CN101346542B - 具有改进的燃烧室内充气运动的内燃机 - Google Patents
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Abstract
一种用于汽车内燃机的气缸盖装置(1)，其具有一燃烧室(5)，一第一进气通道(3)内的第一进气门(6)以及一第一排气通道(18)内的第一排气门(16)和一第二排气通道(19)内的第二排气门(17)。所述第二排气通道(19)设计为，当气流(24)从所述第二排气通道(19)回到所述燃烧室(5)时在该燃烧室(5)中形成一至少局部涡流状的流动。
Description
本发明涉及一种汽车的内燃机。
在现有技术中公知的是，内燃机的点火性能和燃烧性能由此改进，即，供应的燃气这样被导入气缸盖的燃烧室内，即，在燃烧室中形成一所需分层。US 4 494 504公开了一种每个气缸带有四个气门的内燃机，在该内燃机中，燃烧室内的燃料/空气-混合物在点火前靠近火花塞。US 4 762 102表明，在其中一个进气通道内设置一隔板或一遮蔽件，通过所述隔板使流入燃烧室的燃烧气体发生偏转，即，在燃烧室中产生强烈的涡流运动。
EP 0 537 745 A1公开了一种内燃机的进气系统，在该系统中，流入的燃烧气体从滚流逐渐变为涡流流动。
EP 1 207 288记载了来自排气通道的废气在压缩冲程开始时从排气通道的流入。US 6 319 348公开了在吸气冲程过程中从来自排气通道的废气在吸气冲程过程中的吸入废气。GB 2 328 975和US 6 319 348为此设计了相应成型的通道，以使气体发生涡流运动。在GB 2 328 975中额外公开了排气通道内额外的闭锁阻隔装置或气门。DE 198 08 574和US 4 354 436提到了及设置在气门顶上的流动阻隔装置。US 4 354 436也公开了一种设置在排出通道的孔上的、用于偏转流动体的壁。EP 1 234 965还记载了一种位于在活塞表面上的装置。其中在此，该装置涉及一凹槽以及在排出通道一侧的一导流壁。
需要对现有技术中公知的、用于运行内燃机的方法作改进，以便减少燃料消耗和污染物排放。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种就此而言改良了的内燃机，一种运行该内燃机的方法，以及一种装备有该内燃机的汽车。
该技术问题通过独立权利要求的主题解决 。由各从属权利要求得出有利的进一步发展。
按本发明的内燃机具有一气缸盖装置，并且通常每个气缸带有四个气门。其中，两个气门设计为进气门，另外两个气门设计为排气门。各气门座保证了各气缸的燃烧室与所属进气通道和排气通道之间更可靠的密封。在按本发明的内燃机中，第一排气通道或第二排气通道设计为当气流从排气通道 回到燃烧室时，在燃烧室中产生至少局部涡流状的流动。
在燃烧室中出现至少局部涡流状流动的情况下，燃烧气体的流动在这里可理解为，所述气流围绕燃烧室的中心轴线涡旋状地流动，火花塞电极设置在所述中心轴线内。气流在此大约切向流入所述燃烧室，因此，如果从燃烧室的上方看，气流在燃烧室的圆柱状侧壁上环状回转。
按本发明的一个思想，为改进按本发明的内燃机中的燃烧，在燃烧气体排出之后，一部分燃烧气体混同新鲜的燃料/空气-混合物被吸入燃烧室。这可通过例如一个较大的气门重叠实现，并且可以通过凸轮-调节装置或通过 电或液压的气门控制装置完成。通过灵巧地控制以上述方式抽吸回燃烧室的燃烧气体的流动方向，可以在燃烧室中形成所期望的燃烧气体与新鲜的燃料/空气-混合物的分层。
按照本发明，气流这样地导入燃烧室，即，抽吸回的燃烧气体在燃烧室内形成一螺旋状流动。气体在此时流过至少一部分燃烧室的外壁，但不在这一区域内形成明显的涡流。气体在此采取部分环形的流动路径。
