CN1322232C - 发动机的可变的进气机构 - Google Patents

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Abstract

一种发动机进气结构，具有一个第一进气通道和一个第二进气通道，它们独立地设置并且下游端部分叉形成多个进气管道，连接到所述发动机的多个汽缸。所述第一进气通道的所述下游端部附近与所述第二进气通道的所述下游端部附近能够由第一连通元件连通。第二连通元件在所述第一连通元件的进气流动方向的上游，其能够使所述第一进气通道和所述第二进气通道连通。第一连通元件与第二连通元件根据发动机的操作状态而被控制。

Description

发动机的可变的进气机构
相关的参照
本申请引入2002年11月13日申请的，申请号是2002-329075的主题，根据35U.S.C.§119(a)作为优选权的基础。
技术领域
本发明涉及一种发动机的进气机构。
背景技术
作为一种用于增加发动机的进气结构的容积效率的技术，一种可变的进气结构是已知的，其在发动机的低转速区采用谐振效果，并且在发动机的高转速区采用惯性效果。
在一种V型6缸发动机的可变的进气机构中，例如相应于相关的汽缸集中6个进气管，成组的3个进气管，在上游侧形成2个口，并且这两个口独立地构成，直到节流阀体的附近，采用一个分离结构。通过适当地设定各口的长度和厚度作为进气通道，容积效率借助于谐振效果而增加。一个选择器阀能够建立这两个口之间的连通，被设置在独立构成的这两个口，刚好在它们相应于相关的汽缸而被分成多个进气管之前的地方。独立的两个口在此处连通，从而进气震动被抵消以得到一个惯性效果。选择器阀根据发动机转速打开或者关闭。也就是，两个口相通的状态或者不相通的状态，从而当发动机的转速在低转速区和高转速区时能够得到较好的容积效率。这可以从图5中看出。这里假设，发动机的转速接近两个曲线的接触点，其中一个曲线表示当选择器阀关闭时发动机转速与容积效率之间的关系，另一个曲线表示当选择器阀打开时发动机转速与容积效率之间的关系。如果此时控制选择器阀，使之从关闭状态变成打开状态，则由于在发动机低转速区的进气的谐振效果和在发动机高转速区的进气的惯性效果而能够得到一个较好的容积效率。
但是，在前面的可变的进气结构中，当发动机转速在一个转速区，选择器阀从关闭状态切换到打开状态时，容积效率显著下降(见图5)。也就是，在发动机转速区选择器阀切换(即中等转速区)，容积效率由于在选择器阀的关闭状态的谐振效果以及由于在选择器阀的打开状态的惯性效果而降低。因此由于相应的效果，在容积效率的峰值之间发生一个下降部分。这产生了在中等转速区增加容积效率有困难的问题。
在防止容积效率下降的技术中，在日本专利1995-39812中公开了该技术。根据此技术，在V型6缸内燃发动机中，一个打开/关闭阀23被控制，从而在发动机的低速操作区关闭，以构成两个谐振激发系统；打开/关闭阀23被控制打开，并且同时管长度选择器阀38l，38r被控制关闭，在发动机的中速操作区构成一个大管长度的惯性激发系统，谐振室Cr-l，Cr-r形成端部向大气打开；并且在发动机高速区，打开/关闭阀23和管长度选择器阀38l，38r都被控制打开，以使分配管351到356进入与管长度交换室Cc连通，室Cc的端部打开到大气，从而构成一个小管长度的惯性激发系统。以此方式，谐振激发系统构成在低速操作区，并且大管长度和小管长度的惯性激发系统分别构成在中速和高速操作区。通过这样做，在发动机的主要操作区容积效率增加(见专利文件1的图1)。
但是，在上面的出版物中描述的技术中，惯性激发系统构成在发动机的中速和高速操作区。这已经出现问题，整个进气系统的结构非常复杂。
发明内容
根据上面提到的问题，本发明已经实现。本发明的目的是提供一种内燃机的进气结构，其具有相对简单的结构和在发动机的主要操作区中令人满意的容积效率。
