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Abstract

本发明提供一种可变进气管以及包括该可变进气管的进气系统，该进气管包括分气管、控制阀门和谐振腔；其中，所述分气管包括一级分气管、二级分气管和三级分气管，三个分气管相互并联；所述控制阀门包括第一控制阀门和第二控制阀门。本发明采用了三级分气管并联和两个控制阀门的形式，通过两个控制阀门的状态切换而构成了三条不同的气流流经途径，从而区分了不同转速工况下的进气道，使得发动机在高中低转速区的工况下扭矩、功率、容积效率和进气都达到较好的效果。

Description

可变进气管以及包括该可变进气管的进气系统
技术领域
本发明涉及一种可变进气管以及进气系统。
背景技术
传统发动机进气管的进气长度是不变的，只能保证发动机在某一工况下具有良好的性能，而无法在运行过程中进行调节，使发动机在两种极端的工况下性能下降。进气管长度可变技术(VGIS)是改善发动机性能和减少有害排放的一种有效途径。
进气管长度可变技术是利用进气气流惯性产生的压力波以提高充气效率的。当气体高速流向进气门时，如果进气门突然关闭，进气门附近气流突然停止，进气管中气体由于惯性作用继续流动，进气门附近的气体被压缩，压力上升。当惯性作用过后，被压缩的气体开始膨胀，向进气气流相反方向流动，压力下降。膨胀气体的气流传到进气管时又被反射回来，形成压力波。如果这种压力脉动波与进气门开闭配合好，使得进气管内的空气形成谐振，当压力波集中到要打开的进气门旁，在进气门打开时就会形成增压进气效果。
一般而言，进气管长度长时，谐振压力波波长大，可使发动机中低速扭矩增大；进气管长度短时，谐振压力波波长短，可使发动机高速区功率增大。如果进气管长度可改变，则可兼顾增大功率和增大扭矩。
VGIS系统可分为两大部分，一是进气管，在进气管内部还具有控制进气管长度的阀门；二是控制系统，是固化在电子控制单元(ECU)中的程序和系统执行部件。采用VGIS系统，ECU可根据发动机转速和负荷的变化而调整阀门从而改变进气管的长短。现有的进气管为二级可变进气管，如图1和图2所示，该进气管具有两个并联的分气管，分别为一级分气管1和二级分气管2。如图1所示，当高速行驶时，阀门3打开，气流仅流经二级分气管2，进气管变短，减少进气流动损失，提高高速率功率；如图2所示，当低速行驶时，阀门3关闭，气流流经一级分气管1和二级分气管2，进气管变长，管内空气流动的动能增加，导致进气流速加快，充气效率提高，在同样的燃烧条件下会获得更大的输出功率，增加扭矩。由此改善了发动机的动力性，对提高发动机的低速扭矩和高速输出功率非常有效。
现有的这种进气管仅在高速和低速时效果较好，图3为采用现有进气管的发动机容积效率与转速关系图。从图3可以看出，在发动机低速区，利用谐振增压，容积效率按曲线4变化；在发动机高速区，利用惯性，容积效率按曲线5变化。但是，由图3同样可以发现，在中速区(3000转/分-4000转/分)曲线出现了波谷6。所以，现有的二级可变进气管及其进气系统在中速行驶的工况下，容积效率不高，进气效果不好。
发明内容
本发明针对现有的二级可变进气管及其进气系统存在的在中速行驶的工况下，容积效率不高、进气效果不好的缺点，提供一种使发动机在高中低转速区的扭矩、功率、容积效率、进气都能达到较好效果的可变进气管及其进气系统。
本发明提供的可变进气管包括分气管、控制阀门和谐振腔；其中，所述分气管包括一级分气管、二级分气管和三级分气管，一级分气管、二级分气管和三级分气管相互并联；所述谐振腔具有进气口、连通三级分气管的出口和连通一级分气管、二级分气管的出口；所述控制阀门包括第一控制阀门和第二控制阀门，第一控制阀门控制所述连通谐振腔与三级分气管的出口、所述连通谐振腔与一级分气管、二级分气管的出口的开闭，第二控制阀门控制所述连通谐振腔与二级分气管的出口、连通二级分气管和一级分气管的出口的开闭。
