專利名稱：可變進氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及可變進氣裝置，并且更特別地涉及通過閥的操作 來切換內(nèi)燃機的有效進氣路徑長度的可變進氣裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的可變進氣裝置，例如公開號為2002-276380的日本專利申請 公開了一種可變進氣裝置，其旨在提高安裝到在發(fā)動機室內(nèi)的V型內(nèi) 燃機上的可安裝性。公開號為2002-276380的日本專利申請所公開的可 變進氣裝置具有在進氣歧管的路徑中與第一浪涌調(diào)整槽連通的短路導(dǎo) 管。在導(dǎo)管的路徑中設(shè)置有用于開/關(guān)所述短路導(dǎo)管的閥。
進一步地，公開號為10-299594的日本專利公開了一種為了確保流 量的精確性而連接可變進氣閥的方法。公開號為10-299594的日本專利 所公開的可變進氣閥在浪涌調(diào)整槽室和進氣管之間建立了連通。組成
所述可變進氣閥的閥體具有連接到閥軸的可旋轉(zhuǎn)的扁形閥塞。
如上述公開號為2002-276380和10-299594的日本專利中所公開 的，可變進氣裝置具有在浪涌調(diào)整槽和進氣管之間進行分路的短路導(dǎo) 管。用于控制導(dǎo)管內(nèi)氣流的閥設(shè)置在短路導(dǎo)管中。短路導(dǎo)管中的氣流 通過關(guān)閉閥而被切斷，形成了相應(yīng)于進氣管相對長的進氣路徑。
當閥開啟時，短路導(dǎo)管中的氣流被允許形成在浪涌調(diào)整槽和進氣 管之間進行分路的相對短的進氣路徑。為了使閥所在位置的壓力損失最小化，閥開啟時平行于短路導(dǎo)管中的氣流的流線。如果在短路導(dǎo)管 和進氣管之間沒有建立平滑的連接，則空氣就無法從短路導(dǎo)管平滑地 匯入進氣管。將會發(fā)生氣流的偏離，導(dǎo)致壓力損失增加的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種使進氣路徑上的壓力 損失有效降低的可變進氣裝置。
根據(jù)本發(fā)明的可變進氣裝置旨在 一種改變內(nèi)燃機的進氣路徑長度 的可變進氣裝置。所述可變進氣裝置包括主導(dǎo)管，.空氣通過該主導(dǎo)管 流向內(nèi)燃機的燃燒室，所述主導(dǎo)管在路徑的預(yù)定位置處限定了第 一 流線；連接在所述預(yù)定位置處的短路導(dǎo)管，其在連接位置處限定了在與 所述第一流線交叉的方向上延伸的第二流線；以及設(shè)置在所述短路導(dǎo) 管上鄰近所述預(yù)定位置之處的閥。所述閥包括控制氣流的閥體。當所 述閥允許從所述短路導(dǎo)管匯入所述主導(dǎo)管的氣流時，所述閥體被設(shè)置 為沿所述第 一流線的延伸方向和所述第二流線的延伸方向之間的方向 延伸。
依照具有上述構(gòu)造的可變進氣裝置，當閥允許空氣在短路導(dǎo)管中 流動時，即當閥開啟時，從短路導(dǎo)管匯入主導(dǎo)管的空氣的流向從沿第 二流線的方向改變?yōu)樗鲩y的閥體的延伸方向。由于在這種情況下閥 體的延伸方向位于第 一流線的延伸方向和第二流線的延伸方向之間， 因此空氣的流向被改變?yōu)楦咏谘氐谝涣骶€的方向。從而，空氣可 以更平滑地從短路導(dǎo)管匯入主導(dǎo)管。因而，在進氣路徑中的壓力損失 可被降低以使內(nèi)燃機的性能得到改進。
所述閥還包括可旋轉(zhuǎn)地支撐所述閥體的閥桿。優(yōu)選地，相對以與管延伸的萬問止又的卞囬卞刀斷町的尸/f還f旦J務(wù)寸f的 中心位置，所述閥桿被設(shè)置在向所述主導(dǎo)管中的氣流的上游側(cè)偏離的位置。
