CN100572771C - 用于内燃机的进气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的进气系统。在该进气系统(1)中，在进气管(3)内沿纵向设置有隔板(4A)，以使进气管内部分为作为进气管的上侧通路的第一进气通路(5)和作为进气管的下侧通路的第二进气通路(6)，以及用于打开和闭合所述第二进气通路(6)的进气控制阀(10)，隔板(4)具有孔(9)，所述孔将第一进气通路(5)与第二进气通路(6)连通，并允许隔板下表面上的燃料被吸出而进入第一进气通路。当在进气系统(1)的第一进气通路(5)内产生强烈的纵滚气流时，在上述孔(9)中产生从第二进气通路流向第一进气通路的气流，以吸出附着在隔板上的燃料FU。

Description

用于内燃机的进气系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的进气系统，其中在进气管内设置有隔板以控制进气流。
背景技术
许多传统进气系统中，已经提出用于在进气管(也指进气口)内产生强烈纵滚气流的结构。例如，在专利文献1中，在进气管内设置有隔板(也指隔壁，分隔壁等)以将进气管分成纵滚气流通路和控制通路。另外，可开闭的进气流控制阀设置在控制通路侧，左隔壁和右隔壁设置在纵滚气流通路侧以使纵滚气流分层。此外，专利文献2公开了一种进气系统，其中使用了在喷射的燃料冲击的部位上具有至少连通孔的隔板。在此进气系统中，喷射燃料冲击的部位具有不平坦表面和连通孔，可以加速燃料的飞散，气化和雾化，并可以防止喷射燃料的液滴化，由此可使燃烧稳定。此外，专利文献3公开了一种进气系统，其中进气控制阀设置在隔壁上游，隔壁把进气口内部分为两个通路，连通通路以缝隙形式设置在隔壁内。上述连通通路设置在隔壁的上游端侧，以便连通通路面向当进气控制阀关闭时在下游侧产生的局部低压区。在专利文献3的进气系统中，下侧的第二通路在纵滚气流产生时由进气控制阀关闭，并且因而在上侧的第一通路中产生进气流。此时，在上述连通通路中产生将空气从第二通路带到第一通路的进气流，从而能够加强纵滚气流。
专利文献1：日本专利申请，公开号No.06-159079
专利文献2：日本专利申请，公开号No.05-209582
专利文献3：日本专利申请，公开号No.2004-124836
发明内容
本发明要解决的技术问题
在上述专利文献1中公开的进气系统中，在纵滚气流通路侧喷射燃料，进气流在通过隔板之后包括燃料并流入燃烧室。图8A概要地示出此时的进气系统100。在进气系统100中，进气管103的内部被隔板104分为纵滚气流通路105和控制通路106。图8A示出当控制通路106侧通过移动进气流控制阀110而关闭从而在纵滚气流通路105内产生强烈纵滚气流的进气系统。在此情况下，进气流的一部分在通过隔板104之后在下端变成强烈的涡流EC。此涡流EC逆流通过控制通路106以使燃料FU以液滴形式附着在隔板104的下表面。此外，当气缸上部的进气阀(未示出)打开时，逆流可以使燃料FU附着在隔板104的下表面。
已经逆流或被吹回的燃料FU滞留在隔板104的下表面或周部的凹部中。当进气流控制阀110切换到打开状态(特别是完全打开)时，喷射的燃料如上所述滞留在控制通路106侧，燃料FU如图8B所示以液滴形式直接流进燃烧室，并因此使空燃比(A/F)突然变富。这种变化十分突然以致于非常难以控制空燃比。因此，内燃机燃烧的效率降低并且排放恶化。
此外，专利文献2中公开的进气系统中的隔板以一种材料制成，喷射燃料所冲击的部位为不平坦的形式并且具有连通前后(表里)的连通孔。此外，还提出了使用泡沫金属材料作为具有连通孔的(连通多孔状)材料。然而，当进气管的内部被具有连通孔的材料分隔时，纵滚气流通路和控制通路在很宽的范围上连通，并且因此，设置隔板的效果被减小。因此，这种进气系统在纵滚气流通路侧难以产生强烈纵滚气流。此外，如以泡沫金属的材料作为隔板时，燃料会阻塞在途中或由于通路复杂而使燃料不能很好地被吸出。此外，在这种进气系统中，使用了特别的材料，致使制造费用很高。而且，在这种进气系统中，提出了一种将从喷射器喷射的燃料加速气化和雾化的技术，并因此没有对因如上所述进气流的逆流等而导致附着在隔板下表面的燃料采取措施。
