专利名称：一种内燃机涡流增压方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机进、排气系统内的内燃机涡流增压方法及其装置。
背景技术：
迄今为止，为提高内燃机进气能力，采用增加进气量的方法较多，如增加气缸进气门截面积和多气门技术。又如可变进气门凸轮相位技术的应用，以达调控进气门的开闭时间来增加进气量。还有可变进气管长度的技术，旨在调控发动机低、中、高转速时的进气效率，包括传统使用的废气涡轮及压气机。但是由于受到传统自然吸气的局限，尤其是进气气流运动方式的制约，所能增加的进气量受到限制。
请参见图1，这是中国专利号ZL00256547.1公开的“空气增压装置”的结构原理图，该装置由圆柱导流轴体11、点焊在该圆柱导流轴体11上的三片导流翼片12、及套在三片导流翼片12外的圆筒构成，轴体11的前端为进气侧111，其后端为出气侧112。该轴体为圆柱形，前后端的进气侧为球形，出气侧为圆锥形。虽然能产生一定的螺旋气流。但由于其结构上的原因，因此存在以下不足和缺陷1.由于采用了以三片导流翼片分别与圆柱导流体和圆筒竖向固定结合的设计，导致导流翼片与导流轴体圆柱和圆筒内壁金属组合时的拼接缝隙为非气密固接，因此产生较大扰流；再加上点焊工艺，各导流翼片与轴体连接的一致性差，因此使一部份分离气流泄漏旁通到另一分离腔，生成扰流形成气阻，直接阻碍了分离气流的速度，削弱了其应有的脉动强度，造成不完全分离，导致一部分附着涡无法利用，而已分离的气流还需进一步改进增强，影响其效能和作用。
2.使用中，在发动机运转时产生真空吸力作用下，从安装在空滤器出口处的“空气增压装置”流出的旋转气流在通过节气门不同开度时，使原旋转气流被节气门分离破坏，其脉动强度受到严重衰减和损失，使节气门后的稳压腔和进气歧管内无法直接获得整体螺旋脉动气流进入气缸。
3.尽管传统发动机上使用了增压器，如废气涡轮驱动压气机、机械驱动压气机和电动驱动压气机，但其增压后的气流运动方式仍未改变。实际上在发动机进、排气循环工作时气流在管腔内高速运动中受到摩擦、气阻、扰流、气分子团相互撞击等，使气流运动能量受到严重损耗，阻碍了在单位时间内的气流速度，导致进气能力和效率低下，无法进一步满足和支持发动机气缸内燃烧的需要。
发明内容
本发明的目的为了克服现今内燃机传统进、排气系统的进、排气效率低下，而提供的一种可全面提升其进、排气系统的整体气流速度以增加单位时间内的进、排气量的内燃机涡流增压方法及其装置。在进气时，促进油气分子的混合效率和混合质量，从而提高燃烧效率。在排气时，减小和降低排气背压，从而增强了排气能力和效率，并在内燃机进、排气循环运行过程中获得最佳气流加速平衡的内燃机涡流增压方法及内燃机涡流增压装置。
为实现上述目的，本发明采取以下的设计方案一种内燃机涡流增压方法，其特点是，将由中心导流轴和斜置在该中心导流轴侧面的多个顶边带有弧度的导流翼片组成的内燃机涡流增压装置气密性的镶嵌安置在内燃机的进、排气管中；运行时，在真空吸力的作用下，当空气通过内燃机涡流增压装置时，在中心导流轴和斜置的导流翼片的组合结构下产生旋转分离导流作用，使空气分别从导流腔高速完全分离，并在导流翼片后掠边缘上产生分离涡流，在导流轴尾锥体作用下，形成不对称流态分布，并围绕着轴线旋转运动，其产生的气流经汇流聚集生成具有附加升力动能的整体螺旋强脉动加速气流，经过内燃机进、排气管道循环运行，从而获得最佳气流加速平衡的内燃机涡流增压效果。
一种由中心导流轴、多个导流翼片组成的内燃机涡流增压装置，所述的中心导流轴包括轴体、设在轴体前端的进气端，设在轴体后端的出气端；所述的多个导流翼片等距分布垂直设在轴体上；其特点是，所述的轴体为正棱柱体，所述的轴体两端的进气端和出气端各由一在该正棱柱两端延伸的正棱锥体构成，且进气端正棱锥体的锥高短于出气端正棱锥体的锥高；所述的各导流翼片的顶边具有弧度，其底边以与导流轴中心线相切成一角度d的位置气密固接在导流轴轴体的各侧面上。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片数量与导流轴轴体各侧面的数量相等。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片设置在导流轴轴体各侧面的位置与导流轴中心线相切成的角度为10～45度范围内。