CN102966472B - 连续可变长度进气歧管及发动机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开连续可变长度进气歧管，其包括外壳及转筒。外壳包括多个相互隔离的支气道，每个支气道包括圆弧段。转筒与支气道的圆弧段同轴地安装，每个支气道的圆弧段中设置有与转筒连接的导流板，每个导流板将支气道的圆弧段分隔为第一段及第二段，并且每个导流板随转筒相对于外壳转动而改变支气道的第一段及第二段的长度，转筒包括总气道及缺口，第一段连通发动机的进气门并且通过缺口连通总气道。因此，本发明的进气歧管可以方便地实现歧管长度的连续可变。

Description

连续可变长度进气歧管及发动机控制系统

技术领域

本发明涉及发动机进气歧管，尤其涉及连续可变长度进气歧管及包括该连续可变长度进气歧管的发动机控制系统。

背景技术

发动机的每一个气缸都会有一根进气歧管，进气歧管是指一端与进气门相连，另一端与进气总管后的进气谐振室相连的管道。由于进气过程具有间歇性和周期性，致使进气歧管内产生一定幅度的压力波。此压力波以当地声速在进气系统内传播和往复反射。如果利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统，并使其自振频率与气门的进气周期调谐，那么在特定的转速下，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管的压力增高，从而增加进气量。这种效应称作进气波动效应。

进气歧管设计的不同会直接影响到发动机的性能，其中，进气歧管的长度就是很重要的一项。由于可变长度的进气歧管可改善发动机的经济性及动力性，随着对发动机性能要求的不断提高，可变长度的进气歧管得到了广泛的应用。进气歧管长管用于发动机低速工况，短管用于发动机高速工况。

现有可变长度进气歧管的设计仅仅能够实现有级可变，例如图1和图2所示的可变长度进气歧管，阀片41、42可以分别处于两个不同的开关位置，使得气流可以分别从长管或短管流出，从而实现进气歧管的二级可变；例如图3所示的可变长度进气歧管，阀片43、44可以分别处于三个不同的开关位置，使得气流可以分别从长管、中长管或短管流出，从而实现进气歧管的三级可变。理想的情况是发动机在不同的转速下对应不同的歧管长度。然而，现有的这些进气歧管的结构设计都仅局限于歧管长度的分级可变而不能使气流通过的歧管长度连续可变，不能连续实现歧管长度与发动机转速对应，从而不能实现发动机每个转速下的充气效率最大化。

美国专利公告第4646689号公开了一种发动机进气道长度改变装置，其中在中空的圆柱形外壳里可转动地安装有圆柱形转子，转子外壁上固定有分隔板，该分隔板将每个给气腔进一步分隔。也就是说，给气腔被分隔为两段：第一段将端口连通，第二段基本密闭。但是，如果转子、分隔板与外壳之间的密封不严密，气道的调节效果不好；如果密封严密，由于第二段密闭，在转子转动时将产生比较大的背压，造成转动的阻力。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供连续可变长度进气歧管及包括该连续可变长度进气歧管的发动机控制系统，进气歧管的长度根据需要可以比较有效地连续变化，使发动机在每个转速下都能达到最大充气效率，提高发动机的性能。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供连续可变长度进气歧管，其包括：外壳，其包括多个相互隔离的支气道，每个所述支气道包括圆弧段；转筒，其与所述支气道的圆弧段同轴地安装，每个所述支气道的圆弧段中设置有与所述转筒连接的导流板，每个所述导流板将所述支气道的圆弧段分隔为第一段及第二段，并且每个所述导流板随所述转筒相对于所述外壳转动而改变所述支气道的第一段及第二段的长度，所述转筒包括总气道及缺口，所述第一段连通发动机的进气门并且通过所述缺口连通所述总气道；其中，所述外壳还包括调压孔，所述支气道的所述第二段通过所述调压孔连通所述总气道。

本发明的另一方面提供发动机控制系统，其包括发动机控制器、发动机、执行器及如前述的连续可变长度进气歧管；所述发动机控制器根据所述发动机的转速及负荷信号计算预期的进气歧管长度，并且根据所述预期的进气歧管长度控制所述执行器驱动所述转筒旋转到预期的角度。

本发明的连续可变长度进气歧管可以方便地实现歧管长度的连续可变，并且，通过可连续调节的歧管长度，可以使得发动机在任意转速下，均可以通过变换歧管的长度来实现进气量与发动机转速的匹配，使发动机在每个转速下都能达到最大充气效率，从而提高发动机在任意转速下的动力性。而且，歧管长度的连续可变也使得进气速度能够相应地发生变换，从而改善了燃烧过程，提高发动机的燃油经济性，减少废气的排放。

