專利名稱：用于增強(qiáng)的缸內(nèi)渦流生成的內(nèi)燃機(jī)端口設(shè)計(jì)布局的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣。
背景技術(shù)：
在該部分中的聲明僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的操作期間，允許空氣與燃料進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)上存在的一個(gè)或多個(gè)氣缸?？諝夂腿剂系幕旌吓c發(fā)動(dòng)機(jī)性能和廢氣排放有牽連。已知的進(jìn)氣系統(tǒng)包括自然吸氣、增壓進(jìn)氣、汽化和燃料噴射，其中多數(shù)改善通常致力于增強(qiáng)進(jìn)入這些發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料混合物的品質(zhì)。在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程期間，該燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的空氣渦流的量對(duì)空氣/燃料混合物的品質(zhì)有影響，其中在某些發(fā)動(dòng)機(jī)操作模式中期望較大的渦流量。然而，已知的用于產(chǎn)生增大的缸內(nèi)空氣渦流量的方法遭遇了這樣的缺點(diǎn)，即所增加的渦流需要以總體上的進(jìn)氣系統(tǒng)的氣流容量的一些損失作為代價(jià)，這導(dǎo)致了不期望的發(fā)動(dòng)機(jī)容積效率損失。

發(fā)明內(nèi)容
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括一對(duì)相鄰的氣缸，該相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸均包括活塞、第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門、與第一進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)的主端口和與第二進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)的副端口。這些端口中的每個(gè)端口均構(gòu)造成當(dāng)從氣缸上方觀察時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間提供了穿過(guò)這些端口的氣流的主要方向，并有效地取向成在相應(yīng)活塞的進(jìn)氣沖程期間在相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸中提供相反方向的相應(yīng)缸內(nèi)空氣渦流。本發(fā)明還包括以下方案
方案1. 一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括一對(duì)相鄰氣缸，所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸均包括 活塞；
第一進(jìn)氣門； 第二進(jìn)氣門；
主端口，所述主端口與所述第一進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)；以及副端口，所述副端口與所述第二進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)；
所述端口中的每個(gè)端口均構(gòu)造成，當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間提供了穿過(guò)所述端口的氣流的主要方向，所述端口有效地取向成在相應(yīng)活塞的進(jìn)氣沖程期間在所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸中提供了相應(yīng)的相反方向的缸內(nèi)空氣渦流。方案2.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)，與所述相鄰氣缸對(duì)相關(guān)聯(lián)的端口關(guān)于對(duì)稱平面大致為彼此的鏡像。方案3.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，包括至少兩對(duì)如權(quán)利要求1所述那樣的相鄰氣缸。方案4.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，與所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)端口都構(gòu)造成使得當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)，通過(guò)所述相應(yīng)主端口的氣流的主要方向與通過(guò)所述相應(yīng)副端口的氣流的主要方向之間的相交角是大約10度至大約45度之間的范圍內(nèi)的任一角度，包括在大約10度與大約45度之間的所有角度和角度范圍。方案5.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，與所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)端口都構(gòu)造成使得當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)，通過(guò)所述相應(yīng)主端口的氣流的主要方向與通過(guò)所述相應(yīng)副端口的氣流的主要方向之間的相交角是大約15度至大約35度之間的范圍內(nèi)的任一角度，包括在大約15度與大約35度之間的所有角度和角度范圍。