CN100549386C - 窄角v型发动机 - Google Patents

Abstract

本发明通过将进气口和排气口都集中在发动机的一侧来控制发动机的高度、提高排气转换效率，特别是使左右的气缸侧体处的气体流动大致相同，实现无偏颇的燃烧。在二个气缸侧体上设有交替排列的多个气缸(2)的V型发动机中，具备：对应各气缸(2)设置的燃烧室、将燃烧室与进气岐管(50)连接的进气口(20)，和将燃烧室与排气岐管(70)连接的排气口(30)。而且，形成二个气缸侧体的进气口(20)全部穿过一个气缸侧体的结构，同时，形成二个气缸侧体的排气口(30)全部穿过另一气缸侧体的结构，并且将二个气缸侧体所成的角度设定在8度以下。

Description

窄角V型发动机

技术领域

本发明涉及V型发动机，特别是气缸侧体角度较小的窄角V型发动机。

背景技术

V型发动机的气缸侧体角度是根据气缸数决定的，四缸V型发动机时设定为90度，六缸V型发动机时设定为120度的情况较多，但是如专利文献1即日本特开平10-121980号公报所示，也提出过将气缸侧体角度设定为30度的发动机。

然而，在上述现有技术的发动机中，由于是从缸盖的上侧供给进气的结构，所以增加了发动机的全高，而且，排气是从发动机的两侧向每个气缸侧体排出的结构，因此排气温度降低，存在催化剂的转换效率降低的问题。

针对此问题点，也考虑过将进气口、排气口都集中到发动机的一侧，但是，在上述发动机中气缸侧体角度为30度较大，所以进气口的流入角度(阀座正前方的进气口的中心线的切线与气缸中心线所成的角度)在左右气缸侧体上产生差异，将产生气缸内的气体流动偏颇燃烧不均匀的问题。也有气缸侧体角度为15度的发动机，然而，仍不能改变气体流动的偏颇，无法进行稳定的燃烧。

发明内容

本发明是鉴于上述技术问题而提出的，目的是通过将进气口和排气口都集中在发动机的一侧，来控制发动机的高度，提高排气转换效率，特别是使左右的气缸侧体的气体流动大致相同，实现没有偏颇的燃烧。

根据本发明，提供一种窄角V型发动机，具备：在相邻的两个气缸侧体上交替排列的多个气缸；收容安装在所述气缸的活塞；对应所述气缸设置的燃烧室；将所述燃烧室与进气岐管连接的进气口；将所述燃烧室与排气岐管连接的排气口；曲轴；和连接所述活塞与所述曲轴的连杆；所述窄角V型发动机形成所述两个气缸侧体的进气口全部穿过一个气缸侧体的结构，同时，形成所述两个气缸侧体的排气口全部穿过另一气缸侧体的结构；其特征在于，至少具备在进气过程中分别向两个气缸侧体喷射燃料的喷射器，对于整个燃烧室，以使从燃烧室至燃料喷射位置的距离相等的方式，改变喷射器在两个气缸侧体上的安装位置。

根据本发明，为了控制发动机的高度，将二个气缸侧体的进气口集中在一个气缸侧体，而且，为了提高催化剂的转换效率将二个气缸侧体的排气口集中在另一气缸侧体(参照图3、图4)，由于将气缸侧体角度设定在8度以下，所以在二个气缸侧体上可以将滚转比变得均匀(参照图9)，能够实现无偏颇的燃烧。

附图说明

图1是本发明的窄角V型发动机的整体结构图。

图2是说明活塞销偏置的图。

图3是说明发动机的进气一侧的结构的图。

图4是说明发动机的排气一侧的结构的图。

图5是同样说明发动机的排气一侧的结构的图。

图6是说明进气阀的气门正时的图。

图7是说明发动机的凸轮结构的图。

图8是同样说明发动机的凸轮结构的图。

图9是表示气缸侧体角度与滚转比的关系的图。

图10是说明曲轴形状的图。

具体实施方式

下面，参照附图来介绍本发明的实施方式。在以下的说明中，为了方便，从正面观察发动机，将左侧作为左气缸侧体，将右侧作为右气缸侧体进行说明。

图1、图2表示本发明的V型四缸发动机的结构。在缸体1的左右气缸侧体上，分别在缸体上面开口的多个气缸2在发动机的纵向排列，形成数个，分别将活塞3可以滑动地收装在各气缸2。活塞3通过活塞销5可以摇动地与连杆4的上端连接，连杆4的下部通过曲柄销与曲轴6连接。活塞3的往复运动通过曲轴6转为旋转运动，通过未图示的变速器、主传动减速齿轮装置和驱动轴传输至驱动轮。

从正面观察发动机时，曲轴6的中心轴不是在左气缸侧体的气缸的中心线和右气缸侧体的气缸中心线的交叉位置Oc、而是在从中心线交叉的位置Oc向发动机上方偏置h的位置O处配置的。如此使曲轴6向上方偏置是为了抑制发动机的高度。