根据本发明的一种发动机进气结构，包括：一个第一进气通道和一个第二进气通道，它们由设置在节流阀的下游的进气通道分叉形成；多个进气管，从所述第一进气通道的下游端部和所述第二进气通道的下游端部分叉形成，并且具有一个下游侧，连接到所述发动机中设置的多个汽缸；一个第一连通元件，能够建立所述第一进气通道的所述下游端部附近与所述第二进气通道的所述下游端部附近之间的连通；一个第二连通元件，其在所述第一连通元件的进气流动方向的上游，其能够使所述第一进气通道和所述第二进气通道连通；一个控制元件，用于根据所述发动机的操作状态控制所述第一连通元件和所述第二连通元件；所述第一进气通道和所述第二进气通道在所述第二连通元件设置处的进气横截面积大于所述第一进气通道和所述第二进气通道的上游端部的横截面积；所述第一进气通道和所述第二进气通道由一个分离部分分离成独立的进气通道；所述第二连通元件取代所述分离部分的上游端，并具有一个设置在所述分离部分的可转动的阀机构，通过所述阀机构的转动，使所述第一进气通道和所述第二进气通道连通；所述阀机构包括一个分隔板，用于打开以及关闭在所述分离部分形成的一个开口，和一个可转动地设置的转动轴，所述分隔板安装在其上，并且所述转动轴被安装成，其轴向方向与进气的流线方向相同，当所述第一进气通道和所述第二进气通道由所述第二连通元件连通时，所述第一进气通道和所述第二进气通道的分离长度被缩短，且同时所述第一进气通道和所述第二进气通道的进气流动方向的上游端部的进气横截面积增加。
附图说明
下面参照附图描述本发明的特性以及其它目的和优点，其中在所有的图中相同的标号表示相同的或者类似的部件。
图1是示意图，表示一个发动机具有根据本发明的发动机的一个进气口的结构；
图2A和2B表示图1所示的发动机的进气口的结构的细节，采取剖视图的形式，表示一个V型6缸发动机的进气口结构，作为本发明一个实施例的例子，图2A是剖视图，表示从上方看的发动机的一个可变的进气口结构，图2B是从侧面看的发动机的一个可变的进气口结构的剖视图，图2A相应于沿图2B的带箭头的线B-B的剖视图，图2B相应于沿图2A的带箭头的线A-A的剖视图；
图3A到3D是示意的视图，表示第二选择器阀12的附近情况，图3A是一个透视图，表示第二选择器阀12处于关闭状态，图3B是一个透视图，表示第二选择器阀12处于打开状态，图3C是沿图3A的带箭头的线C-C的剖视图，图3D是沿图2A的带箭头的线D-D的剖视图，图3A和3B的一个段部8被断开，以利于理解第二选择器阀12的操作状态；
图4是一个图表，表示根据本发明的发动机的进气口结构的容积效率；以及
图5是一个图表，表示一个发动机的传统的进气口结构的容积效率。
具体实施方式
具体表达本发明的一个发动机的进气口结构的实施例现在参照附图进行描述。
在根据本发明的一个发动机的进气口的结构如图1、2A、2B所示，一个进气通道9设置在节流阀10的下游，其在上游侧被分为第一进气通道5a和第二进气通道5b，并且在第一进气通道5a的下游端部4a和第二进气通道5b的下游端部4b进一步分成多个进气管3a到3f，并且多个进气管3a到3f连接到一个发动机1，对应于多个汽缸2a，2b，......。在一个V型6缸发动机中，在进气通道9的上游侧分叉的第一进气通道5a的下游端部4a分叉成为进气管3a，3c，3e(第一进气管)，并且进气管3a，3c，3e的下游端部连接到发动机1相应于设置在段部中的一个的汽缸2a，......。而在进气通道9的上游侧分叉的第二进气通道5b的下游端部4b分叉成为进气管3b，3d，3f(第二进气管)，并且进气管3b，3d，3f的下游端部连接到发动机1相应于设置在另一个段部中的汽缸2b，......。
第一进气通道5a和第二进气通道5b由分离部分6分开，从进气通道9的分叉处，即节流阀10的下游，到其相应的下游端部4a，4b，以形成独立的进气通道。进气管3a到3f，第一进气通道5a和第二进气通道5b被设置成适当的长度和适当的进气剖面面积，从而在通过一个谐振效果而增加进气的容积效率时得到增强的效果。
