦流和滾流運(yùn)動(dòng)模式的示意圖。這兩種氣流運(yùn)動(dòng)模式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程的影響機(jī)制不同。渦流運(yùn)動(dòng)是指旋轉(zhuǎn)流動(dòng)運(yùn)動(dòng)圍繞氣缸軸線的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)氣過程活塞下移、壓縮過程活塞上移，氣缸內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)與氣缸壁面產(chǎn)生剪切力，致使湍流持續(xù)不斷產(chǎn)生，加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?。而滾流是指旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞與氣缸軸線相垂直的軸線的運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)氣過程后期形成滾流，壓縮過程中隨著活塞上升，氣缸空間變小，直至滾流運(yùn)動(dòng)發(fā)生破碎，形成以大尺度漩渦為主的湍流場(chǎng)，進(jìn)一步加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?。理論和?shí)驗(yàn)表明，渦流和滾流的混合運(yùn)動(dòng)模式，又稱斜軸渦流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的改進(jìn)最為顯著。組織進(jìn)氣過程產(chǎn)生進(jìn)氣旋轉(zhuǎn)主要是由進(jìn)氣道和燃燒室的幾何形狀完成的。此外，還可采用進(jìn)氣門導(dǎo)氣屏、進(jìn)氣屏蔽與進(jìn)氣道和燃燒室配合使進(jìn)氣產(chǎn)生旋流。其中，進(jìn)氣屏蔽的方法最為簡(jiǎn)便。既是在燃燒室的壁面在圍繞進(jìn)氣門的周邊的一定范圍內(nèi)緊密靠近進(jìn)氣門，使得氣流在這個(gè)范圍內(nèi)沒有進(jìn)氣，而大量進(jìn)氣從其它方向流出，從而在氣缸內(nèi)按照設(shè)計(jì)方向上產(chǎn)生需要的渦流或滾流。圖2是進(jìn)氣屏蔽方法產(chǎn)生滾流的示意圖。圖中表明，在進(jìn)氣門背部，即遠(yuǎn)離排氣門一側(cè)，燃燒室與進(jìn)氣門的周邊距離很緊湊，進(jìn)氣從這里無(wú)法進(jìn)入，只是在其他部位進(jìn)入，從而滾流運(yùn)動(dòng)形成。利用壁面屏蔽的方法產(chǎn)生旋流，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但存在一個(gè)弊端。屏蔽氣流意味著降低發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，而充氣效率直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)得輸出功率。綜上所述，為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，目前需要一個(gè)既能提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力，同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率的、具有工業(yè)實(shí)用性的進(jìn)氣系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征是，在進(jìn)氣道出口處安裝進(jìn)氣門，在進(jìn)氣門開啟的下方連接帶有溝槽的壁面的燃燒室，燃燒室壁面經(jīng)由進(jìn)氣門經(jīng)過的部分分為開槽部分和屏蔽部分。本發(fā)明采用的技術(shù)方案[0008]發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的氣流的旋流能力用渦流比或滾流比r表示，
份Sr~一式中r是渦流比或滾流比；是渦流轉(zhuǎn)速或滾流轉(zhuǎn)速；COe是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。r 一般是在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)量的。測(cè)量時(shí)將按照不同的進(jìn)氣門升程位置逐次固定進(jìn)氣門，在每一個(gè)進(jìn)氣門開啟位置下進(jìn)行渦流轉(zhuǎn)速或是滾流轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的測(cè)量， 將準(zhǔn)穩(wěn)定條件下獲得的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行積分運(yùn)算，最終獲得該進(jìn)氣系統(tǒng)的旋流能力和充氣效率指標(biāo)。