本发明还提供一种进气系统，包括可变进气管、转速传感器、电子控制单元(以下简称ECU)，所述ECU包括信号接收模块、数据处理模块、控制输出模块，所述信号接收模块与转速传感器电连接，所述控制输出模块与可变进气管的控制阀门连接；其中，所述可变进气管为本发明所提供的可变进气管，所述ECU的数据处理模块根据数据接收模块接收的来自转速传感器的信号判断当前转速，所述控制输出模块根据当前转速控制第一控制阀门和第二控制阀门的状态。
本发明所提供的可变进气管采用了三级分气管并联和两个控制阀门的形式，通过两个控制阀门的状态切换而构成了三条不同的气流流经途径，从而区分了不同转速工况下的进气道，使得发动机在高中低转速区的工况下扭矩、功率、容积效率和进气都达到较好的效果。采用本发明提供的可变进气管进气系统，可以将转速划分成高速区、中速区和低速区，从而可以根据不同的转速工况而控制控制阀门的状态从而达到可变进气管长度，达到了较好的控制效果。
附图说明
图1是现有的可变进气管在高速行驶下的进气示意图；
图2是现有的可变进气管在低速行驶下的进气示意图；
图3是采用现有的可变进气管的发动机容积效率与转速关系图；
图4是本发明提供的可变进气管在低速行驶下的进气示意图；
图5是本发明提供的可变进气管在中速行驶下的进气示意图；
图6是本发明提供的可变进气管在高速行驶下的进气示意图；
图7是本发明提供的进气系统的组件示意图；
图8是采用本发明提供的可变进气管的发动机容积效率与转速关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
结合图4至图6可见，本发明提供的可变进气管包括分气管、控制阀门和谐振腔10；其中，所述分气管包括一级分气管7、二级分气管8和三级分气管9，一级分气管7、二级分气管8和三级分气管9相互并联；所述谐振腔10具有进气口13、连通三级分气管9的出口和连通一级分气管7、二级分气管8的出口；所述控制阀门包括第一控制阀门11和第二控制阀门12，第一控制阀门11控制所述连通谐振腔10与三级分气管9的出口、所述连通谐振腔10与一级分气管7、二级分气管8的出口的开闭，第二控制阀门12控制所述连通谐振腔10与二级分气管8的出口、连通二级分气管8和一级分气管7的出口的开闭。
所述谐振腔10位于三级分气管9和二级分气管8之间。所述谐振腔10的进气孔13与空气滤清器出口连接。
优选情况下，所述各个分气管的管径和管长互不相同，一级分气管7的管径<二级分气管8的管径<三级分气管9的管径，一级分气管7的管长>二级分气管8的管长>三级分气管9的管长。其中，一级分气管7的管径∶二级分气管8的管径∶三级分气管9的管径优选为1∶1.4∶1.8-1∶1.6∶2，一级分气管7的管长∶二级分气管8的管长∶三级分气管9的管长优选为5∶3∶1-8∶5∶1。具体管径和管长本领域普通技术人员可以根据具体情况而具体匹配。
所述第一控制阀门11和第二控制阀门12优选为电磁控制阀，与ECU的控制输出模块电连接。所述电磁控制阀还包括阀门控制器，电磁控制阀和阀门控制器的结构为本领域人员所公知。
所述第一控制阀门11和第二控制阀门12为单片式阀门，分别以单片的一端作为旋转中心进行转动以切换控制阀门的状态，所述第一控制阀门11的旋转中心位于谐振腔10的管壁上，所述第二控制阀门12的旋转中心位于二级分气管8的管壁上。
第一控制阀门11具有两个状态，位于第一状态A，连通谐振腔10与三级分气管9出口关闭，连通谐振腔10与一级分气管7、二级分气管8的出口打开，位于第二状态B，连通谐振腔10与一级分气管7、二级分气管8的出口关闭，连通谐振腔10与三级分气管9出口打开。
第二控制阀门12具有两个状态，位于第三状态C，连通谐振腔10与二级分气管8的出口关闭，连通二级分气管8与一级分气管7的出口打开，位于第四状态D，连通二级分气管8与一级分气管7的出口关闭，连通谐振腔10与二级分气管8的出口打开。
