內燃機的進氣系統的製作方法

2023-07-28 05:35:06

專利名稱：內燃機的進氣系統的製作方法
技術領域：
本發明的背景本發明涉及用於內燃機的進氣系統，更具體一些，涉及一包括一進氣口的進氣系統，該進氣口用於加大氣缸的氣體運動如翻滾或渦旋。
發動機氣缸中的氣體運動如翻滾或渦旋是達到稀的空氣/燃料混合物在火花點燃式內燃機中的穩定的燃燒的重要因素之一。因此，某些類型的發動機要求有一種能在較寬的發動機運行區域中加大氣缸內的氣體運動的進氣系統。
已經發行的日本專利申請公開公報No.2002-54535示出一氣體運動控制閥，以通過關閉具有氣體運動控制閥的進氣段的一部分來加大氣缸內的氣體流動。例如，為了翻滾，氣體運動控制閥設置在進氣口的下部，並布置成加強與進氣口的上側並排的空氣進入流。已經發行的日本專利申請公開公報No.H06(1994)-159076示出一進氣系統，該系統包括一將進氣口分成上下兩半的間壁，和一關閉進氣口的下一半以加大翻滾比的氣體運動控制閥。已經發行的日本專利申請公開公報No.H06(1994)-159203示出一進氣系統，該系統包括一將進氣口分成上下兩半的間壁、一氣體運動控制閥和一燃料噴射器，該噴射器朝間壁噴射燃料，以使燃料從間壁的下遊端朝進氣閥滴落。已經發行的日本專利申請公開公報No.2001-193463示出一進氣系統，該系統包括一具有一對槽的間壁。
本發明的概況這種氣體運動控制閥布置成通過減小開口面積比來產生氣缸內的翻滾流，該開口面積比為進氣口的有效的流道截面積與整個流道面積之比。不過，當開口面積比變小時，流動阻力就增加，氣缸能吸入的進入空氣量就變小。因此，氣缸流量能通過氣體運動控制閥增加的發動機運行區被限制成較狹的範圍。
在燃料疲主射至間壁上的進氣系統中，燃料附在間壁上，並以大的液滴的形式進入氣缸中，以使Hc的量在廢氣中增加。
本發明的一個目的為，提供一進氣系統，它用於加大氣缸的氣體運動，而不過份減小進氣口的開口面積比。
按照本發明的一個方面，一內燃機包括一氣缸頭，它界定通至發動機的氣缸的進氣口；一進氣閥，它位於進氣口的下遊端；一流量調節段，它用於調節進氣口中的進入空氣流量，該流量調節段包括一間壁，它在進氣口中沿進氣口的縱向從上遊端至位於氣缸頭中的下遊端延伸，並將進氣口分成第一和第二通道段；一氣體運動控制閥，它位於間隔的上遊端，以打開和關閉第二通道段；以及一連接通道，它在第二通道段被氣體運動控制閥關閉時允許將第二通道段中的進入空氣流從第二通道段再循環至第一通道段；以及一燃料噴射器，其指向為經過間壁的下遊端的下遊側的空間朝進氣閥的閥開口噴射燃料。
按照本發明的另一個方面，用於內燃機的進氣設備包括用於界定一進氣口的第一裝置；用於將進氣口分成沿進口氣的縱向延伸的第一和第二通道段的第二裝置；第三裝置，它用於關閉第二通道段的上遊端並在第一通道段中形成一低壓區；第四裝置，它用於在第二通道段的上遊端關閉時，經過第二通道段將進入空氣從第二通道段的下遊端吸至第一通道段中的低壓區；以及第五裝置，它用於經過間壁與進氣口的下遊端之間的空間沿一從第一通道段至第二通道段延伸的傾斜方向噴射燃料。
附圖的簡單說明

圖1為一剖視圖，它示出一具有按照本發明的第一實施例的進氣系統的發動機。
圖2為圖1的進氣系統在從上方看去時的平面圖。
圖2為剖視圖，它示意地示出按照第一實施例的進氣系統。
圖4和5為示意的剖視圖，它們示出圖1的例子中的進氣口中的進入空氣流，和一比較性例子中的進氣口中的進入空氣流。
圖6為一曲線圈，它示出圖1的進氣系統中的翻滾強度和進入空氣量。
圖7為一曲線圖，它示出間壁的下遊端的位置與翻滾強度之間的關係。
圖8為一曲線圈，它示出間壁的下遊端的位置與Hc析出量之間的關係。
圖9為一剖視圖，它示出一具有按照本發明的第二實施例的進氣系統的發動機。
圖10為圖9的進氣系統在以上方看去時的平面圖。
圖11為一剖視圖，它示出一具有按照本發明的第三實施例的進氣系統的發動機。
圖12為圖11的進氣系統在從上方看去時的平面圖。
圖13為沿圖1的α-α線的剖視圖。
圖14為從圖11中用箭頭β示出的方向看去的視圖。
圖15為一剖視圖，它示出一具有按照本發明的第四實施例的進氣系統的發動機。
圖16為圖15的進氣系統在從上方看去時的平面圖。
圖17為沿圖15的α-α的剖視圖。
圖18為從圖15中用箭頭β示出的方向看去的視圖。
本發明的詳細說明圖1和圖2示出一內燃機的一部分，該內燃機具有按照本發明的第一實施例的進氣系統。此例子的發動機為一孔口噴射的火花點燃式發動機。進氣設備或進氣系統設計成加強在此例子中為翻滾的氣缸內的氣體運動。
