用于内燃机的进气装置.pdf

本发明涉及一种用于内燃机的进气装置。该进气装置(15)包括：固定长度进气通道(19)；可变长度进气通道(20)，其下游端接合到固定长度进气通道(19)的下游部分；第一阀(21)，该第一阀(21)设置在固定长度进气通道(19)中，且其开度可以调整；第二阀(22)，该第二阀(22)设置在可变长度进气通道(20)中，且其开度可以调整；以及用于根据内燃机(1)的工作状况操作第一阀(21)和第二阀(22)的操作装置(31，32)。利用这种结构，可以根据内燃机(1)的工作状况适当地改变进气流过的横截面积。

1.  一种用于内燃机的进气装置(15)，该进气装置将空气-燃料混合物供给到内燃机的燃烧室(6)中，其特征在于包括：
固定长度进气通道(19)；
可变长度进气通道(20)，其中所述可变长度进气通道的下游端接合到所述固定长度进气通道(19)的下游部分；
第一阀(21)，所述第一阀(21)设置在所述固定长度进气通道(19)中，且其开度可以调整；
第二阀(22)，所述第二阀(22)设置在所述可变长度进气通道(20)中，且其开度可以调整；以及
操作装置(31，32)，所述操作装置(31，32)用于根据所述内燃机的工作状况操作所述第一阀(21)和所述第二阀(22)。

2.  根据权利要求1所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，所述固定长度进气通道(19)的长度比所述可变长度进气通道(20)的最大长度长，并且所述固定长度进气通道(19)的横截面积比所述可变长度进气通道(20)的横截面积大。

3.  根据权利要求1或2所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，所述内燃机的工作状况基于所述内燃机的转速和负荷而确定。

4.  根据权利要求3所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，在所述内燃机的低转速工作期间，所述操作装置(31，32)关闭所述第一阀(21)并且开启所述第二阀(22)从而仅使用所述可变长度进气通道(20)；在所述内燃机的中等转速工作期间，所述操作装置(31，32)关闭所述第二阀(22)并且开启所述第一阀(21)从而仅使用所述固定长度进气通道(19)；在所述内燃机的高转速工作期间，所述操作装置(31，32)开启所述第一阀(21)和所述第二阀(22)从而既使用所述固定长度进气通道(19)又使用所述可变长度进气通道(20)。

5.  根据权利要求1所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，该进气装置还包括：
用于改变所述可变长度进气通道(20)的长度的第二操作装置(30)。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于：
所述可变长度进气通道(20)包括在内表面上具有凹槽的第一部件(16)以及在外表面上具有凹槽的第二部件(17)，其中所述可变长度进气通道(20)通过将所述第一部件(16)与所述第二部件(17)结合从而使所述第一部件(16)的内表面上的所述凹槽与所述第二部件(17)的外表面上的所述凹槽相对而形成；并且
所述第二操作装置(30)操作所述第二部件(17)以连续改变所述可变长度进气通道(20)的长度。

7.  根据权利要求6所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，所述固定长度进气通道(19)形成于所述第一部件(16)中。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，进气流过的所述横截面积可根据所述内燃机的转速使用所述第一阀(21)和所述第二阀(22)在三个值之间切换。

9.  根据权利要求8所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，随着所述内燃机的转速的增加，进气流过的所述横截面积增加。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，所述第一阀(21)设置在所述固定长度进气通道(19)的下游部分附近。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的用于内燃机的进气装置(15)，其特征在于，所述第二阀(22)设置在所述可变长度进气通道(20)的下游端附近。

