CN112074658B - 与进气管道相交的气体进气设备和相对于火焰面倾斜的阀校准 - Google Patents

与进气管道相交的气体进气设备和相对于火焰面倾斜的阀校准 Download PDF

Info

Publication number
CN112074658B
CN112074658B CN201980029457.6A CN201980029457A CN112074658B CN 112074658 B CN112074658 B CN 112074658B CN 201980029457 A CN201980029457 A CN 201980029457A CN 112074658 B CN112074658 B CN 112074658B
Authority
CN
China
Prior art keywords
intake
cylinder
gas
air inlet
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980029457.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112074658A (zh
Inventor
X·戈特罗
J·特罗斯特
M·瑞特
C·莱查德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of CN112074658A publication Critical patent/CN112074658A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112074658B publication Critical patent/CN112074658B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4228—Helically-shaped channels 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • F02B31/06—Movable means, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/08—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air inlets
    • F02B31/085—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air inlets having two inlet valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4235—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of intake channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/14—Arrangements of injectors with respect to engines; Mounting of injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B2023/106—Tumble flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is horizontal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B2023/108—Swirl flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B2031/006—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air intake valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/32—Miller cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/48—Tumble motion in gas movement in cylinder
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Characterised By The Charging Evacuation (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的气缸的进气设备(1)。进气设备(1)包括进气管道(2)、进气阀(3)、进气阀(3)的校准部分(4)、用于形成气缸中的气体围绕基本上垂直于所述气缸的轴线的一轴线的空气动力学运动的装置。此外，进气管道(2)与校准部分(4)之间的相交(7)是沿着不平行于火焰面(FF)的平面的直线。

Description

