專利名稱：高渦流引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此處所述內(nèi)容涉及內(nèi)燃機(jī)引擎的特征。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃引擎中之油/氣混合物的不一致點(diǎn)火會(huì)造成汽缸內(nèi)燃料混合物的點(diǎn)火延遲及燃燒持續(xù)時(shí)間上的變動(dòng)。此不一致性會(huì)導(dǎo)致該汽缸內(nèi)高峰壓力及溫度的顯著變動(dòng)且在爆震限制式引擎中限制火花定時(shí)(spark timing)及/或壓縮比，借以讓靠近該爆震限度的火花定時(shí)的精確設(shè)定復(fù)雜化。在燃燒速率及燃燒持續(xù)時(shí)間上的變動(dòng)亦會(huì)直接轉(zhuǎn)變?yōu)樵谛噬系淖儎?dòng)。指示平均有效壓力(IMEP)的典型的系數(shù)(其代表汽缸的燃燒室內(nèi)一整個(gè)循環(huán)的平均壓力)可以是約1. 5%。換言之，假設(shè)一常態(tài)分布，在相同的燃料輸入下，一千個(gè)循環(huán)中最沒(méi)有效率的三個(gè)循環(huán)所產(chǎn)出的功比該一千個(gè)循環(huán)中最有效率的三個(gè)循環(huán)產(chǎn)出的功少了 9% (6x1.5%)。又，如果點(diǎn)火必需推遲以避開(kāi)在最快的燃燒循環(huán)中的爆震的話，則會(huì)拖累到在其余較慢的燃燒循環(huán)中的點(diǎn)火定時(shí)，而這會(huì)累及扭力及效率。慢的火焰速率亦可限制火花點(diǎn)火在該燃燒循環(huán)中可以多晚被開(kāi)始，同時(shí)仍能達(dá)到完全燃燒。目前的高渦流引擎的有效性通常是受到汽缸內(nèi)的氣體與汽缸壁之間因?yàn)楫a(chǎn)生于汽缸內(nèi)的高速氣體運(yùn)動(dòng)所造成的高熱傳率所限制。具有高速氣體運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)引擎的有效性還會(huì)受到誘發(fā)高氣體速度所需之進(jìn)氣通道內(nèi)的壓降的沖擊。此壓降會(huì)限制通過(guò)該引擎的汽缸的最大流量及可輸出的最大動(dòng)力。而且，在額外的燃燒穩(wěn)定性之下，在一給定的IMEP的變動(dòng)的系數(shù)，可點(diǎn)燃一更稀的油氣混合物。

發(fā)明內(nèi)容
在一態(tài)樣中，一種內(nèi)燃引擎可包括一在該內(nèi)燃引擎的汽缸內(nèi)的燃燒容積。該燃燒容積可至少由一汽缸壁及在該汽缸內(nèi)的第一活塞來(lái)界定。一渦流埠可透過(guò)一渦流埠出口將一流體輸送至該燃燒容積內(nèi)，使得該被輸送的流體以一流體速度被引導(dǎo)環(huán)繞該汽缸的周邊，該流體速度系以遠(yuǎn)離該汽缸壁的曲線的切線一預(yù)定角度加以配置的，用以產(chǎn)生一渦流運(yùn)動(dòng)于該燃燒容積內(nèi)。此該渦流運(yùn)動(dòng)系發(fā)生在一用渦流數(shù)來(lái)量化的渦流率，該渦流數(shù)系表示該流體在活塞的一循環(huán)期間環(huán)繞該汽缸回轉(zhuǎn)的次數(shù)。在另一相關(guān)的態(tài)樣中，一種方法包括經(jīng)由一渦流埠將一流體輸送至內(nèi)燃引擎的汽缸的燃燒容積內(nèi)。該燃燒容積至少是由一汽缸壁及在該汽缸內(nèi)的第一活塞來(lái)界定。該被輸送的流體以一流體速度被引導(dǎo)繞著該汽缸的周邊，該流體速度系以遠(yuǎn)離該汽缸壁的曲線的切線一預(yù)定角度加以配置的。該被輸送的流體的引導(dǎo)在該流體的點(diǎn)火之前產(chǎn)生一渦流運(yùn)動(dòng)于該燃燒容體內(nèi)。該渦流運(yùn)動(dòng)系發(fā)生在一用渦流數(shù)來(lái)量化的渦流率，該渦流數(shù)系表示該流體在活塞的一循環(huán)期間環(huán)繞該汽缸回轉(zhuǎn)的次數(shù)。在一些變化例中，可非必要地包含下列的一或多者。該引擎可包括一火花源，其點(diǎn)燃該燃燒容積內(nèi)的流體。該渦流埠的一個(gè)入口可具有第一截面流面積。一包含該渦流埠出口的渦流埠出口區(qū)可具有第二截面流面積，其隨著遠(yuǎn)離該入口的距離而減小。該渦流埠出口的尺寸(例如，寬度)不隨著離該入口的距離而改變。該引擎可包括套筒閥其包括該渦流埠。該套筒閥可被設(shè)置成至少部分圍繞該汽缸。該渦流埠可包括一截面積遞減的管子。 渦流數(shù)可等于該流體在它離開(kāi)該渦流埠出口進(jìn)入該汽缸時(shí)的切線速度除以該汽缸的圓周與該引擎的曲柄軸的曲柄軸轉(zhuǎn)速。該切線速度可以等于該流體通過(guò)該渦流埠出口進(jìn)入該汽缸的離開(kāi)角度的余弦值乘上該流體在該渦流埠內(nèi)的流動(dòng)速度。該引擎可包括一燃料噴注器其將燃料輸送至該燃燒容積持續(xù)一段與該渦流率相符的燃料輸送期間，用以將該被輸送的燃料均勻地散布于整個(gè)燃燒容積。在此例子中，該內(nèi)燃引擎可如柴油引擎般地操作。該引擎可包括一火花源及一燃料噴注器其用一與該渦流率相符的噴注定時(shí)(injection timing)將燃料輸送至該燃燒容積，用以將該被輸送的燃料均勻地散布于整個(gè)燃燒容積。在此例子中，該內(nèi)燃引擎可如直接噴注火花點(diǎn)燃引擎般地操作。 該燃料噴注器可被引導(dǎo)用以在靠近汽缸壁處產(chǎn)生比汽缸中心處更富含燃料的混合物。該流體可包括空氣，該火花源可被設(shè)置在該汽缸的周邊，及該燃料噴注器可噴注燃料使得燃料的小滴與該被輸送的流體混合，使得該渦流運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的向心力將小滴推至該汽缸的周邊以產(chǎn)生混合物梯度，其在周邊處包含更富含燃料的區(qū)域讓該火花源來(lái)點(diǎn)火。揭示于本文中的發(fā)明主體的一或多個(gè)變化的細(xì)節(jié)在附圖及下面的描述中被提出。 揭示于本文中的發(fā)明主體之其它特征及優(yōu)點(diǎn)，從描述及圖式及從申請(qǐng)專利范圍中將會(huì)很明
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包含在說(shuō)明書(shū)中且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖顯示揭示于本文中的發(fā)明主體的一些態(tài)樣，且與具體實(shí)施方式
一起用來(lái)協(xié)助解釋與所揭示的實(shí)施相關(guān)連的一些原理，在附圖中圖1為一示意圖，其顯示具有對(duì)沖活塞的內(nèi)燃引擎的側(cè)視圖；圖2為一示意圖，其顯示圖1的該內(nèi)燃引擎沿著線AA所切的的剖面圖；圖3為一示意圖，其顯示圖1及圖2的該內(nèi)燃引擎沿著線BB所切的的剖面圖；圖4為一圖表，其顯示渦流埠入口區(qū)的減小面積為其環(huán)繞一汽缸的圓周位置的函數(shù)；圖5為一示意圖，其顯示一沒(méi)有隊(duì)力活塞的內(nèi)燃引擎的汽缸、閥調(diào)(valving)及其它特征的剖面圖；圖6為一圖表，其顯示從一內(nèi)燃引擎汽缸的中心線向下看的一渦流埠的平面圖；圖7A及7B為圖6的渦流埠的流動(dòng)空泡(flow cavity)的前視圖及立體圖；圖8A及8B為剖面圖，其顯示結(jié)合一高渦流埠之直接燃料噴注；
