ВОЗДУХОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
AIR INTAKE DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Это изобретение относится к устройству впуска для двигателя внутреннего сгорания, которое включает в себя клапанный элемент, выполненный с возможностью открывать и закрывать впускной канал.
Уровень техники
Устройство, описанное в публикации заявки на патент Японии № 2013-256879 и т.п., известно как традиционное устройство впуска для двигателя внутреннего сгорания. Это устройство впуска выполнено с возможностью управлять площадью открытия впускного канала впускного коллектора и, тем самым, формировать вертикальный вихревой поток в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания. Устройство впуска включает в себя держатель на выпускном участке впускного коллектора; и клапанный элемент, поворотным образом поддерживаемый посредством этого держателя. Приподнятый уплотнительный участок предусматривается на поверхности внешней стороны клапанного элемента рядом с участком кромки на стороне выше по потоку. Нижняя пластина предусматривается на нижней поверхности держателя. Нижняя пластина составляет приемное пространство для клапанного элемента. Уплотнительный участок клапанного элемента выполнен с возможностью позиционироваться рядом с торцевой кромкой нижней пластины в состоянии закрытия клапана и выполнять уплотнение между клапанным элементом и держателем.
Однако, в традиционном устройстве впуска, зазор, остающийся между уплотнительным участком и торцевой кромкой нижней пластины в состоянии закрытия клапана, становится относительно большим. Впускной поток уменьшается вследствие утечки воздуха, протекающего через этот зазор.
Сущность изобретения
Устройство впуска для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению содержит корпус, составляющий впускной канал; и клапанный элемент, включающий в себя клапанный участок, выполненный с возможностью открывать и закрывать часть впускного канала и, тем самым, усиливать поток всасываемого воздуха.
Устройство впуска содержит принимающий участок, который формируется на нижней стенке канала аэрации корпуса, и который углубляется в дугообразной форме вдоль траектории перемещения клапанного участка, клапанный участок, включающий в себя поверхность внешней стороны, которая находится напротив нижней поверхности принимающего участка, которая имеет дугообразную форму, и которая включает в себя уплотнительный участок, который имеет приподнятую форму, и который проходит вдоль участка кромки на стороне выше по потоку направления впуска.
В этой конфигурации зазор между уплотнительным участком и нижней поверхностью принимающего участка становится небольшим в диапазоне перемещения клапанного участка. Уплотнительный участок уплотняет участок на стороне ниже по потоку принимающего участка в состоянии закрытия клапана.
Посредством настоящего изобретения возможно уменьшать утечку воздуха, протекающего между клапанным элементом и нижней поверхностью принимающего участка в состоянии закрытия клапана, и пресекать уменьшение всасываемого потока.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид спереди, показывающий впускной коллектор, снабженный устройством впуска согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 - вид в разрезе, который показывает впускной коллектор в состоянии, когда впускной коллектор устанавливается на головку цилиндра, и который взят по линии A-A с фиг. 1;
Фиг. 3 - укрупненный вид в разрезе, показывающий клапанный элемент в состоянии закрытия клапана;
Фиг. 4 - укрупненный вид в разрезе, показывающий клапанный элемент в состоянии открытия клапана; и
Фиг. 5 - вид в перспективе, показывающий клапанный элемент.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
В дальнейшем в этом документе поясняется один вариант осуществления согласно настоящему изобретению со ссылкой на чертежи. В этом варианте осуществления устройство впуска (воздухозаборное устройство) 1 согласно настоящему изобретению применяется к рядному четырехцилиндровому двигателю внутреннего сгорания.
Фиг. 1 представляет собой вид спереди, показывающий впускной коллектор 2, снабженный устройством 1 впуска согласно настоящему изобретению, а Фиг. 2 - вид в разрезе впускного коллектора 2. Фиг. 2 показывает положение впускного коллектора 2, когда впускной коллектор 2 устанавливается в транспортном средстве. Однако, положение впускного коллектора 2 не ограничивается положением на чертеже.
Впускной коллектор 2 составляется посредством соединения четырех элементов 2a-2d, выполненных из твердой синтетической пластмассы, посредством вибросварки. Впускной коллектор 2 включает в себя коллектор 6, в который всасываемый воздух привносится через впускное отверстие 5; и четыре ответвляющихся канала 8, каждый из которых является впускным каналом, каждый из которых проходит, чтобы окружать периферию коллектора 6, и каждый из которых распределяет всасываемый воздух в коллекторе 6 в один из цилиндров.