此外，在专利文献3中公开的进气系统中，当纵滚气流产生时，进气经由连通通路被从第二通路带到第一通路。此时，进气流在第二通路内从下向上环流(逆流)。喷射的燃料连同所述环流一起逆流，并且因此，燃料以与上述专利文献1的系统中同样的方式滞留在隔壁的下表面或周部。特别地，在隔壁上游端设置有连通通路，使得连通通路面向进气控制阀关闭时产生的低压区，并且因此，燃料容易附着在隔壁的整个下表面。此外，还存在燃料可逆流到接近进气控制阀的位置并滞留在周部的凹部中的可能性。因此，值得关注的是，内燃机所采用的进气系统的燃烧效率降低，并且排放恶化。
因此，本发明的目的是提供一种进气系统，该进气系统能防止进气流环流到进气控制阀的周边部，并且能防止燃料附着在隔板的下表面，并由此提高燃烧效率和改进排放状况。
解决问题的措施
上述目的可以通过为内燃机引入一种进气系统而达成，所述进气系统在进气管内沿纵向方向设置有隔板，以使所述进气管的内部分成作为所述进气管的上侧通路的第一进气通路和作为所述进气管的下侧通路的第二进气通路，并且设置有用于打开和关闭所述第二进气通路的进气控制阀，所述隔板具有孔，所述孔将所述第一进气通路与所述第二进气通路连通，并允许所述隔板的下表面上的燃料被吸出而进入所述第一进气通路。所述孔集中地设置在所述隔板的中央位置的下游。
根据本发明，隔板具有多个将第一进气通路与第二进气通路连通的孔，并且因此，当在第一进气通路内产生强烈的进气流(纵滚气流)时，上述孔中产生从第二进气通路流向第一进气通路的气流，以使附着到隔板的燃料能被吸出。因此，可以防止已经转化为液滴的燃料突然流入内燃机，并且因此，所提供的进气系统能够提高燃烧效率和改进排放状况。
此外，内燃机进气系统可以具有这样的结构，所述第一进气通路侧上的所述孔的开口位置可以在进气流方向上位于所述第二进气通路侧上的所述孔的开口位置的下游。此外，内燃机进气系统可以具有这样的结构，所述第一进气通路侧上的所述孔的开口位置可以在进气流方向上位于所述第二进气通路侧上的所述孔的开口位置的上游。
此外，内燃机进气系统可以具有这样的结构，所述第二进气通路侧上的所述孔的下游侧端部可以在进气流方向上位于所述第一进气通路侧上的所述孔的下游侧端部的下游。
此外，优选地，形成在所述第一进气通路侧上的所述孔的开口直径小于形成在所述第二进气通路侧上的所述孔的开口直径。此外，优选地，所述孔呈从所述第一进气通路侧向所述第二进气通路侧直径扩大的锥形形状。此外，上述孔采用所述孔设置在所述隔板的下游的结构。以这种方式，孔主要设置在隔板的下游侧，因此，即使在第二通路内产生环流，也可使环流的范围变窄，并且能够防止燃料逆流到进气控制阀上游。在此，优选采用平坦板状部件作为上述隔板。在隔板平坦的情形下，压力损失小，并且因此，进气流在隔板附近变得平稳。
发明效果
根据本发明，能够提供一种进气系统，其中，能够防止进气流环流到进气控制阀的周边部，并且能够防止燃料附着在隔板的下表面，并且因此，能够提高燃烧效率和改进排放。
附图说明
图1A和图1B示出第一实施例的进气系统，图1A示出进气系统的整体结构，图1B示出图1A中CR部分的放大视图；
图2A示出隔板的平面图；图2B示出图1B中所示的孔的放大图；图2C示出直径均匀扩大的孔的示例；
图3A和3B示出根据第二实施例的隔板；
图4A和4B示出根据第三实施例的隔板；
图5A和5B示出根据第四实施例的隔板；
图6示出变形例的进气系统的整体结构；
图7A和7B示出根据其它示例的隔板中的孔的布置；以及
图8A和8B示出现有技术的进气系统。
具体实施方式
接下来，将参照附图说明根据本发明实施例的内燃机的进气系统。
第一实施例
