CN101968016A

CN101968016A - 一种用于发动机的进气歧管末端连通装置

Info

Publication number: CN101968016A
Application number: CN2010105063013A
Authority: CN
Inventors: 孙柏刚; 张冬生; 牛庆宇
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-02-09

Abstract

本发明涉及一种用于发动机的进气歧管末端连通装置，包括用于将新鲜工质导入进气腔2的进气管入口1，用于将新鲜工质分配到各缸进气道的进气歧管4a，4b，4c和4d，用于将各进气歧管末端连通的连接管路3a、3b和3c，而且连接管路3具有最优直径，能够使发动机获得最佳的动力性能和经济性能。本发明可以实现：发动机部分负荷工况，特别是小负荷工况下，能够有效降低泵气损失，提高发动机的燃油经济性；低速工况下，能够充分利用进气行程后期缸内回流气体增加发动机的进气量，从而提高发动机的低速动力性能；高速、大负荷工况下，由于进气歧管末端之间的互相连通，增大了进气流通截面，因此发动机的动力性及燃油经济性可得到进一步的改善。

Description

一种用于发动机的进气歧管末端连通装置

技术领域

本发明涉及机动车辆发动机领域，具体来说涉及一种用于发动机的进气歧管末端连通装置。

背景技术

众所周知，发动机的进气歧管能够将新鲜工质分配到各缸进气道中，歧管的个数与发动机缸数相同。以自然进气发动机来说，由于进气歧管位于节气门之后，所以，当发动机节气门开度逐渐减小时，进气歧管内的真空度会随之升高，从而导致泵气损失增加，发动机效率降低；当发动机节气门开度逐渐增大时，进气歧管内的压力逐渐升高，进气流通截面积将会成为限制发动机进气流量的主要因素。

传统进气歧管在设计过程中，为匹配高转速、大负荷工况下发动机的工作性能，歧管长度较短，进气门关闭角(Intake Valve Closing，以下简称IVC)较大，导致发动机低速工况下进气门关闭角过大，会存在缸内混合气回流至进气歧管中的现象，这在一定程度上导致了进气充量的下降；另外由于小负荷工况下进气歧管的真空度升高，会导致进气行程中泵气损失的增大，综上所述，传统进气歧管的设计需要进一步的发展。

目前国内外关于进气歧管的研究主要集中在歧管材料的选取和流道形式的选择，如专利CN201020120381.4，CN200920250157.4，US005243933A和US2009/0071431A1等，以及在歧管长度可变或连接方式等方面进行的研究，如专利CN200920250157.4，CN200920313337.2，US2006/0054126A1和US6901898B1等，这些措施能够在一定程度上降低成本或提高发动机的进气充量，但是不能避免进气回流作用带来的不利影响，因此得到的有益效果十分有限。

本发明提出的一种用于发动机的进气歧管末端连通装置，能够有效利用进气回流现象，同时能够提高发动机的效率及动力性能，改善发动机的燃油经济性，具有重大实用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，提供一种结构合理、工作稳定性高的进气歧管末端连通装置。该发明能够有效提高发动机的工作效率，同时在部分负荷，特别是小负荷工况下能够显著降低发动机的燃油消耗率。

本发明的目的可以通过下列技术方案来实现：一种用于发动机的进气歧管末端连通装置，包括用于将新鲜工质导入进气腔的进气管入口，用于将新鲜工质分配到各缸进气道的进气歧管，用于将各进气歧管末端连通的连接管路。所述的进气歧管末端(即进气门侧)通过一定直径的管路彼此进行连接，而且该连接管路具有最优直径，使发动机能够获得最佳的动力性能和经济性能。

优选的是，所述进气歧管末端连通装置中，进气歧管在进气腔侧彼此独立，气体经进气腔、进气歧管能够顺畅的进入每缸进气道处。由于进气歧管末端彼此通过一定直径的管路相连，从而使每缸的进气过程都能够得到相邻缸进气歧管的协同。

优选的是，所述进气歧管末端连通装置中，连接管道的截面积与进气歧管末端管道截面积之比在0.05～0.6之间，能够使发动机得到最佳的燃油经济性和动力性能。

优选的是，所述进气歧管末端连通装置中，连接管道的位置距进气道入口处的最大距离d_max＝1/3*V/S-L，其中V表示发动机单缸排量，S表示进气道截面积，L表示进气道长度；最短距离d_min＝h，h表示进气歧管末端法兰厚度。

发动机工作在低速工况下，进气行程后期会存在进气回流现象，利用本发明所述的进气歧管末端连通装置，回流气体能够借助歧管末端之间的连接管路流入其它进气歧管中，从而最大限度的利用了进气回流效果增大发动机进气量。

发动机工作在部分负荷，特别是小负荷工况下，本发明所述的进气歧管能够利用进气回流效应降低相邻气缸进气歧管中的真空度，从而在一定程度上有效降低了泵气损失，提高发动机的效率。

发动机工作在高转速、大负荷工况下，本发明所述的进气歧管末端连通装置能够利用末端连接管道增加每缸的进气流通面积，从而能够有效增加进气流量，提高发动机的动力性能。综上所述，一种用于发动机的进气歧管末端连通装置能够有效降低发动机部分负荷，特别是小负荷工况的燃油消耗率，通过匹配合适的连接管路直径、管路位置能够有效提高发动机的效率及动力性能。

附图说明

图1显示了本发明涉及的一种用于发动机的进气歧管末端连通装置原理图。

图2显示了在发动机转速为2000r/min，平均有效压力为0.2MPa时，不同的IVC下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置与传统进气歧管得到的发动机有效燃油消耗率的变化规律。