在此，技术人员由现有技术可知，必须如何在气缸盖内设计通道，以便流经这样一个通道的气流因而能在燃烧室内部获得所需的方向或偏转。此外，本技术领域中有关在气缸盖进气通道的区域内形成气体涡流或气体滚流的知识，可以按本发明在考虑到变化的边缘条件的情况下应用在这样一股气流上，即，自排气通道被抽吸回燃烧室的燃烧气体流。在此，按本发明需考虑到，抽吸回燃烧室的气流明显比气缸盖进气通道中的气流要小且量更少。
当然，本发明也可以应用在带有三个或甚至仅带有两个气门的内燃机中，这些气门中仅有一个是排气门。
在此，在一个排气门座或两个所涉排气门座的区域内，可在各排气通道内设置至少各一个遮蔽凸起，所述遮蔽凸起可以作为凸面一起浇铸。废气流可在这样一种壁上偏转(这一点就象例如在US 46762102中为进气通道所设计的那样)。在此，遮蔽凸起的壁构造为，沿该壁流动的气流在远离燃烧室中心轴线靠近燃烧室侧壁处被引回至燃烧室。采用这种结构很容易产生螺旋状的气流。
按本发明，也可以在进气通道上设置一结构，该结构形成燃烧室中新鲜燃烧气体的至少局部的涡流流动。在进气门或进气通道总共为两个的情况下，这种结构可以设置在其中一个之上或两个上面都设。
按照本发明，当燃烧气体被抽吸时，可结合进气通道和排气通道作如下处理，其中，通过所述进气通道和排气通道分别在燃烧室内产生至少局部涡流的流动。首先，可以构造一种内燃机，使得无论是从一个进气通道或从两个进气通道流入燃烧室的新鲜燃烧气体，还是流入燃烧室的、从排气通道抽吸回的用过的燃烧气体都能分别形成一个同方向的涡流。在这种情况下，从排气通道回到燃烧室的较小气流支持与之相比更强的、来自进气通道的气流，因此形成一个围绕燃烧室中心轴线的涡流。在此，气流可以调节为，未经燃烧的燃料/空气混合物位于设有火花塞电极的燃烧室内部。在外侧围绕该 区域积聚的、已经燃烧过的燃烧气体为接下来新鲜燃料/空气混和物的燃烧形成一隔离层。由此，不仅可以减少废气中的氮氧化物，而且实现了效率的改进。
与之不同的是，流入燃烧室内的、已经燃烧过的燃烧气体也能与流入燃烧室的、形式为燃料/空气混和物的新鲜燃烧气体发生碰撞，从而产生涡流或滚流。因此，可通过相应影响新鲜燃料/空气混和物的燃烧来实现某些其它效果。
只要两股关于燃烧室中心轴线斜对置的气流分别在同一方向上产生涡流，同时另外两股气流产生滚流，前述两种原理就能在四气门内燃机中结合起来。
本发明也可以在汽车中实现，在所述汽车中使用了这种带有按本发明的气缸盖的内燃机。按本发明的方法包括前述各单独的步骤。在此，为简化叙述，对燃料和燃烧空气的混和物以及燃烧时产生的产物都使用“燃烧气体”这一表述。
通过本发明将减少相关内燃机的燃料消耗，并且提高了对回导废气的兼容性。本发明提供了一种增强的充气运动(这一点迄今仅仅借助在进气通道中的节气门形成，为此可参见US 4762102)。通过本发明，排气通道用于产生额外的充气运动。如前所述，在此采用对排气通道的遮蔽和成型措施。
本发明提供一种对进气通道的流动的影响，其中可避免因当时的运行状态对燃烧室充气的不利影响。这恰恰对于不需要增强的充气运动的运行状态来说是一个优点。这种增强的充气运动尤其是在为了提高在运送回导废气时的燃烧稳定性时是所期望的。
按照本发明，废气回导至少部分地通过一滞后调节的排气凸轮轴实现，因此，通过活塞下行将排气管道的废气抽吸回燃烧室。
本发明通过排气通道的成型，利用这些回流的废气来增强充气运动。尤其在带有凸轮轴调节装置和排气门闭合滞后的内燃机中，也就是说，来自排出通道的回流可以借助于按本发明提出的排气通道和必要时额外的遮蔽件的组合，通过排气通道中的壁或凸面进一步增强充气运动。
在按本发明设计的、通过排气滞后调节装置设定的废气回导中，废气在气门开度很小时流过排气门。现在，如果在其中一个排气门上，例如在气门顶或在排气门的区域内，例如在排气通道中设置一遮蔽件或凸起或凸面，尤 其是通过气缸盖上一个凸出的浇口，防止废气从气门的底侧流出，从而使更大流量的废气通过气门的顶侧流出。此时产生一种涡流状的充气运动，该充气运动在正确选择遮蔽件或隔板时并入现有的进气涡流。
此外，本发明也特别涉及遮蔽件与有针对性的排气通道成型之间的结合。
