本發(fā)明涉及一種改進(jìn)現(xiàn)有發(fā)動機(jī)性能的方法，具體是一種通過對現(xiàn)有汽車發(fā)動機(jī)的燃燒室壁面的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以提高發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)氣流的旋流能力和充氣效率，最終改進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)性能的方法。

背景技術(shù)：

發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)主要包括:進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、燃燒室，以及控制進(jìn)氣門運(yùn)動的機(jī)構(gòu)等部件。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的性能主要是指進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣效率和使進(jìn)入汽缸內(nèi)的氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的能力。進(jìn)氣效率是指通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入汽缸的氣體體積和汽缸排量之比，它衡量進(jìn)氣系統(tǒng)的流通能力。因?yàn)檫M(jìn)氣過程中氣流流經(jīng)進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、燃燒室，必然會遇到流動阻力，影響進(jìn)氣效率，最終影響充氣效率。發(fā)動機(jī)的充氣效率降低意味著發(fā)動機(jī)的輸出功率下降。

進(jìn)氣系統(tǒng)可以對進(jìn)氣過程進(jìn)行組織，造成進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的氣流產(chǎn)生一定模式的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。有兩種基本的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模式，渦流(swirl)和滾流(tumble)。圖1(a)和圖1(b)分別是發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)渦流和滾流運(yùn)動模式的示意圖。渦流運(yùn)動是指旋轉(zhuǎn)流動運(yùn)動圍繞汽缸軸線的運(yùn)動。進(jìn)氣過程、壓縮過程中，活塞(13)下移、上移，渦流運(yùn)動使氣流在渦流運(yùn)動方向(15)上與汽缸(1)壁面產(chǎn)生摩擦力，致使不斷有小尺度湍流旋渦產(chǎn)生。在燃燒過程中加快燃燒室(11)中火焰?zhèn)鞑ニ俣取L流是指圍繞與汽缸軸線相垂直的軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。或者說滾流運(yùn)動方向(16)與渦流運(yùn)動方向(15)相垂直。滾流在進(jìn)氣過程后期完整形成，壓縮過程中隨著活塞上升，汽缸空間變小，按照角動量守恒原理，滾流會加快轉(zhuǎn)速，直至在更小的汽缸空間內(nèi)滾流運(yùn)動發(fā)生破碎，燃燒室內(nèi)流場發(fā)生突變，形成以大尺度漩渦為主的湍流場，進(jìn)一步加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?。理論和?shí)驗(yàn)表明，渦流和滾流的混合運(yùn)動模式，又稱斜軸渦流對發(fā)動機(jī)燃燒過程中提高燃燒速度和放熱率，改善發(fā)動機(jī)的燃燒過程最為顯著。

進(jìn)氣系統(tǒng)產(chǎn)生的在汽缸內(nèi)的氣流旋轉(zhuǎn)主要是由進(jìn)氣道、進(jìn)氣門和燃燒室的幾何形狀的設(shè)計完成的。此外，還可采用進(jìn)氣門導(dǎo)氣屏、燃燒室壁面進(jìn)氣屏蔽使進(jìn)氣在汽缸內(nèi)產(chǎn)生旋流。其中，燃燒室壁面進(jìn)氣屏蔽的方法最為簡便。即是讓圍繞進(jìn)氣門的周邊的一定范圍內(nèi)的燃燒室壁面部分緊密靠近進(jìn)氣門，使得在這個范圍內(nèi)沒有進(jìn)氣，而大量進(jìn)氣從其它方向流出，從而在汽缸內(nèi)按照設(shè)計產(chǎn)生需要方向上的渦流或滾流。圖2是燃燒室壁面進(jìn)氣屏蔽 方法產(chǎn)生滾流的示意圖。圖中表明，進(jìn)氣門(6)開啟后，進(jìn)氣道內(nèi)的氣流(4)沿著進(jìn)氣道(4)進(jìn)入燃燒室(11)。燃燒室(11)的壁面在進(jìn)氣門(6)背部，即遠(yuǎn)離排氣門(7)一側(cè)，與進(jìn)氣門(6)的周邊距離很緊湊，氣流從這里無法進(jìn)入，大都從其對面進(jìn)入燃燒室(11)。進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣流(10)方向從進(jìn)氣門(6)一側(cè)指向排氣門(7)一側(cè)，從而在汽缸(9)內(nèi)形成如圖1(b)所示的滾流運(yùn)動模式。