依照具有上述構(gòu)造的可變進氣裝置，通過閥所在位置的氣流流量 可以相對于閥體在主導(dǎo)管中氣流的下游側(cè)被增加。從而，可以使更多 空氣從短路導(dǎo)管平滑地匯入主導(dǎo)管。在進氣路徑處的壓力損失可以被 進一步地有效降低。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供使進氣路徑上的壓力損失有效降低的可變 進氣裝置。


圖l為具有根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施方式
的可變進氣裝置的車輛v型多缸發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖1的發(fā)動機中的進氣歧管的立體圖。
圖3為沿圖i的m-m線的短路導(dǎo)管的剖視圖。
圖4為對應(yīng)于閥開啟狀態(tài)的進氣管和短路導(dǎo)管的剖一見圖。
圖5指示出在閥開啟狀態(tài)下閥體的延伸方向。
圖6描繪了由圖4中箭頭VI所指示的位置處的流速分布。
圖7為描繪了在圖1的可變進氣裝置中閥體開啟角度和氣流進氣 量之間關(guān)系的曲線圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二具體實施方式
的可變進氣裝置的剖視圖。
圖9為圖8的可變進氣裝置中所具有的短路導(dǎo)管的剖視圖。
圖10為描繪了在圖8的可變進氣裝置中岡體開啟角度和氣流進氣 量之間關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施方式
將結(jié)合附圖進行描述。在附圖中，以相同 的附圖標記表示相同或相應(yīng)的構(gòu)件。
(第一具體實施方式
)
圖1為具有根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施方式
的可變進氣裝置的車 輛V型多缸發(fā)動機的結(jié)構(gòu)圖。圖2為圖1的發(fā)動機中的進氣歧管的立 體圖。
參照圖1和圖2,發(fā)動機10包括氣缸蓋51和連接到氣缸蓋51上 的進氣歧管ll,所述氣缸蓋51形成有與燃燒室連通的進氣口 50。進 氣歧管11用于將來自車輛前側(cè)的輸入空氣分配給發(fā)動機10中的每個 氣缸。進氣歧管11通過軟管連接到進氣孔，外部空氣通過進氣孔進 入。節(jié)流閥、空氣濾清器和共振器設(shè)置在進氣孔和進氣歧管ll之間。
在進氣歧管11處具有浪涌調(diào)整槽12b，在浪涌調(diào)整槽12b處，供 應(yīng)到進氣歧管11的空氣從進氣孔流經(jīng)節(jié)流閥。浪涌調(diào)整槽12b在一 個方向上延伸，發(fā)動4幾10的左列(bank)和右列的多個氣缸組沿著該 方向排列，也就是，在本具體實施方式
中在車輛縱向上延伸。進氣歧 管11具有在浪涌調(diào)整槽12b的延伸方向上并排排列的多組進氣管21 和短路導(dǎo)管26。所述進氣管21和短路導(dǎo)管26的組合沿著其排列方向
6
在浪涌調(diào)整槽12b和左列氣缸之間與浪涌調(diào)整槽12b和右列氣缸之間 交替地建立連通。
進氣管21包括在浪涌調(diào)整槽12b的垂直方向上的下側(cè)處開口的 一端21m,和與進氣口 50連通的另一端21n。進氣管21 ,人一端21m 圍繞浪涌調(diào)整槽12b延伸以到達浪涌調(diào)整槽12b在垂直方向上的上 側(cè)，并進一步圍繞浪涌調(diào)整槽12b朝向另一端21n延伸。進氣管21 以彎曲的方式從一端21m延伸到另一端21n。浪涌調(diào)整槽12b通過進 氣管21與進氣口 50連通。