方案6.根據(jù)方案4所述的方法，其中，所述角度大于大約20度。方案7.根據(jù)方案5所述的方法，其中，所述角度是大約20度。方案8.根據(jù)方案4所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在相對(duì)于較小的相交角沒(méi)有發(fā)生通過(guò)所述端口的流量的顯著減少的情況下，所述相交角被選擇成在所述相應(yīng)單個(gè)氣缸中提供較高的渦流水平的有效角度。方案9.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述主端口包括直接端口與切向端口中的一個(gè)。方案10.根據(jù)方案9所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述主端口包括切向端口，而所述副端口包括直接端口。方案11.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述副端口包括直接端口與切向端口中的一個(gè)。方案12.根據(jù)方案1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的所述主端口是由單個(gè)共用流道來(lái)供應(yīng)空氣的。方案13.根據(jù)方案12所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述單個(gè)共用流道設(shè)置在所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的相應(yīng)副端口之間。方案14. 一種用于在相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間在存在于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上的一對(duì)相鄰氣缸中的每個(gè)氣缸中引起渦流增加的方法，所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸都具有兩個(gè)進(jìn)氣端口和對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣端口流道，所述方法包括
將所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中的一個(gè)進(jìn)氣端口構(gòu)造成直接端□；
將所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中的另一進(jìn)氣端口構(gòu)造成切向端□；
將所有的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口布置成使得在所述相鄰氣缸對(duì)的一個(gè)氣缸中的渦流方向與所述相鄰氣缸對(duì)的另一氣缸中的渦流方向相反。方案15.根據(jù)方案14所述的方法，其中，布置所有的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口包括對(duì)所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸中相應(yīng)的流道進(jìn)行構(gòu)造，使通過(guò)所述相鄰氣缸對(duì)中相應(yīng)一個(gè)氣缸的相應(yīng)進(jìn)氣端口中一個(gè)進(jìn)氣端口的氣流的主要方向以如下任一角度與通過(guò)所述相鄰氣缸對(duì)中所述相應(yīng)一個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中另一進(jìn)氣端口的氣流的主要方向相交， 所述任一角度在大約10度與大約45度之間，包括在大約10度與大約45度之間的所有角度和角度范圍。方案16.根據(jù)方案15所述的方法，其中，布置所有的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口包括對(duì)所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸中相應(yīng)的流道進(jìn)行構(gòu)造，使通過(guò)所述相鄰氣缸對(duì)中相應(yīng)一個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中一個(gè)進(jìn)氣端口的氣流的主要方向以如下的任一角度與通過(guò)所述相鄰氣缸對(duì)中所述相應(yīng)一個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中另一進(jìn)氣端口的氣流的主要方向相交，所述任一角度在大約15度與大約35度之間，包括在大約15度與大約35度之間的所有角度和角度范圍。方案17.根據(jù)方案15所述的方法，其中，所述角度大于大約20度。方案18.根據(jù)方案16所述的方法，其中，所述角度是大約20度。方案19.根據(jù)方案15所述的方法，其中，布置所有的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口包括將與所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的相應(yīng)直接端口對(duì)應(yīng)的相應(yīng)進(jìn)氣端口流道集成到單個(gè)共用流道中。


現(xiàn)在將參考附圖，作為示例來(lái)描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，附圖中
