TWM492368U - 管徑連續可變之進氣管 - Google Patents

Description

管徑連續可變之進氣管

一種進氣管，尤其是指一種可調變引擎進氣量之管徑連續可變之進氣管。

引擎的作動主要來自內燃機，內燃機主要用以將燃油(如：汽油)轉化為所需之機械動能。一個完整從燃料轉化為機械能的過程稱之為一個引擎循環，而引擎的作動由多個引擎循環所構成。

在一個引擎循環中，其步驟大致可分為進氣、壓縮、動力轉化及排氣等四個行程。進氣行程係利用與大氣壓力間的壓力差產生吸力，外界氣體經過濾形成之過濾空氣為此吸力所吸引，並與一噴嘴噴出之燃油混合於一汽缸中而形成混合油氣。壓縮行程係對汽缸中的混合油氣進行壓縮。動力轉化行程係將汽缸內經過壓縮之混合油氣點火燃燒，使其經燃燒後體積膨脹，進而推動活塞並轉化成機械動能。排氣行程係將燃燒後之廢氣自汽缸內排出。

想要獲得良好的內燃機性能，必須從提高內燃機的燃燒效率著手。因此，對進氣量的控制至關重要。

習知的噴射式內燃機，進氣閘門會隨著油門踏板的下壓程度而呈相對的開啟狀態。當油門踏板下壓越多，進氣閘門開啟程度就越大，相對吸入的空氣亦越多。在進氣閘門開啟程度較大，而吸入的空氣較多時，藉由進氣感應器偵測進氣量，將感應反映在燃油噴射控制系統，使之噴出相對數量之燃油，以達到最佳之空氣燃油比，使內燃機發揮最佳之效率。然而，習知所使用之進氣感應器從偵測到感應會有時間上之落差，且其偵測數據也不盡準確，使得進氣閘門吸入的空氣量，不僅比應吸入與燃油混合的空氣量較少，進氣時間點也有落差。此將導致空燃比降低，造成不完全燃燒。這種情形在車輛由停止狀態起步，或由慢速逐漸轉入高速時特別明顯。當駕駛人踩下油門踏板加油後，在車輛逐漸轉向高速行駛時，會發生車輛有抖動及滯速的狀況。並且，在空氣較稀薄的環境下，更是容易使得進氣閘門吸入的空氣量不足，造成空燃比的降低，而使內燃機的馬力隨之降低，令車輛的爬坡力不足。

後續有渦輪增壓內燃機的出現，其原理是利用內燃機所排出的廢氣推動渦輪葉片，而渦輪軸另一端的空氣壓縮機將進入內燃機的新鮮空氣壓縮，供內燃機燃燒之用。然而，其仍存在有若干缺失。其一，內燃機排氣的氣壓要提高到相當的程度才足以推動渦輪葉片。其二，渦輪增壓內燃機是利用內燃機排出的廢氣為其空氣來源，然而，廢氣的溫度很高，易造成吸入的廢氣無法做高壓縮比的利用。如此一來，渦輪增壓器不僅會消耗內燃機的動力、減 少內燃機馬力的輸出，亦不適合應用於一般車輛上。

為解決上述問題，本案創作人已提出一改良的內燃機進氣系統，並已獲得台灣發明專利核准(公告號I402417)。其係利用在節流閥外增設一可控風扇，而油門感知器用以根據油門踏板的運動，控制風扇的轉速。藉此，可增加空氣填充率，提高空氣燃燒效率，使內燃機在空氣稀薄及起步加速的狀態下能順利運作。然而，對進氣之控制並非永遠是加大進氣量，仍需視實際狀況調整之。因此，本案創作人更進一步，於本新型申請案中提出一種管徑連續可變之進氣管結構，可更為精密地控制進氣量，以應付各種狀況的需求。

本新型提供一種管徑連續可變之進氣管，藉由閥門的各種結構上變化，可對引擎之進氣量形成精密控制。

本新型之一目的在提供一種管徑連續可變之進氣管，其包含一管體及一閥門。閥門可旋轉地配置於管體內，其呈中空環狀且包含一外圓周及一內圓周，並由外圓周至內圓周間形成一漸變之弧面。其中，內圓周定義一進氣面，其一法向量於閥門旋動時與管體一端之一截面之一法向量形成一連續變化之夾角。