典型的產(chǎn)生滾流運(yùn)動(dòng)和渦流運(yùn)動(dòng)的進(jìn)氣系統(tǒng)的穩(wěn)流實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，隨著氣門開啟，渦流比、滾流比和充氣系數(shù)呈增加的趨勢(shì)。同時(shí)，大量實(shí)驗(yàn)觀察表明，進(jìn)氣在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流運(yùn)動(dòng)主要在由進(jìn)氣門開啟中后期進(jìn)入的氣流形成的，進(jìn)氣門開啟的開始階段對(duì)旋流的影響較小。針對(duì)一類靠燃燒室壁面屏蔽產(chǎn)生旋流的進(jìn)氣系統(tǒng)，充氣效率必然受到限制。 如果根據(jù)旋流的產(chǎn)生主要是由進(jìn)氣的中后期形成的事實(shí)，將進(jìn)氣過程的前期的壁面屏蔽取消，則即可保證旋流能力的產(chǎn)生，又提高充氣效率。同時(shí)，對(duì)進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、燃燒室其它部分都無(wú)需做改動(dòng)，為提高現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提供了一個(gè)新的途徑。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在燃燒室屏蔽部分、進(jìn)氣門進(jìn)氣開啟早期所經(jīng)過的部分開槽，使得在這個(gè)時(shí)間內(nèi)有更多的進(jìn)氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，在進(jìn)氣中后期進(jìn)氣門經(jīng)過的部分仍然進(jìn)行壁面屏蔽，則可實(shí)現(xiàn)即保證旋流能力的產(chǎn)生，又保證充氣效率的提高的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用的技術(shù)方案不需要對(duì)原進(jìn)氣系統(tǒng)中的進(jìn)氣道、進(jìn)氣門的結(jié)構(gòu)作任何改動(dòng)，只是需要將燃燒室壁面的一部分重新設(shè)計(jì)，即在燃燒室壁面上進(jìn)氣門開啟早期經(jīng)過的部分開槽，在進(jìn)氣門開啟中后期經(jīng)過的燃燒室壁面部分進(jìn)行壁面屏蔽。這個(gè)技術(shù)方案使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)即產(chǎn)生了旋流，又保證了充氣效率。

圖1 (a)是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)模式示意圖；圖1 (b)是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)滾流運(yùn)動(dòng)模式，圖中，13活塞、1氣缸、8排氣道、7排氣門、6進(jìn)氣門、5進(jìn)氣道、15渦流方向、16滾流方向。圖2(a)和圖2(b)是進(jìn)氣屏蔽方法產(chǎn)生滾流的示意圖；圖2 (b)是圖2(a)的A-A 剖視圖；圖中，9汽缸蓋、4進(jìn)氣道內(nèi)的氣流方向、5進(jìn)氣道、6進(jìn)氣門、7排氣門、8排氣道、11 燃燒室、10燃燒室內(nèi)的氣流方向。圖3是實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方案的原理圖；圖中，1氣缸、2進(jìn)氣門后方的進(jìn)氣開口的進(jìn)氣、3進(jìn)氣門后方的進(jìn)氣開槽、4進(jìn)氣道內(nèi)的氣流方向、5進(jìn)氣道、6進(jìn)氣門、7排氣門、8排氣道、9汽缸蓋、10燃燒室內(nèi)的氣流方向、11燃燒室、12氣缸、13活塞、14活塞運(yùn)動(dòng)方向
具體實(shí)施方式
以一個(gè)具體實(shí)施方案進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提出的提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理。該實(shí)施方案是針對(duì)中國(guó)產(chǎn)EQ6100汽油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)，目的提高進(jìn)氣系統(tǒng)的滾流產(chǎn)生能力。該汽油機(jī)燃燒室是平頂，一個(gè)進(jìn)氣門，一個(gè)排氣