根據(jù)本公開，圖1是存在于直列式四缸燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)上的相關(guān)技術(shù)的進(jìn)氣端口和氣缸的俯視示意根據(jù)本公開，圖2是具有兩個(gè)進(jìn)氣端口的相關(guān)技術(shù)的氣缸的透視圖； 根據(jù)本公開，圖3是具有兩個(gè)進(jìn)氣端口的相關(guān)技術(shù)的氣缸的透視圖； 根據(jù)本公開，圖4是在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程期間進(jìn)入氣缸中的相關(guān)技術(shù)的空氣渦流流動(dòng)的大體方向的俯視根據(jù)本公開，圖5定性地描繪了在進(jìn)氣沖程期間燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)技術(shù)的氣缸中的凈的主要渦流方向；
根據(jù)本公開，圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的布置的俯視圖，其中第一氣缸的主進(jìn)氣端口和副進(jìn)氣端口根據(jù)本發(fā)明設(shè)置成燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)上的相鄰第二氣缸所具有且相關(guān)聯(lián)的那些進(jìn)氣端口的鏡像；
根據(jù)本公開，圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的布置的俯視圖，其中根據(jù)本發(fā)明，從共用流道來(lái)給一對(duì)相鄰發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相關(guān)聯(lián)的副端口進(jìn)行供應(yīng)；
根據(jù)本公開，圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的布置的俯視圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的通過(guò)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上存在的進(jìn)氣端口的空氣的行程的主要路徑中的相對(duì)差異；
圖9A是根據(jù)本發(fā)明的在計(jì)算機(jī)流動(dòng)仿真中用作基準(zhǔn)構(gòu)造的終止于燃燒室的兩個(gè)進(jìn)氣端口的俯視圖9B是根據(jù)本發(fā)明的用于計(jì)算機(jī)流動(dòng)仿真的終止于燃燒室的兩個(gè)進(jìn)氣端口的俯視圖，其中兩個(gè)進(jìn)氣端口已相對(duì)于基準(zhǔn)構(gòu)造沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了第一量；
圖9C是根據(jù)本發(fā)明的用于計(jì)算機(jī)流動(dòng)仿真的終止于燃燒室的兩個(gè)進(jìn)氣端口的俯視圖，其中兩個(gè)進(jìn)氣端口已相對(duì)于基準(zhǔn)構(gòu)造沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了第二量；
圖IOA是根據(jù)本發(fā)明的利用圖9A、9B和9C所描繪的構(gòu)造由計(jì)算機(jī)仿真提供的缸內(nèi)空氣渦流的相對(duì)量的曲線圖IOB是根據(jù)本發(fā)明的利用圖9A、9B和9C所描繪的構(gòu)造由計(jì)算機(jī)仿真提供的通過(guò)主進(jìn)氣端口和副進(jìn)氣端口的氣流的相對(duì)量的曲線圖；以及
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的存在于直列式四缸四循環(huán)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣端口和氣缸的相對(duì)配置的俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中所顯示的內(nèi)容僅用于例示出本發(fā)明而不是為了限制本發(fā)明， 圖1示出了存在于相關(guān)技術(shù)的直列式四缸四循環(huán)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣端口和氣缸的相對(duì)配置的俯視示意圖。在圖1中，為方便起見，僅將示出的相鄰氣缸中的兩個(gè)氣缸標(biāo)記為A和 B。相鄰的氣缸具有平行的氣缸軸線。如在此所使用的，從上方觀察的視圖或俯視圖理解為表示沿氣缸軸線的視圖。為清楚起見，在圖1中，省略了排氣端口和它們相關(guān)的流道。如通常在本領(lǐng)域中所已知的那樣，在該每氣缸兩個(gè)進(jìn)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸的進(jìn)氣端口中的每個(gè)進(jìn)氣端口均終止于設(shè)置在氣缸蓋的燃燒室中的常規(guī)提升閥處。圖1所示的示意圖可以是火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)或者壓燃式(例如，柴油)發(fā)動(dòng)機(jī)。四循環(huán)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程中的一個(gè)沖程是進(jìn)氣沖程，在該進(jìn)氣沖程期間，在存在于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上的提升類型的進(jìn)氣門中的一個(gè)或多個(gè)處于打開位置中的情況下，設(shè)置在氣缸膛中的活塞在該氣缸膛中向下行進(jìn)。