專利名稱：連續可變長度進氣歧管及發動機控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發動機進氣歧管，尤其涉及連續可變長度進氣歧管及包括該連續可變長度進氣歧管的發動機控制系統。
背景技術：
發動機的每一個氣缸都會有一根進氣歧管，進氣歧管是指一端與進氣門相連，另一端與進氣總管后的進氣諧振室相連的管道。由于進氣過程具有間歇性和周期性，致使進氣歧管內產生一定幅度的壓力波。此壓力波以當地聲速在進氣系統內傳播和往復反射。如果利用一定長度和直徑的進氣歧管與一定容積的諧振室組成諧振進氣系統，并使其自振頻率與氣門的進氣周期調諧，那么在特定的轉速下，就會在進氣門關閉之前，在進氣歧管內產生大幅度的壓力波，使進氣歧管的壓力增高，從而增加進氣量。這種效應稱作進氣波動效應。
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進氣歧管設計的不同會直接影響到發動機的性能，其中，進氣歧管的長度就是很重要的一項。由于可變長度的進氣歧管可改善發動機的經濟性及動力性，隨著對發動機性能要求的不斷提高，可變長度的進氣歧管得到了廣泛的應用。進氣歧管長管用于發動機低速工況，短管用于發動機高速工況。現有可變長度進氣歧管的設計僅僅能夠實現有級可變，例如圖I和圖2所示的可變長度進氣歧管，閥片41、42可以分別處于兩個不同的開關位置，使得氣流可以分別從長管或短管流出，從而實現進氣歧管的二級可變；例如圖3所示的可變長度進氣歧管，閥片43、44可以分別處于三個不同的開關位置，使得氣流可以分別從長管、中長管或短管流出，從而實現進氣歧管的三級可變。理想的情況是發動機在不同的轉速下對應不同的歧管長度。然而，現有的這些進氣歧管的結構設計都僅局限于歧管長度的分級可變而不能使氣流通過的歧管長度連續可變，不能連續實現歧管長度與發動機轉速對應，從而不能實現發動機每個轉速下的充氣效率最大化。美國專利公告第4646689號公開了一種發動機進氣道長度改變裝置，其中在中空的圓柱形外殼里可轉動地安裝有圓柱形轉子，轉子外壁上固定有分隔板，該分隔板將每個給氣腔進一步分隔。也就是說，給氣腔被分隔為兩段第一段將端口連通，第二段基本密閉。但是，如果轉子、分隔板與外殼之間的密封不嚴密，氣道的調節效果不好；如果密封嚴密，由于第二段密閉，在轉子轉動時將產生比較大的背壓，造成轉動的阻力。因此，有必要提供改進的技術方案以克服現有技術中存在的技術問題。
發明內容
本發明要解決的主要技術問題是提供連續可變長度進氣歧管及包括該連續可變長度進氣歧管的發動機控制系統，進氣歧管的長度根據需要可以比較有效地連續變化，使發動機在每個轉速下都能達到最大充氣效率，提高發動機的性能。為解決上述技術問題，本發明的一方面提供連續可變長度進氣歧管，其包括夕卜殼，其包括多個相互隔離的支氣道，每個所述支氣道包括圓弧段；轉筒，其與所述支氣道的圓弧段同軸地安裝，每個所述支氣道的圓弧段中設置有與所述轉筒連接的導流板，每個所述導流板將所述支氣道的圓弧段分隔為第一段及第二段，并且每個所述導流板隨所述轉筒相對于所述外殼轉動而改變所述支氣道的第一段及第二段的長度，所述轉筒包括總氣道及缺口，所述第一段連通發動機的進氣門并且通過所述缺口連通所述總氣道；其中，所述外殼還包括調壓孔，所述支氣道的所述第二段通過所述調壓孔連通所述總氣道。