用于发动机燃烧的系统和方法与流程

本公开总体上涉及一种内燃机，并且更具体地涉及一种用于在内燃机中燃烧的系统和方法。

背景技术：

四冲程内燃机的操作通常包括进气冲程、压缩冲程、动力冲程和膨胀冲程。在正常操作中，在内燃机的进气冲程期间，进气阀随着活塞向下移动穿过汽缸而打开。在低速或负荷发动机条件下，流体混合物围绕汽缸的轴线的旋涡效应或旋转可以用于提高发动机性能。

再者，在高速或负荷发动机条件下，流体的回旋效应通常表示流体混合物沿着平行于曲柄轴的轴线围绕汽缸自旋。如果回旋效应或旋涡效应没有进行正确地管理或没有施用在发动机的适当操作循环处，那么可影响发动机的有效燃料经济性和性能。

技术实现要素：

本发明公开了一种结合燃烧系统的内燃机，该燃烧系统用于结合内燃机的一个或多个缸膛使用。发动机包括缸体，缸体界定曲轴箱腔室和至少一个镗孔，该镗孔从曲轴箱腔室延伸出并且与曲轴箱腔室流体连通。至少一个缸盖附接至缸体并且界定第一进气口和第二进气口。第一进气口和第二进气口中的每一者均包括其中设置有开口的第一端、与一个或多个缸膛流体连通的相对第二端以及界定在第一端与第二端之间的内周边。

气门(flap)可调地连接至所述至少一个缸盖，气门具有与第一进气口相配合的第一气门部分和与第二进气口相配合的第二气门部分，该第一气门部分可移除地固定至臂并且从该臂延伸出，该第二气门部分可移除地固定至该臂并且从该臂延伸出且设置成邻近于该第一气门部分。致动器可操作地连接至气门的臂，以定位第一气门部分和第二气门部分来创建第一燃烧条件和第二燃烧条件。与致动器电通信的控制器配置成监测发动机的条件，并且致动气门，以定位第一气门部分和第二气门部分来产生第一燃烧条件或第二燃烧条件。

第一进气口进一步包括分隔构件，该分隔构件至少部分延伸穿过第一进气口的内周边，以在其中创建第一流动部分和第二流动部分。当第一气门部分设置成邻近于第一进气口的开口时，气门的第一气门部分的尺寸设定成至少部分覆盖并且基本上封闭第一进气口中的第二流动部分。当气门移动至第一位置使得第一气门部分移动成远离第一进气口中的开口且第二气门部分移动成邻近于第二进气口中的开口以基本上封闭第二进气口中的开口时，创建第一燃烧条件。

当气门移动至第二位置使得第一气门部分移动成邻近于第一进气口中的开口以基本上封闭第二流动部分且第二气门部分移动成远离第二进气口中的开口时，创建第二燃烧条件。第一气门部分和第二气门部分单独安装成邻近于第一进气口和第二进气口，以在第一位置与第二位置之间移动。一个或多个进气阀至少部分延伸穿过第一进气口和第二进气口中的一者或多者，该进气阀在封闭位置与致动位置之间往复移动，其中，进气阀允许流体通过第一进气口和第二进气口流入一个或多个缸膛。

在本公开的另一个实施例中，一种用于结合内燃机的一个或多个缸膛使用的燃烧系统包括附接至缸体的至少一个缸盖。至少一个缸盖界定第一进气口和第二进气口。第一进气口和第二进气口中的每一者均包括其中设置有开口的第一端、与一个或多个缸膛流体连通的相对第二端以及界定在第一端与第二端之间的内周边。分隔构件至少部分延伸穿过第二进气口的内周边，以在其中创建第一流动部分和第二流动部分。

气门可调地连接至所述至少一个缸盖，该气门具有与第一进气口相配合的第一气门部分和与第二进气口相配合的第二气门部分，该第一气门部分可移除地固定至臂并且从该臂延伸出，该第二气门部分可移除地固定至该臂并且从该臂延伸出且设置成邻近于该第一气门部分。致动器可操作地连接至气门的臂，以定位第一气门部分和第二气门部分来创建第一燃烧条件和第二燃烧条件。与致动器电通信的控制器配置成监测发动机的条件，并且致动气门，以定位第一气门部分和第二气门部分来产生第一燃烧条件或第二燃烧条件。