短路導(dǎo)管26包括在浪涌調(diào)整槽12b的垂直方向上的上側(cè)處開口 的一端26m,和與進氣管21連通的另一端26n。短路導(dǎo)管26在位于 一端21m和另一端21n之間的中間部21r處與進氣管21相連接。短 路導(dǎo)管26的路徑長度比進氣管21的路徑長度短。短路導(dǎo)管26的路 徑長度和從進氣管21的中間部21r到另 一端21n的路徑長度的總長度 比從進氣管21的一端21m到另一端2]n的路徑長度短。短路導(dǎo)管26 被設(shè)置以盡量避免在車輛的縱向上覆蓋節(jié)流閥的^&影平面12a。在短 路導(dǎo)管26處，控制短路導(dǎo)管26內(nèi)氣流的閥31設(shè)置為鄰近中間部21r。
發(fā)動機10進一步包括操縱閥31的直流電動才幾52，和發(fā)動機控制 計算機55,發(fā)動機控制計算機55響應(yīng)來自曲軸位置傳感器56和節(jié)流 闊位置傳感器57的信號在適當時刻向直流電動機52發(fā)送信號。閥31 可以由執(zhí)行器和控制執(zhí)行器上的負壓VSV (真空開關(guān)閥)操縱。
當閥31關(guān)閉時，短路導(dǎo)管26的氣流被切斷。在這個階段，流經(jīng) 浪涌調(diào)整槽12b的空氣通過進氣管21供應(yīng)給進氣口 50。反之，當閥 31開啟時，短路導(dǎo)管26的氣流被允許。在這個階段，流經(jīng)浪涌調(diào)整
槽12b的空氣主要從短路導(dǎo)管26匯入進氣管21,并且進一步通過進 氣管21供應(yīng)給進氣口 50。
通過閥31如此的開啟/關(guān)閉，從浪涌調(diào)整槽12b到進氣口 50的進 氣路徑長度可以在兩個階段中切換。相應(yīng)地，氣流的進氣量可以利用 進氣路徑中的脈動效應(yīng)得以增加，以便在從低速旋轉(zhuǎn)到高速旋轉(zhuǎn)的全 部區(qū)間內(nèi)獲得轉(zhuǎn)矩的增加。
圖3為沿圖i中的m-in線的短路導(dǎo)管的剖視圖。在該圖中，顯示了短路導(dǎo)管被正交于氣流的平面截開時的橫截面。參照圖3,限定 了短路導(dǎo)管26的內(nèi)壁26c具有類似軌道的橫截面(由兩個通過直線連 接的半圓構(gòu)成的橢圓形)。閥31包括連接到圖1中的直流電動機52 的被可旋轉(zhuǎn)地支撐的閥桿33,以及從閥桿33延伸的閥體32。
圖4為描繪了閥開啟狀態(tài)的進氣管和短路導(dǎo)管的剖視圖。在該圖 中，顯示了圖1中被雙點劃線IV所包圍的區(qū)域。圖5描繪了在閥開 啟狀態(tài)下閥體的延伸方向。
參照圖3至圖5，進氣管21限定了在短路導(dǎo)管26所連接的中間 部21r處、在箭頭101指示的方向上延伸的氣流的流線。短路導(dǎo)管26 限定了在與進氣管21連接的另一端26n處、在箭頭102指示的方向 上延伸的流線。這些流線的延伸方向被分別在如下位置確定在中間 部21r處且被正交于進氣管21的延伸方向的平面所截開的橫截面的中 心位置，和在另一端26n處且被正交于短路導(dǎo)管26的延伸方向的平 面所截開的橫截面的中心位置。
短路導(dǎo)管26與進氣管21斜向相交，在由箭頭101指示的方向和 由箭頭102指示的方向之間形成了銳角。在閥31的開啟狀態(tài)，閥體32被設(shè)置為在下述方向上(圖5中箭頭103所指示的方向)延伸由 進氣管21在中間部21r處限定的流線方向(箭頭101所指示的方向) 和由短路導(dǎo)管26在另一端26n處限定的流線方向(箭頭102所指示 的方向)之間的方向。閥體32的延伸方向位于由進氣管21限定的流 線方向和由短路導(dǎo)管26限定的流線方向之間形成小于180。角的范圍 內(nèi)，也就是，在本具體實施方式