Устройство 1 впуска согласно настоящему изобретению составляет часть впускного коллектора 2. Устройство 1 впуска включает в себя корпус 10; и узел 12 клапанного элемента, поворотным образом поддерживаемый в этом корпусе 10.
Корпус 10 включает в себя основную часть 14 корпуса, которая имеет форму вытянутого ящика, проходящего в продольном направлении двигателя, и которая формируется целиком с первым элементом 2a впускного коллектора 2; и крышку 16 корпуса, которая имеет вытянутую форму, и которая устанавливается в основной части 14 корпуса.
Основная часть 14 корпуса включает в себя четыре канала 20 корпуса, которые пронизывают основную часть 14 корпуса и которые составляют, соответственно, части ответвляющихся каналов 8. Эти четыре канала 20 корпуса располагаются выровненными в продольном направлении основной части 14 корпуса. Каждый из каналов 20 корпуса имеет практически прямоугольное сечение. Каждый из каналов 20 корпуса имеет нижнюю стенку 20a (стенку на нижней стороне каждого канала 20 корпуса в состоянии, когда двигатель внутреннего сгорания устанавливается на транспортное средство), включающую в себя углубленный участок 22, углубленный в дугообразной форме; и участок 23 для приема крышки, который дополнительно углубляется из углубленного участка 22, и который принимает часть крышки 16 (см. фиг. 3). Кроме того, основная часть 14 корпуса включает в себя фланец 24, сформированный по окружности основной части 14 корпуса и выполненный с возможностью прикреплять впускной коллектор 2 к головке 4 цилиндра; фланец 28, который формируется на одном торцевом участке в продольном направлении и на который устанавливается актуатор 26; и фланец 32, который формируется на другом торцевом участке в продольном направлении и на который устанавливается датчик 30 степени открытия.
Крышка 16 корпуса выполняется из твердой синтетической пластмассы. Как показано на фиг. 1, крышка 16 корпуса включает в себя четыре открывающихся участка 36, каждый из которых имеет практически прямоугольную форму, и который соответствует, соответственно, открывающимся концам впускного отверстия 34 и каналов 20 корпуса, и которые открываются, чтобы быть совмещенными в продольном направлении. Крышка 16 корпуса включает в себя канавки 37 для уплотнительных прокладок, каждая из которых формируется на одной поверхности (поверхности на стороне ниже по потоку) крышки 16 корпуса в участке, проходящем между соседними открывающимися участками 36, и каждая из которых проходит параллельно с участком короткой стороны одного из открывающихся участков 36.
Кроме того, как показано на фиг. 3, крышка 16 корпуса включает в себя выступающие участки 38, каждый из которых формируется на другой торцевой поверхности (поверхности стороны выше по потоку) крышки 16 корпуса, и каждый из которых выступает в форме язычка из нижнего торцевого участка одного из открывающихся участков 36. Каждый из выступающих участков 38 включает в себя поверхность 38a внутренней стенки, составляющую часть одного из каналов 20 корпуса. Эта поверхность 38a внутренней стенки изгибается в дугообразной форме. Кроме того, поверхность на стороне выше по потоку крышки 16 корпуса включает в себя множество опорных участков (не показаны), которые формируются, чтобы выступать в участках, каждый из которых проходит между открывающимися участками 36, и оба торцевых участка в продольном направлении.
В состоянии, когда крышка 16 корпуса устанавливается в основной части 14 корпуса, выступающие участки 38 принимаются, соответственно, в участках 23 для приема крышки. Кроме того, каждая из поверхностей 38a внутренней стенки выступающих участков 38 и одна из нижних поверхностей углубленных участков 22 являются непрерывными друг с другом, так что формируются принимающие участки 40 для клапанного участка. Каждый из принимающих участков 40 для клапанного участка принимает один из клапанных участков 44. Каждый из принимающих участков 40 для клапанного участка имеет углубленную форму. Нижняя поверхность 40a каждого из принимающих участков 40 для клапанного участка имеет дугообразную форму, сформированную вокруг центра вращения узла 12 клапанного элемента.
Узел 12 клапанного элемента составляется посредством соединения пары клапанных элементов 42, имеющих идентичную конструкцию. Как показано на фиг. 5, каждый из клапанных элементов 42 отливается целиком из твердой синтетической пластмассы. Каждый из клапанных элементов 42 включает в себя два клапанных участка 44, каждый из которых имеет практически прямоугольную форму; участки 46 боковых стенок, каждый из которых имеет секторную форму и которые предусматриваются на обеих сторонах каждого клапанного элемента 42; средний вал 48 вращения, который имеет цилиндрическую форму и который соединяет два участка 46 боковых стенок, расположенных на внутренних сторонах клапанных элементов 42; и валы 50 вращения торцевого участка, которые предусматриваются для участков 46 боковых стенок, расположенных на внешних сторонах клапанных элементов 42.
