СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ С ПОВОРОТНЫМ ВПУСКНЫМ КАНАЛОМ Российский патент 2019 года по МПК F02B31/06 

Уровень техники/Раскрытие изобретения

В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания образуются структуры потока впускного воздуха, которые влияют на такие характеристики сгорания, как КПД, воспламенение и детонация. Структуры вертикального и горизонтального завихрений характеризуют различные аспекты турбулентности в цилиндре. Коэффициенты вертикального и горизонтального завихрений - это термины, используемые для количественной оценки этих структур потоков. Коэффициент горизонтального завихрения определяется как интенсивность горизонтального кругооборота впускного газа в цилиндре, а коэффициент вертикального завихрения определяется как интенсивность вертикального кругооборота газов в цилиндре. Структуры горизонтального и вертикального завихрений имеют неодинаковое влияние на различные аспекты сгорания (например, на зажигание, детонацию, КПД, выбросы вредных веществ, мощность и т.д.) В предыдущих конструкциях двигателей впускные каналы разрабатывались для обеспечения заданных структур горизонтального завихрения и вертикального завихрения потока. Поэтому заданные структуры для потоков воздуха для сгорания могли отрицательно влиять на сгорание, если двигатель начинал работать вне идеальных рабочих условий для заданных структур потоков. Были предприняты попытки динамически адаптировать структуры горизонтального и вертикального завихрений потока для различных рабочих условий в системе двигателя с использованием поворотных пластин для регулирования потоков, проходящих по впускному трубопроводу. Однако этот тип системы только частично изменял структуры воздушных потоков и не мог обеспечить требуемые величины горизонтального и вертикального завихрений, создаваемых в цилиндре во время определенных условий работы.

Для решения по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых проблем, предложена система двигателя. Система двигателя содержит поворотный впускной канал, охватывающий по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, соединенного с цилиндром, причем поворотный впускной канал имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь по направлению к оси вращения поворотного впускного канала или наружу в противоположную от оси вращения сторону. Система двигателя дополнительно содержит привод впускного канала, соединенный с поворотным впускным каналом и выполненный с возможностью вращения поворотного впускного канала вокруг оси вращения, в зависимости от условий работы двигателя. Изогнутые контуры регулируемого впускного канала разработаны для изменения турбулентности воздуха, проходящего в цилиндр, что позволяет улучшить эффективность сгорания, уменьшить детонацию, увеличить мощность и/или уменьшить выбросы вредных веществ во всем диапазоне рабочих условий. Таким образом, изогнутый участок впускного канала могут вращать для создания сильной нестабильности потока воздуха вокруг головки впускного клапана для обеспечения требуемых уровней турбулентности в цилиндре, что позволяет, в случае необходимости, получить наилучшее соответствие текущим рабочим условиям.

Вышеуказанные преимущества, другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидными из приведенного подробного описания, которое можно рассматривать отдельно или вместе с приложенными иллюстрациями.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами реализации, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема двигателя;

На фиг. 2 показан пример части двигателя, изображенного на фиг. 1 и содержащего систему двигателя, имеющую поворотный впускной канал, находящийся в первом положении;

На фиг. 3 показано подробное изображение поворотного впускного канала, показанного на фиг. 2;

На фиг. 4 и 5 показаны примеры структур вертикального и горизонтального завихрений потока в цилиндре, показанном на фиг. 2;

На фиг. 6 показан пример системы двигателя, показанного на фиг. 2, с поворотным впускным каналом во втором положении, позволяющем увеличить степень горизонтального завихрения потока в цилиндре;

На фиг. 7 показано подробное изображение поворотного впускного канала, показанного на фиг. 6;

На фиг. 8 показан пример системы двигателя, показанной на фиг. 2, с поворотным впускным каналом в третьем положении, позволяющем увеличить степень вертикального завихрения потока в цилиндре;

На фиг. 9 показано подробное изображение поворотного впускного канала, показанного на фиг. 8;

На фиг. 10 показан пример системы двигателя, показанного на фиг. 2 с поворотным впускным каналом в четвертом положении, позволяющем изменить направление вертикального завихрения потока в цилиндре;

На фиг. 11 показано подробное изображение поворотного впускного канала, показанного на фиг. 10;

На фиг. 12 показан способ управления системой двигателя; и

На фиг. 13-14 показаны дополнительные примеры вариантов реализации поворотного впускного канала.

Фиг. 2-11 и 13-14 выполнены с приблизительными пропорциями, хотя допустимы другие размеры.

Осуществление изобретения

Система двигателя выполнена с возможностью динамического регулирования характеристик потока во впускном канале и в цилиндре, например, коэффициента горизонтального завихрения и коэффициента вертикального завихрения потока впускного воздуха, как раскрыто в настоящей заявке. Система двигателя содержит поворотный впускной канал, выполненный с возможностью регулирования турбулентности потока впускного воздуха, поступающего в цилиндр, на основе условий работы двигателя. Это может быть достигнуто посредством придания впускному каналу специальной формы, а именно, посредством создания двух изогнутых участков, имеющих возможность направления большей части потока воздуха к выбранным частям головки впускного клапана, чтобы создать горизонтальное и/или вертикальное завихрение потока. Например, изогнутые участки могут проходить в направлении оси вращения впускного канала или в противоположную сторону от оси вращения впускного канала, и эти участки могут располагаться на противоположных сторонах впускного канала. Такое расположение изогнутых участков позволяет увеличить степень горизонтального завихрения и/или вертикального завихрения для создания потока впускного воздуха, когда впускной канал поворачивают в выбранные положения. Эти структуры потока позволяют создать нестабильность скоростей потока воздуха вокруг впускного клапана за счет изогнутых участков впускного канала. Таким образом, турбулентность воздуха, поступающего в цилиндр, можно регулировать в зависимости от изменения условий работы двигателя, что позволяет улучшить эффективность сгорания, уменьшить детонацию, увеличить мощность и/или уменьшить выбросы вредных веществ. Таким образом, поворотный впускной канал позволяет регулировать турбулентность в цилиндре и, тем самым, обеспечить наилучшее соответствие текущим рабочим условиям, что может быть использовано для увеличения КПД сгорания и/или уменьшения выбросов вредных веществ.

Например, поворотный впускной канал может представлять собой полную секцию, образующую завершенную цилиндрическую часть канала, причем эта секция выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной каналу, но со смещенными или синусоидальными стенками и/или со смещенной осью, что позволяет указанной части вращаться, причем стенки могут смещаться в направлении центральной оси или в направлении от нее во время движения вокруг оси вращения и, тем самым, направлять поток воздуха в различных направлениях, например, в направлении к одной стороне и в направлении к камере сгорания (в первом и втором положениях, отличающихся поворотом на 180 градусов), и в направлении к передней и задней части камеры сгорания (в третьем и четвертом положениях, отличающихся поворотом на 180 градусов, но смещенными на 90 градусов относительно первого и второго положений), когда впускной канал расположен на одной стороне камеры сгорания (левой или правой), но центрирован (относительно передней или задней части камеры сгорания), например, как показано на фиг. 2, в случае использования двух клапанов на цилиндр. В качестве альтернативы, впускной канал может быть расположен со смещением как влево, так и вправо, а также от передней части к задней части камеры сгорания, например, когда используются четыре клапана на цилиндр. Например, внутренняя поверхность указанного сечения может плавно переходить в остальные части впускного канала, как к его круглому краю, расположенному выше по потоку, так и к его круглому краю, расположенному ниже по потоку, причем впускной канал может иметь возможность вращения на полные 360 градусов. Например, внутренняя поверхность может иметь видоизмененную цилиндрическую форму со смещением в среднем сечении, но верхние и нижние края этого участка не смещены относительно центральной оси, даже в том случае, когда любое и каждое поперечное сечение этого цилиндрического участка имеет одинаковую форму, например, форму окружности.