本發明的另一方面提供發動機控制系統，其包括發動機控制器、發動機、執行器及如前述的連續可變長度進氣歧管；所述發動機控制器根據所述發動機的轉速及負荷信號計算預期的進氣歧管長度，并且根據所述預期的進氣歧管長度控制所述執行器驅動所述轉筒旋轉到預期的角度。本發明的連續可變長度進氣歧管可以方便地實現歧管長度的連續可變，并且，通過可連續調節的歧管長度，可以使得發動機在任意轉速下，均可以通過變換歧管的長度來實現進氣量與發動機轉速的匹配，使發動機在每個轉速下都能達到最大充氣效率，從而提高發動機在任意轉速下的動力性。而且，歧管長度的連續可變也使得進氣速度能夠相應地 發生變換，從而改善了燃燒過程，提高發動機的燃油經濟性，減少廢氣的排放。而且，本發明的連續可變長度進氣歧管中通過在其外殼上設置調壓孔，當導流板、轉筒的環形壁面以及外殼組成的封閉氣腔的體積發生變化時，氣腔內的壓力能夠通過調壓孔平衡，減小導流板兩側的壓差，從而使轉筒轉動工作時的阻力較小，效率更高。通過以下參考附圖的詳細說明，本發明的其它方面和特征變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本發明的范圍的限定，這是因為其應當參考附加的權利要求。還應當知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結構和流程。
一并閱讀附圖，參閱以下優選具體實施方式
的詳細說明，將更加充分地理解本發明，附圖中同樣的參考附圖標記始終指代視圖中同樣的元件。其中圖I是根據現有技術一種二級可變的可變長度進氣歧管的剖面示意圖；圖2是根據現有技術另一種二級可變的可變長度進氣歧管的剖面示意圖；圖3是根據現有技術一種三級可變的可變長度進氣歧管的剖面示意圖；圖4是根據本發明一種具體實施方式
的連續可變長度進氣歧管的剖面示意圖，其中顯示了進氣歧管的支氣道長度比較長的狀態；圖5是根據本發明一種具體實施方式
的連續可變長度進氣歧管的剖面示意圖，其中顯示了進氣歧管的支氣道長度比較短的狀態；圖6是根據本發明一種具體實施方式
的包括連續可變長度進氣歧管的發動機控制系統的不意圖；圖7是根據本發明另一種具體實施方式
的包括連續可變長度進氣歧管的發動機控制系統的示意圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。圖4和圖5揭示了本發明一種具體實施方式
的連續可變長度進氣歧管的剖面結構。如圖4和圖5所示，本發明一種具體實施方式
的連續可變長度進氣歧管100包括外殼I及可旋轉的轉筒2。外殼I包括多個相互隔離的支氣道，每個支氣道包括圓弧段11。轉筒2與支氣道的圓弧段11同軸地安裝，轉筒2包括總氣道21，轉筒2可以繞旋轉中心順時針或逆時針旋轉，并且，在轉筒2的壁上設置有缺口(未圖示)。每個支氣道的圓弧段11中設置有與轉筒2連接的導流板3，每個導流板3將支氣道的圓弧段11分隔為第一段111及第二段112，并且每個導流板3隨轉筒2相對于外殼I轉動而改變支氣道的第一段111及第二段112的長度。支氣道的圓弧段11中的第一段111連通發動機的進氣門(未圖示)并且通過轉筒2的缺口連通轉筒2的總氣道21，從而，總氣道21中產生的氣體能夠通過缺口由導流板3引導進入支氣道，進而進入發動機的進氣門中。