圖9為一示意圖，其顯示一分裂的入口埠的剖面圖；圖10為一示意圖，其顯示一具有突出的窩流特征的分裂入口埠的剖面圖；圖11為一示意圖，其顯示能夠減小渦流率的入口埠的剖面圖；圖12為一示意圖，其顯示一能夠高或低渦流流體輸送的入口埠的剖面圖；及圖13為一方法的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明主體可提供許多與以前可獲得之工藝與技術(shù)相關(guān)的好處及優(yōu)點(diǎn)?？刂埔涣黧w (如，空氣、空氣與燃料的混合物、或類此者)進(jìn)入汽缸的角度在達(dá)成所想要的汽缸的燃燒容積內(nèi)的燃料燃燒率上是很有用的。在一接近垂直汽缸軸線的方向上輸送該流體可產(chǎn)生較慢的燃燒率但較高的效率，因?yàn)閿_動(dòng)程度較低，減少熱損失至汽缸壁。描述于本文中的一或多種結(jié)構(gòu)、技術(shù)、制造物、及類此者可單獨(dú)地或相結(jié)合地被使用，用以根據(jù)所想要的但卻不能同時(shí)存在的效能度量來(lái)將燃燒條件最佳化。大體上，在該燃燒容積中有更多流體的渦流能在低引擎負(fù)載時(shí)以相對(duì)低的熱傳遞至汽缸壁來(lái)提供增強(qiáng)的燃燒特征?？焖俚娜紵士杀贿_(dá)成用以讓一高壓縮引擎有一推遲的點(diǎn)火條件，用以在大多數(shù)機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)的引擎經(jīng)常操作的輕負(fù)載時(shí)提供高效率。從推遲的點(diǎn)火條件的高渦流高燃燒率轉(zhuǎn)變成較富含燃料的混合物的低渦流條件可在高負(fù)載下提供更佳的動(dòng)力特征。一使用一或多個(gè)本發(fā)明的主體的特征的引擎，亦可如一柴油引擎或直接噴注火花點(diǎn)火引擎般地被操作，因?yàn)樵撊紵莘e內(nèi)的高渦流特征可使用對(duì)該汽缸的直接燃料噴注來(lái)將被噴注的燃料掃過(guò)整個(gè)燃燒容積。當(dāng)實(shí)施時(shí)，類似的標(biāo)號(hào)標(biāo)示類似的結(jié)構(gòu)、特征或元件。示于申請(qǐng)專利范圍中的特征的描述可包括譬如像是第一及第二、左及右、上及下等等用詞來(lái)參考被描述的元件。應(yīng)被了解的是，這些參考只打算作為用來(lái)區(qū)別具有類似的結(jié)構(gòu)的多個(gè)元件或指出相對(duì)于圖中的一或多個(gè)元件之被圖示的方位的運(yùn)動(dòng)方向且不應(yīng)被解讀為揭示內(nèi)容或所請(qǐng)之發(fā)明主體的范圍的限制。為了解決上述及潛在的其它情況，本發(fā)明主體的實(shí)施例以一種可產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)于該燃燒容積內(nèi)的方式提供可輸送空氣或空氣/燃料混合物至一內(nèi)燃引擎的燃燒容積的方法、系統(tǒng)、制造之物及類此者。所得到之該燃燒容積內(nèi)的高渦流狀態(tài)的流體流可改善燃燒引爆的均勻性、燃燒持續(xù)時(shí)間、點(diǎn)火定時(shí)、及類此者。內(nèi)燃引擎的一些例子被揭露在共同系屬且共同所有的美國(guó)專利第7，559，298號(hào)及美國(guó)專利申請(qǐng)案第12/720，457號(hào)中，其已藉由參考而被并于本文中。對(duì)于一給定的汽缸體積而言，該等被揭露的引擎可提供一非常大的閥面積。此一構(gòu)型可有利地讓一流體埠切線地或在相切于該汽缸壁的一預(yù)定的角度內(nèi)輸送空氣/燃料混合物、只有空氣、或一些其它流體進(jìn)入該汽缸，使得一渦流進(jìn)氣運(yùn)動(dòng)(charge motion)最初被引進(jìn)到該汽缸的孔軸線附近。該等入口閥及引擎形狀的其它構(gòu)型亦可利用揭露于本文中之發(fā)明本體的一或多個(gè)特征的好處。圖1顯示一組裝好的對(duì)沖活塞引擎100的示意側(cè)視圖，該引擎包括兩個(gè)活塞其分享一共用的汽缸且形成一由該等活塞及汽缸壁所界定的燃燒容積。其它的引擎構(gòu)型，例如像是活塞被設(shè)置在分離的汽缸內(nèi)且其燃燒容積是由該活塞、汽缸頭、與汽缸壁所構(gòu)成之引擎構(gòu)型，亦是在本發(fā)明主體的范圍內(nèi)。
圖2為圖1所示之引擎100沿著切割線AA的剖面圖。如圖2所示，一渦流埠入口 202將空氣/燃料混合物輸送至一由引擎本體206所界定的汽缸204中。如圖2所示，該引擎體206可包括一左殼體210及一右殼體212，它們被安裝到一中央連接件214，其為一環(huán)的形式。該中央連接件214亦可包括一或多個(gè)火星塞套筒216，火星塞可被插入穿過(guò)該等火星塞套筒。該引擎100被建構(gòu)成可讓一左活塞220及一右活塞222沿著汽缸204的中心線 C往復(fù)運(yùn)動(dòng)于該汽缸204內(nèi)。該左活塞220被連接至一左連接桿2M其接著連接至一左曲柄軸226。該右活塞222被連接至一右連接桿230其接著連接至一右曲柄軸232。該左活塞220往復(fù)運(yùn)動(dòng)于該汽缸204內(nèi)，且可沿著該汽缸壁234左右滑動(dòng)。該右活塞222亦往復(fù)運(yùn)動(dòng)于該汽缸204內(nèi)，且可沿著該汽缸壁234左右滑動(dòng)。圖2顯示一油路界定件236。一套統(tǒng)閥體240可相對(duì)于油路界定件236滑動(dòng)至左邊及右邊(從圖2的觀點(diǎn)來(lái)看)。在圖2中，左活塞220及右活塞222被設(shè)置在汽缸204 內(nèi)，就如同當(dāng)由該汽缸壁234、閥座214、及左活塞220與右活塞222的活塞頭所界定的該燃燒容積為最小時(shí)，它們將會(huì)在上死點(diǎn)(top dead center) 一般。一引擎可被建構(gòu)成可讓該點(diǎn)活定時(shí)發(fā)生在該最小燃燒容積時(shí)、之前、或之后。圖3為該引擎100沿著圖2所示的切割線BB的第二剖面圖。如圖3所示，該套筒閥體240界定一引導(dǎo)一流體304的渦流埠302，該流體可以是空氣/燃料混合物、只是空氣、 一些氣體的其它組合、及/或用來(lái)噴注至該汽缸204內(nèi)之傳輸?shù)?entrained)液體。該渦流埠302包括一渦流埠入口 306，該流以可經(jīng)由該渦流埠入口進(jìn)入，及一渦流埠出口區(qū)308 具有一渦流埠出口 310，該被輸送的流體304經(jīng)由該渦流埠出口離開(kāi)該渦流埠302進(jìn)入該汽缸204(如圖2所示)環(huán)繞該汽缸204的壁的周邊，用以在該左活塞220與該右活塞222的進(jìn)氣行程期間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流于該汽缸204的燃燒容積中。