CN100389250C - 一种内燃机进气导流装置及装有这种导流装置的内燃机 - Google Patents
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Abstract
一种内燃机进气导流装置，安装在气缸头与进气管的连接处，其上设有倾斜的导流叶片，导流叶片伸入内燃机气缸头的进气通道，使内燃机进气产生旋流。在一种优选实施例中，该进气导流装置具有一流线型导流叶片，通过一法兰固定在气缸头的进气法兰接口上，导流叶片靠近进气通道的一侧表面，具有部分伸入气缸头旋涡室的叶片头部，阻止气流提前进入旋涡室。导流叶片最好偏向进气通道的底面，并使叶片头部的宽度变窄，以增大流通面积，减小流动阻力，增强涡流强度。叶片头部的叶尖部分最好略微向叶片背面弯曲。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机进气导流装置，具体地说，涉及一种装入内燃机气缸头进气道内的进气导流装置。
背景技术
为了降低发动机油耗，改进燃烧，降低排放污染，现有技术对发动机进气道作了各种改进，使得进入发动机的燃油与空气充分混合，达到尽量节能并环保的效果。上述努力集中在对进气道形状的改进上，能使气体随气道形状产生涡流，改进燃烧。现有涡流式内燃机燃烧室技术是以上努力的结果。
但在内燃机采取直喷式燃烧方式时，进入燃烧的空气不能形成强大的涡流，影响了燃油的充分燃烧，使得油耗增大，排放污染也加剧，需要有更好的技术方案改善进气系统，从而获得较佳的燃烧效果，达到节油和降低污染的效果。现在公开的技术改进方案，主要对进气道的形状及大小作优化设计，以加大进气气流在通过进气道时形成高速旋转涡流作用，改进燃烧。
现有柴油机气缸头进气道的设计，已经考虑了气流进入气缸时，产生旋涡，但效果不明显。因此，产生了一系列发明专利，用以增强气流进入气缸时的旋涡。这些发明有的效果不明显，有的结构太复杂，不便于应用。例如：
US 4274386美国专利公开了一种透平板式汽化器，它包括一夹持并固定在化油器和进气歧管之间的一薄板，薄板具有与化油器出口和进气歧管进口一致的开口，并成形有沿反时针方向设置的多个三角形导流叶片，以有助于引导燃油空气混合物沿该方向转动，首先撞击三角形导叶的长侧边，该长侧边先隆起一微小的突肩，然后向位于三角形顶点处的开口中心向下倾斜，该突肩有助于粉碎旋转的混合物，旋转的混合物继而向导叶的顶点弯曲，同时导叶的另一侧边也沿同一方向，向导叶的顶点弯曲，形成杯形或漏斗形，引导燃油空气混合物中尚未汽化的液体部分，使其被吸入向位于多个导叶的顶点处的开口中心流动的空气流时被进一步雾化和汽化，以进一步帮助吸入空气，使混合物在该顶点处进一步汽化，从而提高燃烧效率，减少污染。该透平板式汽化器，只适用于汽油机。
US 4432312美国专利公开了一种具有可变涡流导叶的内燃机进气口，在邻近进气阀头部的进气口的端部，设置多个可转动的导叶，从而在改变发动机节气门或负荷情况下，有效地使施加给气缸进气充量的涡流强度相应变化，以有效地满足节气门部分开启时所需的涡流和节气门全开或满负荷时所需的相对自由的流动条件。然而，要在内燃机的气缸头上邻近每一进气阀头部的进气口端部安装这些可转动的导叶，需要对气缸头作较大的改造，甚至会削弱气缸头的强度。
WO 96/35045国际专利申请，公开了一种分层进气发动机，提供了一种内燃机的进气系统，其进气口被一扭曲的隔板分隔成两个螺旋通道，该隔板靠近进气阀的一端所在的平面通常与进气阀阀杆垂直，而位于进气口另一端的该隔板所在的平面通常与进气阀阀杆平行。从而可以将燃油喷射器设置在进气阀附近，保证燃油喷雾不会被垂直设置的隔板阻挡，并且燃油喷雾可以对准进气阀阀头，不会使隔板和燃烧室顶部产生“湿壁现象”。然而在弯曲的进气口内固定所说的扭曲隔板，工艺上比较困难，而且气流沿扭曲隔板流动的路径较长，存在较大的阻力和摩擦损失。