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圖4顯示了本發明的連續可變長度進氣歧管100的支氣道長度處于比較長的狀態；及圖5顯示了本發明的連續可變長度進氣歧管100的支氣道長度處于比較短的狀態。當發動機處于低速工況時，通過發動機控制器(Engine Control Unit, E⑶)控制轉筒2轉到如圖4所示的位置，則此時，如圖4中的箭頭所示，氣流通過最長的支氣道進入發動機的進氣門。當發動機的轉速提高時，通過發動機控制器控制轉筒2逆時針旋轉到適當的支氣道長度位置，從而實現進氣歧管長度的連續可變。當轉筒2逆時針旋轉到如圖5所示的位置時，則此時，如圖5中的箭頭所示，氣流通過最短的支氣道進入發動機的進氣門。從而，本發明的連續可變長度進氣歧管100可以根據發動機的轉速在圖4所示的最長歧管長度和圖5所示的最短歧管長度之間任意連續變化。本發明的連續可變長度進氣歧管100可以方便地實現歧管長度的連續可變，并且，通過可連續調節的歧管長度，可以使得發動機在任意轉速下，均可以通過變換歧管的長度來實現進氣量與發動機轉速的匹配，使發動機在每個轉速下都能達到最大充氣效率，從而提高發動機在任意轉速下的動力性。而且，歧管長度的連續可變也使得進氣速度能夠相應地發生變換，從而改善了燃燒過程，提高發動機的燃油經濟性，減少廢氣的排放。本發明連續可變長度進氣歧管100的外殼I還包括調壓孔12，支氣道的第二段112通過調壓孔12與轉筒2的總氣道21相連通。本發明的連續可變長度進氣歧管100中通過在其外殼I上設置調壓孔12，當導流板3、轉筒2的環形壁面以及外殼I組成的封閉氣腔的體積發生變化時，氣腔內的壓力能夠通過調壓孔12平衡，減小導流板3兩側的壓差，從而使轉筒2轉動工作時的阻力較小。優選地，調壓孔12位于所述支氣道的圓弧段11的遠離發動機的進氣門的端部。從而本發明的本發明連續可變長度進氣歧管100具有最大化的長度調節范圍。本發明的外殼I根據制造工藝不同，可以由鑄鋁加工而成，也可采用塑料材料用模具分片注塑，再焊接而成。優選地，本發明的轉筒2采用輕質材料制成，轉筒2的材料的密度小于等于外殼I的材料的密度，從而可以減小轉筒2轉動時的轉動慣量，提高轉筒2的響應速度。參照圖6所示，其顯示了根據本發明一種具體實施方式
的包括連續可變長度進氣歧管100的發動機控制系統的示意圖。該發動機控制系統包括發動機控制器(ECU)、發動機(未圖示)、執行器及上述的連續可變長度進氣歧管100。發動機控制器(ECU)根據發動機的轉速及負荷信號計算預期的進氣歧管長度，并且根據預期的進氣歧管長度控制執行器驅動轉筒2旋轉到預期的角度。該發動機控制系統還包括監測轉筒2位置的轉筒位置傳感器，轉筒位置傳感器監測到的轉筒位置信號傳送到發動機控制器(ECU)。當發動機控制器(ECU)檢測到轉筒2的位置到達目標位置時，發動機控制器(ECU)控制執行器位置不變，從而鎖定轉筒2的位置。在一種具體實施方式
中，執行器為根據指令實現角位移的電子執行器。執行器根據發動機控制器(ECU)發出的指令控制電子執行器進行角位移，從而帶動轉筒2轉動到預期的角度，使得連續可變長度進氣歧管100的長度保持與當前的發動機轉速相匹配。
參圖7所示，其顯示了根據本發明另一種具體實施方式
