Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр и поршень, перемещающийся в цилиндре. Впускной клапан (6) выполнен с возможностью ввода или препятствования вводу газа из впускного канала (4) двигателя в камеру (8) сгорания в цилиндре. Выпускной клапан выполнен с возможностью выпуска газа, находящегося в камере (8) сгорания в выпускной канал или задерживания этого газа. В камере (8) сгорания поверхность (8a) свода на стороне впускного канала (4) и поверхность свода на стороне выпускного канала наклонены относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси цилиндра. В двигателе создается закрученный поток за счет протекания газа в цилиндре в направлении от поверхности свода на стороне выпускного канала к верхней поверхности поршня рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра, обеспеченной в цилиндре на стороне выпускного канала, и протекания газа в направлении от верхней поверхности поршня к поверхности свода (8a) на стороне впускного канала (4) рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала. В заданной зоне, которая во впускном канале (4) расположена по потоку выше поверхности (41) контакта с клапаном (6), верхняя поверхность (42) стенки впускного канала (4) наклонена вниз от направления нормали к поверхности (8a) свода на стороне впускного канала (4) относительно этой поверхности, проходит непосредственно от верхнего по потоку края (41a) поверхности (41) контакта с клапаном (6) и, по существу, по прямой линии. Поверхность (41) контакта с клапаном (6) представляет собой поверхность, на которой тарелка (62) впускного клапана (6) примыкает к стенке отверстия впускного канала (4) в камеру сгорания (8), когда впускной клапан (6) закрыт. В заданной зоне впускной канал (4) в направлении, перпендикулярном его оси, имеет сечение уплощенной формы, в котором длинная ось проходит в поперечном направлении. Поперечное направление определено как направление, перпендикулярное осевому направлению впускного канала и параллельное радиальному направлению в цилиндре. Технический результат заключается в повышении интенсивности закручивания потока. 4 з.п. ф-лы, 23 ил.
Область техники
Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания.
Уровень техники
Уже известна технология создания вихревого потока в осевом направлении цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, то есть, так называемого "закрученного потока" в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Когда в цилиндре создается закрученный поток, это способствует смешиванию впускаемого воздуха и топлива и, как следствие, можно повысить степень сгорания в двигателе внутреннего сгорания.
Кроме того, в опубликованной заявке на японский патент № 8-74584 (JP 8-74584 А) описана такая конструкция, при которой впускной канал создан в виде прямолинейного канала, проходящего по прямой и под наклоном вниз к камере сгорания от боковой поверхности головки блока цилиндров, при этом его внутренний диаметр остается постоянным в двигателе внутреннего сгорания, в котором в цилиндре создается закрученный поток. В этой конструкции, которая описана в JP 8-74584 А, внутренняя поверхность открытого отверстия посадочного места клапана во впускном канале, которое открыто в камеру сгорания, выполнена в виде конической поверхности, внутренний диаметр которой больше, чем у впускного канала, и увеличивается в направлении камеры сгорания. Кроме того, часть конической поверхности выполнена, по существу, соответствующей верхней поверхности впускного канала.
В опубликованной заявке на японский патент № 2004-316609 (JP 2004-316609 А) описана конструкция, при которой в двигателе внутреннего сгорания, включающем впускной канал, для введения впускаемого воздуха таким образом, чтобы этот воздух смещался на одну сторону цилиндра относительно его осевой линии, чтобы создать закрученный поток в этом цилиндре, на границе между той из поверхностей стенки впускного канала, которая удалена от упомянутой одной стороны, и отверстием посадочного места клапана, проходящим непосредственно от впускного канала, обеспечена ступенька, выступающая внутрь впускного канала.
В японском патенте на полезную модель № 2532417 описана конструкция, при которой впускной канал, являющийся прямолинейным, в поперечном сечении имеет овальную или, по существу, прямоугольную форму.
Сущность изобретения
С учетом приведенного выше известного уровня техники, изобретением предлагается двигатель внутреннего сгорания, в котором в его цилиндре создают закрученный поток, и который повышает интенсивность закрученного потока.
Согласно одному аспекту изобретения, предлагается двигатель внутреннего сгорания, который включает цилиндр, поршень, впускной клапан и выпускной клапан. Поршень выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндре. Впускной клапан выполнен с возможностью ввода газа из впускного канала двигателя внутреннего сгорания в камеру сгорания, обеспеченную в цилиндре, или препятствования этому вводу. Выпускной клапан выполнен с возможностью выпуска газа, находящегося в камере сгорания, из нее в выпускной канал двигателя внутреннего сгорания или задерживания этого газа. При этом в камере сгорания поверхность свода на стороне впускного канала, на которую открыт впускной канал, и поверхность свода на стороне выпускного канала, на которую открыт выпускной канал, наклонены относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси цилиндра. Двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью создавать закрученный поток за счет протекания газа в цилиндре в направлении от поверхности свода на стороне выпускного канала к верхней поверхности поршня рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра, обеспеченной в цилиндре на стороне выпускного канала, и протекания газа в направлении от верхней поверхности поршня к поверхности свода на стороне впускного канала рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала. В заданной зоне, которая во впускном канале расположена по потоку выше поверхности контакта с клапаном, верхняя поверхность стенки впускного канала наклонена вниз от направления нормали к поверхности свода на стороне впускного канала относительно этой поверхности, проходит непосредственно от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном и, по существу, по прямой линии. Поверхность контакта с клапаном представляет собой поверхность, на которой тарелка впускного клапана примыкает к стенке отверстия впускного канала в камеру сгорания, когда впускной клапан закрыт. Кроме того, в упомянутой заданной зоне впускной канал в плоскости, перпендикулярной его оси, имеет сечение уплощенной формы, в котором длинная ось проходит в поперечном направлении, причем поперечное направление определено как направление, перпендикулярное оси впускного канала и параллельное радиальному направлению в цилиндре. Необходимо отметить, что в этой спецификации направление к головке блока цилиндров от блока цилиндров определено как направление "вверх", и направление к блоку цилиндров от головки блока цилиндров определено как направление "вниз". Кроме того, в этой спецификации направление, перпендикулярное оси впускного канала и параллельное радиальному направлению в цилиндре, определено как "поперечное направление". Кроме того, в приведенном далее описании часть, которая включает самую верхнюю область поверхности стенки впускного канала, находящуюся непосредственно над осью впускного канала, и которая расположена на верхней стороне поверхности стенки впускного канала, называется "верхней поверхностью стенки". Помимо этого, часть, которая включает самую нижнюю область поверхности стенки впускного канала, находящуюся непосредственно под осью впускного канала, и которая расположена на нижней стороне поверхности стенки впускного канала, называется "нижней поверхностью стенки". В дополнение к этому, в верхней поверхности стенки впускного канала часть, которая проходит, по существу, по прямой линии, как указано выше, называется "прямолинейной частью".