該被輸送的流體304之切線方向的輸出與該流體304在汽缸204的周邊(例如，靠近汽缸壁234處)的輸出的結(jié)合可在進(jìn)氣行程期間形成快速的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)于汽缸204的燃燒容積內(nèi)部。此有秩序的流動(dòng)可持續(xù)整個(gè)循環(huán)，使得當(dāng)該燃燒容積內(nèi)的氣體被點(diǎn)燃時(shí)，火焰被快速地掃過(guò)該燃燒容積造成一極快速且可再現(xiàn)的燃燒事件。該渦流埠出口 310在圖3及后續(xù)的圖式中，以虛線被示出用以表示在汽缸壁234 上的一開(kāi)口或一系列的開(kāi)口，其可讓流體304通過(guò)從該渦流埠出口區(qū)308進(jìn)入汽缸204的燃燒容積內(nèi)。在一些較佳的實(shí)施中，該渦流埠出口 310可以是該汽缸壁234上環(huán)繞該汽缸 204的圓周的至少一部分之寬度大致固定的槽口的形式。非必要地，該渦流埠出口 310可以是該汽缸壁上多于一個(gè)之寬度大致固定的槽口的形式，這些槽口系連串地被配置環(huán)繞該汽缸204的圓周的至少一部分。渦流埠出口的其它的構(gòu)型、形狀、或尺寸亦是在本發(fā)明主體的范圍之內(nèi)。使用可以引發(fā)進(jìn)入內(nèi)燃引擎的汽缸的燃燒容積內(nèi)的流體的渦流運(yùn)動(dòng)的進(jìn)氣閥，例如圖3所示之具有渦流入口埠304的套筒閥體M0，在產(chǎn)生上述流體的流體動(dòng)力于一汽缸的燃燒容積內(nèi)是有利的，因?yàn)樗扇菰S該混合物進(jìn)入該汽缸環(huán)繞該汽缸的整個(gè)周邊。其它構(gòu)型的閥亦可被使用，只要它們能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)于內(nèi)燃引擎汽缸的燃燒容積內(nèi)。例如，提動(dòng)閥或被設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃引擎的汽缸頭處的其它進(jìn)氣閥可以只能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流條件于該進(jìn)氣閥的附近，該附近區(qū)域在許多例子中系具有該汽缸的直徑的一半或比該汽缸的直徑的一半稍微大一些的直徑。在該直徑的一半處，該氣體的轉(zhuǎn)速必需是全直徑入口的轉(zhuǎn)速的兩倍，用以獲得相同的汽缸內(nèi)(in-cylinder)旋轉(zhuǎn)速度。為了要達(dá)到相同的渦流，必需對(duì)進(jìn)入的進(jìn)氣(incoming charge)施加更多的泵功(pumping work)，這可減少空氣流及限制該引擎的扭力及/或動(dòng)力。如上文所述，圖3顯示流體304經(jīng)由該渦流埠出口區(qū)308內(nèi)的渦流埠出口 310進(jìn)一步輸送至汽缸204的燃燒容積，使得該流體沿著汽缸壁234的周邊進(jìn)入汽缸204。如上文所述，該渦流埠出口 310可以是該汽缸壁234上的一個(gè)開(kāi)口或多個(gè)開(kāi)口，該被輸送的流體 304經(jīng)由該等開(kāi)口離開(kāi)該渦流埠出口區(qū)308進(jìn)入汽缸204的燃燒容積。為了環(huán)繞該套筒閥 240的內(nèi)壁312的大部分圓周的渦流埠出口區(qū)308，譬如在圖3中所示者，該渦流埠出口 310 開(kāi)始及結(jié)束在或靠近該渦流埠302的終止結(jié)構(gòu)314。如圖3所示，該渦流埠出口區(qū)308的截面流面積(即，垂直于流動(dòng)方向所取之截面的面積)可隨著流體304從該渦流埠入口 306 流至該渦流埠出口區(qū)308而沿著截面AO (其系靠近該渦流埠入口 306)至A7 (其系靠近該終止結(jié)構(gòu)314)單調(diào)地遞減。該渦流埠出口區(qū)308之遞減的截面流面積造成流體304在其橫越該渦流埠出口區(qū)308經(jīng)由該渦流埠出口 310沿著汽缸壁234進(jìn)入汽缸204且朝向汽缸 204的中心軸線316渦漩。動(dòng)量守恒原理預(yù)測(cè)出該流體304在汽缸204的中心軸線316處的旋轉(zhuǎn)比該流體304在其剛進(jìn)入汽缸204時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度還要快。圖3顯示流體304的旋轉(zhuǎn)是繞著該中心軸線316，該中心軸線系縱向地穿過(guò)活塞的幾何中心(參見(jiàn)圖2)。理論上，如果在某一半徑320處，例如從該中心軸線316至該渦流埠出口區(qū)308的外壁322，存在一切線速度的話，則動(dòng)量守恒要求用于一給定流率及氣體壓力之遞減的半徑 320造成氣體繞著該中心軸線316的角速度遞增。此角速度的增加不只因?yàn)樵摐u流埠出口區(qū)308的遞減的截面面積所造成，還是因?yàn)樵摫惠斔偷牧黧w304包含一接近該汽缸壁234 的切線速度，及該流體304被活塞220及222撤退(withdraw)時(shí)抽空的空間朝向該中心軸線316拉引。介于該中心軸線316與該渦流埠出口 310的外壁322之間的該遞減的半徑 320可在后退中的活塞220及222將流體以螺旋的方式往內(nèi)朝向該中心軸線316拉引的同時(shí)引發(fā)沿著或接近汽缸壁234的高速流體流，用以進(jìn)一步提高在該汽缸204內(nèi)之該被輸送的流體304的角速度。與本文中描述之本發(fā)明主體相反地，一離開(kāi)設(shè)置在汽缸頭處靠近該中心軸線316的提動(dòng)閥的混合物被導(dǎo)入到一汽缸的中心。經(jīng)由此閥被引入的流體的角速度會(huì)隨著流體的流場(chǎng)朝向汽缸壁擴(kuò)張而降低。被輸送至該汽缸204的燃燒容積的流體304的渦流率可根據(jù)本發(fā)明主體的特定應(yīng)用來(lái)加以改變。一高的渦流率可提高引擎100的熱傳特性。然而，高的渦流率亦會(huì)影響爆震 (knock)抵抗性及高壓縮比的耐受度。引擎100的這些特征通常需要平衡。高的渦流率亦可改善燃燒速率，其可讓火花定時(shí)被推遲。換言之，火花可在開(kāi)始不點(diǎn)火(onset misfire) 或其它燃燒不穩(wěn)定之前，在燃燒循環(huán)中慢一點(diǎn)發(fā)生或在晚一點(diǎn)的曲柄角度發(fā)生，使得爆震程度可被減小且即使是在一大的壓縮比下在汽缸204內(nèi)的高峰壓力可被保持在一所想要的范圍內(nèi)。該引擎100可在全開(kāi)節(jié)流閥下于推遲的定時(shí)(retarded timing)運(yùn)轉(zhuǎn)用以限制爆震并犧牲某些效率，同時(shí)在部分開(kāi)節(jié)流閥下于更進(jìn)階的點(diǎn)火定時(shí)(更靠近或在MBT)運(yùn)轉(zhuǎn)，用以在低動(dòng)力條件下能夠高效率地操作。