На фиг. 1 показана схема двигателя 10, используемого, например, для обеспечения движущей силы для автомобиля. В изображенном примере двигатель 10 содержит головку 12 блока цилиндров, соединенную с блоком 14 цилиндров, что образует цилиндр 16. Двигатель 10 выполнен с возможностью осуществления процесса сгорания в цилиндре 16. Впускной клапан 18 расположен в двигателе 10 для направления потока впускного воздуха в цилиндр 16 в выбранные интервалы времени. Соответственно, выпускной клапан 20 расположен в двигателе 10 для направления потока отработавших газов в выбранные интервалы времени из цилиндра в выпускную систему, расположенную ниже по потоку.

Стрелка 22 указывает направление потока впускного воздуха из расположенных выше по потоку компонентов впускной системы, из впускных трубопроводов, впускного коллектора, дросселя, компрессора и т.д. к впускному клапану 18. С другой стороны, стрелка 24 указывает направление потока отработавших газов к компонентам, расположенным ниже по потоку, например, к выпускным трубопроводам, к выпускному коллектору, к устройству (устройствам) снижения токсичности отработавших газов, к турбине и т.д. из выпускного клапана 20.

В двигателе 10 также предусмотрена топливная система 26. Топливная система 26 выполнена с возможностью подачи топлива, в течение требуемых интервалов времени, для сгорания в цилиндре 16. В этом конкретном примере топливная система 26 содержит инжектор 28 непосредственного впрыска и расположенные выше по потоку от него компоненты 30. Расположенные выше по потоку компоненты 30, например, топливные насосы, клапаны, трубопроводы и т.д. выполнены с возможностью подачи топлива в топливный инжектор 28. Однако инжектор впрыска во впускной канал выполнен с возможностью подачи топлива в трубопровод выше по потоку от цилиндра, и может дополнительно или в качестве альтернативы, входить в состав топливной системы 26. Двигатель 10 выполнен с возможностью осуществления четырехтактного цикла сгорания в двигателе. Такты двигателя содержат такт впуска, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска, раскрытые здесь более подробно.

Устройство зажигания (не показанное на схеме) также может входить в состав двигателя 10. Устройство зажигания может быть выполнено с возможностью обеспечения искры для цилиндра 16 в выбранные интервалы времени. Однако в других примерах устройство зажигания может отсутствовать в двигателе, и двигатель может быть выполнен с возможностью осуществления воспламенения от сжатия.

Двигатель 10 дополнительно содержит систему 50 двигателя, выполненную с возможностью регулирования турбулентности впускного воздуха в цилиндре 16. В частности, система 50 двигателя выполнена с возможностью регулирования структур горизонтального завихрения и вертикального завихрения потока для потока впускного воздуха в цилиндре 16 в зависимости от условий работы двигателя. Регулирование турбулентности в цилиндре позволяет улучшить сгорание в широком диапазоне условий работы двигателя. В частности, можно увеличить КПД сгорания и одновременно уменьшить выбросы вредных веществ и детонацию, когда структуры горизонтального и вертикального завихрений в цилиндре регулируют в зависимости от условий работы двигателя. Система 50 двигателя раскрыта более подробно с использованием фиг. 2-11.

Контроллер 100 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102, порты ввода/вывода 104, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в этом конкретном примере в виде микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 100 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10. Например, контроллер 100 может получать данные измерения входного массового расхода воздуха МРВ (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха; данные по температуре хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от температурного датчика 112; сигнал профиля зажигания СПЗ (PIP) от датчика 118 Холла или датчика другого типа, соединенного с коленчатым валом; положение дросселя ПД (TP) от датчика 134 положения дросселя, соединенного с педалью 130, приводимой в движение водителем 132; и сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (MAP) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя ЧВД (RPM) может быть сгенерирован контроллером 100 по сигналу СПЗ. Сигнал абсолютного давления в коллекторе, получаемый от датчика давления в коллекторе, может быть использован для измерения вакуума или давления во впускном коллекторе. Следует учитывать, что возможны различные комбинации использования вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика АДК и наоборот. Во время стехиометрического режима датчик АДК может предоставлять информацию о крутящем моменте двигателя. Кроме того, указанный датчик, наряду с измерением частоты вращения двигателя, имеет возможность оценивать количество заряда топливной смеси (в том числе, воздуха) подаваемого в цилиндр. Например, датчик частоты вращения двигателя может генерировать заранее заданное количество равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.

Контроллер 100 может входить в состав управляющей системы, выполненной с возможностью приема сигналов датчиков двигателя и отправки команд на различные приводы двигателя. Кроме того, контроллер 100 может быть выполнен с возможностью осуществления способов и других раскрытых здесь процедур управления двигателем, например, способа изображенного на фиг. 12. В частности, контроллер 100 может быть выполнен с возможностью регулирования, посредством команд, поворотного впускного канала содержащегося в системе 50 двигателя, раскрытой здесь более подробно.

Хотя двигатель 10 изображен только с одним цилиндром, в других примерах двигатель 10 может содержать более одного цилиндра, причем каждый цилиндр имеет соответствующую систему двигателя, в том числе, поворотные впускные каналы, аналогичные поворотному впускному каналу, раскрытому здесь более подробно с использованием фиг. 2-11. Контроллер 100 может быть выполнен с возможностью независимого регулирования каждого поворотного впускного канала в течение некоторых рабочих условий и в течение других рабочих условий может быть выполнен с возможностью синхронного регулирования каждого поворотного впускного канала.

На фиг. 2 показана в качестве примера часть двигателя 10, содержащего систему 50 двигателя, а также блок 14 цилиндров, головку 12 блока цилиндров и цилиндр 16. Поршень 200 расположен в цилиндре 16. Следует учитывать, что поршень 200 может быть соединен с возможностью вращения с коленчатым валом.

Двигатель 10 содержит впускной патрубок 202 выше по потоку от поворотного впускного канала 204. Следует учитывать, что впускной патрубок 202 может принимать впускной воздух от расположенных выше по потоку компонентов, например, от воздухозаборника, воздушного фильтра, дросселя, компрессора, коллектора и т.д. В изображенном примере пересечение впускного патрубка 202 и поворотного впускного канала 204, заднего края 203 впускного патрубка 202 выполнено на одном уровне с передним краем 207 поворотного впускного канала 204. Однако могут использоваться другие профили канала и патрубка.

Впускной клапан 18 проходит через поворотный впускной канал 204. Впускной клапан 18 на фиг. 2 изображен в открытом положении, обеспечивающем прохождение впускного воздуха в цилиндр 16 из впускного канала 204. Таким образом, на фиг. 2 изображен такт впуска, содержащийся в цикле сгорания. Однако, когда впускной клапан 18 находится в закрытом положении, этот клапан соединяется с седлом 205 клапана в головке 12 блока цилиндров и перекрывает поток воздуха в цилиндр 16. В частности, впускной клапан 18 содержит стержень 206 и головку 208, выполненную с возможностью соединения с седлом 205 клапана и герметизации прохода в закрытом положении.

Выпускной патрубок 210 и выпускной клапан 20 также показаны в разрезе двигателя 10 на фиг. 2. Выпускной клапан 20 показан в закрытом положении, в котором выпускной клапан 20 соединяется по меньшей мере с частью (например, с седлом выпускного клапана) головки 12 блока цилиндров и перекрывает проход. Однако, в случае необходимости, в течение части такта впуска выпускной клапан 20 может находиться в открытом положении.

