專利名稱：具有可變流道面積的進(jìn)氣歧管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的可調(diào)進(jìn)氣歧管。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有可調(diào)整截面面積的流道的可調(diào)進(jìn)氣歧管。
背景技術(shù)：
用于內(nèi)燃機(jī)的空氣進(jìn)氣歧管將空氣和燃料輸送并引導(dǎo)到內(nèi)燃機(jī)的氣缸。進(jìn)氣歧管接收來自壓力通風(fēng)室的空氣，并將空氣引導(dǎo)到各個(gè)氣缸，在所述氣缸處空氣被接收并用于燃燒。
進(jìn)氣歧管中各流道的幾何形狀決定了空氣如何有效地輸送到內(nèi)燃機(jī)的氣缸。流道的長度和截面面積直接影響空氣到達(dá)氣缸的壓力和速度。
流道的設(shè)計(jì)通常在特定的轉(zhuǎn)速優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的性能。盡管在特定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行了優(yōu)化，但是對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的其它轉(zhuǎn)速下的性能進(jìn)行妥協(xié)。因此，存在以下需求當(dāng)空氣通過進(jìn)氣歧管時(shí)，成功地控制空氣的壓力和速度以允許內(nèi)燃機(jī)性能在多個(gè)速度下優(yōu)化。
1980年7月1日授予Shaffer的美國專利4,210,107公開了一種可調(diào)進(jìn)氣歧管。該進(jìn)氣歧管包括多個(gè)進(jìn)氣流道，各流道具有在各進(jìn)氣流道的整個(gè)長度上可調(diào)整的側(cè)壁。所述可調(diào)整側(cè)壁在整個(gè)上進(jìn)氣流道上相對于空氣的流動方向向內(nèi)以及向外橫向移動，以相應(yīng)地減小或增加通流橫截面積。盡管這種可調(diào)整側(cè)壁可調(diào)整各流道的橫截面積，但在側(cè)壁與流道的已經(jīng)離開側(cè)壁的側(cè)面之間存在間隙。該不用的容積沒被密封并可容納部分從此通過的空氣，這將降低設(shè)備的效率，并在進(jìn)氣流道中產(chǎn)生效率降低。此外，這些間隙可在進(jìn)氣流道中引起有害的紊流。
在WO2004/009975中，示出了具有可變橫截面的進(jìn)氣歧管。該進(jìn)氣歧管在控制歧管橫截面上進(jìn)行了改進(jìn)。但是盡管如此，進(jìn)氣歧管仍在歧管的排氣端出現(xiàn)了紊流，這是不希望出現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在壓力通風(fēng)室與內(nèi)燃機(jī)之間引導(dǎo)氣流的可調(diào)進(jìn)氣歧管。所述可調(diào)進(jìn)氣歧管具有帶進(jìn)氣孔的歧管殼體、限定固定出口的排氣通道、以及從進(jìn)氣孔延伸到排氣通道的流道壁?；瑒蛹惭b在殼體中用于滑動以及往復(fù)運(yùn)動?；瑒蛹c進(jìn)氣孔協(xié)作以限定可變尺寸的入口?；瑒蛹€與流道壁協(xié)作以限定在入口與出口之間延伸的流道。驅(qū)動組件以可操作的方式連接到滑動件以提供往復(fù)運(yùn)動而改變?nèi)肟诘某叽纭３隹谙鄬τ谌肟诔梢欢ǖ慕嵌妊由??；瑒蛹哂幸韵嗤嵌妊由斓呐艢獠糠帧Ｅ艢獠糠盅嘏艢馔ǖ阑瑒?，在可變尺寸的入口與固定的出口之間提供平滑過渡。


當(dāng)本發(fā)明在結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)說明而被更透徹的理解之后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將容易理解，其中圖1是本發(fā)明進(jìn)氣歧管的正面立體圖，其中去除了壓力通風(fēng)室；圖2是圖1進(jìn)氣歧管的背面立體圖；圖3是圖1的進(jìn)氣歧管的剖視立體圖，其中，帶著壓力通風(fēng)室而去除了一部分歧管殼體；圖4是圖1進(jìn)氣歧管的活動滑動件的立體圖；圖5是圖1的進(jìn)氣歧管在入口最大開度情形下的側(cè)面剖視圖；圖6是圖1的進(jìn)氣歧管在入口中間開度情形下的側(cè)面剖視圖；