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片的前端与轴体的前端齐平，后端长于轴体后端、短于出气端锥尖。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的各导流翼片的底边气密固接在轴体各侧面的对角线位置。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片的前端与轴体的前端齐平，后端长于轴体后端、短于出气端锥尖。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片设置在导流轴轴体各侧面与导流轴中心线相切所呈的角度方向是一致的。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片从顶边或底边看过去可以是呈弧线状、或直线状、或多点连线状其中的一种形状。
上述内燃机涡流增压装置，其中，所述的导流翼片的顶部的弧度以使用在内燃机进、排气管内并与各气管内壁气密固接镶嵌为标准。
由于本发明采用了以上的技术方案，将轴体设计成多边形柱体，将导流翼片顶边设计成具有弧度，底边以与轴体中心线轴线相切的位置气密固定在轴体的每面上，然后将装置气密性镶嵌安置在内燃机进、排气管系统中，从根本上改变了内燃机进、排气系统内的气流运动方式，形成螺旋状涡流运动的强脉动高速气流，从而全面提升内燃机进、排气气流速度以增加单位时间内的进、排气量，极大提高了进、排气能力和效率，在内燃机进、排气循环运行过程中获得最佳气流加速平衡。
本发明将装置安装在发动机进气系统内可改变发动机整个进气系统在传统自然吸气中的气流运动方式。根据空气动力学关于飞弹有效攻角飞行时，其弹翼后掠亚音速前缘产生分离涡流可提供附加升力动能的基本原理，应用设计在发动机进气系统中，在原发动机的真空吸力下，自气缸至空滤器形成空气对流过程中，使气流通过本装置时产生螺旋强脉动气流直接进人气缸，加快了发动机整个进气系统在单位时间内的气流速度，增加进气量，极大提高了原发动机进气系统的进气效率。同时，可进一步促进燃料和空气的混合效率和混合质量，使燃烧更充分。
当废气流经安装在排气管内的本装置时，与进气系统同理，使废气获得整体螺旋气流，在等同单位时间内排气速度加快，极大提高了原发动机的排气能力和效率，减小和降低了排气背压。排气愈净，空气充量系数愈高，在内燃机循环运行过程中获得最佳气流加速平衡，在增加功率和转矩的同时减少排污，节省燃料。
本发明的具体特征性能由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1为现有技术的结构示意图。
图2是本发明实施例之一的结构示意图。
图3为图2的左视图(进气端侧)的结构示意图。
图4为图2的右视图(出气端侧)的结构示意图。
图5为在本发明实施例使用在节气门和稳压腔口内的结构示意图。
图6是图5的A—A剖视图。
图7是本发明实施例之二的左视图(进气端侧)结构示意图。
图8是本发明实施例之三的左视图(进气端侧)结构示意图。
图9是本发明实施例之四的左视图(进气端侧)结构示意图。
图10本发明将装置安装在进气系统内各部位的实施例示意图。
图11本发明将装置安装在进、排气系统内及涡轮机与压气机的进、出气管内各部位实施例示意图。
具体实施例方式
请参阅图2～图4，本发明一种内燃机用内燃机涡流增压装置，设置在与内燃机进、排气管相连通的涡轮机和压气机的进、出气管内。由中心导流轴2、多个导流翼片3组成。中心导流轴2包括轴体21、设在轴体前端的进气端22，设在轴体后端的出气端23。
所述的轴体为正棱柱体，所述轴体两端的进气端和出气端各由在正棱柱两端延伸的正棱锥体构成，该正棱锥体的各侧棱由轴体正棱柱体的各侧棱延续，其公共顶点在轴体中心轴线处相交。且进气端正棱锥体的锥高h1短于出气端正棱锥体的锥高h2(请配合参见图6)，其比例为1∶1.5～2。一般取进气端侧的锥高h1为10～20mm，出气端的锥高h2为20～35mm，本实施例取进气端侧的锥高为10mm，出气端侧的锥高为20mm。
