CN108661782B

CN108661782B - 隔板

Info

Publication number: CN108661782B
Application number: CN201810002333.6A
Authority: CN
Inventors: 加藤真亮
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2038-01-02
Also published as: US10393075B2; DE102018202349A1; JP6496765B2; CN108661782A; US20180283329A1; US20190226433A1; JP2018165506A; US10815944B2

Abstract

提供能够有效地生成滚流、且提高发动机的燃烧稳定性的隔板。隔板(48)将由与燃烧室连接的进气管(60)形成的进气流路分离为利用阀进行开闭的第1进气流路(36a)、以及第2进气流路(36b)，该隔板(48)的与进气管的延伸方向正交的第1剖面的形状基于进气管中的隔着第2进气流路而相对的面的形状来确定。

Description

隔板

技术领域

本发明涉及在进气管的内部配置的隔板。

背景技术

当前，在发动机中，为了在燃烧室内产生滚(纵涡)流，设置有将进气管内的进气流路分隔为2个进气流路(第1进气流路以及第2进气流路)的隔板。在负荷较低且进气流量较少时，利用TGV(Tumble Generation Valve)减小由隔板分隔开的例如第1进气流路的开度，提高从第2进气流路向燃烧室内流入的进气的流速，由此能够在燃烧室内生成较强的滚流。

而且，专利文献1中公开了如下内容，即，将从进气岐管分支的2个进气端口的剖面形状设为以2个进气端口相对的面为底边的近似等腰三角形形状，由此能够有效地生成较强的滚流。

专利文献1：日本特开2010-090849号公报

然而，在专利文献1所记载的现有技术中，在与从燃烧室内的进气侧朝向排气侧的方向正交的方向上的多个位置，所生成的滚流的转动中心轴的方向会变得不一致。于是，有时会产生如下问题，即，例如在发动机的压缩行程中产生涡旋方向的2次流(横涡)，在发动机的燃烧行程中无法使混合气体稳定地燃烧。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够有效地生成滚流、且能够提高发动机的燃烧稳定性的隔板。

为了解决上述问题，本发明的隔板将由与燃烧室连接的进气管形成的进气流路分离为利用阀进行开闭的第1进气流路、以及第2进气流路，所述隔板的与所述进气管的延伸方向正交的第1剖面的形状基于所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状来确定。

所述第1剖面的形状可以基于所述燃烧室的形状、以及所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状来确定。

所述第1剖面的形状可以基于在包含作为发动机的气缸孔的轴向的第1方向、以及从所述燃烧室的进气侧朝向排气侧的第2方向的第2剖面中所述燃烧室的沿着壁面的周向长度来确定。

在将所述第1剖面的形状设为Lb(Yp，l)，将所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状设为Ip(Yp，l)，将在包含作为发动机的气缸孔的轴向的第1方向以及从所述燃烧室的进气侧朝向排气侧的第2方向的第2剖面中所述燃烧室的沿着壁面的周向长度设为La(x，θ)，将规定的系数设为a及b，将所述第1剖面的长边方向上的任意位置设为Yp，将所述延伸方向上的任意位置设为l，将所述发动机的曲轴转角设为θ时，所述第1剖面的形状可以满足：

【数学式1】

Lb(Yp，l)＝Ip(Yp，l)+a·La(x，θ)+b。

在将所述第1剖面的形状设为Lb(Yp，l)，将所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状设为Ip(Yp，l)，将规定的系数设为b，将所述第1剖面的长边方向上的任意位置设为Yp，将所述延伸方向上的任意位置设为l时，所述第1剖面的形状可以满足：

【数学式2】

Lb(Yp，l)＝Ip(Yp，l)+b。

根据本发明，能够提供能有效地生成滚流、且提高发动机的燃烧稳定性的隔板。

附图说明

图1是表示发动机的结构的概略图。

图2是表示发动机的燃烧室的形状的概略图。

图3是用于说明燃烧室的相对于x方向上的位置的、周向上的长度La(x，θ)的图。

图4是表示进气管的剖面的概略剖面图。

图5是表示本实施方式的进气管以及隔板的剖面的概略剖面图。

图6是表示变形例的进气管以及隔板的剖面的概略剖面图。

标号的说明

22燃烧室，36进气流路，36a第1进气流路，36b第2进气流路，50TGV(阀)，48隔板，60进气管。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。该实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等，只是用于使对发明的理解变得容易的例示，除特别说明的情况外，不对本发明进行限定。此外，在本说明书及附图中，通过对具有实质相同的功能、结构的要素标注相同的标号，从而省略重复说明，另外省略与本发明没有直接关系的要素的图示。