图1A和1B示出根据第一实施例的进气系统1。图1A示出进气系统1的整体结构，图1B示出图1A中CR部分的放大视图。进气系统1设置在将内燃机的气缸侧(未示出)与进气歧管连通的部位。在图1A中，下侧的端部2是进气系统1的气缸侧。如图所示，在从进气歧管侧向气缸的方向产生进气流GS。在此，尽管在许多情况下，进气系统的进气管形成在内燃机的气缸盖内，但根据本发明的进气系统并不限于这种通用结构。进气管可以是进气歧管的一部分，或者是一种独立的管的形式。设置进气管的位置在下述的实施例中并不特别地加以限制。
隔板4A沿纵向设置在进气管3内。此隔板4A将进气管3的内部分为第一进气通路5和第二进气通路6，所述第一进气通路为上侧通路，所述第二进气通路为下侧通路。附装喷射器的部位7形成在第一进气通路5的上部以向外凸出，喷射器8插入到此喷射器的附装部位7，燃料从喷射器8的端部8a喷入进气管3。因此，之后的进气流GS变成包括燃料的混合气。
开闭阀10设置在隔板4A上游(进气歧管侧)作为进气控制阀。此开闭阀10绕设置在进气管3内壁上的支承轴15运动。在图示的例子中，支承轴15设置在第二进气通路6侧的内壁表面上。此支承轴15由轴承16支承。此外，致动器17将致动力传送到支承轴15。致动器17的操纵由ECU(电子控制单元)18控制。ECU18和控制内燃机的ECU可以是同一个ECU，在此未示出。在此情况下，开闭阀10可以根据内燃机的状态通过控制致动器17运动到所需的位置。
通过开闭阀10使第二进气通路6关闭且只有第一进气通路5打开时，如图1A所示，可以在第一进气通路5内产生纵滚气流，所述纵滚气流比在进气通路完全打开状态的情况下更强烈。在此，图1A中示出的状态被称为半开状态。开闭阀10运动到与进气管3的内壁表面平行以使第一进气通路5和第二进气通路6都打开的状态被称为完全打开状态。另外，在此进气系统1中，第一进气通路5是纵滚气流通路，而第二进气通路6是控制通路。尽管上述开闭阀10被设置得足够大以控制第一进气通路5中的进气流，其也可以设置得足够小而只是控制进入第二进气通路6的进气流。
在图1B中，可以确定隔板4A中生成的孔9的截面形状。此外，图1B概要地示出燃料FU的运动，该燃料FU因进气流CGS逆流而附着到隔板4A的下表面。在隔板4A中设置的多个孔9连通第一进气通路5和第二进气通路6。隔板4A中生成的多个孔9在第二进气通路6中的开口直径大于在第一进气通路5中的开口直径。
图2A示出隔板4A的平面图(从上方看的平面图，即从第一进气通路5侧)。在第一进气通路5侧产生的孔9的开口9Ha以实线示出，而在第二进气通路6侧产生的孔9的开口9Hb以虚线示出。图2B示出图1B中所示的孔9的进一步放大的视图。在这些图中，可证实的是在第二进气通路6侧的开口直径比在第一进气通路5侧的开口直径大。如上所述，在隔板4A下表面侧的孔的开口大的情况下，易于引导附着在隔板4A下表面的燃料FU进入孔9内。此外，如上所述，当第一进气通路5侧的开口小时，进气流GS难以从第一进气通路5侧流动到第二进气通路6侧，并且因此，燃料FU可被吸出进入第一进气通路5侧而不会降低纵滚比。
特别地，如图2B所示，在进气通路GS的方向上，第二进气通路6上的孔9的下游侧端部92位于第一进气通路5上的下游侧端部91的下游。如上所述将下表面侧的孔的端部移位到下游侧的结构也易于将附着燃料引导进孔9内。此外，孔9的内壁9TE优选为锥形状态，如图所示，因此进入的燃料能够被平稳地引导到相反侧。
虽然图2A和2B说明了在第一进气通路5侧和在第二进气通路6侧孔的形状(开口的形状)为圆形的情形，并且第二进气通路6的下游侧端部92被移位到下游，但本发明并不限于此。孔9的形状可以是，例如椭圆形，缝隙形或类似的形状。此外，这些孔可以具有不同的形状，例如在第一进气通路5侧的孔为圆形而在第二进气通路6侧的孔为椭圆形。此外，如图2C所示，孔9可以为锥形形状，孔9的直径从第一进气通路5侧向第二进气通路6侧均匀扩大。根据第一实施例，隔板4A中的孔9以这种方式产生，即在第二进气通路6侧的开口面积大于第一进气通路5侧的开口面积，并且下游侧端部92位于第一进气通路5侧的下游侧端部91的下游。优选将平坦板状部件用作上述隔板4A。例如，隔板4a可用预定厚度的具有光滑精整表面的金属板。可以在此金属板上所需位置实行打孔，以设置多个锥形孔9，并且因此，此金属板可用作隔板4A。当隔板4A平坦时，压力损失很小，所以接近隔板的进气流十分平稳。