Впускной клапан 18 и выпускной клапан 20 могут приводить в движение посредством кулачкового вала или электронных приводов. На фиг. 2 показан двигатель во время такта впуска, содержащегося в цикле сгорания. Во время такта впуска, в основном, выпускной клапан 20 закрыт, а впускной клапан 18 открыт.Воздух может проходить в цилиндр 16 через поворотный впускной канал 204, и поршень 200 может переместиться в нижнюю часть цилиндра 16, чтобы увеличить объем цилиндра. Положение, при котором поршень 200 находится около нижней части цилиндра в конце своего хода (например, когда цилиндр 16 имеет наибольший объем), специалисты в данной области, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 18 и выпускной клапан 20 закрыты. Поршень 200 имеет возможность двигаться к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в цилиндре 16. Положение, при котором поршень 200 находится в конце своего хода и расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда цилиндр 16 имеет наименьший объем), специалисты в данной области, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC). В ходе процесса, именуемого в дальнейшем «впрыск», топливо имеет возможность поступать в цилиндр. В ходе процесса, именуемого в дальнейшем «зажигание», впрыснутое топливо поджигают каким либо известным способом, например, при помощи свечи зажигания или посредством сжатия, что приводит к сгоранию. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 200 назад к НМТ. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 20 открывают, чтобы выпустить сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускную систему, и поршень возвращается к ВМТ. Обратите внимание, что вышеуказанное является только примером, поскольку времена открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов могут изменяться, обеспечивая положительные или отрицательные перекрытия периодов работы клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие варианты.

Система 50 двигателя содержит поворотный впускной канал 204 ниже по потоку от впускного патрубка 202. Поворотный впускной канал 204 содержит первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222. В этом конкретном примере первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222 расположены на противоположных сторонах поворотного впускного канала 204. Однако в других примерах могут использовать другие взаимные расположения изогнутых участков. Кроме того, первый изогнутый участок 220 проходит внутрь по направлению к оси 224 вращения поворотного впускного канала 204. И наоборот, второй изогнутый участок 222 проходит наружу в направлении от оси 224 вращения поворотного впускного канала 204. Однако в других примерах, поворотный впускной канал может иметь один изогнутый внутрь участок или один изогнутый наружу участок. Например, когда поворотный впускной канал содержит только один изогнутый участок, сечение поворотного впускного канала на противоположной стороне изогнутого участка может иметь по существу постоянный радиус вдоль всей осевой длины этой стороны. Варианты реализации поворотных впускных каналов с одиночными изогнутыми участками показаны на фиг. 13 и 14 и раскрыты здесь более подробно. Изогнутые участки 220 и 222 имеют непрерывную кривизну и, в изображенном примере, формируют арки, выступающие в направлении стержня 206 впускного клапана или в противоположном от него направлении. В качестве альтернативы, изогнутые участки могут иметь ступенчатый контур.

Изогнутые участки (220 и 222) в поворотном впускном канале 204 обеспечивают требуемые структуры горизонтального и вертикального завихрений, создаваемые посредством поворотного впускного канала 204. Угол поворота поворотного впускного канала 204 определяет интенсивность структур горизонтального завихрения потока и/или вертикального завихрения потока при движении впускного воздуха в цилиндр 16 через впускной клапан 18. То есть, изогнутые участки в поворотном впускном канале 204 позволяют создать нестабильность вокруг различных частей головки 208 в зависимости от угловой ориентации поворотного впускного канала 204.

Система 50 двигателя также содержит привод 230 впускного канала, выполненный с возможностью вращения поворотного впускного канала 204 вокруг оси 224 вращения. Привод 230 впускного канала может содержать небольшую шестерню, управляемую посредством поворотного электрического привода. Зубья небольшой шестерни могут взаимодействовать с зубьями внешней поверхности поворотного впускного канала 204. При повороте небольшой шестерни поворотный впускной канал может также вращаться, но в перпендикулярной плоскости и с другой частотой вращения, определяемой передаточным отношением небольшой шестерни и поворотного впускного канала. Однако могут использоваться другие подходящие механизмы привода. Привод 230 впускного канала может получать управляющие сигналы от контроллера 100, показанного на фиг. 1. Эти управляющие сигналы могут заставить привод 230 впускного канала вращать поворотный впускной канал 204 в различных радиальных направлениях, в зависимости от условий работы двигателя. Эти условия работы могут содержать, например, одно или более из следующего: мощность двигателя, нагрузка, воздушно-топливное отношение, температура, частота вращения двигателя и состав отработавших газов. Конкретные условия, приводящие к регулированию ориентации поворотного впускного канала 204, раскрыты здесь более подробно.

Как показано, ось 224 вращения поворотного впускного канала 204 пересекает центральную ось 232 впускного клапана 18 под углом 234. В изображенном примере угол 234 представляет собой не прямой угол, меньший 90°. В частности, величина угла 234 может находиться в диапазоне между 30 и 60 градусами. Вариант реализации впускного канала с таким углом позволяет регулировать требуемым образом степень вертикального завихрения и горизонтального завихрения потока воздуха в цилиндре. Однако могут использовать другие относительные положения поворотного впускного канала и впускного клапана. Кроме того, ось 224 вращения могут выровнять относительно центральной оси впускного канала в центральных точках впускного канала, вдоль которых и вокруг которых располагают поворотный впускной канал. Кроме того, ось 224 вращения могут выровнять относительно центральной оси потока, проходящего через этот канал.

В варианте реализации, изображенном на фиг. 2, поворотный впускной канал 204 находится в первом положении. Первое положение соответствует угловой ориентации поворотного впускного канала 204. В первом положении поворотный впускной канал 204 расположен таким образом, что второй изогнутый участок 222 находится ближе к выпускному клапану 20, чем первый изогнутый участок 220. В частности, например, когда поворотный впускной канал 204 находится в первом положении, первый изогнутый участок 220 может занимать самое нижнее положение относительно других вращательных положений и вертикальной оси. Дополнительно в качестве примера второй изогнутый участок 222 может занимать самое верхнее положение относительно других вращательных положений и вертикальной оси.

Стрелки 236 показывают общее направление движения потока впускного воздуха через поворотный впускной канал 204. Стрелки 238 показывают общее направление движения потока впускного воздуха при выходе из впускного клапана 18 и прохождении в цилиндр 16. Следует учитывать, что скорости воздушных потоков вокруг различных участков головки 208 впускного клапана, показанного на фиг. 2, могут изменяться в меньшей степени по сравнению с другими положениями поворотного впускного канала 204, показанными на фиг. 6, 8 и 10. Когда различия в скоростях воздушных потоков небольшие, возможно создание горизонтального и вертикального завихрений только в небольшой степени, как показано для структуры движения потока воздуха на фиг. 2.

На фиг. 3 показан подробный вид поворотного впускного канала 204 в первом положении. На фиг. 3 показаны первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222, содержащиеся в поворотном впускном канале 204. Ось 224 вращения также представлена для справки. Различные стороны S1, S2, S3 и S4 поворотного впускного канала 204 показаны для более ясного указания положений поворотного впускного канала 204. Как показано, первый изогнутый участок 220 расположен на стороне S1, а второй изогнутый участок 222 расположен на противоположной стороне S3. Кроме того, первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222 имеют одинаковое искривление. То есть, степень искривления первого изогнутого участка 220 эквивалентна степени искривления второго изогнутого участка 222. Каждая степень искривления определяется как центральный угол 300, измеренный между концами 302 дуги соответствующего изогнутого участка. Однако в других примерах первый и второй изогнутые участки могут иметь различные степени искривления. Например, первый изогнутый участок 220 может иметь степень искривления, чем второй изогнутый участок 222, и наоборот.