圖7是圖1的進(jìn)氣歧管在入口最小開度情形下的側(cè)面剖視圖；圖8是圖1的進(jìn)氣歧管在蓋去掉的情形下的仰視圖；圖9是圖1進(jìn)氣歧管的側(cè)面立面后視圖；圖10是圖1的進(jìn)氣歧管在入口最小開度情形下的端面正視圖；和圖11是圖1的進(jìn)氣歧管在入口最大開度情形下的端面正視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1、2和3，概括地示出了可調(diào)進(jìn)氣歧管10。該可調(diào)進(jìn)氣歧管10包括具有多個(gè)進(jìn)氣口12和多個(gè)出口14的殼體16。多個(gè)滑動件22在殼體16內(nèi)運(yùn)動以改變各進(jìn)氣口12的截面面積。
殼體16具有兩個(gè)半殼16a和16b以及蓋16c。殼16a具有一系列固定的流道壁20，這些流道壁20從進(jìn)氣面15伸出，并彼此相鄰。進(jìn)氣面15具有進(jìn)氣口12。進(jìn)氣面15具有引導(dǎo)部15a，引導(dǎo)部15a圍繞各進(jìn)氣口12并為滑動件22提供工作表面。引導(dǎo)部15a的輪廓形成呈圓形入口。
殼16b具有多個(gè)管狀排氣通道30。通道30與流道壁30連通以提供固定流道部分。通道30相對于在進(jìn)氣口12處的流入方向A(見圖5)成一定角度延伸。在優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中，該角度為90°。但是，顯然對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，根據(jù)發(fā)動機(jī)構(gòu)造和歧管10將要安裝的可用空間，可采用其它角度。
殼16b具有容納驅(qū)動組件46的底座部分。蓋16c以相當(dāng)氣密的方式封閉殼16。
壓力通風(fēng)室21牢固地固定在可調(diào)進(jìn)氣歧管10的進(jìn)氣端12上。壓力通風(fēng)室21包括與內(nèi)部空腔21a連通的入口23，內(nèi)部空腔21a作為空氣的儲存器。壓力通風(fēng)室21圍繞殼體16的進(jìn)氣端開口12并被密封至殼體16。
多個(gè)流道壁20各具有U形結(jié)構(gòu)的橫截面，該U形結(jié)構(gòu)橫截面與引導(dǎo)部15a平滑地銜接。各流道壁20弓狀地延伸以與殼體16b的通道30平滑地銜接。
參考圖4，滑動件22包括由彎曲部分25隔開的排氣部分24、進(jìn)氣部分26。彎曲部分25提供進(jìn)氣部分24與排氣部分26之間的平滑過渡，以使歧管10內(nèi)的流動損失最小。進(jìn)氣、排氣以及彎曲部分24、26、以及25均為U形橫截面。這些部分的外部寬度稍微小于U形流道壁的寬度。優(yōu)選地，在這兩個(gè)之間存在非常緊的公差以實(shí)現(xiàn)滑動和相當(dāng)氣密的配合?；瑒蛹?2沿箭頭B(見圖5)的方向移動以與流道壁20其中之一協(xié)作而限定通路或流道，氣流通過該通路或流道從壓力通風(fēng)室21流到發(fā)動機(jī)的燃燒室。
滑動件22還包括兩個(gè)腿28，該兩個(gè)腿28彼此平行從滑動件22的進(jìn)氣部分26伸出。所述兩個(gè)腿28以一定的角度延伸，該角度與排氣部分24與進(jìn)氣部分26之間的角度相對應(yīng)。優(yōu)選地，排氣部分24相對于進(jìn)氣部分26成接近90°的角度。要理解的是，排氣部分24與進(jìn)氣部分26之間其它的角度關(guān)系也可被本發(fā)明采用，只要滑動件22的排氣部分24平行于通道30、箭頭C(見圖5)移動就可以。兩個(gè)腿28還包括孔29，該孔29用于樞軸地附接到驅(qū)動組件46，正如以下將要詳細(xì)討論的。
滑動件22具有進(jìn)氣端33，該進(jìn)氣端33帶有凸緣并具有與引導(dǎo)部15a相對應(yīng)的輪廓?；瑒蛹?2的進(jìn)氣端33與引導(dǎo)部15a一起協(xié)作以提供可調(diào)整的入口37。
參考圖3、5至9，驅(qū)動組件46牢固地固定到歧管殼體16，并可操作地連接到滑動件22使得滑動件22以往復(fù)方式相對于歧管殼體16運(yùn)動，以改變?nèi)肟?7的限定的橫截面。
驅(qū)動組件46具有軸頸安裝到殼體16b上的主動軸50，主動軸50通常垂直于流道壁20。從動軸52也是軸頸安裝到殼體16上并且與主動軸50基本平行地延伸。齒輪組件54以可操作地的方式將主動軸50連接到從動軸52。第一和第二樞轉(zhuǎn)臂58、56牢固地分別固定到主動和從動軸50、52上。銷66把樞轉(zhuǎn)臂56、58聯(lián)接到各對連桿68上。連桿對68通過銷129在孔29處旋轉(zhuǎn)地連接到腿28上。