图1是表示发动机1的结构的概略图。如图1所示，发动机1设置有：气缸体10；曲轴箱12，其与气缸体10一体地形成；以及气缸盖14，其与气缸体10连结。

在气缸体10形成有多个气缸孔16，活塞18在气缸孔16滑动自由地支撑于连杆20。而且，由气缸盖14的内壁面、气缸孔16的内壁面以及活塞18的冠面包围的空间形成为燃烧室22。

另外，曲轴26自由旋转地支撑于由曲轴箱12形成的曲轴室24内。在曲轴26经由连杆20连结活塞18。由此，活塞18经由连杆20而与曲轴26连结。

进气端口28以及排气端口30以与燃烧室22连通的方式形成于气缸盖14。进气端口28在进气的上游侧形成有1个开口，在与燃烧室22相对的进气的下游侧形成有2个开口，流路在从上游朝向下游的中途分支为2个。进气阀32的伞部位于进气端口28与燃烧室22之间，随着未图示的凸轮轴的旋转，进气阀32相对于燃烧室22而对进气端口28进行开闭。

进气歧管34与气缸盖14的外壁面中的、进气端口28开口的上游端部14a连结。在进气歧管34以及进气端口28的内部形成有对进气进行引导的进气流路36。此外，下面将形成进气流路36的进气歧管34以及进气端口28一并称为进气管60。

排气端口30在与燃烧室22相对的排气的上游侧形成有2个开口，在排气的下游侧形成有1个开口，流路在从上游朝向下游的中途整合为1个。排气阀38的伞部位于排气端口30与燃烧室22之间，随着未图示的凸轮轴的旋转，排气阀38相对于燃烧室22而对排气端口30进行开闭。

排废岐管40与气缸盖14的外壁面中的、排气端口30开口的下游端部14b连结。在排气端口30以及排废岐管40的内部形成有对排废进行引导的排气流路42。此外，下面，将形成排气流路42的排废岐管40以及排气端口30一并称为排气管70。

另外，喷射器44以及火花塞46以前端位于燃烧室22内的方式设置于气缸盖14，对经由进气端口28而流入至燃烧室22的进气从喷射器44喷射燃料。而且，在规定的定时通过火花塞46的放电对进气和燃料的混合气体进行点火而使其燃烧。通过这样的燃烧而使得活塞18在气缸孔16内进行往返运动，通过连杆20而将该往返运动变换为曲轴26的旋转运动。

在进气流路36设置有隔板48以及TGV 50(Tumble Generation Valve)。隔板48以及TGV 50(阀)设置于未图示的节流阀与燃烧室22之间。在本实施方式中，隔板48以如下方式配置，即，一端设置于进气歧管34内部的规定位置，另一端设置于进气端口28内部的流路将要分支为2个流路之前(上游侧)的位置。但是，本实施方式并不限定于此，可以配置为另一端延伸至进气端口28内部的流路分支为2个流路之后(下游侧)的位置。隔板48在进气流路36内沿进气的流动方向(进气管60延伸的延伸方向)延伸，将进气流路36划分(分离)为第1进气流路36a和第2进气流路36b。TGV 50处于隔板48的上游侧、且配置于与第1进气流路36a相对的位置，使第1进气流路36a的开度可变。

如图1所示，TGV 50的开度最小，如果利用TGV 50将由隔板48划分的一个流路(这里为第1进气流路36a)关闭，则引导至进气流路36的空气从由隔板48划分的另一个流路(这里为第2进气流路36b)通过而被引导至燃烧室22。

在发动机1中，在负荷较小且进气流量较少的情况下，缩小TGV50的开度，使大部分进气从由隔板48划分的第2进气流路36b通过。由此，在发动机1中，通过使流速提高后的空气流入至燃烧室22，从而在燃烧室22内生成由图中箭头线所示的较强的滚流。由此，发动机1能够通过燃料的稀薄·稀释燃烧界限的提高而改善油耗、能够通过急速燃烧而提高燃烧稳定性。