上述之管徑連續可變之進氣管中，夾角範圍可自0度至90度變化。管徑連續可變之進氣管更可包含一馬達，用以控制於閥門旋轉時，夾角之連續變化；馬達可為伺服 馬達或步進馬達。

本新型之另一目的在提供一種管徑連續可變之進氣管，其包含一管體及一閥門。閥門由至少二中空環組成，二中空環沿管體之一中心軸交疊且以中心軸為中心相對轉動，各中空環包含一內圓周及一外圓周，於各中空環之各內圓周及各外圓周間形成若干位置相互對應之氣孔，且各內圓周定義一進氣面。

其中，當二中空環相互轉動至一第一位置時，二中空環的各氣孔疊合貫通；當二中空環相互轉動至一第二位置時，二中空環的各氣孔彼此部分阻擋；當二中空環相互轉動至一第三位置時，二中空環的各氣孔彼此相錯封閉。

上述之管徑連續可變之進氣管中，於各中空環之側壁可開設有一通孔，通孔可設置於各氣孔之間，而於通孔相對應導槽可定位一桿，藉此桿帶動二中空環沿導槽相對移動，而令二中空環形成以管體之中心軸為中心之相對轉動。

上述之管徑連續可變之進氣管更可包含一馬達，用以控制閥門，使各中空環被馬達轉動，而馬達可為一伺服馬達或一步進馬達。

100‧‧‧管徑連續可變之進氣管

110‧‧‧管體

120‧‧‧閥門

121‧‧‧內圓周

122‧‧‧外圓周

123‧‧‧弧面

130‧‧‧桿

200‧‧‧管徑連續可變之進氣管

210‧‧‧管體

220‧‧‧閥門

221‧‧‧中空環

221a‧‧‧內圓周

221b‧‧‧外圓周

222‧‧‧中空環

223‧‧‧氣孔

224‧‧‧氣孔

301‧‧‧通孔

A1‧‧‧截面

A2‧‧‧進氣面

B‧‧‧截面

B1‧‧‧進氣面

B2‧‧‧進氣面

T1‧‧‧法向量

T2‧‧‧法向量

X‧‧‧中心軸

θ‧‧‧夾角

第1圖繪示依據本新型一實施例的管徑連續可變之進氣管結構示意圖。

第2圖繪示依據第1圖中的閥門構造示意圖。

第3圖繪示依據第1圖中的閥門運作示意圖。

第4圖繪示本新型另一實施例的管徑連續可變之進氣管結示意圖。

第5圖繪示依據第4圖中的閥門構造示意圖。

第6圖繪示依據第4圖中的閥門於第一位置示意圖。

第7圖繪示依據第4圖中的閥門於第二位置示意圖。

第8圖繪示依據第4圖中的閥門於第三位置示意圖。

以下將以圖式揭露本新型之複數個實施例的運作方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本新型。也就是說，在本新型部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請一併參照第1圖及第2圖，第1圖繪示依據本新型一實施例的管徑連續可變之進氣管100結構示意圖。第2圖繪示依據第1圖中的閥門120構造示意圖。

管徑連續可變之進氣管100包含一管體110以及一閥門120。閥門120可旋轉地配置於管體110內。於一實施例中，閥門120呈中空環狀且包含一外圓周122及一內圓周121。

閥門120由外圓周122至內圓周121形成一漸變之 弧面123，而內圓周121定義一進氣面A2，用以供外界空氣通過。藉由弧面123，令外界空氣於通過時可沿弧面123之弧度流入，達到更為流暢之變化。

