CN101166894B - 内燃机进气装置 - Google Patents

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Abstract

一种可变进气通道(16)，由以固定构件(20)和可运动构件(30)形成的管状空间构成，其中可运动构件(30)设置为朝着固定构件(20)，并且其相对固定构件(20)的相对位置是变化的。可运动构件(30)移动而使得空气引入部分(32)距燃烧室(6)的距离增大或减小，由此改变通道长度(L)。可变进气通道(16)的横截面沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。当可变进气通道(16)的通道长度(L)改变时，可变进气通道(16)的空气引入部分(32)的横截面相应地改变。

Description

内燃机进气装置
技术领域
本发明涉及一种进气装置，该进气装置结合在内燃机中，例如安装在车辆等之内的发动机之类的内燃机内。
背景技术
内燃机，例如安装在车辆等之内的发动机，通常设有用于将空气燃料混合物供应至燃烧室的进气装置。进气装置具有进气通道，该进气通道构成在稳压罐和气缸盖进气口之间的连通部分。对于每个进气口(气缸)设置所述进气通道。
通常有两种类型的进气装置：一种具有长度固定为指定长度的通道，而另一种具有长度可变的通道(见日本专利国家公布第2001-509562号、以及日本专利公报第2001-082155号)。
在内燃机的进气冲程中，当进气门打开以引入空气燃料混合物时，进气通道内的空气通常以脉动方式供应至所述燃烧室。由于进气通道内空气的此种脉动，气流含有交替出现的高密度部分和低密度部分。空气的脉动周期根据所选择的进气通道的形状、长度、横截面等确定。同时，进气门的打开/关闭正时根据发动机转速确定。
如果可以将空气的高密度部分设置在进气冲程的后段，则即使在活塞已经经过下止点之后，进入的空气将因为惯性而继续流入燃烧室，这称为“惯性增压效应”。这改善了燃烧室的进气容积效率，从而改善了内燃机的输出。
在长度可变类型的进气装置中，通道长度能够根据诸如负载、发动机转速等内燃机工作状态而改变，以在内燃机的整个工作范围上确保上述惯性增压效应。这能够改善燃烧室的进气容积效率。
然而，传统技术具有以下问题。首先，在日本专利国家公布第2001-509562号中示出的传统例子中，尽管通道具有可变长度，但是其横截面在进气方向上从上游侧至下游侧是一致的。从而将难以在从内燃机的低发动机转速范围至高发动机转速范围的整个范围上改善进气容积效率。
特别地，如果根据在内燃机的低发动机转速范围处所需的空气量而将进气通道的横截面设置得较小，则将难以确保在内燃机的高发动机转速范围处所需的空气量。与之相反，如果根据在内燃机的高发动机转速范围处所需的空气量而将进气通道的横截面设置得较大，则在实践中必需确保最大通道长度适应于内燃机的低发动机转速范围。这将不可避免地增大构成进气通道的部件的尺寸，从而除非能够在车辆内确保相应的空间，否则所述部件将不能安装在车辆内。
在日本专公报第2001-082155号示出的传统例子中，如该日本专公报的图1-3所示，固定的管9和进出管8的内直径彼此不同。这在进出管8的内端处导致内径不齐平的部分，有可能降低进气效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机进气装置，该内燃机进气装置尺寸紧凑并且能够根据内燃机的工作状态确保适当的进气性能。
根据本发明的内燃机进气装置用于将空气供应至内燃机的燃烧室，并且包括可变进气通道，该可变进气通道的从空气引入部分至燃烧室的通道长度构造成能够变化。可变进气通道由以固定构件和可运动构件形成的管状空间构成，可运动构件设置为朝着固定构件，并且其相对固定构件的相对位置是变化的。可运动构件移动而使得空气引入部分的位置更加远离或更加靠近燃烧室以增大或减小通道长度。可变进气通道的横截面沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。
