CN103782005A - 用于燃烧发动机的进气道的引流体、掩蔽模块和燃烧发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种引流体（4），其布置在燃烧发动机的进气道（3）内，所述引流体能够在穿流进气道（3）的空气和/或燃料空气混合物从所述进气道（3）穿过进气口（2）转移到燃烧室（1）中时使其发生偏转。此外本发明还涉及一种具有所述引流体（4）的掩蔽模块（8）和一种具有至少一个燃烧室（1）和通往所述燃烧室（1）的进气口（2）的燃烧发动机，该进气口能够通过进气气门（2）封闭和打开，其中为燃烧室（1）配置了用于空气和/或燃料空气混合物的通道状的进气道（3），在该进气道中布置了引流体（4）和/或掩蔽模块（8）。

Description

用于燃烧发动机的进气道的引流体、掩蔽模块和燃烧发动机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的引流体。本发明还涉及一种包含这种引流体的掩蔽模块。此外本发明还涉及一种具有这种引流体或者说这种掩蔽模块的燃烧发动机。

背景技术

燃烧发动机的效率和排放与燃烧室内用于燃烧的混合物的分布有关。混合物的期望的分布受到混合物在燃烧室内的运动、即所谓的负载运动的影响并且基本上受到空气和/或燃料空气混合物在流入燃烧室时的运动的影响。燃烧室中的负载运动（Ladungsbewegung）分为旋流运动和滚流运动。在柱状的燃烧室内，旋流运动就是负载围绕汽缸轴线的旋转运动而滚流运动就是负载围绕垂直于汽缸轴线的运动。负载运动的旋流和滚流特性是由进气通道的几何构造引起的。所谓的入流特性与进气口和进气道的几何外形有关。

不同形式的负载运动对火焰速度有剧烈影响。燃烧速度提高的优点在于可能的混合物变稀以及与之相关的特定燃料消耗下降。滚流主要在每个燃烧室具有一个进气道的多气门发动机中产生。在每个燃烧室具有多个进气道的燃烧发动机中至少一个进气道能够设计为可关闭的。在这种燃烧发动机中至少在低转速的情况下主要产生旋流。

除了进气道的几何构造，负载运动还可能受到掩蔽的影响。掩蔽通常是中断棱边，它能够让气流与进气道的表面脱离开。掩蔽或者布置在进气气门座上或者布置在靠近气门座的进气道内。然而，刚性的、不可变化的掩蔽有以下缺点，进气道因为掩蔽变窄并且因此限定了进气道中的最大的体积流量。

由文献WO 95/17589 A1公开了可摆转的掩蔽的许多不同的实施方式。其示出一种具有通道状的进气道的往复活塞式发动机，其中布置着用于改变其自由流动横截面的机构。然而，在这类可摆转调整的掩蔽中，总是很难实现进气道相对于周围环境的气密性。而且在掩蔽上也可能形成沉积的炭黑或者燃料残余，它们会影响调整运动。

在文献DE 198 09 052 A1中描述了一种用于燃烧发动机的燃烧室的进气道的掩蔽元件。该掩蔽元件包括不对称地布置在进气道内的延展体，该延展体能够通过泵入流体（Fluid）膨胀，由此形成斜面，从而预先设定被引导的气体到燃烧室的进气气门的流动方向。

由文献EP 1 555 422 A1公开了一种用于燃烧发动机的燃烧室的多流式进气通道，其流体被刀刃状的板子隔开。所述板子的位于上游的端部形成用于设置在上游侧的其中一股流体的封闭件，其方式为该封闭件能够借助未详尽说明的操作机构灵活地摆转。通过这种方式在进气通道中形成狭窄位置，从而提高流入的气体的流动速度。

发明内容

在这种背景下，本发明的任务在于，以避免在掩蔽上出现沉积的方式实现掩蔽。

该任务通过具有根据独立权利要求1的特征的引流体得以解决。

根据本发明设置了一种引流体，其具有弹性的材料，特别是由弹性的材料构成，优选是弯曲弹性的。例如是弹性的复位元件、特别是弹簧片。换句话说，弹性材料优选是弹簧弹性的或者是弯曲弹簧弹性的。该引流体根据本发明能够通过作用于它的力在至少部分变形的情况下围绕一个位于引流体的上游的点摆转。换句话说，该引流体能够柔性地摆转或者说能够变形地摆转。