当第一气门部分设置成邻近于第一进气口的开口时，气门的第一气门部分的尺寸设定成至少部分覆盖并且基本上封闭第一进气口中的第二流动部分。当气门移动至第一位置使得第一气门部分移动成远离第一进气口中的开口且第二气门部分移动成邻近于第二进气口中的开口以基本上封闭第二进气口中的开口时，创建第一燃烧条件。

当气门移动至第二位置使得第一气门部分移动成邻近于第一进气口中的开口以基本上封闭第二流动部分且第二气门部分移动成远离第二进气口中的开口时，创建第二燃烧条件。第一气门部分和第二气门部分单独安装成邻近于第一进气口和第二进气口，以在第一位置与第二位置之间移动。一个或多个进气阀至少部分延伸穿过第一进气口和第二进气口中的一者或多者，该进气阀在封闭位置与致动位置之间往复移动，其中，进气阀允许流体通过第一进气口和第二进气口流入一个或多个缸膛。

在本公开的另一个实施例中，一种在内燃机中燃烧的方法包括提供附接至缸体的至少一个缸盖。至少一个缸盖界定第一进气口和第二进气口，其中第一进气口和第二进气口中的每一者均包括其中设置有开口的第一端、与一个或多个缸膛流体连通的相对第二端以及界定在第一端与第二端之间的内周边。

控制器检测并且评估发动机的一个或多个操作参数，以确定发动机的操作状态。通过将气门移动至第一位置，以至少部分覆盖并且基本上封闭第一进气口中的开口来创建第一燃烧条件。通过将气门移动至第二位置，以至少部分覆盖并且基本上封闭第二进气口中的开口来创建第二燃烧条件。

可以提供分隔构件，且分隔构件可以至少部分延伸穿过第一进气口的内周边，以在其中创建第一流动部分和第二流动部分。提供与第一进气口中的开口相配合的第一气门部分，且该第一气门部分从气门的臂延伸出。提供与第二进气口中的开口相配合的第二气门部分，且该第二气门部分设置成从该臂延伸出并且邻近于第一气门部分。

创建第一燃烧条件的步骤进一步包括将第一气门部分定位成邻近于第一进气口中的开口以至少部分覆盖并且基本上封闭第一进气口中的第二流动部分，且将第二气门部分定位成远离第二进气口中的开口。当控制器检测到介于约700rpm与约3500rpm之间的发动机速度和约0巴至约13巴的平均有效压力时，发生创建第一燃烧条件的步骤。

创建第二燃烧条件的步骤进一步包括将第二气门部分定位成邻近于第二进气口中的开口以至少部分覆盖并且基本上封闭第二进气口，且将第一气门部分定位成远离第一进气口中的开口。当控制器检测到介于约700rpm与约3500rpm之间的发动机速度和约13巴至约20巴的平均有效压力或介于约3500rpm与约7000rpm之间的发动机速度和约0巴至约20巴的平均有效压力时，发生创建第二燃烧条件的步骤。

本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将根据用于实施本公开的实施例和最佳模式结合附图和所附权利要求书的以下详述而容易地显而易见。

附图说明

图1是平行于发动机的纵向轴线截取的内燃机的部分横截面透视图；

图2是用于结合本公开的内燃机使用的进气口阀装置的缸盖的透视图；

图3是结合燃烧系统以在发动机中产生旋涡条件的发动机的缸盖和进气口阀的透视图；

图4是示出燃烧系统产生旋涡条件的示意图；

图5是示出流体流过燃烧系统的进气口以产生旋涡条件的示意图；

图6是结合燃烧系统以在发动机中产生回旋条件的发动机的缸盖和进气口阀的透视图；

图7是示出燃烧系统产生回旋条件的示意图；

图8是示出流体流过燃烧系统的进气口以产生回旋条件的示意图；

图9是基于发动机中的发动机速度和平均有效压力的发动机操作模式的图形表示；以及

图10是根据本公开的说明改进用于内燃机的燃烧的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中说明的本公开的若干实施例。图式和描述中尽可能使用相同或类似的参考标号来指代相同或相似的部分或步骤。图式呈简化形式并且没有按精确的比例绘制。仅仅为了方便和清楚的目的，可以对图式使用诸如顶部、底部、左侧、右侧、向上、上方、上面、下面、下方、后面和前面的方向术语。这些和类似方向术语绝不被认为是以任何方式限制本公开的范围。