如图7所示，本发明还提供一种进气系统，包括可变进气管、转速传感器18、ECU 14，所述ECU 14包括信号接收模块15、数据处理模块16、控制输出模块17，所述信号接收模块15与转速传感器18电连接，所述控制输出模块17与可变进气管的控制阀门电连接；其中，所述可变进气管为本发明所提供的可变进气管，所述ECU 14的数据处理模块16根据数据接收模块15接收的来自转速传感器18的信号判断当前转速，所述控制输出模块17根据当前转速控制第一控制阀门11和第二控制阀门12的状态。
其中，所述转速传感器18的安装位置为本领域人员所公知，位于发动机的正时罩盖上，转速传感器18的信号板安装在曲轴上，通过感应信号板的转动感测发动机的转速。所述转速传感器18优选为电磁感应式转速传感器。
所述信号接收模块15包括A/D转换电路，将所接收到的转速传感器18发出的转速模拟信号转换数字信号。所述A/D转换电路的结构和连接为本领域人员所公知。
所述数据处理模块16根据信号接收模块15所接收到的转速信号确定当前转速处于高速区、中速区或低速区。具体来讲，即将电信号转换为代表转速的数据，再将当前转速与预设的高速区、中速区、低速区的临界转速值进行比较，以确定当前转速处于哪个区。例如，预设的高速区的临界转速值为4000转/分，低速区的临界转速值为3000转/分，如果当前转速为3500转/分，则当前转速处于中速区。所述预设的高速区、中速区、低速区的临界转速值根据不同情况而确定，为本领域人员所公知。所述数据处理模块16包括比较电路，其结构和连接为本领域人员所公知。
所述控制输出模块17根据当前转速，控制第一控制阀门11和第二控制阀门12的状态：当前转速处于低速区，所述控制输出模块17输出控制第一控制阀门11位于第一状态A、第二控制阀门12位于第三状态C的控制信号；当前转速处于中速区，所述控制输出模块17输出控制第一控制阀门11位于第一状态A、第二控制阀门12位于第四状态D的控制信号；当前转速处于高速区，所述控制输出模块17输出控制第一控制阀门11位于第二状态B、第二控制阀门12位于第四状态D的控制信号。具体状态转换表见表1。由此，可以根据转速的工况不同，而提供不同长度的进气管。所述控制输出模块17包括D/A转换电路，用于将数字控制信号转换为模拟控制信号。所述D/A转换电路的结构和连接为本领域人员所公知。
表1
下面针对低速、中速、高速各个工况介绍本发明的工作流程。
如图4所示，当发动机起动时，此时ECU 14的数据处理模块16根据转速传感器18检测到发动机处于低速工况，第一控制阀门11处于第一状态A，第二控制阀门12处于第三状态C，气流由谐振腔10流入，流经一级分气管7和三级分气管9，则气流流经的进气管较长，谐振压力波波长大，管内空气流动的动能增加，导致进气流速加快，形成增压效果，充气效率提高，在同样的燃烧条件下会获得更大的输出功率，增加扭矩。
如图5所示，当ECU 14的数据处理模块16根据转速传感器18检测到发动机处于中速工况时，第一控制阀门11处于第一状态A，第二控制阀门12处于第四状态D，则气流由谐振腔10流入，流经二级分气管8和三级分气管9，气流流经的进气管较低速时短，所以谐振压力波长短一些，使得发动机获得相应的扭矩以及功率。并且如图8所示，此时发动机容积效率按曲线19变化，可以看出有效解决了现有技术中在中速区内出现波谷的缺点，提高了在中速区内容积效率。
如图6所示，当ECU 14的数据处理模块16根据转速传感器18检测到发动机处于高速工况时，第一控制阀门11处于第二状态B，第二控制阀门12处于第四状态D，则气流由谐振腔10流入，直接流经三级分气管9，气流流经的进气管最短，所以谐振压力波长最短，减少进气流动损失，提高高速率功率。

Claims (9)