氣缸體1由許多具有圓柱形的氣缸2形成。氣缸頭3閉封氣缸2的上端。氣缸頭3由許多凹座形成，每個凹座界定一燃燒室4。在此例子中，每個氣缸的燃燒室都是單坡屋頂型，並且有兩個傾斜表面。如圖1所示，進氣口5延伸至下遊端，該下遊端在燃燒室4的兩個傾斜表面之一中開口。排氣口6在燃燒室4的另一傾斜表面中開口。圖1中所示的進氣閥7布置成打開和關閉進氣口5的下遊端。排氣閥8布置成打開和關閉排氣口6的端部。在此例子中，進氣口5的下遊端部分被一沿氣缸的上下或軸向垂直延伸的中壁15分叉，並且有兩個分支，每個分支都通向燃燒室4。因此，每個氣缸有兩個進氣閥7，以用於打開和關閉進氣口5的兩個分支的下遊端。同樣，每個氣缸有兩個排氣閥8。一火花塞9設置在被四個閥7和8包圍的燃燒室的中心。在每個氣缸2中容納一活塞10。在圖1中，所示的活塞10有一平頂。不過，活塞頂也可以按照各種要求如要求成層加料燃燒設計成有不同的形狀。沿每個氣缸的上下方向(軸向)，活塞向上朝火花塞9移動，並向下離開火花塞9移動。
圖1和2所示的進氣系統包括一間壁11，它沿進氣口5的縱向延伸，並將進氣口5的橫截面分成上部區和下部區。在此例子中，間壁11為一金屬板，它在鑄造氣缸頭3的工序中作為嵌入物形成，並作為鑄件的不可分割的部分完成。在此例子中，氣缸頭3為鋁合金的鑄件，面間隔11側為鋼板。間壁11的下遊端11a位於進氣閥7的附近。間壁11的下遊端11a在鄰近面對前述中壁15的上遊端15a。在圖1所示的例子中(沿垂直於發動機的曲軸的平面取剖視圖)，進氣口5的接納間壁11的部分筆直地沿進氣口5的縱向延伸，因此，間壁11做成筆直地沿進氣口5的縱向延伸的平板的形狀。不過，進氣口5與可以做成彎曲的，而間壁11也可以沿進氣口5的彎曲段做成彎曲的。
此列子的間壁11的上遊端11b向上延伸至氣缸頭3的支承表面22，在該支承表面上固定進氣總管21的一個端部。在此例子中，間壁11整個位於氣缸頭3中。間壁11可以布置成使上遊端11b位於從支承表面22朝下遊側向內退的位置上，以避免間壁11與用於機加工支承表面22的工具之間的幹涉。在此例子中，上遊端11a和下遊端11b都平行地按直線延伸至氣缸頭3的平的支承表面。因此，間壁11的金屬板為一梯形。然而，該形狀依據進氣口5的幾何形狀。
「上」指沿氣缸2的軸向以曲軸的位置朝燃燒室4在位置上「較高」。進氣口5為空氣通道，它可能只在氣缸頭3中形成。另種方案為，進氣口5可以在氣缸頭3和一個外部構件如固定在氣缸頭3上的進氣總管中形成。
間壁11將進氣口5分成一上流體通道段5A和一下流體通道段5B，前者在間壁11與進氣口5的上內壁之間形成，後者在間壁11與進氣口5的下內壁之間形成。
進氣總管21包括一集合段和分支段23，該分支段各自從集合段至發動機各氣缸的獨一的一個的進氣口延伸。因此，進氣口5與對應的分支段23的分支通道24是連續的。這樣，就從集合段至每個氣缸2形成一進氣通道。每個分支段23包括一下遊段和一上遊段，前者直線地與宜的進氣口5一致地延伸，而後者則向上彎曲至一位於分支段的上方的集合段。
對每個氣缸都設置一氣體運動控制閥(或進氣控制閥)31，而且布置成打開和關閉下流體通道段5B的上遊端。氣體運動控制閥31設置在進氣總管21的對應的分支段23的下遊端部分中。在此例子中，氣體運動控制閥31的閥軸32在間壁11的上遊側位於間壁11的(上遊的)延伸部分上。在圖1的例子中，閥軸32位於與間壁11的上遊端11b相鄰的位置上，在間壁11的上遊端11b的上遊側。閥軸32支承在進氣總管21的分支段23中。一板形的閥元件33固定地安裝在閥軸32上。閥元件33包括一第一部分(或主要部分)33a和一第二部分(短的延伸部分)33b，前者沿一個方向從閥軸32延伸，第二部分沿相反方向從閥軸32延伸。如圖2所示，第一部分33a的形狀做成像半個惰圓，對應於分支通道24的下一半的形狀。第二部分33b有一下遊端33c，它直線地平行於氣缸頭的支承表面22延伸，並且到達間壁11的直的上遊端11b。閥軸32接連間壁11的上遊端11b，但是通過這樣一個距離與上遊端11b隔開，以避免閥元件33的第二部分33b與間壁11的上遊端11b之間的幹涉。在此例子中，33b部分的下遊端33c位於從分支段23的法蘭表面至上遊側的略為後退的位置上。分支段23的法蘭表面放成與氣缸頭3的支承表面22接觸。