中構(gòu)成銳角的一個范圍。短路導(dǎo)管26 的內(nèi)壁26c和進氣管21的內(nèi)壁是平滑連續(xù)的，同時形成了曲線。
在閥31的開啟狀態(tài)，閥體32具有對應(yīng)于進氣管21內(nèi)的氣流的 下游側(cè)的表面32a。作為從一端26m接近另一端26n的功能，表面32a 從進氣管21內(nèi)的氣流的上游側(cè)傾斜地指向下游側(cè)。
通過這樣的構(gòu)造，閥31的開啟引起在另一端26n處的氣流方向 從由箭頭102指示的方向改變?yōu)橛杉^103指示的方向，更接近由箭 頭101指示的方向。因此，短路導(dǎo)管26中的氣流可以更平滑地匯入 進氣管21。
對應(yīng)于浪涌調(diào)整槽12b的延伸方向，閥桿33在車輛的縱向上延 伸。當中心線110被限定在由正交于短路導(dǎo)管26的延伸方向的平面 截開所得到的短路導(dǎo)管26橫截面的中心處時，閥桿33位于進氣管21 中的氣流關(guān)于中心線110的上游側(cè)，也就是，在圖1中的一端21m側(cè)。
閥體32由在閥桿33的一側(cè)以相對大的面積延伸的一個部32p和 在閥桿33的另 一側(cè)以相對小的面積延伸的一個部32q組成。閥桿33 位于偏離限定了內(nèi)壁26c的橫截面的軌道形狀的橫截面的中心線111 的位置。在閥31的開啟狀態(tài)下，部32q的位于離閥桿33最遠的外圍 部32d在一端26m處從短路導(dǎo)管26的開啟平面115突出。
通過這樣的構(gòu)造，在閥31開啟狀態(tài)下，閥體32的表面32a和短 路導(dǎo)管26的面向表面32a的內(nèi)壁26c之間的距離增加。相應(yīng)地，可以 增加通過閥體32朝向所需方向順序變化的空氣量。在這個階段，閥 體32起到短路導(dǎo)管26中的通道壁的作用。因此，即使短路導(dǎo)管26 的長度設(shè)置得短，流經(jīng)浪涌調(diào)整槽12b的空氣也可以被穩(wěn)定地導(dǎo)入進 氣管21。因此，不需要增加發(fā)動機10的總長便可以確保浪涌調(diào)整槽 12b的足夠容量。
根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
的可變進氣裝置相應(yīng)于適于作 為內(nèi)燃機發(fā)動機的發(fā)動機10的改變進氣路徑長度的可變進氣裝置。 可變進氣裝置包括進氣管21,空氣通過進氣管21流向發(fā)動機10的 燃燒室，并且其適于作為在相應(yīng)于路徑的預(yù)定位置的中間部21r處限 定了第一流線的主導(dǎo)管；連接到中間部21r的短路導(dǎo)管26,其限定了 在相應(yīng)于連接位置的另一端26n處、在與第一流線交叉的方向上延伸 的第二流線；以及閥31,其設(shè)置在短路導(dǎo)管26內(nèi)且鄰近中間部21r。 閥31包括控制氣流的閥體32。當閥31允許氣流從短路導(dǎo)管26匯入 進氣管21中時，閥體32被設(shè)置為沿第一流線的延伸方向(箭頭101 所指示的方向)和第二流線的延伸方向(箭頭102所指示的方向)之 間的方向(箭頭103所指示的方向)延伸。
根據(jù)上述內(nèi)容構(gòu)造的第一具體實施方式