与进气管道相交的气体进气设备和相对于火焰面倾斜的阀 校准
技术领域
本发明涉及用于内燃机的气体进气设备领域。具体地，本发明涉及允许在发动机气缸中产生空气动力学气体运动的气体进气设备。
这类发动机一般包括至少一个气缸、活塞、以往复直线运动在该气缸内滑动的活塞、用于氧化剂的进气设备、经燃烧气体排气装置、燃烧室和用于喷射燃料的喷射装置。
众所周知，在设计发动机时，性能和污染物排放限制越来越高，因此需要找到新的解决方案来提高最终的发动机效率。
因此，提高燃烧效率对于限制排放以达到相同或更高的性能是关键的。因此，非常重要的是，燃烧室中存在的所有燃料都被氧化剂使用，其包括例如环境压力下的空气、增压空气或空气(无论是否增压)与再循环的经燃烧气体的混合物。
实际上，燃烧室内的燃料混合物(氧化剂/燃料)需要尽可能均匀。
此外，为了确保良好的效率和燃烧率，期望在燃料混合物点火时以及在随后的燃烧期间具有高湍流水平，并且更具体是具有高湍流动能水平。
这种高湍流水平可以借助已知为涡滚(le swumble)的特别的进气空气动力学来达到。这种类型的空气动力学特征在于，燃料混合物的宏观运动是涡旋(气缸中的气体围绕垂直的气缸轴线的旋转运动)和滚流(气缸中的气体围绕纵向发动机轴线的旋转运动)的组合。
涡旋是燃料混合物围绕与气缸轴线共线的一根轴线的宏观旋转运动，其特征在于在进气过程中，并且更具体是在活塞上升期间，良好的运动保持性。这是一种通常用于压燃式内燃机的空气动力学宏观运动，它是一种使燃料混合物均匀化的良好的方法。
滚流也是燃料混合物的宏观旋转运动，但是围绕一根总体上垂直于气缸轴线的轴线。它的具体特征是转变成微观空气动力学运动，该空气动力学运动随着活塞上升而产生湍流。这是一种通常用于火花点火式内燃机的空气动力学宏观运动，它是一种获得合适燃烧率的良好方法。此外，该运动在扩散以及最大升程高度方面对燃烧室的几何形状和升程定律非常敏感。
由于在进气阶段的湍流程度高于当前最好的火花点火式发动机所观察到的湍流程度，因此使用湍滚可以从上面详述的两个空气动力学结构的优点中受益，并因此而受益于出色的均质化和更好的燃烧率。
背景技术
已经发展了各种技术方案来实现气缸中的这些湍流流动。
特别地，US-6,606,975中描述了第一种解决方案。该解决方案在于控制设置在进气管中的瓣片，从而产生湍流。该专利还提到了在低负载下的涡滚的概念。这种解决方案复杂，并且不利于气缸填充。
特别地，US-5,056,486中描述了第二种解决方案。该解决方案提供了允许产生复杂空气动力学的不对称进气管的定义。然而，这种解决方案需要对进气阀的打开进行相移，这在高负荷时是不利的。
特别地，在专利申请DE-10,128,500和EP-1,783,341中描述了第三种解决方案。这种解决方案允许借助于进气管中的被动(无源)或主动(有源)附件来产生复杂的空气动力学。在这两种情况下，这些附件均限制了气缸填充气体。此外，主动附件需要控制***，使得解决方案更复杂。
为了克服这些缺点，本发明涉及一种用于内燃机的气缸的进气设备。该进气设备包括进气管、进气阀、进气阀校准部分和用于产生气缸中气体的空气动力学滚流型运动的装置。此外，进气管与校准部分之间的相交出现在不平行于火焰面的平面的线上。这种倾斜允许在气缸中产生空气动力学涡旋型运动，该运动与滚流结合以产生空气动力学涡滚型运动。
发明内容
本发明涉及一种用于内燃机的气缸的进气设备，所述进气设备包括进气管；设置在所述进气管内的至少一个进气阀；设置在所述进气管的一端处并且指向所述气缸的火焰面的、用于所述进气阀的至少一个校准部分；以及用于使所述气体转向从而在所述气缸内产生所述气体围绕基本上垂直于所述气缸轴线的轴线的空气动力学运动的装置。在所述进气管的内弧面处，所述进气管与所述进气阀的所述校准部分之间的相交处位于相对于与所述气缸的所述火焰面平行的平面形成范围在5°至45°之间的角度α的母线上，该平面穿过所述进气管与所述校准部分之间的相交点。
根据一实施例，所述角度α范围在10°至20°之间、优选地在13°至17°之间。
根据本发明的一实施方式，用于使所述气体转向的所述装置由所述进气管的形状构成。
根据一方面，用于使所述气体转向的所述装置包括在所述进气管的下部轮廓上的斜坡形状。
有利地，用于使所述气体转向的所述装置包括所述进气管的流动横截面在所述阀的所述校准部分附近的会聚(部)。
有利地，用于使所述气体转向的所述装置包括所述进气管的倾斜，所述倾斜由所述进气管与所述校准部分的相交点的切线的角度β限定，所述角度的范围在0°至45°之间。
根据一个特征，所述进气管包括通入所述气缸的两个气体出口和两个进气阀。
此外，本发明涉及一种内燃机，其包括设有至少一个根据上述特征之一的进气设备的至少一个气缸、至少一个排气装置和燃料喷射装置。
根据一实施例，所述燃料喷射装置设置在所述气缸中。
根据一实施方式，所述燃料喷射装置设置在所述进气设备中。
此外，本发明涉及根据上述特征之一的内燃机在米勒循环(cycle de Miller)或阿特金森循环(cycle d’Atkinson)中的用途。
附图说明
根据本发明设备的其它特征和优点将从参照附图、阅读以非限制性示例的方式给出的描述中变得明了，附图中：
-图1以侧视图示出根据本发明的一实施例的气体进气设备，
