CN109339997B - 一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统 - Google Patents

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Abstract

一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统，谐振腔外分隔层和谐振腔内分隔层将谐振腔分隔成三个谐振腔室，谐振腔外分隔层外壁上间隔分布外层调节板，谐振腔内分隔层外壁上间隔分布内层调节板，外层调节板和外层调节板转动轴连接，内层调节板和内层调节板转动轴连接，外调节转动轴通过齿轮箱和外伺服电机连接，内调节转动轴通过齿轮箱和内伺服电机连接，齿轮箱、外伺服电机、内伺服电机都设置在谐振腔室外部。本发明通过连续可变的谐振腔，提高发动机在整个转速范围内的输出性能，使发动机在较宽转速范围内都能有很好的谐振效果，而且占有的空间小，相比较于可变进气歧管长度或截面的机构，本装置布置更加灵活且实用性和可靠性更高。

Description

一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统。
背景技术
由于石油短缺和环保的双重压力，整车及发动机生产企业纷纷投入巨资进行各种高燃效、低能耗、低排放发动机的研发，因此，节能环保型的发动机将成为未来大发展趋势。通过对发动机进气系统的优化，可以充分发挥发动机的性能，节省燃油的消耗。
由于发动机的进气过程具有周期性和间歇性，如果利用一定长度，直径的进气歧管和一定容积的谐振箱组成的进气系统，使整个系统的固有频率和气门周期性相协调，即在某一特定转速下，进气波峰在进气门开启时运动到气门附近，则会在进气门关闭之前产生大幅度压力波，提高发动机的充量系数，从而提高发动机的功率和扭矩。则该进气方式称为谐振进气。在传统的自然吸气内燃机中，配备有固定长度的进气歧管，进气总管和固定容积的谐振箱。发动机的进气效率峰值对应的发动机转速是唯一不变的。不能满足在较大的转速范围内有很好的充气效果的要求。为了更好的提高发动机在整个转速范围内的输出性能，要求发动机能够调节进气系统的参数，改变自身频率，使发动机在多个转速附近都能有很好的谐振效果。
利用气动效应产生谐振增加进气量的进气系统通常包括：进气歧管，谐振箱，进气总管等部分。改变进气系统的结构包括改变各部分的形状和尺寸，设计安装和配合。其中应用最广泛的是改变气流流通路径的可变进气歧管长度或截面，可以提升发动机转速范围内的充量系数。但是由于实用性和可靠性比较低，进气结构复杂，成本高，而且通常境况下只能实现多级可变进气歧管长度的变化，不能在发动机整个工况实现优化，充分发挥发动机性能的目标。
发明内容
1、所要解决的技术问题：
现有的燃气发动机产生谐振加进气量的进气系统进气结构复杂，成本高，而且通常境况下只能实现多级可变进气歧管长度的变化，不能在发动机整个工况实现优化，充分发挥发动机性能的目标。
2、技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统，包括谐振腔和进气歧管18，所述谐振腔和所述进气歧管18连接，所述谐振腔包括谐振腔外壳1，所述谐振腔外壳1内包括谐振腔外分隔层2和谐振腔内分隔层3，所述的谐振腔外分隔层2和谐振腔内分隔层3将谐振腔分隔成三个谐振腔室，所述的谐振腔外分隔层2外壁上间隔分布外层调节板4，所述的谐振腔内分隔层3外壁上间隔分布内层调节板5，所述的外层调节板4和外层调节板转动轴6连接，内层调节板5和内层调节板转动轴7连接，所述的外调节转动轴6通过齿轮箱8和外伺服电机19连接，所述的内调节转动轴7通过齿轮箱8和内伺服电机20连接，所述的齿轮箱8、外伺服电机19、内伺服电机20都设置在谐振腔室外部。
所述的谐振腔外分隔层2和谐振腔内分隔层3是截面为多边形的多棱环壳，每个所述的谐振腔外分隔层2的边形上设置一个所述的外层调节板4，每个所述的谐振腔内分隔层3的边形上设置一个所述的内层调节板5。
所述的外层调节板4的厚度和所述的谐振腔外分隔层2的厚度相等，所述的外层调节板4的宽度小于所述的谐振腔外分隔层2的每条边的宽度，所述的内层调节板5的厚度和所述的谐振腔内分隔层3的厚度相等，所述的内层调节板5的宽度小于所述的谐振腔内分隔层3的每条边的宽度。
所述的外层调节板4和内层调节板5为直四棱柱板，所述的外层调节板4和谐振腔外部分隔层2的连接处由磁性材料制成，所述的每层调节板5和谐振腔内部分隔层3的连接处由磁性材料制成。
所述的外层调节板4运动时和谐振腔外壳1的内壁不接触，所述的内层调节板5运动时和谐振腔外分割层2不接触。
所述外层调节板4和内层调节板5的截面都是平行四边形，所述平行四边形的锐角范围是0-45º，所述外层调节板4和内层调节板5的转动角度范围为0-90º。
所述的谐振腔外壳1由沿其周向并用螺栓17连接的两部分构成。