Когда верхняя поверхность стенки впускного канала имеет прямолинейную часть, как указано выше, поток впускаемого воздуха направляется этой прямолинейной частью. Таким образом, больше вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр из впускного канала, будет протекать на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра. В двигателе внутреннего сгорания, соответствующем изобретению, который описан выше, прямолинейная часть верхней поверхности стенки впускного канала проходит непосредственно от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном, которая обеспечена в отверстии впускного канала. Другими словами, прямолинейная часть верхней поверхности стенки впускного канала проходит до положения, максимально близкого к отверстию впускного канала. В результате при помощи прямолинейной части верхней поверхности стенки можно дополнительно усилить эффект направления впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр из впускного канала. Соответственно, больше вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр из впускного канала, будет протекать на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра. Таким образом, дополнительно увеличивается скорость потока впускаемого воздуха, проходящего в направлении вдоль поверхности свода на стороне выпускного канала в верхней части цилиндра. В то же время, в упомянутой заданной зоне впускной канал в плоскости, перпендикулярной его оси, имеет сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. Необходимо отметить, что здесь "сечение в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала" представляет собой сечение, возникающее в плоскости, в которой находятся положения на верхней поверхности стенки и нижней поверхности стенки, расположенные друг против друга, если смотреть в направлении, перпендикулярном оси впускного канала. Другими словами, так как впускной канал выходит на поверхность свода на стороне впускного канала и при этом имеет наклон вниз от направления нормали к этой поверхности, то "сечение в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала" не включает сечение в части рядом с отверстием впускного канала, в которой отсутствует нижняя поверхность стенки, расположенная напротив верхней поверхности стенки, если смотреть в направлении, перпендикулярном оси впускного канала.
Как описано выше, в заданной зоне впускной канал имеет сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. Соответственно, больше вероятность того, что впускаемый воздух будет протекать в цилиндр из крайней в поперечном направлении области отверстия впускного канала. Кроме того, больше вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр из этой крайней области, будет протекать на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра. Соответственно, становится более широкой зона в поперечном направлении цилиндра, где повышается вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр из впускного канала, будет протекать на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра. Таким образом, в этой более широкой зоне в поперечном направлении цилиндра дополнительно увеличивается скорость потока впускаемого воздуха, протекающего в направлении вдоль поверхности свода на стороне выпускного канала в верхней части цилиндра.
Как описано выше, согласно изобретению, можно дополнительно увеличить скорость потока впускаемого воздуха, проходящего в направлении вдоль поверхности свода на стороне выпускного порта в верхней части цилиндра. Таким образом, можно повысить интенсивность закрученного потока, создаваемого в цилиндре.
Кроме того, в этом двигателе внутреннего сгорания нижняя поверхность стенки, которая расположена напротив верхней поверхности стенки, проходящей, по существу, по прямой линии в заданной зоне впускного канала, может быть снабжена переходной областью. В этой переходной области расстояние между нижней поверхностью стенки и верхней поверхностью стенки на стороне ниже по потоку газа задано меньше расстояния между нижней поверхностью стенки и верхней поверхностью стенки на стороне выше по потоку газа таким образом, что при сохранении длины длинной оси сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала, отношение длины короткой оси к длине длинной оси в сечении на упомянутой стороне ниже по потоку газа меньше отношения длины короткой оси к длине длинной оси в сечении на упомянутой стороне выше по потоку газа.
В двигателе внутреннего сгорания, который описан выше, впускаемый воздух, который протекает рядом с нижней поверхностью стенки во впускном канале, направляется при помощи переходной области, расположенной рядом с отверстием впускного канала. Таким образом, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала, больше вероятность того, что впускаемый воздух будет протекать на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра. Кроме того, в части, снабженной переходной областью, площадь сечения впускного канала в плоскости, перпендикулярной его оси (далее эта площадь сечения может называться просто "площадью сечения впускного канала"), постепенно уменьшается в направлении вниз по потоку газа. В результате скорость потока впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр из впускного канала, увеличивается. Таким образом, при указанной выше конструкции можно дополнительно повысить интенсивность закрученного потока, создаваемого в цилиндре.
При этом, в случае, если в нижней поверхности стенки впускного канала обеспечена переходная область, которая описана выше, то в части, снабженной переходной областью, площадь сечения впускного канала уменьшается. Таким образом, если сравнивать со случаем, когда переходная область не обеспечена, можно уменьшить расход впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр. С учетом сказанного выше, при конструкции, где в нижней поверхности стенки впускного канала обеспечена переходная область, которая описана выше, верхняя по потоку сторона нижней поверхности стенки может находиться ниже виртуальной нижней поверхности стенки. Здесь верхняя по потоку сторона нижней поверхности стенки представляет собой часть нижней поверхности стенки впускного канала и проходит вверх по потоку непосредственно от переходной области. Виртуальная нижняя поверхность стенки представляет собой нижнюю поверхность стенки в случае, если предположить, что эта нижняя поверхность стенки проходит, по существу, по прямой линии от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном и, по существу, параллельно верхней поверхности стенки.
В двигателе внутреннего сгорания, который описан выше, если сравнивать со случаем, когда верхняя по потоку сторона нижней поверхности стенки во впускном канале находится в том же положении, что и виртуальная нижняя поверхность стенки, или находится выше этой поверхности, можно дополнительно увеличить площадь сечения впускного канала в части, снабженной переходной областью. Таким образом, даже в случае, если в нижней поверхности стенки впускного канала создана переходная область, можно легко обеспечить достаточный расход впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр.
Кроме того, в этом двигателе внутреннего сгорания заданная зона во впускном канале может представлять собой зону, которая проходит от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном до положения, где установлена направляющая штока впускного клапана. В таком двигателе внутреннего сгорания впускаемый воздух, который протекает в цилиндр из впускного канала, направляется на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра при помощи верхней поверхности стенки, которая проходит от края поверхности контакта с клапаном до положения, где установлена направляющая штока впускного клапана.
Помимо этого, в этом двигателе внутреннего сгорания первый угол наклона верхней поверхности стенки относительно поверхности свода на стороне впускного канала и второй угол наклона поверхности контакта с клапаном относительно поверхности свода на стороне впускного канала могут быть, по существу, равны. Верхняя поверхность стенки проходит непосредственно от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном и, по существу, по прямой линии в упомянутой заданной зоне впускного канала. В таком двигателе внутреннего сгорания впускаемый воздух во впускном канале, который прошел вдоль прямолинейной части верхней поверхности стенки этого канала, направляется в том же направлении при помощи поверхности контакта с клапаном непосредственно перед протеканием в цилиндр, то есть, даже при прохождении по этой поверхности контакта с клапаном. В двигателе внутреннего сгорания, который описан выше, больше вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр из впускного канала, будет плавно протекать на сторону выпускного канала в верхней части цилиндра.
