一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)及其控制方法，屬于內(nèi)燃機(jī)可變氣門控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)換氣效果直接影響著內(nèi)燃機(jī)的性能。傳統(tǒng)進(jìn)氣門升程曲線固定的配氣機(jī)構(gòu)只能在較小的工況范圍內(nèi)達(dá)到較好的換氣效果，在其他工況范圍內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)性能較差。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外研宄人員在優(yōu)化全工況換氣效果方面進(jìn)行了大量的研宄，如優(yōu)化進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)、可變進(jìn)氣道長(zhǎng)度技術(shù)、可變渦流進(jìn)氣道、可變穩(wěn)壓腔容積、可變進(jìn)氣門技術(shù)等。其中，可變進(jìn)氣門技術(shù)在優(yōu)化全工況換氣方面的效果最佳?？勺冞M(jìn)氣門技術(shù)的實(shí)現(xiàn)效果直接取決于可變進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要同時(shí)滿足以下基本條件:(a)具有足夠大的預(yù)緊力來克服進(jìn)氣門受到缸內(nèi)和氣道內(nèi)壓差的作用，以保證進(jìn)氣門的良好關(guān)閉；(b)具有足夠大的驅(qū)動(dòng)力來克服預(yù)緊力、阻力以及開啟慣性力，以保證進(jìn)氣門的快速開啟；(c)在進(jìn)氣門關(guān)閉末期需要具有足夠大的落座緩沖力，來實(shí)現(xiàn)良好的進(jìn)氣門落座緩沖；(d)具有良好的可靠性等。然而，由于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中，缸內(nèi)和氣道內(nèi)壓差變化情況決定了進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要具有很高的預(yù)緊力、驅(qū)動(dòng)力和落座緩沖力。這極大地增加了可變進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)難度。目前雖然開發(fā)出多種可變進(jìn)氣門系統(tǒng)，如機(jī)械式、電液式、電磁式、電氣式等，但是，由于這些相互制約的條件的存在直接導(dǎo)致了實(shí)用化了的可變進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多為機(jī)械式結(jié)構(gòu)。而機(jī)械式可變進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)氣門可變靈活程度較電液式、電磁式等可變進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低，這極大地限制了可變進(jìn)氣門技術(shù)在改善內(nèi)燃機(jī)性能方面潛力的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:通過設(shè)計(jì)一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)及其控制方法，用于實(shí)現(xiàn):(a)通過控制碟片的啟閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)碟片全開、提前關(guān)閉、推遲開啟+提前關(guān)閉以及多次開啟等控制方法，滿足不同的內(nèi)燃機(jī)工況對(duì)進(jìn)氣量及進(jìn)氣流動(dòng)的要求，實(shí)現(xiàn)與可變進(jìn)氣門技術(shù)相近，甚至更好的優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)換氣效果，以達(dá)到改善內(nèi)燃機(jī)性能的目的；(b)擺脫制約可變進(jìn)氣門技術(shù)的限制條件，以降低系統(tǒng)的開發(fā)難度；(c)通過合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)即可滿足系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)要求，以降低系統(tǒng)開發(fā)和使用成本；(d)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)在實(shí)際車輛上的布置靈活度，以拓寬系統(tǒng)的應(yīng)用前景。