Каждый из клапанных участков 44 смещается от центров валов 48 и 50 вращения в направлении радиально наружу. Каждый из клапанных участков 44 имеет форму толстой пластины. Как показано на фиг. 3 и 4, каждый из клапанных участков 44 включает в себя поверхность 52 внешней стороны, имеющую дугообразную форму, сформированную вокруг валов 48 и 50 вращения, которые служат в качестве центра. С другой стороны, поверхность 54 внутренней стороны имеет плоскую поверхность вдоль хорды дуги. Кроме того, каждый из клапанных участков 44 включает в себя участок 56 окна аэрации, который имеет практически прямоугольную форму и который формируется посредством выреза в центральном участке одного из участков продольных кромок.
Пара клапанных элементов 42, составленных, как описано выше, соединяются друг с другом, чтобы составлять узел 12 клапанного элемента. Кроме того, актуатор 26 присоединяется к одному торцу узла 12 клапанного элемента. Датчик 30 степени открытия присоединяется к другому торцу узла 12 клапанного элемента.
Узел 12 клапанного элемента вставляется в корпус 14 так, что клапанные участки 44 позиционируются, соответственно, в каналах 20 корпуса. Крышка 16 корпуса и уплотнительная прокладка 58 устанавливаются, чтобы закрывать узел 12 клапанного элемента. С ними составляется устройство 1 впуска. В этом состоянии поверхности 47 внешних стенок участка 46 боковой стенки находятся напротив, соответственно, поверхностей 20a боковых стенок каналов 20 корпуса. Кроме того, поверхности 52 внешних сторон клапанных участков 44 находятся напротив нижних поверхностей 40a принимающих участков 40 для клапанного участка. Т.е., каждая из нижних поверхностей 40a принимающих участков 40 для клапанного участка формируется, чтобы иметь дугообразную форму вдоль траектории перемещения одной из поверхностей 52 внешней стороны. Каждая из нижних поверхностей 40a принимающих участков 40 для клапанного участка и одна из поверхностей 52 внешней стороны позиционируются, чтобы быть концентрическими друг с другом. Кроме того, средние валы 48 вращения и валы 50 вращения торцевого участка поддерживаются с возможностью вращения посредством опорных участков (не показаны), сформированных посредством основной части 14 корпуса и крышки 16 корпуса.
В сконструированном таким образом устройстве 1 впуска, как показано на фиг. 3, когда узел 12 клапана приводится в действие и вращается посредством актуатора 26 в направлении против часовой стрелки на чертеже, клапанные участки 44 поворачиваются вдоль нижних поверхностей 40a принимающих участков 40 для клапанного участка, так что все каналы 20 корпуса одновременно закрываются. В этой позиции закрытия клапана всасываемый воздух, привносимый во впускной коллектор 2, протекает из каналов 20 корпуса через участки 56 окна аэрации во впускные отверстия 34. При этом вертикальный вихревой поток (впускной поток) усиливается.
С другой стороны, как показано на фиг. 4, когда узел 12 клапанного элемента приводится в действие и вращается посредством актуатора 26 в направлении по часовой стрелке на чертеже, клапанные участки 44 поворачиваются вдоль нижних поверхностей 40a принимающих участков 40 для клапанного участка, так что все каналы 20 корпуса одновременно открываются. В этой позиции открытия клапана каждая из поверхностей 54 внутренней стороны клапанных участков 44 и одна из нижних стенок 20a каналов 20 корпуса формируют непрерывную поверхность, чтобы составлять часть канала 20 корпуса. Впускной воздух, привносимый во впускной коллектор 2, протекает через все поверхности открывающихся участков 36. При этом, вертикальный вихревой поток ослабевает. Т.е., в позиции открытия клапана на фиг. 4, полные клапанные участки 44 принимаются в принимающие участки 40 для клапанного участка, которые являются углубленными в дугообразной форме.
Далее, конфигурация уплотнения клапанных элементов 42, которое является главной частью настоящего изобретения, объясняется подробно со ссылкой на фиг. 3-5.
