CN1186537A - 内燃机进气歧管自动阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动分供阀,设于内燃机的入口岐管以提供“空气分供”原理的有效实施例。容许小量的入口空气于减速期间存在的高真空(低压)周期进入入口岐管。阀关闭件由偏压机构例如压缩弹簧偏压,偏压机构作用在阀关闭件远离阀座设置的面上。其他方面为可调整相对于阀关闭件的位置的阀座提供不同塑胶材料制成的阀关闭件及阀座,以及具有锥形形状的阀关闭件,最好与具有互补接触部分的阀座成对。

Description

内燃机进气岐管自动阀

发明领域

本发明涉及自动分供阀。此分供阀特别于附着于内燃机的入口岐管。

相关技术之叙述

“空气分供”的原理已知多年。此原理为容许小量的额外空气于特别是低压时(高真空时)，例如在内燃机的加速或减速阶段期间，进入内燃机的入口岐管，可容许内燃机内显著更有效率的燃料燃烧。这在理论上可减少污染物例如一氧化碳(CO)及未燃烧碳氢化合物(HC)的排放。但是，就发明人所知，尚未有任何此原理的商业上有用的实施例。这主要是因为分供空气供应的反应时间必须极小以跟上入口岐管内真空的变化。例如，空气必须被供应的周期为数十微秒的等级。

此原理的早期例子可见1937年的GB496409及1950年的GB690635。此种装置在此领域中并未变成一般通用。

GB2129869及GB2213875提出配置基于球轴承的止回阀以供应分供空气至入口岐管的安排。球轴承由弹簧向阀座偏压。但是，这些配置的响应时间比想要的低，且另外所造成的CO及HC减少令人失望，即使是考虑较低的响应时间。

最近，注意力指向基于电脑的发动机管理系统(EMS)。这些基本上是供应有来自环绕发动机分布的若干传感器的资料的微处理机。EMS记录此资料且将其与预设资料及/或演算法比较，并积极管理某些变数以使燃料燃烧特性最佳化。但是，此系统不可避免地为反应性，因为必须首先侦测不平衡，然后在不平衡已存在某一周期后校正。因此，此种系统的效率本质上受其处理时间的限制。

因此，最近的注意力已指向对现有的EMS提供更好的响应时间。

发明概说

本发明提供空气分供原理的可实行的有用的实施例。为此，本发明提出与现有配置不同的若干方面。

第一方面，本发明提供一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座及阀关闭件。阀座与阀关闭件具有互补成形的锥形配合表面，阀关闭件由作用在阀关闭件远离阀座设置的面上的偏压机构向阀座偏压。

在此配置中，偏压机构最好设置于阀关闭件的下风处，藉以限制流过阀关闭件的空气流的扰动。

适合的偏压机构为压缩弹簧。在此情况下，压缩弹簧最好单独支持阀关闭件。此方便于放置弹簧于阀关闭件的下风处，且减少阀的可能的空气流通路内的零件数目。

在第二方面中，本发明提供一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座构件及向阀座构件偏压的阀关闭件，阀座构件及阀关闭件被封闭于外壳内，其中阀座构件可在外壳内位于相对于阀关闭件的偏压纵向偏移的多个位置的任何之一。

这样，可与阀配置后方的内部体积一起改变的阀关闭件的偏压强度。这就容许此种配置可调适于特别的发动机。虽然理想的空气燃料比为14.7比1，但是个别的发动机可设定于10比1与12比1之间的任何比运转，以提供平滑及有力的运转。对特定发动机所设定的确实比一般随同轴的下一发动机而不同。因此，入口岐管内相应于正常运转，突然加速及突然减速的实际压力会随发动机的不同而不同。本发明在此方面，可使进气阀被调适以反应此情况。

阀座最好可借助螺纹配置的旋转纵向移动。理想上，螺纹为在阀座外部及在外壳的圆柱形钻孔的内部。阀座可为盘形。如此，调整螺纹丝可安全封闭于外壳内。这可以防止碰撞干涉且使物品的卖主提供保证。外壳最好借助例如对多孔盖的扣环扣件的使用而密封以抵抗碰撞干涉。扣环本身为已知，且不能在不破坏及牺牲扣环下移除。

