具体实施方式

本发明涉及一种用于内燃机气缸的进气装置。

该进气装置包括：

-进气口，该进气口用于将气体引入气缸中；

-进气门，该进气门插入进气口中，该气门的打开允许气体进入气缸中；

-位于进气门的气缸一端处的进气门校准件，该校准件面向气缸的火力面，进气门的校准件是大致圆筒形的机械部件，气门在校准件内运动；

-用于偏转气体的装置，用来产生气体在气缸内沿垂直于气缸轴线的方向的空气动力学运动，换言之，这是用于产生气体的滚流式空气动力学运动的装置；

-进气遮蔽件，该遮蔽件部分阻塞了通向气缸中的进气口的端部。将在靠近进气门阀座部位的燃烧室中进行的特殊加工定义为进气遮蔽件，它能够在阀座处的进气口的部分孔道截面上堵塞孔道，以便加速气体，并因此增加燃烧室中的湍流。

将(内燃机的)气缸盖的与气缸轴线正交的下平面称为火力面或燃烧面。气门的校准件插入气缸盖的下平面中，以便向气缸供应气体。

根据本发明，进气装置形成为使得，在所述进气口的内弧面上，进气口与气门校准件之间的相交部形成直线段，该直线段由线性母线支持，该线性母线相对于平行于火力面的平面形成5°至45°之间的角度α并经过进气口与气门校准件之间的交点。进气口的下表面(当进气口处于其运行位置时)被称为进气口的内弧面。因此，进气口的下表面与气门校准件的相交部(其为直线段)相对于与火力面平行的平面倾斜。这种倾斜允许进入校准件的气体、尤其是进入气缸的气体偏转。气体的这种偏转形成气体在气缸内沿平行于气缸轴线的方向的空气动力学运动，换言之，这形成气体的涡旋式空气动力学运动。这种倾斜可转化为进气口在其端部处旋转(进气管的端部因此被扭转)，这促进了气体的涡旋式空气动力学运动。此外，该实施例允许赋予气体涡旋式空气动力学运动而无需任何专门的遮蔽件、活门或叶片型附件。此外，这些进气装置的构造不会对将其安装在单缸或多缸内燃机的气缸盖中施加额外的约束。

以5°至45°之间的角度α倾斜允许产生气体的涡旋式空气动力学运动。低于5°的话，该倾斜就不足以对气缸中气体的空气动力学运动产生显著影响。高于45°的话，进气口的几何形状就会复杂且难以实现。

通过结合气体的滚流式和涡旋式空气动力学运动，根据本发明的进气装置允许气缸中气体的涡滚式空气动力学运动，由于在压缩阶段期间比在当前最好的受控点火式发动机中观察到的更高的湍流水平，因此受益于出色的均质性和更好的燃烧率。

根据本发明的一方面，进气口的孔道截面可具有大致矩形的形状，且带有倒圆的角部。在该情形中，进气口和气门的校准件的相交部由四个边缘角部构成：一个在内弧面上、一个在外弧面上以及两个在横向侧上。

根据该实施例的一个示例，进气口在与气门校准件相交处的矩形孔道截面相对于火力面的方向倾斜。换言之，矩形的孔道截面的边缘角部均不平行于或不垂直于平行于火力面的平面。

根据本发明，遮蔽件的中间平面相对于进气口的中间平面围绕气门的轴线形成非零角度γ，使得角度γ可以由以下关系限定：γ＝α+/-5°。在本申请中，X+/-Y(其中，X和Y是正数)是指以值X为中心的范围，该范围在值X-Y至X+Y之间(包括端点)。因此，遮蔽件以与进气口端部相同的方式定向，从而促进气体在气缸中的空气动力学运动。这种方法导致在上止点附近的湍流动能的增益，并且与设置有用于产生气体的涡滚式空气动力学运动的无遮蔽件的进气装置相比，改善了气缸中气体的空气动力学运动结构的稳定性。此外，该布置对于将其安装在发动机的气缸盖中没有施加额外的约束，从而使得能够以简易的方式实现气缸中气体的空气动力学运动。将遮蔽件分成两个相同部分并且包含进气门轴线的平面称为遮蔽件的中间平面。遮蔽件的中间平面可以是其对称平面。将进气口分成两个大致相同部分并且包含进气门轴线的平面称为进气口的中间平面。