通過(guò)這樣的作用，空氣和/或空氣燃料混合物通過(guò)鑄造在氣缸蓋中的進(jìn)氣端口或以另外的方式提供的進(jìn)氣端口、經(jīng)過(guò)打開的進(jìn)氣門被吸入氣缸，并且隨后在壓縮沖程期間在相同的氣缸中通過(guò)活塞的向上運(yùn)動(dòng)被壓縮。在進(jìn)氣沖程期間，活塞掃掠過(guò)的容積表示了可填充以空氣和/或空氣燃料混合物的理論最大容積。然而，由于存在各種各樣的因素和潛在的阻礙，包括環(huán)境空氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)操作參數(shù)和在輸入空氣的路徑中存在的對(duì)流動(dòng)的阻擋，所以極少能達(dá)到氣缸填充的理論極限。在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程期間對(duì)氣流的一個(gè)阻礙是進(jìn)氣端口的構(gòu)造。這包括進(jìn)氣端口的形狀和取向角。通常，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程的性質(zhì)的一個(gè)結(jié)果是在進(jìn)氣沖程期間，輸入空氣沒(méi)有沿直線路徑行進(jìn)，而是在通過(guò)進(jìn)氣門和進(jìn)入氣缸時(shí)被促使形成漩渦。該漩渦作用有時(shí)稱為渦流，其對(duì)空氣/燃料混合物的燃燒特性和燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體排放有影響。由于通過(guò)封裝強(qiáng)加的約束(即在典型的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋上僅具有有限的可用空間)，所以以減少體積流動(dòng)能力為代價(jià)來(lái)獲得有益的增加的空氣渦流量。該“渦流相對(duì)流量”的權(quán)衡在歷史上引起了導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能的水平低于可理論獲得的水平的設(shè)計(jì)折衷。改善的氣流輸送設(shè)計(jì)在圖2中示出為具有燃燒室壁5的氣缸3的透視圖，該燃燒室壁5設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)氣門，每個(gè)進(jìn)氣門均具有輸入空氣流過(guò)的相關(guān)聯(lián)的端口。圖2示出了具有切向端口 7和螺旋端口 9的每氣缸兩進(jìn)氣門的構(gòu)造。切向端口如此稱呼是因?yàn)榇┻^(guò)該端口行進(jìn)的空氣的主要途徑的中心線在其遇到燃燒室壁的位置處以大致切向方式與燃燒室壁相交，而螺旋端口如此稱呼是因?yàn)榇┻^(guò)端口行進(jìn)的空氣的主要途徑的中心線在其遇到燃燒室壁的位置處包括正好在進(jìn)入氣缸之前的螺旋路徑。概括地，該構(gòu)造以燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中降低的總體氣流容量為代價(jià)在氣缸中產(chǎn)生相對(duì)高的渦流度。圖3示出了包括切向端口 7和直接端口 11的每氣缸的交替兩進(jìn)氣門的構(gòu)造。直接端口如此稱呼是因?yàn)榇┻^(guò)端口行進(jìn)的空氣的主要途徑的中心線在其遇到燃燒室壁的位置處以大致與氣缸中的活塞的運(yùn)動(dòng)平行的大致直接的方式與燃燒室壁相交。概括地，該構(gòu)造產(chǎn)生相對(duì)低的渦流度，但同圖2的構(gòu)造比較起來(lái)在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中具有較高的總體流動(dòng)容量。在圖4中表示了在進(jìn)氣沖程期間圖3所示的氣缸內(nèi)的空氣大體的流動(dòng)特性，其中通過(guò)相對(duì)低流動(dòng)的主切向端口 7進(jìn)入氣缸的空氣如從上方觀察的那樣沿逆時(shí)針?lè)较驕u流，而通過(guò)相對(duì)高流動(dòng)的副直接端口 11進(jìn)入氣缸的空氣如從上方觀察的那樣沿順時(shí)針?lè)较驕u流。這些相逆流動(dòng)的流分別帶有在很大的程度上彼此抵消的角動(dòng)量分量，從而導(dǎo)致氣缸內(nèi)減弱的總體空氣渦流度，盡管在主要方向上還存在凈的渦流量。在圖5中圖示地描繪了在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中存在的這種沿主要方向的凈渦流量，圖5是圖1的相鄰氣缸中的兩個(gè)氣缸A和B的俯視圖。在該布置中，包括主進(jìn)氣端口 27A和副進(jìn)氣端口 17A的配置的氣缸A的進(jìn)氣系統(tǒng)的構(gòu)造與氣缸B的構(gòu)造相同。對(duì)于氣缸 A和B中的每個(gè)氣缸，在進(jìn)氣沖程期間在存在于氣缸中的氣團(tuán)中產(chǎn)生的主渦流沿著由箭頭所指示的方向。如所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖6所示的布置包括將氣缸B的主進(jìn)氣端口 27B和副進(jìn)氣端口 17B設(shè)計(jì)成作為存在于氣缸A并與氣缸A相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣端口的鏡像。在這樣的實(shí)施例中，如由箭頭所指示地，當(dāng)從上方觀察時(shí)，對(duì)于氣缸A和B中的每個(gè)氣缸而言的凈渦流沿相反的方向。該布置在柴油機(jī)及其他發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中沒(méi)有不利影響，其中活塞碗是軸對(duì)稱的，并且燃料噴射器對(duì)于氣缸大致中心地設(shè)置。