閥軸32與一致動器(未示出)連接。氣體運動控制閥31在發動機的運行狀態被控制成一如圖1所示的關閉位置，以加強翻滾。在如圖1所示的關閉第二通道段5B的上遊端的關閉位置，第一閥部分33a位於閥軸32的上遊側，而閥元件33則如此傾斜，以致能朝上側壁表面將進氣流導入上側的第一通道段5A中。第一閥部分33a的形狀要如此做成，以使在這樣一個傾斜位置，能完全關閉閥軸32下面的區域。在此例子中，閥元件33的傾斜角(也就是，在間壁11的上遊延伸部分與閥元件33之間形成的角度)在關閉狀態在30°-40°的範圍內。在關閉狀態，第二閥部分33b在間壁11的標高的上方在上通道段5A中向上突出。在間壁的上遊端11b與第二閥部分33b的下遊端33c之間，形成一中間空間12，它用於在下通道段5A被氣體運動控制閥31關閉時用作連接通道，以允許下通道段5B的進入空氣流從下通道段5B再循環至上通道段5A。如圖2所示，在此例子中，此中間空間12以一像一直的縫一樣的均勻寬度沿側向延伸，在間壁11的直的上遊端11b和閥元件33的直的下遊端33c之間。
在發動機的諸如進入空氣量變大的高速重載區這樣的運行區中，氣體運動控制閥引被轉至一打開位置，在該處，閥元件33沿進氣口5的縱向(沿進入空氣的流動方向)延伸。氣體運動控制閥31的第一和第二閥部分33a和33b在處於打開位置時都連續地從間壁11的上遊端11b延伸，沿流動方向與間壁11一致，以使通道阻力成為最小。第二閥部分33b的下遊端33c面對間壁的上遊端11b的附近。
一燃料噴射器(噴射閥)41用於將燃料噴射入每個氣缸的進氣口5中。燃料噴射器41設置在氣缸頭3的進氣口5的上方。在此例子中，燃料噴射器41屬於這樣一種類型，它產生一按字母V的形狀分叉的燃料噴霧下，以便朝一對進氣閥7引導燃料。如圖2的平面圖所示，燃料噴射器41沿側向或寬度方向(也就是，發動機的前後方向)位於中間。如圖2所示，包括一個進氣口5、兩個進氣閥7、一個燃料噴射器41和一個氣體運動控制閥的進氣系統基本按雙側對稱的方式對稱。如圖1所示，燃料噴射器41是傾斜的，並且位於靠近進氣閥7的比較下遊的位置，以使燃料噴霧下針對進氣閥7的閥開口，而不與間壁11發生幹涉。燃料噴射器41的前端的一個燃料噴射孔位於間壁11的上方，並沿一傾斜的方向導向，以在間壁11的下遊端11a的下遊側產生經過空間5c散布的燃料噴霧，直至燃料在閥開口的位置分散成差不多等於每個進氣閥7的閥開口的直徑的尺寸。此燃料噴霧下傾斜地從間壁11的上側穿過間壁11的假想的下遊的延伸部分，到達間壁11的假想的延伸部分的下側，在此例子中，間壁11延伸至下遊側，而間壁11的向下的端部11a則儘可能長地位於下遊，只要燃料噴霧下不落到間壁11上。間壁11延伸至下遊側，一直到一非常靠近燃料噴霧下的外邊界的位置。燃燒噴霧下的形狀多少有些根據進氣口中的壓力或其它因素來變化。因此，間壁11的下遊端11a的位置用一合適的邊界來確定，以避免與燃料噴霧下發生幹涉。在進氣口5的上壁表面中形成一凹座部分42，以使燃料噴霧下穿過此凹座部分42中的空間，而不與氣缸頭3的內壁發生幹涉。
此例子的內燃機進一步裝備以已知類型的廢氣循環(EGR)系統(未示出)，該系統包括一EGR控制閥。特別是，此發動機布置成通過藉助氣缸內的翻滾以高的EGR率得到穩定的燃燒而進一步減少部分載荷的發動機運行區中的燃料消耗。EGR氣體可以送入進氣總管21的集合段或可以送至每個分支通道24。
如此構造的進氣系統的運行如下在進氣衝程中，進氣閥7打開，而活塞10則在氣缸2中沿向下的方向下降。在此情況下，進入的空氣經過每個進氣閥7的四周的開口流入氣缸2。在此情況下，如果氣體運動控制閥31處於打開位置，則進入空氣同時流徑上下通道段5A和5B，並且進入的空氣在進氣閥7四周均勻地流入氣缸2。
另一方面，如果氣體運動控制閥31示意地如圖3所示處於關閉位置，則進入的空氣只能經過上通道段5A朝氣缸2流動。更具體一些，沿進氣口5的上內側壁表面5a的進入空氣流加大，而沿進氣口5的下內側壁表面5b的進入空氣流則減少。因此，在進氣閥7與氣缸2的外周邊之間的開口的下部20a中，進氣流量變小，而且流速變小。在進氣閥7與火花塞9之間形成的開口的上部20b中，進氣流量大而且流速高。在氣缸2中，如圖3用箭頭所示，形成一強烈的翻滾流體運動(所謂的向前翻滾)，它從進氣閥7的進氣側流至排氣閥8的排氣側，並朝著活塞頂。還有，處於如圖3所示的關閉狀態的氣體流動控制閥31用作節流部分，以調節只通向上通道段5A的流體通道，從而在上通道段5A在靠近間壁11的上遊端11b的位置產生一局部的低壓區13。在此低壓區13，連接通道12打開，並在該處在下通道段5B的下遊開口端14與連接通道12之間形成一壓力差。由於此壓力差，一部分進入的空氣從下遊開口端14被吸入，進入下通道段5B，並使之經過下通道段5B流回至上遊側，而且經過連接通道12排至上通道段5A的低壓區13中。因此，大部分進入的空氣沿上內壁表面5a流至進氣閥7。從而，經過在進氣閥7與火花塞9之間形成的開口的上部20b的進入的空氣流進一步加大，而經過在進氣閥7與氣缸2的外周邊之間形成的開口的下部20a的進入的空氣流則減少。這樣，此進氣設備可進一步加大氣缸內的翻滾。此進氣設備可通過增強上進氣空氣流，並且另一方面通過減少沿下側壁表面5b流動的下進入空氣流有效地促進氣缸中的翻滾，該下進入空氣流以這樣的方向流入氣缸2中，以致能阻礙氣缸內的翻滾運動。
