專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備，更具體地說，本發(fā)明涉及一種包括用于增強(qiáng)氣缸內(nèi)(incylinder)氣體運(yùn)動(dòng)(諸如翻滾或渦流)的入口的吸入設(shè)備。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的氣體運(yùn)動(dòng)(諸如翻滾或渦流)對(duì)于實(shí)現(xiàn)火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)中稀薄空氣/燃料混合物的穩(wěn)定燃燒來說是重要的。因此，一些類型的發(fā)動(dòng)機(jī)需要一種吸入設(shè)備，所述吸入設(shè)備能夠在更寬廣的發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中增強(qiáng)氣缸內(nèi)氣體的運(yùn)動(dòng)。
日本專利申請(qǐng)首次公開號(hào)No.2002-54535示出了一種用于通過關(guān)閉入口區(qū)域的一半而增強(qiáng)氣缸內(nèi)氣體流動(dòng)的氣體運(yùn)動(dòng)控制閥。日本專利申請(qǐng)首次公開號(hào)No.H06-159079示出了一種吸入設(shè)備，所述吸入設(shè)備包括將入口分成為上半部和下半部的隔離物，以及關(guān)閉所述入口的下半部以增加翻滾率的氣體運(yùn)動(dòng)控制閥。

發(fā)明內(nèi)容
布置這樣一種氣體運(yùn)動(dòng)控制閥以便于通過減小入口的整體流動(dòng)通路區(qū)域的開口區(qū)域而產(chǎn)生氣缸內(nèi)翻滾流動(dòng)。然而，當(dāng)開口面積比率變得更小時(shí)，流動(dòng)阻力增加了，并且氣缸可吸入的進(jìn)氣量變小了。因此，其中通過氣體運(yùn)動(dòng)控制閥增加氣缸內(nèi)流動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域被局限于較窄的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于在沒有過度地減小入口的開口面積比率的情況下增強(qiáng)氣缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)的吸入設(shè)備。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和一個(gè)入口，所述入口與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相連接，所述吸入設(shè)備包括
隔離物，所述隔離物沿入口的縱向延伸以便于將入口的內(nèi)部區(qū)域分成第一通路和第二通路；以及氣體運(yùn)動(dòng)控制閥，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥包括設(shè)置在所述隔離物的上游并且與所述隔離物的上游端部相隔開的可轉(zhuǎn)動(dòng)閥元件，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥具有完全關(guān)閉位置和完全打開位置，在該完全關(guān)閉位置閥元件阻止吸入空氣流入到所述入口的第二通路中，在該完全打開位置閥元件允許吸入空氣流入到所述入口的第二通路中，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，使得閥元件傾斜以便于將吸入空氣流引導(dǎo)到所述入口的第一通路中，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，所述閥元件和隔離物相互協(xié)作以便于在閥元件與隔離物的上游端部之間限定出一間隙。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和一個(gè)入口，所述入口與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相連接，所述吸入設(shè)備包括分離裝置，所述分離裝置用于將入口的內(nèi)部區(qū)域分為沿入口的縱向延伸的第一通路和第二通路；以及閥裝置，所述閥裝置用于控制吸入空氣流入到入口的第二通路中，當(dāng)所述閥裝置阻止吸入空氣流入到所述入口的第二通路中時(shí)所述閥裝置將吸入空氣流引導(dǎo)到所述入口的第一通路中，當(dāng)所述閥裝置阻止吸入空氣流入到所述入口的第二通路中時(shí)，所述閥裝置與所述分離裝置相互協(xié)作，以使得通過所述入口的第一通路朝向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸流動(dòng)的一部分吸入空氣通過所述入口的第二通路再循環(huán)到所述入口第一通路的上游端部。


圖1是截面圖，示出了具有本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的吸入設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖2是從上方看過去時(shí)圖1中的吸入設(shè)備的平面圖。
圖3是說明性圖，示意性地示出了圖1吸入設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖4是說明性圖，示出了圖1吸入設(shè)備中入口中的吸入空氣流。
圖5是與圖4相似的說明性圖，但是示出了比較示例的吸入設(shè)備中入口中的吸入空氣流。
圖6是示出了翻滾強(qiáng)度與進(jìn)氣量之間關(guān)系的圖表，用以解釋該實(shí)施例的作用。