如在此所提供的圖6的這樣的布置允許流道和端口布局的新的可能性，該新的布局產(chǎn)生比由現(xiàn)有技術(shù)的流道和端口構(gòu)造所提供的渦流和流動(dòng)參數(shù)更有利的渦流和流動(dòng)參數(shù)。在根據(jù)圖7示意性地示出的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，從共用流道13供應(yīng)相鄰發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸A和B上的副端口 17A、17B，并且當(dāng)從上方觀察時(shí)，穿過(guò)端口 17A、17B到氣缸的輸入空氣途徑的角度(即氣流的主要方向)可設(shè)計(jì)成相對(duì)于穿過(guò)端口 27A、27B的輸入空氣途徑的角度改變或旋轉(zhuǎn)至各種各樣的期望水平。經(jīng)由在此提供的架構(gòu)，在設(shè)計(jì)階段中穿過(guò)副端口 17A、17B的空氣途徑相對(duì)于穿過(guò)主端口 27A、27B的空氣途徑的角度的有選擇的改變，使得存在于氣缸和通過(guò)端口的流動(dòng)中的總體渦流對(duì)于已知的構(gòu)造能夠可變地增強(qiáng)。分別如從氣缸上方所觀察的那樣，在圖8中標(biāo)記為α并分別與氣缸A和B相關(guān)聯(lián)的角度(αΑ、α Β)表示由箭頭線指示的通過(guò)主端口 27Α、27Β與副端口 17Α、17Β的氣流的主要方向之間的角度。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明考慮的任一氣缸而言的角度α可以是大約10度與大約45度之間的任一角度，包括在大約10度與大約45度之間的所有角度和角度范圍。在另一實(shí)施例中，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明考慮的任一氣缸而言的角度α可以是大約15度與大約35度之間的任一角度，包括在大約15 度與大約35度之間的所有角度和角度范圍。在優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明考慮的任一氣缸而言的角度α大于大約20度。在優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明考慮的任一氣缸而言的角度α大約為20度。在有些實(shí)施例中，角度α Α、α Β在作為彼此的鏡像而存在的一對(duì)相鄰的兩個(gè)氣缸上是相同的。在有些實(shí)施例中，角度α Α、α ,在作為彼此的鏡像而存在的一對(duì)相鄰的兩個(gè)氣缸上大致相同。在優(yōu)選實(shí)施例中，角度α Α、α Β對(duì)于在利用本發(fā)明而提供的發(fā)動(dòng)機(jī)上存在的所有氣缸都是相同的。在優(yōu)選實(shí)施例中，角度α Α、α Β對(duì)于在利用本發(fā)明而提供的發(fā)動(dòng)機(jī)上存在的所有氣缸都大致相同。在替代實(shí)施例中，角度αΑ、αΒ對(duì)于作為彼此的鏡像而存在的一對(duì)相鄰氣缸而言彼此相差不超過(guò)大約10度。在另外的替代性實(shí)施例中， 角度αΑ、ciB對(duì)于作為彼此的鏡像而存在的一對(duì)相鄰氣缸而言彼此相差不超過(guò)大約5度。圖9Α、9Β和9C示出了對(duì)于設(shè)置有在此描述的進(jìn)氣端口的相同給定氣缸的端口的三種不同取向的俯視透視圖。圖9Α表示相對(duì)的進(jìn)氣端口取向的基準(zhǔn)(baseline)情形，圖 9B示出了其中兩端口從基準(zhǔn)位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)7. 5度的構(gòu)造，而圖9C示出了其中兩端口從基準(zhǔn)位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15度的構(gòu)造。將計(jì)算機(jī)建模用于驗(yàn)證在此提供的架構(gòu)在不犧牲流量的情況下獲得相對(duì)高的缸內(nèi)渦流水平的能力。因此，圖IOA圖示了對(duì)于在圖9A、9B和9C中圖形示出的三種不同情況而言的在氣缸中存在的渦流指數(shù)的相對(duì)增強(qiáng)。圖9A的基準(zhǔn)構(gòu)造在曲柄角大約540-675度的范圍內(nèi)提供了大約1的渦流指數(shù)。圖9B所示的其中兩端口相對(duì)于基準(zhǔn)構(gòu)造順時(shí)針旋轉(zhuǎn)7. 5度的構(gòu)造在曲柄角大約540-675度的范圍內(nèi)提供大約1. 3的渦流指數(shù)。圖9C所示的其中兩端口相對(duì)于基準(zhǔn)構(gòu)造順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15度的構(gòu)造在曲柄角大約M0-675度的范圍內(nèi)提供了大約1.5 的渦流指數(shù)。盡管這些結(jié)果在具有不同操作參數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)中間可能具有一些可變性，但應(yīng)理解的是，我們已確定顯著效果的存在，并已發(fā)現(xiàn)主端口 17的旋轉(zhuǎn)基本不影響渦流生成能力。該效果還由圖IOB示出的仿真中沒(méi)有任何流量的損失來(lái)支持，圖IOB關(guān)于圖9A、 9B和9C中示出的構(gòu)造中的每種構(gòu)造中所存在的進(jìn)氣門中的每個(gè)進(jìn)氣門而言，大體上示出了相對(duì)于曲柄角的流量(Cd[-])。從圖IOB容易看到，對(duì)于主、副端口中的每個(gè)氣門而言的流動(dòng)不受端口途徑角度的所述旋轉(zhuǎn)的影響。作為一個(gè)整體來(lái)看，在此提供的架構(gòu)在無(wú)流動(dòng)能力的損失的情況下提供了增強(qiáng)的缸內(nèi)渦流。