大量實(shí)驗(yàn)觀察表明，渦流、滾流運(yùn)動和進(jìn)氣量隨著進(jìn)氣門開啟，呈增強(qiáng)、增加的趨勢。同時，汽缸內(nèi)的旋流運(yùn)動主要由進(jìn)氣門開啟中后期進(jìn)入汽缸的氣流形成的，進(jìn)氣門開啟的開始階段對旋流的影響較小。

利用上述壁面屏蔽的方法產(chǎn)生旋流，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但存在一個弊端。屏蔽部分氣流進(jìn)入汽缸，意味著進(jìn)氣量減少，降低了發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣效率，直接影響發(fā)動機(jī)得輸出功率。實(shí)際上，汽缸內(nèi)的氣流的旋流能力和進(jìn)氣效率是一對互為對立的因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對一類靠燃燒室壁面屏蔽產(chǎn)生旋流的進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)氣效率必然受到限制。如果根據(jù)汽缸內(nèi)氣流旋流的產(chǎn)生主要是在進(jìn)氣的中后期形成的事實(shí)，將進(jìn)氣過程的前期的壁面屏蔽取消，則即可保證旋流能力的產(chǎn)生的同時，增加進(jìn)氣量，從而提高進(jìn)氣效率。同時，對進(jìn)氣道、進(jìn)氣門、燃燒室其它部分都無需做改動，為提高發(fā)動機(jī)的性能提供了一個新的途徑。本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)性能的方法。該方法目的同時提高進(jìn)氣系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)產(chǎn)生氣流旋流的能力和進(jìn)氣效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在進(jìn)氣門開啟的燃燒室壁面由進(jìn)氣門經(jīng)過的部分分為開槽部分和屏蔽部分。在燃燒室壁面上經(jīng)由進(jìn)氣門開啟早期所經(jīng)過的部分開槽，使得在這個時間段內(nèi)有更多的進(jìn)氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)，在進(jìn)氣中后期進(jìn)氣門經(jīng)過的燃燒室壁面部分仍然進(jìn)行壁面屏蔽，保證進(jìn)氣旋流的產(chǎn)生。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案不需要對原進(jìn)氣系統(tǒng)中的進(jìn)氣道、進(jìn)氣門的結(jié)構(gòu)作任何改動，只是需要將燃燒室壁面的一部分重新設(shè)計成開槽部分和屏蔽部分。這個技術(shù)方案使用方便、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，使發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)即產(chǎn)生了旋流，又保證了進(jìn)氣效率。

附圖說明

圖1(a)是發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)渦流運(yùn)動模式示意圖。圖1(b)是發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)滾流運(yùn)動模式，圖中，13活塞、1汽缸、8排氣道、7排氣門、6進(jìn)氣門、5進(jìn)氣道、15渦流運(yùn)動方向、16 滾流運(yùn)動方向。

圖2(a)和圖2(b)是燃燒室壁面進(jìn)氣屏蔽方法產(chǎn)生滾流的示意圖；圖2(b)是圖2(a)的a-a剖視圖。圖中，9汽缸蓋、4進(jìn)氣道內(nèi)的氣流、5進(jìn)氣道、6進(jìn)氣門、7排氣門、8排氣道、11燃燒室、10燃燒室內(nèi)的氣流方向。

圖3(a)是具體實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)充氣效率提高的原理圖。圖中，1汽缸、2從開槽的進(jìn)氣、3開槽、4進(jìn)氣道內(nèi)的氣流、5進(jìn)氣道、6進(jìn)氣門、7排氣門、8排氣道、9汽缸蓋、10進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣流、11燃燒室、12汽缸體、13活塞、14活塞運(yùn)動方向。