圖7是一個(gè)圖表，示出了在閥元件的傾斜度較大的情況下翻滾強(qiáng)度與該實(shí)施例中閥元件和隔離物之間的間隙之間關(guān)系，以及在閥元件的傾斜度較小的情況下它們之間關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照?qǐng)D1和圖2描述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的吸入設(shè)備。在該實(shí)施例中，所述吸入設(shè)備適用于口噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，并且所述吸入設(shè)備被設(shè)計(jì)得用于增強(qiáng)氣缸內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，尤其是，翻滾。當(dāng)然，該吸入設(shè)備也可以被應(yīng)用到其它類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如，一個(gè)直接噴射式火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)。如圖1中所示的，發(fā)動(dòng)機(jī)具有包括氣缸組1和覆蓋氣缸組1頂部的氣缸蓋3的發(fā)動(dòng)機(jī)組。氣缸組1形成有多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2。氣缸蓋3形成有多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽限定了具有兩個(gè)傾斜表面的單坡屋頂狀的燃燒室4。入口5與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2相連接，并且入口5在燃燒室4的兩個(gè)傾斜表面之一中具有下游端部開口。排氣口6在燃燒室4的兩個(gè)傾斜表面的另一個(gè)中具有端部開口。在該實(shí)施例中，入口5包括形成于氣缸蓋3和吸入歧管21的分支部分23的支路24的下游端部中的空氣通路?；蛘?，入口5可只形成于氣缸蓋3中。吸入閥7被布置得用于打開和關(guān)閉入口5的下游端。排出閥8被布置得用于打開和關(guān)閉排氣口6的端部。在該實(shí)施例中，入口5的下游端部被分叉，并且具有兩個(gè)分支，每個(gè)分支都通向燃燒室4。因此，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2都具有用于打開和關(guān)閉入口5的兩個(gè)分支的下游端的兩個(gè)吸入閥7。同樣地，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2都具有兩個(gè)排出閥8?；鸹ㄈ?被設(shè)在由該四個(gè)閥7和8圍繞的燃燒室4的中央部分處?；钊?0被接收于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中。如圖1中所示的，活塞10具有平頂。然而，依照各種要求(諸如用于分層進(jìn)氣燃燒的要求)可將活塞頂設(shè)計(jì)得具有各種形狀。
入口5中具有細(xì)長(zhǎng)內(nèi)部區(qū)域。如圖1中所示的，隔離物11沿入口5的縱向延伸以便于將入口5的細(xì)長(zhǎng)內(nèi)部區(qū)域分成為上部區(qū)域和下部區(qū)域。該上部區(qū)域用作第一通路5A，而該下部區(qū)域用作第二通路5B。詞語“上部”表示沿從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的位置朝向燃燒室4延伸的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2的軸向在位置上“更高”。在該實(shí)施例中，氣缸蓋3是用鋁合金制成的，并且隔離物11是金屬板(例如，鋼板)形式的，作為在鑄造氣缸蓋3時(shí)被插入到氣缸蓋3中的插入件，從而形成為一個(gè)整體的鑄造氣缸蓋3的部分。
隔離物11的下游端11a位于最下游側(cè)上，即，靠近于吸入閥7。具體地，隔離物11的下游端11a位于入口5的兩個(gè)分支的分支點(diǎn)15a的直接上游。也就是說，隔離物11的下游端11a位于中隔壁15的上游端的直接上游處，所述中隔壁15被設(shè)置于入口5的兩個(gè)分支之間并且將入口5的下游端部分為所述兩個(gè)分支。在該實(shí)施例中，接收隔離物11的入口5的一部分沿入口5的縱向基本直線地延伸，并且隔離物11沿入口5的部分延伸。也就是說，隔離物11是沿入口5的縱向基本直線地延伸的平板形式的。然而，入口5可為弧形的，并且隔離物11也可沿入口5的弧形部分彎曲。隔離物11的上游端11b與吸入歧管21安裝于其上的氣缸蓋3的吸入歧管安裝表面22齊平。隔離物11的上游端11b可被布置于氣缸蓋3的吸入歧管安裝表面22的略微下游處，以便于防止在加工吸入歧管安裝表面22時(shí)隔離物11與工具相接觸。如圖2中所示的，隔離物11的上游端11b和下游端11a與氣缸蓋3的吸入歧管安裝表面22平行。在平面圖中由金屬板形成的隔離物11具有通常為梯形的形狀。但是，該形狀取決于入口5的幾何形狀。
這樣，隔離物11將除兩個(gè)分支以及隔離物11與稍后所述的閥元件33之間的間隙12之外的入口5的內(nèi)部區(qū)域分成為由隔離物11與入口5的上部?jī)?nèi)側(cè)壁表面5a所限定的第一上部通路5A和由隔離物11與其下部?jī)?nèi)側(cè)壁表面5b所限定的第二下部通路5B。
入口5與相對(duì)于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2所提供的吸入歧管21的分支部分23相連接。入口5的第一和第二通路5A和5B與分支部分23的支路24相通。因此，提供了從吸入歧管21的收集器部分(未示出)向每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2延伸的吸入路徑。支路24具有位于入口5附近、沿入口5的縱向直線延伸的下游部分，以及位于下游部分的上游朝向收集器部分向上彎曲的上游部分。
氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31被布置得可控制吸入空氣流流入到入口5的第二通路5B中。氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31具有一個(gè)完全關(guān)閉位置和一個(gè)完全打開位置，在完全關(guān)閉位置，阻止來自于氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31上游側(cè)的吸入空氣流流入到所述入口5的第二通路5B中，在完全打開位置，允許來自于氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31上游側(cè)的吸入空氣流流入到所述入口5的第二通路5B中。具體地，氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31被設(shè)置在吸入歧管21的分支部分23的支路24的下游端部中并且鄰近于隔離物11的上游端11b。氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31包括可轉(zhuǎn)動(dòng)閥軸32和牢固地支撐于閥軸32上的板狀閥元件33。閥軸32沿一排發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的方向延伸并且關(guān)于其軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1中所示的，閥軸32位于分支部分23的支路24的下游端部上并且被布置在從隔離物11朝向隔離物11的上游側(cè)直線延伸的假想?yún)⒖计矫鎚上。閥軸32的軸線位于參考平面m中。閥元件33包括從閥軸32處沿一個(gè)方向延伸的主要部分33a，以及從閥軸32處沿相對(duì)方向延伸的延伸部分33b，所述延伸部分33b的長(zhǎng)度小于主要部分33a的長(zhǎng)度。主要部分33a打開和關(guān)閉入口5的第二通路5B的上游端。主要部分33a具有基本與支路24的下游端部的下內(nèi)側(cè)壁表面相配的形狀。在該實(shí)施例中，如圖2中所示的，主要部分33a通常具有半橢圓形的形狀。與此相反，如圖2中所示的，延伸部分33b被形成為具有一個(gè)遠(yuǎn)端的細(xì)長(zhǎng)矩形形狀中，即，沿直線并平行于吸入歧管安裝表面22和隔離物11的上游端11b延伸的閥元件33的下游端33c中。閥軸32與隔離物11的上游端11b相隔開以阻止閥元件33的延伸部分33b與隔離物11的上游端11b相抵觸。在該實(shí)施例中，閥元件33的下游端33c被布置于氣缸蓋3的吸入歧管安裝表面22的略上游處。也就是說，閥元件33的下游端33c被布置于抵靠在氣缸蓋3的吸入歧管安裝表面22上的分支部分23的下游端凸緣的端面的略上游處。
閥軸32與驅(qū)動(dòng)器(未示出)相連接。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀態(tài)中，氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31被控制得處于圖1中所示的完全關(guān)閉位置中以增強(qiáng)翻滾。在完全關(guān)閉位置中，閥元件33完全關(guān)閉了入口5的第二通路5B的上游端。閥元件33被布置于傾斜狀態(tài)中，其中主要部分33a位于閥軸32的上游并且來自于氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31上游側(cè)的吸入空氣流沿閥元件33的上表面被引導(dǎo)到入口5的第一通路5A。換句話說，閥元件33的主要部分33a被設(shè)計(jì)成這樣的形狀，即，使得當(dāng)閥元件33處于傾斜狀態(tài)中時(shí)，所述主要部分33a完全關(guān)閉其位置低于閥軸32位置的下部區(qū)域。在完全關(guān)閉位置中，閥元件33的傾角α小于90度，并且最好在30-40度的范圍內(nèi)。這里，傾角α被限定為由閥元件33與從隔離物11朝向上游側(cè)直線延伸的參考平面m所形成的角度。而且，在氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的完全關(guān)閉位置中，閥元件33的延伸部分33b朝向隔離物11的上部區(qū)域突出，也就是說，朝向入口5的第一通路5A突出。而且，閥元件33和隔離物11相互協(xié)作以便于在閥元件33的下游端33c與隔離物11的上游端11b之間限定出間隙12。間隙12用作第一通路5A的上游端與第二通路5B的上游端通過其彼此相通的交流通路。在該實(shí)施例中，如圖2中所示的，隔離物11的上游端11b與閥元件33的下游端33c具有相互平行的直線周緣，在所述相互平行的直線周緣之間產(chǎn)生了具有均勻長(zhǎng)度的間隙12。
在發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域(諸如進(jìn)氣量變得較大的高速高負(fù)荷區(qū)域)中，氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于閥元件33完全打開入口5的第二通路5B的上游端的完全打開位置中。在氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的完全打開位置中，閥元件33與隔離物11面內(nèi)對(duì)齊并且平行于朝向入口5定向的吸入空氣流。閥元件33的延伸部分33b與隔離物11面內(nèi)對(duì)齊從而使得間隙12最小化。位于延伸部分33b上的下游端33c被布置得鄰近于隔離物11的上游端11b。