本发明的导流翼片3数量与导流轴轴体各侧面的数量相等。本实施例轴体为正四棱柱，从截面看为四边等边形，其有四个侧面，每个侧面上设一导流翼片。设置时，各导流翼片底边33与导流轴中心线相切成一角度d，气密固接在导流轴的轴体的各侧面上，其角度一致。设置时，该导流翼片3的前端31与轴体的前端211(即该轴体与进气端相连接处)齐平，后端32长于轴体后端、短于出气端锥尖。本发明控制导流翼片安装在轴体侧面时，其与导流轴中心线相切的角度在10～45度范围内。本实施例选择各导流翼片的底边33气密固接在轴体21各面的对角线位置，各导流翼片的前端与轴体的前端齐平，后端长于轴体、短于出气端锥尖。本发明导流翼片的顶部34和底边33和底边33可以是弧线状，也可以是直线状，还可为多点连线状。本实用新型中各导流翼片的顶边34为弧形a，各导流翼片顶部弧形a的弧度以使用在内燃机进、排气管内并与各气管内壁气密镶嵌为标准。实施中，本发明导流翼片的形状从顶部34看下去或从底边33看上去可以是弧线状，也可以是直线状，或是曲线状、多点连线状，但必须两端点连成的直线与导流轴中心线相切的角度在10～45度范围内。
图5、图6是本发明安装在发动机气管内的实施例示意图。本发明可由发动机气管51作为管体直接安装，导流翼片3的顶部的弧形正好卡在内燃机气管51内无需再设管筒，可省工艺、省成本、且气密性更好。
图7～图9分别是本发明的实施例之二、之三和之四的截面图。本发明的轴体可按要求设计成的正多面棱柱体。图中所示的实施例分别显示轴体为正三面棱柱体、正五面棱柱体和正六面棱柱体，各侧面分别气密设有导流翼片。图7中71为导流翼片，72为进气侧。图8中81为导流翼片，82为进气侧。图9中91为导流翼片，92为进气侧。
本发明内燃机涡流增压装置可采用金属，例如铝、镁、锌及其合金，采用精密压铸或浇铸整体成型；亦可采用非金属材料如工程塑料和陶瓷制成；还可以是由金属部件和非金属部件的组合体如嵌入、埋植、压注成型，或组合气密固接等多种方法成型，本实施例优先采用非金属工程塑料和陶瓷制成。以保证对气密性和导流轴与翼片斜度的正确整体控制。一致性好，成本低，效率高，实用性强，永久使用。
本发明可根据发动机的不同排量、压缩比、气缸压力、进气压力等，设计导流翼片旋转结构的各种参数和安装部位等。以获得最佳匹配和显著的综合效果。
请参见图10。使用时，本发明将内燃机涡流增压装置分别置于发动机各进气管内。本实施例中将螺旋气流加速器10分别置于空滤器出气端气管101内、节气门后稳压腔口102内和各进气歧管103内，可使空气、混合气在流经本装置时其尾部汇流聚集生成具有附加升力动能的整体螺旋强脉动加速气流直接进入气缸。
请参见图11。使用时，本发明将内燃机涡流增压装置分别置于发动机各进、排气管内。本实施例中本发明将螺旋气流加速器10分别置于空滤器出气端气管101内、各进气歧管103内、各排气歧管104内和涡轮机105、涡轮机进气管105A内、涡轮机出气管105B内及压气机106、压气机进气管106A内、压气机出气管106B内，可使空气、混合气、及废气在流经本装置时其尾部汇流聚集生成具有附加升力动能的整体螺旋强脉动加速气流，使内燃机在进、排气循环运行过程中实现多级组合涡流增压并达到最佳加速气流的平衡。
本发明的工作原理例如点燃式发动机工作运行时，在真空吸力的作用下，当空气通过本装置在中心导流轴和斜置的导流翼片组合成旋转结构，通过本结构产生分离导流作用，使空气分别从导流腔高速完全分离并在导流翼片后掠边缘上产生分离涡流，在导流轴尾锥体作用下，形成不对称流态分布，并围绕着轴线旋转运动的气流经汇流聚集生成具有附加升力动能的整体螺旋强脉动加速气流，在气流通过节气门不同开度时，该整体螺旋气流被节气门分离破坏，脉动强度严重衰减损耗。但通过的气流途径设置在节气门后的稳压腔口内和与稳压腔相连通的各进气歧管内的本装置时，迫使气流再次完全分离汇流聚集重新获得具有附加升力动能的整体螺旋强脉动气流并直接进入气缸内。以达到发动机整个进气系统在单位时间内加快进气流速，增加进气量和进气能力，同时进一步促进气流运动中油气分子混合效率和混合质量，使燃烧更充分。
当废气流经安装在排气管内的本装置时，与进气系统同理，使废气获得整体螺旋气流，在相同单位时间内排气速度加快，极大提高了原发动机排气系统的排气效率，减小和降低了排气背压。排气越净，空气充量系数越高，同时使涡轮机和压气机的效率得到更进一步提升，并在内燃机循环运行过程中获得最佳气流加速平衡，在增加功率和转矩的同时减少排污，节省燃料。