-图2以三维图示出根据本发明的一实施例的气体进气设备，
-图3a和3b分别是现有技术的进气设备和本发明的进气设备的内弧面的视图，
-图4示出了在标准定律范围内现有技术的进气设备和根据本发明的一实施例的进气设备的滚流数、湍流动能(TKE)、涡旋数的曲线，
-图5示出了在米勒定律范围内根据现有技术的进气设备和根据本发明的一实施例的进气设备的滚流数、湍流动能(TKE)、涡旋数的曲线，以及
-图6示出了根据本发明的一实施例的内燃机的气缸。
具体实施方式
本发明涉及一种用于内燃机气缸的进气设备。
所述进气设备包括：
-进气体管，用于将气体供应到气缸，；
-进气阀，所述进气阀***在所述进气管中，阀的开口允许气体被供应到气缸，
-进气阀校准部分，所述进气阀校准部分设置在所述进气阀的在所述气缸侧上的端部处，所述校准部分指向所述气缸的火焰面(燃烧面)，所述进气阀校准部分是所述阀在其中移动的、基本上圆柱形的机械部件，以及
-气体转向装置，所述气体分流装置用于产生气体在气缸沿垂直于气缸轴线的方向的空气动力学运动，换而言之，所述气体转向装置用于产生气体的空气动力学滚流型运动。
火焰面或燃烧面应理解为(内燃机的)气缸盖的与气缸轴线正交的下平面。阀校准部分***在气缸盖的下平面中从而向气缸供应气体。
根据本发明，进气设备形成为使得在所述进气管的内弧面处，进气管和阀校准部分之间的相交处位于相对于平行于火焰面并穿过进气管与阀校准部分之间的相交点的平面形成范围在5°至45°之间的角度α的母线上。进气管的内弧面应理解为进气管的下(表)面。因此，进气管的下面与阀校准部分的相交部相对于与火焰面平行的平面倾斜。该倾斜允许气体在校准部分入口处转向，更确切的是，在气缸入口处转向。该气体转向在气缸中沿平行于气缸轴线的方向产生空气动力学气体运动，换句话说，是空气动力学涡旋型气体运动。这种倾斜可导致进气管在其端部旋转(则进气管的端部扭曲)，从而促进气体的空气动力学涡旋型运动。此外，该实施例允许产生气体的空气动力学涡旋型运动，而无需任何特定的罩、瓣片或叶片型附件。此外，这些进气设备的结构不涉及用于布置在单缸或多缸内燃机的气缸盖内的附加约束。
以在5°至45°之间的范围中的角度α倾斜，允许产生气体的空气动力学涡旋型运动。低于5°，倾斜不足以对气缸中气体的空气动力学运动产生显著影响。高于45°，进气管的几何形状复杂且难以实现。
通过结合滚流型空气动力学气体运动和涡旋型空气动力学气体运动，本发明的进气设备提供了气缸内气体的空气动力学涡滚型运动，由于在压缩阶段期间比在当前最好的火花点火式发动机中观察到的更高的湍流水平，该涡滚型运动允许受益于优异的均质性和更好的燃烧率。
气体是氧化剂或燃料混合物(间接喷射)，并且它特别可以包括环境压力下的空气、增压空气或空气(增压或非增压)与经燃烧气体的混合物。
根据本发明的一实施例，角度α的范围可在10°至20°之间,优选地在13°至17°之间。这些角度范围允许优化气体的空气动力学涡旋型运动，并因此优化所结合的气体的空气动力学涡滚型运动。
根据本发明的一个实施方式，气体转向装置仅在于进气设备的形状。因此，不存在阻碍气体通过进气管的主动(有缘)元件或被动(无源)元件。
根据第一示例实施例，气体转向装置可包括在进气管的下轮廓上的斜坡形状。斜坡形状促进进气管中气流的分离，并将其送到进气管的上部部分，从而送到气缸的上部部分，以使气体的空气动力学滚流型运动最大化。
根据第二示例实施例(其可以与第一示例实施例结合)，气体转向装置可包括在阀校准部分附近的流动横截面的会聚。换而言之，进气管的流动横截面在其靠近阀校准部分的端部处减小。这种会聚引起气流加速，气流加速促进空气动力学气体运动和填充。
根据第三示例实施例(其可以与第一和/或第二示例实施例结合)，气体转向装置可以包括进气管的倾斜。该进气管倾斜可以由与进气管与校准部分的相交点的切线的角度β限定，倾斜范围在0°至45°之间。该倾斜可以与气缸的燃烧室的上部部分的斜率耦合。进气管的倾斜允许进入气缸的气流倾斜，从而产生气体的空气动力学滚流型运动。例如，可以通过角度β与燃烧室的上部部分的斜率角度之间的切线来获得气体的空气动力学滚流型运动的优化。
根据本发明的一方面，进气设备可以是连体型(暹罗型，siamese type)。换而言之，进气管包括指向气缸的一个入口和两个出口，每个出口包括进气门和进气门校准部分。每个出口具有限定的角度特征，用于产生空气动力学涡旋型气体运动。这种类型的进气设备适合于具有两个进气阀的气缸，其允许简化进气室的设计(进气室是进气管上游的容积)。
根据本发明的一方面，尽管气体转向装置仅由进气管的形状构成，但是保证了与主动或被动气体转向元件、例如是进气罩的兼容性。因此，进气设备还可包括形成在燃烧室中的进气罩。进气罩被理解为是在燃烧室中靠近进气阀座专门加工的，因此允许在座处阻塞进气管的流动横截面的一部分的通路，从而加速气流并由此增加燃烧室中的湍流。
根据本发明的一特征，进气管的流动界面可具有基本上矩形的形状、具有倒圆的角部。在这种情况下，进气管和阀校准部分的相交部由四个边缘构成：一个内弧面侧上、一个在前面上以及两个侧面的。
根据本实施例的一示例，进气管在与阀校准部分相交处的矩形流动横截面相对于火焰面的方向倾斜。换而言之，矩形的流动横截面的边缘均不平行于或垂直于平行于火焰面的方向。