可变进气通道可以是包括直线形、弯曲形、环形以及其它形状在内的任一形状。
根据此种构造，当可运动构件运动从而使得空气引入部分更加靠近燃烧室时，通道长度逐渐减小，同时空气引入部分的横截面逐渐增大。当可运动构件运动从而使得空气引入部分更加远离燃烧室时，通道长度逐渐增大，同时空气引入部分的横截面逐渐减小。前一状态适于用在高发动机转速范围，而后一状态适于用在低发动机转速范围。
如上所述，通道的长度和横截面能够根据内燃机的工作状态(例如发动机转速)而适当地变化。这确保了相应于工作状态的适当的进气性能。进一步地，在可变进气通道的内表面处不产生传统例子中那样的不平齐或台阶部分。从而，确保平滑的气流，这有利于进气效率的改善。
在上述的进气装置中，固定构件可以是外管，可运动构件可以是由构成固定构件的外管以同轴及可相对旋转的方式支撑的内管。构成可运动构件的内管可以绕着其中心轴线正向或反向旋转以连续地改变可变进气通道的通道长度。
这种构造指定可变进气通道为环形，这使得能够减小外形尺寸并能够减小其占据的空间。
在上述进气装置中，构成固定构件的外管可以具有内周槽，并且构成可运动构件的内管可以具有阻塞固定构件的内周槽的开口的盖形状。固定构件的内周槽的槽深可以沿着可变进气通道的空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。
以此构造，在外管处内周槽的深度变化，从而可变进气通道的横截面沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。指定内管为简单的盖形状，这利于内管的制造。
在上述进气装置中，构成固定构件的外管可以具有内周槽，并且构成可运动构件的内管可以具有外周槽，外周槽朝着固定构件的内周槽以形成管状空间。固定构件的内周槽和可运动构件的外周槽中的至少一个的槽深可以沿着可变进气通道的空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。
对于此种构造，外管的内周槽或内管的外周槽的槽深变化，从而可变进气通道的横截面沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大，这利于外管或内管的制造。进一步地，在长度方向上不会在可变进气通道的内表面上产生台阶部分。
上述进气装置可以进一步包括用于驱动并旋转构成可运动构件的内管的驱动机构。在内燃机处于低发动机转速范围内时，驱动机构可以被控制为在增加空气引入部分与燃烧室的距离的方向上旋转可运动构件，由此增大通道长度并减小空气引入部分的横截面。在内燃机接近高发动机转速范围时，驱动机构可以被控制为在减小空气引入部分与燃烧室的距离的方向上旋转可运动构件，由此减小通道长度并增大空气引入部分的横截面。
以此构造，设置有驱动机构用于驱动内管以改变可变进气通道的通道长度，这利于改变通道长度。使用此种驱动机构对于例如内燃机工作状态检测过程的自动化以及根据检测状态适当地调节通道长度与空气引入部分的横截面来说是有利的。
根据本发明，可以提供一种尺寸紧凑并且能够在从内燃机的低发动机转速范围至高发动机转速范围的整个范围上根据内燃机的工作状态确保适当进气性能的进气装置。
附图说明
图1是设有根据本发明第一实施方式的进气装置的内燃机的横截面图。
图2示出在图1中沿箭头所示方向观察时的沿(2)-(2)线的横截面。
图3为图1中进气装置的立体图。
图4为示意性地示出图1中进气装置内侧的分解立体图。
图5是示出图1中的可变进气通道在其通道长度变短时状态的横截面图。
图6示出第一实施方式的变例。
图7是设有根据本发明第二实施方式的进气装置的内燃机的横截面图。
图8示出在图7中沿箭头所示方向观察时沿(8)-(8)线的横截面。