在該實(shí)施例中，氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31包括具有環(huán)形形狀的閥架34。閥元件33以可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式被支撐在閥架34內(nèi)。閥元件33和閥架34構(gòu)成了一個(gè)整體。通過將該一個(gè)整體安裝于吸入歧管21的分支部分23的下游端凸緣的內(nèi)圓周上而將閥元件33布置在分支部分23的支路24的下游部分中。分支部分23在下游端凸緣的內(nèi)圓周中具有凹槽部分，其中具有閥元件33的閥架34被裝配于所述凹槽部分。閥軸32被插入到閥元件33中諸如以便于穿過相應(yīng)的分支部分23，并且與相應(yīng)的閥元件33相連接。具有如此構(gòu)成的氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的吸入歧管21被安裝于氣缸蓋3上以使得氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31被牢固地固定就位。
用于朝向入口5噴射燃料的燃料噴射器41被布置于氣缸蓋3的入口5的上方。燃料噴射器41被設(shè)計(jì)得可提供與該對(duì)吸入閥7相對(duì)應(yīng)的通常為V形的分裂的燃料噴霧。如圖1中所示的，為了阻止朝向吸入閥7的閥頭定向的燃料噴霧抵觸隔離物11，燃料噴射器41被布置得靠近于吸入閥7。在入口5的上部?jī)?nèi)壁表面5a中形成有凹槽部分42。從燃料噴射器41中噴射出的燃料穿過凹槽部分42和入口5的下游端部，并導(dǎo)向到吸入閥7的閥頭上。
內(nèi)燃機(jī)具有已知的廢氣再循環(huán)設(shè)備(未示出)，例如廢氣再循環(huán)控制閥，用于再循環(huán)從排氣系統(tǒng)逸出到吸入系統(tǒng)的一部分廢氣。廢氣再循環(huán)設(shè)備被構(gòu)成得可通過利用發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中的翻滾在高廢氣再循環(huán)率下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，從而在部分負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中提高燃料燃燒效率。再循環(huán)的廢氣可被引入到吸入歧管21的收集器部分或被分配到每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2的支路24。
參照?qǐng)D3，將描述本發(fā)明吸入設(shè)備的操作。在吸入沖程上，吸入閥7被打開并且活塞10在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中的向下方向下降。吸入空氣通過圍繞吸入閥7的開口流入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中。在該狀態(tài)中，當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于第一通路5A與第二通路5B兩者都被打開的完全打開位置中時(shí)，吸入空氣通過第一通路5A與第二通路5B流向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2。然后吸入空氣通過圍繞吸入閥7的開口基本均勻地流入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中所產(chǎn)生的氣體運(yùn)動(dòng)較弱。
另一方面，當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于其中第二通路5B被氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31關(guān)閉的關(guān)閉位置中時(shí)，吸入空氣僅通過第一通路5A流向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2。如圖3中所示的，沿入口5的上部?jī)?nèi)側(cè)壁表面5a流動(dòng)的吸入空氣流是大的，而沿入口5的下部?jī)?nèi)側(cè)壁表面5b流動(dòng)的吸入空氣流是非常小的。因此，在吸入閥7與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2的外圓周之間所形成的開口的下部部分20a中吸入流量較小并且吸入流速較低。在吸入閥7與火花塞9之間所形成的開口的上部部分20b中，吸入流量較大并且吸入流速較高。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中，如圖3中的箭頭所示的，形成從吸入閥7的吸入側(cè)流向排出閥8的排氣側(cè)，并流向活塞10頂部的強(qiáng)翻滾流體運(yùn)動(dòng)，即，所謂的向前翻滾。而且，當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于關(guān)閉位置中時(shí)，吸入空氣流被節(jié)流以只通過第一通路5A流動(dòng)。這導(dǎo)致隔離物11的上游端11b附近的局部減壓，從而產(chǎn)生圖3中所示的低壓區(qū)13。用作第一通路5A與第二通路5B之間交流通路的間隙12位于低壓區(qū)13中。在間隙12與第二通路5B的下游端14之間形成有壓力差。由于該壓力差，第二通路5B的下游端14用作吸入口，第一通路5A中的一部分吸入空氣通過該吸入口被吸入到第二通路5B中。然后該部分吸入空氣通過第二通路5B流向入口5的上游側(cè)，并從間隙12進(jìn)入到第一通路5A中然后并入第一通路5A中的吸入空氣中。換句話說，穿過第一通路5A并流向入口5下游側(cè)的一部分吸入空氣通過第二通路5B和間隙12被再循環(huán)到第一通路5A中。為此，流過圍繞吸入閥7的開口的上部部分20b的吸入空氣流變得更大，而流過開口的下部部分20a的吸入空氣流變得更小。這在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中產(chǎn)生了更強(qiáng)的翻滾。穿過開口的下部部分20a的吸入空氣流作用在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中的翻滾流體運(yùn)動(dòng)上以便于抑制翻滾流體運(yùn)動(dòng)。然而，在該實(shí)施例中，穿過開口的上部部分20b的吸入空氣流可被增強(qiáng)，同時(shí)，穿過開口的下部部分20a的吸入空氣流可被減小。這起到在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中有效地產(chǎn)生強(qiáng)翻滾的作用。
