[发明专利]一种改进汽车发动机性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进现有发动机性能的方法，具体是一种通过对现有汽车发动机的燃烧室壁面的结构的改进，以提高发动机汽缸内气流的旋流能力和充气效率，最终改进汽车发动机性能的方法。

背景技术

发动机的进气系统主要包括:进气道、进气门、燃烧室，以及控制进气门运动的机构等部件。发动机进气系统的性能主要是指进气系统的进气效率和使进入汽缸内的气流产生旋转运动的能力。进气效率是指通过进气系统进入汽缸的气体体积和汽缸排量之比，它衡量进气系统的流通能力。因为进气过程中气流流经进气道、进气门、燃烧室，必然会遇到流动阻力，影响进气效率，最终影响充气效率。发动机的充气效率降低意味着发动机的输出功率下降。

进气系统可以对进气过程进行组织，造成进入发动机汽缸内的气流产生一定模式的旋转运动。有两种基本的旋转运动模式，涡流(swirl)和滚流(tumble)。图1(a)和图1(b)分别是发动机汽缸内涡流和滚流运动模式的示意图。涡流运动是指旋转流动运动围绕汽缸轴线的运动。进气过程、压缩过程中，活塞(13)下移、上移，涡流运动使气流在涡流运动方向(15)上与汽缸(1)壁面产生摩擦力，致使不断有小尺度湍流旋涡产生。在燃烧过程中加快燃烧室(11)中火焰传播速度。滚流是指围绕与汽缸轴线相垂直的轴线的旋转运动。或者说滚流运动方向(16)与涡流运动方向(15)相垂直。滚流在进气过程后期完整形成，压缩过程中随着活塞上升，汽缸空间变小，按照角动量守恒原理，滚流会加快转速，直至在更小的汽缸空间内滚流运动发生破碎，燃烧室内流场发生突变，形成以大尺度漩涡为主的湍流场，进一步加快了火焰传播速度。理论和实验表明，涡流和滚流的混合运动模式，又称斜轴涡流对发动机燃烧过程中提高燃烧速度和放热率，改善发动机的燃烧过程最为显著。

进气系统产生的在汽缸内的气流旋转主要是由进气道、进气门和燃烧室的几何形状的设计完成的。此外，还可采用进气门导气屏、燃烧室壁面进气屏蔽使进气在汽缸内产生旋流。其中，燃烧室壁面进气屏蔽的方法最为简便。即是让围绕进气门的周边的一定范围内的燃烧室壁面部分紧密靠近进气门，使得在这个范围内没有进气，而大量进气从其它方向流出，从而在汽缸内按照设计产生需要方向上的涡流或滚流。图2是燃烧室壁面进气屏蔽 方法产生滚流的示意图。图中表明，进气门(6)开启后，进气道内的气流(4)沿着进气道(4)进入燃烧室(11)。燃烧室(11)的壁面在进气门(6)背部，即远离排气门(7)一侧，与进气门(6)的周边距离很紧凑，气流从这里无法进入，大都从其对面进入燃烧室(11)。进入燃烧室内的气流(10)方向从进气门(6)一侧指向排气门(7)一侧，从而在汽缸(9)内形成如图1(b)所示的滚流运动模式。

大量实验观察表明，涡流、滚流运动和进气量随着进气门开启，呈增强、增加的趋势。同时，汽缸内的旋流运动主要由进气门开启中后期进入汽缸的气流形成的，进气门开启的开始阶段对旋流的影响较小。

利用上述壁面屏蔽的方法产生旋流，结构简单，容易实现，但存在一个弊端。屏蔽部分气流进入汽缸，意味着进气量减少，降低了发动机的进气效率，直接影响发动机得输出功率。实际上，汽缸内的气流的旋流能力和进气效率是一对互为对立的因素。

发明内容

针对一类靠燃烧室壁面屏蔽产生旋流的进气系统，进气效率必然受到限制。如果根据汽缸内气流旋流的产生主要是在进气的中后期形成的事实，将进气过程的前期的壁面屏蔽取消，则即可保证旋流能力的产生的同时，增加进气量，从而提高进气效率。同时，对进气道、进气门、燃烧室其它部分都无需做改动，为提高发动机的性能提供了一个新的途径。本发明的目的是提供一种改进汽车发动机性能的方法。该方法目的同时提高进气系统在发动机汽缸内产生气流旋流的能力和进气效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是在进气门开启的燃烧室壁面由进气门经过的部分分为开槽部分和屏蔽部分。在燃烧室壁面上经由进气门开启早期所经过的部分开槽，使得在这个时间段内有更多的进气进入发动机，在进气中后期进气门经过的燃烧室壁面部分仍然进行壁面屏蔽，保证进气旋流的产生。

本发明采用的技术方案不需要对原进气系统中的进气道、进气门的结构作任何改动，只是需要将燃烧室壁面的一部分重新设计成开槽部分和屏蔽部分。这个技术方案使用方便、结构简单、制造成本低，使发动机进气系统即产生了旋流，又保证了进气效率。

附图说明