图9以与图4类似的方式示出图7中的实施方式。
图10以与图5类似的方式示出图7中的实施方式。
图11是设有根据本发明第三实施方式的进气装置的内燃机的横截面图。
图12示出在图11中沿箭头所示方向观察时沿(12)-(12)线的横截面。
图13以与图5类似的方式示出图11中的实施方式。
具体实施方式
第一实施方式
在下文中，将参考图1-5说明本发明的第一实施方式。在该实施方式中，示出作为内燃机的例子的一个安装在车辆中的四缸汽油发动机。然而，气缸的数量并非特别限定，并且可以是柴油发动机。
如图1中所示，发动机1具有气缸体2和气缸盖3。
气缸体2设有多个(在此例中四个)气缸4。每个气缸4具有插在其中的活塞5，所述活塞5执行往复运动。在每个气缸4中，由活塞5的上端和气缸盖3分隔的空间构成燃烧室6。
气缸盖3具有对应于燃烧室6设置的进气口7和排气口8。进气口7和排气口8具有分别由进气门9和排气门10打开/关闭的内侧开口(在燃烧室6侧上)。
进气口7的外侧开口连接至进气装置15。尽管在图中没有示出，进气装置15通过进气管连接至节气门体部，节气门体部基于加速器踏板的操作而打开/关闭，进气装置15还连接至空气过滤器。排气口8连接至排气歧管11。
在下文中，将详细说明进气装置15。
如图1-4所示，进气装置15具有规定数量的可变进气通道16，可变进气通道16的通道长度L能够连续地改变。可变进气通道16的数量对应于进气口7的数量(在此例中，四个)。
可变进气通道16由外管20和内管30组合而形成，其中，外管20构成牢固地固定至气缸盖3的固定构件，内管30构成由外管20以可相对旋转的方式支撑的可运动构件。
如图4所示，外管20具有底部是圆筒形的外管主体部分21，以及沿切线方向从外管主体部分21圆周上的规定位置处直线地伸出规定长度的直线突出部分22。当具有空气引入管24的盖23附接至外管主体部分21时，外管主体部分21的与其底壁部分21a相对的开口被堵塞。空气引入管24如上所述地通过进气管(未示出)连接至节气门体部(未示出)和空气过滤器(未示出)。
如图2和4所示，在外管主体部分21的开口侧，设有径向向内延伸的外凸缘部分21b。在外管主体部分21外周壁的内表面上，在外凸缘部分21b和底壁部分21a之间的区域内以规则的间隔设置三个径向向内延伸的分隔壁21c。底壁部分21a、外凸缘部分21b和三个分隔壁21c一起形成四个内周槽16a。
直线突出部分22具有四个彼此平行且并行设置的通孔22a，通孔22a贯穿突出部22而从突出端延伸至外管主体部分21。直线突出部分22的突出端牢固地附接至气缸盖3，从而通孔22a分别以连通的方式连接至气缸盖3处的相应进气口7。通孔22a在其整个长度上具有一致的横截面。
实际上，如图4所示，内管30在其圆周的规定区域处带有切口并且是不连续的，因此从侧面看为C形。内管30装配在外管20的内周部分内并以可旋转的方式被支撑。由此装配在外管20内的内管30的内空间构成稳压罐31。如上所述，内管30具有不连续部分32。
外管20的内周槽16a的开口侧由内管30堵塞以获得管状空间，所述管状空间构成可变进气通道16。可变进气通道16可以具有半圆形、圆形、矩形、椭圆形等任一横截面。
可变进气通道16以连通的方式连接至直线突出部分22的通孔22a。内管30的不连续部分32用作空气引入部分，通过该空气引入部分内管30内侧的稳压腔31内的空气被引入可变进气通道16。
可变进气通道16具有通道长度L，能够通过旋转内管30使得空气引入部分(不连续部分32)的位置变得更靠近和远离燃烧室6而缩短或延长通道长度L。
进一步地，在空气引入方向上，可变进气通道16的横截面从上游侧向下游侧逐渐增大。在本实施方式中，在可变进气通道16的通道长度L设为最长的状态下，可变进气通道16的横截面在连接至直线突出部分22的通孔22a的位置最大，在内管30的不连续部分32的位置最小。