這些低動(dòng)力條件是載客車(chē)輛特別有興趣的，因?yàn)槿珓?dòng)力很少能達(dá)到，且通常持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。對(duì)沖活塞引擎，譬如圖1及圖2中所示及上文所述的引擎100，相對(duì)于其它內(nèi)燃引擎結(jié)構(gòu)而言，包括一用于熱傳遞之減小的表面積，該熱傳遞系來(lái)自汽缸的燃燒容積內(nèi)的燃燒氣體。此等引擎因此受到來(lái)自該燃燒容積內(nèi)的高速氣體之增大的熱傳遞的沖擊小于其它內(nèi)燃引擎所受的沖擊。在一些實(shí)施例中，該左活塞220及右活塞222可包括低熱傳導(dǎo)材料或由低導(dǎo)熱性材料制成。一在活塞的TDC位置具有低的燃燒容積的表面積對(duì)體積比的引擎在某些實(shí)施例中可具有直徑相對(duì)小的活塞，其包含的散裝材料(bulk material)因而比其它內(nèi)燃引擎內(nèi)的活塞少。在一非限制性的例子中，在該引擎100內(nèi)的活塞至少部分地由低導(dǎo)熱性材料，譬如鑄鐵，來(lái)形成。該等活塞使用低導(dǎo)熱性材料可讓更多在燃燒事件中產(chǎn)生的熱被保留在氣體內(nèi)并用來(lái)作功。產(chǎn)生高渦流率于汽缸204的燃燒容積內(nèi)可讓引擎達(dá)到高效率又不需要一可變壓縮比。一包含本案揭示的發(fā)明主體的一或多項(xiàng)特征的引擎在某些例子中可利用火花先進(jìn)控制來(lái)在部分打開(kāi)節(jié)流閥下用先進(jìn)的定時(shí)在大節(jié)流閥時(shí)容許一推遲的或延遲的點(diǎn)火條件。作為一示范性的非限制性的例子，歧管或文氏管真空(venturi vacuum)可被用來(lái)提供先進(jìn)的點(diǎn)火控制。該汽缸204內(nèi)之被輸送的流體304的渦流率在一些實(shí)施例中可藉由改變套筒閥體MO的出口埠區(qū)域104的截面積Al來(lái)調(diào)整。在一些實(shí)施例中，移動(dòng)通過(guò)該渦流埠出口區(qū) 308的被輸送的流體304的平均埠流速可以是90m/sec?！捌骄毫魉佟币辉~指的是當(dāng)流體移動(dòng)通過(guò)該渦流埠出口區(qū)308時(shí)該流體的任意名義上的(nominal)平均速度。在該渦流埠出口區(qū)308內(nèi)的該流體304的平均流速可改變，這會(huì)造成流體204在該汽缸204內(nèi)渦漩，其速度比曲柄軸速率快約6倍或更多倍。例如，這些數(shù)值可在小孔引擎中被達(dá)成或什至超過(guò)。 在汽缸204內(nèi)的渦流可與該渦流埠出口區(qū)308的截面積成正比。如果該渦流埠出口區(qū)308 的截面積Al被增大，則進(jìn)入汽缸204的流體304的切線速度會(huì)被降低。相類似地，該流體 304的渦流的旋轉(zhuǎn)速率亦被降低。該流體304從該渦流埠出口區(qū)308進(jìn)入汽缸204橫越該渦流埠出口 310的角度可隨著流體304的切線速度而改變。在該渦流埠出口區(qū)域中之一高的切線流體速度可造成淺的進(jìn)入角度因?yàn)楫?dāng)流體304從該渦流埠出口區(qū)域橫越該渦流埠出口 310至該汽缸204時(shí)它將沿著汽缸壁234被引導(dǎo)，而在該渦流埠出口區(qū)域中之一低的切線流體速度可在流體304從該渦流埠出口區(qū)域橫越該渦流埠出口 310至該汽缸204時(shí)造成流體304的一陡峭的進(jìn)入角度。一淺的角度可減小有效的閥打開(kāi)面積，這可限制通過(guò)該閥之最大流體流量。此外，該渦流埠302可被設(shè)計(jì)成讓該渦流埠入口 306的管狀截面以所想要的角度接近該渦流埠出口區(qū)308讓流體304從該渦流埠出口區(qū)308通過(guò)進(jìn)入汽缸204。 因此，一種具高渦流的設(shè)計(jì)將具有一較小的最大質(zhì)量流及在渦流埠入口 306接近該渦流埠出口區(qū)308時(shí)(例如在圖2中的截面Al處)更切線的渦流埠入口 306配置。因此，一為了低渦流而設(shè)計(jì)的渦流埠302可提供一較大的最大流量及在渦流埠入口 306接近該渦流埠出口區(qū)308時(shí)經(jīng)過(guò)一較大的渦流埠入口 306的角度。 圖3顯示該渦流埠出口區(qū)308的截面積(截面積A1-A7，每一者都是從該渦流埠出口區(qū)308的外壁322測(cè)量至套筒閥MO的內(nèi)壁31 其面積系從位在該渦流埠出口區(qū)308 的開(kāi)頭處的Al (最大的截面積)逐漸地減小至該渦流埠出口區(qū)308到達(dá)該終止結(jié)構(gòu)314處 (其在某些實(shí)施例中可以是從該渦流埠出口區(qū)308的開(kāi)頭算起的約340°處)的實(shí)質(zhì)為零。 圖3顯示渦流埠302的可能截面積A1-A7的一個(gè)例子。這些截面積隨著流體304通過(guò)該渦流埠出口區(qū)308并進(jìn)入汽缸204而減小。該渦流埠出口區(qū)308的截面積的減小迫使一部分的流體304經(jīng)由該渦流埠出口 310進(jìn)入汽缸204的燃燒容積，這可產(chǎn)生該流體304的流動(dòng)的徑向分量。如果該渦流埠出口區(qū)308的截面積沒(méi)有如圖3所示地逐漸減小的話，則流體304較佳地將在該渦流埠出口區(qū)308的末端進(jìn)入汽缸204(即，在遭遇到該終止結(jié)構(gòu)314 時(shí))，這會(huì)實(shí)質(zhì)地限制該閥的有效面積。在此設(shè)計(jì)中，角動(dòng)量將主導(dǎo)性地把流體304保持著靠近該渦流埠出口區(qū)308的外壁322，直到流體304遭遇到該終止結(jié)構(gòu)314為止。同樣如圖3所示的，該渦流埠出口區(qū)308的終止結(jié)構(gòu)314可被設(shè)置成它與一條與該汽缸204的內(nèi)壁234相切的線形成一角度θ。在一非限制性的示范例中，該角度θ可以是約30度。其它的角度亦是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。該渦流埠入口 306亦可發(fā)必要地包括一稍微的彎曲或包括一或多個(gè)非直線的結(jié)構(gòu)。該渦流埠入口 306可替代地或額外地被設(shè)計(jì)來(lái)迫使燃料小滴(droplet)，例如燃料如圖3所示地被噴注器3 及330噴注至該渦流埠入口 306內(nèi)或附近，用以在這些燃料小滴在截面Al處進(jìn)入該渦流埠出口區(qū)308撞在該套筒閥體 240的熱的套筒表面上。圖4為一圖表400其依據(jù)本發(fā)明主體的一示范性非限制性的實(shí)施例畫(huà)出該渦流埠出口區(qū)308內(nèi)縮減的路徑面積是汽缸204的中心軸線C周?chē)膱A周位置的函數(shù)。該渦流埠出口區(qū)308內(nèi)的該路徑或凹穴402介于該渦流埠出口區(qū)308的外壁322與該汽缸壁234之間的徑向?qū)挾缺皇居趫D4中，其中0°表示該渦流埠出口區(qū)的開(kāi)頭處且流體流環(huán)繞著汽缸 204的圓周前進(jìn)于順時(shí)鐘方向上。