参考图式，其中相同标号指示贯穿若干视图的相同部分，内燃机大体上示为10。图1说明内燃机10，其可以包括(例如)柴油机或汽油机并且如本领域已知地操作以产生转矩。因此，本文并未详细地描述本领域中已知并且与本公开的描述无关的内燃机10的具体操作和部件。

内燃机10包括缸体12。缸体12界定曲轴箱腔室以及具有至少一个镗孔16的至少一个汽缸，该镗孔16从曲轴箱腔室延伸并且与曲轴箱腔室流体连通。活塞18往复地定位在缸膛16内并且通过连杆21可移动地连接至曲柄轴20。预期曲柄轴20可以大体上沿着延伸穿过曲轴箱腔室的纵向轴线22定位。应当明白的是，可以形成各种几何形状和风格的缸体12，包括(但不限于)V式缸体或直列式发动机缸体。

在本公开的一个实施例中，缸膛16可以围绕缸体12的纵向轴线与V式发动机中的第二排镗孔(未示出)偏离一定角度。油盘24可以附接至曲轴箱腔室下面的缸体12。内燃机10包括附接至发动机缸体12且邻近于缸膛16并且大体上垂直在缸膛16上面的至少一个缸盖26。

至少一个缸盖26界定一个或多个进气口28。一个或多个进气口28具有设置在一个或多个进气口28的第一端中的开口以及与每个镗孔16流体连通的相对第二端。在本公开的一个实施例中，缸体12和至少一个缸盖26可以相配合来界定至少一个曲轴箱强制通风(PCV)口30，其在内部延伸于曲轴箱腔室与一个或多个进气口28之间并且互连成与曲轴箱腔室和一个或多个进气口28流体连通。

现在另外参考图2，详细地描述本公开的燃烧系统32。发动机的缸盖的一个或多个进气口包括与缸盖镗孔36流体连通的第一进气口34和设置成邻近于缸盖镗孔40并且与缸盖镗孔40流体连通的第二进气口38。一个或多个进气阀42至少部分延伸穿过第一进气口34和第二进气口38并且在封闭位置与致动位置之间往复移动，在该致动位置中，进气阀42允许流体(诸如空气或空气和流体混合物)通过第一进气口34和第二进气口38流入缸膛。

虽然图中没有示出，但是应当理解的是，燃烧系统可以使用多个进气阀42。另外，阀可以由摇臂(未示出)连接至凸轮轴以将阀从封闭位置往复地移动至致动位置。还预期进气阀可以结合阀弹簧，其在发动机操作期间将弹簧从致动位置推动至封闭位置。

图2中说明的系统的进气口装置预期使用一对进气口和对应的阀的装置。如图2中所示，第一进气口34可以配置成创建燃烧过程的第一燃烧或旋涡条件，而相配合的第二进气口38可以配置成提供第二燃烧过程的第二燃烧或回旋条件。应当理解的是，可以交换进气口34、38的位置和操作并同时仍然实现本公开的目的。

现在参考图3至5，说明用于在发动机中产生第一燃烧条件或旋涡条件的燃烧系统。第一进气口34可以包括分隔构件44，其至少部分延伸穿过第一进气口34的内周边46。在图3至5中说明的实施例中，分隔构件44延伸在第一进气口34的内周边46的相对侧之间以将内周边46分隔为第一或上流部分48和第二或下流部分50。

虽然第一流动部分48和第二流动部分50在图中示为通过大体上水平的分隔构件44延伸在第一进气口34的内周边46内创建的上流部分和下流部分，但是应当理解的是，第一流动部分48和第二流动部分50的几何形状、大小和定向可以更改为各种配置以实现本公开的目标。另外，分隔构件可以另选地结合在第二进气口38中，或另选地结合在第一进气口34和第二进气口38二者中。

在图3中所示的实施例中，气门52可调地连接至第一进气口34和第二进气口38并且相对于第一进气口34和第二进气口38设置。气门52包括支撑构件或臂56，该气门52包括可移除地固定至臂56并且设置成邻近于第一进气口34中的开口54的第一气门部分57。第二气门部分58可移除地固定至长臂56并且从长臂56延伸以设置成邻近于第二进气口38中的开口60。