为此，在可变进气通道16中，外管20的内周槽16a制造为在其与直线突出部分22的通孔22a连接的部分处具有最大的深度(见图1和2中的“Amax”)，在可变进气通道16的通道长度L设为最长的状态下，外管20的内周槽16a在内管30的不连续部分32的位置具有最小的深度(见图1和2中的“Amin”)。
内管30构造为使得其由致动器17驱动而在给定的方向上旋转，致动器17由诸如伺服电机、步进电机或类似电机形成。
例如，当致动器17用于使内管30绕其中心轴线O正转或反转时，内管30的不连续部分32的位置绕内管30的中心轴线O在圆周方向上移位，从而可变进气通道16的通道长度L连续地变化。空气引入部分(不连续部分32)的横截面也随着可变进气通道16的进气长度L的连续变化而变化。
特别地，在发动机1的低转速范围内，内管30可以如图1所示地设置，例如使得可变进气通道16的通道长度L增加，同时空气引入部分(不连续部分32)的横截面减小。在高转速范围内，内管30可以如图5所示地设置，例如使得可变进气通道16的通道长度L减小，同时空气引入部分(不连续部分32)的横截面增大。在中间发动机转速范围内，内管30可以在图1和图5所示的位置之间适当地设置。这样，可以响应于发动机1的发动机转速的增加/减小而确保适当的空气量。
无论如何，外部空气通过未示出的空气过滤器和进气管而引入进气装置15的稳压腔31内。空气经过可变进气通道16内侧，同时经历脉动，并且通过气缸盖3的进气口7被引入燃烧室6内。
可变进气通道16的最大通道长度、最小通道长度、最大横截面以及最小横截面优选地设定为通过适当的实验而经验地获取的尺寸。由于此种设置，能够确保在发动机1的任何发动机转速范围内确保适当的空气量。
可以使用发动机ECU(电子控制单元)(未示出)来管理上述的操作。在此情况下，假定发动机ECU基于发动机转速和进气量而检测发动机1的工作状态，例如用于执行改变可变进气通道16的通道长度L的步骤。
例如，可以下述方式控制可变进气通道16的通道长度L。根据发动机1的工作状态计算目标通道长度，使用致动器17来控制内管30的旋转。获得基于内管30的旋转相位计算出的实际通道长度与目标通道长度的偏差，并且根据上述偏差是否落在允许的范围内而执行反馈控制。
尽管在图中没有示出，但是可以使用诸如曲柄角传感器、凸轮角传感器或类似传感器等的发动机转速传感器来检测所述发动机转速。进一步地，尽管没有示出，但是可以使用附接至进气管的空气流量计、检测进气系统内的压力(进气压力)的进气压力传感器、或检测节气门开口程度(节气门开度)的节气门传感器来检测进气量。更进一步地，尽管没有示出，但是可以使用检测内管30相对于规定基准位置的旋转相位(角度)的旋转相位传感器来检测内管30的旋转相位。旋转相位传感器可附连至外管20。
如上所述，根据本实施方式，在从发动机1的低发动机转速范围至高发动机转速范围的全部工作范围上，可以适当地调节可变进气通道16的通道长度L以及空气引入部分(不连续部分32)的横截面，从而使得空气脉动的周期样式对应于节气门9的打开/关闭正时。这能在整个工作范围上改善进气容积效率，从而有利于增大发动机1的输出。
下面将说明本发明第一实施方式的一个变例。
在第一实施方式中，内管30可以形成为如图6所示的圆筒形。在此情况下，圆筒可以设有仅仅在圆周的规定区域处沿径向穿透圆筒的窗33，以形成空气引入部分。窗33的数量设置为对应于进气口7的数量。
第二实施方式
图7-10示出本发明的第二实施方式。在该实施方式中，内管30在其外周上设置有沿径向朝外开口的外周槽16b。
特别地，如图9所示，内管30从侧面看大致为C形，并且在其外周面上在各端部处设有外凸缘33a和33b。所述凸缘沿径向向外延伸。外凸缘33a和33b之间的区域设有三个沿径向向外延伸的分隔壁33c。两个外凸缘33a、33b和三个分隔壁33c一起形成四个外周槽16b。内管30的外周槽16b和外管20的内周槽16a一起形成管状空间，管状空间构成可变进气通道。