閥門120之進氣面A2之法向量T2與管體110一端之一截面A1之一法向量T1形成一連續變化之夾角θ 。

為使閥門120可於管體110內旋轉，於閥門120一外側設有二桿130。桿130樞連於閥門120兩外側，令閥門120可以桿130定義之軸為中心旋轉。

請參照第3圖，第3圖繪示依據第1圖中的閥門120運作示意圖。當無裝設閥門120時，空氣僅通過具有單一管徑之管體110。此時，空氣之流量由管體110之截面A1之面積所決定，而此面積為固定。當裝設有閥門120時，閥門120具有進氣面A2供空氣通過。由於閥門120可旋轉，由管體110之截面A1之法向量T1及進氣面A2之法向量T2所定義出之夾角θ，可隨閥門120之旋轉而產生於0度至90度間之連續變化。

當夾角θ為0度時，進氣面A2與截面A1平行。由於進氣面A2面積小於截面A1面積，且閥門120之部分阻擋空氣之流動，此時空氣之進氣量由進氣面A2之面積所決定，為最小進氣量。

當夾角θ為90度時，進氣面A2與截面A1垂直，因此閥門120不阻擋空氣之流動，此時空氣之進氣量由截面A1之面積所決定，為最大進氣量。

藉由上述方式，控制夾角θ於0度至90度間之連 續變化，即可精密控制空氣進氣量。相較於習知僅具單一管徑之進氣管，本新型藉由閥門120之設置而形成管徑連續可變之進氣管100，因而對進氣量能形成更為精密的控制。

請一併參照第4圖及第5圖，第4圖繪示本新型另一實施例的管徑連續可變之進氣管200結構示意圖。第5圖繪示依據第4圖中的閥門220構造示意圖。

管徑連續可變之進氣管200包含一管體210以及一閥門220。閥門220由至少二中空環221、222組成。於此實施例中，以二中空環221、222為說明，需知中空環之數量並無任何限制，只要大於二個即可。

中空環221、222沿管體210之一中心軸X交疊且可以中心軸X為中心相對轉動。中空環221、222由於結構類似，此以中空環221說明之。中空環221包含一內圓周221a及一外圓周221b，於內圓周221a及各外圓周221b間形成氣孔223，且由內圓周221a定義一進氣面B1。

上述為使中空環221、222可互相轉動。其一實施例，在各中空環221、222之側壁開設一通孔301，而於管體210開設有一導槽(未繪示)。通孔301穿設一桿(未繪示)，並藉桿帶動二中空環221、222延導槽相移動，而令中空環221、222形成以中心軸X為中心的相互轉動。

中空環222與中空環221結構類似，於其上形成氣孔224，並定義另一進氣面B2。於一較佳實施例中，進氣面B1之面積相等於進氣面B2之面積，而氣孔223之形狀 及面積大小亦相等於氣孔224之形狀及面積大小。需知上述進氣面B1、B2以及氣孔223、224之形狀及面積大小亦得以有其他可能之實施例，並無特別之限定。

請同時參照第6圖至第8圖，第6圖繪示依據第4圖中的閥門220於第一位置示意圖。第7圖繪示依據第4圖中的閥門220於第二位置示意圖。第8圖繪示依據第4圖中的閥門220於第三位置示意圖。當無裝設閥門220時，空氣僅通過具有單一管徑之管體210。此時，空氣之進氣量由管體210之截面B之面積所決定，而此面積為固定。當裝設有閥門220時，由於閥門220由二中空環221、222組成，而二中空環221、222各別具有進氣面B1、B2及氣孔223、224供空氣通過。此時，空氣之進氣量由進氣面B1、B2及氣孔223、224之面積所決定。

上述已提及，中空環221、222可以管體210之中心軸X為中心相互轉動，且於一較佳實施例中，中空環221之進氣面B1及氣孔223之形狀及面積大小相等於中空環221之進氣面B2及氣孔224之形狀及面積大小。故會有下列狀況產生。

第6圖中，閥門220處於第一位置。此時，中空環221之氣孔223與中空環222之氣孔224完全疊合。空氣之進氣量由進氣面B1之面積(相等於進氣面B2之面積)及氣孔223之面積(相等於氣孔224之面積)所決定。此時進氣量最小。

第7圖中，閥門220處於第二位置。此時，中空環 221之氣孔223與中空環222之氣孔224部分疊合。空氣之進氣量由進氣面B1之面積(相等於進氣面B2之面積)、氣孔223之部分面積以及氣孔224之部分面積所決定。於第二位置時，閥門220進氣量大於上述第6圖中之第一位置。