这种材料特别是以如下方式和/或以如下程度有弹性，如其能够通过流入的气体的力作用在进气道中变形那样。由此实现了，为了调整引流体只需要沿调整方向向引流体施加力。所述力例如能够是进气道内作用到引流体上的气流。然后引流体在没有来自外界的力作用的情况下复位。为此，引流体的一种实施方式具有这样一种形状，其对于气流或者燃料空气混合物流来说是气动的阻力。在没有通量或者通量仅仅微小时，引流体作为中断棱边伸入到进气道的横截面中。在通量越来越大时，引流体则变形并且朝进气道的表面运动，由此扩大进气道的横截面并且有更多的空气或者燃料空气混合物能够流入到燃烧室中。

在引流体的改进方案中，在引流体上布置着传感器。由此能够获取关于引流体的变形、燃烧室前方的进气道内的通量和/或温度的信息。

根据本发明，实现一种具有根据本发明的引流体的掩蔽模块，其包括所有用于改变进气道的自由流动横截面的机械装置并且/或者能够插入到进气道中地布置在该进气道内。在这种掩蔽模块中，所有为了掩蔽需要的特别是机械的构件都集成在一个模块中，这种掩蔽模块使简单的装配或者说轻松的更换成为可能。在装配时，掩蔽模块被作为插入物导入到进气道内并且贴靠在进气道的表面部段上。在拆卸时以同样的方式按相反的顺序进行。所述插入在已拆卸汽缸头的情况下直接插入到进气道内或者通过构造在燃烧发动机的汽缸头内的通道实现。

掩蔽在有利的后果中对沉积不敏感。其不会影响进气道的气密性。此外还有利的是，在进气道或者说汽缸头的所提供的狭窄的构造空间中占据尽可能少的空间。掩蔽能够在车间内简单地装配并且轻松地更换。它能承受进气气门附近的温度。用于运行掩蔽的能量需求也尽可能小。

因此，根据本发明设置了一种燃烧发动机，其中在进气道内布置了至少一个根据本发明的引流体和/或根据本发明的掩蔽模块，其中所述引流体能够在流体从进气道穿过进气口转移到燃烧室中时使其偏转。通过使流体偏转、特别是通过所形成的流动中断在燃烧室中有目的性地形成旋流和滚流运动。所述偏转借助使进气道的横截面变窄形成。通过根据本发明可设定地变窄使得滚流数和/或旋流数、涡流动能和燃烧室内的均匀指数增加。借助能够在进气道中运动的引流体使进气道变窄。这对于流体来说例如以斜面的形式形成阻力。在此证明有利的是，引流体应该具有沿流动方向尽可能大的纵向延伸度。为了有效地影响进气道中的流体，有利的是，使引流体相对于进气道的表面高出1到3mm、优选高出2mm。在构造成斜面的引流体具有大的纵向延伸度时，到达进气道的调整角相对于进气道的表面达到大约2°至7°、优选达到5°。对于也能够共同在引流体中实现的这两个调节参量而言，通过所形成的滚流有利地充分利用了燃烧室。在此，能够在形成壁膜少的情况下同时有利地蒸发燃料。

掩蔽模块优选包括连接机构、特别是电插接连接件。由此能够借助电信号操控该掩蔽模块和/或从掩蔽模块获得信号，例如关于增压气体特性或者关于引流体状态的信号。此外还能够借助非机械的连接机构将掩蔽模块布置在进气道中，特别是加装进去，而不会因此影响进气道的气密性。为了操控引流体和/或为了分析从掩蔽模块获得的信号，连接机构将掩蔽模块与燃烧发动机的控制装置连接起来。