CN 2105560U中国实用新型专利申请说明书，公开了一种用于内燃机的空气涡流装置，包括一壳体和从该壳体沿径向延伸的一组导叶，用以使进气产生涡流。为防止叶片背面负压区出现脱流，导叶上开有狭长切口。该空气涡流装置安装在空气滤清器中心和排气歧管入口处。由于从空气滤清器吸入的空气需要流经化油器和进气歧管，才能到达内燃机燃烧室，设置的空气涡流装置难以在燃烧室内产生强的旋流。
此外，CN 2334879Y中国实用新型专利说明书，公开了一种引擎涡轮助燃器，安装于汽车引擎的空气滤清器和化油器之间，即空气滤清器的排气管内，用以增加吸入空气的流速。该涡轮助燃器由一圆筒形外壳和沿周向等间距设置在外壳内的若干导叶构成，借助导叶端部成形出的舌片和外壳壁上成形出的舌孔将导叶固定在圆筒形外壳内。由于空气仍需通过较长的通道才能到达燃烧室，该涡轮助燃器仍难以在燃烧室内产生强的旋流。而且该涡轮助燃器的各导叶与圆筒形外壳的连接，须经过单独的装配工序才能完成，不适应大规模生产的需求。
鉴于上述原因，设计一种结构简单，无活动部件的，不影响发动机容积效率的，又能使空气在进入气缸时产生旋涡的一种装置，是十分有意义的。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单，无活动部件的，不影响发动机容积效率的，又能使空气在进入气缸时产生旋涡的一种内燃机进气导流装置，该进气导流装置接近内燃机气缸进气阀，既能增强进入内燃机燃烧室的空气的旋转涡流强度，使燃油和空气充分地混合，又勿需对内燃机气缸头进行大的改造。
按照本发明提供的内燃机进气导流装置，其上设有倾斜的导流叶片，使流经导流叶片的气体产生旋流，该导流装置安装在内燃机气缸头与进气管的连接处，所述导流叶片伸入内燃机气缸头的进气通道。
按照本发明的一种优选实施例，所提供的内燃机进气导流装置具有一流线型导流叶片，通过一法兰固定在气缸头的进气法兰接口上，所述导流叶片靠近进气通道的一侧表面，并具有部分伸入气缸头旋涡室的叶片头部，阻止气流提前进入旋涡室。所述导流叶片最好偏向进气通道的底面，并使叶片头部的宽度变窄，以增大流通面积，减小流动阻力，增强涡流强度。叶片头部的叶尖部分最好略微向叶片背面弯曲。
与现有技术相比，由于本发明的带有导流叶片的进气导流装置，安装在内燃机气缸头与进气管的连接处，且导流叶片伸入内燃机气缸头的进气通道，使导流叶片接近内燃机气缸进气阀，阻止气流提前进入旋涡室，既能有效地增强进入内燃机燃烧室的空气的旋转涡流强度，使燃油和空气充分地混合，提高燃烧效率，达到节油和净化尾气减少污染的目的，又勿需对内燃机气缸头进行大的改造，因而能够应用于现有内燃机上。
该进气导流装置没有任何活动部件，只需借助一个固定在气缸头进气法兰和进气联管法兰之间的进气道导流片，就能阻止气流提前进入旋涡室，延长气流前进的距离使其切向进入旋涡室，产生旋涡后再进入气缸。这样，加长了气流切向行进的距离，加大了气流切向行进的流量，增强了进入气缸的旋涡；同时，改善了气流的流动的状况，减少了流动阻力。改善了柴油发动机燃烧室内的燃烧过程，减少了柴油发动机的油耗。
附图说明
图1为本发明内燃机进气导流装置第一实施例的装配示意图；
图2为沿图1中A-A剖面的剖视图；
图3为本发明内燃机进气导流装置第一实施例的剖视图；
图4为沿图3中B-B剖面的剖视图；
图5为本发明内燃机进气导流装置第一实施例的俯视图；
图6为本发明内燃机进气导流装置第二实施例的俯视图；
图7为本发明内燃机进气导流装置第三实施例的俯视图；
图8为沿图7中C-C剖面的剖视图；
图9为本发明内燃机进气导流装置第三实施例的装配剖面图；
图10为安装在单缸柴油机气缸头中的本发明进气导流装置的一种优选实施例的顶视剖面图；