在根据第一实施例的上述进气系统1中，在图1A所示的半开状态下产生进气流GS时，在第一进气通路5侧产生强烈的气流，因此，存在有压力差，也即第一进气通路5的压力低于第二进气通路6。此时，产生从第一进气通路5侧到第二进气通路6侧的气流，并且因此，附着在隔板4A下表面的燃料FU经过孔9被吸到上侧(第一进气通路5侧)。被吸到第一进气通路5侧的燃料FU再次被第一进气通路5侧的强烈气流向气缸传送。特别地，根据第一实施例，第二进气通路6侧的孔的开口区域比较大，并且第二进气通路6下游侧端部92位于第一进气通路5下游侧端部91的下游，并且因此，附着在隔板4A下表面的燃料FU可被有效地吸到上侧。
从上述说明可清楚看出，在根据第一实施例的进气系统1中，附着在隔板4A下表面的燃料可被吸到上表面侧以返回进气流中，因此，可避免燃料滞留在作为控制通路的第二进气通路6侧。在此，进气系统1的隔板4A中，在金属板或类似物上实行打孔或以类似方式使第一进气通路5和第二进气通路6局部连通，并且孔9被以这样的方式设置，即作为纵滚气流通路的第一进气通路5中产生的纵滚气流没有弱化。因此，使用此进气系统1，可以提高内燃机燃烧效率和改进内燃机排放。此外，在此进气系统1中可以稳定A/F，并且因此，可防止内燃机转矩的变动，所以可获得稳定的输出。在此，当进气系统1在半开状态或完全打开状态时，进气流经过隔板4A的孔9从第二进气通路6流到第一进气通路5，第一进气通路5的进气流偏向进气管3的上表面侧。结果，可以增大纵滚比，并且因此，作为内燃机中设置的孔9的附加效果是可以进一步增大燃料效率。
第二实施例
图3A和3B示出根据第二个实施例的用于进气系统1的另一种隔板4B。图3A示出隔板4B的平面图，图3B是侧视图。此隔板4B具有的孔9基本垂直于进气流GS的方向。这些孔9在第一进气通路5侧上的开口9Ha和在第二进气通路6侧的开口9Hb基本相同，并且孔9具有基本相同的直径。
在进气系统1中，隔板4B具有多个采用上述简单外形的孔9，附着在下表面的燃料可被吸出到上表面侧以返回进气流，并且因此可以防止燃料滞留在控制通路侧。因此，使用这种进气系统1，同样可以提高内燃机燃烧效率和改进内燃机排放，并且还可防止内燃机转矩的变动，因而获得稳定输出。
第三实施例
图4A和4B示出根据第三实施例的用于进气系统1的另一种隔板4C。图4A是隔板4C的平面图，图4B是侧视图。在第一进气通路5侧产生的孔9的开口9Ha以实线示出，而在第二进气通路6侧产生的孔9的开口9Hb以虚线示出。孔9以这种方式在此隔板4C中产生，即在第一进气通路5侧的开口位置在进气流GS的方向上位于第二进气通路6侧的开口位置的下游。另外，这些孔9具有基本相同的直径。
当采用图4A和4B中示出的隔板4C，且开闭阀在半开状态时，进气流难以从第一进气通路5流到第二进气通路6，并且因此，能够在第一进气通路5侧确保强烈的纵滚气流。结果，附着在隔板4C下表面的燃料以和第一实施例的情况相同的方式被吸出到上表面侧。因此，使用采用隔板4C的进气系统1，可以提高内燃机燃烧效率和改进内燃机排放。
第四实施例
图5A和5B示出根据第四实施例的用于进气系统1的另一种隔板4D。图5A是隔板4D的平面图，图5B是侧视图。在第一进气通路5侧产生的孔9的开口9Ha以实线示出，而在第二进气通路6侧产生的孔9的开口9Hb以虚线示出。孔9以这种方式在此隔板4D中产生，即在第二进气通路6侧的开口位置在进气流GS的方向上位于第一进气通路5侧的开口位置的下游。另外，这些孔9具有基本相同的直径。
当采用图5A和5B中示出的隔板4D，且开闭阀在半开状态时，进气流从第二进气通路6平稳地流到第一进气通路5，并且因此，附着在隔板4D下表面的燃料被以和第一实施例的情况相同的方式吸出到上表面侧。因此，使用采用这种隔板4D的进气系统1，可以提高内燃机燃烧效率和改进内燃机排放。
变形例