Следует учитывать, что стороны S2 и S4 не изогнуты внутрь или наружу вдоль всей их длины. В частности, стороны S2 и S4 могут иметь постоянные радиусы, измеренные от оси 224 вращения вдоль их длин. Таким образом, стороны S2 и S4 не оказывают большое влияние на структуры горизонтального и вертикального завихрений впускного потока воздуха. С другой стороны, радиусы сторон S1 и S3 вдоль их длин могут изменяться для обеспечения турбулентности, образуемой контурами первого изогнутого участка 220 и второго изогнутого участка 222.

На фиг. 3 также показаны различные радиусы, чтобы дополнительно раскрыть геометрические характеристики поворотного впускного канала 204. Как показано, конец 304 поворотного впускного канала 204, расположенный выше по потоку, содержит первый радиус R1. Конец 306 поворотного впускного канала 204, расположенный ниже по потоку, содержит второй радиус R2. Кроме того, среднее сечение 308 поворотного впускного канала 204 содержит третий радиус R3, соответствующий второй стороне S2 и четвертой стороне S4, и четвертый радиус R4, соответствующий первой стороне S1 и третьей стороне S3.

Конец 304, расположенный выше по потоку, и конец 306, расположенный ниже по потоку, имеют постоянные радиусы. То есть, конец 304, расположенный выше по потоку, и конец 306, расположенный ниже по потоку имеют круглое радиальное сечение. Однако в других примерах конец, расположенный выше по потоку, и/или конец, расположенный ниже по потоку, может иметь не круглое поперечное сечение, а, например, овальное поперечное сечение.

В варианте реализации, изображенном на фиг. 3, первый радиус R1 по существу равен второму радиусу R2. Однако в других примерах первый радиус R1 может быть больше, чем второй радиус R2 и наоборот.

Кроме того, третий радиус R3 и четвертый радиус R4 не равны. В частности, третий радиус R3 может быть больше, чем четвертый радиус R4 и наоборот. Кроме того, в некоторых примерах, третий радиус R3 может быть меньше или больше, чем первый и второй радиусы R1 и R2. Однако в других примерах третий радиус R3 может быть равен первому и второму радиусам R1 и R2. Кроме того, четвертый радиус R4 может быть больше, чем или меньше чем первый и второй радиусы R1 и R2. Однако в других примерах четвертый радиус R4 может быть равен первому и второму радиусам R1 и R2. Следует учитывать, что эти различные варианты реализации могут обеспечить возможность для впускного канала обеспечивать различные величины вертикального завихрения и/или горизонтального завихрения потока воздуха.

Когда третий радиус R3 или четвертый радиус R4 больше, чем первый и второй радиусы R1 и R2, то площадь поперечного радиального сечения для среднего сечения 308 может быть больше, чем площадь поперечного радиального сечения конца 304, расположенного выше по потоку, и конца 306, расположенного ниже по потоку. Однако в других примерах площади поперечных радиальных сечений для среднего сечения 308 могут быть меньше, чем площадь поперечного радиального сечения конца 304, расположенного выше по потоку, и/или конца 306, расположенного ниже по потоку.

Кроме того, среднее сечение 308 смещено по оси от конца 304, расположенного выше по потоку, и от конца 306, расположенного ниже по потоку. Такой выбор среднего сечения позволяет создать искривление различных сторон впускного канала, которые должны быть соответственно изогнуты.

Следует учитывать, что поворотный впускной канал 204 с одним или несколькими изогнутыми участками обеспечивает большую величину горизонтального завихрения и/или вертикального завихрения, требуемого для потока воздуха в цилиндре. Величина горизонтального завихрения и/или вертикального завихрения, создаваемого поворотным впускным каналом 204, больше, чем величина горизонтального завихрения для предыдущих соответствующих устройств, за счет того, что весь канал задействован в создании структур горизонтального завихрения и завихрения потока воздуха, по сравнению с небольшими дефлекторами потока в предыдущих впускных системах.

На фиг. 4 и 5 показан цилиндр 16 с примерами структур вертикального завихрения и горизонтального завихрения потоков, для наглядного иллюстрирования структур потоков. Головка 12 блока цилиндров и блок 14 цилиндров, показанные на фиг. 2, образуют цилиндр 16, показанный на фиг. 4-5. Следует учитывать, что фактические структуры воздушных потоков, создаваемые в цилиндре, могут быть более сложными, чем структуры, изображенные на фиг. 4 и 5. Например, поток воздуха в цилиндре может обладать более высокими характеристиками вертикального завихрения и горизонтального завихрения. Таким образом, структуры, изображенные на фиг. 4 и 5, иллюстрируют смоделированные структуры завихрения и горизонтального завихрения потоков, приведенные в качестве примера.

В частности, на фиг. 4 показан пример цилиндра 16 со структурой вертикального завихрения потока воздуха. Стрелка 400 показывает общее направление движения потока воздуха в цилиндре 16. Коэффициент вертикального завихрения, определяемый как интенсивность вертикального кругооборота газов, может быть использован для количественной оценки структуры потока воздуха этого типа. Вертикальная ось 402, вокруг которой циркулирует воздух, показана для наглядности. Направление завихрения на фиг. 4 представляет собой направление по часовой стрелке. Однако в других примерах вертикальное завихрение может быть направлено против часовой стрелки. Возможна необходимость создания вертикального завихрения в цилиндре 16 в течение холодного запуска двигателя и условий холостого хода для уменьшения (например, для предотвращения) попадания брызг топлива на стенки цилиндра.

На фиг. 5 показано изображение цилиндра 16 со структурой горизонтального завихрения потока воздуха. Стрелки 500 показывает общее направление движения потока воздуха в цилиндре 16. Коэффициент горизонтального завихрения, определяемый как интенсивность горизонтального кругооборота, может быть использован для количественной оценки структуры потока воздуха этого типа. Горизонтальная ось 502, вокруг которой циркулирует воздух, показана для наглядности. Возможна необходимость создания горизонтального завихрения в цилиндре 16 в течение работы двигателя на высокой (например, пиковой) мощности и с высокой нагрузкой. Когда двигатель работает с небольшой или средней нагрузкой, требуется и горизонтальное, и вертикальное завихрения потока для улучшения (например, оптимизации) движения воздушно-топливной смеси в цилиндре. На фиг. 6, 8 и 10 показан поворотный впускной канал 204 в системе 50 двигателя в различных положениях, выполненный с возможностью создания увеличенного количества вертикального завихрения и/или горизонтального завихрения по сравнению с первым положением поворотного впускного канала 204, как показано на фиг. 2. Положения поверхностей, позволяющие изменить течение потока, показанные на фиг. 6, 8 и 10, иллюстрируют поворот относительно первого положения, изображенного на фиг. 2, что используется для регулирования коэффициентов вертикального завихрения и горизонтального завихрения потока воздуха для улучшения процесса сгорания.