根据本发明的一种实施方式，角度γ可以定义为γ＝α+/-2°。优选地，角度γ可以基本上等于角度α。由于遮蔽件的定向与进气口端部的定向之间的更大相似性，这些优选值允许优化湍流动能和气体的空气动力学运动稳定性方面的增益。

气体是氧化剂或汽化混合物(在间接喷射的情形中)，并且特别地可以包括环境压力下的空气、增压空气、空气(无论增压与否)和已燃烧气体的混合物。

根据本发明的一个实施例，角度α可在5°至20°之间,优选地在8°至15°之间。这些角度范围允许优化气体的涡旋式空气动力学运动，并因此优化所结合的气体的涡滚式空气动力学运动。

根据本发明的一种实施方式，气体偏转装置仅在于进气口的形状。因此，不存在阻碍气体通过进气口的主动元件或被动元件。

根据第一示例性实施例，气体偏转装置可包括在进气口的下轮廓上的半管(滑梯状)形状。该半管形状可以通过改变进气口的下轮廓的凹度来获得。半管形状促进气流与进气口壁分离，并引导气流流向进气口的上部，并因此流向气缸的上部，从而使气体的涡滚式空气动力学运动最大化。

根据第二示例性实施例(其可以与第一示例性实施例结合)，气体偏转装置可包括在气门校准件附近的孔道截面的会聚部。换言之，进气口的孔道截面朝向其最靠近气门校准件的端部减小。该会聚部导致气流加速，这有利于用气体填充以及气体的空气动力学运动。

根据第三示例性实施例(其可以与第一和/或第二示例性实施例结合)，气体偏转装置可包括进气口的倾斜。进气口的这种倾斜可以由与进气口与校准件交点的切线的角度限定，该角度在0°至45°之间。该倾斜可以与气缸的燃烧室的上部的梯度相关联。进气口的倾斜使得进入气缸的气流能够倾斜，从而形成气体的滚流式空气动力学运动。例如，可以通过进气口的该角度与燃烧室上部的梯度角之间的相切来获得对气体的滚流式空气动力学运动的优化。

根据本发明的一个实施例，遮蔽件可基本上具有环的一部分的形状，其中心位于进气门的轴线上。这种形状在气缸的填充与气缸中气体的空气动力学运动之间提供了一种折衷。通过遮蔽进气口的孔道截面的一部分以实现低进气门气门升程，气缸中的气体的空气动力学运动启动，而不会过度地损害填充，这是因为气门升程低。一旦进气门气门升程更大，遮蔽件就不再起作用，因此会有用气缸中的气体的已经启动且之后可发展的空气动力学运动来实现的最大程度的填充。有利地，环的内径可以基本上对应于气门校准件的直径。有利地，环形部分可在150°至200°之间、优选的是160°至180°之间，并且倾向优选的是基本上等于170°的角度范围δ上延伸。这些角度范围允许离开进气口的气体的空气动力学运动定向成以便优化气缸中气体的空气动力学运动。

根据本发明的一个实施例选项，遮蔽件的高度可在2至4mm之间，优选地在2.8至3.2mm之间，并且倾向优选的是基本上等于3mm。这些值的范围允许一种良好折衷，其用于启动气缸中气体的空气动力学运动，而不会损害气缸的填充。

有利地，将遮蔽件连接到气缸顶部的圆角半径可以在1到3mm之间，并且可以基本上等于2mm。这样就避免了燃烧室(气缸)中的被隔离的区域。此外，尖角形状会不利于气缸中的燃烧。

根据本发明的一方面，进气装置可以是连体式的(siamois)。换言之，进气口具有单个入口和通入气缸的两个出口，每个出口包括进气门和进气门校准件。每个出口都具有被限定为形成气体的涡滚式空气动力学运动的角特征。这种适用于设有两个进气门的气缸的进气装置简化了进气腔的设计(进气腔是进气口上游的容积)。此外，每个出口具有根据本申请中所限定的特征定向的遮蔽件。

图1和2示意性且非限制性地示出了根据本发明实施例的进气装置1。图1是进气装置1的准备运行的侧视图，图2是图1在遮蔽件区域的放大图。进气装置1包括进气口5、引入到进气口中的气门4和进气门校准件6。进气门4的为气体提供通道以打开所述气门的端部未示出。进气口5包括气体入口2和气体出口3，进气门4及其校准件6位于其中。