用于内燃机的进气装置
技术领域
本发明涉及一种为内燃机设置的进气装置。
背景技术
在内燃机中，设有进气装置以向燃烧室供给空气-燃料混合物。该进气装置包括连接气室/稳压室(surge tank)与气缸盖中的进气口的进气通道。进气通道为各个进气口(即，各个气缸)而设置。
日本专利申请公报No.JP-A-2001-82155记载了一种进气装置，其中各进气通道的长度在预定值之间变化。日本专利申请公报No.JP-A-2001-509562记载了一种进气装置，其中各进气通道的长度可以连续变化。
在内燃机中，在进气冲程期间当各气缸的进气门开启以将空气-燃料混合物引入燃烧室时，脉动的进气通过进气通道。由于在进气通道中进气是脉动的，在进气流中交替出现高密度空气和低密度空气。进气的脉动周期根据进气通道的形状、长度、横截面积等而变化。同时，进气门开启的时间点和进气门关闭的时间点根据发动机转速而变化。
如果高密度空气在进气冲程的最后阶段到达燃烧室，则即使在活塞经过下死点后，由于惯性进气继续流入燃烧室中。该效果被称为“惯性增压效果”。这提高了进气充填燃烧室的效率，以及内燃机的输出。
在其中各进气通道的长度可变的上述每个进气装置中，各进气通道的长度根据指示工作状况的参数，如内燃机的负荷和转速而变化。结果，在所有发动机转速都可以获得上述惯性增压效果。这提高了进气充填燃烧室的效率。
在每个进气装置中，各进气通道的最大长度和横截面积固定为各自的预定值，并且仅各进气通道的长度可以变化。因此，由于下述原因，需要增加进气装置的尺寸以提高在所有发动机转速时进气充填燃烧室的效率。
如果减小各进气通道的横截面积以优化在低发动机转速时供给的进气量，则在高发动机转速时不能供给足够量的进气。如果增大各进气通道的横截面积以优化在高发动机转速时供给的进气量，则各进气通道的最大长度需要最大化从而在低发动机转速时供给适当的进气量。相应地，需要增加构成各进气通道的部件的尺寸。因此，如果车辆中没有足够的空间，则无法安装进气装置。
日本专利申请公报No.JP-A-3395009记载了一种进气装置，其包括为每个气缸设置的两个进气通道。在该进气装置中，其中一个进气通道在低发动机转速时使用，而另一个进气通道在高发动机转速时使用。
该进气装置需要设计为使得在所有发动机转速时两个进气通道中每个的长度和横截面积都变得恰当。这增加了进气装置的尺寸。结果，如果车辆中没有足够的空间，则无法安装进气装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于内燃机的进气装置，其可以根据内燃机的工作状况提供适当的进气量。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的进气装置。该用于内燃机的进气装置将空气-燃料混合物供给到内燃机的燃烧室中。该进气装置包括：固定长度进气通道；可变长度进气通道；第一阀；第二阀；以及操作装置。可变长度进气通道的下游端接合/汇流(join)到固定长度进气通道的下游部分。第一阀设置在固定长度进气通道中。第一阀的开度可以调整。第二阀设置在可变长度进气通道中。第二阀的开度同样可以调整。操作装置根据内燃机的工作状况操作第一阀和第二阀。
在上述进气装置中，例如，当第一阀关闭并且第二阀开启时，仅可使用可变长度进气通道。当第一阀开启并且第二阀关闭时，仅可使用固定长度进气通道。当第一阀和第二阀都开启时，固定长度进气通道和可变长度进气通道都可使用。即，根据内燃机的工作状况(例如，根据发动机转速)进气流动的模式可以在至少三种模式之间切换。因此，具有这种结构的进气装置可以根据发动机的工作状况将适当的进气量供给到燃烧室中。
在上述进气装置中，第一阀和第二阀中至少一个的开度可以连续变化。利用这种结构，可以根据发动机转速更精确地控制进气量。
在根据本发明的进气装置中，固定长度进气通道的长度可以比可变长度进气通道的最大长度长。此外，固定长度进气通道的横截面积可以比可变长度进气通道的横截面积大。
利用这种结构，在中等发动机转速时仅使用固定长度进气通道就可以提供需要的进气量。