根据本发明的发动机的进气结构还具有一个第一选择器阀11，作为一个第一连通元件能够建立第一进气通道5a的下游端部4a和第二进气通道5b的下游端部4b之间的连通，第一选择器阀11用作一个进行进气可变控制的部件。该进气结构还具有一个第二选择器阀12，作为一个第二连通元件，在进气流动方向上第一选择器阀11的上游，确切地说是在分离部分6的上游端部，能够建立第一进气通道5a和第二进气通道5b之间的连通。第一选择器阀11和第二选择器阀12具有分隔板，安装在轴13和14上，当电机15和16驱动时，它们转动。轴13，14和相关的分隔板由电机15，16转动，从而将相关的选择器阀带入打开状态或者关闭状态，从而将第一进气通道5a和第二进气通道5b进入或者退出连通状态。轴13和14可以适合于由真空致动器驱动。第一选择器阀11和第二选择器阀12可以各构成为一个滑动机构，具有可滑动的分隔板，从而当分隔板在分离部分6的长度方向上滑动时，将第一进气通道5a和第二进气通道5b进入或者退出连通状态。
在分离部分6中形成一个开口，第一选择器阀11被置于那里，并且该开口由分隔板打开以及关闭。此开口的尺寸设置成当第一选择器阀11在打开状态时，即当第一进气通道5a和第二进气通道5b连通时，得到较高的惯性效果。第一选择器阀11的尺寸设置成与此开口的尺寸一致，并且构成为，当第一选择器阀11进入关闭状态时，第一进气通道5a和第二进气通道5b的连通切断，变成独立的进气通道。第二选择器阀12的轴14插在分离部分6内，轴14的长度方向几乎与进气的流动方向相同，以避免第一进气通道5a和第二进气通道5b的进气阻力。因此一个限定第一进气通道5a和第二进气通道5b的段部8形成为一个弯管，从而轴14和电机16易于放置。
为了使容积效率的峰值和谐，第二选择器阀12的进气下游侧的进气截面面积，即中间速度区域谐振开口(线D-D)设置成大于第二选择器阀12的进气上游侧的进气截面面积，即低速度区域谐振开口(线C-C)。对此的详细说明在后面在图3中提供。
用于控制第一选择器阀11和第二选择器阀12的打开或者关闭的电机15和16，由一个全面控制发动机1的发动机ECU17进行控制。发动机ECU17用作为一个控制元件，用来增加各汽缸2a，2b......的容积效率。发动机ECU17根据来自转速计18的输入值，也就是根据发动机1的转速，控制第一选择器阀11和第二选择器阀12的打开或者关闭的切换，该转速计设置在发动机1，用于测量发动机1的转数。
确切地说，在发动机1低速操作期间，即当发动机1的转速在低转速区时，第一选择器阀11和第二选择器阀12都关闭，使第一进气通道5a和第二进气通道5b的上游侧和下游侧都进入不连通状态。因此第一进气通道5a和第二进气通道5b由第二选择器阀12、分离部分6和第一选择器阀11分离。结果，第一进气通道5a和第二进气通道5b之间的分离长度是一个低速区分离长度L1，如图2A所示，并且产生谐振进气管3a，3b......的进气颤动的谐振效果，从而汽缸2a，2b......的容积效率增加。
在发动机1中速操作期间，即当发动机1的转速在中间转速区时，第一选择器阀11关闭并且第二选择器阀12打开，使第一进气通道5a和第二进气通道5b的上游侧进入连通状态。因此第一进气通道5a和第二进气通道5b由分离部分6和第一选择器阀11分离。结果，第一进气通道5a和第二进气通道5b之间的分离长度是一个中速区分离长度L2，如图2A所示，并且通过谐振效果使汽缸2a，2b......的容积效率增加。
在发动机1高速操作期间，即当发动机1的转速在高转速区时，第一选择器阀11和第二选择器阀12都处于打开状态，使第一进气通道5a和第二进气通道5b的上游侧和下游侧都进入连通状态。因此第一进气通道5a的下游端部4a和第二进气通道5b的下游端部4b一起形成一个单一的大容积，通过谐振效果使汽缸2a，2b......的容积效率增加。
由于上面描述构造的进气结构，带有改进容积效率的进气以适当的混合比与燃料混合。空气燃料混合物被引导到汽缸2a，2b......，在那里燃烧，并且然后经一个排气管19、一个催化剂20和一个消音器等排放到大气中。由于空气进气具有好的容积效率，在低速操作区间和中速操作区间发动机1的力矩增加，在高速区间发动机1的输出能够有希望增加。