В двигателе внутреннего сгорания, который предлагается изобретением, если в цилиндре этого двигателя создается закрученный поток, интенсивность этого потока повышается. Это дополнительно способствует смешиванию впускаемого воздуха и топлива, используемых в двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, можно повысить степень сгорания в двигателе внутреннего сгорания.
Краткое описание чертежей
Далее будут описаны отличительные признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примерных вариантов реализации настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичными ссылочными номерами обозначены аналогичные элементы, и на которых:
на Фиг.1 схематично показана конструкция двигателя внутреннего сгорания, соответствующего первому и второму вариантам реализации настоящего изобретения;
на Фиг.2 приведен вид сбоку впускного канала, соответствующего первому варианту;
на Фиг.3А и Фиг. 3В показано отверстие впускного канала, соответствующего первому варианту, которое открыто в камеру сгорания;
на Фиг.4 в увеличенном масштабе показана область рядом с отверстием впускного канала, соответствующего первому варианту;
Фиг.5 представляет собой первый вид, на котором показаны форма сечения в области поверхности контакта с клапаном во впускном канале и форма сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала, соответствующего первому варианту;
на Фиг.6 приведен модифицированный пример формы сечения в области поверхности контакта с клапаном во впускном канале и формы сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала, соответствующего первому варианту;
на Фиг.7 в увеличенном масштабе показана область рядом с отверстием обычного (соответствующего известному уровню техники) впускного канала;
на Фиг.8 в вертикальном разрезе показаны впускной канал и верхняя часть цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный (соответствующий известному уровню техники) впускной канал, показанный на Фиг.7;
на Фиг.9 в вертикальном разрезе показаны впускной канал и верхняя часть цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту;
на Фиг.10 показан поток впускаемого воздуха, протекающего в цилиндр из впускного канала, соответствующего первому варианту, если смотреть сверху этого канала;
на Фиг.11А, Фиг.11В, Фиг.11С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный (соответствующий известному уровню техники) впускной канал, показанный на Фиг.7, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала;
на Фиг.12А, Фиг.12В, Фиг.12С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала;
на Фиг.13 приведен график скорости потока впускаемого воздуха в положении, указанном точкой С в нижней части каждой из Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С;
на Фиг.14 приведен один пример первого угла наклона прямолинейной части верхней поверхности стенки впускного канала, соответствующего первому варианту, относительно поверхности свода на стороне впускного канала и один пример второго угла наклона поверхности контакта с клапаном относительно поверхности свода на стороне впускного канала;
на Фиг.15 приведен схематичный первый вид, иллюстрирующий конструкцию впускного канала, соответствующего второму варианту;
на Фиг.16 приведен схематичный второй вид, иллюстрирующий конструкцию впускного канала, соответствующего второму варианту;
на Фиг.17 показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала; и
на Фиг.18 показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем второму варианту, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала.
Подробное описание вариантов реализации изобретения
Далее конкретные варианты реализации настоящего изобретения будут описаны на основе чертежей. Предполагается, что размеры, материалы, формы, относительные положения и т.п. компонентов, описанных в этих вариантах, не ограничивают технический объем изобретения, если не указано иное.
Далее будет описан двигатель внутреннего сгорания, соответствующий первому варианту реализации настоящего изобретения. На Фиг.1 схематично показана конструкция двигателя внутреннего сгорания, соответствующего этому первому варианту. Двигатель 1 внутреннего сгорания представляет собой бензиновый двигатель (двигатель внутреннего сгорания, по типу относящийся к двигателю с искровым воспламенением), который имеет четыре цилиндра 2 и используется для приведения в движение транспортного средства. Однако изобретение не ограничивается бензиновым двигателем и может также быть применено к другим типам двигателей. Необходимо отметить, что на Фиг.1 по соображениям удобства показан только один цилиндр.
В цилиндре 2 с возможностью скольжения установлен поршень 3. Поршень 3 перемещается внутри цилиндра 2 возвратно-поступательно. Впускной канал 4 и выпускной канал 5, которые обеспечены в головке блока цилиндров, соединены с камерой 8 сгорания в цилиндре 2. Необходимо отметить, что с каждым цилиндром 2 соединено два впускных канала 4 и два выпускных канала 5, однако по соображениям удобства на Фиг.1 показаны только один впускной канал 4 и только один выпускной канал 5. Камера 8 сгорания представляет собой шатровую камеру сгорания, в которой поверхность 8а свода на стороне впускного канала 4, на которой открыт этот канал, и поверхность 8b свода на стороне выпускного канала 5, на которой открыт этот канал, наклонены относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси цилиндра 2.
Отверстие впускного канала 4 в камеру 8 сгорания открывается или закрывается впускным клапаном 6. При таком открывании и закрывании впускной клапан 6 вводит газ из впускного канала 4 двигателя 1 внутреннего сгорания в камеру 8 сгорания, созданную в цилиндре 2, или препятствует вводу газа. Отверстие выпускного канала 5 в камеру 8 сгорания открывается или закрывается выпускным клапаном 7. При таком открывании и закрывании выпускной клапан 7 выпускает газ, находящийся в камере 8 сгорания, из этой камеры в выпускной канал 5 двигателя 1 внутреннего сгорания, или задерживает газ. Кроме того, цилиндр 2 снабжен клапаном 11 впрыска топлива для непосредственного впрыска топлива в камеру 8 сгорания и свечой 12 зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси, созданной в камере 8 сгорания.
Стрелкой на Фиг.1 указан поток газа (впускаемого воздуха) в цилиндре 2. Как указано этой стрелкой, в первом варианте в цилиндре 2 создается вихревой поток, который закручивается в осевом направлении этого цилиндра, то есть, создается закрученный поток. В закрученном потоке газ протекает в направлении к верхней поверхности поршня 3 от поверхности 8b свода на стороне выпускного канала рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра на стороне выпускного канала и затем к поверхности 8а свода на стороне впускного канала от верхней поверхности поршня 3 рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала. Создание такого закрученного потока способствует смешиванию топлива и воздуха, и, как следствие, повышается степень сгорания в двигателе 1 внутреннего сгорания.
Необходимо отметить, что в приведенном далее описании направление к головке блока цилиндров от блока цилиндров определено как направление "вверх", в то время как направление к блоку цилиндров от головки блока цилиндров определено как направление "вниз". Кроме того, направление, перпендикулярное оси впускного канала 4 и параллельное радиальному направлению в цилиндре 2 (то есть, направление, относительно которого выровнены отверстия двух впускных каналов 4 на поверхности 8а свода на стороне впускных каналов в камере 8 сгорания), определено как "поперечное направление".