На фиг. 6 показан двигатель 10 и система 50 двигателя с поворотным впускным каналом 204 во втором положении. Второе положение соответствует угловому положению вокруг оси 224 вращения, отличному от раскрытых здесь других угловых положений впускного канала. В этом конкретном примере поворотный впускной канал 224 ориентирован таким образом, что первый изогнутый участок 220 расположен ближе к выпускному клапану 20, чем второй изогнутый участок 222. Следует учитывать, что головка 600 выпускного клапана может быть использована как точка привязки для выпускного клапана 20, чтобы сделать это сравнение. Однако в других примерах в качестве точки привязки может быть использована точка центральной оси 235 выпускного клапана 20, чтобы сделать это сравнение. Например, во втором положении поворотный впускной канал 204 повернут на 180° относительно первого положения поворотного впускного канала 204, показанного на фиг. 2. Стрелка 602 изображает общую структуру потока воздуха, поступающего в цилиндр 16 через впускной клапан 18. Во втором положении поворотный впускной канал 204 может создавать структуру движения потока воздуха в цилиндр 16 с коэффициентом горизонтального завихрения, по сравнению с коэффициентом горизонтального завихрения структуры потока воздуха, созданной поворотным впускным каналом 204 в первом положении, показанном на фиг. 2. Следовательно, поворот поворотного впускного канала 204 во второе положение из первого положения позволяет увеличить коэффициент горизонтального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр 16. Например, поворотный впускной канал 204 могут повернуть во второе положение, когда частота вращения двигателя превышает пороговую частоту вращения, что указывает на условия высокой скорости или высокой нагрузки. Соответственно, поворотный впускной канал 204 могут повернуть в первое положение, когда частота вращения двигателя уменьшается ниже вышеупомянутой пороговой частоты вращения двигателя. Впускной патрубок 202, выпускной патрубок 210, привод 230 впускного канала, блок 14 цилиндров, головка 12 блока цилиндров и поршень 200 также показаны на фиг. 6 для наглядности.

На фиг. 7 показан подробный вид поворотного впускного канала 204 во втором положении. Первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222, содержащиеся в поворотном впускном канале 204, также показаны на фиг. 7. Ось 224 вращения и различные стороны S1, S2, S3 и S4 поворотного впускного канала 204 изображены, чтобы более подробно иллюстрировать второе положение поворотного впускного канала 204. Как показано, первый изогнутый участок 220 расположен на стороне S1, а второй изогнутый участок 222 расположен на противоположной стороне S3. Следует учитывать, что второе положение поворотного впускного канала 204, показанное на фиг. 7, соответствует повороту на 180° относительно первого положения поворотного впускного канала 204, показанного на фиг. 3.

На фиг. 8 показан двигатель 10 и система 50 двигателя с поворотным впускным каналом 204 в третьем положении. В этом конкретном примере поворотный впускной канал 204 повернут на 90° в направлении по часовой стрелке относительно первого положения поворотного впускного канала 204, показанного на фиг. 2. Стрелка 800 изображает общую структуру потока воздуха, поступающего в цилиндр 16 через впускной клапан 18. В третьем положении поворотный впускной канал 204 может создавать структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр 16, с коэффициентом вертикального завихрения, по сравнению с коэффициентом вертикального завихрения структуры потока воздуха, созданной поворотным впускным каналом 204 в первом или втором положении. Следовательно, поворот поворотного впускного канала 204 в третье положение из первого положения или из второго положения позволяет увеличить коэффициент вертикального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр 16. Кроме того, в третьем положении поворотный впускной канал 204 может создавать поток воздуха с меньшим коэффициентом горизонтального завихрения по сравнению с коэффициентом горизонтального завихрения структуры потока воздуха, созданной поворотным впускным каналом 204 в первом или во втором положении. Таким образом, поворот поворотного впускного канала 204 в третье положение из первого положения или из второго положения позволяет уменьшить коэффициент горизонтального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр 16. Впускной патрубок 202, выпускной патрубок 210, блок 14 цилиндров, головка 12 блока цилиндров и поршень 200 также показаны на фиг. 8 для наглядности.

На фиг. 9 показан подробный вид поворотного впускного канала 204 в третьем положении. Первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222, содержащиеся в поворотном впускном канале 204, также показаны на фиг. 9. Ось 224 вращения и стороны S1, S2, S3 и S4 также изображены для наглядности. Первый изогнутый участок 220 расположен на стороне S1, а второй изогнутый участок 222 расположен на противоположной стороне S3. В третьем положении поворотный впускной канал 224 может быть ориентирован таким образом, что первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222 по существу находятся на равном расстоянии от выпускного клапана 20, как показано на фиг. 8. Расположенные таким образом изогнутые участки позволяют увеличить коэффициент вертикального завихрения и уменьшить коэффициент горизонтального завихрения потока воздуха в цилиндре.

На фиг. 10 показаны двигатель 10 и система 50 двигателя с поворотным впускным каналом 204 в четвертом положении. В этом конкретном примере поворотный впускной канал 204 повернут на 90° в направлении против часовой стрелки относительно первого положения поворотного впускного канала 204, показанного на фиг. 2. Стрелка 1000 изображает общую структуру потока воздуха, поступающего в цилиндр 16 через впускной клапан 18. В четвертом положении поворотный впускной канал 204 может создавать структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр 16, аналогичную структуре движения потока воздуха, созданной поворотным впускным каналом 204 в третьем положении. Таким образом, когда поворотный впускной канал 204 поворачивают в четвертое положение из первого или второго положения, коэффициент вертикального завихрения потока воздуха увеличивается, а коэффициент горизонтального завихрения потока воздуха уменьшается. Однако в четвертом положении поворотный впускной канал 204 может создавать структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр 16 с направлением вертикального завихрения, которое противоположно направлению движения вертикального завихрения в структуре потока воздуха, поступающего в цилиндр, когда поворотный впускной канал находится в третьем положении. В частности, общее направление движения в структуре вертикального завихрения, созданной поворотным впускным каналом 204 в четвертом положении, соответствует направлению движения по часовой стрелке, в то время как общее направление движения в структуре вертикального завихрения, созданной поворотным впускным каналом 204 в третьем положении, соответствует направлению движения против часовой стрелки.

Например, поворотный впускной канал 204 могут повернуть в третье положение или в четвертое положение, когда температура двигателя меньше пороговой температуры, что указывает на условия холодного запуска двигателя, и/или когда частота вращения указывает на условия холостого хода. Впускной патрубок 202, выпускной патрубок 210, привод 230 впускного канала, блок 14 цилиндров, головка 12 блока цилиндров и поршень 200 также показаны на фиг. 10 для наглядности.

На фиг. 11 показан подробный вид поворотного впускного канала 204 в четвертом положении. На фиг. 11 также показаны первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222, содержащиеся в поворотном впускном канале 204. Ось 224 вращения и стороны S1, S2, S3 и S4 также изображены для наглядности. В четвертом положении поворотный впускной канал 224 также может быть ориентирован таким образом, что первый изогнутый участок 220 и второй изогнутый участок 222 по существу находятся на равном расстоянии от выпускного клапана 20, как показано на фиг. 10.

Различные положения впускного канала, показанные на фиг. 2, 6, 8 и 10, позволяют создать структуры вертикального завихрения и горизонтального завихрения потока воздуха, которые можно регулировать независимо для достижения требуемых коэффициентов горизонтального и вертикального завихрений. Кроме того, структура движения потока воздуха при вхождении в цилиндр и внутри цилиндра может быть точно настроена для обеспечения улучшенного КПД сгорания и/или уменьшения выбросов вредных веществ. Кроме того, поворотный впускной канал 204 могут повернуть в дополнительные положения, например, на 45° в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно какого-либо положения, чтобы обеспечить различные уровни вертикального завихрения и/или горизонтального завихрения впускного потока воздуха, поступающего в цилиндр. Например, поворотный впускной канал могут повернуть в сторону от первого положения, в направлении по часовой стрелке на 45°, чтобы увеличить коэффициент вертикального завихрения для структуры потока воздуха и создать структуру потока воздуха с более сбалансированными коэффициентами горизонтального завихрения и вертикального завихрения.