圖3(b)是具體實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)滾流增強(qiáng)的原理圖。圖中，1汽缸、2從開槽的進(jìn)氣、3開槽、4進(jìn)氣道內(nèi)的氣流、5進(jìn)氣道、6進(jìn)氣門、7排氣門、8排氣道、9汽缸蓋、10進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣流、11燃燒室、12汽缸體、13活塞、14活塞運(yùn)動方向、17從開槽的進(jìn)氣形成的滾流、18主流進(jìn)氣形成的滾流。

圖4(a)是具體實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)渦流增強(qiáng)的原理圖。圖中，1汽缸、2從開槽的進(jìn)氣、21斜行進(jìn)氣開槽、4進(jìn)氣道內(nèi)的氣流、5進(jìn)氣道、6進(jìn)氣門、7排氣門、8排氣道、9汽缸蓋、10進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣流、11燃燒室、12汽缸體、13活塞、14活塞運(yùn)動方向、19從開槽的進(jìn)氣形成的渦流、20主流進(jìn)氣形成的渦流。

圖4(b)是圖4(a)局部視圖。圖中，21斜行進(jìn)氣開槽、9汽缸蓋。

具體實(shí)施方式

以一個具體實(shí)施方案進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的一種改進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)性能的方法提高發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)氣流的旋流能力和進(jìn)氣效率的進(jìn)氣系統(tǒng)的原理。該實(shí)施方案是針對一類靠燃燒室壁面屏蔽產(chǎn)生滾流的進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)，目的提高進(jìn)氣系統(tǒng)的滾流產(chǎn)生能力和進(jìn)氣效率。為了使得汽缸內(nèi)形成滾流運(yùn)動，首先需要對燃燒室壁面在進(jìn)氣門開啟經(jīng)過的部分進(jìn)行壁面屏蔽，即盡量縮小燃燒室壁面與進(jìn)氣門頭部圓周的間隙，使得氣流在這部分無法通過。

所以按照本發(fā)明提出的技術(shù)方案，將燃燒室壁面上部進(jìn)氣門開啟經(jīng)過的部分開槽，高度是進(jìn)氣門總升程的二分之一，意味著在進(jìn)氣門開啟過程的早期，讓部分氣流從這里進(jìn)入汽缸，增加總的進(jìn)氣量。進(jìn)氣門經(jīng)過的其余的燃燒室壁面實(shí)現(xiàn)壁面屏蔽，保證汽缸內(nèi)滾流的形成。同時從開槽進(jìn)入氣缸的氣流在開槽的引導(dǎo)下仍可生成滾流。

圖3(a)是具體實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)充氣效率提高的原理圖。圖中表示，讓進(jìn)氣過程早期從進(jìn)氣道(5)進(jìn)入的進(jìn)氣(4)進(jìn)入燃燒室(11)后主要朝向排氣門(7)一側(cè)流動，在汽缸(1)內(nèi)形成滾流運(yùn)動。所以需要在進(jìn)氣門(6)遠(yuǎn)離排氣門(7)的一側(cè)的燃燒室壁面進(jìn)行壁面屏蔽，屏蔽部分使燃燒室壁面和進(jìn)氣門(6)二者在進(jìn)氣門升程中后期經(jīng)過的 部分距離緊密，以致氣流不能通過。但同時在燃燒室壁面上部進(jìn)氣門后方設(shè)計一個進(jìn)氣開槽(3)，寬度是進(jìn)氣門(6)的升程的二分之一。圖中表示，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣過程開始，活塞運(yùn)動方向(14)向下，進(jìn)氣門(6)向下開啟，進(jìn)氣(5)經(jīng)由進(jìn)氣道(5)，流過進(jìn)氣門(6)進(jìn)入燃燒室(11)。在氣門升程較小時，由于開槽(3)的存在使得氣流沿進(jìn)氣門(6)圓周均勻進(jìn)氣，克服了壁面屏蔽的阻力，提高了進(jìn)氣效率。