在发动机1的低速操作期间，第二选择器阀12关闭，如图3A所示，分离部分6由于第二选择器阀12延伸到进气上游侧。也就是，从进气通道9分叉并且致使其独立的第一进气通道5a和第二进气通道5b在第二选择器阀12的进气上游侧，即线C-C处开始。第一进气通道5a和第二进气通道5b的进气截面面积在图3C所示的线C-C处是AN。因此谐振效果根据状态，长的低速区分离长度L1和小的低速区谐振开口截面积AN，得到在低速区具有一个峰值的容积效率特性。
在发动机1的中速操作期间，第二选择器阀12打开，如图3B所示。结果，第二选择器阀12不再用作一个分离部，分离部分6和第一选择器阀11作为一个分离部。也就是，相互独立的第一进气通道5a和第二进气通道5b在第二选择器阀12的进气下游侧(分离部分6的进气上游侧)，即线D-D处开始。第一进气通道5a和第二进气通道5b的进气截面面积在图3D所示的线D-D处是AL。通常，减小进气通道的长度(本发明中的分离长度)或者增加通道面积，改变了谐振效率中的谐振频率，从而使发动机的谐振同步转速从低速操作区移动到中速操作区。因此，谐振效果根据状态，短的中速区分离长度L2和大的中速区谐振开口截面积AL，容积效率的峰值从低转速区移动到中转速区，因此得到在中速区具有一个峰值的容积效率特性。
也就是，由于根据本发明的发动机进气结构，第二选择器阀打开，使第一进气通道5a和第二进气通道5b在分离部分6的上游侧连通，从而使得不仅能够改变第一进气通道5a和第二进气通道5b之间的分离长度，而且能够改变进气开口的横截面积，从低速区谐振开口横截面积AN(第一进气通道5a和第二进气通道5b的进气上游端部的横截面积)到中速区谐振开口横截面积AL(第一进气通道5a和第二进气通道5b在第二选择器阀12的下游侧的横截面积)。因此，分离长度能够缩短并且同时进气开口的横截面积能够增加。因此容积效率峰值在低速区和中速区的调整能够设置在一个较宽的范围，并且改善了设计该调整的自由度。这些横截面积的大小不需要改变，并且可以采用相同的横截面积。在此例中，在低速区和中速区的容积效率的峰值能够通过简单地改变分离长度进行调整。
在发动机1的高速操作期间，而且当第二选择器阀12保持打开时，第一选择器阀11从关闭状态切换到打开状态，从而所有的进气管3a到3f集中在第一进气通道5a和第二进气通道5b的下游端部的一个单一的地方。因此，由于惯性效果使得汽缸2a，2b，......的容积效率增加。在发动机1的高速操作期间，允许将第二选择器阀12从打开状态切换到关闭状态，以及将第一选择器阀11从关闭状态切换到打开状态。优选的是，第二选择器阀12可以保持打开，甚至在发动机1的高速操作期间。在此例中，当发动机的转速在高转速区与中转速区切换时，只需将第一选择器阀11在打开状态与关闭状态之间切换。结果，第二选择器阀12能够降低操作频率，以改善其寿命。
根据本发明的发动机进气结构第二选择器阀12具有下列特性：
(1)用于分离第一进气通道和第二进气通道的分离部分的一部分由选择器阀形成(第二选择器阀12)，从而决定谐振同步转速的分离长度能够通过打开或者关闭选择器阀而相对容易的改变。
(2)改变选择器阀的上游端部和下游端部的谐振开口的通道横截面积，从而通过打开或者关闭选择器阀能够设定谐振开口的不同的通道横截面积，以及产生谐振效果的最佳参数能够容易地设定。
(3)选择器阀的转动轴的方向与进气的流动方向相同，从而由于打开或者关闭选择器阀的进气阻力能够减小。
下表总结了在控制操作期间各选择器阀的动作：
转速区 第一选择器阀 第二选择器阀 动作
低 关闭 关闭 在低转速区，容积效率峰值由于谐振效果
中 关闭 打开 减小的分离长度使谐振同步转速移动到中转速区，容积效率峰值由于谐振效果
高 打开 打开 惯性效果发生，因为第一和第二进气通道之间连通