但是，本实施方式并不限定于此，可以利用TGV 50将第2进气流路36b关闭，经由第1进气流路36a而将进气导入至燃烧室22内。

图2是表示燃烧室22的形状的概略图。图2(a)是示意性地表示燃烧室22的形状的示意图。在图2(a)中，为了简单地说明而将燃烧室22的形状设为圆柱形状。另外，分别由x方向、y方向、z方向表示从燃烧室22的上表面的中心点O通过且相互正交的方向。此外，将从气缸盖14(燃烧室)的进气侧朝向排气侧的方向设为y方向(第2方向)，将气缸孔16的轴向设为z方向(第1方向)，将与y方向以及z方向正交的方向设为x方向。

以成为即使在x轴上的多个不同的位置处转动时间以及转动中心也一致的滚流(下面，也称为优质的滚流。)的方式生成在yz剖面内转动的由图2(a)中白色空心箭头表示的滚流，由此能够抑制滚流例如在发动机1的压缩行程中在xy平面方向(与气缸孔16的轴向正交的方向)上转动。如果能够抑制滚流在发动机1的压缩行程中在xy平面方向上转动，则能够在压缩行程后的燃烧行程中提高燃烧稳定性，换言之，能够实现稳定的发动机1的高稀释·高稀薄燃烧。

在本实施方式中，为了实现这种优质的滚流，基于燃烧室22的形状、以及进气管60的形状而确定隔板48的形状。

下面，对确定隔板48的形状的方法进行详细说明。

图2(b)是表示图2(a)中虚线所示的、在x方向上从中心点O偏离的位置处的燃烧室22的剖面形状a的图。另外，图2(c)是表示图2(a)中点划线所示的、从中心点O通过的yz剖面中的燃烧室22的剖面形状b的图。

在本实施方式中，剖面形状a以及剖面形状b均为长方形形状。这里，通过下述式(1)～(3)而计算出剖面形状a以及剖面形状b的图2(b)、图2(c)中由箭头线所示的周向上的长度(周长)La(x，θ)。这里，B是发动机1的气缸孔径(气缸内径)，H(θ)是发动机1的根据曲轴转角θ而变化的行程量。此外，曲轴转角θ在进气行程中的活塞18位于上止点的情况下设为0°。

【数学式3】

x²+y(x)²＝(B/2)²…(1)

【数学式4】

【数学式5】

La(x，θ)＝2×2y(x)+2×H(θ)…(3)

图3是用于说明相对于x方向上的位置的周向上的长度La(x，θ)的图。在图3中，示出了例如设为曲轴转角θ＝300°的情况下的、通过式(3)而计算出的周长La(x，θ)。其中，式(3)中计算行程量H(θ)时所使用的曲轴转角θ并不局限于此，可以任意地确定。在评价周长La(x，θ)的情况下，优选在进气阀关闭之后被压缩而导致滚流破坏之前进行评价，因此优选将曲轴转角θ设为180°～340°。

根据式(3)以及图3可知，假设在将曲轴转角θ(行程量)设为恒定的情况下，燃烧室22的yz剖面(第2剖面)中的周长La(x，θ)根据x方向上的位置而变化。例如，对图2(b)以及图2(c)中曲轴转角θ(行程量)为相同的值的剖面形状a以及剖面形状b进行比较，剖面形状b的周长La(x＝0，θ)大于剖面形状a的周长La(x>0，θ)。如图3所示，周长La(x，θ)在x＝0时变为最大的值。

因此，为了在上述燃烧室22内生成优质的滚流，需要考虑燃烧室22的yz剖面的周长La(x，θ)。即，如果生成具有与周长La(x，θ)相应的速度(流速)的滚流，则能够使燃烧室22内的各yz剖面中的滚流的转动时间以及转动中心一致。

例如，以使得在剖面形状b生成的滚流的速度(第1流速)比在剖面形状a生成的滚流的速度(第2流速)快的方式，将滚流绕剖面形状b一圈所花费的时间与绕剖面形状a一圈所花费的时间设为相同。由此，能够使剖面形状a以及剖面形状b中的滚流的转动时间以及转动中心一致。这样，通过生成具有与周长La(x，θ)相应的速度(流速)的滚流，能够生成转动时间以及转动中心一致的滚流、即优质的滚流。