Далее будет описана конструкция впускного канала двигателя внутреннего сгорания, соответствующего этому первому варианту, на основе Фиг.2 - Фиг.6. На Фиг.2 приведен вид сбоку впускного канала 4. На Фиг.3А, 3В показано отверстие впускного канала 4 в камеру 8 сгорания (далее называемое просто "отверстием впускного канала 4"). На Фиг.3А приведен вид снизу отверстия впускного канала 4, если смотреть в направлении, перпендикулярном поверхности 8а свода на стороне впускного канала (в направлении, в котором на Фиг.2 проходит штрихпунктирная линия L1 с одной точкой). На Фиг.3В приведен вид снизу отверстия впускного канала 4, если смотреть в направлении по оси этого канала (в направлении, в котором на Фиг.2 проходит штрихпунктирная линия L2 с двумя точками). На Фиг.4 в увеличенном масштабе показана область рядом с отверстием впускного канала 4. На Фиг.5 и 6 показаны форма сечения в области поверхности 41 контакта с клапаном во впускном канале 4 и форма сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4. На Фиг.5 и 6 заштрихованной областью S1 указана форма сечения в области поверхности 41 контакта с клапаном во впускном канале 4, и каждой из заштрихованных областей S2, S3 указана форма сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4.
Как показано на Фиг.2, впускной канал, соответствующий этому первому варианту, представляет собой так называемый "прямолинейный канал", который наклонен вниз от направления нормали к поверхности 8а свода на стороне впускного канала относительно этой поверхности 8а и при этом проходит, по существу, по прямой линии. Кроме того, как показано на Фиг.3А, форма отверстия впускного канала 4 на поверхности 8а свода на стороне впускного канала является, по существу, круглой. Соответственно, если смотреть на отверстие впускного канала 4 в направлении по оси этого канала, как показано на Фиг.3В, его форма является овальной, при этом ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью.
Рядом с отверстием впускного канала 4 установлена направляющая 13 штока, в которую вставлен шток 61 впускного клапана 6. Кроме того, отверстие впускного канала 4 снабжено поверхностью 41 контакта с клапаном, к которой примыкает тарелка 62 впускного клапана 6, когда этот клапана закрыт (на Фиг.3А, 3В и Фиг.4 поверхность контакта с клапаном указывают заштрихованные области). Необходимо отметить, что поверхность 41 контакта с клапаном представляет собой поверхность, которая определена как включающая поверхность, к которой в реальности примыкает тарелка 62 впускного клапана 6, когда этот клапан закрыт, и имеет кольцевую форму в отверстии впускного канала 4. На Фиг.4 верхний по потоку край поверхности 41 контакта с клапаном обозначен ссылочным номером 41а.
При этом поверхность, которая включает самую верхнюю область поверхности стенки впускного канала 4, находящуюся непосредственно над осью впускного канала 4, и которая расположена на верхней стороне этой поверхности стенки впускного канала 4, задана как "верхняя поверхность 42 стенки". Кроме того, поверхность, которая включает самую нижнюю область поверхности стенки впускного канала 4, находящуюся непосредственно под осью впускного канала 4, и которая расположена на нижней стороне этой поверхности стенки впускного канала 4, задана как "нижняя поверхность 43 стенки". В этом первом варианте, как показано на Фиг.4, верхняя поверхность 41 стенки впускного канала 4 проходит непосредственно от верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном и наклонена вниз от направления нормали к поверхности 8а свода на стороне впускного канала относительно этой поверхности 8а и при этом проходит, по существу, по прямой линии. В то же время, нижняя поверхность 43 стенки впускного канала 4 выполнена поднимающейся от верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном к заданному положению РХ и наклонена в противоположную от выпускного канала сторону относительно поверхности 8а свода на стороне впускного канала и при этом проходит, по существу, по прямой линии от заданного положения РХ, аналогично верхней поверхности 42 стенки.
Кроме того, в этом первом варианте, как показано на Фиг.5, впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси (если говорить подробнее, с верхней по потоку стороны от той части, в которой нижняя поверхность 43 стенки поднимается) имеет сечение овальной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью.
Необходимо отметить, что в этом первом варианте впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, может не всегда иметь сечение овальной формы, и может иметь сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. Например, как показано заштрихованной областью S3 на Фиг.6, впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, может иметь сечение, по существу, прямоугольной формы (формы, при которой углы прямоугольника скруглены), в котором сторона, проходящая в поперечном направлении, является длинной стороной. Однако, также и в этом случае, отверстие впускного канала 4 имеет, по существу, круглую форму на поверхности 8а свода на стороне впускного канала. Тогда, как показано на Фиг.3В, отверстие впускного канала 4, если смотреть в направлении по оси этого канала, имеет овальную форму. Соответственно, в случае, если впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, имеет сечение, по существу, прямоугольной формы, как показано на Фиг.6, он выполнен таким образом, что до достижения отверстия его форма, если смотреть в направлении по его оси, постепенно изменяется с, по существу, прямоугольной на овальную при приближении к поверхности 41 контакта с клапаном.
Далее будет описана разница между конструкцией впускного канала, соответствующего этому первому варианту, и конструкцией обычного впускного канала. На Фиг.7 в увеличенном масштабе показана область рядом с отверстием в обычном впускном канале. Обычно в отверстие впускного канала 24 в камеру 28 сгорания устанавливается кольцевое посадочное место 29, состоящее из элемента с более высокой стойкостью к истиранию, чем элемент, образующий головку блока цилиндров. В результате на внутренней периферийной поверхности посадочного места 29 клапана возникает поверхность 241 контакта с клапаном, к которой примыкает тарелка 262 впускного клапана 26, когда этот клапан закрыт.
В случае, если создано такое посадочное место 29 клапана, в области отверстия впускного канала 24 необходимо обеспечить такую толщину, которая требуется для прессовой посадки посадочного места 29 клапана с высотой h от поверхности 28а свода на стороне впускного канала. Соответственно, даже в случае, если впускной канал 24 выполнен как прямолинейный канал, и, таким образом, верхняя поверхность 242 его стенки выполнена, по существу, прямолинейной, эта поверхность проходит, по существу, по прямой линии от положения, находящегося от отверстия впускного канала 24 на расстоянии, больше или равном высоте посадочного места 29 клапана, то есть, положения, в котором верхняя поверхность 242 стенки поднимается после верхнего по потоку края 241а поверхности 241 контакта с клапаном. Другими словами, имеется ступенька между прямолинейной частью верхней поверхности 242 стенки и поверхностью 241 контакта с клапаном.