图1和图2通过非限制性示例示意地示出根据本发明的一实施例的进气设备1。图1是进气设备1的侧视图，而图2是其三维视图。进气设备1包括进气管2、设置在进气管中的阀3和用于进气阀的校准部分4。进气阀3的端部在打开时允许气体通过，该端部未示出。
进气设备1还包括气体转向装置，用于在气缸内产生沿垂直于气缸轴线方向的空气动力学气体运动(气体的空气动力学滚流型运动)。这些气体转向装置包括进气管2的、靠近阀校准部分4的流动横截面的会聚5。该会聚5对应于靠近阀校准部分4的流动横截面的减小。此外，气体转向装置包括由进气管2的下轮廓构成的斜坡6。此外，气体转向装置包括进气管2的倾斜(度)，该倾斜(度)为沿进气管与校准部分的相交点的切线方向XX与水平方向AA之间的角度β。
该图也示出了属于火焰面的平面的线FF。方向AA平行于线FF。
进气管2与校准部分4之间在进气管的内弧面处的相交部由附图标记7标示。
图3a和图3b示意性地作为非限制性示例示出进气设备的内弧面(下面)的视图。图3a和3b在垂直于火焰面的平面中。图3a对应于现有技术的装置，该装置仅具有用于产生气体的空气动力学滚流型运动的气体转向装置。图3b对应于本发明的装置，该装置具有用于产生气体的空气动力学滚流型运动的气体转向装置，并且内弧面处，具有进气管与阀校准部分之间的相交部的倾斜。
在这些附图中，线FF示出了火焰面的平面(由气缸限定)，且方向F’F’是属于平行于穿过进气管2与进气阀校准部分4之间的相交点的火焰面FF的平面的线。
根据图3a所示的现有技术，进气管2与进气阀校准部分4之间的相交部7与线F’F’合并。
另一方面，根据图3b中所示的本发明，进气管2与进气阀校准部分4之间的相交部7由轴线YY的母线承载，该轴线YY相对于线F’F’以角度α倾斜。该角度α的范围在5°至45°之间。在图3b中可以看出，这种倾斜使进气管2略微旋转，该进气管2具有大致矩形的流动横截面。
本发明也涉及一种组件，该组件包括内燃机的气缸和根据上文所述的变型之一或变型组合的进气设备。
此外，本发明涉及一种包括至少一个气缸的内燃机，每个气缸设有：
-根据上述变型之一或变型组合的至少一个进气设备，用于向气缸供应气体，
-至少一个排气装置，用于从气缸中排出经燃烧气体，排气装置有利地配备有排气阀，
-活塞，其在气缸中具有往复直线平移运动，从而从燃烧中产生机械能(通过曲轴旋转)，
-燃料喷射装置，用于产生燃烧。
根据一实施例，燃料喷射装置可以是直接喷射装置，即，燃料喷射装置直接设置在气缸中。
替代地，燃料喷射装置可以是间接喷射装置，即，燃料喷射装置设置在进气设备中。
根据本发明的一实施形式，内燃机是火花点火式发动机。在这种情况下，发动机还包括用于产生气体/燃料混合物的燃烧的至少一个塞。
替代地，内燃机是压燃燃烧式发动机。在这种情况下，发动机不包括用于产生气体/燃料混合物的燃烧的塞。
根据本发明的一方面，当气缸包括两个进气管时，这两个管可以是相同的并且相对于燃烧室的中间面平行。
在一个变型中，气缸可以通过连体式(暹罗式)进气设备供应有气体。
作为非限制性示例，图6示意地示出根据本发明的一实施例的内燃机的气缸的局部视图。活塞(未示出)在其中移动的气缸9包括燃烧室8。进气设备1，特别是阀校准部分4，设置在燃烧室8中。排气装置(未示出)也设置在燃烧室8中。
气缸9的轴向方向由CC标示。该附图还示出了垂直于轴线CC的火焰面FF，火焰面FF对应于内燃机的气缸盖(未示出)的下部部分。
进气设备1与图1、图2和图3b所示的进气设备相同，并且它特别地包括进气管2、阀3和阀校准部分4。
此外，本发明涉及根据上述变型之一或变型组合的内燃机在米勒循环或阿特金森循环中的用途。
米勒循环是一种热力学循环，特征在于在进气阶段期间(一个或多个)进气阀在活塞的下止点之前关闭。这除了冷却允许进入的装料之外也允许具有增大的功恢复。由于气体的空气动力学涡滚运动的产生，根据本发明的进气设备特别适于在较宽的操作范围内在米勒循环中使用。
阿特金森循环是用在可变燃烧发动机中的标准热力学循环。
根据本发明的内燃机可在嵌入式应用场合的领域中使用，诸如陆运、海运或空运，或在静止安装的领域中使用，诸如发电机组。
比较性示例
通过阅读下面的比较性示例，本发明的进气设备的特征和优点将会明了。
对于这些示例，将配备有根据现有技术的、仅具有气体的空气动力学滚流型运动的进气设备的内燃机(对应于图3a)的特征与配备有根据本发明的且具有气体的空气动力学滚流型运动的进气设备的相同内燃机(对应于图3b)的特征进行比较。对于该示例，角度α的值为15°。
图4示出了对于从进气下止点(360°)到压缩上止点(720°)的发动机循环的一部分，根据曲柄角°Vil的滚流数T(左上)、湍流动能TKE(右上)和涡旋数S(左下)的曲线。右下图示出了在压缩上止点(720°曲柄角)之后发生的、燃烧附近的曲柄角°Vil的减小的角度范围区域的湍流动能TKE。沿x方向的滚流数定义为围绕质心的、沿x方向(垂直于气缸轴线的方向)的气体的角速度与曲轴角速度之比。涡旋数定义为围绕质心的、沿气缸轴线方向的气体的角速度与曲轴角速度之比。滚流数和涡滚数是无量纲数。
图4涉及标准循环。在这些附图中，对应于配备有根据现有技术的进气设备的内燃机的曲线由AA标示，而对应于配备有根据本发明的进气设备的内燃机的曲线由INV标示。