每个所述的外层调节板转动轴6上设有齿轮带齿轮15，每个所述的齿轮带齿轮15在齿轮箱8内和外啮合齿轮21都和金属齿轮带16连接，所述的外啮合齿轮21通过外电机驱动轴22和外伺服电机19连接，每个所述的内层调节板转动轴7上设置有内转动齿轮13，每个所述的内转动齿轮13在齿轮箱8和内转动轴电机齿轮14啮合，所述的内转动轴电机齿轮14通过内电机驱动轴23和内伺服电机20连接。
每个所述的外层调节板转动轴6在谐振腔外面部分设置有外转轴轴套10，每个所述的内层调节板转动轴7在谐振腔外面部分设置有内转轴轴套11。
每个所述的外层调节板转动轴6在谐振腔外分割层2的边缘、内层调节板转动轴7在内层调节板转动轴7在谐振腔内分割层3的边缘处都设置有轴承12和轴端挡圈9。
所述的外伺服电机19和内伺服电机20由发动机ECU控制。
3、有益效果：
本发明通过连续可变的谐振腔，提高发动机在整个转速范围内的输出性能，能够自动调节发动机进气系统的参数，改变进气气流在谐振腔中的运动情况，改变自身频率，使发动机在较宽转速范围内都能有很好的谐振效果，提高发动机的进气效率，提高发动机的动力性能。而且占有的空间小，相比较于可变进气歧管长度或截面的机构，本装置布置更加灵活且实用性和可靠性更高。
本发明的控制机构由发动机的ECU来提供，不需要单独的增加一套控制机构，控制策略可以根据不同的发动机机型和使用情况单独编写，适应性强。
附图说明
图1是谐振腔整体图。
图2是调节板全开示意图。
图3是调节板全闭示意图。
图4是齿轮箱示意图。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统由进气歧管18、谐振腔、齿轮箱8、外伺服电机19和内伺服电机20组成。
如图2和图3所示，所述谐振腔外壳1内包括谐振腔外分隔层2和谐振腔内分隔层3，所述的谐振腔外分隔层2和谐振腔内分隔层3将谐振腔分隔成三个谐振腔室，所述的谐振腔外分隔层2外壁上间隔分布外层调节板4，所述的谐振腔内分隔层3外壁上间隔分布内层调节板5，所述的外层调节板4和外层调节板转动轴6连接，内层调节板5和内层调节板转动轴7连接，所述的外调节转动轴6通过齿轮箱8和外伺服电机19连接，所述的内调节转动轴7通过齿轮箱8和内伺服电机20连接，所述的齿轮箱8、外伺服电机19、内伺服电机20都设置在谐振腔室外部。
外伺服电机19给外层调节板转动轴6提供动力使之转动带动外层调节板4转动，内伺服电机20给内层调节板转动轴7提供动力使之转动带动内层调节板5转动。外层调节板4和内层调节板5转过一定的角度，进而改变进气气流在谐振腔中的运动情况，谐振腔的自身固有频率也随着外层调节板4和内层调节板5的转动而改变。通过计算机流体实验得到发动机转速和外层调节板4和内层调节板5的开度之间的关系，根据相应的计算结果调整外层调节板4和内层调节板5的开度和自身的谐振频率，根据实验结果匹配各转速下可调节板的开度来获得最优的充量系数。
为了更好的效果，所述的谐振腔外分隔层2和谐振腔内分隔层3是截面为多边形的多棱环壳，每个所述的谐振腔外分隔层2的边形上设置一个所述的外层调节板4，每个所述的谐振腔内分隔层3的边形上设置一个所述的内层调节板5。
所述的外层调节板4的厚度和所述的谐振腔外分隔层2的厚度相等，所述的外层调节板4的宽度小于所述的谐振腔外分隔层2的每条边的宽度，所述的内层调节板5的厚度和所述的谐振腔内分隔层3的厚度相等，所述的内层调节板5的宽度小于所述的谐振腔内分隔层3的每条边的宽度，
所述的外层调节板4和内层调节板5为直四棱柱板，所述的外层调节板4和谐振腔外部分隔层2的连接处由磁性材料制成，所述的每层调节板5和谐振腔内部分隔层3的连接处由磁性材料制成。
所述的谐振腔外壳1由沿其周向并用螺栓17连接的两部分构成。
所述的外层调节板4运动时和谐振腔外壳1的内壁不接触，所述的内层调节板5运动时和谐振腔外分割层2不接触。
如图4所示，每个所述的外层调节板转动轴6上设有齿轮带齿轮15，每个所述的齿轮带齿轮15在齿轮箱8内和外啮合齿轮21都和金属齿轮带16连接，所述的外啮合齿轮21通过外电机驱动轴22和外伺服电机19连接，每个所述的内层调节板转动轴7上设置有内转动齿轮13，每个所述的内转动齿轮13在齿轮箱8和内转动轴电机齿轮14啮合，所述的内转动轴电机齿轮14通过内电机驱动轴23和内伺服电机20连接。
外层调节板转动轴6和内层调节板转动轴7的驱动方式不一样，这样的好处在于占有的空间小，相比较于可变进气歧管长度或截面的机构，本装置布置更加灵活且实用性和可靠性更高。
为了更好的效果，每个所述的外层调节板转动轴6在谐振腔外面部分设置有外转轴轴套10，每个所述的内层调节板转动轴7在谐振腔外面部分设置有内转轴轴套11。
每个所述的外层调节板转动轴6在谐振腔外分割层2的边缘、内层调节板转动轴7在内层调节板转动轴7在谐振腔内分割层3的边缘处都设置有轴承12和轴端挡圈9。