而且，本发明的连续可变长度进气歧管中通过在其外壳上设置调压孔，当导流板、转筒的环形壁面以及外壳组成的封闭气腔的体积发生变化时，气腔内的压力能够通过调压孔平衡，减小导流板两侧的压差，从而使转筒转动工作时的阻力较小，效率更高。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

一并阅读附图，参阅以下优选具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本发明，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1是根据现有技术一种二级可变的可变长度进气歧管的剖面示意图；

图2是根据现有技术另一种二级可变的可变长度进气歧管的剖面示意图；

图3是根据现有技术一种三级可变的可变长度进气歧管的剖面示意图；

图4是根据本发明一种具体实施方式的连续可变长度进气歧管的剖面示意图，其中显示了进气歧管的支气道长度比较长的状态；

图5是根据本发明一种具体实施方式的连续可变长度进气歧管的剖面示意图，其中显示了进气歧管的支气道长度比较短的状态；

图6是根据本发明一种具体实施方式的包括连续可变长度进气歧管的发动机控制系统的示意图；

图7是根据本发明另一种具体实施方式的包括连续可变长度进气歧管的发动机控制系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图4和图5揭示了本发明一种具体实施方式的连续可变长度进气歧管的剖面结构。如图4和图5所示，本发明一种具体实施方式的连续可变长度进气歧管100包括外壳1及可旋转的转筒2。外壳1包括多个相互隔离的支气道，每个支气道包括圆弧段11。转筒2与支气道的圆弧段11同轴地安装，转筒2包括总气道21，转筒2可以绕旋转中心顺时针或逆时针旋转，并且，在转筒2的壁上设置有缺口(未图示)。

每个支气道的圆弧段11中设置有与转筒2连接的导流板3，每个导流板3将支气道的圆弧段11分隔为第一段111及第二段112，并且每个导流板3随转筒2相对于外壳1转动而改变支气道的第一段111及第二段112的长度。

支气道的圆弧段11中的第一段111连通发动机的进气门(未图示)并且通过转筒2的缺口连通转筒2的总气道21，从而，总气道21中产生的气体能够通过缺口由导流板3引导进入支气道，进而进入发动机的进气门中。

图4显示了本发明的连续可变长度进气歧管100的支气道长度处于比较长的状态；及图5显示了本发明的连续可变长度进气歧管100的支气道长度处于比较短的状态。当发动机处于低速工况时，通过发动机控制器(Engine Control Unit，ECU)控制转筒2转到如图4所示的位置，则此时，如图4中的箭头所示，气流通过最长的支气道进入发动机的进气门。当发动机的转速提高时，通过发动机控制器控制转筒2逆时针旋转到适当的支气道长度位置，从而实现进气歧管长度的连续可变。当转筒2逆时针旋转到如图5所示的位置时，则此时，如图5中的箭头所示，气流通过最短的支气道进入发动机的进气门。从而，本发明的连续可变长度进气歧管100可以根据发动机的转速在图4所示的最长歧管长度和图5所示的最短歧管长度之间任意连续变化。

本发明的连续可变长度进气歧管100可以方便地实现歧管长度的连续可变，并且，通过可连续调节的歧管长度，可以使得发动机在任意转速下，均可以通过变换歧管的长度来实现进气量与发动机转速的匹配，使发动机在每个转速下都能达到最大充气效率，从而提高发动机在任意转速下的动力性。而且，歧管长度的连续可变也使得进气速度能够相应地发生变换，从而改善了燃烧过程，提高发动机的燃油经济性，减少废气的排放。

本发明连续可变长度进气歧管100的外壳1还包括调压孔12，支气道的第二段112通过调压孔12与转筒2的总气道21相连通。本发明的连续可变长度进气歧管100中通过在其外壳1上设置调压孔12，当导流板3、转筒2的环形壁面以及外壳1组成的封闭气腔的体积发生变化时，气腔内的压力能够通过调压孔12平衡，减小导流板3两侧的压差，从而使转筒2转动工作时的阻力较小。优选地，调压孔12位于所述支气道的圆弧段11的远离发动机的进气门的端部。从而本发明的本发明连续可变长度进气歧管100具有最大化的长度调节范围。