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中所產(chǎn)生的強(qiáng)翻滾通過再循環(huán)大量廢氣而用于顯著地提高燃料燃燒效率。在部分載荷發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中，可通過關(guān)閉氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒而產(chǎn)生強(qiáng)翻滾。另外，可再循環(huán)大量廢氣從而增加廢氣再循環(huán)率。這可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，因此，可提高燃料燃燒效率。
具體地，在圖3中所示的關(guān)閉位置中，氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的閥元件33的延伸部分33b朝向位于隔離物11的上部的第一通路5A突出。因此突出的延伸部分33b有助于有效地產(chǎn)生低壓區(qū)13，以使得通過閥元件33與隔離物11之間的間隙12保證吸入再循環(huán)。
當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于高速高載荷發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中的完全打開位置中時(shí)，閥元件33與隔離物11在平面內(nèi)對(duì)齊。由于該對(duì)齊結(jié)構(gòu)，可減小流過第一通路5A與第二通路5B的吸入空氣流的流動(dòng)阻力。此外，在完全打開位置中，閥元件33的延伸部分33b被布置于閥元件33與隔離物11之間的間隙12中，從而減小間隙12并且抑制吸入空氣流中的擾動(dòng)。而且，在圖1中所示的該實(shí)施例中，閥元件33的主要部分33a和延伸部分33b在厚度上朝向其尖端逐漸減小，主要部分33a和延伸部分33b都具有錐形截面。因此，吸入空氣流可平滑地流動(dòng)，因此，可進(jìn)一步減小流動(dòng)阻力。
圖4示出了該實(shí)施例的吸入設(shè)備中的實(shí)際吸入空氣流動(dòng)的分析結(jié)果。在圖4中，每個(gè)點(diǎn)中的流體流動(dòng)的速度和方向都用小箭頭表示為矢量。箭頭的密度表示流量。在其中箭頭密集的區(qū)域中流量較高，而在其中箭頭粗的區(qū)域中流量較低。圖5示出了比較示例中的吸入空氣流，在比較示例中，消除了用作第一通路5A與第二通路5B之間交流通路的間隙12。圖5的布置相當(dāng)于其中主要通過隔離物11和氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31將吸入空氣流動(dòng)偏轉(zhuǎn)到一側(cè)的早期技術(shù)的吸入設(shè)備。在圖4和圖5中的兩個(gè)示例中，氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的打開程度被控制在相同值(大約20％)。
可從圖4與圖5之間的比較中明白以下情況。在圖5的示例中，穿過第一通路5A的較大量吸入空氣向下擴(kuò)散到隔離物11的下游端11a的下游側(cè)上，并通過圍繞吸入閥7的開口的下部部分20a流入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中。在隔離物11的下面的第二通路5B中，吸入空氣幾乎是靜止且停滯的。與之相反，在圖4的示例中，吸入空氣通過第二通路5B從吸入閥7附近的下部區(qū)域再循環(huán)到第一通路5A。因此，明顯減少了穿過圍繞吸入閥7的開口的下部部分20a的吸入空氣流動(dòng)，并且增強(qiáng)了穿過圍繞吸入閥7的開口的上部部分20b的吸入空氣流動(dòng)。因此，圖4的布置可有效地增強(qiáng)氣缸內(nèi)的翻滾。
圖6示出了如圖4和圖5中使用隔離物11和氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的吸入設(shè)備中翻滾的強(qiáng)度與吸入空氣量之間的關(guān)系。在圖6中，翻滾的強(qiáng)度被表示為吸入沖程期間翻滾比率的最大值。通常，當(dāng)翻滾較弱時(shí)，燃燒趨向于緩慢并且不穩(wěn)定，而當(dāng)翻滾較強(qiáng)時(shí)，燃燒趨向于快速并且穩(wěn)定。圖5比較示例的特征曲線如圖6中的實(shí)線曲線所示出的。在該特征曲線的情況中，翻滾與吸入空氣量以以下方式彼此相關(guān)。當(dāng)開口面積比或氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的打開程度被設(shè)定為較小值時(shí)，翻滾變得較強(qiáng)但是吸入空氣量變得較小。另一方面，當(dāng)開口面積比或氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的打開程度被設(shè)定為較大值時(shí)，增加了吸入空氣量但是翻滾變得較弱。吸入空氣量的減少意味著其中可產(chǎn)生翻滾的翻滾操作區(qū)域(即，其中氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31可處于關(guān)閉位置中的操作區(qū)域)面積上的減小。相反，吸入空氣量的增加意味著翻滾操作區(qū)域面積上的增加。圖4實(shí)施例的特征曲線如圖6中以虛線圈出的區(qū)域所示出的。在該示例中，翻滾與吸入空氣量以以下方式彼此相關(guān)。當(dāng)翻滾的強(qiáng)度被控制為恒量時(shí)，可增加吸入空氣量。當(dāng)吸入空氣量(開口面積比或打開程度)被控制為恒量時(shí)，可增加翻滾的強(qiáng)度。
