CN106065808A - 一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，包括设置在储气室一端的进气口和与储气室另一端连通的主气道，所述储气室为圆柱形空腔，所述主气道为与储气室中央位置连通的圆柱形管道，围绕着主气道布置有多个分气道，所述分气道是一弯管，所述弯管的一端与所述储气室的周边位置贯通，所述弯管的另一端与所述主气道通过切向连接口切向贯通；所述主气道与所述储气室的连通部位设有主气道节气门，所述主气道节气门由一旋转开关控制。在不同的负荷工况下，采用不同进气方案，可以改善低负荷时发动机的燃烧质量，降低油耗和排放，同时又能保证高负荷时的功率输出。

Description

一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道
技术领域
本发明涉及内燃机领域，特别是涉及内燃机工作过程控制，具体的说是一种涉及发动机进气状态调节和改善进气质量的新型进气道设计。
背景技术
发动机的工况分为启动、怠速、小负荷、中负荷、全负荷、加减速等工况。火花点火式发动机是量调节式的，即通过改变进气量来适应工况对输出扭矩的需求。在城市里，汽车大部分时间是运行在小负荷和中等负荷工况下。发动机小负荷工况的特点是发动机转速低、节气门开度小、进气流速低，所以燃料喷雾及油膜的雾化混合条件较差，并且发动机缸内湍流强度较小，导致可燃混合气燃烧较差，发动机热效率低且CO和HC排放较为严重。因此，若在小负荷时进入气缸的可燃混合气湍流强度大，混合的越充分，可燃混合气的燃烧则越充分，越有利于提高发动机的热效率。发动机多采用组织缸内气流运动来达到燃料和空气充分混合的目的。
进气***是发动机的重要组成部分，负责向气缸提供汽油燃烧做功所必须的新鲜空气，***内气流的品质和气道设计是否合理，对发动机性性能及工作可靠性等都有很大的影响。进气道的结构直接影响缸内新鲜空气充量的大小和吸入空气涡流的强度，而进气过程进入气缸内的空气量和气体的速度分布及涡流和湍流状况等又明显影响着燃烧过程，从而直接关系到发动机的燃烧完善度、排气的成分、废气可用能量以及发动机的运转经济性等。发动机进气道流动特性的优化，可以增加燃烧室中的涡流强度，提高火焰传播速率和燃烧速率，缩短燃烧持续期，从而提高发动机的动力性和经济性，同时还可以实现部分负荷工况下的稀燃过程，改善发动机的排放性能。因此为了改善发动机进气及燃烧状态，有必要设计新型结构的气道，提升发动机的动力表现，使燃烧更有效率。
在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动称为进气涡流，而进气涡流对于组织良好的燃烧过程具有重要意义。进气涡流的大小主要由进气道形状和发动机转速而决定。在产生进气涡流的方法中，其中采用带导气屏的进气门强制空气从导气屏的前面流出，依靠气缸壁面约束，产生旋转气流，提高进气气流的涡流强度。而使用切向气道产生进气涡流时，切向气道形状比较平直，在气门座前强烈收缩，引导气流以切线方向进入气缸，从而造成气门口速度分布的不均匀性，相当于在均匀速度分布的基础上，增加一个沿切向气道方向的速度，增加了气流的周向扰动，但是由于气门流通面积得不到充分利用，仅适用于要求进气涡流强度不高的发动机。而采用螺旋气道的方法将气门座上方的气门腔内做成螺旋形，使气流在螺旋形进气道内就形成一定强度的旋转，在气门口处气流的情况相当于在均匀速度分布的基础上，增加一个切向速度，从而影响进气气流的流动状态，进而影响缸内的混合气分布。
发明内容
本发明主要解决的问题是实际运行中低负荷下发动机进气涡流的产生及对其强度的增强，通过进气道独特的结构，四个分气道切向连接在主气道上，使最终进入气缸的空气具有较强的涡流，促进油气的混合，改善混合气分布，使燃烧更充分，提高燃烧效率，降低排放。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，包括设置在储气室一端的进气口和与储气室另一端连通的主气道，所述储气室为圆柱形空腔，所述主气道为与储气室中央位置连通的圆柱形管道，围绕着主气道布置有多个分气道，所述分气道是一弯管，所述弯管的一端与所述储气室的周边位置贯通，所述弯管的另一端与所述主气道通过切向连接口切向贯通；所述主气道与所述储气室的连通部位设有主气道节气门，所述主气道节气门由一旋转开关控制。
本发明中，所述分气道的个数为3～5个，优选为4个，多个分气道在圆周方向均布。所述主气道节气门为一可绕旋转开关转动的圆形板，所述圆形板的外径与所述主气道的内径配合。所述进气口与所述储气室的连接处、所述主气道与所述储气室的连接处、所述分气道与所述储气室的连接处均为圆角设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过新型气道结构的设计，在发动机不同负荷时分别采取不同的进气：低负荷时进气主要从分气道间接进入主气道，对进气气流附加旋转角动量，增加进气涡流的强度，促进油气的良好混合，改善燃烧质量，降低燃油消耗率，降低排放，同时在气缸外促使气流旋转，避免了原来切向气道设计中气门流通截面得不到充分利用的问题；中等负荷时通过控制旋转开关来逐渐增大主气道的流通面积，使进气同时从主气道和分气道进入燃烧室，既能满足进气量增大的需要，又能提高进气涡流强度；高负荷时大部分空气直接从主气道进入，减小进气阻力，保证空气供给量，保证发动机的功率输出。两种不同进气方案的实施，可以改善低负荷时发动机的燃烧质量，降低油耗和排放，同时又能保证高负荷时的功率输出。