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)，它包括碟片、從動(dòng)軸和扇形齒板，設(shè)置在進(jìn)氣門前的進(jìn)氣道上，所述從動(dòng)軸的非驅(qū)動(dòng)端穿過進(jìn)氣道第2支座，落座在進(jìn)氣道第I支座內(nèi)，碟片固定插裝在從動(dòng)軸橫槽內(nèi)，扇形齒板旋轉(zhuǎn)軸落座在進(jìn)氣道第3支座內(nèi)；從動(dòng)軸齒輪與扇形齒板第I齒段相嚙合；當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)時(shí)，扇形齒板旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接；當(dāng)采用直動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，還包括齒桿和扇形齒板第2齒段，扇形齒板第2齒段與齒桿相嚙合，齒桿與直動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接；當(dāng)所述進(jìn)氣門采用雙進(jìn)氣支管非獨(dú)立控制的雙進(jìn)氣門時(shí)，第I進(jìn)氣支管和第2進(jìn)氣支管內(nèi)分別安裝有第I碟片和第2碟片，第I碟片和第2碟片分別插裝在第I從動(dòng)軸和第2從動(dòng)軸內(nèi)，第I從動(dòng)軸和第2從動(dòng)軸通過齒輪或者多桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)再與扇形齒板相連接，第I碟片和第2碟片插裝在一根從動(dòng)軸內(nèi)，通過從動(dòng)軸再與扇形齒板相連接。
[0005]所述碟片為橢圓形，橢圓的短軸長(zhǎng)度等于進(jìn)氣管的直徑d，橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為短軸長(zhǎng)度與碟片全開與全關(guān)之間的夾角Θ的余弦的商，即d/COS0。
[0006]所述扇形齒板第I齒段僅保留必要的嚙合齒。
[0007]一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)的控制方法，在高速全負(fù)荷工況下，在進(jìn)氣門開啟階段內(nèi)，采用碟片全開的控制方法，碟片始終保持開啟狀態(tài)；在中低速全負(fù)荷工況下，采用碟片小幅度提前關(guān)閉的控制方法，碟片在進(jìn)氣門開啟前開啟并保持，在進(jìn)氣門關(guān)閉前關(guān)閉，并且碟片的關(guān)閉時(shí)刻隨著轉(zhuǎn)速的降低而逐漸提前，碟片關(guān)閉正時(shí)較進(jìn)氣門關(guān)閉正時(shí)最大提前80度曲軸轉(zhuǎn)角；在部分負(fù)荷下，采用碟片大幅度提前關(guān)閉的控制方法，碟片在進(jìn)氣門開啟前開啟并保持，在進(jìn)氣門關(guān)閉前關(guān)閉，并且碟片的關(guān)閉時(shí)刻隨著負(fù)荷的降低而逐漸提前，碟片關(guān)閉正時(shí)較進(jìn)氣門關(guān)閉正時(shí)最大提前160度曲軸轉(zhuǎn)角；在低負(fù)荷工況下，采用碟片多次開啟的控制方法，碟片在進(jìn)氣門開啟前開啟，并且在進(jìn)氣門開啟后繼續(xù)保持40度曲軸轉(zhuǎn)角的開啟狀態(tài)后關(guān)閉，在進(jìn)氣上止點(diǎn)后70度曲軸轉(zhuǎn)角開啟并保持，在進(jìn)氣上止點(diǎn)后110度曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)閉，或?qū)τ谒鲞M(jìn)氣門采用雙進(jìn)氣支管非獨(dú)立控制的雙進(jìn)氣門的內(nèi)燃機(jī)，采用碟片不對(duì)稱啟閉的控制方法，在進(jìn)氣門開啟階段內(nèi)，第I碟片完全關(guān)閉，第2碟片則采用提前關(guān)閉的控制方法；在怠速下，采用碟片推遲開啟+提前關(guān)閉的控制方法，碟片在進(jìn)氣門開啟前關(guān)閉并保持，在進(jìn)氣上止點(diǎn)后60度曲軸轉(zhuǎn)角開啟并保持，在進(jìn)氣上止點(diǎn)后120度曲軸轉(zhuǎn)角附近關(guān)閉。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:這種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)包括碟片、從動(dòng)軸和扇形齒板，從動(dòng)軸齒輪與扇形齒板第I齒段相嚙合；當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)時(shí)，扇形齒板旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接；當(dāng)采用直動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，齒桿與直動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接；當(dāng)進(jìn)氣門采用雙進(jìn)氣支管非獨(dú)立控制的雙進(jìn)氣門時(shí)，第I碟片和第2碟片插裝在從動(dòng)軸內(nèi)，通過從動(dòng)軸再與扇形齒板相連接。