第8圖中，閥門220處於第三位置。此時，中空環221之氣孔223與中空環222之氣孔224完全錯開。空氣之進氣量由進氣面B1之面積(相等於進氣面B2之面積)、氣孔223之面積以及氣孔224之面積所決定。於第三位置時，閥門220之進氣量大於上述第7圖中之第二位置，為最大進氣量。

藉由上述方式，中空環221、222於互相轉動時，氣孔223及氣孔224疊合程度，即可精密控制空氣進氣量。相較於習知僅具單一管徑之進氣管，本新型藉由閥門220之設置而成管徑連續可變之進氣管200，因而較習知進氣管具有更好的對進氣量的控制。

上述實施例中，控制閥門120、220之作動可以一馬達為之，而馬達可為一步進馬達或一伺服馬達。而對馬達之控制可如創作人已獲准之台灣發明專利(公告號I I402417)中所揭示，利用一油門感知器以根據油門踏板的運動，控制馬達之轉速為之，或是利用一車輛動力控制器(ECU，Electronic Control Unit)為之，其控制形式並無特別限制。

綜合以上，本新型揭示一種管徑連續可變之進氣管。藉由在進氣管之管體內增設具有面積可變之進氣面之 閥門，可依實際狀況的需求，控制進氣量的大小。於引擎低速運轉時，可間皆將進氣管管徑縮小以增加進氣阻力，可保有引擎扭力輸出；而於引擎高速運轉或需要大量進氣時，控制進氣管之進氣量最大，以利較大之馬力輸出。

雖然本新型已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧管徑連續可變之進氣管

110‧‧‧管體

120‧‧‧閥門

130‧‧‧桿

A1‧‧‧截面

A2‧‧‧進氣面

T1‧‧‧法向量

T2‧‧‧法向量

Claims (10)

1. 一種管徑連續可變之進氣管，包含：一管體；以及一閥門，其可旋轉地配置於該管體內，該閥門呈中空環狀且包含一外圓周及一內圓周，由該外圓周至該內圓周間形成一漸變之弧面；其中，該內圓周定義一進氣面，該進氣面之一法向量於該閥門旋動時與該管體一端之一截面之一法向量形成一連續變化之夾角。
2. 如請求項1所述之管徑連續可變之進氣管，其中該夾角範圍自0度至90度變化。
3. 如請求項2所述之管徑連續可變之進氣管，更包含一馬達，用以控制於該閥門旋轉時，該夾角之連續變化。
4. 如請求項3所述之管徑連續可變之進氣管，其中該馬達為伺服馬達或步進馬達。
5. 一種管徑連續可變之進氣管，包含：一管體；以及一閥門，該閥門由至少二中空環組成，該二中空環沿該管體之一中心軸交疊且以該中心軸為中心相對轉動，各該中空環包含一內圓周及一外圓周，於各該中空環之各該內圓周 及各該外圓周間形成若干位置相互對應之氣孔，且各該內圓周定義一進氣面；其中，當該二中空環相互轉動至一第一位置時，該二中空環的各該氣孔疊合貫通；當該二中空環相互轉動至一第二位置時，該二中空環的各該氣孔彼此部分阻擋；當該二中空環相互轉動至一第三位置時，該二中空環的各該氣孔彼此相錯封閉。
6. 如請求項5所述之管徑連續可變之進氣管，其中於各該中空環之一側壁開設有一通孔。
7. 如請求項6所述之管徑連續可變之進氣管，其中該通孔設置於各該氣孔之間。
8. 如請求項7所述之管徑連續可變之進氣管，其中於該管體開設有一導槽，而於該通孔相對應該導槽定位一桿，藉該桿帶動該二中空環沿該導槽相對移動，而令該二中空環形成以該管體之該中心軸為中心之相對轉動。
9. 如請求項8所述之管徑連續可變之進氣管，更包含一馬達，用以控制該閥門，使各該中空環被該馬達轉動。
10. 如請求項9所述之管徑連續可變之進氣管，其中該馬達為伺服式馬達或步進式馬達。