На фиг. 13 и 14 показаны другие примеры поворотного впускного канала, имеющего только один изогнутый участок. Следует учитывать, что поворотные впускные каналы, показанные на фиг. 13 и 14, могут входить в состав системы 50 двигателя, показанной на фиг. 1, 2, 6, 8 и 10. Кроме того, поворотные впускные каналы, показанные на фиг. 13 и 14, могут быть повернуты в другие положения, что позволяет обеспечить выбранные величины вертикального завихрения и/или горизонтального завихрения на основе условий работы двигателя. В частности, на фиг. 13 показан вариант реализации поворотного впускного канала 1300 с изогнутым участком 1302, проходящим внутри по направлению к оси 1304 вращения поворотного впускного канала 1300. Конец 1306, расположенный выше по потоку относительно поворотного впускного канала 1300, имеет радиус R5, а конец 1308, расположенный ниже по потоку относительно поворотного впускного канала 1300, имеет радиус R6. Как и в предыдущих вариантах реализации поворотного впускного канала, концы, расположенные выше по потоку и ниже по потоку, имеют постоянные радиусы. Поворотный впускной канал 1300 также содержит среднее сечение 1310. Среднее сечение 1310 имеет три радиуса R7, R8 и R9. Например, радиус R9 может быть равен радиусу R5 и радиусу R6. В одном из дополнительных примеров радиус R8 может быть равен радиусам R5 и R6. Кроме того, например, радиус R9 может быть меньше радиуса R7. Кроме того, среднее сечение 1310 может иметь овальный профиль в радиальном сечении.

На фиг. 14 показан вариант реализации поворотного впускного канала 1400 с изогнутым участком 1402, который имеет изгиб наружу в направлении от оси 1404 вращения поворотного впускного канала 1400. Поворотный впускной канал 1400 содержит конец 1406, расположенный выше по потоку и имеющий радиус R10, и конец 1408, расположенный ниже по потоку и имеющий радиус R11. Как и в предыдущих вариантах реализации поворотного впускного канала, концы, расположенные выше по потоку и ниже по потоку, имеют постоянные радиусы. Поворотный впускной канал 1400 также содержит среднее сечение 1410. Среднее сечение 1410 имеет три радиуса R12, R13 и R14. Например, радиус R12 может быть равен радиусам R10 и R11. В другом примере радиус R8 может быть равен радиусам R5 и R6. Кроме того, например, радиус R13 может быть равен радиусу R12. Радиус R9 может быть меньше радиуса R7. Кроме того, среднее сечение 1310 может иметь овальный профиль в радиальном сечении.

Изогнутые участки в поворотных впускных каналах, показанных на фиг. 13 и 14, позволяют обеспечить требуемые величины вертикального завихрения и горизонтального завихрения, которые должны быть созданы, на основе условий работы двигателя, для впускного потока воздуха, входящего в цилиндр, чтобы улучшить смешивание воздуха и топлива. Следует учитывать, что величины вертикального завихрения и/или горизонтального завихрения могут определяться ориентацией (например, поворотом) впускного канала. В результате можно увеличить КПД сгорания и уменьшить выбросы вредных веществ из двигателя.

На фиг. 12 показан способ 1200 управления системой двигателя. Например, для реализации способа 1200 можно использовать систему двигателя, раскрытую выше с использованием фиг. 1-11. Однако в других примерах для реализации способа 1200 могут быть использованы другие подходящие системы двигателя.

На шаге 1202 способ содержит, во время первого условия работы, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в первом положении. Например, поворотный впускной канал охватывает по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, соединенного с цилиндром, и имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь, в направлении к оси вращения поворотного впускного канала, и второй изогнутый участок, проходящий наружу в направлении от оси вращения. Кроме того, например, второй изогнутый участок в первом положении расположен ближе к выпускному клапану, соединенному с цилиндром, чем первый изогнутый участок. Однако могут использоваться другие расположения изогнутых участков.

Затем на шаге 1204 способ определяет, существует ли необходимость увеличения величины горизонтального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр. Если определено, не требуется увеличение величины горизонтального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр (НЕТ на шаге 1204), то способ возвращается к шагу 1204. Однако если определено, что требуется увеличение величины горизонтального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр (ДА на шаге 1204), то способ переходит к шагу 1206.

На шаге 1206 способ содержит, во время второго условия работы, поворот поворотного впускного канала во второе положение. Например, первый изогнутый участок находится ближе к выпускному клапану, чем второй изогнутый участок во втором положении. На шаге 1208 способ содержит, во время второго условия работы, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал во втором положении для увеличения величины горизонтального завихрения впускного потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан. Второе положение создает структуры для увеличения величины горизонтального завихрения впускного потока воздуха, что позволяет улучшить КПД сгорания и уменьшить выбросы вредных веществ в течение выбранных условий работы двигателя. Следует учитывать, что структура, позволяющая увеличить величину горизонтального завихрения впускного потока воздуха, увеличивает нестабильность потока воздуха вокруг головки впускного клапана.

Затем на шаге 1210 способ содержит определение, существует ли необходимость уменьшения величины горизонтального завихрения и увеличения величины вертикального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр. Если определено, что не существует необходимости уменьшения величины горизонтального завихрения и увеличения величины вертикального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр (НЕТ на шаге 1210), то способ возвращается к шагу 1210. Однако если определено, что существует необходимость уменьшения величины горизонтального завихрения и увеличения величины вертикального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр (ДА на шаге 1210), то способ переходит к шагу 1212. На шаге 1212 способ содержит, во время третьего условия работы, поворот поворотного впускного канала в третье положение. В частности, например, поворотный впускной канал поворачивают на 90° в направлении по часовой стрелке из второго положения в третье положение. В таком примере первый и второй изогнутый участки могут быть расположены по существу на одинаковом расстоянии от выпускного клапана цилиндра. На шаге 1214, во время третьего условия работы, способ содержит протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в третьем положении, чтобы уменьшить величину горизонтального завихрения и увеличить величину вертикального завихрения в структуре движения впускного потока воздуха. Например, структура завихрения потока воздуха, созданная в третьем положении, может обеспечивать движение в направлении против часовой стрелки относительно вертикальной оси цилиндра.

Затем на шаге 1216 способ содержит определение, существует ли необходимость регулирования структуры вертикального завихрения потока в цилиндре. Если определено, что не существует необходимости регулирования структуры вертикального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр (НЕТ на шаге 1216), то способ возвращается к шагу 1216. Однако если определено, что существует необходимость регулирования структуры вертикального завихрения потока воздуха, поступающего в цилиндр (ДА на шаге 1216), то способ переходит к шагу 1218, на котором способ содержит, во время четвертого условия работы, поворот поворотного впускного канала в четвертое положение. В частности, например, поворотный впускной канал поворачивают на 180° в направлении по часовой стрелке из третьего положения в четвертое положение. В таком примере первый и второй изогнутый участки могут быть расположены по существу на одинаковом расстоянии от выпускного клапана цилиндра. На шаге 1220 способ содержит протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в четвертом положении, для регулирования направления вертикального завихрения. В частности, например, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в четвертом положении меняет направление движения потока воздуха, поступающего в цилиндр, в структуре вертикального завихрения на противоположное. Например, в четвертом положении направление вертикального завихрения может представлять собой направление по часовой стрелке, то есть противоположное направлению движения вертикального завихрения против часовой стрелки в третьем положении.

