CN202325822U - 提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，它包括进气道、进气门、带有沟槽的壁面的燃烧室。燃烧室壁面经由进气门经过的部分分为开槽部分和屏蔽部分。即在燃烧室壁面上进气门开启早期经过的部分开槽，在进气门开启中后期经过的燃烧室壁面部分进行壁面屏蔽，开槽部分的宽度不超过进气门总升程的二分之一。这个技术方案使用方便、结构简单、制造成本低，使发动机进气系统即产生了旋流，又保证了充气效率。

Description

提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统

技术领域

本发明涉及发动机制造领域，具体是一种提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统。 

背景技术

发动机的进气系统的特性对发动机得性能有决定性影响。其原因在于进气系统可以对进气过程进行组织，造成发动机气缸内的气流按照一定的模式运动，致使改善发动机的燃烧过程，包括提高燃烧速度、放热率。同时进气系统的充气效率会直接影响发动机的输出功率。决定发动机的进气系统特性的因素包括进气道、燃烧室的几何形状以及进气门的运动规律等。 

众所周知，发动机的进气系统都必须使进气在气缸内产生旋转运动。有两种基本的旋转运动模式，涡流和滚流。图1(a)和图1(b)分别是发动机气缸内涡流和滚流运动模式的示意图。这两种气流运动模式对发动机的燃烧过程的影响机制不同。涡流运动是指旋转流动运动围绕气缸轴线的运动。进气过程活塞下移、压缩过程活塞上移，气缸内气流的运动与气缸壁面产生剪切力，致使湍流持续不断产生，加快了火焰传播速度。而滚流是指旋转运动围绕与气缸轴线相垂直的轴线的运动。在进气过程后期形成滚流，压缩过程中随着活塞上升，气缸空间变小，直至滚流运动发生破碎，形成以大尺度漩涡为主的湍流场，进一步加快了火焰传播速度。理论和实验表明，涡流和滚流的混合运动模式，又称斜轴涡流对发动机燃烧过程的改进最为显著。 

组织进气过程产生进气旋转主要是由进气道和燃烧室的几何形状完成的。此外，还可采用进气门导气屏、进气屏蔽与进气道和燃烧室配合使进气产生旋流。其中，进气屏蔽的方法最为简便。既是在燃烧室的壁面在围绕进气门的周边的一定范围内紧密靠近进气门，使得气流在这个范围内没有进气，而大量进气从其它方向流出，从而在气缸内按照设计方向上产生需要的涡流或滚流。图2是进气屏蔽方法产生滚流的示意图。图中表明，在进气门背部，即远离排气门一侧，燃烧室与进气门的周边距离很紧凑，进气从这里无法进入，只是在其他部位进入，从而滚流运动形成。利用壁面屏蔽的方法产生旋流，结构简单，容易实现，但存在一个弊端。屏蔽气流意味着降低发动机的充气效率，而充气效率直接影响发动机得输出功率。 

综上所述，为提高发动机的性能，目前需要一个既能提高发动机气缸内的旋流能力，同时保证发动机的充气效率的、具有工业实用性的进气系统。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，其特征是，在进气道出口处安装进气门，在进气门开启的下方连接带有沟槽的壁面的燃烧室，燃烧室壁面经由进气门经过的部分分为开槽部分和屏蔽部分。 

本发明采用的技术方案： 

发动机气缸内的气流的旋流能力用涡流比或滚流比r表示， 

$r=\frac{{\mathrm{\ω}}_s}{{\mathrm{\ω}}_e}$

式中r是涡流比或滚流比；ω_s是涡流转速或滚流转速；ω_e是发动机转速。r一般是在发动机进气系统的稳流试验台上测量的。测量时将按照不同的进气门升程位置逐次固定进气门，在每一个进气门开启位置下进行涡流转速或是滚流转速和进气流量的测量，将准稳定条件下获得的测量结果进行积分运算，最终获得该进气系统的旋流能力和充气效率指标。典型的产生滚流运动和涡流运动的进气系统的稳流实验结果都表明，随着气门开启，涡流比、滚流比和充气系数呈增加的趋势。同时，大量实验观察表明，进气在发动机气缸内的旋流运动主要在由进气门开启中后期进入的气流形成的，进气门开启的开始阶段对旋流的影响较小。针对一类靠燃烧室壁面屏蔽产生旋流的进气系统，充气效率必然受到限制。如果根据旋流的产生主要是由进气的中后期形成的事实，将进气过程的前期的壁面屏蔽取消，则即可保证旋流能力的产生，又提高充气效率。同时，对进气道、进气门、燃烧室其它部分都无需做改动，为提高现有发动机的性能提供了一个新的途径。 