1.一种可变进气管，该进气管包括分气管、控制阀门和谐振腔(10)；其中，所述分气管包括一级分气管(7)、二级分气管(8)和三级分气管(9)，一级分气管(7)、二级分气管(8)和三级分气管(9)相互并联；所述谐振腔(10)具有进气口(13)、连通三级分气管(9)的出口和连通一级分气管(7)、二级分气管(8)的出口；所述控制阀门包括第一控制阀门(11)和第二控制阀门(12)，第一控制阀门(11)控制所述连通谐振腔(10)与三级分气管(9)的出口、所述连通谐振腔(10)与一级分气管(7)、二级分气管(8)的出口的开闭，第二控制阀门(12)控制所述连通谐振腔(10)与二级分气管(8)的出口、连通二级分气管(8)和一级分气管(7)的出口的开闭。
2.根据权利要求1所述的进气管，其中，所述谐振腔(10)位于三级分气管(9)和二级分气管(8)之间。
3.根据权利要求1所述的进气管，其中，一级分气管(7)的管径＜二级分气管(8)的管径＜三级分气管(9)的管径，一级分气管(7)的管长＞二级分气管(8)的管长＞三级分气管(9)的管长。
4.根据权利要求3所述的进气管，其中，一级分气管(7)的管径：二级分气管(8)的管径：三级分气管(9)的管径为1∶1.4∶1.8-1∶1.6∶2，一级分气管(7)的管长：二级分气管(8)的管长：三级分气管(9)的管长为5∶3∶1-8∶5∶1。
5.根据权利要求1所述的进气管，其中，所述第一控制阀门(11)和第二控制阀门(12)为电磁控制阀。
6.根据权利要求5所述的进气管，其中，所述第一控制阀门(11)和第二控制阀门(12)为单片式阀门，分别以单片的一端作为旋转中心进行转动以切换控制阀门的状态，所述第一控制阀门(11)的旋转中心位于谐振腔(10)的管壁上，所述第二控制阀门(12)的旋转中心位于二级分气管(8)的管壁上；
第一控制阀门(11)具有两个状态，位于第一状态(A)，连通谐振腔(10)与三级分气管(9)出口关闭，连通谐振腔(10)与一级分气管(7)、二级分气管(8)的出口打开，位于第二状态(B)，连通谐振腔(10)与一级分气管(7)、二级分气管(8)的出口关闭，连通谐振腔(10)与三级分气管(9)出口打开；
第二控制阀门(12)具有两个状态，位于第三状态(C)，连通谐振腔(10)与二级分气管(8)的出口关闭，连通二级分气管(8)与一级分气管(7)的出口打开，位于第四状态(D)，连通二级分气管(8)与一级分气管(7)的出口关闭，连通谐振腔(10)与二级分气管(8)的出口打开。
7.一种进气系统，该进气系统包括可变进气管、转速传感器(18)、电子控制单元(14)，所述电子控制单元(14)包括信号接收模块(15)、数据处理模块(16)、控制输出模块(17)，所述信号接收模块(15)与转速传感器(18)电连接，所述控制输出模块(17)与可变进气管的控制阀门连接；其中，所述可变进气管为权利要求1-4所述的任意一个可变进气管，所述电子控制单元(14)的数据处理模块(16)根据数据接收模块(15)接收的来自转速传感器(18)的信号判断当前转速，所述控制输出模块(17)根据当前转速控制第一控制阀门(11)和第二控制阀门(12)的状态。
8.根据权利要求7所述的进气系统，其中，所述数据处理模块(16)根据信号接收模块(15)所接收到的转速信号确定当前转速处于高速区、中速区或低速区。
9.根据权利要求7所述的进气系统，其中，所述控制输出模块(17)根据当前转速控制第一控制阀门(11)和第二控制阀门(12)的状态：
当前转速处于低速区，所述控制输出模块(17)输出控制第一控制阀门(11)位于第一状态(A)、第二控制阀门(12)位于第三状态(C)的控制信号；
当前转速处于中速区，所述控制输出模块(17)输出控制第一控制阀门(11)位于第一状态(A)、第二控制阀门(12)位于第四状态(D)的控制信号；
当前转速处于高速区，所述控制输出模块(17)输出控制第一控制阀门(11)位于第二状态(B)、第二控制阀门(12)位于第四状态(D)的控制信号。
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