图6示出根据变形例的进气系统40的整体结构。为了避免重复说明，与第一实施例中的进气系统1相同的部分采用相同的附图标记。进气系统40具有内置加热器42的隔板41。以这种方式，隔板41具有的加热器42可作为加热装置以使附着的燃料加速气化。在此进气系统40中，加热器42的能量供给可由ECU18控制，以使开闭阀10打开之前没有燃料附着在隔板41的下表面。虽然图6示出的结构示例中设置加热器42的隔板41没有孔，但也可采用将加热器附加地设置到有孔的隔板上的结构，如第一到第四实施例中举例说明过的那些结构。
在根据变形例的进气系统40中，可防止燃料附着在隔板41的下表面，并且因此，以根据上述其它实施例中进气系统1相同的方式，提高内燃机燃烧效率和改进内燃机排放。
此外，根据上述第一到第四实施例，具体说明了孔9以各种不同的形式在隔板4(4A到4D)中基本均匀地设置的情形。孔9以这种方式设置在隔板中能使第二进气通路6内的环流(逆流)，即使当其发生时，逐渐地弱化，原因在于设置了孔9而导致的吸出作用(进气作用)。因此，可防止燃料到达位于上游的开闭阀10的周围，并且因此，没有燃料滞留在开闭阀10的凹部。因此，当阀完全打开时，可防止气流突然(暂时)变浓。
在此，不必在隔板4上均匀地设置孔9。这点将在下面更进一步地说明。图7A和7B示出根据其它实施例在隔板4中设置孔9的例子。图7A示出的实施例的情形是孔9集中地设置在隔板4的中央位置CL的下游。在采用这种隔板4的结构的情形中，在隔板4下游产生的环流可以被所设置的孔9的进气效果抵消。因此，环流的范围变窄以防止燃料逆流。在此，在图7A示出的孔9的布置可适用于任何一个上述第一到第四实施例的隔板4A到4D。因此，图7A示出的隔板4与隔板4A到4D之间没有不同。
此外，根据孔9在隔板4下游的布置，虽然图7A举例说明了孔9设置在中央位置CL的下游的情形，但本发明并不限于这种布置方式。例如，孔9可以从位置CLS处向下游布置，而所述CLS处位于隔板下游侧的2/3处。简而言之，与孔9在隔板4中均匀布置的情形相比，孔9的布置可以相对地向下游侧偏移。根据这样的设计，与均匀布置的情形相比，逆流范围向下游侧发生了偏移，在本质上都变窄了逆流的范围。因此，图7B所示的隔板4采用的结构为在中央位置CL的下游的孔9的密度比上游的孔的密度高。
尽管已详细说明了本发明的实施例，但是本发明并不限于这些特定实施例，而是可在本发明的本质范围内作出各种变型和改进。

Claims (7)

1.一种用于内燃机的进气系统，其中在进气管内沿纵向方向设置有隔板，以使所述进气管的内部分成作为所述进气管的上侧通路的第一进气通路和作为所述进气管的下侧通路的第二进气通路，并且设置有用于打开和关闭所述第二进气通路的进气控制阀，其特征在于：
所述隔板具有孔，所述孔将所述第一进气通路与所述第二进气通路连通，并允许所述隔板的下表面上的燃料被吸出而进入所述第一进气通路，以及
所述孔集中地设置在所述隔板的中央位置的下游。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的进气系统，其特征在于，所述第一进气通路侧上的所述孔的开口位置在进气流方向上位于所述第二进气通路侧上的所述孔的开口位置的下游。
3.根据权利要求1所述的用于内燃机的进气系统，其特征在于，所述第一进气通路侧上的所述孔的开口位置在进气流方向上位于所述第二进气通路侧上的所述孔的开口位置的上游。
4.根据权利要求1所述的用于内燃机的进气系统，其特征在于，所述第二进气通路侧上的所述孔的下游侧端部在进气流方向上位于所述第一进气通路侧上的所述孔的下游侧端部的下游。
5.根据权利要求1所述的用于内燃机的进气系统，其特征在于，形成在所述第一进气通路侧上的所述孔的开口直径小于形成在所述第二进气通路侧上的所述孔的开口直径。
6.根据权利要求5所述的用于内燃机的进气系统，其特征在于，所述孔呈从所述第一进气通路侧向所述第二进气通路侧直径扩大的锥形形状。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于内燃机的进气系统，其特征在于，所述隔板是平坦板状部件。
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