因此，在寬廣的發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中可實(shí)現(xiàn)大廢氣量再循環(huán)與強(qiáng)翻滾的組合，總體上起到顯著增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料燃燒效率的作用。此外，與比較示例的吸入設(shè)備相比較，在該實(shí)施例中在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中可產(chǎn)生更強(qiáng)的翻滾。這可執(zhí)行更大量的廢氣再循環(huán)，因此可進(jìn)一步提高燃料燃燒效率。
如上所述的，在該實(shí)施例中，通過使得來自于入口5的上部流體通路5A的一部分吸入空氣再循環(huán)到由氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31關(guān)閉的下部流體通路5B、可有效地提高氣缸內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)。此外，在該實(shí)施例中，在沒有過度地減小入口5的開口面積比的情況下可提供增強(qiáng)的氣缸內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)。因此，可抑制由于入口5中的流動(dòng)阻力增加而導(dǎo)致的抽吸損失的增加。而且，可增加流入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中的吸入空氣量，以使得可在寬廣的發(fā)動(dòng)機(jī)操作區(qū)域中增強(qiáng)氣缸內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)。
此外，在該實(shí)施例中，隔離物11是用金屬板構(gòu)成的，作為在鑄造時(shí)被插入到氣缸蓋3中的插入件，從而形成為鑄造氣缸蓋3的整體的部分。氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31被布置在吸入歧管21的分支部分23的下游部分中。在隔離物11和氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的這種布置下，吸入設(shè)備可為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單形式的，并且可避免裝配操作的惡化。具體地，由于氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31和閥架34構(gòu)成了一個(gè)整體，因此可在提高的效率下執(zhí)行將該整體安裝于分支部分23的下游部的操作。而且，在將吸入歧管21安裝于汽缸蓋3之前，可檢查和調(diào)節(jié)隔離物11上游端11b和閥元件33的下游端33c的相應(yīng)位置。因此，可容易地實(shí)現(xiàn)隔離物11上游端11b和閥元件33的下游端33c之間的間隙12尺寸上的精確性。這起到防止翻滾強(qiáng)度波動(dòng)的作用，所述翻滾強(qiáng)度波動(dòng)是由于間隙12尺寸上改變而導(dǎo)致的。而且，在將汽缸蓋3與用作隔離物11的金屬板鑄在一起之后，可對(duì)吸入歧管安裝表面22和隔離物11的上游端11b進(jìn)行加工以使其彼此齊平。在這種情況下，可在增強(qiáng)的精確度下將隔離物11的上游端11b控制在位置中。
而且，在該實(shí)施例中，如圖1中所示的，當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于完全關(guān)閉位置中時(shí)，使得閥元件33的傾角α較小。這起到減小這樣一個(gè)范圍的作用，在該范圍內(nèi)，當(dāng)氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31處于完全關(guān)閉位置中時(shí)，由于閥元件33與隔離物11之間所形成的間隙12的尺寸誤差，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中所產(chǎn)生的翻滾的強(qiáng)度是波動(dòng)的。圖7示出了相對(duì)于閥元件33的傾角α的翻滾強(qiáng)度的增長(zhǎng)率與間隙12的尺寸之間的關(guān)系。如圖7中所示的，在閥元件33的傾角α的某一范圍內(nèi)，當(dāng)間隙12增加時(shí)，翻滾強(qiáng)度趨向于增加。在其中閥元件33的傾角α較大(具體地，接近于90度)的情況下，如圖7中的虛線曲線所表示的，翻滾強(qiáng)度的增加率相對(duì)于間隙12尺寸的增加陡峭地上升。與之相反，當(dāng)閥元件33的傾角α低于90度并較小時(shí)，如圖7中的實(shí)線曲線所表示的，翻滾強(qiáng)度的增加率相對(duì)于間隙12尺寸的增加緩慢地上升。如果需要的翻滾強(qiáng)度被設(shè)定為圖7中的虛直線所表示的、并且如果間隙12實(shí)際尺寸中的誤差出現(xiàn)在恒定范圍A內(nèi)的話，在閥元件33的較大傾角α的情況中，翻滾強(qiáng)度將在范圍B上波動(dòng)。另一方面，在相同的條件中，在由圖7中實(shí)線曲線所表示閥元件33的較小傾角α的情況中，翻滾強(qiáng)度將在范圍C中波動(dòng)。如從圖7中可明白的，在閥元件33的較小傾角α的情況中所出現(xiàn)的翻滾強(qiáng)度波動(dòng)小于其較大傾角α的情況中所出現(xiàn)的翻滾強(qiáng)度波動(dòng)。因此，使用閥元件33的較小傾角α的該實(shí)施例起到抑制多個(gè)氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸之間的燃燒波動(dòng)，以及確保每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的穩(wěn)定燃燒的作用。