在本公开的一个实施例中，第一气门部分57可以的尺寸设定成符合第一进气口34的第二流动部分50的形状以至少部分覆盖并且基本上封闭邻近于第二流动部分50的开口54以限制流体流过第一进气口34的内周边46。另外，第二气门部分58可以设置成邻近于第一气门部分57且在臂56上并且的尺寸设定成符合第二进气口38的开口60的形状以至少部分覆盖并且基本上封闭第二进气口38中的开口60以限制流体流过第二进气口38的内周边62。

第一进气口34和第二进气口38可以设置成彼此靠近使得第一气门部分57和第二气门部分58可以相对于第一进气口34和第二进气口38的开口54、60可调地定位并且设置成邻近于开口54、60。应当理解的是，第一气门部分57和第二气门部分58可移除地固定至气门52的臂56。另选地，第一气门部分57和第二气门部分58可以与气门52的臂56形成为一体。

在本公开的另一个实施例中，第一气门部分57和第二气门部分58可以单独安装并且可相对于第一进气口34和第二进气口38中的开口定位。在这种装置中，第一气门部分57和第二气门部分58可以各自可移动地连接至致动器66，或另选地，连接至共享致动器66使得控制器64个别地或共同地致动第一气门部分57和第二气门部分58以创建第一燃烧或旋涡条件或者第二燃烧或回旋条件。

气门52可以配置成在如图3中说明的至少第一位置与如图6中说明的第二位置之间是可调的。如下文将更详细地描述，气门的第一气门部分57和第二气门部分58与第一进气口34和第二进气口38的开口54、60相配合以产生本公开的燃烧过程的第一燃烧或旋涡条件或者第二燃烧或回旋条件。因而，第一气门部分57可以在封闭位置与至少一个开放位置之间移动，在该封闭位置中，第一气门部分57如图7中说明般基本上封闭第一进气口34中的开口54以限制流体流过第二进气口34的内周边46，在该开放位置中，第一气门部分57调整成远离第一进气口34中的开口54。

第二气门部分58可在远离第二进气口38中的开口60的至少一个开放位置与封闭位置之间移动，在该封闭位置中，第二气门部分58如图7中说明般基本上封闭第二进气口38中的开口60以限制流体流过第二进气口38的内周边62。控制器64与监测各种发动机条件(包括(但不限于)发动机速度(rpm)和发动机负荷)的一个或多个传感器(未示出)电通信。与控制器64电通信并且操作地连接至气门52的致动器66可以设置成调整气门52的位置并且由此相对于第一进气口34和第二进气口38中的开口54、60调整第一气门部分57和第二气门部分58。

图3至5说明本公开的燃烧系统32创建燃烧过程的第一燃烧或旋涡条件。当空气和燃料流体混合物从进气口装置34、38引入至缸膛16中进行燃烧时，可在发动机10中产生旋涡条件。随着活塞16向下行进穿过缸膛16，流体以螺旋运动围绕汽缸流入缸膛16。系统32的第一燃烧或旋涡条件可以配置成使得燃烧过程以稀燃模式创建稀分层操作混合物并同时维持发动机10中的转矩以降低节流损失。燃烧系统的使用可以减少氮氧化物来改进稀分层燃烧。

预期当控制器64检测到发动机10正以低速(rpm)和/或低负荷条件(即，以介于约700rpm与约3500rpm之间的范围中的发动机速度)操作和/或发动机中的制动器平均有效压力介于0巴与约13巴之间时可以大体上施用第一燃烧或旋涡条件。第一燃烧或旋涡条件发动机操作范围通常被视为在图9中标注为标号90的分层充气稀燃模式范围。

当系统创建第一燃烧或旋涡条件时，控制器64指示致动器66调整气门52的臂56的位置。致动器移动臂56使得第二气门部分58定位成邻近于第二进气口38中的开口60以基本上封闭开口60。致动器66对臂56的调整将第一气门部分57移动到至少一个开放位置使得流体可以流过第一流动部分48(如由箭头70表示)并且流过第二流动部分50(如由箭头72表示)、流过第一进气口34的内周边46继而进入缸膛(未示出)中。