Каждая из поверхностей 52 внешней стороны клапанных участков 44 имеет практически прямоугольную форму, состоящую из пары участков 54a и 54b длинных кромок, проходящих вдоль длинных сторон, и пары участков 54c и 54d коротких кромок, проходящих вдоль коротких сторон. Кроме того, поверхность 52 внешней стороны включает в себя первый участок 60 уплотнения, выступающий вдоль участка 54a длинной кромки (участка кромки на стороне выше по потоку в направлении впуска) и имеющий приподнятую форму. Этот первый участок 60 уплотнения непрерывно проходит практически линейным образом между парой участков 54c и 54d коротких кромок поверхности 52 внешней стороны. Другой участок 54b длинной кромки (участок кромки на стороне ниже по потоку в направлении впуска) включает в себя вторые участки 62 уплотнения, каждый из которых выступает, чтобы проходить от одного из участков 54c и 54d короткой кромки до участка 56 окна аэрации, и имеет приподнятую форму. Величина выступания каждого из первого участка 60 уплотнения и вторых участков 62 уплотнения из поверхностей 52 внешней стороны задается, чтобы формировать незначительный зазор между торцевым концом каждого из участков 60 и 62 уплотнения и одной из нижних поверхностей 40a принимающих участков 40 для клапанного участка. В этом случае, необязательно, чтобы каждый из первых участков 60 уплотнения предусматривался в участке кромки на стороне выше по потоку направления впуска на внешней круговой поверхности 52 одного из клапанных участков 44. Каждый из первых участков 60 уплотнения может быть предусмотрен в позиции, которая находится слегка отдельно от участка кромки на стороне ниже по потоку направления впуска. Аналогично, необязательно, чтобы каждый из вторых участков 62 уплотнения предусматривался в участке кромки на стороне ниже по потоку направления впуска на внешней круговой поверхности 52 одного из клапанных участков 44. Каждый из вторых участков 62 уплотнения может быть предусмотрен в позиции слегка отдельно от участка кромки на стороне выше по потоку направления впуска.
Кроме того, каждый из участков 46 боковых стенок обоих торцов клапанных участков 44 имеет секторную форму, проходящую от валов 48 и 50 вращения по направлению к клапанным участкам 44. Первый боковой участок 64 уплотнения предусматривается на внешней поверхности 47 стенки каждого из участков 46 боковых стенок. Каждый из первых боковых участков 64 уплотнения имеет приподнятую форму. Каждый из первых боковых участков 64 уплотнения является непрерывным с одним из первых участков 60 уплотнения вдоль одного участка 47a кромки (участка кромки на стороне выше по потоку в направлении впуска) каждой внешней поверхности 47 стенки. Кроме того, второй боковой участок 66 уплотнения предусматривается на внешней поверхности 47 стенки каждого из участков 46 боковых стенок. Каждый из вторых боковых участков 66 уплотнения имеет приподнятую форму. Каждый из вторых боковых участков 66 уплотнения является непрерывным с одним из вторых участков 62 уплотнения вдоль другого участка 47b кромки (участка кромки на стороне ниже по потоку в направлении впуска) каждой поверхности 47 внешней стенки. Величина выступания каждого из первых боковых участков 64 уплотнения и вторых боковых участков 66 уплотнения из одной из поверхностей 47 внешней стенки задается, чтобы формировать незначительный зазор между торцевым концом каждого из участков 64 и 66 уплотнения и одной из поверхностей 20a боковой стенки каналов 20 корпуса. В этом случае, необязательно, чтобы каждый из первых боковых участков 64 уплотнения предусматривался в участке кромки на стороне выше по потоку направления впуска на одном из участков 46 боковой стенки обоих торцов клапанного элемента 44. Каждый из первых боковых участков 64 уплотнения может быть предусмотрен в позиции, которая находится слегка отдельно от участка кромки на стороне ниже по потоку направления впуска. Аналогично, необязательно, чтобы каждый из вторых боковых участков 66 уплотнения предусматривался в участке кромки на стороне ниже по потоку направления впуска на одной из участков 46 боковой стенки обоих торцов клапанного элемента 44. Каждый из вторых боковых участков 66 уплотнения может быть предусмотрен в позиции слегка отдельно от участка кромки на стороне выше по потоку направления впуска.
Каждый из участков 60 и 62 уплотнения и боковых участков 64 и 66 уплотнения выступает, чтобы иметь практически прямоугольное сечение. Каждый из участков 60 и 62 уплотнения и боковых участков 64 и 66 уплотнения целиком отливается с клапанным элементом 42 из твердой синтетической пластмассы.