具體參考圖8，更詳細(xì)地示出了樞轉(zhuǎn)臂56、58。樞轉(zhuǎn)臂56、58具有帶三個(gè)徑向延伸臂59a、59b以及59c的芯部60。所述三個(gè)臂59a、59b以及59c構(gòu)造成在相鄰的流道壁20之間延伸用于所有滑動件22的聯(lián)動運(yùn)行。
盡管驅(qū)動組件46被描述成具有連接到主動和從動軸50、52的第一和第二樞轉(zhuǎn)臂58、56，但可采用其它結(jié)構(gòu)使得滑動件22在進(jìn)氣部分26中相對于通道30大體垂直地運(yùn)動而在排氣部分24處平行于通道30運(yùn)動。
另外，各滑動件22在優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中示出為獨(dú)立地聯(lián)接到驅(qū)動組件46。在選擇性實(shí)施例中，滑動件22可彼此形成一體以形成聯(lián)接到驅(qū)動組件46的單體滑動件。
馬達(dá)48安裝在殼16b上并以可操作地的方式連接到主動軸50。馬達(dá)48的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)使滑動件22在最小橫截面位置到最大橫截面位置之間運(yùn)動。馬達(dá)48接受來自于處理器或控制器49的信號，該處理器或控制器49接受來自于傳感器80的信號，該傳感器80提供主動軸52的角度位置信息。主動軸52的角度位置是吸氣口37橫截面積的函數(shù)。其它發(fā)動機(jī)和/或車輛信息可從發(fā)動機(jī)和/或車輛主控制器接收并用以基于諸如內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置之類的標(biāo)準(zhǔn)改變?nèi)肟诘某叽纭？刂破?9響應(yīng)地將馬達(dá)48驅(qū)動至一角度位置以使滑動件22運(yùn)動到所需位置，使得內(nèi)燃機(jī)的容積效率最優(yōu)。
盡管在優(yōu)選具體實(shí)施方式
中描述了電動馬達(dá)，但其它致動器如氣動、液壓、機(jī)械或其它的類型致動器也可使用。
位置傳感器80優(yōu)選地包括探測旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的霍耳效應(yīng)傳感器。該霍耳效應(yīng)傳感器包括兩個(gè)傳感元件。所述兩個(gè)傳感元件正交。更具體地，兩個(gè)傳感元件相對于與該兩個(gè)傳感元件等距離的旋轉(zhuǎn)軸線彼此成90°設(shè)置。
磁安裝件牢固地固定到旋轉(zhuǎn)的元件。磁安裝件保持磁體與旋轉(zhuǎn)元件同軸。磁體與霍耳效應(yīng)傳感器隔開設(shè)置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，校正與霍耳效應(yīng)傳感器同軸的磁體的公差變化取決于霍耳效應(yīng)傳感器的靈敏度，并且如果設(shè)計(jì)需要，磁體可接觸霍耳效應(yīng)傳感器。磁體具有北和南磁極，所述磁極的交叉通常與旋轉(zhuǎn)元件以及霍耳效應(yīng)傳感器同軸，使得霍耳效應(yīng)傳感器的旋轉(zhuǎn)將探測由磁體產(chǎn)生磁場的極性，這又將改變由電路板上的電路產(chǎn)生的信號以允許識別旋轉(zhuǎn)方向。磁體的物理結(jié)構(gòu)以及其磁極可改變，只要磁體大體與霍耳效應(yīng)傳感器同心并關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線對稱。