在一种改进的构造方案中，掩蔽模块除了引流体和连接机构还包括转换件。转换件例如用于使与转换件连接的引流体移动和/或变形。转换件优选将电信号转换成机械运动或者其他的物理参量、特别是压力或温度。因为转换件与引流体连接，所以它作为执行器对其起作用。在本发明的一种实施方式中，转换件为此是具有高的热延展系数的线材。例如受汽缸头中温度的影响，转换件的长度改变并且引流体变形和/或移位。如果转换件同时是电阻并且通过连接机构将电流施加到转换件上，那么转换件的温度根据所施加的电压和/或电流强度发生变化。于是能够可切换或者说可条件地使引流体变形和/或移位。转换件因为电能而升高的温度能够在进气道中的温度范围以外，由此能够独立于进气道中的温度影响引流体。

在本发明的一种有利的改进方案中有利的是，转换件由发生热反应的形状记忆材料、例如镍钛合金构成，其长度延展度在温度超过阈值时变化，由此能够改变引流体的位置和/或形状。在此证明可行的是，阈值高于燃烧发动机正常运行时产生的温度。于是确保了只能通过接通电压使转换件变形。在关断电流输送以后，转换件又冷却并且再次回到其原始位置。对引流体的调整通过在例如20开耳芬、优选5开耳芬的跨度内改变转换件的温度实现。

如果转换件由形状记忆材料制成，那么它同时也能够作为本身的复位元件，但是也能够用作引流体的复位元件。所以也能够精确调校转换件的长度变化和引流体的位置。能够根据燃烧发动机的运行点进行掩蔽。

作为替代方案，转换件能够布置在进气道以外。例如作为电磁体的转换件能够从进气道以外向掩蔽模块中作为连接机构的永磁体起作用并且因此作用于进气通道中的引流体。

在本发明的具体的实施方式中，引流体由弹性的复位元件、特别是弹簧片构成。在转换件对引流体起作用结束后，引流体由于产生的复位力再次回到原始的位置、即初始位置。

优选能够规定，引流体在其初始位置中最大程度地伸入到进气道内并且使进气道的自由横截面变窄。如果在转换件上施加电压，那么引流体就会朝向进气道的表面或者说掩蔽模块运动和/或变形，特别是在至少部分变形的情况下摆转，直到进气道的自由横截面几乎完全敞开。

转换件和引流体也能够单部地实现为单一体的构件。转换件在操控时的运动能够是例如与进气道的纵向延伸线平行的移动、摆转或者是围绕轴线的旋转和/或变形。

由于所选的组件和构造方式，掩蔽模块具有非常紧凑的构造形式。这也实现了装入到现有的燃烧发动机中，而不会显著减少进气道的通道横截面。为了将掩蔽模块穿过构造在燃烧发动机的汽缸头中的通道导入进气道，汽缸头必须具有这种单独的通道。在一种优选的实施方式中，掩蔽模块包括引流体、转换件和连接机构，它们全部都布置在掩蔽模块的壳体内。引流体在此可运动地保持在壳体上和转换件上。转换件或者说转换件与引流体的连接部位能够相对于壳体并且也相对于壳体上引流体的轴承运动。通过改变轴承和连接部位的相对位置能够使引流体变形并且/或者改变其在进气道中的位置。此外还为掩蔽模块配置了固定元件，借助该固定元件将掩蔽模块保持在进气道内。

掩蔽模块的一种实施方式是，在掩蔽模块中布置多个转换件，它们为了对引流体产生影响而被相互独立地导入掩蔽模块中并且/或者与引流体连接。所述多个相互独立的转换件实现了引流体沿多个方向和/或围绕多个轴线移位和/或变形。所述移位和/或变形能够在物理意义上交替进行或者重叠地进行和/或在时间上同时进行，错开进行或者前后相继地进行。于是例如能够使引流体一方面向进气道的中心弯曲并且另一方面围绕与进气道的纵向延伸线平行的轴线旋转。于是能够设定额外的流动效果、如产生额外的旋流组分。