的包括連續可變長度進氣歧管100的發動機控制系統的示意圖，圖7所示的發動機控制系統與圖6所示的發動機控制系統所不同的是在圖7所示的發動機控制系統中，其執行器(如圖6中虛線框所示)包括可以實現直線位移的真空執行器及齒輪機構。優選地，齒輪機構的傳動比具有放大位移量的作用。該發動機控制系統的控制原理為發動機控制器(ECU)依據發動機轉速信號、負荷信號、以及轉筒位置信號，控制電磁閥占空比，調節真空執行器推桿的直線位移量，轉角放大器通過齒輪機構將真空執行器推桿的直線位移轉化為旋轉角度位移，并適當放大轉角范圍，從而帶動轉筒2能夠較大角度的旋轉。轉筒位置傳感器監測轉筒2的位置，并且將監測到的轉筒位置信號傳送到發動機控制器(ECU)。當發動機控制器(ECU)檢測到轉筒2的位置到達目標位置時，發動機控制器(ECU)控制電磁閥關閉，切斷真空源，維持真空執行器位置不變，從而鎖定轉筒2的位置。以上具體實施方式
僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1.連續可變長度進氣歧管，其特征在于，其包括 外殼，其包括多個相互隔離的支氣道，每個所述支氣道包括圓弧段； 轉筒，其與所述支氣道的圓弧段同軸地安裝，每個所述支氣道的圓弧段中設置有與所述轉筒連接的導流板，每個所述導流板將所述支氣道的圓弧段分隔為第一段及第二段，并且每個所述導流板隨所述轉筒相對于所述外殼轉動而改變所述支氣道的第一段及第二段的長度，所述轉筒包括總氣道及缺口，所述第一段連通發動機的進氣門并且通過所述缺口連通所述總氣道； 其中，所述外殼還包括調壓孔，所述支氣道的所述第二段通過所述調壓孔連通所述總氣道。
2.如權利要求I所述的連續可變長度進氣歧管，其中，所述轉筒的材料的密度小于等于所述外殼的材料的密度。
3.如權利要求I所述的連續可變長度進氣歧管，其中，所述外殼由鑄鋁加工而成。
4.如權利要求I所述的連續可變長度進氣歧管，其中，所述外殼由分片注塑的零件焊接而成。
5.如權利要求I所述的連續可變長度進氣歧管，其中，所述調壓孔位于所述支氣道的圓弧段的遠離發動機的進氣門的端部。
6.發動機控制系統，其包括發動機控制器及發動機，其特征在于，其還包括執行器及如權利要求I至5中任一項所述的連續可變長度進氣歧管；所述發動機控制器根據所述發動機的轉速及負荷信號計算預期的進氣歧管長度，并且根據所述預期的進氣歧管長度控制所述執行器驅動所述轉筒旋轉到預期的角度。
7.如權利要求6所述的發動機控制系統，其還包括監測所述轉筒位置的轉筒位置傳感器，所述轉筒位置傳感器監測到的轉筒位置信號傳送到所述發動機控制器。
8.如權利要求6所述的發動機控制系統，其中，所述執行器包括根據指令實現角位移的電子執行器。
9.如權利要求6所述的發動機控制系統，其中，所述執行器包括可以實現直線位移的真空執行器及齒輪機構，所述發動機控制器控制所述真空執行器的直線位移量，所述齒輪機構將所述直線位移轉化為角度位移以實現所述的驅動所述轉筒旋轉的運動。
10.如權利要求9所述的發動機控制系統，其中，所述齒輪機構的傳動比具有放大位移量的作用。
全文摘要
本發明公開連續可變長度進氣歧管，其包括外殼及轉筒。外殼包括多個相互隔離的支氣道，每個支氣道包括圓弧段。轉筒與支氣道的圓弧段同軸地安裝，每個支氣道的圓弧段中設置有與轉筒連接的導流板，每個導流板將支氣道的圓弧段分隔為第一段及第二段，并且每個導流板隨轉筒相對于外殼轉動而改變支氣道的第一段及第二段的長度，轉筒包括總氣道及缺口，第一段連通發動機的進氣門并且通過缺口連通總氣道。因此，本發明的進氣歧管可以方便地實現歧管長度的連續可變。
文檔編號F02M35/104GK102966472SQ20111025715
公開日2013年3月13日 申請日期2011年9月1日 優先權日2011年9月1日
發明者王京堂, 鄭重, 仇永兵 申請人:上海汽車集團股份有限公司