В то же время, во впускном канале 4, соответствующем этому первому варианту, посадочное место клапана в отверстии не установлено. Вместо этого, применяется так называемое "посадочное место, полученное лазерной наплавкой", при которой порошок сплава при помощи сварки лазерным лучом наплавляют на ту часть головки блока цилиндров, где создают отверстие впускного канала 4. Так как применяется такое посадочное место, полученное лазерной наплавкой, то, в отличие от обычного впускного канала, нет необходимости обеспечивать толщину для прессовой посадки посадочного места клапана, начиная от поверхности свода на стороне впускного канала. Соответственно, повышается свобода в выборе конфигурации отверстия впускного канала 4. В результате впускной канал 4, соответствующий этому первому варианту, может иметь такую конструкцию, при которой верхняя поверхность 42 стенки проходит непосредственно от верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном и, по существу, по прямой линии, как описано выше. Однако в этом изобретении способ получения конкретной конструкции впускного канала не ограничивается созданием посадочного места при помощи лазерной наплавки.
Далее будет описан эффект от использования конструкции впускного канала, соответствующей этому первому варианту. На Фиг.8 в вертикальном разрезе показаны впускной канал и верхняя часть цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной канал, показанный на Фиг.7. На Фиг.9 в вертикальном разрезе показаны впускной канал и верхняя часть цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту. На Фиг.8 и 9, соответственно, показаны состояния, когда впускные клапаны 26, 6 открыты (на каждой из Фиг.8 и 9 приведен разрез в месте, которое удалено в направлении наружу цилиндра от плоскости, в которой проходит ось впускного клапана. Таким образом, показана только тарелка каждого из впускных клапанов 6, 26, и его шток не показан). Кроме того, на каждой из Фиг.8 и 9 контурная стрелка указывает поток впускаемого воздуха, который протекает в каждую из камер 8, 28 сгорания из каждого из впускных каналов 4, 24.
Как описано выше, в отверстии обычного впускного канала 24 установлено посадочное место 29 клапана. Соответственно, впускаемый воздух, который прошел вдоль прямолинейной части верхней поверхности 242 стенки впускного канала 4, непосредственно перед протеканием в цилиндр направляется внутренней периферийной поверхностью посадочного места 29 клапана. В данном случае второй угол наклона внутренней периферийной поверхности посадочного места 29 клапана относительно поверхности свода на стороне впускного канала больше первого угла наклона прямолинейной части верхней поверхности 242 стенки впускного канала 24 относительно поверхности свода на стороне впускного канала. В результате, как показано на Фиг.8, поток впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр из впускного канала 24, течет вниз от направления вдоль прямолинейной части верхней поверхности 242 стенки впускного канала 24. В частности, если сравнивать с положением рядом с осью впускного клапана, впускаемый воздух направляется сильнее вниз внутренней периферийной поверхностью посадочного места 29 клапана в положении, которое удалено в направлении наружу от оси впускного клапана.
В то же время, как показано на Фиг.9, во впускном канале 4, соответствующем этому первому варианту, прямолинейная часть верхней поверхности 42 стенки проходит до края поверхности 41 контакта с клапаном. Другими словами, прямолинейная часть в верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4 проходит до положения, максимально близкого к отверстию. Соответственно, как показано на Фиг.9, впускаемый воздух, который прошел вдоль прямолинейной части верхней поверхности 42 стенки во впускном канале 4, протекает в цилиндр 2, по существу, сохраняя имеющееся направление потока. Таким образом, как можно понять из сравнения с Фиг.8, больше вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр 2 из впускного канала 4, будет протекать в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала. Кроме того, в положении, которое удалено в направлении наружу цилиндра от оси впускного клапана, впускаемый воздух направляется прямолинейной частью верхней поверхности 42 стенки, по существу, в том же направлении, что и в положении рядом с осью впускного клапана. В результате дополнительно увеличивается скорость потока впускаемого воздуха, протекающего в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала в верхней части цилиндра 2.
На Фиг.10 показан поток впускаемого воздуха, протекающего в цилиндр из каждого впускного канала, соответствующего этому первому варианту, если смотреть сверху этих каналов. На Фиг.10 показано состояние, когда каждый из впускных клапанов 6 открыт. Кроме того, на Фиг.10 каждая заштрихованная область указывает форму сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4, и каждая стрелка указывает поток впускаемого воздуха.
Как описано выше, в этом первом варианте впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, имеет сечение уплощенной формы (на Фиг.10 - овальной формы), в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. При этой конструкции, как показано на Фиг.10, также больше вероятность того, что впускаемый воздух будет протекать в цилиндр 2 с боковых сторон отверстия впускного канала 4. Соответственно, больше вероятность того, что впускаемый воздух будет протекать из впускного канала 4 в часть цилиндра 2 рядом с центром, если смотреть в поперечном направлении, и в его области рядом с поверхностью стенки его отверстия на боковых сторонах. Таким образом, становится более широкой зона в поперечном направлении цилиндра 2, где повышается вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр 2 из впускного канала 4, будет протекать в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала. В результате в этой более широкой зоне в поперечном направлении цилиндра 2 дополнительно увеличивается скорость потока впускаемого воздуха, протекающего в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала в верхней части цилиндра 2.
Как описано выше, при конструкции впускного канала, соответствующей этому первому варианту, можно дополнительно увеличить скорость потока впускаемого воздуха, протекающего в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала в верхней части цилиндра 2. Таким образом, можно повысить интенсивность закрученного потока, который создается в цилиндре 2.
На Фиг.11А, 11В, 11С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной канал, показанный на Фиг.7, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала. На Фиг.12А, 12В, 12С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала. Необходимо отметить, что на Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха для одного и того же режима работы двигателя 1 внутреннего сгорания. На Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в вертикальных сечениях впускного канала и цилиндра в разных положениях в поперечном направлении. Кроме того, на каждой из Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С положения в вертикальном сечении впускного канала и цилиндра показаны в верхней части чертежа, а распределения скоростей потока впускаемого воздуха в вертикальном сечении, показанном в верхней части чертежа, показаны в нижней части чертежа. Если говорить подробнее, в каждой из нижних частей Фиг.11А и Фиг.12А показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в сечении Х-Х, показанном в верхней части чертежа (сечение плоскостью, в которой лежит ось впускного клапана, далее называемое "сечением по центру клапана"). В каждой из нижних частей Фиг.11В и Фиг.12В показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в сечении Y-Y, показанном в верхней части чертежа (сечение плоскостью, которая расположена ближе к центру цилиндра относительно сечения по центру клапана, далее называемое "сечением на стороне центра отверстия цилиндра"). В каждой из нижних частей Фиг.11С и Фиг.12С показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в сечении Z-Z, показанном в верхней части чертежа (сечение плоскостью, которая расположена ближе к внешней стороне цилиндра относительно сечения по центру клапана, далее называемое "сечением на стороне поверхности стенки отверстия цилиндра"). В нижней части каждой из Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С распределения скоростей потока впускаемого воздуха представлены штриховками 1-5, и скорость потока впускаемого воздуха уменьшается в порядке следования от штриховки 1 к штриховке 5 (то есть, скорость потока является наибольшей в положении, указанном штриховкой 1, и скорость потока является наименьшей в положении, указанном штриховкой 5).