通過限制和擴(kuò)展入口37的橫截面積，內(nèi)燃機(jī)的容積效率可在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的整個(gè)范圍上最優(yōu)化或受控。經(jīng)由滑動件22的運(yùn)動調(diào)整入口的橫截面，而不是改變流道的長度，由于沒有由增加的壁長度而導(dǎo)致的增加的摩擦損失，所以本發(fā)明的可調(diào)進(jìn)氣歧管10的功能以及性能超過傳統(tǒng)的可調(diào)整歧管?？烧{(diào)進(jìn)氣歧管10尺寸緊湊且結(jié)構(gòu)簡單。流道的長度沒有改變使得可調(diào)進(jìn)氣歧管10能在其整個(gè)性能范圍內(nèi)保持其緊湊的尺寸。此外，可調(diào)進(jìn)氣歧管10可用于使反射的吸波的有益影響最佳化，該反射的吸波由活塞向下進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸的抽吸產(chǎn)生?？烧{(diào)進(jìn)氣歧管10還允許對空氣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的流動速度進(jìn)行優(yōu)化。通過如此做，內(nèi)燃機(jī)的慣性增壓作用可增強(qiáng)。
運(yùn)行中，滑動件22可從如圖5所述的最大入口位置運(yùn)動到如圖6所示的中間入口位置，再到如圖7所示的最小入口位置。盡管圖示的最小面積位置沒有完全切斷進(jìn)入到入口37的空氣，但滑動件22可設(shè)計(jì)成當(dāng)處于最小面積位置時(shí)完全切斷一個(gè)或多個(gè)入口37。
圖5中，驅(qū)動組件46示出處于最大面積位置。如可見的，樞轉(zhuǎn)臂56、58已回縮或旋轉(zhuǎn)，使得滑動件22處于通道30的底部，允許空氣的最大流量。
圖6中，樞轉(zhuǎn)臂56、58處于已部分樞轉(zhuǎn)位置，使得連桿68推動滑動件22的進(jìn)氣部分26，使滑動件22朝流道壁20運(yùn)動，并使接近滑動件22的進(jìn)氣部分26的流道的橫截面減小?；瑒蛹?2的排氣部分24在歧管10的出口14處沿通道30行進(jìn)，而不會改變出口14的橫截面積。向下伸出的腿28沿內(nèi)表面76行進(jìn)以防止滑動件22的橫向運(yùn)動。
圖7中，樞轉(zhuǎn)臂56、58已完全地樞轉(zhuǎn)使得連桿68推動滑動件22的進(jìn)氣部分26。流道的橫截面積減小到最接近滑動件22的進(jìn)氣部分26的最小面積位置?；瑒蛹?2的排氣部分24與歧管的通道30平行行進(jìn)，在出口14處保持一致截面。
重要的是，歧管10的入口37的橫截面積可變化且不影響出口14的橫截面積。此外，總是保持入口37與出口14之間的平滑過渡而不會在氣流中產(chǎn)生紊流。
盡管設(shè)想該可調(diào)進(jìn)氣歧管10與結(jié)合了燃料噴射的內(nèi)燃機(jī)一起使用，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解如果內(nèi)燃機(jī)備有汽化器或中心燃料噴射器以發(fā)射用于燃燒的燃料，則壓力通風(fēng)室21可容納空氣/燃料混合物。
應(yīng)了解的是，盡管示例的可調(diào)進(jìn)氣歧管10構(gòu)造成與直列式四缸內(nèi)燃機(jī)一起工作，但是可調(diào)進(jìn)氣歧管10可設(shè)計(jì)成與具有任何數(shù)量氣缸的任何內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)一起工作。
本發(fā)明已用示例的方式描述。可以理解，已經(jīng)使用的術(shù)語是說明性的而非限制性的。在以上教示的啟示下，可得到本發(fā)明的許多改進(jìn)和變化。因此，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠以不同于具體描述的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于在壓力通風(fēng)室與內(nèi)燃機(jī)之間引導(dǎo)氣流的可調(diào)進(jìn)氣歧管，所述可調(diào)進(jìn)氣歧管包括歧管殼體，該歧管殼體具有進(jìn)氣孔、限定固定出口的排氣通道、以及從所述進(jìn)氣孔延伸到所述排氣通道的流道壁；安裝在所述殼體中用于滑動以及往復(fù)運(yùn)動的滑動件，所述滑動件與所述進(jìn)氣孔協(xié)作以限定可變尺寸的入口，所述滑動件與所述流道壁協(xié)作以限定在所述入口與所述出口之間延伸的流道；以及驅(qū)動組件，其與所述滑動件以可操作的方式連接以提供所述往復(fù)運(yùn)動而改變所述入口的所述尺寸；所述出口相對于所述入口成一定的角度延伸，所述滑動件具有以所述角度延伸的排氣部分，并且所述排氣部分沿所述排氣通道滑動，在所述可變尺寸的入口與所述固定的出口之間提供平滑過渡。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述滑動件包括從所述滑動件的進(jìn)氣部分伸出的腿，所述腿以可滑動的方式接合所述歧管殼體的內(nèi)表面，引導(dǎo)所述滑動件相對于所述流道壁的運(yùn)動。