在環(huán)繞該汽缸204的圓周的每一點(diǎn)處介于該渦流埠出口區(qū)308的外壁322與該汽缸204的孔半徑(即，介于該中心軸線316與汽缸壁234之間的距離)之間的距離與垂直于該觀看平面的埠口深度的乘積(product)可界定用于該渦流埠出口區(qū)308中的凹穴內(nèi)的流體的截面積，及整體地為該渦流埠302的截面積?；蛘?，為了一具有圓形截面積的渦流埠出口區(qū)308(例如在Al至A7的每一點(diǎn)以及介于它們之間的所有點(diǎn))，用于該渦流埠出口區(qū)308內(nèi)的凹穴的流體(及用于渦流埠302整體)的截面積可以是(η /4)乘上在每一點(diǎn)介于該渦流埠出口區(qū)308的外壁表面322與汽缸204的孔半徑之間的距離的平方。圖4顯示該渦流埠出口區(qū)308的外壁322的一圓周地遞減的周長(zhǎng)，該渦流埠出口區(qū)具有一帶有阿基米德螺旋形狀的圓形截面，該阿基米德螺旋形狀中截面積線性地減小，其系繞著該汽缸204的中心軸線316的徑向角度的函數(shù)。在此形狀中，大致相等數(shù)量之被輸送的流體304可藉由通過(guò)該渦流埠出口 310在該渦流埠出口區(qū)308周?chē)娜魏谓嵌任恢锰庍M(jìn)入該汽缸204。其它截面形狀及構(gòu)造的渦流埠出口區(qū)亦是在本發(fā)明主體的范圍內(nèi)。例如，該渦流埠出口區(qū)308的截面積不一定要隨著徑向角度線性地減小，阿基米德螺旋形狀以外的螺旋形狀可被使用。而且，該凹穴的深度可被調(diào)整用以改變截面流面積。用于一特定的渦流埠302的特定尺度及形狀可根據(jù)引擎構(gòu)造及設(shè)計(jì)要求來(lái)改變。有利地，該渦流埠出口區(qū)308的截面積繞著汽缸204的圓周從該渦流埠入口 306至該渦流埠出口區(qū)308 的終止結(jié)構(gòu)314單調(diào)地減小。在一些實(shí)施中，當(dāng)該閥被關(guān)閉時(shí)，在該歧管內(nèi)沒(méi)有流動(dòng)。當(dāng)該閥打開(kāi)時(shí)，介于該歧管與汽缸的內(nèi)部之間的壓力差造成該流體流開(kāi)始流動(dòng)。圖5顯示本發(fā)明主體用于傳統(tǒng)內(nèi)燃引擎500的另一實(shí)施例，在該引擎中一汽缸502 只包含一個(gè)活塞504，其活塞頭506與汽缸壁510及汽缸頭512 —起界定一燃燒容積。一套筒閥514可輸送流體(其可以是空氣、燃料/空氣混合物、或一些其它流體或其組合)至該燃燒容積使得一渦流運(yùn)動(dòng)以一種類似于上文描述的方式被產(chǎn)生在該燃燒容積內(nèi)。該套筒閥 514可被設(shè)置在該汽缸頭512內(nèi)或如圖5所示沿著汽缸壁510被設(shè)置。替代地或額外地， 一或多個(gè)提動(dòng)閥516可被設(shè)置成一構(gòu)造，其可將一流體或多種流體以一類似的方式輸送至該燃燒容積。圖5所示的示范性且非限制性的例子包括一套筒閥514其沿著該汽缸體壁移動(dòng)以控制通過(guò)一用來(lái)產(chǎn)生渦流之入口渦流埠520的進(jìn)氣流，及一在該汽缸頭512的中心的單一提動(dòng)閥516，其如排氣閥般地操作。該提動(dòng)閥516不一定要設(shè)置在汽缸頭512的中心。 一或多個(gè)火星塞522可被設(shè)置在受該提動(dòng)閥516控制之該排氣埠524的邊緣與汽缸壁510 之間。同樣示于圖5中的是活塞連接桿526、曲柄軸530、入口閥彈簧532、及用來(lái)協(xié)調(diào)該提動(dòng)閥516與該套筒閥514的操作的設(shè)備。該設(shè)備可包括，例如，一排氣閥彈簧534、一搖臂 536、一凸輪M0、一入口閥推桿M2、及一入口閥致動(dòng)器M4，如圖5所示。其它的構(gòu)造亦是在本發(fā)明主體的范圍內(nèi)。示于圖5中的該引擎構(gòu)造亦可與單一套筒閥514及多個(gè)用來(lái)控制多個(gè)排氣埠524 的提動(dòng)閥516—起使用。一或多個(gè)火星塞522亦可被有利地設(shè)置來(lái)配合此一構(gòu)造。在一些實(shí)施，離開(kāi)該入口渦流埠520進(jìn)入該燃燒容積的燃料小滴可被朝向汽缸壁510導(dǎo)引用以造成靠近該燃燒容積的周邊的流體混合物更富含燃料且更容易點(diǎn)燃。在此例子中，利于火星塞522的位置可以是一或多個(gè)在該汽缸頭512內(nèi)靠近汽缸壁510的位置及在汽缸壁510中類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)。如所描述地產(chǎn)生的混合物梯度可被使用在單活塞及對(duì)沖/雙活塞引擎構(gòu)造兩者中。示于圖5中的引擎構(gòu)造亦可包括單一個(gè)截面積相對(duì)小的提動(dòng)閥516其設(shè)置在該汽缸頭512內(nèi)靠近該汽缸510的中心軸線。該提動(dòng)閥516可如一入口閥般地作用，而該套筒閥514則如一排氣閥般地作用。與讓該提動(dòng)閥516控制排氣埠5M并負(fù)責(zé)一大部分的汽缸頭512的表面積相比較，此構(gòu)造也許不能達(dá)到相同的蓄熱特性，但可提供更高的壓縮比，因?yàn)樵撨M(jìn)氣閥保持在一較低的溫度因此爆震傾向可被降低。此構(gòu)造將被輸送的流體引導(dǎo)至汽缸的外面(如圖3所示)，其如上所述地可產(chǎn)生較低的渦流速度于該燃燒容積內(nèi)。然而，根據(jù)一引擎的特定特征，此一閥構(gòu)造及所產(chǎn)生的較低的渦流條件仍可達(dá)到本文所討論的一或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。圖6及圖7A及7B顯示一包含本發(fā)明主體的渦流埠之套筒閥體240 —連串的圖式。 圖6顯示該具有圖3所示的渦流埠302之套筒閥體MO的前視圖。如圖所示，該套筒閥體 240包括一安裝板602用來(lái)安裝至引擎本體206。該渦流埠302包括一渦流埠入口 306及一渦流埠出口區(qū)308。在該渦流埠出口區(qū)308內(nèi)讓一流體從該渦流埠出口區(qū)308通過(guò)到達(dá)該汽缸內(nèi)的燃燒容積內(nèi)的開(kāi)口在圖6中是看不到的，因?yàn)樗灰煌咕壝?04擋住。如圖6 所示且如上文中討論的，該渦流埠出口區(qū)308的截面積從該渦流埠入口 306朝向該渦卷狀的該渦流埠出口區(qū)308的末端減小。為了示范的目的，該渦流埠302的一些截面積被示于圖6中(如，A2、A3、A4、A5)且對(duì)應(yīng)于圖3所示的截面積。在圖6所示的設(shè)計(jì)中，該渦流埠出口的面積投影(其為閥升程(valve lift)乘上汽缸的圓周)約為在該渦流埠入口 306 處之截面流面積的兩倍。相關(guān)于該汽缸排氣量及引擎設(shè)計(jì)速度的選擇來(lái)選擇在該渦流埠入口 306處之截面流面積可界定該流體304在輸送至該燃燒容積時(shí)的切線速度。