为实现上述目的，本发明的技术方案是在燃烧室屏蔽部分、进气门进气开启早期所经过的部分开槽，使得在这个时间内有更多的进气进入发动机，在进气中后期进气门经过的部分仍然进行壁面屏蔽，则可实现即保证旋流能力的产生，又保证充气效率的提高的目的。 

本发明的优点： 

本发明采用的技术方案不需要对原进气系统中的进气道、进气门的结构作任何改动，只是需要将燃烧室壁面的一部分重新设计，即在燃烧室壁面上进气门开启早期经过的部分开槽，在进气门开启中后期经过的燃烧室壁面部分进行壁面屏蔽。这个技术方案使用方便、结构简单、制造成本低，使发动机进气系统即产生了旋流，又保证了充气效率。 

附图说明

图1(a)是发动机气缸内涡流运动模式示意图；图1(b)是发动机气缸内滚流运动模式，图中，13活塞、1气缸、8排气道、7排气门、6进气门、5进气道、15涡流方向、16滚流方向。 

图2(a)和图2(b)是进气屏蔽方法产生滚流的示意图；图2(b)是图2(a)的A-A剖视图；图中，9汽缸盖、4进气道内的气流方向、5进气道、6进气门、7排气门、8排气道、11燃烧室、10燃烧室内的气流方向。 

图3是实现具体实施方案的原理图；图中，1气缸、2进气门后方的进气开口的进气、3进气门后方的进气开槽、4进气道内的气流方向、5进气道、6进气门、7排气门、8排气道、9汽缸盖、10燃烧室内的气流方向、11燃烧室、12气缸、13活塞、14活塞运动方向 

具体实施方式

以一个具体实施方案进一步说明本发明提出的提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统的结构和原理。该实施方案是针对中国产EQ6100汽油机进气系统的改进，目的提高进气系统的滚流产生能力。该汽油机燃烧室是平顶，一个进气门，一个排气门，气门升程呈正弦曲线变化。为了使得气缸内形成滚流运动，首先需要对燃烧室壁面在进气门经过的部分进行壁面屏蔽，即尽量缩小燃烧室壁面与进气门头部圆周的间隙，使得气流在这部分无法通过。稳流试验台对原进气系统在不同进气门升程下的滚流比的测量表明，进气初期，直至进气门升程达到总升程二分之一时，其滚流比对最终气缸内的滚流比的贡献接近10％。所以按照本发明提出的技术方案，将燃烧室壁面上部进气门开启经过的部分开槽，宽度是进气门总升程的二分之一，进气门经过的其余的燃烧室壁面实现壁面屏蔽，可以实现滚流的产生，同时保证充气效率。 

图3是实现该技术方案的原理图。设计目的是让进气主要朝向排气门一侧流动，在气缸内形成滚流运动。所以需要在进气门远离排气门的一侧的燃烧室壁面进行壁面屏蔽，屏蔽部分使燃烧室壁面和进气门二者在进气门升程中后期经过的部分距离紧密，以致气流不能通过。但同时在燃烧室上部设计一个开槽，开槽部分使燃烧室壁面在进气门升程早期经过的部分带有沟槽，以致气流能通过，以保证气门开启初期的进气效率。燃烧室壁面的沟槽得宽度的进气门的升程的二分之一。图中表示，发动机的进气过程开始，活塞向下移动，进气门向下开启，进气经由进气道，流过进气门进入燃烧室。在气门升程较小时，由于开 槽的存在使得气流沿进气门圆周均匀进气，克服了壁面屏蔽的阻力，提高了进气效率，尽管这部分气流无法产生滚流，但对最终的滚流形成影响较小。随着进气门的进一步开启，进气门越过了开槽部分，壁面屏蔽开始起到作用，气流在距离燃烧室部分被屏蔽，无法进入燃烧室，大量气流从其对面进入燃烧室，在进气中后期在气缸内形成滚流运动。稳流实验表明，本发明提出的提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统的结构可以保证滚流比是原来的99％而充气效率提高8％。 

Claims (5)

1.一种提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，其特征是，在进气道的出口处安装进气门，在进气门开启的下方连接带有沟槽的壁面的燃烧室。

2.根据权利要求1所述的提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，其特征在于，所述的燃烧室的壁面在经由所述的进气门经过的部分分为开槽部分和屏蔽部分。

3.根据权利要求2所述的提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，其特征在于，所述的屏蔽部分使燃烧室壁面和进气门二者在进气门升程中后期经过的部分距离紧密，以致气流不能通过。

4.根据权利要求1所述的提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，其特征在于，所述的开槽部分使燃烧室壁面在进气门升程早期经过的部分带有沟槽，以致气流能通过。

5.根据权利要求1所述的提高发动机气缸内的旋流能力和充气效率的进气系统，其特征在于，所述的燃烧室壁面的沟槽的宽度是进气门的升程的二分之一。 

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