湍流动能TKE代表“被捕获”在空气质量中的能量的量。
在这些图中注意到，两个进气设备允许产生空气动力学滚流型运动(高滚流数T)。此外，注意到，对于根据本发明的进气设备INV，涡旋数S高得多。因此，进气管与校准部分之间的相交部的倾斜有效地允许产生空气动力学涡旋型运动。因此，根据本发明的设备有效地允许产生空气动力学涡滚(滚流和涡旋)型运动。此外，注意到，根据本发明的进气设备通过允许增加燃烧之前的湍流能而相对于现有技术提供了湍流动能(TEK)增益。
图5示出了对于从进气下止点(360°)到压缩上止点(720°)的发动机循环的一部分，根据曲柄角°Vil的滚流数T(左上)、湍流动能TKE(右上)和涡流数S(左下)的曲线。右下图示出了在压缩上止点(720°曲柄角)之后发生的、燃烧附近的曲柄角°Vil的减小的角度范围区域的湍流动能TKE。图5涉及米勒循环。在这些附图中，对应于配备有根据现有技术的进气设备的内燃机的曲线由AA标示，而对应于配备有根据本发明的进气设备的内燃机的曲线由INV标示。
在这些图中注意到，两个进气设备允许产生空气动力学滚流型运动(高滚流数T)。此外，注意到，对于根据本发明的进气设备INV，涡旋数S高得多。因此，进气管与校准部分之间的相交部的倾斜有效地允许产生空气动力学涡旋型运动。因此，根据本发明的设备有效地允许产生空气动力学涡滚(滚流和涡旋)型运动。此外，注意到，根据本发明的进气设备通过允许增加燃烧之前的湍流能而相对于现有技术提供了湍流动能(TEK)增益。
因此，气体的空气动力学涡旋型运动的产生允许在发动机循环的进气期间更好地保存空气动力学运动中所包含的能量。因此，引起燃烧的湍流水平高于纯滚流型管，特别是对于适合于米勒循环操作的升力定律。
使用根据本发明的进气设备获得了明显的燃烧效率增益。此外，进气设备的结构不涉及用于设置在单缸或多缸内燃机的气缸盖内的附加约束，这相对于用于产生涡滚的现有技术方案是显著的优势。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的气缸的进气设备，所述进气设备（1）包括进气管（2）；设置在所述进气管（2）内的至少一个进气阀（3）；用于所述进气阀（3）的至少一个校准部分（4），所述校准部分设置在所述进气管（2）的一端部处并且指向火焰面（FF）处；以及转向装置（5、6），所述转向装置用于使气体转向，从而产生在所述气缸内的所述气体围绕基本上垂直于所述气缸的轴线的方向的空气动力学运动，其特征在于，所述进气管具有倒圆角部的大致矩形的流动横截面，在所述进气管（2）的内弧面处，所述进气管（2）与所述进气阀（3）的所述校准部分（4）之间的相交（7）在母线（YY）上，所述母线相对于穿过所述进气管（2）与所述校准部分（4）之间的相交（7）的点的平行于所述气缸的所述火焰面（FF）的平面（F’F’）成范围在5°至45°之间的角度α以使所述进气管的端部扭曲。
2.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，所述角度α范围在10°至20°之间。
3.如权利要求2所述的进气设备，其特征在于，所述角度α范围在在13°至17°之间。
4.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，用于使所述气体转向的所述转向装置（5、6）包括所述进气管（2）的形状。
5.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，用于使所述气体转向的所述转向装置（5、6）包括在所述进气管（2）的下轮廓上的斜坡形状（6）。
6.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，用于使所述气体转向的所述转向装置（5、6）包括在所述阀（3）的所述校准部分（4）附近的所述进气管（2）的流动横截面的会聚（5）。
7.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，用于使所述气体转向的所述转向装置（5、6）包括所述进气管（2）的倾斜，所述倾斜由所述进气管（2）与所述校准部分（4）的相交点的切线的角度β限定，所述角度β的范围在0°至45°之间。
8.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，所述进气管（2）包括通入所述气缸的两个气体出口和两个进气阀（3）。
9.如权利要求1所述的进气设备，其特征在于，所述进气设备包括进气罩。
10.一种内燃机，包括设有至少一个如前述权利要求中任一项所述的进气设备（1）的至少一个气缸、至少一个排气装置和燃料喷射装置。
11.如权利要求10所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射装置设置在所述气缸中。
12.如权利要求10所述的内燃机，其特征在于，所述燃料喷射装置设置在所述进气设备（1）中。
13.一种如权利要求10至12中任一项所述的内燃机用于米勒循环或阿特金森循环的用途。