與凈徑向速度相結(jié)合的此切線速度可決定該流體流流過(guò)該閥開(kāi)口的角度。此角度可決定該閥的有效面積，因?yàn)樵撚行娣e可以至少約等于流過(guò)該閥開(kāi)口的流體流的正弦分量與該閥開(kāi)口的投影面積的乘積。 因?yàn)閳D6中的渦流埠出口 310的投影面積是在該渦流埠入口 306處的截面流面積的兩倍， 所以一 30度的角度可被用于該流過(guò)該渦流埠出口 310(其亦可被想作是該閥開(kāi)口)的流體流。以此方式，該閥的投影面積被減小sin30°，這可給予從該渦流埠入口 306至該流體在該渦流埠終止結(jié)構(gòu)314處進(jìn)入到該汽缸204的最終出口的該流體304 —近乎固定的速度， 即使在該流體304流動(dòng)于該汽缸204的周邊周?chē)鷷r(shí)該流體304被持續(xù)地從該渦流埠出口區(qū) 308經(jīng)由該渦流埠出口 310輸送至汽缸204的情況中亦然。圖17A及17B顯示該渦流埠302內(nèi)的凹穴402的兩種表現(xiàn)方式，流體304移動(dòng)于該凹穴內(nèi)，從該渦流埠入口 306通過(guò)該渦流埠出口區(qū)308。在圖7A及7B中，在該渦流埠302 內(nèi)的凹穴402為了易于觀看而被顯示為一實(shí)心的構(gòu)件。如圖所示，凹穴402的截面積從該渦流埠入口 306通過(guò)該渦流埠出口區(qū)308減小至該終止結(jié)構(gòu)314。亦如圖7A及7B所示，整個(gè)凹穴402不必有相同的或什至是相似的形狀。雖然上文已描述通過(guò)該埠口的燃料與空氣的混合物，但描述于本文中之發(fā)明主體亦可應(yīng)用在用于直接式的汽缸內(nèi)燃料噴注之只有空氣的氣流上。直接噴注可在一用于火花點(diǎn)火之以汽油作為燃料的循環(huán)的早期階段被實(shí)施或在一以柴油作為燃料的循環(huán)中在接近上死點(diǎn)(TDC)處被實(shí)施。一或多個(gè)噴注器可被用來(lái)將燃料散布在該燃燒容積內(nèi)。此構(gòu)造可結(jié)合傳統(tǒng)的柴油杯或圓錐活塞來(lái)使用，或與一具有對(duì)沖活塞結(jié)構(gòu)的引擎結(jié)合使用，用以利用上文中提到的動(dòng)量守恒來(lái)將已經(jīng)很高的渦流在該汽缸的中心壓縮至更高的數(shù)值。一種與本發(fā)明主體一致的噴注策略包括了用與該燃燒容積內(nèi)的空氣的旋轉(zhuǎn)速率成正比的速率噴注燃料。例如，對(duì)于燃料是在30度的曲柄角度內(nèi)被引入且在該燃燒容積內(nèi)部的渦流速率是曲柄軸轉(zhuǎn)速的6倍的引擎而言，透過(guò)兩個(gè)被汽缸的直徑分隔開(kāi)的噴注器輸送的燃料在燃料被噴注的同時(shí)造成一半的空氣進(jìn)量被掃過(guò)每一燃料噴注器，借以造成該燃料藉由該空氣被均勻地分布。一如上文所述之噴注定時(shí)(injection timing)可得到該燃燒容積內(nèi)一相對(duì)低的壓力上升率的結(jié)果。替代地或額外地，一早期噴注可被用來(lái)在主要噴注之前升高該腔室溫度及壓力，使得用于后續(xù)的燃料的點(diǎn)火延遲可被最小化。一短的點(diǎn)火延遲及一長(zhǎng)的噴注持續(xù)時(shí)間可造成一低的壓力上升率，這可降低引擎結(jié)構(gòu)的負(fù)荷并可以有更輕的構(gòu)造，及更有經(jīng)濟(jì)效益的引擎。在一些實(shí)施中，產(chǎn)生尺寸夠小的的噴注小滴使得一小滴的動(dòng)量最多只能將小滴載送至橫跨該汽缸204的半途是有利的。圖8A及8B分別顯示沿著一汽缸的中心軸線316及垂直于該中心軸線觀看的剖面圖。一具有渦流埠入口 306的渦流埠302及一渦流埠出口區(qū) 308 ( 一渦流埠出口 310設(shè)置于其內(nèi))可提供空氣至該汽缸204內(nèi)的燃燒容積。兩個(gè)燃料噴注器802可被設(shè)置來(lái)將然料小滴804引導(dǎo)至該燃燒容積內(nèi)。讓燃料小滴804之被噴注的卷流(plume)成為寬且扁平用以將與活塞220的接觸減至最小是有利的。額外地或替代地， 活塞頂806可被塑形用以避開(kāi)燃料小滴804的卷流。圖9顯示一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，其中一渦流埠900能夠在一實(shí)質(zhì)地垂直于該汽缸中心軸線316的方向上或與汽缸壁234更正切地輸送空氣至一汽缸204。該渦流埠900包括一入口 902其被分割成一第一區(qū)段904及一第二區(qū)段906。在輕負(fù)荷及空氣流時(shí)，該第一區(qū)段 904可被關(guān)閉或堵住，例如用一閥或類此者，借以強(qiáng)迫所有進(jìn)入的空氣通過(guò)打開(kāi)的第二區(qū)段 906，用以在該流體離開(kāi)與該第二區(qū)段906流體連通的該埠出口區(qū)908時(shí)引發(fā)該流體流的一切線分量并經(jīng)由一埠出口 910進(jìn)入該汽缸204。該埠出口區(qū)908與該第二區(qū)段906流體連通的部分可具有上文討論的該渦流埠出口區(qū)308的一些結(jié)構(gòu)特征。然而，如圖9所示，該埠出口區(qū)908的這個(gè)部分不能橫越與上文討論的及圖3所示的該渦流埠出口區(qū)308所能橫越的汽缸204的圓周一樣多。第一區(qū)段904及第二區(qū)段906可為了在較高的引擎負(fù)荷時(shí)有較高的效率而被打開(kāi)，以容許一具有較不明顯的紊流程度及較少的熱損失的高流體流率。圖 10顯示圖9所示的實(shí)施例的進(jìn)一步變化，其可在高負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生增大的渦流速率。該埠出口區(qū)908可被擴(kuò)大用以包括一更大部分的汽缸204的圓周，使得當(dāng)該入口 902的第一區(qū)段904 被關(guān)閉時(shí)，經(jīng)由該第二區(qū)段906被輸送至該汽缸204的流體可被輸送通過(guò)一埠出口 910，其橫跨更大部分汽缸204的圓周，借以施予更大的切線速度及引發(fā)更顯著的渦流于該燃燒容積內(nèi)。在典型的駕駛條件下，引擎最常在輕負(fù)荷下操作。一提高的渦流速率可擴(kuò)大貧乏操作(lean operation)操作范圍，用以將NOx減至最少。圖11顯示減小的渦流速率埠1100，在此埠內(nèi)該埠速度可在該汽缸204的輸送角度被增加以降低切線速度的同時(shí)被保持在或接近定值。以此方式，使用該汽缸的整個(gè)周邊可能會(huì)是不恰當(dāng)?shù)?，如果該埠出?910及埠入口 902的截面流面積與上文討論的相同的話。例如，如上文討論的，一渦流埠在一些實(shí)施例中可具有六(6)個(gè)渦流，這表示在該汽缸204中的流體流在它將活塞帶動(dòng)上下一次的時(shí)間內(nèi)繞著該汽缸204完成了六次旋轉(zhuǎn)。 此條件可在一示范性例子中被達(dá)成，該例子將該渦流埠設(shè)計(jì)成可在一埠出口 910 (閥)打開(kāi)之下提供一固定的90m/sec的流速，該埠出口只能支援45m/sec的流速如果該流體流垂直該埠出口 910的開(kāi)口到達(dá)的話。