CN102042093A - 内燃机及其可变斜轴涡流调节机构 - Google Patents

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刘瑞林
赵祥君
董素荣
许翔
刘刚
吴晓
周广猛
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Abstract

本发明公开了一种内燃机及其可变斜轴涡流调节机构，可变斜轴涡流调节机构，包括位于内燃机进气歧管与缸盖进气道之间的阀片及其旋转轴，所述的旋转轴的轴线与内燃机的曲轴轴线之间带有倾角。可变斜轴涡流调节机构能够对内燃机缸内气体宏观运动、斜轴涡流运动的强度与组成实施连续调节，结构简单，调节方便。

Description

内燃机及其可变斜轴涡流调节机构
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种内燃机及其可变进气结构。
背景技术
缸内气体的宏观运动可以用来改善发动机的燃烧过程。在柴油机中，通常利用涡流运动和挤流运动促进燃油雾化及其与空气的混合。在汽油机中，经常采用涡流、滚流和挤流等宏观运动，它们的作用有：促进混合气的形成，提高燃烧时的湍流强度等。涡流和滚流运动二者有机结合，形成斜轴涡流，它的主要作用在于加快早期阶段的燃烧，稳定点燃过程，加速整个冲量的后续燃烧，扩大稀燃极限。另外，分层稀薄燃烧技术的发展也显示宏观气流运动对分层混合气的形成及稀薄燃烧过程的改善有较为明显的促进作用。
充量系数是影响内燃机性能的另一个重要因素，然而，缸内气体宏观运动强度与内燃机充量系数却是反比关系。这就是说，不能同时保证内燃机既有较强的缸内气体宏观运动，又有较高的充量系数。实践表明，内燃机在不同运转工况下，尤其是不同转速工况下，对这两者的要求不同——低速运转时，宏观气体运动强度是影响内燃机性能的主要因素；高速运转时，流通系数又成了影响发动机性能的主要因素。可变进气结构就是针对发动机对气体运动和流通系数的不同要求而产生的。
目前采用的可变进气结构具有如下技术特征：
1.采用分体双进气道结构，两个进气道的结构形式互不相同，一个具有较高的流通系数，一般为直气道；另外，一个具有较高的产生缸内宏观气流运动的能力，一般为切向气道或螺旋气道。具有可变进气功能的阀片一般安装于直气道中。这样，较低转速时，阀片关闭，进气系统产生较高强度的流通系数；较高转速时，阀片打开，进气系统具有较高的流通系数，保证发动机的功率输出。
2.通过对进气门最大升程进行调整，实现对进气过程的调节。具体说，在转速较低时，采用较小的最大气门升程，以保证一定强度的宏观气流运动强度；在转速较高时，采用较大的气门升程，以保证足够的充量系数。
3.通过对进气门开启/关闭正时进行调整，实现对进气过程的调节。具体说，在转速较低时，采用进气门早开/早关正时；在转速较高时，采用晚开/晚关正时。采用这一技术的出发点在于保证内燃机不同转速工况的功率输出。
4.综合考虑2和3的有关因素，既调整进气门的最大气门升程，又调整进气门的正时。
5.另外，还有一些可变进气结构，如横向滑动的可变涡流进气结构、纵向滑动的可变滚流结构，以及直接在气道中设置可调节阀片的可变滚流结构等。
归纳起来，以上这些可变进气结构具有以下技术局限性：
方案1-4不能对缸内气体宏观运动的强度和形式进行连续的调节，属于两状态调节方案，且结构一般较为复杂；
方案5虽然能够一定程度对缸内气体宏观运动实施连续调节，但只对单一运动-涡流或滚流-具有连续调节功能，不能对斜轴涡流运动的强度与组成实施按需调节。而可变斜轴涡流系统就是对斜轴涡流运动的强度与组成进行调节，使发动机的进气系统能更好的满足发动机不同转速不同负荷的要求，改善发动机的燃烧性能，提高发动机性能。
发明内容
本发明提供一种可变斜轴涡流调节机构，能够对内燃机缸内气体宏观运动、斜轴涡流运动的强度与组成实施连续调节，结构简单，调节方便。
一种用于内燃机的可变斜轴涡流调节机构，包括位于内燃机进气歧管与缸盖进气道之间的阀片及其旋转轴，所述的旋转轴的轴线与内燃机的曲轴轴线之间带有倾角。
经过实验测量，该倾角一般设定为40°～80°，作为优选所述的倾角为45°～65°，作为进一步的优选所述的倾角为60°左右效果更好。
内燃机进气歧管与缸盖进气道之间设有过渡管路，所述的阀片位于该过渡管路中。
所述的过渡管路的两个端口与内燃机进气歧管和缸盖通过法兰连接。
所述的阀片的旋转轴沿过渡管路的径向贯穿过渡管路，其中至少一端延伸出过渡管路的管壁，该延伸部位连接有执行机构，该执行机构受控于内燃机中央控制单元，用于控制阀片的翻转角度。
本发明还提供了一种内燃机，该内燃机的进气歧管与缸盖进气道之间设有所述的可变斜轴涡流调节机构。