的可變進氣裝置，可以在 開啟閥31時抑制在從短路導(dǎo)管26到進氣管21的匯入位置處出現(xiàn)的 氣流偏離。相應(yīng)地，進氣路徑中的壓力損失可被降低以允許更多空氣 被引入進氣口 50。通過在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間的適當位置調(diào)整閥 31的開度，可以在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生任意的旋渦流或翻轉(zhuǎn)流(特別地，翻 轉(zhuǎn)流)。本發(fā)明可應(yīng)用的內(nèi)燃機不限于汽油發(fā)動機，也可以為柴油發(fā)動機。進一步地，可以列舉不同的發(fā)動機類型，諸如直列型、v型、w 型以及臥式對置型。進氣歧管11可以位于車輛的前面、中間或后面。
進一步地，進氣管21和短路導(dǎo)管26可以由不同于浪涌調(diào)整槽12b中 的部件形成。
進一步地，本發(fā)明的可變進氣裝置可以應(yīng)用于車輛以外的發(fā)動 機，例如，用于發(fā)電的發(fā)電機。
圖6描繪了由圖4中箭頭VI所指示的位置處的流速分布。參照 圖6,進行當閥開啟時所獲得導(dǎo)管中流速分布的仿真。在從短路導(dǎo)管 26到進氣管21的匯入位置處，在從導(dǎo)管內(nèi)壁延伸的實線38包圍的區(qū) 域中獲得高流速。為了比較，當閥體被設(shè)置為平行于由短路導(dǎo)管26限 定的流線方向時，得到導(dǎo)管中的流速分布。在這個比較實例中，在雙 點劃線39所包圍的區(qū)域中獲得高流速。
在該比較實例中，在短路導(dǎo)管26到進氣管21的匯入位置，高流 速區(qū)域從朝向中心導(dǎo)管的內(nèi)壁廣泛地形成。結(jié)果，即使在距離導(dǎo)管內(nèi) 壁很遠的位置也發(fā)生偏離，導(dǎo)致小的流量有效導(dǎo)管直徑。相反，從本具體實施方式
的仿真可以理解，流速變高的區(qū)域處被限制在導(dǎo)管內(nèi)壁 的附近。偏離的發(fā)生可以被有效抑制。因此，流量有效導(dǎo)管直徑變大 以允許流量的增加。
圖7描繪了在圖1的可變進氣裝置中閥體的開啟角度和氣流的進 氣量之間的關(guān)系。參照圖7,對通過在進氣管21的一端21m和另一 端21n之間施加壓力差而從進氣歧管11供應(yīng)到進氣口 50的氣流的進 氣量的計算進行了仿真。在該仿真中，由箭頭102所指示的由短路導(dǎo) 管26限定的流線方向和由箭頭103所指示的閥體32的延伸方向之間 的角度，也就是，閥體32的開啟角度a (參照圖5)被改變以便獲得 氣流在每個開啟角度的進氣量。
可以確定，與開啟角度a為0。時的情況相比，當閥體32相對于 由短路導(dǎo)管26限定的流線方向傾斜時，氣流的進氣量增加。當開啟 角度a在10°到20。范圍內(nèi)時，氣流進氣量顯著增加。
(第二具體實施方式
)
圖8為根據(jù)本發(fā)明的第二具體實施方式
的可變進氣裝置的剖視 圖。圖8相應(yīng)于第一具體實施方式
的圖4，描繪了閥開啟狀態(tài)。圖9 為圖8的可變進氣裝置中所具有的短路導(dǎo)管的剖視圖。圖9相應(yīng)于第 一具體實施方式
的圖3,描繪了閥關(guān)閉狀態(tài)。本具體實施方式
的可變 進氣裝置基本具有與第一具體實施方式
類似的構(gòu)造。在下文中相似的 構(gòu)造不再重復(fù)。
參照圖8和圖9，在本具體實施方式
中，限定了短路導(dǎo)管26的內(nèi) 壁26c具有圓形橫截面。包括了閥桿43和閥體42的閥41設(shè)置在短路 導(dǎo)管26內(nèi)。閥體42由分別在閥桿43的一側(cè)和另一側(cè)采用相同的半 圓形狀的部42p和部42q組成。閥桿43關(guān)于中心線110對稱。
在閥41的開啟狀態(tài)，閥體42被設(shè)置為在以下方向上延伸即在 中間部21r處由進氣管21限定的流線方向和在另 一端26n處由短路導(dǎo) 管26限定的流線方向之間的方向。