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選形式的存在于直列式四缸四循環(huán)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣端口和氣缸的相對(duì)配置的俯視示意圖。設(shè)置有在圖11中示出的架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)氣缸對(duì)，其中每對(duì)氣缸均包括彼此相鄰的氣缸A和氣缸B。包括主端口 27和副端口 17的進(jìn)氣端口被示出為設(shè)置于進(jìn)氣歧管15和在每個(gè)氣缸上存在的進(jìn)氣門之間。為在例示中的清楚起見，省略了排氣端口和它們相關(guān)聯(lián)的流道。在該實(shí)施例中，對(duì)于給定對(duì)的相鄰氣缸中的每個(gè)氣缸而言的副進(jìn)氣端口 17使它們的內(nèi)部通路共同連接至單個(gè)流道13，并從該單個(gè)流道13對(duì)它們進(jìn)行供給。這樣的布置允許如圖8所限定那樣增大相交角α，導(dǎo)致如圖 10所示那樣提高的渦流水平。在圖11的俯視圖中還示出了對(duì)稱平面S，可以看到在此所提供的相鄰對(duì)中存在的氣缸的進(jìn)氣端口關(guān)于該對(duì)稱平面S大致為彼此的鏡像。盡管適用于圖 11，其中這些端口中的兩個(gè)端口由共用流道供應(yīng)，但這樣的對(duì)稱還存在于其它實(shí)施例中，包括但不限于在圖6中實(shí)現(xiàn)的那些實(shí)施例。在有些實(shí)施例中，對(duì)稱平面S設(shè)置成大致與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的方向垂直。在其他實(shí)施例中，對(duì)稱平面S設(shè)置成大致與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的方向平行。在另外的實(shí)施例中，對(duì)稱平面S設(shè)置成與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的方向既不大致平行也不大致垂直?？刹捎贸Ｒ?guī)氣缸蓋材料(包括但不限于鐵和鋁、以及它們的合金)，在氣缸蓋制造過(guò)程期間利用常規(guī)的鑄造技術(shù)提供在此所描述的進(jìn)氣端口流道和燃燒室。盡管優(yōu)選將在此所述的架構(gòu)提供為氣缸蓋的零部件，以便作為構(gòu)建燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中的部件來(lái)使用，但也可采用本領(lǐng)域已知的用于在完成的發(fā)動(dòng)機(jī)上獲得大致相同結(jié)果的其他等同方法，包括在如非頂置氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下將進(jìn)氣通道或進(jìn)氣通道的一部分鑄造到氣缸體中。這包括采用如下任一幾何形狀(或構(gòu)造)的所有實(shí)施例，其中，根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)氣缸蓋上的所有主端口和/或由此提供的發(fā)動(dòng)機(jī)上的氣缸組上的所有主端口都由與副端口所用的進(jìn)氣歧管相同的進(jìn)氣歧管來(lái)供應(yīng)；以及采用如下任一幾何形狀的所有實(shí)施例，其中，根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)氣缸蓋上的所有主端口和/或由此提供的發(fā)動(dòng)機(jī)上的氣缸組的所有主端口都由與副端口所用的進(jìn)氣歧管分開的單獨(dú)進(jìn)氣歧管來(lái)供應(yīng)。在此提供的架構(gòu)可用于在具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組件的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行推廣，包括四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造。然而，在此提供的結(jié)構(gòu)也可在由本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的其他運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)用途。
本公開已描述了某些優(yōu)選實(shí)施例及對(duì)這些優(yōu)選實(shí)施例的修改。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀和理解說(shuō)明書時(shí)可想到更多的變型和改動(dòng)。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于作為用于實(shí)施本發(fā)明所設(shè)想的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是，本發(fā)明應(yīng)包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括一對(duì)相鄰氣缸，所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸均包括活塞；第一進(jìn)氣門；第二進(jìn)氣門；主端口，所述主端口與所述第一進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)；以及副端口，所述副端口與所述第二進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