Кроме того, на Фиг.13 приведен график скорости потока впускаемого воздуха в положении, указанном точкой С в нижней части каждой из Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С. Точка С указывает положение в цилиндре, в котором направление потока впускаемого воздуха изменилось с направления вдоль поверхности свода на стороне выпускного канала на направление вдоль поверхности стенки отверстия цилиндра на стороне выпускного канала (направление от поверхности свода на стороне выпускного канала к верхней поверхности поршня). Предполагается, что интенсивность закрученного потока повышается по мере увеличения скорости потока впускаемого воздуха в положении, указанном этой точкой С. На Фиг.13 на горизонтальной оси указаны положения измерения скорости потока впускаемого воздуха в поперечном направлении цилиндра, и (а), (b) и (с) на горизонтальной оси соответствуют Фиг.11А, 11В, 11С и Фиг.12А, 12В, 12С. На вертикальной оси на Фиг.13 указана скорость потока впускаемого воздуха. Помимо этого, на Фиг.13 каждый из белых кругов указывает скорость потока впускаемого воздуха в положении, указанном точкой С в нижней части каждой из Фиг. 11А, 11В, 11С, то есть, скорость потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, в котором применятся обычный впускной канал. Каждый из черных кругов указывает скорость потока впускаемого воздуха в положении, указанном точкой С в нижней части каждой из Фиг. 12А, 12В, 12С, то есть, скорость потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту.
Если сравнивать Фиг.11А, 11В соответственно с Фиг.12А, 12В, понятно, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, площади штриховок, используемых для указания относительно высоких скоростей потока рядом с поверхностью свода на стороне выпускного канала, больше площадей в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной канал. Это указывает на то, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, скорость потока впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр из впускного канала и направляется вдоль поверхности свода на стороне выпускного канала, в области сечения по центру клапана и в области сечения на стороне центра отверстия цилиндра выше, чем в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной клапан. Кроме того, если сравнивать Фиг.11С с Фиг.12С, понятно, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, штриховки, используемые для указания относительно высоких скоростей потока, в верхней части цилиндра расположены еще ближе к поверхности свода на стороне выпускного канала, чем в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной клапан. Это указывает на то, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, поток впускаемого воздуха в области сечения на стороне поверхности стенки отверстия цилиндра протекает ближе к поверхности свода на стороне выпускного канала, чем в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной клапан. Другими словами, в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, скорость потока впускаемого воздуха, протекающего в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала в верхней части цилиндра, выше в каждом из следующих сечений: сечении по центру клапана, сечении на стороне центра отверстия цилиндра и сечении на стороне поверхности стенки отверстия цилиндра, чем эта скорость в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной клапан.
В результате, как показано на Фиг.13, в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому первому варианту, скорость потока впускаемого воздуха в точке С в цилиндре также выше в каждом из следующих сечений: сечении по центру клапана, сечении на стороне центра отверстия цилиндра и сечении на стороне поверхности стенки отверстия цилиндра, чем эта скорость в двигателе внутреннего сгорания, в котором применяется обычный впускной клапан. Другими словами, при конструкции впускного канала, соответствующей этому первому варианту, поток впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр из впускного канала, вносит большой вклад в создание закрученного потока в цилиндре. Таким образом, можно повысить интенсивность закрученного потока, создаваемого в цилиндре.
Необходимо отметить, что, как описано выше, интенсивность закрученного потока повышается в этом первом варианте за счет направления впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр 2 из впускного канала 4 в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала, при помощи верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4. Соответственно, в этом первом варианте верхняя поверхность 42 стенки не всегда должна проходить, по существу, по прямой линии во всей зоне, которая расположена по потоку выше упомянутого верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном во впускном канале 4, и впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, не всегда должен иметь сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. Другими словами, необходимо, чтобы верхняя поверхность 42 стенки проходила, по существу, по прямой линии от верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном, и чтобы впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, имел сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью, только в заданной зоне, где впускаемый воздух, который протекает в цилиндр 2, может быть направлен вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала при помощи верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4, как описано выше. В качестве примера такой заданной зоны можно привести зону во впускном канале 4 от верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном до положения, где установлена направляющая 13 штока (зона, указанная ссылочным символом α на Фиг.4). Однако верхняя поверхность 42 стенки может проходить, по существу, по прямой линии и с верхней по потоку стороны от зоны α, и выпускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, может иметь сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью.
Кроме того, в этом первом варианте, как показано на Фиг.14, первый угол А1 наклона прямолинейной части в верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4 относительно поверхности 8а свода на стороне впускного канала может быть, по существу, равным второму углу А2 наклона поверхности 41 контакта с клапаном относительно этой поверхности 8а. В случае, если второй угол А2 наклона поверхности 41 контакта с клапаном отличается от первого угла А1 наклона прямолинейной части в верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4, на направление потока впускаемого воздуха во впускном канале 4, который прошел вдоль упомянутой прямолинейной части, непосредственно перед тем, как впускаемый воздух протекает в цилиндр 2, влияет поверхность 41 контакта с клапаном. С другой стороны, в случае, если углы наклона (первый угол наклона и второй угол наклона) являются, по существу, равными, впускаемый воздух во впускном канале 4, который прошел вдоль прямолинейной части верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4, направляется в том же направлении поверхностью 41 контакта с клапаном также непосредственно перед протеканием в цилиндр 2. Соответственно, больше вероятность того, что впускаемый воздух, который прошел в цилиндр 2 из впускного канала 4, будет плавно протекать в направлении вдоль поверхности 8b свода на сторону выпускного канала.
Далее будет описан второй вариант реализации настоящего изобретения. На Фиг.15 приведен схематичный вид, иллюстрирующий конструкцию впускного канала в двигателе внутреннего сгорания, соответствующего этому второму варианту. Хотя впускной канал, соответствующий этому второму варианту, является прямолинейным каналом, как и в первом варианте, форма нижней поверхности его стенки отличается от формы в первом варианте. Необходимо отметить, что на Фиг.15 стрелки указывают поток впускаемого воздуха. Кроме того, на Фиг.15 заштрихованной областью S1 указана форма сечения в области поверхности 41 контакта с клапаном во впускном канале 4, и заштрихованной областью S2 указана форма сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4.