如此產生的強烈的氣缸內的翻滾非常有助於加大EGR量，以提高燃料節約，在部分載荷的區域中，進氣系統可達到穩定的燃燒，以用於通過加大EGR量和通過關閉氣體控制閥31而得到較好的燃料消費。
在此例子中，閥元件33的第二閥部分33b在圖3所示的關閉位置朝上通道段5A突出，從而在第二閥部分33b的後面有效地產生一低壓區，以保證進氣循環流經過連接通道。
在打開設置，氣體控制閥31的閥元件33連續地與間壁11一起延伸，以使進入空氣的流動阻力的增加為最少。第二閥部分33b減小連接通道12的開口尺寸，以減少進入空氣流中的擾動。在此例子中，做成板形的閥元件33不是一個具有均勻的厚度的板，而是閥元件33的第一閥部分33a做成楔形的，以使如圖1所示，厚度朝上遊端逐漸變小，而第二閥部分33b也做成楔形的，以使厚度朝下遊端33c逐步變小。閥元件33的這種輪廓形成對減少進入空氣流的阻力是有效的。
圖4示出按照第一實施例的進氣系統中的實際進入空氣流的分析結果，在圖4中，每個地點的流體流動速度和方向用小的箭頭作為矢量示出。箭頭的密度代表流量。在箭頭密的區域中，流量大，而在箭頭稀的區域中，則流量小。圖5示出比較性例子中的進入空氣流，在該例子中，連接通道關閉。圖5的布置對應於較早技術的進所系統，其中，進入空氣流僅僅通過間壁11和氣體運動控制閥31而偏向一側。在圖4和5這兩個例子中，氣體運動控制閥31的開口度保持成同一值(約20％)。
從圖4和5的比較明顯看出，在圖5的例子中，在間壁11的下遊端11a的下遊側，相當數量的進入空氣向下擴散，並且在進氣閥7的下側經過下開口部分20a流入氣缸中。在下通道段58中，進入空氣幾乎是不動的和滯留的。在圖4的情況下，與之相反，進入空氣以進氣閥7附近的下部區再循環。因此，經過下開口部分20a的進氮流大大地減少，而經過上開口部分20b的進氣流則相應地增加。這樣，圖4的進氣構形有效地加大氣缸內的翻滾。
如同圖4和圖5的例子那樣，圖6示出採用間壁11和氣體運動控制閥31的進氣系統中的翻滾強度與進入空氣量之間的關係。在圖6中，翻滾強度在進氣衝程中按照翻滾比的最大值來表示。通常，當翻滾弱時，燃燒傾向於慢並且不穩定。而在翻滾強時，燃燒則傾向於快並且穩定。圖5的比較性例子的特性用實線曲線在圖6中示出。在此實線特性的情況下，翻滾和進入空氣量按下列方式彼此相關。當氣體運動控制閥31的開口面積比或開口度設定為較少的值時，翻滾加大，但是進入空氣量變小。另一方面，當開口面積比或開口度加大時，進入空氣量增加，但是翻滾減小。進入空氣量的減小意味著其中可以產生翻滾的翻滾運行區的範圍減小，該翻滾運行區為氣體運動控制閥31可以在其中關閉的運行區。反之，進入空氣量的增加意味著翻滾運行區的範圍加大。在按照第一實施例的圖4的例子中，形成一在圖6中用虛線示出的區域，其中，進入空氣量可以增加而翻滾仍然不變，或在進入空氣量(或開口度)保持不變時，翻滾加大。
按照第一實施例的進氣系統可以在較寬的發動運行區內採用一種發動機運行模式，該模式聯合使用大量的廢氣循環和強烈的翻滾，從而整體上大大地提高燃料節約。當在同樣的運行區進行比較時，按照第一實施例的進氣系統可以進一步藉助強烈的翻滾加大EGR量，並進一步改進燃料消耗。
在按照本發明的第一實施例中，燃料噴射器41在進氣總管21的下遊側安裝在氣缸頭3中(不是在進氣總管21中)，並且燃噴躺器41的目的在於，經過在間壁11的下遊端11a的下遊側形成的空間5c噴射燃料。因此，由燃料噴射器41產生的燃料噴霧下不會落在間壁11上，不管氣體控制閥31是關閉還是打開，以致燃料被噴射入氣缸中而不會附在間壁11上，並且不會長大成燃料滴。更具體一些，在氣體控制閥31為了加大翻滾而關閉的狀態，燃料噴霧下通過經過下通道段5B的再循環與在上通道段5A中加強的進入空氣流匯合，並用惡化和混合流入氣缸2中。即使在冷啟動之後的空載運行或其它進入空氣量在其中是小的運行條件中，燃料在進氣口5的內壁表面上的壁面也減小，而且Hc的量也減小。
圖8示出，在冷運行中，間壁11的下遊端的位置與Hc析出量的關係。當間壁11延長時，Hc析出傾向於通過翻滾的作用減少。不過，如果間壁11的下遊端11a如圖8所示向下遊移而越過一幹涉點，在該幹涉點，間壁11的下遊端11a與燃料噴霧下發生幹涉，則Hc析出量突然增加。在比較性例子的情況下(對應於在前述已經發行的日本專利申請公開公報No H06(1994)-159203中示出的系統)，燃料噴霧下落在間壁上，因而Hc析出如圖8所示增加。通過對此，按照本發明的第一實施例的進氣系統可通過將間壁11延伸至下遊側，直至避免燃料噴霧下與間壁11之間發生幹涉的不幹涉範圍的極限位置而使Hc析出為最小。
