用于内燃机的进气系统及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于内燃机的进气系统以及一种控制进气系统的方法，所述进气系统在连接至气缸的进气口中设置有进气流控制阀。更具体地，本发明涉及这样一种进气系统：该进气系统可以防止根据内燃机的运行状态在气缸中引起回旋气流(涡流)的进气流控制阀在内燃机停止时变得不能运行。
背景技术
为了使火花点火式内燃机(以下称为“发动机”)中的稀混合气的燃烧稳定，在气缸中产生诸如翻转流(垂直涡流)和旋涡流(水平涡流)的气流是重要的，并且需要在较宽的运行范围内强化这样的气流。
特别是，在发动机的低负载运行范围内，节流阀开度小并且进气量相应也小，因为混合气一般被设定为略微较浓以使燃烧稳定，所以燃料消耗量和排气往往增加。为了改善耗油率和排气，在气缸中引起进气的回旋流诸如翻转流和旋涡流以促进强紊流燃烧是有效的。
这里所使用的术语“旋涡流”指的是沿气缸的周壁回旋的进气流，旋涡流使进气均匀而不会产生紊流，从而促进燃烧。同时，这里所使用的术语“翻转流”指的是沿气缸的轴向回旋的进气流，因为随着翻转流在压缩行程的后半行程中变形而产生了强紊流，所以翻转流在发动机的低负载的运行范围内改善了燃烧。
为了强化气缸中的气流(旋涡流和翻转流)，常规方法是使用进气流控制阀来阻断进气口的截面的一部分以使在进气口中流动的进气流向进气口的一侧。为了产生翻转流，进气流控制阀布置在例如进气口的下侧上以使进气流向进气口的上侧，从而强化了气缸中的翻转流。
在进气流控制阀与支撑进气流控制阀的壳体之间存在间隙，并且从燃烧室倒吹的油有时穿过间隙而附着在进气流控制阀上。与发动机运行期间相比，当关闭发动机钥匙以停止发动机时，较大量的油附着在进气流控制阀上。当发动机起动时，发动机转速低，因此作用于进气流控制阀上的负压小，使得难以吹掉已经附着在进气流控制阀周围的油，导致大量油仍附着在进气流控制阀上。附着在进气流控制阀上的油增加了进气流控制阀与壳体之间的滑动阻力，这改变了进气流控制阀的运动情况，从而有时会导致在发动机起动之后发动机运行方面的问题。当发动机长期停止时，附着在进气流控制阀上的油会变硬并且导致进气流控制阀被粘着在壳体上，从而在发动机起动时阻止了进气流控制阀的打开和关闭操作。
考虑到上述问题，公开号为9-203324的日本专利申请(JP-A-9-203324)描述了一种用于内燃机的进气控制装置，不考虑发动机的运行状态，所述进气控制装置通过减少附着在进气流控制阀上的油的量来防止进气流控制阀被粘着。JP-A-9-203324中描述的进气控制装置设置有：节流阀，其设置在向内燃机的每个气缸供给进气的进气通道中以调节供给到每个气缸的空气的量；进气流控制阀，其设置在节流阀下游的连接至每个气缸的进气通道中以调节每个气缸的进气期间；以及控制部，其用于基于内燃机的运行状态来确定进气流控制阀的打开期间和关闭期间。在所述进气控制装置中，当内燃机停止时，控制部在从每个气缸的活塞移动时的预定正时开始的一定期间内关闭进气流控制阀，然后保持进气流控制阀半开。
当发动机停止时，用于内燃机地进气控制装置通过在将进气流控制阀关闭一定期间之后将进气流控制阀保持半开，而将进气流控制阀与用于支撑进气流控制阀的壳体之间的接触区域减到最小。因此，可以防止当发动机停止时进气流控制阀被变硬的油粘着在壳体上。