Кроме того, в этом втором варианте отверстие впускного канала 4 имеет ту же форму, что и отверстие в первом варианте, показанном на Фиг.3А, 3В, и в этом отверстии создана поверхность 41 контакта с клапаном. Кроме того, аналогично первому варианту, верхняя поверхность 42 стенки впускного канала 4 проходит непосредственно от верхнего по потоку края поверхности 41 контакта с клапаном и наклонена вниз от направления нормали к поверхности 8а свода на стороне впускного канала и при этом проходит, по существу, по прямой линии. Помимо этого, впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси (если говорить подробнее, с верхней по потоку стороны от части, в которой нижняя поверхность 43 стенки поднимается) имеет сечение овальной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. Благодаря такой конструкции впускного канала, соответствующего этому второму варианту, можно получить те же самые эффекты, что и в первом варианте.
В этом втором варианте на нижней поверхности 44 стенки рядом с направляющей 13 штока во впускном канале 4 создана переходная область 441. В части, снабженной этой переходной областью 441, овальная форма сечения впускного канала 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, изменяется таким образом, что, при сохранении длины Rw его длинной оси, отношение длины Rs короткой оси (расстояния между верхней поверхностью 42 стенки и нижней поверхностью 44 стенки в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4) к длине Rw длинной оси постепенно уменьшается в направлении вниз по потоку газа (Rs2 > Rs1). В то же время, верхняя поверхность 42 стенки, которая расположена напротив переходной области 441, остается по существу, прямолинейной. Другим словами, в переходной области 441 нижняя поверхность 44 стенки выполнена приближающейся к верхней поверхности 42 стенки, если смотреть в направлении протекания потока газа.
Необходимо отметить, что в этом втором варианте также впускной канал 4 в направлении по его оси не всегда должен иметь сечение овальной формы, необходимо только, чтобы оно было уплощенной формы, и при этом ось, проходящая в поперечном направлении, была длинной осью, как и в первом варианте. Например, как показано на Фиг.16, в некоторой части впускной канал 4 может иметь сечение, по существу, прямоугольной формы, в котором сторона, проходящая в поперечном направлении, является длинной стороной. Необходимо отметить, что на Фиг.16 заштрихованной областью S1 указана форма сечения в области поверхности 41 контакта с клапаном во впускном канале 4, и заштрихованной областью S3 указана форма сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4. В этом случае в части, снабженной переходной областью 441, по существу, прямоугольная форма сечения впускного канала 4 изменяется таким образом, что, при сохранении длины Lw его длинной стороны (длинной оси), отношение длины Ls короткой стороны (короткой оси) к длине Lw длинной стороны постепенно уменьшается в направлении вниз по потоку газа (Ls2 > Ls1).
Кроме того, в этом втором варианте, как показано на Фиг.15, положение Рх, с подъемом от верхнего по потоку края поверхности 41 контакта с клапаном, на нижней поверхности 44 стенки впускного канала 4 соответствует нижнему по потоку краю переходной области 441. Другими словами, расстояние между верхней поверхностью 42 стенки и нижней поверхностью 44 стенки в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала 4, является наименьшим на этом нижнем по потоку крае переходной области 441. Кроме того, по аналогии с верхней поверхностью 42 стенки, расположенная выше по потоку сторона 442 нижней поверхности стенки, то есть, нижняя поверхность стенки, проходящая непосредственно от переходной области 441 и вверх по потоку, наклонена вниз от направления нормали к поверхности 8а свода на стороне впускного канала и при этом проходит, по существу, по прямой линии. Тогда, если поверхность, возникающую в случае, если предположить, что нижняя поверхность 44 стенки проходит, по существу, по прямой линии от верхнего по потоку края поверхности 41 контакта с клапаном и, по существу, параллельно верхней поверхности 42 стенки, обозначить как виртуальную нижнюю поверхность Lv стенки, эта расположенная выше по потоку сторона 442 нижней поверхности стенки находится ниже данной виртуальной нижней поверхности Lv стенки.
Далее будет описан эффект от использования конструкции впускного канала, соответствующей этому второму варианту. Если в нижней поверхности 44 стенки впускного канала 4 создана переходная область 441, как описано выше, впускаемый воздух во впускном канале 4, который протекает рядом с нижней поверхностью 44 стенки, направляется к верхней поверхности 42 стенки. Соответственно, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр 2 из впускного канала 4, меньше вероятность того, что впускаемый воздух будет протекать в направлении поверхности стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала 4. Другими словами, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр 2 из впускного канала 4, больше вероятность того, что впускаемый воздух будет протекать в направлении вдоль поверхности 8b свода на стороне выпускного канала. Кроме того, в части нижней поверхности 44 стенки, которая снабжена переходной областью 441, площадь сечения впускного канала 4 постепенно уменьшается в направлении вниз по потоку газа. В результате увеличивается скорость потока впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр 2 из впускного канала 4. Таким образом, при указанной выше конструкции можно дополнительно повысить интенсивность закрученного потока, создаваемого в цилиндре 2.
На Фиг.17 показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала. На Фиг.18 показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем второму варианту, когда впускаемый воздух прошел в цилиндр из впускного канала. Необходимо отметить, что на Фиг.17 и 18 показаны распределения скоростей потока впускаемого воздуха, когда режим работы двигателя 1 внутреннего сгорания является одним и тем же. На каждой из Фиг.17 и 18 показаны распределения скоростей впускаемого воздуха в сечении на стороне поверхности стенки отверстия цилиндра (сечении в положении, эквивалентном положению сечения Z-Z, приведенного в верхних частях Фиг.11С и Фиг.12С). Кроме того, на Фиг.17 и 18 распределения скоростей потока впускаемого воздуха представлены штриховками 1-5, и скорость потока впускаемого воздуха уменьшается в порядке следования от штриховки 1 к штриховке 5 (то есть, скорость потока впускаемого воздуха является наибольшей в положении, указанном штриховкой 1, и скорость потока впускаемого воздуха является наименьшей в положении, указанном штриховкой 5).
Если сравнивать Фиг.17 с Фиг.18, понятно, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому второму варианту, площади штриховок, используемых для указания относительно высоких скоростей потока в зоне R1, где впускаемый воздух, который прошел в цилиндр из впускного канала, протекает в направлении вдоль поверхности стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала, меньше площадей в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту. Это указывает на то, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому второму варианту, скорость потока впускаемого воздуха, который протекает в направлении вдоль поверхности стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала, ниже, чем в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту. Кроме того, также понятно, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому второму варианту, штриховки, используемые для указания относительно высоких скоростей потока, в зоне R2 в верхней части цилиндра на стороне выпускного канала расположены еще ближе к поверхности свода на стороне выпускного канала, чем в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту. Это указывает на то, что в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому второму варианту, поток впускаемого воздуха находится еще ближе к поверхности свода на стороне выпускного канала, чем в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем первому варианту. Другими словами, при конструкции впускного канала, соответствующей этому второму варианту, поток впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр из впускного канала, вносит большой вклад в создание закрученного потока в цилиндре. Таким образом, можно дополнительно повысить интенсивность закрученного потока, создаваемого в цилиндре.