如果在每个燃烧室都具有第一进气道和至少一个其他进气道的燃烧发动机中在每个进气道内都定位有掩蔽模块，其中所述掩蔽模块相互独立地受控，那么也能够产生这些额外的旋流或滚流组分。其中，掩蔽模块为了在进气道中产生其他流动效果能够布置在不同的相互偏离的位置中。于是尤其是能够单个地或者同时相互独立受控地产生旋流和滚流。这种流动效果在每个燃烧室具有一个进气道或者具有多个进气道的燃烧发动机中也能够实现，其方式为在进气道中布置多个掩蔽模块。

此外在本发明的一种改进方案中有利的是，在引流体和/或转换件上布置传感器。由此能够例如检测引流体的偏转度和/或转换件的特征值、如与温度有关的阻尼。传感器的这些值能够像用于调节引流体位置那样也用于诊断燃烧发动机。也有可能能够检测像转换件线材断裂这样的缺陷。所述由传感器检测到的值由掩蔽模块的传输装置传输给燃烧发动机的控制装置。这是无线地或者通过电连接机构实现的。

对于所介绍的这种具有其许多、有些是可选的特征的掩蔽而言，能够根据燃烧发动机的运行点通过发动机控制器，即控制装置设定期望的流动效果。于是能够在特定的运行范围内，如在部分负载运行时利用掩蔽的优点、也就是提高燃烧室内的负载运动，而不必忍受像导线横截面或气门横截面在其他的运行范围、例如在满负载运行时变窄这样的缺点。

附图说明

本发明允许多种实施方式。为了进一步阐述本发明的基本原理，在附图中示出了其中一种并且下面对其进行了说明。图中示出：

图1是可调整的掩蔽的第一种实施方式的示意图；

图2是可调整的掩蔽的第二种实施方式的示意图；

图3是可调整的掩蔽的第三种实施方式的示意图；

图4是汽缸头截取部的示意图，带有借助掩蔽元件进行可调整掩蔽的第四种实施方式。

具体实施方式

图1、2和3示出了可调整的掩蔽的不同实施方式。在此未进一步示出的燃烧发动机的燃烧室1中的增压气体的运动能够通过进气口2的和/或通道状的进气道3在进气口2的区域内的掩蔽得以提升。掩蔽就是在进气道3和/或进气口2中使得增压气体的流动变窄，在此至少局部流动中断并且由此使增压气体产生涡流。为了能够根据燃烧发动机的各个运行点来对流动进行影响，作为掩蔽设置了可调整地移位和/或可变形的引流体4。

为了形成流动中断，引流体4从休止位置朝向进气道的横截面的中心移动到进气道3中。在休止位置中，该引流体轮廓平齐地贴靠在图4中示出的进气道3的表面7上。在图1中示出引流体4，其沿着箭头5的方向可平移地被支承。图2和3示出引流体4，其以斜面的形式围绕旋转点6可摆转地构造。图2中示出的引流体4在休止位置中沿进气道3的纵向具有大的延展度，而图3中示出的引流体4在休止位置中沿纵向具有小的延展度。

图4示出汽缸头15的截取部，具有进气道3和图1至3中示出的掩蔽的第四种实施方式。进气道3和燃烧室1之间的进气口2能够借助气门16封闭。汽缸头15此外还具有冷却剂通道18。为了进行掩蔽，在进气道3中插入掩蔽模块8。掩蔽模块8包括可调整的引流体4、转换件9和壳体10，其中所述转换件为了使引流体4移动和/或变形与之相连。壳体10对于引流体4和转换件9而言用作支座（Widerlager），其中引流体4相对于转换件9和壳体10可调整地固定在它们上。转换件9通过包括电导线11和插接触头12在内的连接机构13与燃烧发动机的控制装置的在此未示出的导引装置连接。通过连接机构13使转换件9通过输送电能变热。此时转换件9的长度发生变化，例如转换件9在使用了形状记忆材料的情况下收缩并且因此向下朝向进气道3的表面7移动引流体4。如果转换件9的温度在冷却时低于阈值，则转换件9的长度相反地发生变化。在所述实施例中，转换件9又延展，由此使引流体4向上摆入到进气道3内。由转换件9的长度变化实现了转换件9和引流体4的连接部位17的用箭头14表示的线性运动。引流体4还与壳体10连接。如果向转换件9供应电能，那么转换件变热并且延展。由于由此引起连接部位17相对于壳体10运动，因此引流体4变形并且围绕旋转点6摆转。也就是说，掩蔽模块8包括所有用于改变进气道3的自由流动横截面的机械装置。