内管30的不连续部分32用作空气引入部分，稳压罐31内的空气通过该空气引入部分被引入可变进气通道16。
在本实施方式中，设置在外管20的外管主体部分21处的内周槽16a的槽深沿着空气引入方向从上游侧(Amin)向下游侧(Amax)逐渐增大，同时内管30的外周槽16b具有均匀的槽深B。这样，可变进气通道16的横截面沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。
第三实施方式
图11-13示出本发明的第三实施方式。在该实施方式中，与上述第二实施方式中的情况相反，构造为使得内管30的外周槽16b的槽深沿着空气引入方向从上游侧(Bmin)向下游侧(Bmax)逐渐增大，而外管20的内周槽16a具有均匀的槽深A。在此情况下，可变进气通道16的横截面也沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大。
在上述的任一实施方式中，尽管没有示出，但是进气装置15可以形成有由彼此独立的分离管制成的可变进气通道16，管的数量对应于发动机1的气缸的数量，并且这些管连接起来而形成进气装置15。例如，为了形成构成可变进气通道16的管，具有内周槽的外管部分和具有外周槽的内管部分可以组合在一起。各内管部分可以能够旋转的方式被支撑在相应的外管部分内。以此方式，得到具有可变通道长度的结构。注意，直线突出部分一体地设置在各外管部分的端部处。
应该理解的是，在此公开的实施方式在各方面来说都是示例性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的术语限定，而非由上述的说明限定，并且本发明的范围意在包括任何在上述范围内的修改以及与权利要求的术语相当的含义。

Claims (2)

1.一种内燃机进气装置，用于将空气供应至所述内燃机的燃烧室，所述内燃机进气装置包括：
可变进气通道，其从空气引入部分至所述燃烧室的通道长度构造成能够变化，所述可变进气通道由以固定构件和可运动构件形成的管状空间构成，所述可运动构件设置为面向所述固定构件，并且其相对所述固定构件的相对位置是变化的，所述可运动构件移动而使得所述空气引入部分的位置更加远离或更加靠近所述燃烧室以增大或减小所述通道长度，其中，
所述可变进气通道的横截面沿着空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大，
所述固定构件是外管，所述可运动构件是由构成所述固定构件的所述外管以同轴及可相对旋转的方式支撑的内管，并且构成所述可运动构件的所述内管绕着其中心轴线正向或反向旋转以连续地改变所述可变进气通道的所述通道长度，以及
构成所述固定构件的所述外管具有内周槽，构成所述可运动构件的所述内管具有外周槽，所述外周槽面向所述固定构件的所述内周槽而形成所述管状空间，并且所述固定构件的内周槽和所述可运动构件的外周槽中的至少一个的槽深沿着所述可变进气通道的空气引入方向从上游侧向下游侧逐渐增大；
所述可运动构件的外周槽由沿径向向外延伸的一对分隔壁以及位于所述一对分隔壁之间的底壁形成，其中所述一对分隔壁在所述内管的外周表面彼此隔开地布置，并且所述可运动构件的外周槽在所述一对分隔壁与所述底壁之间的连接处具有弯曲状的截面。
2.如权利要求1所述的内燃机进气装置，进一步包括用于驱动并旋转构成所述可运动构件的所述内管的驱动机构，其中，
在所述内燃机处于低发动机转速范围内时，所述驱动机构被控制为在增加所述空气引入部分与所述燃烧室的距离的方向上旋转所述可运动构件，由此增大所述通道长度并减小所述空气引入部分的横截面；以及在所述内燃机接近高发动机转速范围时，所述驱动机构被控制为在减小所述空气引入部分与所述燃烧室的距离的方向上旋转所述可运动构件，由此减小所述通道长度并增大所述空气引入部分的横截面。
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