进气装置1还包括用于偏转气体的装置，用来在气缸内产生气体在垂直于气缸轴线方向上的空气动力学运动(气体的滚流式空气动力学运动)。这些气体偏转装置包括在气门校准件6附近的进气口5的孔道截面的会聚部8。该会聚部8对应于气门校准件6附近的孔道截面的减小。此外，气体偏转装置包括通过进气口5的下轮廓的凹度变化而在进气口5的下轮廓上形成的半管9。此外，气体偏转装置包括进气口5的倾斜，该倾斜相对于方向AA由进气口5与校准件6的交点7的切线限定。该图的特点在于直线FF，其属于火力面的平面，且方向AA与直线FF平行。

此外，进气装置1包括遮蔽件10。遮蔽件10放置在气门校准件6中，以部分地阻挡进气口5的出口3。相对于气缸腔室顶部，遮蔽件10由高度H和曲率半径R限定。对于所示的实施例，高度H可以等于3mm并且连接圆角半径R可以等于2mm。

图3示意性地示出了根据现有技术的进气装置的遮蔽件在垂直于气门轴线的平面上的定向。遮蔽件10具有环形部分的形状。遮蔽件10位于校准件6中(仅示出了其一个壁)。遮蔽件10的外径对应于校准件6的直径。遮蔽件10的环形部分具有中心O(中心O位于气门的轴线上)并且在角度范围δ上延伸，角度范围δ可以基本上等于170°。此外，遮蔽件10具有中间平面PM10(以直线示出)。遮蔽件10的中间平面PM10是遮蔽件的对称平面，其包含气门的轴线。该图还示出了进气口的中间平面PM5(以直线示出)。对于现有技术的实施例，中间平面PM5和PM10是重合的。

图4示意性且非限制性地示出了根据本发明一个实施例的进气装置的遮蔽件在垂直于气门的轴线的平面上的定向。遮蔽件10具有环形部分的形状。遮蔽件10位于校准件6中(仅示出了其一个壁)。遮蔽件10的外径对应于校准件6的直径。遮蔽件10的环形部分具有中心O(中心O位于气门的轴线上)并且在角度范围δ上延伸，角度范围δ可以基本上等于170°。此外，遮蔽件10具有中间平面PM10(以直线示出)。遮蔽件10的中间平面PM10是遮蔽件的对称平面，其包含气门的轴线。该图还示出了进气口的中间平面PM5(以直线示出)。根据本发明，中间平面PM5和PM10不重合：中间平面PM10是通过中间平面PM5围绕气门轴线旋转角度γ而获得的。

图5示意性地且非限制性地示出了进气口的内弧面(下表面)的局部视图。图5在垂直于火力面的平面内(当进气装置处于运行位置时)。左边的图对应于根据现有技术的端口，其不带有用于使气体偏转以形成气体的涡旋式空气动力学运动的装置。右边的图对应于根据本发明装置的变型例，其在内弧面上带有在进气口与气门校准件之间的相交部的倾斜，以形成气体的涡旋式空气动力学运动。对于所示的实施例，端口(进气口)的截面基本上是矩形的。

在这些附图中，直线FF属于火力面的平面(该面由未示出的气缸限定)，而方向F’F’是直线，其属于平行于火力面FF的平面且经过进气口5与进气门校准件6之间的交点。

根据图中左边所示的现有技术，进气口5与进气门校准件6之间的相交部7是与直线F’F’重合的直线段。

相反，根据图中右边所示的本发明，进气口5与进气门校准件6之间的相交部7形成直线段，该直线段由线性母线支持，其轴线YY相对于平面F’F’倾斜角度α。该角度在5°至45°之间。在图中右边可以看出，该倾斜在连接圆角附近导致进气口5的轻微旋转，进气口5具有大致矩形的孔道截面。根据本发明，角度α通过下式与图4中所示的角γ相关联：γ＝α+/-5°。