最好使用精细节距螺纹，以容许较精确的调整。较佳的最大节距为30μm。

这些方面容许本发明的实施例取得CO及HC污染物的减少至接近空气分供原理的理论应用所预测的情况，且比球轴承设计显著较佳。

本发明也提供适合于此种较佳阀座的调整的工具。

根据本发明的第三方面的此工具包含从手柄延伸的伸长接合部分，接合部分的尖端具有与阀座互相接合的机构，及从接合部分的尖端至远离尖端的出口于接合部分内部连续延伸的纵向流动通道。如此，工具可用来接合及旋转阀座，而同时仍容许空气经由流动通道通过阀。通道截面最好比阀座的开口窄，以提供通过空气的文氏管(细腰管，Venturi)加速度。此应在空气通过时给与可由调适装置的工程师侦测到的可听见效果以帮助此种调适。或者，或另外，内部通道的出口可位于手柄的附近，以容许姆指或其他手指可置于出口附近以直接感测空气流。

在特别的较佳形式中，伸长部分的尖端包含密封抵靠阀座的密封机构。

接合机构可为于伸长部分的尖端的单一凸出部或一对凸出部，与阀座面上的相应凹部接合，反之亦然。

在第四方面中，本发明提供一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座和向阀座偏压的阀关闭件及从阀座引至与入口岐管连通的连接口的流动通道，其中于连接口与阀座的中间点处的流动通道的截面面积小于中间点的上游及下游处的流动通道的截面面积。

如此，流动通道形成“文氏管”的形式。发明人已发现此种配置令人惊奇地提供入口岐管压力至阀座及阀关闭件的较快迅传送。如此，分供阀会比非如此配置的情形更加迅速地反应。

在第五方面中，本发明相关于一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座及向阀座偏压的阀关闭件，

其中阀关闭件的外部截面为锥形，锥形的夹角在55与125°之间，以75至105°较佳，而以85至95°更好，且阀座相应成形以提供对阀关闭件的密封措施。

已发现此夹角就打开阀至足够的程度所须的平移距离而言可达成阀关闭件的迅速响应，而同时足够窄以将空气流动越过阀关闭件的扰动减压最小。

阀关闭件最好相对于阀座为自由浮动。达成此情况的方式之一为只经由偏压机构支持阀关闭件。

借助这些较佳配置，阀关闭件成为自动定心。此显著增进关闭时的密封，这就具有很大的优点。即时及正确关闭的失败在某些情况中可能造成燃料消耗的增加。

在第六方面中，本发明提供一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座及向阀座偏压的阀关闭件，其中阀关闭件与阀座由不同的塑胶材料制成。塑胶材料于此情况有利，因为所得的阀关闭件的较低重量减小阀关闭件的惯量，因而增加反应迅率。适合元件之一的塑胶材料为尼龙66，且阀座最好由此材料形成。但是，相同的塑胶材料对阀座及阀关闭件的使用已发现导致不能接受的高磨耗率。

特别适合用于阀关闭件的材料为PTFE/乙缩醛混合物。PTFE组分最好在90与98％之间，加上平衡的乙缩醛。特别较佳的成分为大约96％PTFE及大约4％的乙缩醛。此材料较佳的原因是因为PTFE给予增加反应速率的特别低的摩擦表面，而同时乙缩醛确保元件具有充分的强度。

阀的此种低摩擦表面给予令人惊奇的较佳响应时间。此被认为是因为其减小阀关闭件在行进至关闭位置的同时暂时“附着”的倾向。在极端情况中，阀关闭件有可能坐于打开位置，单独由摩擦保持于定位。此情形可能导致增加的燃料消耗。

以上各方面的阀的较佳打开压力为14英寸汞柱。清楚地，以上方面所含盖的许多阀对于其打开的压力可调整，在此情况中，这些阀最好可调整成于上述压力打开。

在相当大的发动机的情况中，发明人已发现可借助并联(平行)设置两个此种阀而一阀于比另一阀高的压力打开来获得排放减少的进一步增进。此表示于非常高的真空位准，较大体积的空气可相应于较大发动机的较高需求而供应。对一阀的适合压力为在13与17英寸汞柱之间，而对第二阀的压力在16英寸汞柱以上，须大于对第一阀的压力。