為了要保持該流體流速度固定，該流體304可以30°的角度到達(dá)該埠出口 910的開(kāi)口，這可有效地將該埠出口 910的有效開(kāi)口面積減小一半(sin30° =0. 5)。為了要讓流過(guò)該埠的流體304在它通過(guò)該埠出口 910的開(kāi)口時(shí)保持在90m/sec的速率，該切線速度等于cos30°乘上90m/sec的流體流速度或等于78m/sec。該78m/sec除以該汽缸204的圓周(即，π乘上汽缸孔直徑)，其在此示范性例子中為51mm，得到在該汽缸孔的外徑處約每秒480轉(zhuǎn)。在4800rpm時(shí)，這產(chǎn)生6的渦流率。為了要在減少渦流數(shù)的同時(shí)維持該90m/sec的流體流速度，該流體流經(jīng)由該埠出口 910進(jìn)入該汽缸204的角度必需被增加，使得該流體流速度的切線分量被減小。例如，如果該流體流以60°而不是30° 的角度通過(guò)該埠出口 910的話，則COS60°是0. 5，所以該流體流速度在該汽缸204內(nèi)的切線速度為90m/sec乘上0. 5，或等于45m/sec，其等于在上述的示范例汽缸中約每秒240轉(zhuǎn)， 借以給予3的渦流數(shù)。然而，此修改亦改變了該埠出口 910(閥開(kāi)口)的有效面積，即有效面積乘sin30°再除以sin60° (因?yàn)閷?duì)于被形塑成一個(gè)環(huán)繞該汽缸204的圓周之具有固定寬度的槽口的埠出口 910而言，埠出口 910的有效面積為進(jìn)入角度的正弦值、該孔的周邊、及該埠出口 910或閥開(kāi)口的高度的乘積)。因此，為了要將該流體流速維持固定，該埠出口 910(閥開(kāi)口)的投影面積應(yīng)被減小sin30°除以sin60°的比率。此投影面積的減小在一些實(shí)施例中可藉由將閥升程(該埠出口 910的開(kāi)口的高度)以此比率減小，或藉由將該出口埠區(qū)908 (及類似地該埠出口 910)延伸環(huán)繞該汽缸204的圓周的程度以此比率減小來(lái)達(dá)成。如果該埠出口 910環(huán)繞該汽缸204的圓周的程度被減小的話，則當(dāng)該流體具有一較高的徑向速度及一較慢的切線速度時(shí)必需將該埠出口區(qū)908的截面流面積更快地漸縮 (taper)，用以讓它從在該入口埠902處的截面流面積漸縮至零。此問(wèn)題的一示范性的解決方案將會(huì)是把介于如圖3中所示的終止結(jié)構(gòu)314與該汽缸壁234之間的角度θ改變成60 度且讓該該埠出口區(qū)908只圍繞該汽缸204的圓周約(0. 5/0. 86)乘上360° = 207°。因此，如上述的例子所示，在該汽缸204中一低渦流率可需要一低的進(jìn)入該汽缸之流體的切線速度。然而，維持相同的流動(dòng)速度會(huì)造成一相對(duì)應(yīng)地很高的徑向速度。如果該流體以一高流率離開(kāi)該埠出口 910進(jìn)入該汽缸204的話，則必需減小該埠入口 910的投影面積，用以在該流埠內(nèi)維持相同的流體速度。這可藉由使用一較短的閥升程(較小的槽口形埠出口 908的高度)或藉由縮短圍繞長(zhǎng)度(一槽口形埠出口圍繞該汽缸204的圓周的程度較小)來(lái)達(dá)成。圖12顯示入口埠1200的另一個(gè)例子，其可產(chǎn)生一渦流條件于一汽缸內(nèi)。一彈簧或節(jié)流閥致動(dòng)的導(dǎo)流片1202可被用來(lái)在低負(fù)荷時(shí)將流體流導(dǎo)至該埠入口 902的一側(cè)并在高負(fù)荷時(shí)容許流體流被引導(dǎo)于環(huán)繞該汽缸204的兩個(gè)方向上。該導(dǎo)流片1202可在低負(fù)荷時(shí)施予特別高的切線速度，用以進(jìn)一步提高該貧乏操作極限。圖13顯示一用來(lái)操作內(nèi)燃引擎的方法的處理流程圖1300。在1302，該方法可包括經(jīng)由一渦流埠輸送流體至一內(nèi)燃引擎的汽缸的燃燒容積內(nèi)。該燃燒容積至少是由一汽缸壁及該汽缸內(nèi)的活塞所界定。在1304，將該被輸送的流體可以一流體速度被引導(dǎo)環(huán)繞該汽缸的周邊，該流體速度系以遠(yuǎn)離該汽缸壁的曲線的切線一預(yù)定的角度被設(shè)置。在1306，該被輸送的流體的引導(dǎo)可在該流體點(diǎn)火之前產(chǎn)生一渦流運(yùn)動(dòng)于該燃燒容積內(nèi)。該渦流運(yùn)動(dòng)可在一用渦流數(shù)量化的渦流率發(fā)生，該渦流數(shù)代表該流體在活塞的一循環(huán)期間繞著該汽缸回轉(zhuǎn)的次數(shù)。描述于本文中之本發(fā)明的主體可根據(jù)所想要形態(tài)被體現(xiàn)為系統(tǒng)、設(shè)備、方法、及/ 或物件。在上述描述中提出的實(shí)施方式并不代表所有與本文中描述的本發(fā)明的主體一致的實(shí)施方式。相反地，它們只是一些與本發(fā)明的主體相關(guān)的態(tài)樣一致的例子。雖然數(shù)個(gè)變化例已于上文中詳細(xì)地加以描述，但其它修改或增加亦是有可能的。詳言之，除了本文中提到的之外，還有其它的特征及/或變化可被提供。例如，描述于上文中之實(shí)施方式可被導(dǎo)向所揭示的特征的各式組合及次組合及/或揭示于上文中之?dāng)?shù)種其它特征的組合及次組合。此夕卜，描繪于附圖中及/或描述于本文中的邏輯流程并不必定需要依照所示的特定順序，或連續(xù)順序，來(lái)達(dá)到所想要的結(jié)果。其它的實(shí)施方式亦是在下面的申請(qǐng)專利范圍的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃引擎，包含在該內(nèi)燃引擎的汽缸內(nèi)的一燃燒容積(combustion volume), 其至少是由一汽缸壁及在該汽缸內(nèi)的一活塞所界定；及一渦流埠，其經(jīng)由一渦流埠出口將一流體輸送至該燃燒容積內(nèi)，使得該被輸送的流體以一流體速度被引導(dǎo)環(huán)繞該汽缸的周邊，該流體速度系以遠(yuǎn)離該汽缸壁的曲線的切線一預(yù)定角度加以配置，用以產(chǎn)生一渦流運(yùn)動(dòng)于該燃燒容積內(nèi)，該渦流運(yùn)動(dòng)系發(fā)生在一用渦流數(shù)來(lái)量化的渦流率，該渦流數(shù)系表示該流體在活塞的一循環(huán)期間環(huán)繞該汽缸回轉(zhuǎn)的次數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，包含一火花源，其將該燃燒容積內(nèi)的該流體點(diǎn)燃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，其中該渦流埠的入口具有第一截面流面積，及包含該渦流埠出口的一渦流埠出口區(qū)具有一第二截面流面積，其隨著離開(kāi)該入口的距離而減小，及其中該渦流埠出口的大小不隨著離開(kāi)該入口的距離而改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，更包含一套筒閥，其包含該渦流埠，該套筒閥被設(shè)置成至少部分環(huán)繞該汽缸，其中該渦流埠包含一截面積遞減的管子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，更包含一燃料噴注器，其將燃料輸送至該燃燒容積持續(xù)一段與該渦流率相匹配的燃料輸送期間，用以將該被輸送的燃料均勻地散布于整個(gè)燃燒容積，其中該內(nèi)燃引擎被建構(gòu)來(lái)如一柴油引擎般地操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，更包含一火花源及一燃料噴注器，其用與該渦流率相匹配的一噴注定時(shí)(injection