圖3(b)是具體實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)滾流增強(qiáng)的原理圖。圖中表示，隨著進(jìn)氣門(6)的進(jìn)一步開啟，進(jìn)氣門(6)越過了開槽(3)部分，壁面屏蔽開始起到作用，氣流在距離燃燒室壁面部分被屏蔽，無法進(jìn)入燃燒室(11)，大量進(jìn)氣在燃燒室內(nèi)的氣流方向(10)指向排氣門(11)，形成主流進(jìn)氣，并在進(jìn)氣中后期在汽缸內(nèi)形成滾流運(yùn)動。同時圖3(a)表示的在進(jìn)氣門(6)開啟早期時間段進(jìn)氣門后方的進(jìn)氣開槽的進(jìn)氣(2)在開槽(3)的引導(dǎo)下，在進(jìn)氣中后期的時間段內(nèi)，在汽缸中仍然可以生成滾流運(yùn)動。最終在進(jìn)氣終了時刻，即活塞(13)下降到最低點(diǎn)，在汽缸(1)內(nèi)形成兩股大尺度滾流運(yùn)動，從開槽的進(jìn)氣形成的滾流(17)和主流進(jìn)氣形成的滾流(18)。相對于圖2提出的燃燒室壁面進(jìn)氣屏蔽產(chǎn)生滾流的方法，本發(fā)明提出的技術(shù)方案的特點(diǎn)是，將圖2方法中被屏蔽的進(jìn)氣在進(jìn)氣門開啟的早期階段通過開槽(3)釋放，流入汽缸，增加了進(jìn)氣量，并在開槽(3)的引導(dǎo)下，在進(jìn)氣終了時刻仍然能生成滾流，因而同時提高了發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)汽缸內(nèi)氣流的滾流運(yùn)動和進(jìn)氣效率。開槽(3)是平行進(jìn)氣開槽。

以另一個具體實(shí)施方案進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的一種改進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)性能的方法在提高發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的旋流能力和進(jìn)氣效率的原理。該實(shí)施方案是針對一類靠燃燒室壁面屏蔽產(chǎn)生渦流的進(jìn)氣系統(tǒng)的改進(jìn)，目的提高進(jìn)氣系統(tǒng)的渦流產(chǎn)生能力和進(jìn)氣效率。

圖4(a)是具體實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)渦流增強(qiáng)的原理圖。其工作原理與圖4(b)相同。圖中表示，進(jìn)氣終了時刻，在汽缸(1)內(nèi)形成兩股大尺度渦流運(yùn)動，即從氣門后方的開槽的進(jìn)氣形成的渦流(19)和主流進(jìn)氣形成的渦流(20)。

其中，進(jìn)氣門后方的進(jìn)氣開槽(3)的結(jié)構(gòu)與上個實(shí)施方案不同。為了使開槽(3)能夠引導(dǎo)進(jìn)氣門后方的進(jìn)氣開槽的進(jìn)氣(2)在汽缸(1)產(chǎn)生渦流運(yùn)動模式，需要將開槽(3)制作成斜行進(jìn)氣開槽(21)。如圖4(b)所示。圖4(b)是圖4(a)局部視圖，在燃燒室(11)內(nèi)部，從排氣門一側(cè)，朝向進(jìn)氣門一側(cè)觀看的視圖。圖4(b)表示了內(nèi)陷于汽缸蓋(9)上的進(jìn)氣門后方的斜行進(jìn)氣開槽(21)，這種斜行形式可以引導(dǎo)從這里的進(jìn)氣，即進(jìn)氣門后方的進(jìn)氣開槽的進(jìn)氣(2)，在汽缸(1)內(nèi)產(chǎn)生渦流運(yùn)動模式。

該實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣效率提高的原理與圖3(a)所示的工作原理相同。