附图说明
图1是本发明一种可增强进气涡流的复合切向进气道结构示意图；
图2(a)是图1所示结构上横向剖切平面A的位置示意图；
图2(b)是图2(a)中A剖切位置的剖视图；
图3(a)是图1所示结构上纵向剖切平面B和纵向剖切平面C的位置示意图；
图3(b)是图3(a)中B剖切位置的剖视图；
图3(c)是图3(a)中C剖切位置的剖视图；
图4(a)是图1所示结构上横向剖切平面D的位置示意图；
图4(b)是图4(a)中D剖切位置的剖视图。
图中：1-主气道，2-分气道，3-旋转开关，4-储气室，5-进气口，6-主气道节气门，7-切向连接口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，包括设置在储气室4一端的进气口5和与储气室4另一端连通的主气道1，主气道1可以采用发动机常用的普通进气管道。
所述储气室4为圆柱形空腔，所述主气道1为与储气室4中央位置连通的圆柱形管道，围绕着主气道1布置有多个分气道2，所述分气道2的个数为3～5个，图2(a)和图2(b)示出了所述分气道2的个数为4个，多个分气道2在圆周方向均布。
所述分气道2是一弯管，所述弯管的一端与所述储气室4的周边位置贯通，所述弯管的另一端与所述主气道1通过切向连接口7切向贯通，如图3(b)、图4(a)和图4(b)所示，由于分气道2和主气道1之间的连接是切向连接，因而，通过分气道2进入主气道1的空气具有切向旋转速度，即空气从分气道2进入主气道1后会产生旋转运动，从而形成旋转气流。
所述进气口5与所述储气室4的连接处、所述主气道1与所述储气室4的连接处、所述分气道2与所述储气室4的连接处均为圆角设计，以减小由于流通截面突变造成的阻力增大和气流冲击。
所述主气道1与所述储气室4的连通部位(即主气道1中靠近储气室4的位置，如图2(a)所示)设有主气道节气门6，所述主气道节气门6由一旋转开关3控制。如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示，所述主气道节气门6为一可绕旋转开关3转动的圆形板，所述圆形板的外径与所述主气道1的内径配合。主气道节气门6固定安装在主气道1内部，通过旋转开关3可转动主气道节气门6沿着旋转开关3所在轴线旋转，从而能够打开或关闭主气道1通向储气室6的部分管道，并可灵活的控制其开度。如图2(b)所示，在关闭主气道节气门6的时候，空气将主要从四个分气道2间接进入主气道1，进而进入气缸，而在打开主气道节气门6的时候，大部分空气将直接进入主气道1。
具有本发明复合切向进气道发动机，低负荷时，通过旋转开关3将主气道节气门6关闭，利用四个分气道2将新鲜空气通过切向连接口7送入主气道1，从而使进入气缸的气流具有旋转速度，附加沿进气道轴线的旋转角动量，形成旋转气流，从而提高涡流强度，且气流旋转的产生是在气缸外也避免了原来切向气道设计中气门流通截面得不到充分利用的问题；中等负荷时通过控制旋转开关3来逐渐增大主气道1的流通面积，使进气同时从主气道1和分气道2进入燃烧室，既能满足进气量增大的需要，又能提高进气涡流强度；高负荷时，需要的空气较多，进气阻力较大，只依靠分气道2进气会造成更大的进气阻力，减小充气效率，利用旋转开关3完全打开主气道节气门6，提高流通截面积，保证空气量的供给。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，包括设置在储气室(4)一端的进气口(5)和与储气室(4)另一端连通的主气道(1)，其特征在于：
所述储气室(4)为圆柱形空腔，所述主气道(1)为与储气室(4)中央位置连通的圆柱形管道，围绕着主气道(1)布置有多个分气道(2)，所述分气道(2)是一弯管，所述弯管的一端与所述储气室(4)的周边位置贯通，所述弯管的另一端与所述主气道(1)通过切向连接口(7)切向贯通；
所述主气道(1)与所述储气室(4)的连通部位设有主气道节气门(6)，所述主气道节气门(6)由一旋转开关(3)控制。
2.根据权利要求1所述可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，其特征在于：所述分气道(2)的个数为3～5个，多个分气道(2)在圆周方向均布。
3.根据权利要求2所述可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，其特征在于：所述分气道(2)的个数为4个。
4.根据权利要求1至3任一所述可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，其特征在于：所述主气道节气门(6)为一可绕旋转开关(3)转动的圆形板，所述圆形板的外径与所述主气道(1)的内径配合。
5.根据权利要求1至3任一所述可增强发动机进气涡流的复合切向进气道，其特征在于：所述进气口(5)与所述储气室(4)的连接处、所述主气道(1)与所述储气室(4)的连接处、所述分气道(2)与所述储气室(4)的连接处均为圆角设计。
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