timing)將燃料輸送至該燃燒容積，用以將該被輸送的燃料均勻地散布于整個(gè)燃燒容積，其中該內(nèi)燃引擎被建構(gòu)來(lái)如一直接噴注火花點(diǎn)火引擎般地操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，其中該燃料噴注器被引導(dǎo)用以在靠近該汽缸壁處，產(chǎn)生比在該汽缸中心處更富含燃料的一混合物區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，其中該流體包含空氣，該火花源被設(shè)置在該汽缸的周邊，及該燃料噴注器噴注該燃料使得該燃料的小滴(droplet)與該被輸送的流體混合，使得該渦流運(yùn)動(dòng)引發(fā)的向心力將該等小滴推至該汽缸的周邊以產(chǎn)生混合物梯度，其在該周邊處包含更富含燃料的區(qū)域讓該火花源點(diǎn)火。
9.根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，其中該渦流數(shù)等于該流體離開(kāi)該渦流埠出口進(jìn)入該汽缸時(shí)該流體的切線速度除以該汽缸的圓周及除以該引擎的曲柄軸的曲柄軸旋轉(zhuǎn)速率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，其中該切線速度等于通過(guò)該渦流埠出口進(jìn)入該汽缸內(nèi)的該流體的離開(kāi)角度的余弦值乘上該流體在該渦流埠內(nèi)的流動(dòng)速度。
11.一種方法，包含經(jīng)由一渦流埠將一流體輸送至一內(nèi)燃引擎的汽缸內(nèi)的燃燒容積中，該燃燒容積至少是由一汽缸壁及在該汽缸內(nèi)的一活塞所界定，將該被輸送的流體以一流體速度引導(dǎo)環(huán)繞該汽缸的周邊，該流體速度系以遠(yuǎn)離該汽缸壁的曲線的切線一預(yù)定角度加以配置；及藉由引導(dǎo)該被輸送的流體，用以在該流體點(diǎn)火以前，產(chǎn)生一渦流運(yùn)動(dòng)于該燃燒容積內(nèi)，該渦流運(yùn)動(dòng)系發(fā)生在一用渦流數(shù)來(lái)量化的渦流率，該渦流數(shù)系表示該流體在活塞的一循環(huán)期間環(huán)繞該汽缸回轉(zhuǎn)的次數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)所述之方法，包含用由該燃燒容積內(nèi)的一火花源所產(chǎn)生的火花，點(diǎn)燃該燃燒容積內(nèi)的流體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)所述之方法，其中該渦流埠的入口具有第一截面流面積，及包含該渦流埠出口的一渦流埠出口區(qū)具有一第二截面流面積，其隨著離開(kāi)該入口的距離而減小，及其中該渦流埠出口的大小不隨著離開(kāi)該入口的距離而改變。
14.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)所述之方法，更包含一套筒閥，其包含該渦流埠，該套筒閥被設(shè)置成至少部分環(huán)繞該汽缸，其中該渦流埠包含一截面積遞減的管子。
15.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)之方法，更包含用一燃料噴注器將燃料輸送至該燃燒容積持續(xù)一段與該渦流率相匹配的燃料輸送期間，用以將該被輸送的燃料均勻地散布于整個(gè)燃燒容積，其中該內(nèi)燃引擎被建構(gòu)來(lái)如一柴油引擎般地操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)所述之方法，更包含如一直接噴注火花點(diǎn)火引擎般地操作該內(nèi)燃引擎，該操作包含用一燃料噴注器以與該渦流率相匹配的一噴注定時(shí)，將燃料輸送至該燃燒容積，用以將該被輸送的燃料均勻地散布于整個(gè)燃燒容積；及用一火花源點(diǎn)燃該被散布的燃料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16項(xiàng)所述之方法，其中該燃料噴注器被引導(dǎo)用以在靠近該汽缸壁處，產(chǎn)生比在該汽缸中心處更富含燃料的一混合物區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求16項(xiàng)所述之方法，其中該流體包含空氣，該火花源被設(shè)置在該汽缸的周邊，及該燃料噴注器噴注該燃料使得該燃料的小滴與該被輸送的流體混合，使得該渦流運(yùn)動(dòng)引發(fā)的向心力將該等小滴推至該汽缸的周邊以產(chǎn)生混合物梯度，其在該周邊處包含更富含燃料的區(qū)域讓該火花源點(diǎn)火。
19.根據(jù)權(quán)利要求11項(xiàng)所述之方法，其中該渦流數(shù)等于該流體離開(kāi)該渦流埠出口進(jìn)入該汽缸時(shí)該流體的切線速度除以該汽缸的圓周及除以該引擎的曲柄軸的曲柄軸旋轉(zhuǎn)速率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19項(xiàng)所述之內(nèi)燃引擎，其中該切線速度等于通過(guò)該渦流埠出口進(jìn)入該汽缸的該流體的離開(kāi)角度的余弦值乘上該流體在該渦流埠內(nèi)的流動(dòng)速度。
全文摘要
一種內(nèi)燃引擎可包括一在該內(nèi)燃引擎的汽缸內(nèi)的燃燒容積(combustion volume)。該燃燒容積可至少由一汽缸壁及在該汽缸內(nèi)的第一活塞來(lái)界定。一渦流埠可經(jīng)由一渦流埠出口將一流體輸送至該燃燒容積內(nèi)，使得該被輸送的流體以一流體速度被引導(dǎo)環(huán)繞該汽缸的周邊，該流體速度系以遠(yuǎn)離該汽缸壁的曲線的切線一預(yù)定角度加以配置，用以產(chǎn)生一渦流運(yùn)動(dòng)于該燃燒容積內(nèi)。
文檔編號(hào)F02B23/08GK102482986SQ201080036862
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者西蒙.D.杰克遜, 詹姆斯.M.克利維斯, 邁克爾.A.霍克斯 申請(qǐng)人:品納科動(dòng)力有限公司