TW593937B - Wing structure of air swirling device for internal combustion engine - Google Patents

Description

pU—r f , v、>、< * 令 '广、辦 Y ，ϊ- \、 -·^ ν ^'Χ ν 、，：、、：“ ">、、' ' 、 - , ν …、/ν*：ν-'、>，〜/；*--'>'、 ' " mmmmmBM^：：w'>：. '：：'··>· λ '^'^.：¾'-;^ (發ii明ftMS: S明所術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡i說明) 一、發明所屬之技術領域

本發明係關於一種内燃機氣渦輪翼片結構，尤指一 種適用於内燃機空氣濾清器或輸氣管上之氣渦輪的翼片 結構，其引起空氣過濾之氣渦輪動作係經由具化油器或 燃料喷射型式之火花引燃内燃機、柴油引擎等等之空氣 濾清器，氣渦輪之翼片結構可引導氣流進入引擎燃燒 室，其可有效減少氣渦輪上因為翼片形成漩渦和負壓力 所造成之阻力，因此可改善翼片之作用，達成燃燒室之 氣流流量與氣流速度增加。 二、先前技術 我們知道内燃機之氣渦輪或類似裝置可以提供大量 高密度之空氣到引擎之燃燒室，其是藉由增加供應給内 燃機燃燒室之氣流流動循環力量與增進單位時間内之氣 流流動速率，因此引擎之燃燒作用可以獲得改善和增加 引擎動力。習知技術具有之缺點是當氣流流動旋轉所產 生之空氣阻力並不能夠被完全避免防止。 例如日本專利公告第S53-26247號、第S59-1 1722號 與美國專利公告第4309969號等揭露一種擾流裝置，其會 於進氣閥門具有很大之進氣阻力，因此氣渦輪不能夠產 生穩定之氣流流動，而僅會產生擾流。 另外，日本專利公告第S60-17922號、第S61-10645 號與美國專利公告第4424777號、第4432312號、第 4539954號等揭露一種具有翼片設置於靠近進氣閥門使 其產生漩渦流之渦輪。 ^然而，此種裝置產生高的摩擦力因而造成減少進氣 量’同時只能用於具有化油器型式之汽油引擎。 為了解決上述問題，美國專利公告第4962642號揭露 一種氣渦輪，其係於内燃機之空氣濾清器上設有多數翼 片讓氣流產生旋渦進入燃燒室，因此可以改善引擎之燃 燒性旎與引擎動力。然而，此種裝置有某些缺點，例如， 因為當氣流漩渦轉動時會在翼片背面（負壓力區）產生 旋渦，因而減少進氣故會減少引擎出力，以及造成燃料 損耗。 為了解決上述問題’在韓國發給發明人新型登記第 67786號專利，其揭露例如圖丨及圖2所示，係於氣渦輪之 氣渦輪本體10上之複數個翼片Η具有一個或複數個大體 上為細長狹縫12，而氣渦輪本體1 〇以螺栓和螺帽固定安 裝於空氣渡清器13之靠近中央位置使得空氣進入產生漩 渦，如此，形成具有狹縫12之翼片Η的背面負壓力區便 可避免空氣進入時產生旋渦。結果，空氣阻力便可減少 而讓氣流流量增加，因此，完全燃燒便可以獲得而能夠 改善能量效率與引擎動力。 如圖1所示，形成具有狹縫12之翼片11的氣渦輪如此 便可增加導入燃燒室14的氣流流動循環力量，使得單位 時間内之氣流流動速率增加與空氣流密度變高而能夠改 善燃燒動作。在設有狹縫12之翼片11之内燃機之進氣過 程，其氣流流經空氣過濾器13過濾和在安裝於空氣過濾 593937 器13之'設有狹缝12之翼片11之氣渦輪本體1〇中迴轉，迴 轉氣流藉由裝置靠近於進氣岐管15進口處之另一氣渴輪 16再次迴旋然後以高速供應給燃燒室14，燃燒後之排出 氣體仍藉由裝置靠近於排氣岐管17進口處之另一氣渦輪 18快速排出。 因為内燃機之氣渦輪於複數個翼片U上形成具有一 個或多數個狹縫12,使得翼片背面負壓力區之漩渦產生 能減少。在氣渦輪安裝於空氣濾清器後，引擎在惰速時 之一氧化碳（C0)水準可減少約高達π% ，引擎動力能 夠增加約高達11% ，燃料經濟能夠改善約高達6% ，以及 引擎爆震能減少約高達5% 。 因此，内燃機氣渦輪之翼片11形成具有狹縫12可以 增加導入燃燒室之氣流流動循環力量，使得單位時間之 氣流流動速率增加和因為密度增加而改善燃燒作用，更 進一步而言，内燃機之氣渦輪翼片Η形成具有狹縫12使 得負壓力區之漩渦可以被避免阻止，從而，氣流阻力可 以減少和氣流流量可以增加，如此足夠數量之加速氣流 便可供應到引擎從而增進燃燒效率與引擎動力。 然而，習知内燃機氣渦輪翼片U形成有狹縫12並不 能理想的減少漩渦，因為其在平板型式之翼片η上切割 形成大約為細長之形狀而無法處理較多之控制氣流流 動。 舉例而言’習知内燃機氣渦輪翼片η形成有狹縫 12 ’藉由增加導入燃燒室之氣流流動循環力量，可以增 加單位時間内氣流流動速率與增加氣流密度，使得燃燒 7 593937 :用和引擎動力可以獲得改善然而，僅有一個氣渦輪 "不能控制氣流流動狀況，因為，空氣增壓可能藉由氣 渦輪產生。 、生^者’在習知之氣渦輪，細長之方形狹縫並不能製 k到全均勻一致，如果狹縫切割成長條方向，翼片U 很有可能變形，如此會造成氣流流動實質上減速。