图11为图10的A向视图；
图12为沿图10中B-B剖面的剖面图；
图13为图10所示实施例的俯视图；
图14为图10所示实施例的正视图；
图15为图14所示实施例的侧视图；
图16为图10所示实施例的透视图。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例，详细说明本发明。
说明书和附图中相同或相似的部件用同一标号表示。
图1和图2为本发明的内燃机进气导流装置第一实施例的装配示意图。其中，本发明进气导流装置装在进气管5和气缸头4的结合面上，一个导流叶片8与夹持在进气管5和气缸头4之间的法兰81成形为一体，用连接进气管5与气缸头4的螺栓(图中未示出)固定，进气导流装置的导流叶片8伸入气缸头4的进气通道10内。在进气阀开启后，空气流经进气管道6和气缸头进气通道10时，必然被导流叶片8引导产生涡流。由于导流叶片8能够伸入靠近进气门的位置，进入燃烧室的进气仍保持强大的旋转涡流，与燃料发生充分混合燃烧。导流叶片8为一曲面，其倾斜一定角度，使气流产生旋转。可以通过实验，选择导流叶片8的最佳倾斜角度、几何形状和制作材料，来实现最佳的节油减污效果。本实施例将导流叶片8与衬垫1制成一体，以降低成本和便于装配，适于用模具大批量生产，可方便地应用到现有内燃机上。
图3、4和5示出本发明的进气导流装置的第一实施例。如图所示，导流叶片8的形状相对进气道轴线是倾斜的，其延伸到接近进气阀，以增强进气流的涡流旋转效果。图5反映出大部分流经进气通道10的空气必然被导流叶片8所引导。
图6为本发明的第二实施例的俯视图，图中设有3个分离的导流叶片8。
图7为本发明的进气导流装置的第三实施例的俯视图，该实施例的外形设计成具有带一周壁的圆形座12，圆形座12内形成一气流通道，导流叶片8与圆形座12连成一体，只要把该圆形座12设计成与内燃机气缸头进气道进口相匹配的尺寸。本实施例给出的进气导流装置，可以先压装在缸头进气道口处，再进行发动机进气管的装配作业，能减少工艺流程中的碰撞，节约总装时间。所述导流装置也可以有一非圆形座，导流叶片连接于非圆形座，装配时可将非圆形座压入与之外形配合的气缸头进气道、进气管气道和空气滤清器出气口内。也可以将本装置压装在进气管端，或将导流叶片8反装伸入进气管6内。伸入缸头气道10的导流叶片8易在搬运流转中碰坏，较佳方案是将本装置压装入内燃机气缸头进气道10内，使导流叶片8最大限度地接近进气门，能避免搬运碰伤或轧毛现象发生，能节省制作材料。
图8为沿图7中C-C剖面的剖面图，显示圆形座12和导流叶片8连成一体。
图9为本发明的进气导流装置的第三实施例的装配图。如图中清楚示出的，气缸头的进气通道10邻近进气口处具有一扩孔部分，用以容纳所述圆形座12。如图中双点划线所示，最好用进气管5的底面压住圆形座12。
参见图10-16，其中示出安装在单缸柴油机气缸头中的按照本发明的进气导流装置的一种优选实施例。发动机的气缸(图中未画出)，位于气缸头3的下部，与气缸头的下表面31相接，气缸头的侧表面分别为32，33，34。气缸头的上表面为36。气缸头上部开有进气阀杆的导向孔37和排气阀杆的导向孔(图中未画出)。进气阀阀座孔为47，排气阀阀座孔图中未画出。进气联管(图中未画出)通过进气口法兰39与气缸头相连接。排气联管通过法兰与气缸头相连接(图中未画出)。气缸头中的进气道为10，排气道图中未画出。柴油机气缸头进气道导流片8的法兰81，安装在进气联管的法兰(图中未画出)和气缸头进气口法兰39之间，将导流片8固定在气缸头进气道10中，导流片的叶片部分82与进气道10的右侧表面12相邻。在进气行程时，空气经过进气联管、进气道10、进入气缸头中进气阀(图中未画出)上部的旋涡室42中，使气流产生旋涡，通过进气阀向下进入气缸中。