一种排气通道，其为产生涡流而被遮蔽，其具有一通道轮廓，该通道轮廓进一步支持燃烧气体的涡流形成。在此，用于使燃烧气体产生涡流的进气通道的通道形状可套用在排气通道上。通过对两个排气通道的遮蔽可以在回吸时使气流生成一滚流运动，该回吸滚流与进气滚流正好相反。
通过本发明，内燃机气缸中的充气运动以简单的方式得到增强。对回导废气的兼容性提高。通过由此可能的去节流(Entdrosselung)可以降低燃料消耗。
本发明通过排气通道的成型，必要时通过一个遮蔽件，利用回流的废气来产生或增强充气运动。本发明的变换可以通过改变排气筒通道的以及必要时燃烧室的铸模实现。
在本发明中，两个排气通道以及进气通道可分为一个涡流通道和一个充气通道。其中，涡流通道弯曲至气缸壁，并且必要时可设计为，让大部分充填气体通过气门的顶侧流出。为此，通道在燃烧室中敷设的更加平坦。这种特性也通过气门底侧的遮蔽实现或支持。涡流通道相应地作相反设计，也就是说笔直通往燃烧室中央，并且必要时比充气通道更加垂直地伸入燃烧室。
在这些回抽通过两个排气通道的遮蔽使相关气流发生滚流运动的变型中，其中，所述气流与进气滚流相反，产生了多种有意义的应用可能性。尤其是之后，当通过一反向滚流运动或通过一“逆向滚流运动”工作时，如一些柴油机中的滚流运动，通过遮蔽件实现的滚流运动状态可以由回流的充填产生。这一滚流运动状态可在之后支持进气流的滚流运动。相反地，也可以在进气侧布置一滚流运动，以及在排气侧布置“逆向滚流运动”或反向的滚流运动。
在附图中根据实施例阐述本发明。
图1示出了在内燃机气缸区域内按本发明的气缸盖的剖视图和
图2示出了图1所示气缸盖的另一个剖视图。
图1和图2示出了一在此没有加以详细说明的内燃机的、按本发明的气 缸盖1的剖视图。切面在气缸2的区域内，所述气缸2在图1中以圆形的虚线表示。
气缸盖2具有一第一进气通道3和一第二进气通道4，所述通道在燃烧室5的区域内通过一第一进气门6和一第二进气门7关闭。为了更好地密封，设气门座8，其中，图2仅示出了第一个进气门6的气门座。在顶侧，第一进气门6和第二进气门7在其气门杆9上各由一个气门套导管10引导。在此，气门套导管10在气缸盖1的气门套导管槽11内引导。在第一进气通道3的区域内设置一遮蔽凸起12，作为从第一进气通道3的上侧向下伸出的突出部。中间壁13将第一进气通道3与第二进气通道4隔开。
此外，气缸盖3还具有一火花塞孔14，所述火花塞孔在图1中以虚线示出。火花塞孔14在图1中与燃烧室5和气缸2的中心线15重合。
第一排气门16和第二排气门17在气缸盖1内的设置与第一进气门6和第二进气门7基本类似。这些在图1中都有示出。此时，所述第一排气门16把第一排气通道18与燃烧室5隔开。同样，第二排气门17把第二排气通道19与燃烧室5隔开。一中间壁20又将第一排气通道18与第二排气通道19隔开。此外，在第二排气通道19中形成一遮蔽凸起21，该遮蔽凸起沿第二排气通道上部向下伸出。
在运行时，按本发明的气缸盖1的情况如下。在燃烧冲程之后，位于燃烧室5内部的燃烧气体在排气冲程通过第一排气门16和第二排气门17排至第一排气通道18和第二排气通道19。接着，开始吸气冲程，在该冲程中，活塞在第一进气门和第二进气门打开的情况下，在气缸2中从其在上部死点内的位置向下运动。因此，新鲜的燃料/空气混和物流入燃烧室5。由于第一进气通道3的特别构造，且由于遮蔽凸起12，第一进气通道3内的燃烧气流如运动箭头22所示流动。如图1所示，燃烧气流22流过所述第一进气门6并且沿着气缸2的外围在燃烧室5的内部作螺旋运动。由此在燃烧室5内提供了新鲜燃烧气体的分层充填。同时，新鲜的燃烧气体在第二进气通道4中按运动箭头23经过第二进气门7运动至火花塞孔14所在区域。该燃烧气流23比燃烧气流22更加平直地流入燃烧室5。