JP-A-9-203324中公开的进气流控制阀具有旋转轴以及连在旋转轴上的阀元件。阀元件由一对左右圆板以及整体地形成在两个圆板之间的阀板组成。轴支撑部形成为与圆板的轴向外侧上的旋转轴共轴延伸。阀元件的一端经由轴支撑部被轴承支撑以旋转，而阀元件的另一端结合到电动机上。用于容纳阀元件以使其旋转的连接部为圆柱形，并且阀元件从连接部的开口端被装配到连接部中。当阀元件被旋转时，在阀元件的圆板的外周与连接部的内周面之间保持微小的间隙。当在发动机停止之后经过了预定时间时，电动机断电，而进气流控制阀半开。在该状态下，由于在进气流控制阀与阀壳体之间几乎没有接触区域，防止了进气流控制阀被已经附着在进气流控制阀上的油粘着在阀壳体上。也就是说，通过在发动机钥匙关闭的同时关闭进气流控制阀并且在数秒之后使进气流控制阀半开，可以吹掉已经附着在进气流控制阀上的油并且防止进气流控制阀被粘着在阀壳体上。
然而，因为JP-A-9-203324中公开的进气流控制阀的旋转轴贯穿进气管的直径，因此即使当进气流控制阀全开时，阀板也会产生大的流体阻力因此导致大的压力损失。为了避免这种损失，举例来说，进气管的截面形成为四边形和圆弧状或椭圆弧状，进气流控制阀的阀元件的侧表面形成为与进气管的四边形的侧表面一致，并且阀元件的旋转轴沿垂直于阀元件的侧表面的平面设置。旋转轴仅在一侧上(在四边形的底边上)支撑进气流控制阀(以所谓的悬臂方式)，使得当进气流控制阀全开时阀元件沿进气管的底部延伸。在JP-A-9-203324中，使得进气流控制阀半开，在进气流控制阀与阀壳体之间几乎没有接触区域，以防止进气流控制阀被已经附着在进气流控制阀上的油粘着在阀壳体上。同时，在悬臂式进气流控制阀中，全闭状态下的间隙被设定为最小值以防止泄漏，因此与半开状态下的间隙相同。因此，由于油的附着或水的冻结，即使进气流控制阀半开，也不能防止进气流控制阀被粘着。
【发明内容】
本发明提供了一种用于内燃机的进气系统，并且提供了一种控制进气系统的方法，所述进气系统设置有进气流控制阀，所述进气流控制阀在全开状态下不会产生大的流体阻力并且在内燃机停止时不会由于一些因素而变得不能运行。
本发明的第一方案针对一种用于内燃机的进气系统，在所述进气系统中，进气口连接到所述内燃机的气缸上，打开和关闭的进气阀设置在所述进气口的下游端。当从截面观察时，连接到所述进气口上的进气管的侧表面至少部分大致上是直线状的。所述进气系统包括：进气流控制阀，所述进气流控制阀包括设置在所述进气阀上游的阀元件和设置在所述阀元件上的旋转轴，在所述进气流控制阀中，所述阀元件的侧表面与大致上直线状部的轮廓一致；以及用于旋转所述旋转轴的旋转器件。所述旋转轴允许所述阀元件绕所述进气管的侧表面旋转。所述进气管的形状形成为使得当所述阀元件处于第一位置时，所述进气管和所述阀元件之间的间隙比当所述阀元件处于第二位置时所述进气管和所述阀元件之间的间隙小，所述第一位置是所述进气流控制阀被所述旋转器件旋转直到所述进气管被关闭的位置，所述第二位置是所述进气流控制阀被所述旋转器件旋转到中立位置的位置。
根据第一方案，因为进气流控制阀以悬臂的方式仅在一侧上(在底边侧上)被支撑，所以进气流控制阀在全开时产生了最小的流体阻力。第一状态下的间隙比第二状态下的间隙小，在第一状态下，进气流控制阀(完全地)关闭进气管；在第二状态下，进气流控制阀处于中立状态。因此，在第一状态下可以通过减少进气流通过间隙的泄漏来强化涡流的产生，而在第二状态下可以防止进气流控制阀由于油的附着或水的冻结而被粘着，在第二状态下，间隙较大并且发动机停止。结果，进气流控制阀在完全关闭时不会产生大的流体阻力，并且不会在内燃机停止时变得不能运行(粘着)。
在第一方案中，所述进气管的所述截面可以在所述第一位置处被完全关闭，并且当所述阀元件处于所述第一位置时，所述间隙不允许所述进气管中的空气流经所述阀元件而流入所述气缸中。