根据本发明的研究，导流片8的叶片部分82的形状做成流线型，减少了进气的阻力，并增加了进气的旋涡。导流片8的详图参见图13、图14、图15和图16。
为了说明的方便，将导流片8分为导流片法兰81，导流片叶片82和叶片头部83，导流片的上表面84，导流片的下表面85，导流片的左侧面86，导流片的右侧面87。将气缸头进气道10的内表面分为左侧面11，右侧面12，上表面13，下表面14。气缸头进气道10进口的形状一般采用圆形或长方形。导流片叶片82的形状，由于它一方面与法兰81相连接，而其下表面85又要与进气道的右侧面12挨近，所以在叶片与法兰81连接处，需要光滑过渡。
按照本发明的一种优选实施例，所提供的内燃机进气导流装置具有一流线型导流叶片，通过一法兰固定在气缸头的进气法兰接口上，所述导流叶片靠近进气通道的一侧表面。
如图10所示，本发明导流片的叶片8，具有部分伸入气缸头旋涡室42的叶片头部83，以阻止气流提前进入旋涡室，并将气流导向气缸头旋涡室42的切线方向。如图11所示，导流叶片82最好偏向进气通道10的底面14，并使叶片头部83的宽度变窄(该优选实施例中采用斜切角的方法实现)，以增大流通面积，减小流动阻力，增强涡流强度。所述叶片头部83的叶尖部分最好略微向叶片下表面85弯曲，则效果更佳。由于导流片的叶片8的存在，加长了气流切向行进的距离，加大了气流切向行进的流量，增加了进入气缸的旋涡；同时，改善了流动的状况，减少了流动阻力。改善了柴油发动机燃烧室内的燃烧过程，减少了柴油发动机的油耗。
对于附图中的例子，气缸缸径为110mm，导流片叶片头部83伸入旋涡室的长度为7mm，叶片的宽度为20mm，导流片叶片82的下表面85与进气道右侧面12，紧密相接，间隙小于2mm，实验测试结果，发动机的功率不变，发动机的油耗降低了10g/KWh。对于不同机型的发动机，在发动机功率不变的情况下，油耗降低为5～25g/KWh，表明了本发明的经济价值。
本发明的进气导向装置可用金属板材冲压制作，或用合成材料制作，原始曲面及整体几何形状可以根据需要进行设定。本发明通过增加一个简单的导流装置的方式使整体气体流发生涡流作用，比仅用进气道壁来控制气流能产生更强烈的作用。本发明能提高经济性，方案简洁，并且完全可以应用现有工艺技术方便地制造。汽油机、柴油机或使用其它燃料的内燃机，不管多缸机还是单缸机，也不论立式还是卧式，都能很方便经济地应用本发明。投入很少，而带来的节油和减少排放污染的效果却是巨大的。
本发明还可有许多变型，但都在本发明的权利要求保护范围之中。
Claims (7)
1.一种内燃机进气导流装置，其上设有倾斜的导流叶片，使流经导流叶片的气体产生旋流，其特征在于：该导流装置安装在内燃机气缸头与进气管的连接处，所述导流叶片伸入内燃机气缸头的进气通道；
所述导流叶片与夹持在气缸头与进气管之间的一法兰成形为一体；其特征在于：所述导流叶片呈流线型，靠近进气通道的一侧表面，并具有部分伸入气缸头旋涡室的叶片头部。
2.如权利要求1所述的内燃机进气导流装置，其特征在于：所述导流装置具有带一周壁的圆形座，圆形座内形成一气流通道，所述导流叶片与所述圆形座连成一体。
3.如权利要求2所述的内燃机进气导流装置，其特征在于：气缸头的进气通道邻近进气口处具有一扩孔部分，用以容纳所述圆形座。
4.如权利要求1所述的内燃机进气导流装置，其特征在于：所述导流叶片为一组分离的导流叶片。
5.如权利要求1所述的内燃机进气导流装置，其特征在于：所述导流叶片偏向进气通道的底面。
6.如权利要求1所述的内燃机进气导流装置，其特征在于：所述叶片头部的宽度变窄，叶尖部分略微向叶片背面弯曲。
7.具有如权利要求1至6中任意一项所述的进气导流装置的内燃机。
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