在上述进气装置中，在内燃机的低转速工作期间，操作装置可以关闭第一阀并且开启第二阀从而仅使用可变长度进气通道。在内燃机的中等转速工作期间，操作装置可以关闭第二阀并且开启第一阀从而仅使用固定长度进气通道。在内燃机的高转速工作期间，操作装置可以开启第一阀和第二阀从而既使用固定长度进气通道又使用可变长度进气通道。
利用这种结构，可以使用操作装置在三种模式之间切换进气流动的模式。另外，可以以简单的方式控制操作装置。在第一模式中，在低发动机转速时，仅使用可变长度进气通道供给需要的进气量。在第二模式中，在中等发动机转速时，仅使用固定长度进气通道供给需要的进气量。在第三模式中，在高发动机转速时，使用固定长度进气通道和可变长度进气通道供给需要的进气量。
在上述进气装置中，可变长度进气通道可以通过将在内表面具有凹槽的第一部件与在外表面设有凹槽的第二部件结合而形成。另外，通过绕其中心轴线转动第二部件，可以连续改变可变长度进气通道的长度。
利用这种结构，通过将第一部件与第二部件相结合形成可变长度进气通道。这可以简化进气装置的结构，并且减少成本和所需的空间。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和优点从下面参照附图对优选实施例的说明中将会变得明显，其中相同的附图标记用来表示相同的元件，并且其中：
图1示出根据本发明的示例性实施例的用于内燃机的进气装置的外观的斜视图；
图2示出设有图1中的进气装置的内燃机的示意性横截面图；
图3示出沿图2中III-III线的横截面图；
图4示出在第一模式中仅使用可变长度进气通道的进气装置沿图3中IV-IV线的横截面图；
图5示出图1中的进气装置的内部的示意性分解透视图；
图6示出图5中的进气装置的分解透视图；
图7示出在第二模式中仅使用固定长度进气通道的进气装置沿图3中IV-IV线的横截面图；
图8示出在第三模式中既使用固定长度进气通道又使用可变长度进气通道的进气装置沿图4中IV-IV线的横截面图。
具体实施方式
下面将参照图1至图8说明本发明的实施例。在该实施例中，本发明应用到诸如车辆用四缸汽油机的内燃机中。然而，本发明可以应用到任何数量气缸的发动机中。另外，本发明可以应用到柴油机中。
如图2所示，发动机1包括气缸体2和气缸盖3。
在气缸体2中，设有多个气缸(在本示例中，四个气缸)4。活塞5插入各气缸4中。活塞5可以在各气缸4中往复运动。各气缸4中活塞5的上端和气缸盖3之间的空间形成燃烧室6。
在气缸盖3中，每个燃烧室6都设有进气口7和排气口8。进气门9开启和关闭在进气口7的一端的开口(即，通向燃烧室6的开口)。排气门10开启和关闭在排气口8的一端的开口(即，通向燃烧室6的开口)。
在进气口7的另一端的开口与进气装置15连接。进气装置15连接到节气门体(未示出)和空气滤清器(未示出)上。节气门体通过进气管基于加速踏板的操作开启和关闭。各排气口8连接到排气歧管11。
将详细说明进气装置15的结构。
如图1至图4所示，进气装置15包括第一部件16和第二部件17。在第一部件16和第二部件17之间设有气室18，该气室18是具有预定容量的空间。在进气装置15中设有固定长度进气通道19和可变长度进气通道20。固定长度进气通道19的数量与进气口7的数量相同(即，设有四个固定长度进气通道19)。同样，可变长度进气通道20的数量与进气口7的数量相同(即，设有四个可变长度进气通道20)。下面将详细说明这些元件。
第一部件16固定到气缸盖3上。第一部件16支承可转动的第二部件17。
各固定长度进气通道19(在图7中通过点划线Lx表示)具有固定的预定长度。沿着图3中的视角测量时，各固定长度进气通道19的横截面积同样固定为预定值。固定长度进气通道19在纵向上贯穿第一部件16。另外，固定长度进气通道19布置在轴向上。各固定长度进气通道19的下游端都连接到气缸盖3中相应的进气口7。各固定长度进气通道19的上游端都连接到气室18。
各可变长度进气通道20(在图4中通过点划线Ly表示)的长度是可变的。各可变长度进气通道20设置在第一部件16和第二部件17之间。将说明可变长度进气通道20的结构。
如图3至图6所示，在第一部件16的一端设有外壁16a，并且在第一部件16的另一端设有外壁16b。在外壁16a和16b之间设有三个分隔部分/隔壁(partition)16c。通过外壁16a和16b以及三个分隔部分16c，在第一部件16的内表面形成了四个凹槽20a。