根据上述构造，在第一位置处可以通过减少进气流通过间隙的泄漏来强化涡流的产生，在第一位置处，进气管的截面被完全关闭。
在第一方案中，中立位置大体为位于进气管中部的位置，并且第二位置处的间隙足以防止当发动机停止时阀元件被粘着。
根据上述构造，在间隙较大且内燃机停止的第二状态下，即使伴随油的附着或水的冻结，也可以防止阀元件被粘着在进气管的内壁上。
在第一方案中，所述第二位置处的间隙可以在远离所述旋转轴的位置处较大。
根据上述构造，因为当阀元件粘着在较远离旋转轴的位置处时使旋转轴旋转需要较大的转矩，所以使间隙较大以便使阀元件难以固着在较远离旋转轴的位置处。因此，可以避免以下情况：一旦发生固着，则需要较大的转矩以解除固着。因此，因为可以防止阀元件被粘着在较远离旋转轴的位置处，所以用于旋转旋转轴的致动器不必设置为高规格。
根据第一方案的控制进气系统的方法，包括：当所述内燃机停止时，使所述进气流控制阀旋转到所述第二位置。
【附图说明】
通过结合附图对示范实施例的下列描述，本发明的上述以及进一步的目的、特征和优点将变得明显，其中，相似的附图标记用于表示相似的元件，以及其中：
图1为示出了根据本发明的一个实施例的进气系统的整体结构的截面图；
图2为示出了图1中的进气流控制阀附近的放大图；
图3示出了当从进气流的方向观察时的进气流控制阀的阀元件；
图4为沿图2中的线4-4截取的截面图；
图5为沿图2中的线5-5截取的截面图；
图6为根据本发明的一个改进实施例的进气流控制阀的立体图。
【具体实施方式】
下面将结合附图来描述本发明的实施例。在以下描述中，相同的部件使用相同的附图标记。它们还具有相同的名称和功能。因此，对这些部件不进行重复的详细描述。
将对根据一个实施例的内燃机的进气系统进行描述。下面描述的内燃机为火花点火式汽油发动机(以下称为“发动机”)。发动机可以设置有将燃料喷射到进气口中的喷射器或将燃料直接喷射到气缸中的喷射器。可选择地，发动机可以设置有这两种喷射器。
图1示出了根据本实施例的用于火花点火式发动机的内燃机的进气系统的整体构造，在火花点火式发动机中，汽油作为燃料被直接喷射到气缸中。进气系统强化了翻转流，该翻转流作为气流的一个示例。
如图1所示，气缸20形成在气缸体10中，并且屋脊形燃烧室40形成在气缸盖30中覆盖气缸体10的顶部。进气口50和排气口60形成为在燃烧室40的两个斜面上开口。进气阀70设置为打开和关闭进气口50，而排气阀80设置为打开和关闭排气口60。进气口50在其端部分叉为两个支路，并且为每个气缸设置一对进气阀70以打开和关闭相应端部。同样地，为每个气缸设置一对排气阀80。火花塞90布置在燃烧室40的中心，并被四个阀环绕。活塞100布置在气缸20中。因为活塞100不是本发明的核心部分，所以活塞100的顶表面显示为简单的平坦形状。然而，活塞100的顶表面视情况而定可以形成为适于分层燃烧等的形状。
关于进气口50、进气流等所使用的术语中“上”和“下”指的是相对于气缸20的上下位置，而不是指空间中绝对的上下位置。术语“进气口”不必仅指在气缸盖30之内的部分，而是可以包括进气口的上游部分，该上游部分可以形成为除气缸盖30以外的部件的一部分，例如形成为进气歧管(进气管)的一部分。也就是说，“进气口”可以部分地由除气缸盖30以外的部件例如进气歧管组成。