其具有下列幾方面的優(yōu)點(diǎn):(a)這種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)置在進(jìn)氣門前的進(jìn)氣道內(nèi)，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中，進(jìn)氣道內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)對(duì)本系統(tǒng)的影響極小，擺脫制約可變進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的限制條件，極大地降低系統(tǒng)的開發(fā)難度；(b)通過控制碟片的啟閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)碟片全開、提前關(guān)閉、推遲開啟+提前關(guān)閉以及多次開啟等控制方法，滿足不同的內(nèi)燃機(jī)工況對(duì)進(jìn)氣量及進(jìn)氣流動(dòng)的要求，實(shí)現(xiàn)與可變進(jìn)氣門技術(shù)相近，甚至更好的優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)換氣效果，改善內(nèi)燃機(jī)性能；(C)橢圓形的碟片設(shè)計(jì)，減小碟片最大運(yùn)行角度Θ，進(jìn)而減小驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行范圍，縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；(d)通過合理選取系統(tǒng)嚙合齒輪對(duì)的傳動(dòng)比，調(diào)節(jié)扇形齒板第I齒段的最大運(yùn)行角度，使得采用現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式或者直動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)即可滿足本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)要求，降低了系統(tǒng)開發(fā)和使用成本；(e)扇形齒板第I齒段僅保留必要的嚙合齒，采用扇形結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)尺寸，并且各部件位置調(diào)節(jié)靈活，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)在實(shí)際車輛上的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0010]圖1是一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)的主視圖。
[0011]圖2是圖1中的A放大圖。
[0012]圖3是圖2中的A-A截面圖。
[0013]圖4是另一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)的主視圖。
[0014]圖5是圖4中的B放大圖。
[0015]圖6是圖5中的B-B截面圖。
[0016]圖7是單從動(dòng)軸雙進(jìn)氣支管雙進(jìn)氣門的剖視圖。
[0017]圖8是雙從動(dòng)軸雙進(jìn)氣支管非獨(dú)立控制的雙進(jìn)氣門的剖視圖。
[0018]圖9是高速全負(fù)荷下工況進(jìn)氣門行程曲線和碟片狀態(tài)圖。
[0019]圖10是中低速全負(fù)荷工況下進(jìn)氣門行程曲線和碟片狀態(tài)圖。
[0020]圖11是部分負(fù)荷工況下進(jìn)氣門行程曲線和碟片狀態(tài)圖。
[0021]圖12是低負(fù)荷工況下進(jìn)氣門行程曲線和碟片狀態(tài)圖。
[0022]圖13是怠速工況下進(jìn)氣門行程曲線和碟片狀態(tài)圖。
[0023]圖14是低負(fù)荷工況下雙進(jìn)氣門采用非對(duì)稱控制方法的進(jìn)氣門行程曲線和碟片狀態(tài)圖。
[0024]圖中:1、碟片，1_1、第I碟片，1-2，第2碟片，2、從動(dòng)軸，2_1、第I從動(dòng)軸，2_2，第2從動(dòng)軸，2a、從動(dòng)軸橫槽，2b、從動(dòng)軸齒輪，3、齒桿，4、進(jìn)氣門，5、進(jìn)氣道，5a、進(jìn)氣道第I支座，5b、進(jìn)氣道第2支座，5c、進(jìn)氣道第3支座，6、扇形齒板，6a、扇形齒板第I齒段，6b、扇形齒板旋轉(zhuǎn)軸，6c、扇形齒板第2齒段，7、氣缸，8、進(jìn)氣總管，9-1、第I進(jìn)氣支管，9-2、第2進(jìn)氣支管，1、進(jìn)氣門行程曲線，I1、碟片啟閉狀態(tài)，11-1、第I碟片啟閉狀態(tài)，11-2、第2碟片啟閉狀態(tài)，a、碟片完全開啟狀態(tài)，b、碟片完全關(guān)閉狀態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1、2、3示出了一種內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖中，內(nèi)燃機(jī)快速響應(yīng)可變進(jìn)氣系統(tǒng)包括碟片1、從動(dòng)軸2和扇形齒板6，設(shè)置在進(jìn)氣門4前的進(jìn)氣道5上，從動(dòng)軸2