外壁16a设有管状的进气口16d。外部空气通过进气口16d流入气室18中。进气口16d经由进气管(未示出)连接到节气门体(未示出)和空气滤清器(未示出)上。
如图3至图6所示，在第二部件17的一端设有外壁17a，并且在第二部件17的另一端设有外壁17b。在外壁17a和17b之间设有三个分隔部分17c。通过外壁17a和17b以及三个分隔部分17c，在第二部件17的外表面形成了四个凹槽20b。
可变长度进气通道20通过将第一部件16的四个凹槽20a与第二部件17的四个凹槽20b结合而形成。
各可变长度进气通道20的长度可以通过使用诸如伺服马达或步进马达的致动器30绕中心轴线O转动第二部件17而连续变化。
如图5和图6所示，在每个外壁17a和17b以及分隔部分17c的沿周向的预定位置形成有槽口17d。空气从气室18通过相应的槽口17d流入各可变长度进气通道20中。
即，通过以顺时针或逆时针方向转动第二部件17，各槽口17d绕中心轴线O转动。这改变了各可变长度进气通道20的长度。例如，通过在图4中以逆时针方向转动第二部件17，可变长度进气通道20的长度Ly减小。通过以顺时针方向转动第二部件17，可变长度进气通道20的长度Ly增大。
可变长度进气通道20沿着固定长度进气通道19的内周设置。可变长度进气通道20的下游端接合到固定长度进气通道19的下游侧的弯曲部分。
在固定长度进气通道19中紧挨着可变长度进气通道20与固定长度进气通道19接合处的上游的位置设有第一阀21。第一阀21开启和关闭固定长度进气通道19。在可变长度进气通道20中可变长度进气通道20与固定长度进气通道19接合的位置设有第二阀22。第二阀22开启和关闭可变长度进气通道20。
第一阀21和第二阀22都支承在第一部件16内部。第一阀21和第二阀22都绕其中心枢转。第一阀21和第二阀22通过各自的致动器31和32如伺服马达或步进马达根据表示发动机1的工作状况的参数如发动机1的负荷和转速而开启和关闭。例如，发动机1的负荷基于加速踏板等的操作量而确定。
接下来，将说明设有进气装置15的发动机1的工作。
在该实施例中，固定长度进气通道19的长度Lx比可变长度进气通道20的最大长度Ly长。另外，固定长度进气通道19的横截面积比可变长度进气通道20的横截面积大。在下文中，将说明发动机1的工作状况和具有上述结构的进气通道之间的关系。
当发动机转速低时，进气装置15以第一模式工作。在第一模式中，如图4所示，第一阀21关闭并且第二阀22开启，从而仅使用可变长度进气通道20。在第一模式中，外部空气通过空气滤清器(未示出)和进气管(未示出)流入进气装置15中的气室18。然后，脉动的空气流入可变长度进气通道20中，并且通过气缸盖3上的进气口7流入燃烧室6中。
在第一模式中，由于仅使用可变长度进气通道20，进气通道的横截面积小。可变长度进气通道20的最大长度和横截面积设定为各自的预定值。通过设定可变长度进气通道20的最大长度和横截面积为各自的预定值，在低发动机转速时可以供给适当量的空气。
在第一模式中，可以根据发动机转速的波动通过使第二部件17沿适当的方向转动适当的角度改变可变长度进气通道20的长度。例如，当发动机转速增加时，通过在图4中以逆时针方向转动第二部件17减小可变长度进气通道20的长度Ly。当发动机转速减小时，通过在图4中以顺时针方向转动第二部件17增加可变长度进气通道20的长度Ly。通过以这种方式改变可变长度进气通道20的长度Ly，可以根据低发动机转速的波动供给适当的进气量。
在中等发动机转速时，进气装置15以第二模式工作。在第二模式中，如图7所示，第一阀21开启并且第二阀22关闭，从而仅使用固定长度进气通道19。在该模式中，外部空气通过空气滤清器(未示出)和进气管(未示出)流入进气装置15中的气室18。然后，脉动的空气仅流入固定长度进气通道19中，并且通过气缸盖3上的进气口7流入燃烧室6中。
在第二模式中，由于使用固定长度进气通道19，进气通道的横截面积比第一模式中的大。固定长度进气通道19的最大长度和横截面积设定为各自的预定值。通过设定可变长度进气通道20的最大长度和横截面积为各自的预定值，可以在中等发动机转速时供给适当量的空气。