如上所述，所述发动机的进气口50在其端部处(在燃烧室40之前)分叉为两个进气管。也就是说，燃烧室40具有两个进气阀70。例如，另一个进气阀可以设置在图1所示的一个进气阀之后。在进气流控制阀设置在位于两个进气阀上游的两个进气管中的一个进气管中的情况下，例如利用进气流控制阀完全关闭所述一个进气管并且将空气仅从另一个进气管输送到燃烧室中，在燃烧室中引起了涡流(在这种情况下，主要是旋涡流)。同样，如果进气流控制阀设置在两个进气管中的至少一个进气管中，则可以通过控制进气流控制阀的开度并且将空气仅从所述一个进气管的上半部分输送到燃烧室中而在燃烧室中引起涡流(在这种情况下，主要是翻转流)。如上所述，本发明可以应用于依靠设置在进气口中的进气流控制阀而在燃烧室中引起涡流的发动机。
进气流控制阀300由支撑在一端的平板组成。进气流控制阀300结合到旋转轴360上。旋转轴360被旋转轴支撑部350支撑以允许进气流控制阀300的旋转。旋转轴360结合到由发动机电子控制单元(ECU)控制的电动机的旋转轴上。进气流控制阀300被电动机旋转。
用于容纳进气流控制阀300的容纳部340形成在进气口50的下侧。
电动机响应于来自发动机ECU的指令而向前(在图1中使进气流控制阀300顺时针旋转的方向上)旋转，以使进气流控制阀300从位置300C旋转到位置300B，然后旋转到位置300A，在位置300A处，进气流控制阀300的远端接触进气口50的上壁表面。例如，所述旋转可以被止动件(未示出)止动。发动机ECU通过在预定时期内输出旋转指令信号(根据旋转轴360的旋转角度来设定)来使进气流控制阀300从位置300C旋转到位置300B，然后旋转到位置300A。
同样，电动机响应于来自发动机ECU的指令而向后(在图1中使进气流控制阀300逆时针旋转的方向上)旋转，以使进气流控制阀300从位置300A旋转到位置300B，然后旋转到位置300C，在位置300C处，进气流控制阀300被容纳在容纳部340中。例如，所述旋转可以被止动件(未示出)止动。发动机ECU通过在预定时期内输出旋转指令信号(根据旋转轴360的旋转角度来设定)来使进气流控制阀300从位置300A旋转到位置300B，然后旋转到位置300C。
为了使发动机ECU将停止指令输出到电动机，代替止动件或者除了止动件以外，可以设置传感器来检测进气流控制阀300的远端和进气口50的上壁表面是否相互接触。此外，为了使发动机ECU将停止指令输出到电动机，可以设置传感器来检测进气流控制阀300是否被容纳在容纳部340中。
图2为图1中的进气流控制阀附近的放大图。当进气流控制阀300在使用中且发动机运行时，进气流控制阀300处于位置300A。在该状态下，需要通过将进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙减到最小来防止进气流的泄漏。进气流控制阀300在不使用时处于位置300C。在该状态下，进气流控制阀300容纳在容纳部340中以避免产生大的流体阻力。当发动机停止时，进气流控制阀300处于位置300B。在该状态下，需要通过使进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙最大，来避免进气流控制阀300由于油的附着或水的冻结而被粘着。对水的冻结进行详细地描述。当发动机停止时，进气流控制阀300周围的凝结水聚集在进气流控制阀300的侧表面与进气口50的内壁之间，并且凝结的水冻结，从而导致进气流控制阀300被粘着。因此，如果进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙小，则进气流控制阀300由于水的冻结而容易被粘着。
图3示出了当从进气流的方向观察时的进气流控制阀300的阀元件(阀元件的正视图)。如图3所示，进气流控制阀300的侧表面与旋转轴360垂直。
图4为沿图2中的线4-4截取的截面图，示出了发动机处于运行中的状态，而图5为沿图2中的线5-5截取的截面图，示出了发动机处于非运行中的状态。