此外，在圖7中，附圖標(biāo)記x表示在閥元件33的較大傾角α的情況中可獲得的最小翻滾強(qiáng)度，其中恒定誤差范圍A的翻滾強(qiáng)度的波動(dòng)處于范圍B中。附圖標(biāo)記y表示在閥元件33的較小傾角α的情況中可獲得的最小翻滾強(qiáng)度，其中恒定誤差范圍A的翻滾強(qiáng)度的波動(dòng)處于范圍C中。如從圖7中可看到的，最小翻滾強(qiáng)度y大于最小翻滾強(qiáng)度x。如上所述的，大廢氣量再循環(huán)和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中的強(qiáng)翻滾的組合起到增強(qiáng)燃料燃燒效率的作用。在通過增強(qiáng)廢氣再循環(huán)率增強(qiáng)燃料燃燒效率時(shí)，根據(jù)翻滾強(qiáng)度確定廢氣再循環(huán)率的極限。如果未獲得與廢氣再循環(huán)率的極限相對(duì)應(yīng)的翻滾強(qiáng)度的話，將導(dǎo)致不穩(wěn)定的燃燒。因此，實(shí)際上通過考慮翻滾強(qiáng)度中的波動(dòng)，根據(jù)可獲得的最小翻滾強(qiáng)度確定廢氣再循環(huán)率的極限。因此，在獲得需要的翻滾強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可通過如上所述的方案將閥元件33的傾角α設(shè)定為較小值而將廢氣再循環(huán)率的極限確定得較高。這起到進(jìn)一步提高燃料經(jīng)濟(jì)性的作用。此外，在通過使得空氣-燃料比傾斜而增強(qiáng)燃料經(jīng)濟(jì)性的情況下，根據(jù)翻滾強(qiáng)度確定空氣-燃料比的極限。通過如上所述設(shè)定閥元件33的較小傾角α可實(shí)現(xiàn)更傾斜側(cè)的燃燒。同時(shí)，由于例如裝配汽缸蓋3和吸入歧管21方面的誤差、零件(諸如氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31)尺寸的變化、以及關(guān)閉位置中閥元件33的實(shí)際傾角α方面的變化將導(dǎo)致出現(xiàn)誤差范圍A。
然而，如果閥元件33的傾角α極小的話，閥元件33的主要部分33a的必需長(zhǎng)度將變得太大。這導(dǎo)致關(guān)于克服閥軸32周圍所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力的氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的剛性、在氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31的關(guān)閉位置中的閥元件33的狀態(tài)或條件、在其關(guān)閉位置中出現(xiàn)的流動(dòng)阻力、閥元件33在其關(guān)閉位置中的振動(dòng)等問題。在考慮這些問題的基礎(chǔ)上確定閥元件33的傾角α的下限。因此，最好將閥元件33的傾角α設(shè)定在30-40度的范圍內(nèi)。
在上述實(shí)施例中，通過設(shè)定90度以下的閥元件33的較小傾角α(最好在30-40度)可改進(jìn)間隙12的容許尺寸誤差的范圍。由于通過將汽缸蓋3裝配于隔離物11并且將吸入歧管21裝配于氣體運(yùn)動(dòng)控制閥31提供了適合的間隙12，因此在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸2中可以較高的精確度產(chǎn)生足夠大的翻滾強(qiáng)度。
在上述實(shí)施例中，入口5被隔離物11分成為上部和下部通路，即，第一通路5A和第二通路5B，從而增強(qiáng)氣缸內(nèi)翻滾流體流動(dòng)(豎直旋渦)。然而，可以各種方式定位隔離物11以加強(qiáng)氣缸內(nèi)渦流流體流動(dòng)(水平旋渦)或加強(qiáng)介于翻滾和渦流之間的氣缸內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)。
本申請(qǐng)是在2003的4月3日所申請(qǐng)的先前日本專利申請(qǐng)No.2003-100198的基礎(chǔ)上提出的。在這里合并參考日本專利申請(qǐng)No.2003-100198的全部?jī)?nèi)容。
盡管以上已參照本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例。根據(jù)上述技術(shù)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將對(duì)上述實(shí)施例作出修正和變化。結(jié)合以下權(quán)利要求限定了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和一個(gè)入口，所述入口與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相連接，所述吸入設(shè)備包括隔離物，所述隔離物沿入口的縱向延伸以便于將入口的內(nèi)部區(qū)域分成為第一通路和第二通路；以及氣體運(yùn)動(dòng)控制閥，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥包括設(shè)置在所述隔離物的上游并且與所述隔離物的上游端部相隔開的可轉(zhuǎn)動(dòng)閥元件，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥具有一完全關(guān)閉位置和一完全打開位置，在完全關(guān)閉位置，閥元件阻止吸入空氣流入到所述入口的第二通路中，而在完全打開位置，閥元件允許吸入空氣流入到所述入口的第二通路中，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，使得閥元件傾斜以便于將吸入空氣流引導(dǎo)到所述入口的第一通路中，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，所述閥元件和隔離物相互協(xié)作以便在閥元件與隔離物的上游端部之間限定出一間隙。