本发明也相关于一种内燃机，包含与由入口岐管封闭的体积连通的进气分供阀，其中进气分供阀系根据以上方面的至少之一。本发明也涉及装此种内燃机的车辆。

附图的简要叙述

图1为本发明的实施例的部分分解剖面图；

图2为图1的阀关闭件的详细图；

图3为根据本发明的方面的工具的剖面图；

图4为沿着图3的线IV-IV的剖面图；

图5为本发明的另一实施例的部分分解剖面图；

图6a及6b为图5的挡门分别于打开及关闭位置的平面图。

以下参考附图以举例方式叙述本发明的实施例。

图1中显示根据本发明的分供阀，以及所示的相关零件的尺寸。从图中可见阀包含大致成圆柱形的本体部分10，其具有沿着本体部分10的长度延伸的内部通道12。在通道12内依序有于通道12的开口端的过滤器外壳14，其借助将过滤器16夹置于过滤器外壳14的突出部与扣环18之间而夹持过滤器16；带内螺纹的部份20，阀座22被夹持于此部分内；渐窄区域24，于内部突出部26达于顶点；及渐宽部分28，于此部分的出口嵌入有密封通道12的阀关闭件30。连通管32接合于引至通道12的螺纹孔34内。如此，管32提供通道12内的出口。

阀座22具有与通道12的螺纹部分20啮合的外部螺纹。螺纹部分20的纵向范围大于阀座22的高度，因此阀座22在螺纹部分内的旋转会造成阀座22的纵向位置的改变。螺纹的节距为一英寸的千分之十三/十六，或20μm。

弹簧36位于通道12内且停置于突出部26的一端，于该处弹簧36在渐窄部分24内以紧密配合的方式被夹持。弹簧36为12mm长。于其另一端，弹簧支持阀关闭件38，于图2中更详细显示。此具有适贴配合于弹簧36内部的圆柱形部分40，及装配于阀座22的开口内的锥形部分42。在所示的实施例中，锥形42的底座比圆柱形部分40宽，但是此并非必要，可以提供简单的唇部，使弹簧36的末端可紧靠震唇部以防止阀关闭件落入弹簧内。所需要的为锥形部分42可提供对阀座22密封的措施。

在阀座22的顶部(外部)表面上有用于与图3及4所示的工具接合的一对凹部。稍后会叙述其的使用及目的。

在使用时，管32连接于内燃机的入口岐管，当预定数量以上的入口岐管内真空的突然增加(压力的减小)会传递至通道12及导致分供阀稍微打开以容许额外的分供空气。发明人已发现通道12的逐渐变窄至最小直径，在此例子中于突出部26，提供加速装置的反应时间的文氏管效应。此方面的确实机构尚未知，但是相信是在流动通道内漩涡形式的产生。

各发动机会从分供气体获益的实际压力根据发动机而改变，且一般不能精确预测。但是，此实施例可藉着旋转阀座22因而使其如所示的向上或向下移位而调整适合于特定的发动机。此会改变通道12内在阀后方的体积及关闭时弹簧36的预拉伸。这些会改变阀的反应特性且容许其调整适于特定的发动机。阀最好设定为于14英寸汞柱或更大的压力打开。

阀关闭件38具有115.4°的夹角(在此实施例中)。此特别适合于高性能发动机。在一般的家庭用车中，90°的夹角较适当。基本上，正确的夹角为阀关闭件38必须行进的距离(因而即反应时间)与对空气流量的阻碍效果之间的取舍。

阀座具有对阀关闭件的互补形状，于其外侧稍微倾斜以帮助空气流动。

必须有过滤器16，因为此单元会在车辆的车盖下方安装。过滤器的适合形式为压碎的钢棉，此为市场可得的过滤器形式。也可用烧结的陶瓷过滤器，但是钢棉较佳，因为其对空气流动有较小的阻力。

所示配置的显著优点为扣环18及过滤器16防止对阀的内部零件的未经许可的接近。如此，一旦阀已调整适合于特定发动机(此当然须要移去过滤器16以接触阀座22)，单元可被密封直到下一次的应用，容许品质保证的利用。

对不同零件所选择的材料很重要。本体10，管32，阀关闭件30，及过滤器外壳14和扣环18均为结构零件，可由例如铝制成。但是此并非特别重要，只要零件可制成具有所须的公差。在铝的情况中，为了侵蚀的原因最好有阳极化抛光。

但是，阀座22及关闭件38必须非常快速反应以改变后方的压力，因而必须为磨耗相容材料制成。因此，低密度材料对阀关闭件38较佳以减小其重量，对此建议用塑胶材料。此也表示为了磨耗的理由对阀座22使用塑胶材料，但是发明人已发现对两种材料使用尼龙66(Nylon 66)导致较高磨耗率。