CN201980029457.6A 2018-05-04 2019-03-20 与进气管道相交的气体进气设备和相对于火焰面倾斜的阀校准 Active CN112074658B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1853856A FR3080888B1 (fr) 2018-05-04 2018-05-04 Dispositif d'admission de gaz avec une intersection du conduit d'admission et de la calibration de soupape inclinee par rapport a la face feu
FR1853856 2018-05-04
PCT/EP2019/056930 WO2019211040A1 (fr) 2018-05-04 2019-03-20 Dispositif d'admission de gaz avec une intersection du conduit d'admission et de la calibration de soupape inclinee par rapport a la face feu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112074658A CN112074658A (zh) 2020-12-11
CN112074658B true CN112074658B (zh) 2022-07-15

Family

ID=62528737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980029457.6A Active CN112074658B (zh) 2018-05-04 2019-03-20 与进气管道相交的气体进气设备和相对于火焰面倾斜的阀校准

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11143094B2 (zh)
EP (1) EP3788243A1 (zh)
JP (1) JP7453919B2 (zh)
CN (1) CN112074658B (zh)
FR (1) FR3080888B1 (zh)
WO (1) WO2019211040A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111664021B (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 东风汽车集团有限公司 一种进气道及气缸盖
FR3116866B1 (fr) 2020-11-27 2023-04-21 Ifp Energies Now Piston de moteur à combustion interne adapté pour le mouvement aérodynamique du gaz

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5709190A (en) * 1995-04-27 1998-01-20 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Combustion chamber and induction system for engine
WO1999022125A1 (fr) * 1997-10-24 1999-05-06 Renault Moteur a injection directe et allumage commande
FR2887299A1 (fr) * 2005-06-20 2006-12-22 Inst Francais Du Petrole Procede de commande d'un moteur a combustion interne a allumage commande, notamment moteur suralimente de type essence, et moteur utilisant un tel procede
CN101346542A (zh) * 2005-12-22 2009-01-14 Gm全球科技运作股份有限公司 具有改进的燃烧室内充气运动的内燃机
CN103306864A (zh) * 2012-03-14 2013-09-18 通用汽车环球科技运作有限责任公司 交通工具的内燃机的进气装置
CN107620633A (zh) * 2017-09-08 2018-01-23 宁波市鄞州德来特技术有限公司 甲醇发动机

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5830097Y2 (ja) * 1979-12-04 1983-07-02 日産自動車株式会社 内燃機関の吸気制御装置
CH677004A5 (zh) 1988-11-18 1991-03-28 Nicholas J Johannes