)；所述端口中的每個(gè)端口均構(gòu)造成，當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間提供了穿過(guò)所述端口的氣流的主要方向，所述端口有效地取向成在相應(yīng)活塞的進(jìn)氣沖程期間在所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸中提供了相應(yīng)的相反方向的缸內(nèi)空氣渦流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)，與所述相鄰氣缸對(duì)相關(guān)聯(lián)的端口關(guān)于對(duì)稱平面大致為彼此的鏡像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，包括至少兩對(duì)如權(quán)利要求1所述那樣的相鄰氣缸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，與所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)端口都構(gòu)造成使得當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)，通過(guò)所述相應(yīng)主端口的氣流的主要方向與通過(guò)所述相應(yīng)副端口的氣流的主要方向之間的相交角是大約10度至大約45度之間的范圍內(nèi)的任一角度，包括在大約10度與大約45度之間的所有角度和角度范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，與所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)端口都構(gòu)造成使得當(dāng)從所述氣缸上方觀察時(shí)，通過(guò)所述相應(yīng)主端口的氣流的主要方向與通過(guò)所述相應(yīng)副端口的氣流的主要方向之間的相交角是大約15度至大約35度之間的范圍內(nèi)的任一角度，包括在大約15度與大約35度之間的所有角度和角度范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述角度大于大約20度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述角度是大約20度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在相對(duì)于較小的相交角沒(méi)有發(fā)生通過(guò)所述端口的流量的顯著減少的情況下，所述相交角被選擇成在所述相應(yīng)單個(gè)氣缸中提供較高的渦流水平的有效角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述主端口包括直接端口與切向端口中的一個(gè)。
10.一種用于在相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間在存在于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上的一對(duì)相鄰氣缸中的每個(gè)氣缸中引起渦流增加的方法，所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸都具有兩個(gè)進(jìn)氣端口和對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣端口流道，所述方法包括將所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中的一個(gè)進(jìn)氣端口構(gòu)造成直接端□；將所述相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口中的另一進(jìn)氣端口構(gòu)造成切向端□；將所有的所述相應(yīng)進(jìn)氣端口布置成使得在所述相鄰氣缸對(duì)的一個(gè)氣缸中的渦流方向與所述相鄰氣缸對(duì)的另一氣缸中的渦流方向相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)的缸內(nèi)渦流生成的內(nèi)燃機(jī)端口設(shè)計(jì)布局。具體地，提供了一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括一對(duì)相鄰的氣缸，該相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸均包括活塞、第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門、與第一進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)的主端口和與第二進(jìn)氣門相關(guān)聯(lián)的副端口。端口中的每個(gè)端口均構(gòu)造成當(dāng)從氣缸上方觀察時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間提供了穿過(guò)所述端口的氣流的主要方向，并有效地取向成在相應(yīng)活塞的進(jìn)氣沖程期間在該相鄰氣缸對(duì)中的每個(gè)氣缸中提供相應(yīng)的相反方向的缸內(nèi)空氣渦流。
文檔編號(hào)F02B75/18GK102191995SQ20111005459
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者M·S·赫布勒, S·常 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司