3.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述滑動件具有在所述進(jìn)氣部分與所述排氣部分之間過渡的彎曲部分。
4.如權(quán)利要求3所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述流道壁以及所述滑動件各自具有彼此滑動地接合且大致為U形的橫截面。
5.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述驅(qū)動組件包括連接到主動軸上的馬達(dá)，所述主動軸通過齒輪組件連接到從動軸以允許所述主動和從動軸同步旋轉(zhuǎn)，所述主動和從動軸各自以可聯(lián)動的方式連接到所述滑動件，由此，所述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)在第一方面增加所述入口的尺寸，而所述馬達(dá)的反方向旋轉(zhuǎn)在相反的方面減小所述入口的尺寸。
6.如權(quán)利要求5所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述驅(qū)動組件還包括分別固定到主動和從動軸的第一和第二樞轉(zhuǎn)臂，并且所述第一和第二樞轉(zhuǎn)臂以可聯(lián)動的方式連接到所述滑動件。
7.如權(quán)利要求6所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述第一和第二樞轉(zhuǎn)臂樞轉(zhuǎn)地連接到多個(gè)滑動件。
8.如權(quán)利要求7所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中所述角度為90°。
9.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，還包括用于探測主動或從動軸的運(yùn)動并提供與之相響應(yīng)的信號的位置傳感器。
10.如權(quán)利要求9所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，還包括與所述驅(qū)動組件以可操作的方式連接的控制器以及所述位置傳感器，所述控制器確定所述入口的尺寸并基于發(fā)動機(jī)運(yùn)行情況而相應(yīng)地改變所述入口。
11.如權(quán)利要求10所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中，所述發(fā)動機(jī)運(yùn)行情況包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速以及節(jié)氣門位置。
12.如權(quán)利要求11所述的可調(diào)進(jìn)氣歧管，其中，所述位置傳感器包括霍耳效應(yīng)傳感器以及安裝到所述主動或從動軸上的磁體，并且當(dāng)所述磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)所述霍耳效應(yīng)傳感器探測極性的改變。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在壓力通風(fēng)室與內(nèi)燃機(jī)之間引導(dǎo)氣流的可調(diào)進(jìn)氣歧管。所述可調(diào)進(jìn)氣歧管具有帶進(jìn)氣孔的歧管殼體、限定固定出口的排氣通道、以及從進(jìn)氣孔延伸到排氣通道的流道壁。滑動件安裝在所述殼體中用于滑動以及往復(fù)運(yùn)動?；瑒蛹c進(jìn)氣孔協(xié)作以限定可變尺寸的入口。滑動件還與流道壁協(xié)作以限定在入口與出口之間延伸的流道。驅(qū)動組件以可操作的方式連接到滑動件以提供往復(fù)運(yùn)動而改變?nèi)肟诘某叽?。出口相對于入口成一定的角度延伸?；瑒蛹哂邢鄬τ谶M(jìn)氣部分以相同的角度延伸的排氣部分。排氣部分沿排氣通道滑動，在可變尺寸的入口與固定的出口之間提供平滑過渡。
文檔編號F02M35/10GK1973125SQ200580020551
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者安德魯·博耶斯 申請人:利滕斯汽車公司