附图标记列表

1 燃烧室

2 进气口

3 进气道

4 引流体

5 箭头

6 旋转点

7 表面

8 掩蔽模块

9 转换件

10 壳体

11 导线

12 插接触头

13 连接机构

14 箭头

15 汽缸头

16 气门

17 连接部位

18 冷却剂通道。

Claims (15)

1. 引流体（4），其布置在燃烧发动机的进气道（3）内，所述引流体能够在穿流进气道（3）的空气和/或燃料空气混合物从所述进气道（3）穿过进气口（2）转移到燃烧室（1）中时使其发生偏转，其特征在于，所述引流体（4）具有弹性的材料，其中所述引流体（4）能够通过作用到其上的力在至少部分变形的情况下围绕位于所述引流体（4）上游的点摆转。

2. 按照权利要求1所述的引流体（4），其特征在于，所述弹性的材料是弹性的复位元件。

3. 按照权利要求1或2所述的引流体（4），其特征在于，所述弹性的材料是弹簧片。

4. 用于燃烧发动机的进气道（3）的掩蔽模块（8），其特征在于按照上述权利要求中任一项所述的引流体（4），其中所述掩蔽模块（8）包括所有用于改变进气道（3）的自由流动横截面的机械装置并且/或者能够插入到进气道（3）内地布置在所述进气道中。

5. 按照权利要求4所述的掩蔽模块（8），其特征在于，所述掩蔽模块（8）包括转换件（9），所述转换件为了使所述引流体（4）摆转在至少部分变形的情况下与之相连。

6. 按照权利要求5所述的掩蔽模块（8），其特征在于，所述转换件（9）是形状记忆材料。

7. 按照上述权利要求4至6中至少一项所述的掩蔽模块（8），其特征在于，所述掩蔽模块（8）包括连接机构（13）。

8. 按照权利要求7所述的掩蔽模块（8），其特征在于，所述连接机构（13）是电插接连接件。

9. 按照上述权利要求4至8中至少一项所述的掩蔽模块（8），其特征在于，所述掩蔽模块（8）包括壳体（10），所述壳体作为用于所述转换件（9）和所述连接机构（13）的支座。

10. 按照上述权利要求4至9中至少一项所述的掩蔽模块（8），其特征在于，所述转换件（9）由发生热反应的形状记忆材料构成，其长度延展度在超过温度的阈值时变化，由此所述引流体（4）能够在至少部分变形的情况下摆转。

11. 按照上述权利要求4至10中至少一项所述的掩蔽模块（8），其特征在于，在所述掩蔽模块（8）中布置多个转换件（9），所述转换件为了影响所述引流体（4）相互独立地在所述掩蔽模块（8）中被导引并且/或者与所述引流体（4）连接。

12. 按照上述权利要求4至11中至少一项所述的掩蔽模块（8），其特征在于，在所述引流体（4）和/或在所述转换器（9）上布置传感器。

13. 具有至少一个燃烧室（1）和通往所述燃烧室（1）的进气口（2）的燃烧发动机，所述进气口能够通过进气气门（2）封闭和打开，其中为所述燃烧室（1）配置了用于空气和/或燃料空气混合物的通道状的进气道（3），其特征在于，在所述进气道（3）内布置至少一个引流体（4）和/或按照上述权利要求中至少一项所述的掩蔽模块（8）。

14. 按照权利要求13所述的燃烧发动机，其特征在于，能够插入到所述进气道（3）地布置至少一个掩蔽模块（8）。

15. 按照权利要求13或14所述的燃烧发动机，其特征在于，为所述燃烧室（1）配置了第一进气道和至少一个其他进气道，其中在每个进气道内定位有掩蔽模块（8）。

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