В состоянии, когда узел 12 клапанного элемента располагается в корпусе 10, как показано на фиг. 4, первый участок 60 уплотнения и второй участок 62 уплотнения находятся напротив нижней поверхности 40a принимающего участка 40 для клапанного элемента через незначительный зазор. Боковые участки 64 и 66 уплотнения находятся напротив поверхности 20a боковой стенки канала 20 корпуса через незначительный зазор.
В позиции закрытия клапана, показанной на фиг. 3, второй участок 62 уплотнения располагается рядом с верхней поверхностью канала 20 корпуса. С другой стороны, первый участок 60 уплотнения располагается в участке на стороне ниже по потоку принимающего участка 40 для клапанного участка, чтобы перекрываться с нижней поверхностью 40a принимающего участка 40 для клапанного участка. При этом первый участок 60 уплотнения уплотняет (закрывает) этот участок на стороне ниже по потоку. Кроме того, первый боковой участок 64 уплотнения является непрерывным с первым участком 60 уплотнения, так, чтобы выполнять уплотнение между первым боковым участком 64 уплотнения и боковой поверхностью 20a стенки канала 20 корпуса.
При этом, возможно уменьшать утечку всасываемого воздуха, протекающего между первым участком 60 уплотнения и нижней поверхностью 40a принимающего участка 40 для клапанного участка, и уменьшать утечку всасываемого воздуха, протекающего между первым боковым участком 64 уплотнения и поверхностью 20a боковой стенки канала 20 корпуса. Соответственно, возможно пресекать уменьшение всасываемого потока (вертикального вихревого потока в этом варианте осуществления) в камере сгорания вследствие утечки.
С другой стороны, когда клапанный элемент 44 приводится в действие и вращается из позиции закрытия клапана на фиг. 3, участки 60 и 62 уплотнения перемещаются вдоль нижней поверхности 40a принимающего участка 40 для клапанного участка, чтобы поддерживать незначительный зазор и располагаются в позиции открытия клапана на фиг. 4. В этой позиции открытия клапана клапанный участок 44 принимается в принимающий участок 40 для клапанного участка. Первый участок 60 уплотнения уплотняет участок на стороне выше по потоку для принимающего участка 40 для клапанного участка. Второй участок 62 уплотнения уплотняет участок на стороне ниже по потоку для принимающего участка 40 для клапанного участка. Кроме того, боковые участки 64 и 66 уплотнения уплотняют, соответственно, участки между боковыми участками 64 и 66 уплотнения и поверхностью 20a боковой стенки канала 20 корпуса.
При этом, отработанный газ, EGR-газ, и т.п. посредством обратной тяги (обратной вспышки) не поступает в узкое пространство (зазор) между поверхностью 52 внешней стороны клапанного участка 44 и нижней поверхностью 40a принимающего участка 40 для клапанного участка. Соответственно, возможно пресекать отложение в узком пространстве и предотвращать фиксацию клапанного участка 44 вследствие отложения. Кроме того, относительно большой зазор обеспечивается между нижней поверхностью 40a принимающего участка 40 для клапанного участка и поверхностью 52 внешней стороны клапанного участка 44, для которого участки 60 и 62 уплотнения не предусматриваются, относительно участков 60 и 62 уплотнения. Соответственно, фиксация клапанного участка 44 вследствие замерзания влаги едва ли должна создаваться.
Выше в данном документе объясняется один вариант осуществления настоящего изобретения. Однако, настоящее изобретение не ограничено вышеописанным вариантом осуществления. Различные вариации применимы к настоящему изобретению.
В варианте осуществления основная часть 14 корпуса целиком отливается с первым элементом 2a впускного коллектора 2. Однако, основная часть 14 корпуса может быть целиком отлита со всем впускным коллектором 2. Альтернативно, основная часть 14 корпуса может быть независимым корпусом.
Кроме того, в варианте осуществления, принимающий участок 40 для клапанного участка отливается из двух отдельных элементов для углубленного участка 22, сформированного в основной части 14 корпуса, и выступающего участка 38, выступающего на крышке 16 корпуса, для отливки. Однако, способ формирования принимающего участка 40 для клапанного участка является произвольным. Кроме того, в этом варианте осуществления, пара клапанных элементов 42 соединяются друг с другом. Однако, две пары клапанных элементов и т.п. могут быть соединены друг с другом, вместо одной пары. Кроме того, клапанные элементы 42 могут не быть соединены друг с другом и быть независимо сформированы. Кроме того, в этом варианте осуществления, клапанный элемент 42 усиливает вертикальный вихревой поток. Однако клапанный элемент может быть использован для усиления горизонтального вихревого потока.