本发明还涉及一种组件，该组件包括内燃机的气缸和根据上文所述的变型之一或变型组合的进气装置。

此外，本发明涉及一种内燃机，该内燃机包括至少一个气缸，每个气缸都设有：

-根据上文所述变型之一或变型组合的至少一个进气装置，用于将气体引入气缸中；

-至少一个排气装置，用于从气缸移除已燃烧气体，排气装置有利地配备有排气门；

-活塞，其在气缸中往复直线平移运动，从而从燃烧中产生机械能(通过曲轴旋转)；

-燃料喷射装置，用于产生燃烧。

根据一个实施例，燃料喷射装置可以是直接喷射装置，这意味着，燃料喷射装置直接位于气缸中。

替代地，燃料喷射装置可以是间接喷射装置，这意味着，燃料喷射装置位于进气装置中。

根据本发明的一种实施方式，内燃机是受控点火式发动机。在该情形中，发动机还包括至少一个火花塞以启动气体和燃料的混合物的燃烧。

替代地，内燃机是压燃式发动机。在该情形中，发动机不包括任何火花塞来启动气体和燃料的混合物的燃烧。

内燃机可包括多个气缸，尤其是3、4、5或6个气缸。

优选地，燃烧式发动机可以是每个气缸具有四个气门(两个进气门和两个排气门)的发动机。

根据本发明的一方面，当气缸包括两个进气口时，这两个口可以是相同的并且相对于燃烧室的中间平面平行。

作为一种变型，气缸可以通过连体式进气装置被供应气体。

此外，本发明涉及根据上文所述变型之一或变型组合的内燃机在米勒循环或阿特金森循环中运行的用途。

米勒循环是一种热力学循环，其特征在于，在进气冲程期间一个或多个进气门在活塞到达下止点之前关闭。这允许回收更大量的功，并允许冷却被引入的装料。由于产生了气体的涡滚式空气动力学运动，根据本发明的进气装置特别适于在扩展的运行范围上在所谓的米勒循环中使用。

阿特金森循环是用于可变燃烧式发动机中的标准热力学循环。

根据本发明的内燃机可在移动应用的领域中使用，比如陆运、海运或空运，或在静止设施的领域中使用，比如发电机组。

不言自明的是，本发明不仅限于上文借助示例来描述的进气装置的这些实施例，而是涵盖所有变型。

示例

通过阅读以下比较例，根据本发明的方法的特征和优点将变得更加清楚。

在该比较例中，在两个进气装置之间进行了比较，这两个进气装置具有相同的用于产生涡滚式空气动力学运动的装置，并且具有在170°的角部分上延伸的环形部分形状的遮蔽件。在所比较的第一进气装置中，遮蔽件根据现有技术(图3)定向。在所比较的第二进气装置中，遮蔽件根据本发明的一个实施例(图4)定向，其中α＝15°且γ＝15°。

图6和7是气缸13的俯视图(在操作位置中)，该气缸13配备有两个进气口和两个排气口12，每个进气口都设有遮蔽件10。图6和7示出了对于460°曲轴角气体11的空气动力学运动，其对应于进气冲程的开始。图6对应于根据现有技术的设置，图7对应于根据本发明一个实施例的设置。在这些图中可以注意到气体的空气动力学运动的不同定向：本发明允许气流的更好定向以产生气缸中气体的涡滚式空气动力学运动。

图8对于每种类型的入口示出了湍流动能TKE与CAD(曲柄角度)的关系。根据现有技术的与遮蔽件的定向相关的曲线标记为AA，根据本发明的一个实施例的与遮蔽件的定向相关的曲线标记为INV。底部的图是顶部的图中CAD范围在650至740之间的放大版本。将注意到，借助根据本发明的遮蔽件定向获得了上止点附近的湍流动能的增益。该增益在上止点附近为10％的量级。

图9和10是气缸13的俯视图(在操作位置中)，该气缸13配备有两个进气口和两个排气口12，每个进气口都设有遮蔽件10。图9和10示出了对于590°曲轴角气体14在气缸中的空气动力学运动(在压缩冲程期间，活塞在点火前接近上止点)，以及进气口(未示出)中气体15的空气动力学运动。图9对应于根据现有技术的设置，图10对应于根据本发明的一个实施例的设置。在图9中可以注意到，气体14在气缸中的涡滚式空气动力学运动是围绕轴线16进行的，该轴线16是由三个直线段组成的折线。相反，在图10中可以注意到，气体14在气缸中的涡滚式空气动力学运动是围绕轴线16进行的，该轴线16由单段直线组成。因此,根据本发明的遮蔽件的定向允许提供气体在气缸中的涡滚式空气动力学运动结构的稳定性。