图4是表示进气管60的剖面的概略剖面图。图4示出了与沿着进气管60的进气流路36延伸的方向正交的剖面(第1剖面)中的进气管60的剖面形状。在图4中，为了简单地说明进气管60的形状，将进气管60的剖面形状设为对长方形的角部进行倒角得到的圆角长方形状。此外，在本实施方式中，进气管60的剖面形状在沿着进气管60的进气流路36延伸的方向上变化。在图4中，将具有圆角长方形状的进气管60的长边方向设为Y方向。

进气在进入燃烧室22之前沿进气管60流动，因此进气管60的形状也对优质的滚流的形成造成影响。例如，如上所述，在利用TGV50将第1进气流路36a关闭的情况下，在第2进气流路36b内，形成与第2进气流路36b的剖面形状、即进气管60和隔板48的彼此相对的面的形状相应的进气的流速分布。而且，与该进气管60和隔板48的彼此相对的面的形状相应的进气的流速分布会反映至在燃烧室22内生成的滚流中。因此，在形成优质的滚流时，还需要考虑进气管60中的与隔板48相对的面的形状。

据此，需要基于燃烧室22的形状(上述的燃烧室22的周长La(x，θ))、以及进气管60的形状(上述的进气管60中的与隔板48相对的面的形状)而确定用于实现优质的滚流的隔板48的形状。

具体而言，通过下述式(4)而计算出(确定)与进气管60延伸的方向正交的剖面中的隔着第2进气流路36b而与进气管60相对的隔板48的相对面的形状、即隔板48的形状Lb(Yp，l)。在下述式(4)中，Lb(Yp，l)表示从隔着第2进气流路36b而与隔板48相对的进气管60的相对面(内表面、底面)至隔着第2进气流路36b而与进气管60相对的隔板48的相对面的距离。

【数学式6】

Lb(Yp，l)＝Ip(Yp，l)+a，La(x，θ)+b…(4)

这里，Ip(Yp，l)是隔着第2进气流路36b而与隔板48相对的进气管60的相对面(内表面、底面)的形状60b。a是根据滚流比、进气阀32的形状等而确定的系数，b是用于确定第2进气流路36b的开口面积的系数。此外，Yp是与进气管60延伸的延伸方向(下面，简称为延伸方向)正交的剖面中的隔板48(或进气管60)的长边方向上的任意位置，l是延伸方向上的任意位置，θ是发动机1的曲轴转角。另外，系数a及系数b是通过实验式而求出的值(系数)。

图5是表示进气管60以及隔板48的剖面的概略剖面图。图5中示出了通过式(4)而计算出的隔板48的形状Lb(Yp，l)。如图5所示，与延伸方向正交的剖面中的隔板48的形状具有曲面形状。

根据式(4)可知，隔板48的形状Lb(Yp，l)是基于燃烧室22的周长La(x，θ)、以及进气管60的形状60b(Ip(Yp，l))而确定的。

基于进气管60的形状60b(Ip(Yp，l))而确定隔板48的形状Lb(Yp，l)，由此能够使进气管60(形状60b)与隔板48之间的间隔恒定，能够使在第2进气流路36b内流动的进气的流速分布在Y方向上变得均匀(一致)。

并且，基于燃烧室22的周长La(x，θ)而确定隔板48的形状Lb(Yp，l)，由此能够生成具有与燃烧室22的x方向上的各周长La(x，θ)相应的速度(流速)的滚流，能够在燃烧室22内生成转动时间以及转动中心一致的优质的滚流。

因此，根据本实施方式，通过确定满足式(4)的隔板48的形状Lb(Yp，l)，能够提供能够有效地生成滚流、且提高发动机1的燃烧稳定性的隔板48。

(变形例)

前述的内容是设想进气以沿着燃烧室22的壁面的方式流动(生成滚流)的情况而计算隔板48的形状Lb(Yp，l)。然而，实际上有时进气未必以沿着燃烧室22的壁面的方式流动，而是从燃烧室22的壁面离开而形成滚流。