圖7示出間壁11的下遊端11a的位置與翻滾強度之間的關係。粗線示出實施例的進氣系統的特性，而細線則示出如圖5所示的比較性例子的特性。在兩個特性中，翻滾的強度都隨間壁11的長度的增加和間壁的下遊端11a的位置移動至下遊側而加大。對於同樣的間壁11的長度，在實施例中，翻滾強度由於經過下通道段5B的進氣再循環的作用而大於比較性例子。當間壁11延伸至下遊側，超過幹涉點時，產生像Hc析出物變質，燃料壁面流不規則以及燃料反應性變質等問題。採用作為比較性例子指出的那個點是非所希望的。換言之，為了得到可與實施例相比的翻滾，在實施性例子中，需要將間壁的長度增加至下遊側，而任意與燃料噴霧發生幹涉。在圖7中用粗線示出的實施例中，有可能充分加大翻滾強度而沒有由於燃料噴霧與間壁之間發生幹涉而產生的缺點。
圖9和10示意地示出按照本發明的第二實施例的進氣系統。此進氣系統在多數地方基本與圖1的進氣系統相同，這些地方用同樣的參考數字示出。氣體控制閥31的閥元件33有第一閥部分33a而無第二閥部分33b。閥元件33的一端固定在閥軸32上，該閥軸位於與間壁的上遊端11b相鄰的位置，在其間幾乎無間隙。閥元件33從間壁11的上遊端連續地延伸。
在第二實施例中，連接通道12在間壁11的上遊端部分中在上遊端11b附近打開。如圖10所示，連接通道12』做成縫隙的形狀，該縫隙沿氣缸排的方向(沿垂直於進氣口5的縱向的方向，或沿間壁11的寬度方向)平行於間壁11的上遊端11b延伸，連接通道12』在下通道段5B如圖9所示被氣體控制閥31關閉時通向在上通道段5A中產生的低壓區13。
在閥元件33在其中關閉下通道段5B的上遊端的關閉位置，間壁11的連接通道12』通向由氣體運動控制閥31在關閉位置形成的低壓區13。因此，與圖1和2所示的實施例一樣，一部分進入空氣經過下通道段5B從下遊端11a再循環至連接通道12』。在關閉第二通道段5B的關閉位置，氣體運動控制閥31的板狀閥元件33略成傾斜，以便朝上內壁表面5a將進入空氣引入第一通道段5A中。在打開位置，板狀閥元件33從間壁11至上遊側連續延伸。
一燃料噴射器(噴射閥)41放置在氣缸頭3中，在氣缸頭3的進氣口5的上方，在進氣閥7附近的比較下遊的位置，以使像在前面的實施例中一樣，燃料噴霧下被引向進氣閥7的閥開口而不與間壁11發生幹涉。此燃料噴霧下傾斜地經過間壁11的假想的下遊的延伸部分，從間壁11的上側到達間壁11的假想的延伸部分的下側。在此例子中，間壁11延伸至下遊側，而間壁11的下遊端11a則儘可能長地位於下遊，只要燃料噴霧下不落在間壁11上。間壁11延伸至下遊側，一直到非常靠近燃料噴射下的外邊界的位置。
按照第一和第二實施例的進氣系統都設計成加強翻滾(垂直渦旋)。不過，按照本發明的進氣系統可用於通過改變間壁11的位置和取向來加強氣缸2中渦旋(水平渦旋)。另一種方案為，進氣系統可布置成通過聯合翻滾運動和渦旋運動而加強傾斜平面中的渦旋運動。
圖11-24示出按照本發明的第三實施例的進氣系統。此進氣系統在多數地方與第一實施例中的進氣系統基本相同，這些地方用同樣的參考數字示出。圖11和12所示的間壁11做有一個槽11A，它沿間壁11的縱向或沿進氣口5的縱向延伸，在第一和第二側面部分或側凸緣11B之間，該側凸緣與槽11A並排延伸。槽11A在間壁11的寬度中(沿發動機的前後方向)位於中部，並朝著下通道段5B向下凹。在此例子中，槽11A以下遊端11a至上遊端11b沿間壁11的整個長度處延伸。槽11A的橫截面形狀沿整個長度從間壁11的下遊端11a至上遊端11b是一致的。槽11A比較淺，並且如圖12和圖13所示，有一較寬的寬度和一與寬度相比為淺的深度。槽11A的每一側都如圖13所示平滑地做成曲線形。第一和第二側凸緣11B在同一平面中形成，而且第一和第二側凸緣11B是平直的而且彼此齊平的。每個第一和第二側凸緣11B的側端部分都鑄在氣缸頭3的材料中。
在此例子中，氣體運動控制閥31的閥軸32在間壁11的上遊側位於間壁的第一和第二側凸緣11B的(上遊)的延伸部分上。一做成板形的閥元件33固定地安裝在閥軸32上。閥元件33包括一第一部分(或主要部分)33a和一第二部分(短的延伸部分)33b，前者沿一個方向從閥軸32延伸，後者同第一實施例一樣沿相反方向從閥軸32處延伸。第二部分33b比第一部分33a短。第一部分的形狀做成像一對應於分支通道24的下半部的形狀的半個橢圓。第二部分33b有一下遊端33c，它直線地平行於氣缸頭3的支承表面22延伸，到達間壁11的上遊端11b。閥軸32靠近間壁11的上遊端11b，但是如此通過一個距離與上遊端11b隔開一段距離，以免在閥元件33的第二部分33b與間壁11的上遊端11b之間發生幹涉。在此例子中，33b部分的下遊端33c位於從分支段23的端部凸緣表面至上遊側略向後退的位置。分支段23的凸緣表面與氣缸頭3的支承表面22接觸。