现在参考图6至8，说明燃烧系统32创建燃烧过程的第二燃烧或回旋条件。当流体混合物从进气口装置34、38引入至缸膛中时，可在发动机中产生回旋条件。混合物流至壁，在壁中，其可向下偏向活塞使得其可以垂直于汽缸轴线滚动。第二燃烧或回旋条件可以施用在均匀充气系统中，其中空气/燃料比是理想配比且改进动力和转矩。

如图6中所示，第一进气口34和第二进气口38彼此靠近使得气门52可调地定位并且设置成邻近于第一进气口34和第二进气口38中的开口54、60。在第二燃烧或回旋条件中，控制器64指示致动器66移动臂56以及气门52的第一气门部分57和第二气门部分58。致动器66调整臂56使得气门的第一气门部分57定位成邻近于第一进气口34中的开口54以基本上封闭邻近于第一进气口34的第二流动部分50的开口54的部分。

另外现在参考图7和8，大体上由箭头74表示的流体混合物在第一气门部分57基本上封闭第二流动部分50时将流过第一进气口34的第一流动部分48。臂56的移动进一步导致将设置成邻近于第二进气口38中的开口60的第二气门部分58调整为至少一个开放位置使得流体可以流过第二进气口38(如由箭头76表示)进入缸膛(未示出)中。

预期当控制器64检测到发动机正以高速(rpm)和/或高负荷条件(即，以介于约1000rpm与约3500rpm之间(其中制动器平均有效压力介于约13巴与约20巴之间)或介于约3500rpm与约7000rpm之间(其中发动机中的制动器平均有效压力介于约0巴与约20巴之间)的范围中的发动机速度)操作时可以大体上施用第二燃烧或回旋条件。第二燃烧或回旋条件发动机操作范围通常被视为在图9中标注为标号92的均匀理想配比范围。

现在参考图10，说明并且描述一种在内燃机中燃烧的方法。在步骤或方框100处，内燃机包括附接至缸体的至少一个缸盖。至少一个缸盖界定第一进气口和第二进气口。第一进气口和第二进气口各自包括其中设置有开口的第一端、与一个或多个缸膛流体连通的相对第二端以及界定在第一端与第二端之间的内周边。

在步骤或方框102处，与控制器通信的一个或多个传感器检测发动机的一个或多个操作条件。一个或多个操作参数可以包括(但不限于)发动机操作速度、制动器平均有效压力等。在步骤或方框104处，控制器评估与由一个或多个传感器获得的一个或多个发动机操作参数相关联的信息以确定发动机的操作状态。

在步骤或方框106处，控制器指示与控制器电通信的致动器将气门移动至第一位置以至少部分覆盖并且基本上封闭第一进气口中的开口以创建第一燃烧条件。气门可以包括与第一进气口中的开口相配合的第一气门部分和与第二进气口中的开口相配合的第二气门部分，该第一气门部分从气门的臂延伸，该第二气门部分设置成邻近于第一气门部分并且从该臂延伸。

预期分隔构件可以至少部分延伸穿过第一进气口的内周边以在其中创建第一流动部分和第二流动部分。在步骤或方框108处，可以通过将第一气门部分定位成邻近于第一进气口中的开口以至少部分覆盖并且基本上封闭第一进气口中的第二流动部分并同时将第二气门部分移动远离第二进气口中的开口来创建第一燃烧条件。在本公开的一个实施例中，当控制器检测到介于约700rpm与约3500rpm之间的发动机速度和约0巴至约13巴的平均有效压力时，控制器将创建第一燃烧条件。

在步骤或方框110处，控制器指示致动器将气门移动至第二位置以至少部分覆盖并且基本上封闭第二进气口中的开口以创建第二燃烧条件。可以通过将第二气门部分定位成邻近于第二进气口中的开口以至少部分覆盖并且基本上封闭第二进气口且将第一气门部分移动远离第一进气口中的开口来创建第二燃烧过程。在本公开的一个实施例中，当控制器检测到介于约700rpm与约3500rpm之间的发动机速度和约13巴至约20巴的平均有效压力或介于约3500rpm与约7000rpm之间的发动机速度和约0巴至约20巴的平均有效压力时，控制器将创建第二燃烧条件。

详细描述和图式或图支持并且描述本公开，但是本公开的范围仅由权利要求书界定。虽然已经详细描述了用于实行所述公开的某些最佳模式和其它实施例，但是还存在用于实践所附权利要求中界定的本公开的各种另选设计和实施例。