IT1280976B1 (it) * 1995-10-17 1998-02-11 Fiat Ricerche Motore a combustione interna a ciclo diesel, per autovetture, ad iniezione diretta
JPH10299494A (ja) * 1997-04-30 1998-11-10 Yamaha Motor Co Ltd 筒内燃料噴射式エンジンにおける吸気開口部構造
FR2780093B3 (fr) * 1998-06-23 2000-07-21 Roger Lecal Mecanisme de predistribution pour soupape dans un ensemble : culasse-moteur/piston
JP2001227350A (ja) * 2000-02-18 2001-08-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd エンジンの吸気装置およびスワール生成板
US6213090B1 (en) * 2000-04-24 2001-04-10 Saturn Corporation Engine cylinder head
US6318348B1 (en) * 2000-06-08 2001-11-20 Visteon Global Technologies, Inc. Stratified exhaust gas recirculation strategy for internal combustion engine
US6606975B1 (en) 2000-10-04 2003-08-19 Ford Global Technologies, Llc Passive turbulence control assembly and a method for creating turbulence
DE10128500C1 (de) * 2001-06-12 2003-02-06 Ulrich Spicher Leitsystem für in die Zylinder einer Brennkraftmaschine einzubringendes Fluid
US7188604B2 (en) * 2004-09-07 2007-03-13 Nissan Motor Co., Ltd. Internal combustion engine air intake structure
EP1783341A1 (de) 2005-11-02 2007-05-09 Arno Hofmann Drall-Tumble-Erzeuger
US7594498B2 (en) * 2005-11-30 2009-09-29 Ford Global Technologies, Llc System and method for compensation of fuel injector limits
FR2902464B1 (fr) * 2006-06-20 2012-11-09 Renault Sas Dispositif d'admission d'air dans un cylindre de moteur a combustion interne
KR20080050012A (ko) * 2006-12-01 2008-06-05 두산인프라코어 주식회사 엔진의 흡기포트 구조
JP2009138617A (ja) * 2007-12-06 2009-06-25 Toyota Motor Corp 内燃機関の吸気装置
DE102008044244A1 (de) * 2008-12-01 2010-06-02 Robert Bosch Gmbh Brennkraftmaschine
CN102102582A (zh) * 2011-03-15 2011-06-22 天津大学 带有翼片的内燃机涡流进气道
KR20150047034A (ko) * 2013-10-23 2015-05-04 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨 이상적인 텀블 유동을 위한 흡기포트
JP6524726B2 (ja) * 2015-03-16 2019-06-05 三菱自動車工業株式会社 エンジンの吸気ポート構造
JP2016200042A (ja) * 2015-04-09 2016-12-01 日産自動車株式会社 エンジン
US9970365B2 (en) * 2016-03-09 2018-05-15 Ford Global Technologies, Llc Engine system with rotatable flow guide
JP2018003713A (ja) * 2016-07-04 2018-01-11 株式会社Ｓｏｋｅｎ 内燃機関の設計方法
JP6428715B2 (ja) * 2016-07-06 2018-11-28 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5709190A (en) * 1995-04-27 1998-01-20 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Combustion chamber and induction system for engine