本发明的外壳1根据制造工艺不同，可以由铸铝加工而成，也可采用塑料材料用模具分片注塑，再焊接而成。

优选地，本发明的转筒2采用轻质材料制成，转筒2的材料的密度小于等于外壳1的材料的密度，从而可以减小转筒2转动时的转动惯量，提高转筒2的响应速度。

参照图6所示，其显示了根据本发明一种具体实施方式的包括连续可变长度进气歧管100的发动机控制系统的示意图。该发动机控制系统包括发动机控制器(ECU)、发动机(未图示)、执行器及上述的连续可变长度进气歧管100。发动机控制器(ECU)根据发动机的转速及负荷信号计算预期的进气歧管长度，并且根据预期的进气歧管长度控制执行器驱动转筒2旋转到预期的角度。

该发动机控制系统还包括监测转筒2位置的转筒位置传感器，转筒位置传感器监测到的转筒位置信号传送到发动机控制器(ECU)。当发动机控制器(ECU)检测到转筒2的位置到达目标位置时，发动机控制器(ECU)控制执行器位置不变，从而锁定转筒2的位置。

在一种具体实施方式中，执行器为根据指令实现角位移的电子执行器。执行器根据发动机控制器(ECU)发出的指令控制电子执行器进行角位移，从而带动转筒2转动到预期的角度，使得连续可变长度进气歧管100的长度保持与当前的发动机转速相匹配。

参图7所示，其显示了根据本发明另一种具体实施方式的包括连续可变长度进气歧管100的发动机控制系统的示意图，图7所示的发动机控制系统与图6所示的发动机控制系统所不同的是：在图7所示的发动机控制系统中，其执行器(如图6中虚线框所示)包括可以实现直线位移的真空执行器及齿轮机构。优选地，齿轮机构的传动比具有放大位移量的作用。该发动机控制系统的控制原理为：发动机控制器(ECU)依据发动机转速信号、负荷信号、以及转筒位置信号，控制电磁阀占空比，调节真空执行器推杆的直线位移量，转角放大器通过齿轮机构将真空执行器推杆的直线位移转化为旋转角度位移，并适当放大转角范围，从而带动转筒2能够较大角度的旋转。转筒位置传感器监测转筒2的位置，并且将监测到的转筒位置信号传送到发动机控制器(ECU)。当发动机控制器(ECU)检测到转筒2的位置到达目标位置时，发动机控制器(ECU)控制电磁阀关闭，切断真空源，维持真空执行器位置不变，从而锁定转筒2的位置。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.连续可变长度进气歧管，其特征在于，其包括：

外壳，其包括多个相互隔离的支气道，每个所述支气道包括圆弧段；

转筒，其与所述支气道的圆弧段同轴地安装，每个所述支气道的圆弧段中设置有与所述转筒连接的导流板，每个所述导流板将所述支气道的圆弧段分隔为第一段及第二段，并且每个所述导流板随所述转筒相对于所述外壳转动而改变所述支气道的第一段及第二段的长度，所述转筒包括总气道及缺口，所述第一段连通发动机的进气门并且通过所述缺口连通所述总气道；

其中，所述外壳还包括调压孔，所述支气道的所述第二段通过所述调压孔连通所述总气道。

2.如权利要求1所述的连续可变长度进气歧管，其中，所述转筒的材料的密度小于等于所述外壳的材料的密度。

3.如权利要求1所述的连续可变长度进气歧管，其中，所述外壳由铸铝加工而成。

4.如权利要求1所述的连续可变长度进气歧管，其中，所述外壳由分片注塑的零件焊接而成。

5.如权利要求1所述的连续可变长度进气歧管，其中，所述调压孔位于所述支气道的圆弧段的远离发动机的进气门的端部。

6.发动机控制系统，其包括发动机控制器及发动机，其特征在于，其还包括执行器及如权利要求1至5中任一项所述的连续可变长度进气歧管；所述发动机控制器根据所述发动机的转速及负荷信号计算预期的进气歧管长度，并且根据所述预期的进气歧管长度控制所述执行器驱动所述转筒旋转到预期的角度。

7.如权利要求6所述的发动机控制系统，其还包括监测所述转筒位置的转筒位置传感器，所述转筒位置传感器监测到的转筒位置信号传送到所述发动机控制器。

8.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中，所述执行器包括根据指令实现角位移的电子执行器。

9.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中，所述执行器包括可以实现直线位移的真空执行器及齿轮机构，所述发动机控制器控制所述真空执行器的直线位移量，所述齿轮机构将所述直线位移转化为角度位移以实现所述的驱动所述转筒旋转的运动。

10.如权利要求9所述的发动机控制系统，其中，所述齿轮机构的传动比具有放大位移量的作用。