因此，在此实施例中，阀座22由尼龙66制成，而阀关闭件由商业可得的94％的PTFE及4％的乙缩醛的混合制成。此组合较佳，因为一材料为极性聚合物，而另一为非极性。因而二者不相容而不会于微观程度融合。

如上所述，对于大发动机，如果两个此种阀并联连接可获益。一种适合的配置为一阀的出口32与另一阀的内部空间12连接。然后设定一阀于此另一阀高的压力打开，例如一阀为13至17英寸的汞柱而另一阀为16英寸或更大(无论如何比第一个阀大)。此容许于特别高的真空水平的较大体积的空气流，以满足较大的发动机的较高需求。

图3及4显示适合于调适先前所述的阀的工具的两截面。工具包含手柄50，伸长部分52从手柄50延伸，伸长部分52充分地窄以于外端延伸至通道12的内部内。于伸长部分52的尖端有O形环(O-ring)密封件54，O形环密封件内有一对凸出部56a及56b。凸出部56a与56b之间有内部流动通道58的开口，内部流动通道58与于手柄50与伸长部分52之间的连接处的开口60连通。使用时，移除过滤器16及扣环18，而将工具插入通道12内。凸出部56a及56b与阀座22的外表面上的相应凹部接合，而O形环54密封阀座22。于此阶段，发动机运转。操作者可旋转手柄50，此以前述的方式调整阀座22的直立位置。在此期间，由阀接收的所有空气由于O形环54会被吸通过通道58。因为通道58比通道12窄，所以当阀打开时会听到“抽吸”噪音，此有助于操作者调适阀。因为出口60位于手柄50的边缘，所以操作者可将姆指或其他手指置于接近开口60或其上方处以提供空气流动的另外证实。

图5显示本发明的另一实施例。在此实施例中，许多零件与图1所示的第一实施例的零件相同，因而使用相同的参考数字代表相同零件。但是二者有如下的若干重大的不同。

向阀座22偏压阀关闭件38的偏压弹簧36坐于在伺服马达64的控制下可沿着弹簧的轴线移动的突出部62。伺服马达由可程式控制器66控制，发动机运转数据借助缆线68从例如发动机管理系统馈送至控制器。如此，阀拉力可在限制内连续调整，而此可使阀打开的真空压力可在发动机操作期间被调整。

此使单元可在发动机运转期间被调适以设定其相应于使用的种类。例如，对发动机于空转，市区，及巡航条件设不同的要求，单元可反应于经由于缆线68到达的数据所侦测的不同驱动条件。可程式控制器66含有相应于不同条件的预记录设定。

已发现如果于阀打开时弹簧突出部62移动以减小弹簧36的拉力，则减小的拉力与建立通过阀的空气流的组合可能表示阀不会自动正确关闭。因此，在此实施例中，设置有挡门70。挡门70在伺服器72的控制下，伺服器72由界面单元74致动。在此实施例中，挡门70为三叶片挡门，且于图6a及6b分别显示其打开及关闭位置。

如此，紧接于弹簧突出部62移动之前，挡门伺服器72作用以关闭挡门70，此防止任何进一步的空气流，目造成阀的两侧的压力相等，因而关闭阀。然后弹簧突出部62由其伺服器64调整至正确位置。然后挡门打开而操作重新开始。

挡门70及伺服器72配置成使得在系统内电故障或电子故障的事件中，挡门70关闭，使单元不再作用，因而对发动机没有任何作用。此“故障安全”作用防止单元中的错误以有害的方式影响发动机。

当挡门在定位下，很清楚不可能用图3及4所示的工具调整阀座22。如此，只有在组合期间才能实施阀的粗略调整，而留下精细调整由伺服器64执行。此作用作反防止使用碰撞干涉单元的另一机构，否则可能使品质保证无效。

在本发明的较佳形式中，图1或5的实施例与喷水机构组合，此喷水机之作用为在加速周期期间，亦即在低真空期间喷水至燃料空气混合物内。此种喷水已知对加速周期期间的发动机性能有利，因而组合系统在加速及减速(高真空造成阀打开)期间均有利。