另外，為了避免在負壓力區產生漩渦而在翼片 成狹縫12之翼片形狀，由於其平板狀之上下表面會引起 ，線形氣流流動，使得它很難保持穩定和均勾之空氣與 汽油粒子混合水準以及保證足夠之氣流數量。

,圖3顯示氣流在具有狹縫12之翼片U的表面之擴散 :形，換-種說法，即氣流流動當碰到翼片"之表面時 會=去直線流動，它們會擴散至各個方向，一般而言， 錢渦輪翼片11表面之擴散氣流會使得氣流流動速率實 、咸y因而結果會造成氣流流動數量減少，如此即 安裝翼片用以增加氣流流量之目的無法達成。這樣亦會 :時伴隨引擎之性能降低、較差之能量效率、較嚴重之 空氣污染料。因此對於習知氣渦輪每一翼片u上設有 狹縫11的正確評量是不能夠補償充分之氣流流量。 尸直到目前，内燃機之漩渦作用仍然被重視，然而習 知氣渦輪存在一個困難，那就是氣流碰到翼片會擴散到 各方向因而很難保持氣流流動順暢狀態。 三、發明内容 8 593937 關於本發明係針對一種内燃機氣^渦輪翼片結構，其 能使得相關技術之缺點和限制所造成之一個或多數問題 得以避免。 本發明之一目的係在提供一種内燃機氣渦輪翼片結 構’其能夠增加單位時間氣流流動速率和藉由增加氣流 導入燃燒室之循環力量而能提高空氣密度，俾能使得燃 燒作用和引擎動力獲得改善。 本發明之另-目的係在提供__燃機氣涡輪翼片 結構，其能減少氣渦輪翼片之變形而改善其作用，使其 能夠增加單位時間氣流流動速率和藉由增加氣流導入内 燃機燃燒室之循環力量而能提高空氣密度，俾能使得燃 燒作用和引擎動力獲得改善。 本發明另外之優點、目的和特點將經由下述提出之 說明使該行業之通常技藝人士得以了解。本發明之目的 及其它優點將從本文說明書、申請專利範圍、附加圖式 所揭露之結構可以明瞭獲得。 根據本發明之第一個範疇，以下將具體說明内燃機 氣渦輪翼片之構造，其係在引擎空氣濾清器裝設有氣渦 輪本體，而由複數個之翼片以傾斜和徑向輻射狀方式裝 設於氣渦輪本體上用以加速和增進氣流迴轉循環，並且 由一個或複數個狹縫設置於該複數個翼片的預定位置上 用以壓制每一翼片f面負麼力區之旋渦的形成，而且包 括有複數個之輔助翼片突出於相關每一翼片之表面外 側，使得氣流碰撞該翼片表面會形成直線前進。 9 593937

根據本發明之第二個範脅，以下將具體說 :渴輪:片之構造，其係在空氣渡清器裝輪: 體、，而由複數個之翼以傾斜㈣向輻魏方式裂= 氧洞輪本體上用以加速和增進氣流迴轉循環，並一 個或複數個狹親置於該複數翼μ預定位置 制每一翼片背面負壓力區之旋渦的形成，而且包括有一 個或複數個設置於狀位置上之氣流孔洞用以減少因為 母了翼片負壓力區產生旋渦所造成氣流阻力，以及包括 有複數個之輔助翼片突出於相關每—翼片之表面外側， 使得氣流碰撞該翼片表面會形成直線前進。 内燃機之氣渦輪翼片具有辅助翼片，將使得氣流碰 撞該翼片表面會形成直線前進。因此氣流流動速率與氣 流流動量將增加，這將解決習知所遭遇之㈣。此即為 内燃機之效能可被增強、能量效率可被改善與空氣污染 程度可被降低。 μ

我們知道本發明上述之一般性描述及以下之詳細說 明，所對本發明之範例與解說，將被做為提供本發明申 請專利範圍之進一步說明。 四、實施方式 為能讓貴審查委員能更瞭解本發明之技術内容，本 發明較佳具體貫施情形將以範例伴隨圖式詳細說明如 下。 圖4至圖8顯示本發明内燃機氣渦輪翼片之各種不同 貫施例，圖4係本發明内燃機氣渦輪翼片結構第一實施例 10 593937 之立體圖，圖5係本發明翼片結構之輔助翼片略圖，圖^ 和圖❿係本發_燃機氣渦輪翼片結構第二實施例圖， 圖7a至圖74顯示本發明翼片結構之辅助翼片各種排列 實例圖，與㈣至圖㈣顯示本發明翼片結構之辅助翼 片的各種幾何外觀形狀。 本發明内燃機氣渦輪之複數個翼片2〇，如圖4所示， 其係以傾斜和徑向H射狀方式裝設於氣㈣本體3〇上用 以加速和增進氣流迴轉循環，為了防止在其背面負麼力 區產生_ ’每mo於預定之位置上設有—個或複 數個孔洞40，或者具有一個或複數個細長狹縫。 而且翼片在上側邊23與下側邊24具有波浪形表 面25使其可引起非線性形式之氣流，如此可達成空氣與 汽油粒子之混合氣可被加速。 如圖5所示，於每一複數個翼片2〇上具有辅助翼片％ 成型突出於表面上，該複數個輔助翼片5〇之各種不同設 置可如圖7a至圖7 c所示，而每一翼片5〇之各種不同外觀 形狀可如圖8a至圖8d所示。 上述圖式中’標號21係代表成型於每一翼片上之突 出件，22係代表每一翼片表面，3丨係代表設於氣渦輪本 體上連結孔洞可供每一翼片突出件22穿入連結每一翼 片。 ' 圖5係顯示本發明之輔助翼片5〇設置成型於每一翼 片20之翼片表面22之情形。 輔助翼片50設置成型於每一翼片20之表面，使得氣 流流動碰撞翼片之表面形成直線前進，如圖5所示，換言 11 593937 之，如果指示氣流依f方向，它們會匯集於既定區域，即 為fl至f4,而且直線前進，此可根據輔助翼片5〇位置之安 排及其形狀而定。習知之翼片結構由於每一翼片表面一 般被製造成平板型式，使得氣流碰撞翼片表面會擴散至 各方向。相反的，本發明之輔助翼片5〇設置於每一翼片 之表面上，可以使得氣流碰撞每一翼片表面後形成直線 前進，因此碰撞氣流對著翼片表面將可避免而使得氣流 速度增加，從而增加氣流流量讓其可充分供應引擎。 圖6a和圖6b係顯示本發明内燃機氣渦輪翼片結構第 二實施例，本實施例中輔助翼片5〇之形成係關連於氣流 孔洞40，當然並不只侷限於此種構造。如果在每一翼片 20形成氣流孔洞40，此種構造配置將較其它之構造有益 於每一翼片防止漩渦之產生，而且輔助翼片5〇之形成僅 單單經由衝壓即可完成。如同圖5所示，藉由辅助翼片5〇 之協助氣流將在翼片之表面直線前進。 翼片20上氣流孔洞4〇之形成製造，詳而言之，如圖 6a所示，每一孔洞之部分並沒有被切除而係被彎折使得 彎折部分形成做為辅助翼片5〇 ,圖6b顯示翼片具有氣流 孔洞40之斷面圖，此種構造使得輔助翼片5〇可以免除必 須經由焊接或者其它工程製作。 圖7a至圖7c係顯示本發明翼片結構之輔助翼片5〇各 種排列實例圖。圖7a係顯示輔助翼片50之設置係經由每 一翼片氣流孔洞40之沖壓製造時形成。圖7b係顯示輔助 翼片50之設置係以焊接於每一翼片2〇之表面22形成，而 與翼片20為各自獨立。圖7〇係顯示輔助翼片5〇之設置形 12 593937 成具有參差不齊之高度^輔助翼片50之設置係參考氣流 而對其選擇地作出尚度、位置’形狀之適當設計。 圖8a至圖8d係顯示使用於本發明之每一輔助翼片 50之各種不同形狀實例，當然，輔助翼片50的形狀其合 適地選擇是參考氣流於翼片表面之性質，此種情況，需 注意的是輔助翼片50所具有之任何形狀皆為突出於翼片 之表面型式’它們仍皆具有讓氣流於翼片表面成直線前 進0

内燃機氣渦輪翼片20具有氣流孔洞4〇和波浪形表面 25使得其能夠達成氣渦輪特性，那就是根據本發明之氣 渦輪翼片能夠增加單位時間氣流流動速率和藉由增加氣 流導入内燃機燃燒室之循環力量而能提高空氣密度，俾 能使得引擎燃燒作用和引擎動力獲得改善。

複數個的氣流孔洞40具有不同之大小，但是完整燃 燒與動力性能績效僅僅經由氣流孔洞之形狀與配置的選 擇並不能獲得達成，完整燃燒與動力性能績效係由引擎 方面之情況所決定’習知之狹縫12與本發明之氣流孔洞 兩者並不能僅僅經由其不同之形狀即可獲得完整燃燒 與動力性能績效。 氣流孔洞40設置於翼片20之表面22可以防止在負； 力區產生_ ’較多之线化設計可以達成此功效。男 就是氣渦輪可以藉由配合引擎情況之氣流孔洞4〇尺寸> tr置而能設計出適合引擎使用。因此本發明能夠畜 叶出適合引擎使用之氣渦輪。 13 再者，氣流孔洞40能夠經由衝壓製造於翼^片之相當 狹窄的面積上完成不同之配置安排與尺寸大小。 如果在平板型式之翼片表面上不是形成表面狹縫而 是氣流孔洞40，便可發揮本質上的能力，因為沒有扭曲 和圓形的氣流孔洞40衝壓後之變形極小於方形孔洞。 同時，在翼片20裝置於氣渦輪本體30時，除了與氣 渴輪本體3〇接觸之側邊外，波浪形表面25係形成於長條 方向上之部分，即翼片上側邊23與翼片下側邊24，波浪 形狀可以改變，當翼片20被轉動時氣流會沿著翼片2〇最 外緣碰撞，此可讓氣流之移動獲得很大之益處。 當空氣與其它汽油粒子混合時，波浪形狀可提供氣 流間接攪拌作用，因此，空氣與汽油粒子之混合程度將 會良好。 本發明之每一翼片20係可由金屬類、非鐵金屬類、 或非金屬類製造成型。 本發明具有輔助翼片50突出於每一翼片20上，其與 氣渦輪裝翼片20之特性與性質無關連，如此於引擎操作 過程中讓氣流碰撞每一翼片之表面成直線前進，使得碰 撞氣流對著翼片表面將可被避免或防止，以及防止氣流 碰撞翼片表面後成擴散，因而可以增加氣流流動速率與 氣流流量。 如上所述，本發明内燃機氣渦輪翼片結構具有輔助 翼片，使得氣流與每一翼片表面碰撞中為直線前進，讓 碰撞氣流對著翼片表面將可被避免或防止，因而可以增 593937 加氣流流動速率與氣流流量。這樣可以獲得增進能量效 率、改善引擎性能、以及減少空氣污染程度。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明 所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非 僅限於上述實施例。熟悉該行業人士對實施例所作之變 更或修改皆不脫離本發明之精神及範圍。