Кроме того, например, первое условие работы представляет собой условие, когда частота вращения двигателя меньше пороговой частоты вращения, а второе условие работы представляет собой условие, когда частота вращения двигателя больше пороговой частоты вращения. Кроме того, в некоторых примерах, коэффициент горизонтального завихрения потока воздуха в цилиндре могут увеличить, когда двигатель работает в условиях полной нагрузки или вблизи полной нагрузки и при пиковой мощности. Дополнительно, в некоторых примерах, коэффициент вертикального завихрения потока воздуха в цилиндре могут увеличить, когда двигатель работает в условиях холодного запуска двигателя или в условиях холостого хода. В другом примере коэффициент горизонтального завихрения могут увеличить, а коэффициент вертикального завихрения потока воздуха в цилиндре могут уменьшить, когда двигатель работает в условиях высокой нагрузки. И наоборот, коэффициент горизонтального завихрения могут уменьшить, а коэффициент вертикального завихрения потока воздуха в цилиндре могут увеличить, когда двигатель работает в условиях холостого хода. Поэтому, например, коэффициент горизонтального завихрения и коэффициент вертикального завихрения могут регулировать на основе одного или более из следующего: мощность двигателя, нагрузка, воздушно-топливное отношение, температура, частота вращения двигателя и состав отработавших газов.

Объект настоящего изобретения в настоящем раскрытии дополнительно раскрыт в следующих абзацах. В соответствии с одним аспектом, предложена система двигателя. Система двигателя содержит поворотный впускной канал, охватывающий по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, соединенного с цилиндром, причем поворотный впускной канал имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь по направлению к оси вращения поворотного впускного канала или наружу в противоположную от нее сторону, и привод впускного канала, соединенный с поворотным впускным каналом, выполненный с возможностью поворота поворотного впускного канала вокруг оси вращения в зависимости от условий работы двигателя.

В соответствии с другим аспектом, предложена система двигателя в составе двигателя. Система двигателя содержит поворотный впускной канал, охватывающий по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, причем впускной клапан соединен с цилиндром, причем поворотный впускной канал имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь в направлении оси вращения поворотного впускного канала и второй изогнутый участок, проходящий наружу от оси вращения, и привод впускного канала, соединенный с поворотным впускным каналом, выполненный с возможностью поворота поворотного впускного канала вокруг оси вращения в зависимости от условий работы двигателя для создания структуры потока впускного воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с выбранными коэффициентами горизонтального завихрения и коэффициентами вертикального завихрения.

В соответствии с другим аспектом предложен способ управления системой двигателя. Способ содержит, во время первого условия работы, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в первом положении, причем поворотный впускной канал охватывает по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, соединенного с цилиндром, и имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь в направлении оси вращения поворотного впускного канала, и второй изогнутый участок, проходящий наружу от оси вращения, и, во время второго условия работы, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал во втором положении, причем первое положение создает структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с более высоким коэффициентом горизонтального завихрения, чем коэффициент горизонтального завихрения для структуры движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, создаваемой во втором положении.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов поворотный впускной канал может содержать второй изогнутый участок, расположенный на противоположной стороне поворотного впускного канала относительно первого изогнутого участка.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов второй изогнутый участок может проходить наружу в направлении от оси вращения, а первый изогнутый участок может проходить внутрь в направлении оси вращения.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов привод впускного канала может быть выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в первое положение, в котором второй изогнутый участок расположен ближе к выпускному клапану, соединенному с цилиндром, чем первый изогнутый участок, и с возможностью поворота поворотного впускного канала во второе положение, в котором первый изогнутый участок расположен ближе к выпускному клапану, чем второй изогнутый участок.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов поворотный впускной канал во втором положении может создавать структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан с коэффициентом горизонтального завихрения большим, чем коэффициент горизонтального завихрения для структуры движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, созданной поворотным впускным каналом в первом положении.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов первое положение и второе положение могут быть разделены углом 180° относительно оси вращения.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов привод впускного канала может быть выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в третье положение путем поворота поворотного впускного канала на 90° в направлении по часовой стрелке относительно первого положения, и причем третье положение создает структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан с коэффициентом вертикального завихрения большим, чем коэффициент горизонтального завихрения.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов привод впускного канала может быть выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в четвертое положение путем поворота поворотного впускного канала на 90° в направлении против часовой стрелки относительно первого положения, и четвертое положение создает структуру движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом вертикального завихрения большим, чем коэффициент горизонтального завихрения.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов направление вертикального завихрения в структуре движения потока воздуха, созданной поворотным впускным каналом в третьем положении, может быть противоположным направлению вертикального завихрения в структуре движения потока воздуха, созданной поворотным впускным каналом в четвертом положении.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов привод впускного канала может быть выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в первое, второе, третье и четвертое положение, причем в первом, втором, третьем и четвертом положениях есть возможность создания структур движения потока воздуха с различными коэффициентами горизонтального завихрения и коэффициентами вертикального завихрения воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов первое положение и второе положение могут быть разделены углом 180° относительно оси вращения.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов третье и четвертое положения могут быть разделены углом 180° относительно оси вращения, причем первое, второе, третье и четвертое положения имеют различные угловые ориентации.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов первый изогнутый участок и второй изогнутый участок могут быть расположены на противоположных сторонах поворотного впускного канала.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов в первом положении второй изогнутый участок может быть расположен ближе к выпускному клапану, соединенному с цилиндром, чем первый изогнутый участок, а во втором положении первый изогнутый участок может быть расположен ближе к выпускному клапану, чем второй изогнутый участок.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов способ может дополнительно содержать, во время третьего условия работы, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в третьем положении, в котором поворотный впускной канал повернут на угол 90° в направлении по часовой стрелке вокруг оси вращения относительно первого положения, и причем поворотный впускной канал в третьем положении обеспечивает создание структуры движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, в которой коэффициент вертикального завихрения больше, чем коэффициент горизонтального завихрения.

В любых раскрытых здесь аспектах или в комбинации этих аспектов способ может дополнительно содержать, во время четвертого условия работы, протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в четвертом положении, в котором поворотный впускной канал повернут на угол 90° в направлении против часовой стрелки вокруг оси вращения относительно первого положения, и причем поворотный впускной канал в четвертом положении обеспечивает создание структуры движения потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, в которой коэффициент вертикального завихрения больше, чем коэффициент горизонтального завихрения.