图3显示了在发动机转速为2000r/min，平均有效压力为0.2MPa时，不同的IVC下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置与传统进气歧管得到的发动机泵气损失的变化规律。

图4显示了在发动机转速为2000r/min，平均有效压力为0.2MPa时，不同的IVC)下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置与传统进气歧管得到的发动机扭矩的变化规律。

图5显示了发动机转速为3000r/min，平均有效压力为0.3MPa时，不同的IVC下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置与传统进气歧管得到的发动机有效燃油消耗率的变化规律。

图6显示了在发动机转速为3000r/min，平均有效压力为0.3MPa时，不同的IVC下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置与传统进气歧管得到的发动机泵气损失的变化规律。

图7显示了在发动机转速为3000r/min，平均有效压力为0.3MPa时，不同的IVC下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置与传统进气歧管得到的发动机扭矩的变化规律。

图8显示了不同进气歧管末端连接管直径下，不同转速下发动机的扭矩的变化规律。

图9显示了随着节气门开度的改变，在不同转速下，利用本发明给出的进气歧管末端连通装置得到的发动机有效燃油消耗率的变化规律与传统进气歧管的比较。

具体实施方式

附图1显示了根据本发明的、应用在一款四缸汽油发动机上的进气歧管末端连通装置。该装置包括用于将新鲜工质导入进气腔2的进气管入口1，用于将新鲜工质分配到各缸的进气歧管4a-4d，用于将各进气歧管末端连通的连接管路3a、3b和3c。所述的进气歧管末端(即进气门侧)通过一定直径的管路3彼此进行连接。根据计算分析可知，发动机低速工况下，进气行程后期，体积占气缸排量三分之一左右的缸内气体会回流至进气歧管中，因此连接管道的位置距进气道入口处的最大距离d_max＝1/3*V/S-L，其中V表示发动机单缸排量，S表示进气道截面积，L表示进气道长度；最短距离d_min＝h，h表示进气歧管末端法兰厚度。本实施例中选取的连接管道位置距进气道入口处为1/2(d_max+d_min)。

整个系统的工作过程是：当发动机工作在小负荷工况，由于节气门开度较小，进气歧管中的真空度较高，在某一缸的进气过程中，相邻缸的进气歧管会通过歧管末端的连接通道向该气缸输送工质，从而在很大程度上提高了进气行程气缸的进气压力，减小了泵气损失，提高了发动机的工作效率。

当发动机工作在低转速工况时，由于会存在缸内混合气回流至进气歧管中的现象，特别是按高速匹配的发动机配气相位会造成低速对应的IVC更大，缸内混合气回流量增加，因此，利用本发明提供的进气歧管末端连通装置，回流气体能够及时补充至其它缸的进气歧管中，提高了发动机低速工况下的进气充量，从而提高了低速动力性能。

当发动机工作在高转速、大负荷工况下，由于进气流通截面积将会成为限制发动机进气流量的主要因素，本发明所述的进气歧管能够利用进气歧管末端的连接管增加每缸的进气流通面积，从而能够有效增加进气流量，提高了发动机的动力性能。

利用本发明给出的进气歧管末端连通装置，在发动机常用转速及缸内平均有效压力范围内，如附图2-7，在传统固定IVC或采用可变气门正时系统(VVT)的情况下，与传统进气歧管发动机的工作特性进行比较，能够获得更佳的燃油消耗率，同时具有较低的泵气损失，较高的扭矩水平，因此本发明给出的进气歧管末端连通装置能够在发动机常用工况范围内获得较高的工作效率及动力性能。

由于连通进气歧管末端的管道存在最优直径，需要满足连接管道的截面积与进气歧管末端管道截面积之比在0.05～0.6之间。通过选取不同进气歧管末端连接管直径，如附图8，可以发现，当连接管直径为b时，发动机的扭矩水平最高，发动机的动力性能最佳。因此针对不同发动机采用本发明的进气歧管末端连通装置时需要进行最佳连接管直径的选取。另外，从附图9可知，随着节气门的逐渐减小，在转速范围为2000r/min至4000r/min工况下，利用本发明所涉及的进气歧管末端连通装置能够显著提高燃油经济性，特别是小负荷工况的效果更好。

本发明的优点在于：在原机进气歧管基础上进行很小的改动，能够有效提高发动机在部分负荷，特别是小负荷工况时的燃油经济性及效率，同时能够提高发动机在低速和高转速、大负荷工况时的动力性能，并且能够具有较低的改造成本，具有重要实用价值。另外，通过选取最佳的进气歧管末端连接管直径，发动机能够获得最佳的动力性能和经济性能。

尽管结合上述优选实施例来描述了本发明，但是应该知道，本发明不局限于所公开的四缸汽油机用进气歧管末端连通装置例，本发明还可以覆盖各种改进和落入本发明要求保护的精神实质和范围内(各种形式的自然进气、四冲程往复式汽油机)的等同布置。

附图标记说明：

1.进气管入口，2.进气腔，3a-3c.进气歧管末端连接管，4a-4d.进气歧管。

Claims

1.一种用于发动机的进气歧管末端连通装置，包括：末端连通装置，所述末端连通装置包括：用于将位于进气门侧的进气歧管末端相互连通的连接管道。

2.根据权利要求1所述的进气歧管末端连通装置，其特征在于：该连接管道的截面积与进气歧管末端管道截面积之比在0.05～0.6之间，能够使发动机获得最佳的燃油经济性和动力性能。

3.根据权利要求1所述的进气歧管末端连通装置，其特征在于：该连接管道的位置距进气道入口处的最大距离d_max＝1/3*V/S-L，其中V表示发动机单缸排量，S表示进气道截面积，L表示进气道长度；最短距离d_min＝h，h表示进气歧管末端法兰厚度。