压爆式柴油发动机工作运行时(除无节气门体外)工作原理同上所述。
本发明结构新颖，工作效率高，实用性强，应用面广，安装简易，综合效果显著。
权利要求
1.一种内燃机涡流增压方法，其特征在于，将由中心导流轴和斜置在该中心导流轴侧面的多个顶边带有弧度的导流翼片组成的内燃机涡流增压装置气密性的镶嵌安置在内燃机的进、排气管中；运行时，在真空吸力的作用下，当空气通过内燃机涡流增压装置时，在中心导流轴和斜置的导流翼片的组合结构下产生旋转分离导流作用，使空气分别从导流腔高速完全分离，并在导流翼片后掠边缘上产生分离涡流，在导流轴尾锥体作用下，形成不对称流态分布，并围绕着轴线旋转运动，其产生的气流经汇流聚集生成具有附加升力动能的整体螺旋强脉动加速气流，经过内燃机进、排气管道循环运行，从而获得最佳气流加速平衡的内燃机涡流增压效果。
2.一种由中心导流轴、多个导流翼片组成的内燃机涡流增压装置，所述的中心导流轴包括轴体、设在轴体前端的进气端，设在轴体后端的出气端；所述的多个导流翼片等距分布垂直设在轴体上；其特征在于，所述的轴体为正棱柱体，所述的轴体两端的进气端和出气端各由一在该正棱柱两端延伸的正棱锥体构成，且进气端正棱锥体的锥高短于出气端正棱锥体的锥高；所述的各导流翼片的顶边具有弧度，其底边以与导流轴中心线相切成一角度d的位置气密固接在导流轴轴体的各侧面上。
3.根据权利要求1所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片数量与导流轴轴体各侧面的数量相等。
4.根据权利要求1所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片设置在导流轴轴体各侧面的位置与导流轴中心线相切成的角度为10～45度范围内。
5.根据权利要求1或3所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片的前端与轴体的前端齐平，后端长于轴体后端、短于出气端锥尖。
6.根据权利要求1所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的各导流翼片的底边气密固接在轴体各侧面的对角线位置。
7.根据权利要求1或5所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片的前端与轴体的前端齐平，后端长于轴体后端、短于出气端锥尖。
8.根据权利要求1或3或5所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片设置在导流轴轴体各侧面与导流轴中心线相切所呈的角度方向是一致的。
9.根据权利要求1所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片从顶边或底边看过去可以是呈弧线状、或直线状、或多点连线状其中的一种形状。
10.根据权利要求1所述的内燃机涡流增压装置，其特征在于，所述的导流翼片的顶部的弧度以使用在内燃机进、排气管内并与各气管内壁气密固接镶嵌为标准。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机涡流增压方法及其装置，其特点是，将由中心导流轴和斜置在该中心导流轴各侧面的多个顶边带有弧度的导流翼片组成的内燃机涡流增压装置气密性的镶嵌安置在内燃机的进、排气管中；运行时，在真空吸力的作用下，当空气通过内燃机涡流增压装置时，在中心导流轴和斜置的导流翼片的组合结构下产生旋转分离导流作用，使空气分别从导流腔高速完全分离，并在导流翼片后掠边缘上产生分离涡流，在导流轴尾锥体作用下，形成不对称流态分布，并围绕着轴线旋转运动，其产生的气流经汇流聚集生成具有附加升力动能的整体螺旋强脉动加速气流，经过内燃机多个进、排气管道循环运行，从而获得最佳气流加速平衡的内燃机涡流增压效果。
文档编号F02B41/10GK1506568SQ0215110
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日
发明者吴雄良, 张彦峤 申请人:吴雄良, 张彦峤