通過依照上述內(nèi)容構(gòu)造的本發(fā)明的第二具體實施方式
的可變進 氣裝置，可獲得類似于第一具體實施方式
的優(yōu)點。
圖10為描繪了在圖8的可變進氣裝置中閥體的開啟角度和氣流 的進氣量之間的關(guān)系的曲線圖。參照圖10，對本具體實施方式
中的可變進氣裝置進行了關(guān)于第一具體實施方式
中的圖7所描述的仿真。可 以確定，與當開啟角度a為0。時的情況相比，當閥體42相對于由短 路導(dǎo)管26限定的流線方向傾斜時，氣流的進氣量增加。當開啟角度a 在5°到15°范圍內(nèi)時，氣流進氣量顯著增加。
應(yīng)當理解在此公開的具體實施方式
在各方面都是示例性的和非 限制性的。本發(fā)明的技術(shù)范圍由所附的權(quán)利要求書限定，并且所有落 在權(quán)利要求范圍內(nèi)的改變、或其等同內(nèi)容都應(yīng)視為被權(quán)利要求涵蓋。
工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明主要應(yīng)用于內(nèi)燃機，諸如汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機。
權(quán)利要求
1、一種改變內(nèi)燃機的進氣路徑長度的可變進氣裝置，包括主導(dǎo)管(21)，空氣通過所述主導(dǎo)管(21)流向所述內(nèi)燃機的燃燒室，所述主導(dǎo)管(21)在路徑的預(yù)定位置(21r)處限定了第一流線，連接在所述預(yù)定位置(21r)處的短路導(dǎo)管(26)，其在連接位置(26n)處限定了在與所述第一流線交叉的方向上延伸的第二流線，以及閥(31)，其包括控制氣流的閥體(32)，并且設(shè)置在所述短路導(dǎo)管(26)上鄰近所述預(yù)定位置(21r)之處，其中當所述閥(31)允許從所述短路導(dǎo)管(26)匯入所述主導(dǎo)管(21)的氣流時，所述閥體(32)被設(shè)置為沿所述第一流線的延伸方向和所述第二流線的延伸方向之間的方向延伸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變進氣裝置，所述閥(31)進一步包括可 旋轉(zhuǎn)地支撐所述閥體(32)的閥桿(33)，其中相對以與所述短路導(dǎo)管(26)延伸的方向正交的平面切斷時 的所述短路導(dǎo)管(26)的截面的中心位置，所述閥桿(33)被設(shè)置在 向所述主導(dǎo)管(21)中的氣流的上游側(cè)偏離的位置。
全文摘要
一種可變進氣裝置，包括進氣管(21)，空氣通過進氣管(21)流向發(fā)動機的燃燒室，在導(dǎo)管的中間部(21r)處限定了第一流線；連接到中間部(21r)的短路導(dǎo)管(26)，其在連接的另一端(26n)處限定了與第一流線交叉的第二流線；以及設(shè)置在短路導(dǎo)管(26)處、鄰近中間部(21r)的閥(31)。閥(31)包括控制氣流的閥體(32)。當閥(31)允許從短路導(dǎo)管(26)匯入進氣管(21)的氣流時，閥體(32)被設(shè)置為沿著由箭頭(101)所指示的第一流線的延伸方向和由箭頭(102)所指示的第二流線的延伸方向之間的方向延伸。通過這樣的構(gòu)造，可以提供在進氣路徑上能夠有效降低壓力損失的可變進氣裝置。
文檔編號F02B27/02GK101203666SQ20068002202
公開日2008年6月18日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月20日
發(fā)明者佐佐木智惠美, 北谷裕紀, 阿部和佳 申請人:豐田自動車株式會社