熟知此技术者可知上述实施例纯为本发明的例子，在本发明的范围内可实施许多修正。例如，阀关闭件30可与本体部分10一体成形，如同可与出口管32或过滤器外壳14一体成形。或者，或是另外，可在过滤器16之前加入第二过滤器以提供预过滤的元件及减轻过滤器16的阻塞。在尘土多的乡间可能适于如此。同样的，所给的精确尺寸为说明用，虽然本发明人已发现这些尺寸给与良好的结果，但也可选择其他尺寸。所示的装置的试验造成80％的CO减少及高达70％的HC减少。

装置可如所示制成为分主的单元，适合于事后装配于现有车辆或在组合期间装配。同样的，装置可实体装于入口岐管内成为其整体的部分。

Claims (31)

1.一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包括阀座及阀关闭件，阀座与阀关闭件具有互补成形的锥形配合表面，阀关闭件通过作用于阀关闭件远且离阀座的面上的偏压机构向阀座施加偏压。

2.如权利要求1的进气分供阀，其中偏压机构设置于阀关闭件的下风处以限制空气流越过的阀关闭件的扰动。

3.如权利要求1或2的进气分供阀，其中偏压机构为压缩弹簧。

4.如权利要求3的进气分供阀，其中压缩弹簧单独支撑阀关闭件。

5.一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座及向阀座偏压的阀关闭件，阀座及阀关闭件封闭于外壳内，其中阀座可在外壳内位于相对于阀关闭件的偏压纵向偏移的多个位置中的任何一个。

6.如权利要求5的进气分供阀，其中阀座可借助螺纹配置的旋转而纵向移动。

7.如权利要求6的进气分供阀，其中螺纹在阀座的外部及外壳中的圆柱形钻孔的内部。

8.如权利要求5至7中的任一项的进气分供阀，其中阀座为盘形。

9.如权利要求1或5的进气分供阀，其中外壳被密封以防止碰撞干涉。

10.如权利要求9的进气分供阀，其中密封是借助对多孔盖的扣环扣件的使用。

11.如权利要求6的进气分供阀，其中螺纹具有30μm或更小的节距。

12.一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座及向阀座偏压的阀关闭件，其中阀关闭件的外部截面为锥形，锥形的夹角在55°与125°之间。

13.如权利要求12的进气分供阀，其中锥形的夹角在70°与100°之间。

14.如权利要求13的进气分供阀，其中锥形的夹角在85°与95°之间。

15.如权利要求12的进气分供阀，其中阀座具有与阀关闭件的接触区域，此区域以相应角度形成锥度。

16.如权利要求12至15中的任一项的进气分供阀，其中阀关闭件相对于阀座自由浮动。

17.如权利要求16的进气分供阀，其中一偏压机构向阀座偏压阀关闭件且支撑阀关闭件。

18.如权利要求17的进气分供阀，其中偏压机构为弹簧。

19.一种进气分供阀，用于内燃机的入口岐管，包含阀座及向阀座偏压的阀关闭件，其中阀关闭件与阀座由不同的塑胶材料制成。

20.如权利要求19的进气分供阀，其中阀座与阀关闭件之一由尼龙66制成。

21.如权利要求20的进气分供阀，其中一阀座由尼龙66制成。

22.如权利要求19至21中的任一项的进气分供阀，其中阀关闭件由PTFE/乙缩醛混合物制成。

23.如权利要求22的进气分供阀，其中混合物包含在90％与98％之间的PTFE，平衡的乙缩醛，及不可避免的杂质。

24.如权利要求23的进气分供阀，其中PTFE组份占96％。

25.如上任一项权利要求所述且结合附图的进气分供阀。

26.如上任一项权利要求所述的进气分供阀，其于14英寸汞柱或更大的内部压力打开。

27.一种进气配置，包含两进气分供阀，每一进气分供阀系如上权利要求任一项所述，每一进气分供阀连接内燃机的入口岐管，第一进气分供阀于第一真空压力打开，第二进气分供阀于第二真空压力打开，第二真空压力高于第一真空压力。

28.如权利要求27的进气配置，其中一真空压力在13与17英寸汞柱之间，而第二真空压力大于165英寸汞柱与第一真空压力之较大者。

29.如权利要求27或28的进气配置，其中第一或第二进气分供阀的出口于阀座及阀关闭件的下游处连接于第二或第一进气分供阀的内部。

30.一种内燃机，包含如权利要求1至25中任一项的进气分供阀或权利要求27至29的进气配置，该进气分供阀或进气配置由入口岐管所封闭的体积连通。

31.一种车辆，包含如权利要求30的内燃机。

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