本发明可变斜轴涡流调节机构主要结构特点如下：
1、阀片的旋转轴线与水平面或曲轴轴线之间存在一定角度，以下称之为αv-axis，不同的内燃机机型应具有不同的αv-axis，可以通过稳流气道实验对不同机型或型号的内燃机的αv-axis进行测定和优化，这正是结构的创新之处。在现有可变进气结构中，阀片的旋转轴线一般与水平面或曲轴轴线平行；在滑动式可变进气结构中，阀片的滑动方向与水平面或曲轴轴线平行，或垂直。
2、适用于具有连体进气道结构的多气门发动机，机构在连体气道分开处对进入气缸的气流实施导流，实现对缸内气体宏观运动、斜轴涡流运动的组成与强度的调节。
3、安装在内燃机的进气歧管与缸盖进气道之间，阀体厚度较小，不用对发动机的既有结构进行任何改动，只需适当加长进气歧管与缸盖之间的连接螺栓，改装成本低廉。
4、用于现代内燃机时，需要事先利用台架实验找出该机构的调节参数与内燃机运转参数之间的优化关系，也就是脉谱图。
5、在内燃机中的执行机构建议采用比例阀，并受控于发动机的中央控制单元，即ECU。
本发明可变斜轴涡流调节机构能够对内燃机缸内气体宏观运动、斜轴涡流运动的强度与组成实施连续调节，可以满足不同工况及燃烧过程，例如分层稀薄燃烧，对缸内气体宏观运动与充量系数的优化要求，具有结构简单，调节方便，易于实现，成本低廉的特点。
附图说明
图1为本发明可变斜轴涡流调节机构的结构示意图；
图2为图1中可变斜轴涡流调节机构的俯视图；
图3为图1中可变斜轴涡流调节机构的左视图逆时针旋转90度后的视图。
图中：
1.斜轴涡流控制阀轴    2.连接螺钉    3.斜轴涡流控制阀片
4.与缸盖连接的法兰    5.过渡气道    6.与进气歧管连接的法兰。
具体实施方式
实施例1
参见附图1、2和3，本发明可变斜轴涡流调节机构位于内燃机进气歧管与缸盖进气道之间的过渡管路，过渡管路围成了过渡气道5，过渡管路中设有斜轴涡流控制阀片3及其旋转轴即斜轴涡流控制阀轴1，斜轴涡流控制阀片3通过连接螺钉2固定在斜轴涡流控制阀轴1上，过渡管路一端为与进气歧管连接的法兰6另一端为与缸盖连接的法兰4。
图中可见斜轴涡流控制阀轴1与内燃机的曲轴轴线(图1中的水平方向)之间夹有45°的倾角。
实施例2
本实施例为一种具有连体气道的CA4GB四气门汽油机，其进气歧管与缸盖进气道之间设有实施例1中的可变斜轴涡流调节机构。
实施例1中的可变斜轴涡流调节机构用于本发动机中，需按以下步骤进行：
1)设计包含实施例1中机构的实验装置。实验装置中，阀片的旋转轴线必须可以沿过渡管路周向连续变化。
2)在稳流气道实验台上，将该实验装置安装到发动机气缸盖上单独进行气道实验。通过稳流气道实验找到了适合该发动机的αv-axis为60°，使得可变斜轴涡流系统的斜轴涡流比调节范围为0～1.53，斜轴涡流倾角调节范围为46.2°～80.2°。
3)按照实验所得αv-axis加工斜轴涡流调节机构。
4)将装置安装于发动机进行台架实验，得出主要结论有：a.低转速、低负荷时，指示热效率和平均指示压力随着斜轴涡流比和斜轴涡流倾角的增加先增加后减小，当斜轴涡流比为0.76、斜轴涡流倾角为55.7°时，指示热效率和平均指示压力最大。中等转速、低负荷时，指示热效率随着斜轴涡流比和斜轴涡流倾角的增加单调增加。b.中低转速时，都是在斜轴涡流比最小、斜轴涡流倾角接近45°时平均指示压力和最高燃烧压力循环变动率最小。
5)通过实验结论修改现有发动机的ECU程序。
6)装机使用。

Claims (6)

1.一种用于内燃机的可变斜轴涡流调节机构，包括位于内燃机进气歧管与缸盖进气道之间的阀片及其旋转轴，其特征在于，所述的旋转轴的轴线与内燃机的曲轴轴线之间带有倾角。
2.如权利要求1所述的用于内燃机的可变斜轴涡流调节机构，其特征在于，所述的内燃机进气歧管与缸盖进气道之间设有过渡管路，所述的阀片位于该过渡管路中。
3.如权利要求2所述的用于内燃机的可变斜轴涡流调节机构，其特征在于，所述的过渡管路的两个端口与内燃机进气歧管和缸盖通过法兰连接。
4.如权利要求3所述的用于内燃机的可变斜轴涡流调节机构，其特征在于，所述的倾角为40°～80°。
5.如权利要求4所述的用于内燃机的可变斜轴涡流调节机构，其特征在于，所述的所述的倾角为45°～65°。
6.一种内燃机，包括相互连通的进气歧管与缸盖进气道，其特征在于，进气歧管与缸盖进气道之间设有权利要求1～5任一项所述的可变斜轴涡流调节机构。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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