如表1所示，在根据本发明的发动机的进气结构中第一选择器阀11和第二选择器阀12根据发动机的转速而被控制，从而第二选择器阀12开始进入打开状态。以此，第一进气通道5a和第二进气通道5b连通，分离长度缩短，从而容积效率的峰值移动到中转速区的谐振同步转速。此方法能够防止容积效率的下降，甚至是在容积效率已经下降的转速区，即甚至在中转速区。因此，能够在低转速区到高转速区通过打开或者关闭第一选择器阀11和第二选择器阀12而得到高的容积效率。
从图4可见，三个不同的归因于谐振效果和惯性效果的容积效率特性相对于发动机的转速的峰值，能够通过结合第一选择器阀11和第二选择器阀12的打开或者关闭而被结合。因此在中速区传统的显著的容积效率的下降能够被抑制，以得到从低转速区到高转速区的范围内的高容积效率。此时，可以设定，使得在中转速区的容积效率的峰值发生在适合的发动机转速。另外，相关的选择器阀可以在相应于相关的容积效率特性的交点的转速切换(即在图4的①、②)。通过采取这些措施，在中转速区的容积效率的下降能够最小。
如上面说明的，根据本发明发动机的进气结构通过发动机的低速操作和中速操作的期间的谐振效果，改善了相关汽缸的容积效率，并且通过发动机的高速操作的期间的惯性效果，改善了相关汽缸的容积效率。这使得进气系统的结构相对简单，因此减小了发动机尺寸。
因为相对简单的构造，此外，第一进气通道和第二进气通道在通过第二连通元件连通时的横截面积能够大于第一进气通道和第二进气通道在通过第二连通元件不连通时的横截面积。因此，调整范围变宽，并且设计自由度变高。
前面描述了本发明的形式，应当明白，本发明不局限在那里，而是可以改变成许多其它的方式。这样的改变不认为是离开了本发明的精神和范围，并且所有这些对本领域技术人员是很明显的改进包括在权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种发动机进气结构，包括：
一个第一进气通道和一个第二进气通道，它们由设置在节流阀的下游的进气通道分叉形成；
多个进气管，从所述第一进气通道的下游端部和所述第二进气通道的下游端部分叉形成，并且具有一个下游侧，连接到所述发动机中设置的多个汽缸；
一个第一连通元件，能够建立所述第一进气通道的所述下游端部附近与所述第二进气通道的所述下游端部附近之间的连通；
一个第二连通元件，其在所述第一连通元件的进气流动方向的上游，其能够使所述第一进气通道和所述第二进气通道连通；
一个控制元件，用于根据所述发动机的操作状态控制所述第一连通元件和所述第二连通元件；
所述第一进气通道和所述第二进气通道在所述第二连通元件设置处的进气横截面积大于所述第一进气通道和所述第二进气通道的上游端部的横截面积；
所述第一进气通道和所述第二进气通道由一个分离部分分离成独立的进气通道；
所述第二连通元件取代所述分离部分的上游端，并具有一个设置在所述分离部分的可转动的阀机构，通过所述阀机构的转动，使所述第一进气通道和所述第二进气通道连通；
所述阀机构包括一个分隔板，用于打开以及关闭在所述分离部分形成的一个开口，和一个可转动地设置的转动轴，所述分隔板安装在其上，并且
所述转动轴被安装成，其轴向方向与进气的流线方向相同，
当所述第一进气通道和所述第二进气通道由所述第二连通元件连通时，所述第一进气通道和所述第二进气通道的分离长度被缩短，且同时所述第一进气通道和所述第二进气通道的进气流动方向的上游端部的进气横截面积增加。
2.根据权利要求1的发动机的进气结构，其特征在于：
所述第二连通元件设置在所述分离部分的一个上游端部。
3.根据权利要求1的发动机的进气结构，其特征在于：
所述第二连通元件的下游侧的进气横截面积大于所述第二连通元件的上游侧的进气横截面积。
4.根据权利要求1的发动机的进气结构，其特征在于：
当所述发动机的转速在中等转速区间时，所述控制元件使所述第一连通元件进入不连通状态，并且使所述第二连通元件进入连通状态。
5.根据权利要求4的发动机的进气结构，其特征在于：
当所述发动机的转速在低转速区间时，所述控制元件使所述第一连通元件和所述第二连通元件进入不连通状态，并且当所述转速在高转速区间时，所述控制元件使所述第一连通元件进入连通状态。
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