所述的外伺服电机19和内伺服电机20由发动机ECU控制。发动机ECU根据转速传感器获得的数据控制外伺服电机19驱动外层调节板4、内伺服电机20驱动内层调节板5的转动轴转过一定的角度，能够自动调节发动机进气系统的参数，改变进气气流在谐振腔中的运动情况，改变自身频率，使发动机在较宽转速范围内都能有很好的谐振效果，提高发动机的进气效率，提高发动机的动力性能。本发明的控制机构由发动机的ECU来提供，不需要单独的增加一套控制机构，控制策略可以根据不同的发动机机型和使用情况单独编写，适应性强。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种连续可变谐振腔的内燃机进气系统，包括谐振腔和进气歧管（18），所述谐振腔和所述进气歧管（18）连接，其特征在于：所述谐振腔包括谐振腔外壳（1），所述谐振腔外壳（1）内包括谐振腔外分隔层（2）和谐振腔内分隔层（3），所述的谐振腔外分隔层（2）和谐振腔内分隔层（3）将谐振腔分隔成三个谐振腔室，所述的谐振腔外分隔层（2）外壁上间隔分布外层调节板（4），所述的谐振腔内分隔层（3）外壁上间隔分布内层调节板（5），所述的外层调节板（4）和外层调节板转动轴（6）连接，内层调节板（5）和内层调节板转动轴（7）连接，所述的外层调节板转动轴（6）通过齿轮箱（8）和外伺服电机（19）连接，所述的内层调节板转动轴（7）通过齿轮箱（8）和内伺服电机（20）连接，所述的齿轮箱（8）、外伺服电机（19）、内伺服电机（20）都设置在谐振腔室外部。
2.如权利要求1所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述的谐振腔外分隔层（2）和谐振腔内分隔层（3）是截面为多边形的多棱环壳，每个所述的谐振腔外分隔层（2）的边形上设置一个所述的外层调节板（4），每个所述的谐振腔内分隔层（3）的边形上设置一个所述的内层调节板（5）。
3.如权利要求2所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述的外层调节板（4）的厚度和所述的谐振腔外分隔层（2）的厚度相等，所述的外层调节板（4）的宽度小于所述的谐振腔外分隔层（2）的每条边的宽度，所述的内层调节板（5）的厚度和所述的谐振腔内分隔层（3）的厚度相等，所述的内层调节板（5）的宽度小于所述的谐振腔内分隔层（3）的每条边的宽度。
4.如权利要求1所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述的外层调节板（4）和内层调节板（5）为直四棱柱板，所述的外层调节板（4）和谐振腔外分隔层（2）的连接处由磁性材料制成，所述的内层调节板（5）和谐振腔内分隔层（3）的连接处由磁性材料制成。
5.如权利要求4所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述的外层调节板（4）运动时和谐振腔外壳（1）的内壁不接触，所述的内层调节板（5）运动时和谐振腔外分隔层（2）不接触。
6.如权利要求4所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述外层调节板（4）和内层调节板（5）的截面都是平行四边形，所述平行四边形的锐角范围是0-45º，所述外层调节板（4）和内层调节板（5）的转动角度范围为0-90º。
7.如权利要求1所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述的谐振腔外壳（1）由沿其周向并用螺栓（17）连接的两部分构成。
8.如权利要求1-7任一权利要求所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：每个所述的外层调节板转动轴（6）上设有齿轮带齿轮（15），每个所述的齿轮带齿轮（15）在齿轮箱（8）内和外啮合齿轮（21）都和金属齿轮带（16）连接，所述的外啮合齿轮（21）通过外电机驱动轴（22）和外伺服电机（19）连接，每个所述的内层调节板转动轴（7）上设置有内转动齿轮（13），每个所述的内转动齿轮（13）在齿轮箱（8）和内转动轴电机齿轮（14）啮合，所述的内转动轴电机齿轮（14）通过内电机驱动轴（23）和内伺服电机（20）连接。
9.如权利要求8所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：每个所述的外层调节板转动轴（6）在谐振腔外面部分设置有外转轴轴套（10），每个所述的内层调节板转动轴（7）在谐振腔外面部分设置有内转轴轴套（11），每个所述的外层调节板转动轴（6）在谐振腔外分隔层（2）的边缘、内层调节板转动轴（7）在内层调节板转动轴（7）在谐振腔内分隔层（3）的边缘处都设置有轴承（12）和轴端挡圈（9）。
10.如权利要求8所述的连续可变谐振腔的内燃机进气系统，其特征在于：所述的外伺服电机（19）和内伺服电机（20）由发动机ECU控制。
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