WO1999022125A1 (fr) * 1997-10-24 1999-05-06 Renault Moteur a injection directe et allumage commande
FR2887299A1 (fr) * 2005-06-20 2006-12-22 Inst Francais Du Petrole Procede de commande d'un moteur a combustion interne a allumage commande, notamment moteur suralimente de type essence, et moteur utilisant un tel procede
CN101346542A (zh) * 2005-12-22 2009-01-14 Gm全球科技运作股份有限公司 具有改进的燃烧室内充气运动的内燃机
CN103306864A (zh) * 2012-03-14 2013-09-18 通用汽车环球科技运作有限责任公司 交通工具的内燃机的进气装置
CN107620633A (zh) * 2017-09-08 2018-01-23 宁波市鄞州德来特技术有限公司 甲醇发动机

Also Published As

Publication number Publication date
US20210239035A1 (en) 2021-08-05
WO2019211040A1 (fr) 2019-11-07
FR3080888B1 (fr) 2020-10-23
FR3080888A1 (fr) 2019-11-08
JP7453919B2 (ja) 2024-03-21
JP2021522445A (ja) 2021-08-30
EP3788243A1 (fr) 2021-03-10
US11143094B2 (en) 2021-10-12
CN112074658A (zh) 2020-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7473564B2 (ja) 方向を定められたマスクを含む気体吸気装置
US9885277B2 (en) Compression-ignition direct-injection combustion engine and fuel injection method for same
US20200141305A1 (en) A piston for an internal combustion engine
US10024222B2 (en) Direct-injection internal-combustion engine with dual sheet angle for producing a fuel mixture in a combustion chamber with dual combustion zone and low compression ratio, and method for using same
CN112074658B (zh) 与进气管道相交的气体进气设备和相对于火焰面倾斜的阀校准
JPS5932648B2 (ja) 内燃機関の吸気通路構造
US6125817A (en) Internal combustion engine with spark ignition
CN113710883B (zh) 具有两个不对称的进气管道的气体进气设备
CN113366207B (zh) 在气缸内产生气体的空气动力学运动的进气管件
CN109578130B (zh) 具有沿进气运动方向的直接燃料喷射的内燃机
CN106065808A (zh) 一种可增强发动机进气涡流的复合切向进气道
CN109578131B (zh) 椭圆形燃烧室
CN102392752A (zh) 一种小型通用汽油机气道结构
GB2373826A (en) A direct-injection spark-ignition internal combustion engine with an offset bowl in piston, corresponding offset fuel injector and tumble and swirl generation
JP2003502550A (ja) 二次給気流発生手段を備えたピストン式内燃機関
JP2013057270A (ja) ディーゼルエンジン
CN116490679A (zh) 适用于气体空气动力学运动的内燃机活塞
CN117449951A (zh) 半直喷点燃式无人机动力装置的预燃点火喷油控制方法
CN108361127A (zh) 一种双燃料内燃机可变滚流分层egr进气装置及其控制方法
JPH0299716A (ja) 内燃機関の燃焼室

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant