專利名稱：內(nèi)燃機(jī)及其可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)燃機(jī)及其可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
缸內(nèi)氣體的宏觀運(yùn)動(dòng)可以用來(lái)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程。在柴油機(jī)中，通常利用渦 流運(yùn)動(dòng)和擠流運(yùn)動(dòng)促進(jìn)燃油霧化及其與空氣的混合。在汽油機(jī)中，經(jīng)常采用渦流、滾流和 擠流等宏觀運(yùn)動(dòng)，它們的作用有促進(jìn)混合氣的形成，提高燃燒時(shí)的湍流強(qiáng)度等。渦流和滾 流運(yùn)動(dòng)二者有機(jī)結(jié)合，形成斜軸渦流，它的主要作用在于加快早期階段的燃燒，穩(wěn)定點(diǎn)燃過(guò) 程，加速整個(gè)沖量的后續(xù)燃燒，擴(kuò)大稀燃極限。另外，分層稀薄燃燒技術(shù)的發(fā)展也顯示宏觀 氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)分層混合氣的形成及稀薄燃燒過(guò)程的改善有較為明顯的促進(jìn)作用。
充量系數(shù)是影響內(nèi)燃機(jī)性能的另一個(gè)重要因素，然而，缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與 內(nèi)燃機(jī)充量系數(shù)卻是反比關(guān)系。這就是說(shuō)，不能同時(shí)保證內(nèi)燃機(jī)既有較強(qiáng)的缸內(nèi)氣體宏觀 運(yùn)動(dòng)，又有較高的充量系數(shù)。實(shí)踐表明，內(nèi)燃機(jī)在不同運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，尤其是不同轉(zhuǎn)速工況下， 對(duì)這兩者的要求不同——低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，宏觀氣體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是影響內(nèi)燃機(jī)性能的主要因素； 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流通系數(shù)又成了影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要因素?？勺冞M(jìn)氣結(jié)構(gòu)就是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 對(duì)氣體運(yùn)動(dòng)和流通系數(shù)的不同要求而產(chǎn)生的。
目前采用的可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)具有如下技術(shù)特征
1.采用分體雙進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)，兩個(gè)進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)形式互不相同，一個(gè)具有較高的流 通系數(shù)，一般為直氣道；另外，一個(gè)具有較高的產(chǎn)生缸內(nèi)宏觀氣流運(yùn)動(dòng)的能力，一般為切向 氣道或螺旋氣道。具有可變進(jìn)氣功能的閥片一般安裝于直氣道中。這樣，較低轉(zhuǎn)速時(shí)，閥片 關(guān)閉，進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生較高強(qiáng)度的流通系數(shù)；較高轉(zhuǎn)速時(shí)，閥片打開(kāi)，進(jìn)氣系統(tǒng)具有較高的流 通系數(shù)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。
2.通過(guò)對(duì)進(jìn)氣門最大升程進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣過(guò)程的調(diào)節(jié)。具體說(shuō)，在轉(zhuǎn)速較低 時(shí)，采用較小的最大氣門升程，以保證一定強(qiáng)度的宏觀氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度；在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用 較大的氣門升程，以保證足夠的充量系數(shù)。
3.通過(guò)對(duì)進(jìn)氣門開(kāi)啟/關(guān)閉正時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣過(guò)程的調(diào)節(jié)。具體說(shuō)，在轉(zhuǎn) 速較低時(shí)，采用進(jìn)氣門早開(kāi)/早關(guān)正時(shí)；在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用晚開(kāi)/晚關(guān)正時(shí)。采用這一技 術(shù)的出發(fā)點(diǎn)在于保證內(nèi)燃機(jī)不同轉(zhuǎn)速工況的功率輸出。
4.綜合考慮2和3的有關(guān)因素，既調(diào)整進(jìn)氣門的最大氣門升程，又調(diào)整進(jìn)氣門的正 時(shí)。
5.另外，還有一些可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，如橫向滑動(dòng)的可變渦流進(jìn)氣結(jié)構(gòu)、縱向滑動(dòng)的可 變滾流結(jié)構(gòu)，以及直接在氣道中設(shè)置可調(diào)節(jié)閥片的可變滾流結(jié)構(gòu)等。
歸納起來(lái)，以上這些可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)具有以下技術(shù)局限性
方案1-4不能對(duì)缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度和形式進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)，屬于兩狀態(tài)調(diào) 節(jié)方案，且結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜；
方案5雖然能夠一定程度對(duì)缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)實(shí)施連續(xù)調(diào)節(jié)，但只對(duì)單一運(yùn)動(dòng)-渦流或滾流-具有連續(xù)調(diào)節(jié)功能，不能對(duì)斜軸渦流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與組成實(shí)施按需調(diào)節(jié)。而 可變斜軸渦流系統(tǒng)就是對(duì)斜軸渦流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與組成進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)能更 好的滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷的要求，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠?qū)?nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)、斜軸 渦流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與組成實(shí)施連續(xù)調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。
一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括位于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣 道之間的閥片及其旋轉(zhuǎn)軸，所述的旋轉(zhuǎn)軸的軸線與內(nèi)燃機(jī)的曲軸軸線之間帶有傾角。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，該傾角一般設(shè)定為40° 80°，作為優(yōu)選所述的傾角為45° 65°，作為進(jìn)一步的優(yōu)選所述的傾角為60°左右效果更好。
內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道之間設(shè)有過(guò)渡管路，所述的閥片位于該過(guò)渡管路 中。
所述的過(guò)渡管路的兩個(gè)端口與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管和缸蓋通過(guò)法蘭連接。
所述的閥片的旋轉(zhuǎn)軸沿過(guò)渡管路的徑向貫穿過(guò)渡管路，其中至少一端延伸出過(guò)渡 管路的管壁，該延伸部位連接有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)受控于內(nèi)燃機(jī)中央控制單元，用于控 制閥片的翻轉(zhuǎn)角度。
本發(fā)明還提供了一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道之間設(shè)有所述的 可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下
1、閥片的旋轉(zhuǎn)軸線與水平面或曲軸軸線之間存在一定角度，以下稱之為av_axis， 不同的內(nèi)燃機(jī)機(jī)型應(yīng)具有不同的α v_axis，可以通過(guò)穩(wěn)流氣道實(shí)驗(yàn)對(duì)不同機(jī)型或型號(hào)的內(nèi)燃 機(jī)的α v-axis進(jìn)行測(cè)定和優(yōu)化，這正是結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新之處。在現(xiàn)有可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中，閥片的旋轉(zhuǎn) 軸線一般與水平面或曲軸軸線平行；在滑動(dòng)式可變進(jìn)氣結(jié)構(gòu)中，閥片的滑動(dòng)方向與水平面 或曲軸軸線平行，或垂直。
2、適用于具有連體進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)的多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)構(gòu)在連體氣道分開(kāi)處對(duì)進(jìn)入氣 缸的氣流實(shí)施導(dǎo)流，實(shí)現(xiàn)對(duì)缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)、斜軸渦流運(yùn)動(dòng)的組成與強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。
3、安裝在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道之間，閥體厚度較小，不用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的 既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改動(dòng)，只需適當(dāng)加長(zhǎng)進(jìn)氣歧管與缸蓋之間的連接螺栓，改裝成本低廉。
4、用于現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)時(shí)，需要事先利用臺(tái)架實(shí)驗(yàn)找出該機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)參數(shù)與內(nèi)燃機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)參數(shù)之間的優(yōu)化關(guān)系，也就是脈譜圖。
5、在內(nèi)燃機(jī)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)建議采用比例閥，并受控于發(fā)動(dòng)機(jī)的中央控制單元，即 ECU。
本發(fā)明可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠?qū)?nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)、斜軸渦流運(yùn)動(dòng)的 強(qiáng)度與組成實(shí)施連續(xù)調(diào)節(jié)，可以滿足不同工況及燃燒過(guò)程，例如分層稀薄燃燒，對(duì)缸內(nèi)氣體 宏觀運(yùn)動(dòng)與充量系數(shù)的優(yōu)化要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的俯視圖3為圖1中可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的左視圖逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度后的視圖。
圖中
1.斜軸渦流控制閥軸 2.連接螺釘 3.斜軸渦流控制閥片
4.與缸蓋連接的法蘭 5.過(guò)渡氣道 6.與進(jìn)氣歧管連接的法蘭。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
參見(jiàn)附圖1、2和3，本發(fā)明可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn) 氣道之間的過(guò)渡管路，過(guò)渡管路圍成了過(guò)渡氣道5，過(guò)渡管路中設(shè)有斜軸渦流控制閥片3及 其旋轉(zhuǎn)軸即斜軸渦流控制閥軸1，斜軸渦流控制閥片3通過(guò)連接螺釘2固定在斜軸渦流控制 閥軸1上，過(guò)渡管路一端為與進(jìn)氣歧管連接的法蘭6另一端為與缸蓋連接的法蘭4。
圖中可見(jiàn)斜軸渦流控制閥軸1與內(nèi)燃機(jī)的曲軸軸線(圖1中的水平方向)之間夾 有45°的傾角。
實(shí)施例2
本實(shí)施例為一種具有連體氣道的CA4GB四氣門汽油機(jī)，其進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道 之間設(shè)有實(shí)施例1中的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
實(shí)施例1中的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于本發(fā)動(dòng)機(jī)中，需按以下步驟進(jìn)行
1)設(shè)計(jì)包含實(shí)施例1中機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)裝置中，閥片的旋轉(zhuǎn)軸線必須可以 沿過(guò)渡管路周向連續(xù)變化。
2)在穩(wěn)流氣道實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將該實(shí)驗(yàn)裝置安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上單獨(dú)進(jìn)行氣道實(shí) 驗(yàn)。通過(guò)穩(wěn)流氣道實(shí)驗(yàn)找到了適合該發(fā)動(dòng)機(jī)的av_axis為60°，使得可變斜軸渦流系統(tǒng)的斜 軸渦流比調(diào)節(jié)范圍為0 1. 53，斜軸渦流傾角調(diào)節(jié)范圍為46. 2° 80. 2°。
3)按照實(shí)驗(yàn)所得α v_axis加工斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
4)將裝置安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，得出主要結(jié)論有a.低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷時(shí)，指 示熱效率和平均指示壓力隨著斜軸渦流比和斜軸渦流傾角的增加先增加后減小，當(dāng)斜軸渦 流比為0.76、斜軸渦流傾角為55. 7°時(shí)，指示熱效率和平均指示壓力最大。中等轉(zhuǎn)速、低負(fù) 荷時(shí)，指示熱效率隨著斜軸渦流比和斜軸渦流傾角的增加單調(diào)增加。b.中低轉(zhuǎn)速時(shí)，都是 在斜軸渦流比最小、斜軸渦流傾角接近45°時(shí)平均指示壓力和最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率最
5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)論修改現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的E⑶程序。
6)裝機(jī)使用。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括位于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道 之間的閥片及其旋轉(zhuǎn)軸，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)軸的軸線與內(nèi)燃機(jī)的曲軸軸線之間帶有 傾角。
2.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的內(nèi) 燃機(jī)進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道之間設(shè)有過(guò)渡管路，所述的閥片位于該過(guò)渡管路中。
3.如權(quán)利要求2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的過(guò) 渡管路的兩個(gè)端口與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管和缸蓋通過(guò)法蘭連接。
4.如權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的傾 角為40° 80°。
5.如權(quán)利要求4所述的用于內(nèi)燃機(jī)的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的所 述的傾角為45° 65°。
6.一種內(nèi)燃機(jī)，包括相互連通的進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道，其特征在于，進(jìn)氣歧管與缸蓋 進(jìn)氣道之間設(shè)有權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)及其可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可變斜軸渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括位于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣歧管與缸蓋進(jìn)氣道之間的閥片及其旋轉(zhuǎn)軸，所述的旋轉(zhuǎn)軸的軸線與內(nèi)燃機(jī)的曲軸軸線之間帶有傾角?？勺冃陛S渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠?qū)?nèi)燃機(jī)缸內(nèi)氣體宏觀運(yùn)動(dòng)、斜軸渦流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與組成實(shí)施連續(xù)調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。
文檔編號(hào)F02M35/10GK102042093SQ20101060950
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉剛, 劉瑞林, 吳曉, 周廣猛, 董素榮, 許翔, 趙祥君 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事交通學(xué)院