При этом, в случае, если в нижней поверхности 44 стенки впускного канала 4 создана переходная область 441, которая описана выше, площадь сечения впускного канала 4 уменьшается в части, снабженной переходной областью 441. Таким образом, по сравнению со случаем, когда переходная область 441 не создана, как в первом варианте, можно уменьшить расход впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр 2. В то же время, в этом втором варианте расположенная выше по потоку сторона 442 нижней поверхности стенки находится ниже виртуальной нижней поверхности Lv стенки, как описано выше. При этой конструкции, если сравнивать со случаем, когда расположенная выше по потоку сторона 442 нижней поверхности стенки находится в том же положении, что и виртуальная нижняя поверхность Lv стенки, или находится выше этой поверхности Lv, можно дополнительно увеличить площадь сечения впускного канала 4 в части, снабженной переходной областью 441. Таким образом, в двигателе внутреннего сгорания, соответствующем этому второму варианту, даже если в нижней поверхности 44 стенки впускного канала 4 создана переходная область 441, можно легко обеспечить достаточный расход впускаемого воздуха, который протекает в цилиндр 2, по сравнению с двигателем внутреннего сгорания, соответствующим указанному первому варианту.
Однако даже в случае, если расположенная выше по потоку сторона 442 нижней поверхности стенки находится в том же положении, что и виртуальная нижняя поверхность Lv стенки, или находится выше этой поверхности Lv, можно получить эффект повышения интенсивности закрученного потока, который достигается за счет создания переходной области 441. Другими словами, нахождение расположенной выше по потоку стороны 442 нижней поверхности стенки ниже виртуальной нижней поверхности Lv стенки не оказывает существенного влияния на повышение интенсивности закрученного потока.
Также в этом втором варианте, по аналогии с первым вариантом, в целом в зоне, расположенной выше по потоку относительно верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном во впускном канале 4, верхняя поверхность 42 стенки не всегда должна проходить, по существу, по прямой линии, и впускной канал 4 в плоскости, перпендикулярной его оси, не всегда должен иметь сечение уплощенной формы, в котором ось, проходящая в поперечном направлении, является длинной осью. Однако во впускном канале 4 верхняя поверхность 42 стенки должна проходить, по существу, по прямой линии, по меньшей мере, от верхнего по потоку края 41а поверхности 41 контакта с клапаном до положения, в котором напротив этой поверхности 42 расположена переходная область 441, созданная в нижней поверхности 44 стенки.
Кроме того, в этом втором варианте также, по аналогии с первым вариантом, первый угол А1 наклона прямолинейной части в верхней поверхности 42 стенки впускного канала 4 относительно поверхности 8а свода на стороне впускного канала и второй угол А2 наклона поверхности 41 контакта с клапаном относительно этой поверхности 8а могут быть, по существу, равными.
1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:
цилиндр;
поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндре;
впускной клапан, выполненный с возможностью ввода или препятствования вводу газа из впускного канала двигателя внутреннего сгорания в камеру сгорания, обеспеченную в цилиндре; и
выпускной клапан, выполненный с возможностью выпуска газа, находящегося в камере сгорания, из нее в выпускной канал этого двигателя или задерживания этого газа, причем:
в камере сгорания как поверхность свода на стороне впускного канала, на которую открыт впускной канал, так и поверхность свода на стороне выпускного канала, на которую открыт выпускной канал, наклонены относительно плоскости, перпендикулярной центральной оси цилиндра,
двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью создания закрученного потока за счет протекания газа в цилиндре в направлении от поверхности свода на стороне выпускного канала к верхней поверхности поршня рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра, обеспеченной в цилиндре на стороне выпускного канала, и протекания газа в направлении от верхней поверхности поршня к поверхности свода на стороне впускного канала рядом с поверхностью стенки отверстия цилиндра на стороне впускного канала,
в заданной зоне, которая во впускном канале расположена по потоку выше поверхности контакта с клапаном, верхняя поверхность стенки впускного канала наклонена вниз от направления нормали к поверхности свода на стороне впускного канала относительно этой поверхности, проходит непосредственно от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном и, по существу, по прямой линии, причем поверхность контакта с клапаном представляет собой поверхность, на которой тарелка впускного клапана примыкает к стенке отверстия впускного канала в камеру сгорания, когда впускной клапан закрыт, и
в упомянутой заданной зоне впускной канал в направлении, перпендикулярном его оси, имеет сечение уплощенной формы, в котором длинная ось проходит в поперечном направлении, при этом поперечное направление определено как направление, перпендикулярное осевому направлению впускного канала и параллельное радиальному направлению в цилиндре.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, в котором нижняя поверхность стенки, которая расположена напротив верхней поверхности стенки, проходящей, по существу, по прямой линии в заданной зоне впускного канала, снабжена переходной областью, и в переходной области расстояние между нижней поверхностью стенки и верхней поверхностью стенки на стороне ниже по потоку газа задано меньше расстояния между нижней поверхностью стенки и верхней поверхностью стенки на стороне выше по потоку газа таким образом, что при сохранении длины длинной оси сечения в плоскости, перпендикулярной оси впускного канала, отношение длины короткой оси к длине длинной оси в сечении на стороне ниже по потоку газа меньше отношения длины короткой оси к длине длинной оси в сечении на стороне выше по потоку газа.
3. Двигатель внутреннего сгорания по п.2, в котором верхняя по потоку сторона нижней поверхности стенки находится ниже виртуальной нижней поверхности стенки, причем верхняя по потоку сторона нижней поверхности стенки представляет собой часть нижней поверхности стенки впускного канала и проходит вверх по потоку непосредственно от переходной области, а виртуальная нижняя поверхность стенки представляет собой нижнюю поверхность стенки в случае, если предположить, что эта нижняя поверхность стенки проходит, по существу, по прямой линии от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном и, по существу, параллельно верхней поверхности стенки.
4. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, в котором упомянутая заданная зона впускного канала представляет собой зону от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном до положения, где установлена направляющая штока впускного клапана.
5. Двигатель внутреннего сгорания по любому из пп.1-4, в котором первый угол наклона верхней поверхности стенки относительно поверхности свода на стороне впускного канала и второй угол наклона поверхности контакта с клапаном относительно поверхности свода на стороне впускного канала, по существу, равны, и верхняя поверхность стенки проходит непосредственно от верхнего по потоку края поверхности контакта с клапаном и, по существу, по прямой линии в упомянутой заданной зоне впускного канала.