閥軸32與一致動器(未示出)相連。氣體運動控制閥31在發動機運行區中被控制成一如圖11所示的關閉位置，以加強翻滾。如圖11所示，在關閉第二通道段5B的上遊端的關閉位置，第一閥部分33a位於閥軸32的上遊側，而閥元件33則如此傾斜，以致朝上內側壁表面將進入空氣流導入在上側的第一通道段5A中。第一閥部分33a的形狀要做成在這樣一個傾斜位置能完全關閉閥軸32的下面的區域。在此例子中，閥元件33的傾斜角θ即在間壁11的上遊延長線m與閥元件33之間形成的角度)在關閉狀態在30°-40°的範圍內。在關閉狀態，第二閥部分33b在間壁11的標高的上方。也就是說，在側凸緣11B的標高的上方在上通道段5A中向上突出。在間壁的上遊端11b和第二閥部分33b的下遊端33c之間，形成一中間空間12，如同在第一實施例中一樣，它用作連接通道，以在下通道段5B被氣體運動控制閥31關閉時，允許下通道段5B中的進入空氣流從下通道段5B再循環至上通道段5A。
間壁11的上遊端11b不是直的，但是上遊端11b是如圖14所示做成曲線形的。間壁11的上遊端11b做成一平的端部表面，它平行於支承表面22，在支承表面上連接進氣總管21，而且該支承表面還與其中形成側凸緣11B的平面垂直。在氣體運動控制閥31的關閉位置，如圖14所示，在沿閥元件33從用圖11的箭頭B示出的方向看去時，用作連接通道的中間空間12在凸緣11B的兩個側面區較狹，在槽11A的中間區較寬。也就是，連接通道12在進氣通道5的中間區將開口尺寸做得大一些，在進氣通道5的內壁附近做得小一些。
在發動機的一個運行區諸如高速重載區，進入空氣量變大，就將氣體運動控制閥31放在打開位置，此時，閥元件33沿進氣口5的縱向(沿進入空氣的流動方向)延伸。在打開位置，氣休運動控制閥31的第一和第二閥部分33a和33b從間壁11的第一和第二側凸緣11B連續地延伸，沿流動方向與壁11成一直線，以使通道阻力成為最小。第二閥部分33b的下遊端33c緊緊面對間壁11的上遊端11b。
燃料噴射器41設置在氣缸頭3的進氣口5的上方。在此例子中，燃料噴射器41是這樣一種類型，它能產生一對按字母V的形狀擴散的燃料噴霧下，以便分別朝一對進氣閥7引導燃料。噴料噴射器41如圖12的平面圖所示沿側向或寬度方向位於中間。如圖11所示，燃料噴射器41是傾斜的並放在進氣閥7的附近的比較下遊的位置，以使燃料噴霧下針對進氣閥7的閥開口，而不與間壁11發生幹涉。燃料噴射器41的前端的一個燃料噴射孔位於間壁11的上方。在進氣口5的上壁表面中形成一下凹部分42，以使燃料噴霧下經過此下凹部分42中的空間而不與氣缸頭3的內壁發生幹涉。
如圖13所示，燃料噴霧下在間壁11的下遊端經過槽11A中的區域。槽11A如此向下凹，以免與燃料噴霧下發生幹涉，並允許間壁的下遊端11a的位移進一步移至下遊側。槽11A的深度和寬度要確定成使上遊端11b處的連接通道12的形狀和下遊端11b與燃料噴霧下之間的特殊關係的影響為最大。在圖13的例子中，槽11A做成足夠寬，以容納左右燃料噴霧下，而槽11A的深度則要確定成允許燃料噴霧下的下部經過槽11A中的空間。
此例子的內燃機進一步裝備有已知類型的廢氣再循環(EGR)系統(未示出)，它包括一EGR控制閥。特別是，此發動機布置成通過藉助氣缸內的翻滾以高的EGR率得到穩定的燃燒而進一步減少在部分載荷運行區中的燃料消耗。
圖11的進氣系統按與參考圖3-6說明的相同的方式運行。
在間壁11的中部形成的中間槽11A的作用為在間壁11的上遊側在中間區域擴大連接通道12，從而改進經過連接通道12的進氣再循環的作用。在中間區域，進入空氣流的流速大於內壁附近的區域的，而在氣體控制閥31的下遊側，在中間區域中，低壓區特別加大。因此，具有帶中間槽11A的間壁11的進氣系統可有效地利用快速的中間的進入空氣流，並改進進入空氣再循環的作用。在氣體控制閥31的關閉狀態，槽11A的作用為引導並理順在上通道段5A中的進入空氣流，以得到進氣再循環的好處。
採用槽11A，連接通道12的開口尺寸在氣體控制閥31的關閉狀態得到加大。因此，此進氣系統可以改進進氣再循環的作用，並允許氣體控制閥31的位置朝間壁11的上遊端移動，而不減小連接通道12的開口尺寸。因此，當分支段23的直的下遊部分短時，就有可能在氣體控制閥31的打開位置限制非所希望的流動阻力增加。
在間壁11的下遊端形成槽11A，允許間壁11的下遊端11a的位置進一步移至下遊側，而不產生與燃料噴霧下的幹涉，得到翻滾增強的好處。