4門，氣門升程呈正弦曲線變化。為了使得氣缸內(nèi)形成滾流運(yùn)動(dòng)，首先需要對(duì)燃燒室壁面在進(jìn)氣門經(jīng)過的部分進(jìn)行壁面屏蔽，即盡量縮小燃燒室壁面與進(jìn)氣門頭部圓周的間隙，使得氣流在這部分無(wú)法通過。穩(wěn)流試驗(yàn)臺(tái)對(duì)原進(jìn)氣系統(tǒng)在不同進(jìn)氣門升程下的滾流比的測(cè)量表明，進(jìn)氣初期，直至進(jìn)氣門升程達(dá)到總升程二分之一時(shí)，其滾流比對(duì)最終氣缸內(nèi)的滾流比的貢獻(xiàn)接近10%。所以按照本發(fā)明提出的技術(shù)方案，將燃燒室壁面上部進(jìn)氣門開啟經(jīng)過的部分開槽，寬度是進(jìn)氣門總升程的二分之一，進(jìn)氣門經(jīng)過的其余的燃燒室壁面實(shí)現(xiàn)壁面屏蔽，可以實(shí)現(xiàn)滾流的產(chǎn)生，同時(shí)保證充氣效率。 圖3是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的原理圖。設(shè)計(jì)目的是讓進(jìn)氣主要朝向排氣門一側(cè)流動(dòng)，在氣缸內(nèi)形成滾流運(yùn)動(dòng)。所以需要在進(jìn)氣門遠(yuǎn)離排氣門的一側(cè)的燃燒室壁面進(jìn)行壁面屏蔽，屏蔽部分使燃燒室壁面和進(jìn)氣門二者在進(jìn)氣門升程中后期經(jīng)過的部分距離緊密，以致氣流不能通過。但同時(shí)在燃燒室上部設(shè)計(jì)一個(gè)開槽，開槽部分使燃燒室壁面在進(jìn)氣門升程早期經(jīng)過的部分帶有溝槽，以致氣流能通過，以保證氣門開啟初期的進(jìn)氣效率。燃燒室壁面的溝槽得寬度的進(jìn)氣門的升程的二分之一。圖中表示，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣過程開始，活塞向下移動(dòng)，進(jìn)氣門向下開啟，進(jìn)氣經(jīng)由進(jìn)氣道，流過進(jìn)氣門進(jìn)入燃燒室。在氣門升程較小時(shí)，由于開槽的存在使得氣流沿進(jìn)氣門圓周均勻進(jìn)氣，克服了壁面屏蔽的阻力，提高了進(jìn)氣效率，盡管這部分氣流無(wú)法產(chǎn)生滾流，但對(duì)最終的滾流形成影響較小。隨著進(jìn)氣門的進(jìn)一步開啟，進(jìn)氣門越過了開槽部分，壁面屏蔽開始起到作用，氣流在距離燃燒室部分被屏蔽，無(wú)法進(jìn)入燃燒室，大量氣流從其對(duì)面進(jìn)入燃燒室，在進(jìn)氣中后期在氣缸內(nèi)形成滾流運(yùn)動(dòng)。穩(wěn)流實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明提出的提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以保證滾流比是原來(lái)的99 %而充氣效率提高8 %。
權(quán)利要求1.一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征是，在進(jìn)氣道的出口處安裝進(jìn)氣門，在進(jìn)氣門開啟的下方連接帶有溝槽的壁面的燃燒室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的燃燒室的壁面在經(jīng)由所述的進(jìn)氣門經(jīng)過的部分分為開槽部分和屏蔽部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的屏蔽部分使燃燒室壁面和進(jìn)氣門二者在進(jìn)氣門升程中后期經(jīng)過的部分距離緊密，以致氣流不能通過。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的開槽部分使燃燒室壁面在進(jìn)氣門升程早期經(jīng)過的部分帶有溝槽，以致氣流能通過。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的燃燒室壁面的溝槽的寬度是進(jìn)氣門的升程的二分之一。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的旋流能力和充氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)，它包括進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、帶有溝槽的壁面的燃燒室。燃燒室壁面經(jīng)由進(jìn)氣門經(jīng)過的部分分為開槽部分和屏蔽部分。即在燃燒室壁面上進(jìn)氣門開啟早期經(jīng)過的部分開槽，在進(jìn)氣門開啟中后期經(jīng)過的燃燒室壁面部分進(jìn)行壁面屏蔽，開槽部分的寬度不超過進(jìn)氣門總升程的二分之一。這個(gè)技術(shù)方案使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)即產(chǎn)生了旋流，又保證了充氣效率。
文檔編號(hào)F02B31/00GK202325822SQ201120370218
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者路明 申請(qǐng)人:天津空中代碼工程應(yīng)用軟件開發(fā)有限公司