五、圖式簡單說明 圖1係習知内燃機氣渦輪之略圖。 圖2係為圖1之翼片形狀。 圖3係顯示氣流碰撞圖丨翼片表面之流動情形。 圖4係本發明㈣機氣渦輪翼4結構第—實施例之立體 圖0 圖5係本發明翼片結構之輔助翼片略圖。 圖6a和圖6b係本發明内燃機氣渦輪翼片結構第二實施例

圖7a至圖7c係顯示本發明翼片 實例圖。 結構之輔助翼片各種排列 圖8a至圖8d係顯 何外觀形狀。 不本發明翼片結構之輔助翼 片的各種幾 六、圖號說明 12 狹縫 進氣岐管 10 氣渦輪本體 11翼片 13 空氣濾清器 14燃燒室 15 593937 16 氣渦輪 17 排氣岐管 18 氣渦輪 20 翼片 21 突出件 22 翼片表面 23 翼片上側邊 24 翼片下側邊 25 波浪形表面 30 氣渦輪本體 31 連結孔洞 40 氣流孔洞 50 輔助翼片

16

Claims (1)

1. 5分3937 挣神蕭攀圍' <、、'> ' ,、、、、、、？,'、，，、 ' —.....，..—....…..……一 _____ 一種内燃機氣渦輪翼片結構，其具有氣渦輪本體 裝設於引擎氣流流動系統中，複數個翼片以傾斜和徑向 輻射狀方式裝設於該氣渦輪本體上用以加速和增進氣 流迴轉循環，並且由一個或複數個狹縫設置於該複數個 翼片的預定位置上用以壓制每一該複數個翼片背面負 壓力區之漩渦的形成，該翼片結構包括： 複數個之輔助翼片突出於每一該複數個翼片相關表

   面外側，使得氣流碰撞每一該複數個翼片表面會形成直 線前進。 2·如申請專利範圍第1項所述之翼片結構，其中，該 複數個之輔助翼片係以不規則高度設置於每一該複數 個翼片表面。

   3.種内燃機氣渦輪翼片結構，其具有氣渦輪本责 裝設於引擎氣流流動系統中，複數個翼片以傾斜和徑 輻射狀方式裝設於該氣渦輪本體上用以加速和增進^ 流迴轉循環’並且由-個或複數個狹縫設置於‘複數, 翼片的預定位置上用以壓制每一該複數個翼片背面負 壓力區之璇渦的形成，該翼片結構包括： 、 一個或複數個氣流孔洞設置於預定位置上 少每一該複數個翼片在負壓力區因為產生璇渦所造成 之氣流阻力，·以及 所攻成 該複數個翼片相關 面會形成直線前進β 複數個之輔助翼片突出於每一 表面外側，使得氣流碰撞該翼片表 17 593937 4.如申請專利範圍第3項所述之翼片結構，其中，該 複數個之輔助翼片係由每一該氣流孔洞之一端以一體 成型方式彎折形成，使其突出於每一該複數個翼片表 面。

   18