图4示出了发动机处于运行中的状态，在该状态下，进气流控制阀300在位置300A处被使用以防止进气流的泄漏。在位置300A处，进气口50的内壁未被扩大。如图4中的X所示，进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙小。这防止了从该进气管供给到发动机的进气流从进气流控制阀300的侧表面泄漏，并且允许进气流仅通过另一个进气管(假设每个气缸设置两个进气管)供给到发动机，从而在燃烧室40中产生强涡流。
同时，图5示出了发动机处于非运行中的状态，在该状态下，进气流控制阀300在位置300B处被使用。在位置300B处，进气口50的内壁被扩大。如图5中的Y所示，进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙比图4所示的进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙大。这防止了进气流控制阀300在发动机停止时由于在进气流控制阀300与进气口50的内壁之间油的附着或水的冻结而被固定住。
现在将对上述根据本实施例的进气系统的运行进行描述。[当进气流控制阀在使用时]在发动机运行且进气流控制阀300在使用中的条件下，发动机ECU控制用于旋转旋转轴360的电动机以使进气流控制阀300旋转到位置300A。在该位置处，如图4所示，进气口50的内壁未被扩大，这与图5所示的不同。也就是说，进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙小。这防止了从该进气管供给到发动机的进气流从进气流控制阀300的侧表面泄漏，允许进气流仅通过另一个进气管(如上所述，在燃烧室之前，进气口分叉为两个进气管)而供给到发动机，从而在燃烧室40中产生强涡流。
[当发动机停止时]在发动机停止且进气流控制阀300不在使用中的条件下，发动机ECU控制用于旋转旋转轴360的电动机以使进气流控制阀300旋转到位置300B。在该位置处，如图5所示，进气口50的内壁被扩大(进气口50的内部直径被扩大)。也就是说，进气流控制阀300与进气口50的内壁之间的间隙大。这防止了进气流控制阀300在发动机停止时由于在进气流控制阀300与进气口50的内壁之间油的附着或水的冻结而被粘着。
特别是，如果由于油的附着或水的冻结而使得进气流控制阀300的远端被固定住，则电动机必须产生过大的转矩以使进气流控制阀300自由运动。因此，设定较大的间隙，特别是在进气流控制阀300的远端处设定较大的间隙是优选的。
如上所述，根据依照本实施例的进气系统，当设置在进气阀上游以产生涡流的进气流控制阀被完全关闭时，可以通过防止进气流的泄漏而在燃烧室中产生强涡流。另外，当发动机停止时，可以通过防止在进气流控制阀与进气口的内壁之间油的附着或水的冻结来防止进气流控制阀被粘着。
<改进实施例>现在将结合图6来描述根据本发明的一个改进实施例的进气流控制阀3000。虽然根据上述实施例的进气流控制阀300具有作为平板的阀元件，但是根据本改进实施例的进气流控制阀3000不是完全平的而是当从截面观察时为大体U形。也就是说，当从截面观察时，进气流控制阀3000具有与进气口50的侧表面的轮廓的至少一部分一致的大体直线状的侧表面，并且具有与进气口50的侧表面垂直的底表面。
应该理解的是，上述实施例在各方面仅是示意性的而不构成对本发明的限制。本发明的范围不是由以上说明限定的而是由所附的权利要求确定，并且旨在包括权利要求所覆盖的所有等同布局以及落入权利要求的范围内的所有改进。