当发动机转速高时，进气装置15以第三模式工作。在第三模式中，如图8所示，第一阀21和第二阀22都开启，从而既使用固定长度进气通道19又使用可变长度进气通道20。在第三模式中，外部空气通过空气滤清器(未示出)和进气管(未示出)流入进气装置15中的气室18。然后，脉动的空气流入固定长度进气通道19和可变长度进气通道20中，并且通过气缸盖3上的进气口7流入燃烧室6中。
在第三模式中，如上所述，既使用固定长度进气通道19又使用可变长度进气通道20。因此，在第三模式中进气流过的横截面积比在第一模式和第二模式中进气流过的横截面积大。
在第三模式中，可以根据发动机转速的波动通过使第二部件17沿适当的方向转动适当的角度改变可变长度进气通道20的长度。例如，当发动机转速增加时，通过在图8中以逆时针方向转动第二部件17减小可变长度进气通道20的长度Ly。当发动机转速减小时，通过在图8中以顺时针方向转动第二部件17增加可变长度进气通道20的长度Ly。通过以这种方式改变可变长度进气通道20的长度Ly，可以根据高发动机转速的波动供给适当的进气量。
可以通过发动机电子控制单元(未示出；在下文中称为“发动机ECU”)控制进气装置15。在这种情况下，发动机ECU基于发动机转速和进气量检测发动机1的工作状况。基于检测到的发动机1的工作状况，发动机ECU通过使用致动器31和32开启或关闭第一阀21和第二阀22，从图4所示的第一模式、图7所示的第二模式和图8所示的第三模式中选取模式。另外，发动机ECU通过使用致动器30转动第二部件17在第一模式和第三模式中改变可变长度进气通道20的长度。
发动机转速通过转速传感器如曲柄转角传感器或凸轮转角传感器(未示出)而检测。进气量使用设置在进气管中的空气流量计、检测进气系统内的压力(即，进气压力)的进气压力传感器、检测节气门的开度的节气门传感器等(未示出)而检测。
通过基于发动机1的工作状况计算目标长度并转动第二部件17从而使实际长度变为等于目标长度来控制可变长度进气通道20的长度。此外，可以基于实际长度和目标长度之差是否在容许范围内以反馈方式控制可变长度进气通道20的长度。在这种情况下，基于第二部件17的转动相位计算实际长度。转动相位传感器(未示出)检测第二部件17相对于预定基准位置的转动相位(角度)。转动相位传感器安装在第一部件16上。
如上所述，根据本实施例，至少一个进气通道的横截面积可以根据发动机转速适当地改变。因此，在所有发动机转速都可以提高进气充填燃烧室的效率。
另外，可以使用固定长度进气通道19的长度Lx作为基准长度，在低发动机转速和高发动机转速改变可变长度进气通道20的长度。因此，在所有发动机转速都可以适当地调整可变长度进气通道20的长度。另外，可以基于进气门9开启的时间点和进气门9关闭的时间点改变进气的脉动周期。
根据本实施例的进气装置15，可以获得上述效果，这提高了发动机1的输出。
下面将说明本发明的其它实施例。
(1)在上述实施例中，在固定长度进气通道19的长度Lx比可变长度进气通道20的最大长度Ly长的同时，固定长度进气通道19的横截面积可以等于或小于可变长度进气通道20的横截面积。在这种情况下，优选地，使用致动器31和32，在低发动机转速时选择第二模式，在中等发动机转速时选择第一模式，在高发动机转速时选择第三模式。即，使用固定长度进气通道19的长度Lx作为基准长度，在中等发动机转速和高发动机转速时可以改变可变长度进气通道20的长度。
(2)尽管未示出，进气装置15可以包括(多个)彼此独立的管状的固定长度进气通道19，以及(多个)彼此独立的管状的可变长度进气通道20。管状的固定长度进气通道19的数量与气缸的数量相同。同样，管状的可变长度进气通道20的数量与气缸的数量相同。管状的固定长度进气通道19与管状的可变长度进气通道20一体地结合。在这种情况下，尽管未示出，但是，例如，通过将在内表面具有凹槽的外部半管与在外表面具有凹槽的内部半管相结合，形成基本为矩形横截面或基本为圆形横截面的可变长度进气通道。外部半管固定在管状的固定长度进气通道19上。可转动的内部半管由管状的固定长度进气通道19支承。