因此，在本变形例中，设想从燃烧室22的壁面离开而生成滚流的情况来计算(确定)隔板48的形状Lb(Yp，l)。

在该情况下，将在图2(b)以及图2(c)的剖面形状a以及剖面形状b的面内生成的滚流的速度设为相同，由此能够生成转动时间以及转动中心一致的优质的滚流。

具体而言，通过下述式(5)而计算(确定)隔板48的形状Lb(Yp，l)。

【数学式7】

Lb(Yp，l)＝Ip(Yp，l)+b…(5)

图6是表示本变形例的进气管60以及隔板48的剖面的概略剖面图。图6中示出了通过式(5)计算出的隔板48的形状Lb(Yp，l)。如图6所示，与进气管60延伸的延伸方向正交的剖面中的隔板48的形状具有曲面形状。

根据式(5)可知，隔板48的形状Lb(Yp，l)是基于进气管60中的第2进气流路36b的与隔板48相对的面的形状60b(Ip(Yp，l))而确定的。

基于进气管60的形状60b(Ip(Yp，l))而确定隔板48的形状Lb(Yp，l)，由此能够使进气管60(形状60b)与隔板48之间的间隔恒定，能够使在第2进气流路36b内流动的进气的流速分布在Y方向变得均匀(一致)。

因此，通过确定满足式(5)的隔板48的形状Lb(Yp，l)，能够使滚流的速度在燃烧室22的yz剖面中相同，能够生成转动时间以及转动中心一致的优质的滚流。

因此，根据本变形例，通过确定满足式(5)的隔板48的形状Lb(Yp，l)，能够提供能有效地生成滚流、且提高发动机1的燃烧稳定性的隔板48。

以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于这样的实施方式。显然只要是本领域技术人员就能够在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例或者修改例，应当认为这些变更例或者修改例也属于本发明的技术范围。

例如，可以通过对图5以及图6的隔板48的形状进行插补处理而求出图5以及图6之间(中间)的隔板48的形状。

另外，以上对将第1进气流路36a关闭的情况进行了说明，但也可以与此相反地将第2进气流路36b关闭而利用从第1进气流路36a通过的进气来生成滚流。在该情况下，基于进气管60中的隔着第1进气流路36a与隔板48相对的面的形状60a而确定隔板48的形状Lb(Yp，l)。

工业实用性

本发明能够用于在进气管的内部配置的隔板。

Claims

1.一种隔板，其将由与燃烧室连接的进气管形成的进气流路分离为利用阀进行开闭的第1进气流路、以及第2进气流路，

在所述隔板中，

与所述进气管的延伸方向正交的第1剖面的形状基于所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状来确定，所述隔板中的宽度方向上的中央部与所述相对的面之间的间隔大于或等于所述隔板中的宽度方向上的两端部与所述相对的面之间的间隔。

2.根据权利要求1所述的隔板，其中，

所述第1剖面的形状基于所述燃烧室的形状、以及所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状来确定。

3.根据权利要求2所述的隔板，其中，

所述第1剖面的形状基于在包含作为发动机的气缸孔的轴向的第1方向、以及从所述燃烧室的进气侧朝向排气侧的第2方向的第2剖面中所述燃烧室的沿着壁面的周向长度来确定。

4.根据权利要求2或3所述的隔板，其中，

在将所述第1剖面的形状设为Lb(Yp，l)，将所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状设为Ip(Yp，l)，将在包含作为发动机的气缸孔的轴向的第1方向以及从所述燃烧室的进气侧朝向排气侧的第2方向的第2剖面中所述燃烧室的沿着壁面的相对于x方向上的位置的周向长度设为La(x，θ)，其中，所述x方向为与所述第1方向以及所述第2方向正交的方向，将规定的系数设为a及b，将所述第1剖面的长边方向上的任意位置设为Yp，将所述延伸方向上的任意位置设为l，将所述发动机的曲轴转角设为θ时，所述第1剖面的形状满足：

【数学式1】

Lb(Yp，l)＝Ip(Yp，l)+a·La(x，θ)+b。

5.根据权利要求1所述的隔板，其中，

在将所述第1剖面的形状设为Lb(Yp，l)，将所述进气管中的隔着所述第2进气流路而相对的面的形状设为Ip(Yp，l)，将规定的系数设为b，将所述第1剖面的长边方向上的任意位置设为Yp，将所述延伸方向上的任意位置设为l时，所述第1剖面的形状满足：

【数学式2】

Lb(Yp，l)＝Ip(Yp，l)+b。