На фиг. 1-11 показаны примеры вариантов реализации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что эти компоненты непосредственно соприкасаются друг с другом или непосредственно соединены, то такие элементы могут упоминаться как находящиеся в непосредственном контакте или непосредственно соединенные по меньшей мере в качестве примера. Точно так же элементы, показанные близлежащими или смежными, могут быть близлежащими или смежными по меньшей мере в качестве примера. Например, компоненты, расположенные в поверхностном контакте друг с другом, могут упоминаться, как имеющие поверхностный контакт. В другом примере элементы, расположенные отдельно друг от друга, зазором между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, только в качестве примера. В другом примере элементы, показанные расположенными выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах относительно друг друга или справа/слева друг от друга, могут быть упомянуты как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на иллюстрациях, самый верхний элемент или самая верхняя точка элемента могут упоминаться как «верх» указанного компонента, а самый нижний элемент или самая нижняя точка элемента могут упоминаться как «низ» указанного компонента, по меньшей мере в качестве примера. Используемые здесь термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже могут указываться относительно вертикальной оси на чертежах и применяться для указания положения элементов относительно друг друга на чертежах. Например, элементы, показанные выше других элементов, расположены выше других элементов по вертикали. В другом примере формы элементов, изображенных на чертежах, могут быть указаны как таковые (например, элементы, являющиеся круглыми, прямыми, плоскими, изогнутыми, скругленными, скошенными, угловыми и т.п.). Кроме того, элементы, показанные в пересечении друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом, по меньшей мере в одном примере. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный за пределами другого элемента, может быть упомянут как таковой, в качестве примера.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры управляющих программ могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Кроме того, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система (50) двигателя содержит поворотный впускной канал (204), охватывающий по окружности по меньшей мере часть стержня (206) впускного клапана (18), соединенного с цилиндром (16). Поворотный впускной канал (204) имеет первый изогнутый участок (220), проходящий внутрь по направлению к оси (224) вращения поворотного впускного канала (204) или наружу в противоположную от оси (224) вращения сторону. Привод (230) впускного канала соединен с поворотным впускным каналом (204) и выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала (204) вокруг оси (224) вращения в зависимости от условий работы двигателя. Раскрыты вариант системы двигателя и способ управления системой двигателя. Технический результат заключается в обеспечении нестабильности потока воздуха вокруг головки впускного клапана для обеспечения требуемых уровней турбулентности в цилиндре двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система двигателя, содержащая:

поворотный впускной канал, охватывающий по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, соединенного с цилиндром, причем поворотный впускной канал имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь по направлению к оси вращения поворотного впускного канала или наружу в противоположную от оси вращения сторону; и

привод впускного канала, соединенный с поворотным впускным каналом, выполненный с возможностью поворота поворотного впускного канала вокруг оси вращения в зависимости от условий работы двигателя.

2. Система двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что поворотный впускной канал содержит второй изогнутый участок, расположенный на противоположной стороне поворотного впускного канала относительно первого изогнутого участка.

3. Система двигателя по п. 2, отличающаяся тем, что второй изогнутый участок проходит наружу от оси вращения, а первый изогнутый участок проходит внутрь в направлении оси вращения.

4. Система двигателя по п. 3, отличающаяся тем, что привод впускного канала выполнен с возможностью:

поворота поворотного впускного канала в первое положение, в котором второй изогнутый участок расположен ближе к выпускному клапану, соединенному с цилиндром, чем первый изогнутый участок, и

поворота поворотного впускного канала во второе положение, в котором первый изогнутый участок расположен ближе к выпускному клапану, чем второй изогнутый участок.

5. Система двигателя по п. 4, отличающаяся тем, что поворотный впускной канал выполнен с возможностью создания, во втором положении, структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом горизонтального завихрения , чем коэффициент горизонтального завихрения структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, создаваемой поворотным впускным каналом в первом положении.

6. Система двигателя по п. 4, отличающаяся тем, что первое положение и второе положение разделены углом 180° относительно оси вращения.

7. Система двигателя по п. 4, отличающаяся тем, что привод впускного канала выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в третье положение путем поворота поворотного впускного канала на 90° в направлении по часовой стрелке относительно первого положения, и причем в третьем положении есть возможность создания структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом вертикального завихрения большим, чем коэффициент горизонтального завихрения.

8. Система двигателя по п. 7, отличающаяся тем, что привод впускного канала выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в четвертое положение путем поворота поворотного впускного канала на 90° в направлении против часовой стрелки относительно первого положения, причем в четвертом положении есть возможность создания структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом вертикального завихрения большим, чем коэффициент горизонтального завихрения.

9. Система двигателя по п. 8, отличающаяся тем, что направление структуры потока с вертикальным завихрением, созданной поворотным впускным каналом в третьем положении, противоположно направлению структуры потока с вертикальным завихрением, созданной поворотным впускным каналом в четвертом положении.

10. Система двигателя в составе двигателя, содержащая:

поворотный впускной канал, охватывающий по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, причем впускной клапан соединен с цилиндром, при этом поворотный впускной канал имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь в направлении оси вращения поворотного впускного канала, и второй изогнутый участок, проходящий наружу от указанной оси вращения; и

привод впускного канала, соединенный с поворотным впускным каналом, выполненный с возможностью поворота поворотного впускного канала вокруг оси вращения в зависимости от условий работы двигателя для создания структуры потока впускного воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с выбранными коэффициентами горизонтального завихрения и коэффициентами вертикального завихрения.

11. Система двигателя по п. 10, отличающаяся тем, что привод впускного канала выполнен с возможностью поворота поворотного впускного канала в первое, второе, третье и четвертое положения, причем в первом, втором, третьем и четвертом положениях есть возможность создания структур потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с различными коэффициентами горизонтального завихрения и коэффициентами вертикального завихрения.

12. Система двигателя по п. 11, отличающаяся тем, что первое положение и второе положение разделены углом 180° относительно оси вращения.

13. Система двигателя по п. 12, отличающаяся тем, что третье и четвертое положения разделены углом 180° относительно оси вращения, причем первое, второе, третье и четвертое положения имеют различные угловые ориентации.

14. Система двигателя по п. 11, отличающаяся тем, что поворотный впускной канал выполнен с возможностью создания, во втором положении, структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом горизонтального завихрения , чем коэффициент горизонтального завихрения структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, созданной поворотным впускным каналом в первом положении.

15. Система двигателя по п. 11, отличающаяся тем, что направление структуры потока с вертикальным завихрением, созданной поворотным впускным каналом в третьем положении, противоположно направлению структуры потока с вертикальным завихрением, созданной поворотным впускным каналом в четвертом положении.

16. Система двигателя по п. 10, отличающаяся тем, что первый изогнутый участок и второй изогнутый участок расположены на противоположных сторонах поворотного впускного канала.

17. Способ управления системой двигателя, содержащий шаги, на которых:

во время первого условия работы обеспечивают протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в первом положении, причем поворотный впускной канал охватывает по окружности по меньшей мере часть стержня впускного клапана, соединенного с цилиндром, и имеет первый изогнутый участок, проходящий внутрь в направлении оси вращения поворотного впускного канала, и второй изогнутый участок, проходящий наружу от указанной оси вращения; и

во время второго условия работы обеспечивают протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал во втором положении, причем указанное первое положение обеспечивает создание структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом горизонтального завихрения , чем коэффициент горизонтального завихрения структуры потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, созданной в указанном втором положении.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что в первом положении второй изогнутый участок расположен ближе к выпускному клапану, соединенному с цилиндром, чем первый изогнутый участок, и во втором положении первый изогнутый участок расположен ближе к выпускному клапану, чем второй изогнутый участок.

19. Способ по п. 17, в котором дополнительно, во время третьего условия работы, обеспечивают протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в третьем положении, в котором поворотный впускной канал разделен углом 90° в направлении по часовой стрелке вокруг оси вращения относительно первого положения, и причем поворотный впускной канал в третьем положении создает структуру потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом вертикального завихрения большим, чем коэффициент горизонтального завихрения.

20. Способ по п. 19, в котором дополнительно, во время четвертого условия работы, обеспечивают протекание впускного воздуха через поворотный впускной канал в четвертом положении, в котором поворотный впускной канал разделен углом 90° в направлении против часовой стрелки вокруг оси вращения относительно первого положения, и причем поворотный впускной канал в четвертом положении и создает структуру потока воздуха, поступающего в цилиндр через впускной клапан, с коэффициентом вертикального завихрения , чем коэффициент горизонтального завихрения.