如果氣體控制閥31的閥元件33如同在圖4的例子中所示的那樣垂直於間壁11，則連接通道12的寬度在槽11A的中間區域和側凸緣11B的側面區域之間是相等的，在此情況下，間壁11與閥元件33之間的流動通道的尺寸也通過槽11A的形成而加大。當閥元件33的傾斜角θ小於90°時，連通道12在間壁11的中間區域得以加大。
圖15-18示出按照本發明的第四實施例的進氣系統。此進氣系統在多數地方基本與第三實施例中的進氣系統相同，這些地方用同樣的參考數字示出。圖15和16所示的間壁11做有一對平行的槽11A，它們沿間壁11的縱向或沿進氣口5的縱向在第一和第二側面部分或側凸緣11B之間延伸。在槽11A之間，一臺階部分11C沿側凸緣11B的同一平面延伸。兩個槽11A的橫截面形狀是相同的。槽11A在間壁11的寬度中位於中部，並朝下通道段5B向下凹。在此例子中，槽11A以下遊端11a至上遊端11b沿間壁11的整個長度延伸。每個槽11A的橫截面形狀沿整個長度以下遊端11a至上遊端11b是一致的。每個槽11A都比較淺，並且如圖17所示有一較寬的寬度和一與寬度相比為淺的深度。如圖17所示，每個槽11A的橫截面的形狀做成沿長軸切出的半個橢圓。第一和第二側凸緣11B和臺階部分11C都在同一平面中形成，而且它們都是平直的並彼此齊平。每個第一和第二側凸緣11B的側端部分都鑄在氣缸頭3的材料中。
如圖17所示，燃料葉霧下的各部分在間壁11的下遊端分別經過槽11A的內部區域。槽11A要如此往下凹，以避與燃料噴霧下發生幹涉，並允許燃料噴霧下的下部經過槽11A的內部區域。
採用槽11A，連接通道12的開口尺寸如圖18所示得到加大，而間壁11的長度則同第三實施例一樣得到增加。因此，此第四實施例的進氣系統可提供與第三實施例相同的好處。特別是，一對槽11A起著朝各自的進氣閥7的位置平滑地引導一對進入空氣流的作用，從而在進氣閥7與進氣口5之間減少衝向中間壁15的流體。
在所示例子中，間壁11和氣體運動控制閥31中的至少一個對應於流量調節段。用於界定進氣口的第一裝置至少對應於氣缸頭3。用於將進氣口分成第一和第二通道段的第二裝置對應於間壁11。用於關閉第二通道段的上遊端並在第一通道段中形成低壓區的第三裝置對應於閥元件33。連接通道12或界定連接通道的部分對應於當第二通道段的上遊端被關閉時，用於將進入空氣從第二通道段的下遊端經過第二通道段吸至第一通道段中的低壓區的第四裝置。燃料注射器41對應於用於沿一從第一通道段延伸的傾斜方向經過間壁與進氣口的下遊端之間的空間(5c)將燃料噴射至第二通道段的第五裝置。
按照本發明的另一方面，一內燃機包括一氣缸頭，它界定一通至發動機的氣缸的進氣口；一進氣閥，它位於進氣口的下遊端；以及一流量調節段，它用於調節進氣口中的進入空氣流，該流量調節優包括一間壁，它在進氣口中沿進氣口的縱向以上遊端從上遊端至下遊端延伸，並將進氣口分成第一和第二通道段，並且做有一沿進氣口的縱向延伸的槽；一氣體運動控制閥，它位於間壁的上遊端，以打開和關閉第二通道段；以及一連接通道，它在第二通道段被氣體運動控制閥關閉時允許將第二通道段中的進入空氣流再循環至第一通道段。
此申請基於原有的在2003年4月3日登記的日本專利申請No.2003-100197，和原有的在2003年4月3日登記的日本專利申請No.2003-100201。這些日本專利申請No.2003-100197和No.2003-100201的全部內容在此處都被結合，以作為參考。
雖然上面參考本發明的某些實施例描述了本發明，但是本發明並不限於上述的實施例。對於熟悉本技術的人，都可根據上面的教旨作出上述實施例的改進和改變。本發明的範圍參考下面的權利要求書作了規定。
權利要求
1.一種內燃機，它包括一氣缸蓋，它界定一通至發動機的氣缸的進氣口；一進氣閥，它位於進氣口的下遊端；一流量調節段，它用於調節進氣口中的進入空氣流，該流量調節段包括一隔壁，它位於氣缸蓋中在進氣口中沿進氣口的縱向從上遊端至下遊端延伸，並將進氣口分成第一和第二通道段；一氣體運動控制閥，它位於隔壁的上遊端，以打開和開關第二通道段；以及一連接通道，它在第二通道段被氣體運動控制閥關閉時允許將第二通道段中的進入空氣流從第二通道段再循環至第一通道段；以及一燃料噴射器，其被定向成經過隔壁的下遊端的下遊側的空間朝進氣閥的閥開口噴射燃料。
2.如權利要求1的內燃機，其特徵為，燃料噴射器被定向為越過隔壁的假想的延伸部分經過隔壁的下遊端的下遊側的空間，朝進氣閥的閥開口投射燃料噴霧而不落在隔壁上。
3.如權利要求1的內燃機，其特徵為，隔壁的下遊端接近由燃料噴射器產生的燃料噴霧的外邊界。
4.如權利要求1的內燃機，其特徵為，燃料噴射器設置在隔壁上方。