在按本发明的内燃机中，第二排气门17在吸气冲程开始时稍稍打开。这由图中未示出的凸轮调节装置完成。第一排气门16在整个吸气冲程过程中保持完全关闭。通过略微打开第二排气门17，可自排气管道(Auslasstrakt) 中将使用过的燃烧气体吸回至燃烧室5。这通过运动箭头24标出。从排气管道抽吸的燃烧气流24在燃烧室5内部采取类似于燃烧气流22的路径，也就是沿着气缸2的外围并且是沿螺旋状的方向。燃烧气体气流22有利于促进燃烧气体气流23在火花塞孔14所在区域内的积聚。由此在燃烧室5内实现按本发明的分层。
在另一图中未示出的实施例中，第一排气门16也在吸气冲程过程中打开，从而使燃烧气体从第一排气通道18回流到燃烧室5内。
附图标记列表
1气缸盖
2气缸
3第一进气通道
4第二进气通道
5燃烧室
6第一进气门
7第二进气门
8气门座
9气门杆
10气门套导管
11气门套导管支座
12遮蔽凸起
13中间壁
14火花塞孔
15中心轴线
16第一排气门
17第二排气门
18第一排气通道
19第二排气通道
20中间壁
21遮蔽凸起
22运动箭头
23运动箭头
24运动箭头
Claims (7)
1.一种汽车内燃机，其具有气缸盖装置(1)，其中，所述气缸盖装置(1)具有一燃烧室(5)，并且在所述燃烧室(5)中具有在第一进气通道(3)的第一进气门座(8)内的第一进气门(6)以及在第一排气通道(18)的第一排气门座内的第一排气门(16)和在第二排气通道(19)的第二排气门座内的第二排气门(17)，其中，所述第一排气通道(18)和/或所述第二排气通道(19)设计为，当气流(24)从所述第一排气通道(18)回到所述燃烧室(5)时或当气流从所述第二排气通道(19)回到所述燃烧室(5)时，在该燃烧室(5)中形成至少局部涡流状的流动，其中，在所述第一排气门座的区域内设置至少一个在所述第一排气通道中的作为通道壁的凸面一起浇铸出的第一遮蔽凸起和/或在所述第二排气门座的区域内设置至少一个在所述第二排气通道(19)内的作为通道壁的凸面一起浇铸出的第二遮蔽凸起(21)，其中，所述第一遮蔽凸起和/或所述第二遮蔽凸起(21)的壁被这样构造，即，使得沿所述壁扫掠流动的气流(24)沿着从第一排气通道或所述第二排气通道(19)流回燃烧室(5)的方向流动时，被导引成远离燃烧室(5)中心轴线(15)而流向燃烧室侧壁(2)，其中，在燃烧气体从燃烧室(5)的一个或多个排气通道(18，19)中排出后，在通过所述燃烧室(5)的一个或多个进气通道吸入新鲜的燃料/空气混合物的同时，将来自一个或多个排气通道(18，19)的燃烧气体吸入所述燃烧室(5)中，由此在所述燃烧室(5)中形成分层，其中，未经燃烧的燃料/空气混和物位于所述燃烧室(5)的内部，已经燃烧过的燃烧气体则围绕该区域积聚。
2.按权利要求1所述的汽车内燃机，其特征在于，所述第一进气通道(3)设计为，当气流(22)从所述第一进气通道(3)进入所述燃烧室(5)时在所述燃烧室(5)中产生至少局部涡流状的流动。
3.按权利要求1或2所述的汽车内燃机，其特征在于，在一个第二进气通道(4)的第二进气门座(8)中设置第二进气门(7)。
4.按权利要求3所述的汽车内燃机，其特征在于，所述两个进气通道(3)中至少有一个设计为，当气流(22)从该进气通道(3)进入所述燃烧室(5)时在所述燃烧室(5)内产生至少局部涡流状的流动(22)，且位于所述燃烧室(5)的中心轴线(15)斜对面的所述排气通道(19)设计为，当气流(24)从该排气通道(19)回到所述燃烧室(5)时在所述燃烧室中产生至少局部涡流状的流动(24)。
5.按权利要求1至4之一所述的汽车内燃机，其特征在于，在所述气流从所述排气通道回到所述燃烧室时在该燃烧室中产生至少局部作为滚流的流动。
6.按权利要求5所述的汽车内燃机，其特征在于，在所述气流从进气通道进入所述燃烧室时在该燃烧室中形成至少局部涡流状的流动和/或滚流。
7.一种带有按权利要求1至6之一所述汽车内燃机的汽车。
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