2.如權(quán)利要求1中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥包括閥元件被牢固地支撐于其上的可轉(zhuǎn)動(dòng)閥軸，所述閥元件包括從閥軸朝向閥軸的上游側(cè)延伸的主要部分，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置中時(shí)，所述主要部分阻止吸入空氣流入到入口的第二通路中。
3.如權(quán)利要求1中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，所述閥軸被設(shè)置在從隔離物處延伸的平面上，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全打開位置中時(shí)，所述閥元件與隔離物面內(nèi)對(duì)齊。
4.如權(quán)利要求1中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置中時(shí)，所述閥元件具有小于90度的傾角，所述傾角由閥元件和從所述隔離物朝向所述隔離物的上游側(cè)延伸的參考平面限定。
5.如權(quán)利要求4中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，所述傾角處于30-40度的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)包括限定了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的汽缸蓋以及安裝于汽缸蓋上的吸入歧管，在汽缸蓋中設(shè)有隔離物，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥被設(shè)在吸入歧管中。
7.如權(quán)利要求1中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，所述閥元件部分地朝向入口的第一通路突出。
8.如權(quán)利要求1中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，所述入口的所述第二通路是沿發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的上下方向位于隔離物下方的入口的下部區(qū)域，所述入口的所述第一通路是沿發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的上下方向位于隔離物上方的入口的上部區(qū)域。
9.一種用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸和一個(gè)入口，所述入口與每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相連接，所述吸入設(shè)備包括分離裝置，所述分離裝置用于將入口的內(nèi)部區(qū)域分成為沿入口的縱向延伸的第一通路和第二通路；以及閥裝置，所述閥裝置用于控制吸入空氣流入到入口的第二通路中，當(dāng)所述閥裝置阻止吸入空氣流入到所述入口的第二通路中時(shí)所述閥裝置將吸入空氣流引導(dǎo)到所述入口的第一通路中，當(dāng)所述閥裝置阻止吸入空氣流入到所述入口的第二通路中時(shí)，所述閥裝置與所述分離裝置相互協(xié)作，以使得通過所述入口的第一通路朝向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸流動(dòng)的一部分吸入空氣通過所述入口的第二通路再循環(huán)到所述入口第一通路的上游端部。
10.如權(quán)利要求8中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，當(dāng)閥裝置阻止吸入空氣流入到入口的第二通路中時(shí)，所述閥裝置相對(duì)于從分離裝置朝向所述分離裝置的上游側(cè)延伸的參考平面限定了小于90度的傾角。
11.如權(quán)利要求10中所述的吸入設(shè)備，其特征在于，所述傾角處于30-40度的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的吸入設(shè)備，所述吸入設(shè)備包括將入口分成為第一通路和第二通路的隔離物，以及氣體運(yùn)動(dòng)控制閥，所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥包括設(shè)置在所述隔離物的上游并且與所述隔離物的上游端部相隔開的可轉(zhuǎn)動(dòng)閥元件。所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥具有其中閥元件阻止吸入空氣流入到第二通路中的完全關(guān)閉位置和其中閥元件允許吸入空氣流入到第二通路中的完全打開位置。當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，使得閥元件傾斜以便于將吸入空氣流引導(dǎo)到第一通路中。當(dāng)所述氣體運(yùn)動(dòng)控制閥處于完全關(guān)閉位置時(shí)，所述閥元件和隔離物相互協(xié)作以便于在它們之間限定出間隙。
文檔編號(hào)F02B31/04GK1536202SQ20041003335
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者酒井太朗 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社