5.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵為，燃料噴射器被接納在一凹座中，該凹座在進氣口的第一通道段中形成。
6.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵為，發動機的氣缸裝有兩個進氣閥，而燃料噴射器則布置成將燃料噴射至氣缸的兩個進氣閥的閥開口。
7.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵為，隔壁做有槽，該槽沿進氣口的縱向延伸。
8.如權利要求7的內燃機，其特徵為，槽延伸至隔壁的上遊端，並在氣體運動控制閥與槽的上遊端之間形成連接通道。
9.如權利要求7的內燃機，其特徵為，槽延伸至隔壁的下遊端，而且槽的下遊端如此向下凹，以免在由燃料噴射器產生的燃料噴霧與隔壁的下遊端之間發生幹涉。
10.如權利要求9的內燃機，其特徵為，槽的下遊端如此向下凹，以使來自燃料噴射器的噴霧在隔壁的下遊端經過槽內的區域。
11.如權利要求7的內燃機，其特徵為，槽從隔壁的下遊端延伸至隔壁的上遊端。
12.如權利要求11的內燃機，其特徵為，槽的橫截面從隔壁的下遊端至隔壁的上遊端是一致的。
13.如權利要求7的內燃機，其特徵為，隔壁包括第一和第二側面部分，它們沿進氣口的縱向延伸，而槽則在第一和第二側面部分之間形成。
14.如權利要求7的內燃機，其特徵為，槽朝第二通道段向下凹。
15.如權利要求7的內燃機，其特徵為，隔壁做有許多槽。
16.如權利要求15的內燃機，其特徵為，發動機的氣缸裝有兩個進氣閥；燃料噴射器布置成產生兩股燃料噴霧，它們分別指向氣缸的進氣閥的閥開口；以及，隔壁做有兩個槽，每個槽要如此向下凹，以免在由燃料噴射器產生的獨特的燃料噴霧與隔壁的下遊端之間發生幹涉。
17.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵在於，氣體運動控制閥包括一閥軸，它位於隔壁的假想的上遊延伸部分上；和一閥元件，它可在一打開位置和一關閉位置之間在閥軸上擺動，在打開位置，閥元件沿進氣口的縱向連續地與隔壁一起延伸，在關閉位置，閥元件關閉第二通道段，並且如此傾斜，以從上遊側朝第一通道段引導進入空氣流。
18.如權利要求1的內燃機，其特徵為，氣體運動控制閥的閥元件包括一關閉第二通道段的第一閥部分和一第二閥部分，該第二閥部分在第二通道段被第一閥部分關閉時在第一閥通道中突出。
19.如權利要求18的內燃機，其特徵為，氣體運動控制閥的第二閥部分至少部分地關閉連接通道，以在氣體運動控制閥(31)處於打開第二通道段的打開位置時減小連接通道的開口面積。
20.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵為，第二通道段沿發動機的氣缸的上下方向處於第一通道段的下方。
21.如權利要求1的內燃機，其特徵為，氣體運動控制閥布置成減小進氣口的開口截面積，以在進氣口的第一通道段產生一低壓區；並且，連接通道將第二通道段的上遊端部分連至在第一通道段中產生的低壓區，以促使將第二通道段中的進入空氣流從第二通道段的下遊端再循環至第二通道段的上遊端部分，並在第二通道段被氣體運動控制閥關閉時，從該上遊端部分再循環至第一通道段。
22.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵為，連接段的形狀為一縫，它沿垂直於進氣口的縱向的方向延伸。
23.如權利要求1-4中任一的內燃機，其特徵為，連接段的形狀為一在隔壁的上遊端與處於關閉第二通道段的關閉位置的氣體運動控制閥之間的中間空間。
24.用於內燃機的進氣設備，它包括第一裝置，它用於界定一進氣口；第二裝置，它用於將進氣口分成沿進氣口的縱向延伸的第一和第二通道段；第三裝置，它用於關閉第二通道段的上遊端，並在第一通道中形成一低壓區；第四裝置，它用於在第二通道段的上遊端關閉時，經過第二通道段將進入的空氣從第二通道段的下遊端吸入到第一通道段中的低壓區；以及第五裝置，它用於經過隔壁與進氣口的下遊端之間的空間沿一從第一通道段至第二通道段延伸的傾斜方向噴射燃料。
全文摘要
一內燃機包括一通向發動機氣缸的進氣口。進氣口用一間壁分為第一和第二通道段，該間壁在進氣口中沿進氣口的縱向延伸。一氣體運動控制閉布置成打開和關閉第二通道段的上遊端。一連接通道將第二通道段的上遊端部分連至第一通道段。一燃料噴射器的指向為經過間壁的下遊端的下遊側的空間朝進氣閥的閥開口噴射燃料。
文檔編號F02F1/42GK1536203SQ20041003335
公開日2004年10月13日 申請日期2004年4月2日 優先權日2003年4月3日
發明者西井聰, 朗, 酒井太朗, 介, 細川裕介 申請人:日產自動車株式會社