而且，如图2所示，活塞3与连杆4不是在气缸2及活塞3的中心轴上，而是在从气缸2及活塞3的中心轴向气缸2及活塞3的径向(与气缸2及活塞3的中心轴垂直的方向)即发动机中心侧偏置t的位置连结。偏置量t设置为例如缸径的5％左右。使曲轴6向上方偏置使得活塞3滑动时从活塞3向气缸2的内壁作用的力(侧向力)增大，而使活塞销5如此向发动机中心侧偏置则是为了将该侧向力减小。而且，此发动机为了进一步减小侧向力，连杆4的连杆比现有技术中的加大了。

活塞3形成以其冠面与缸体1的上面平行的方式形成，并且靠近缸体1外侧(以下称推力侧(スラスト侧)的活塞裙部与靠近发动机中心的活塞裙部相比、形成在气缸2和活塞3的轴向上较长的形状。

将活塞3的冠面与缸体1的上面平行是为了将从火花塞7的火花塞间隙附近产生的火焰中心火势迅猛地扩展，并且形成热量不易散去的形状，实现急速的燃烧。也就是，通过将活塞3的冠面与缸体1的上面平行，可以加大呈放射状地扩展燃烧的火焰的速度的径向成分，而且，燃烧室变得小型化，同时可以减小活塞冠面的表面积，可以抑制在燃烧室产生的热量从缸盖1或活塞3的冠面散去。而且，由于燃烧室的小型化，也能提高压缩比。

推力侧的活塞裙部加长，是由于使活塞销5的位置偏置而使得轴向力减小，当活塞3滑动时，在活塞销5周围产生力矩，从而活塞3要倾斜旋转，通过将活塞3的推力侧的活塞裙部加长来将其支撑，从而使往复运动时的活塞3的姿态稳定。使曲轴6向上方偏置加大作用在气缸内壁的侧向力，因此也使活塞裙部的面积增大，降低了表面压力。加长了活塞裙部，也起到降低活塞3的敲缸声的效果。

而且，加长的只是推力侧的活塞裙部，由于内侧的活塞裙部不变，所以即使当活塞3下降到达下死点时，活塞3与配重的旋转轨迹也不干涉。

气缸2，从发动机前方呈之字形地交替配置左气缸侧体的气缸和右气缸侧体的气缸，并在左右的气缸侧体上相互交替地进行配置，从而，在同一气缸侧体上不连续配置，并且在从发动机前端的相同的距离上不存在多个气缸。而且，将从正面观察发动机时左气缸侧体的气缸的中心线与右气缸侧体的气缸中心线所成的角度θ(以下称气缸侧体角度)设定在8度以下(优选8度)。设为8度以下是为了使左右的气缸侧体处的滚转比大致均等，实现稳定的燃烧，这一点在后面将详细地进行说明。

在缸体1的上面连接单一的缸盖10。如此在左右的气缸侧体上能够用一个缸盖，是由于气缸侧体角度较小，通过在左右的气缸侧体上共用缸盖，可以较高地保持发动机的刚性。

在与缸盖10的下面的气缸2的上侧开口对应的位置上，分别形成构成燃烧室的一部分的凹陷部11。进气口20和排气口30在凹陷部11上开口，同时火花塞7的点火间隙突出。

在左气缸侧体的燃烧室上设置用以切断进气口20和排气口30的连通的进气阀21L和排气阀31L，同样地，在右气缸侧体的燃烧室上设置进气阀21R和排气阀31R。左气缸侧体的排气阀31L通过左侧凸轮轴40，左气缸侧体的进气阀21L和右气缸侧体的进气阀31R通过中央凸轮轴41，右气缸侧体的进气阀21R通过右凸轮轴42分别地进行开闭驱动。进气口20通过进气岐管50被连接到导入新气的箱型的收集器60，排气口30通过排气岐管70与未图示的排气管连接。

如图3至图5所示，在上述发动机中，以使进气口20全部穿过右气缸侧体、排气口30全部穿过左气缸侧体的方式进行集中，进气口20和排气口30的长度在左气缸侧体和右气缸侧体上各不相同。

关于进气侧，如图3所示，通过使进气岐管60的管长对应进气口20的长度进行改变，来补偿左右气缸侧体的进气口20的长度的不同。也就是，通过将与比左气缸侧体的长度短的右气缸侧体的进气口20连接的进气岐管50延长至收集器60的内部，从而对于整个燃烧室，将从燃烧室经进气口20到达进气岐管的开口的距离变为等长。

或者，也可如图6所示，通过使关闭进气阀的气门正时在左右的气缸侧体上变化，来补偿该左右的气缸侧体的进气口20的长度的不同。此种情况下，如果进气口20对于比右气缸侧体加长的左气缸侧体，使进气阀关闭的气门正时比右气缸侧体慢，则可以在左右的气缸侧体上将体积效率变为相等。

关于排气一侧，如图4、图5所示，通过使排气岐管70的分支部的长度对应排气口30的长度变化，来补偿左右的气缸侧体的排气口30的长度的不同。这里，对于排气口30的长度比右气缸侧体短的左气缸侧体，通过加大排气岐管30的弯曲将分支部加长，从而对于整个燃烧室，将从燃烧室经排气口30至排气岐管70的集合部71的管长设定为等长。

如图3所示，在进气一侧设置喷射燃料的喷射器80R、80L，喷射器80R、80L的安装位置在左右气缸侧体上不同。也就是，在与进气口20的左气缸侧体的燃烧室连通的部分设置用以将燃料喷射至向左气缸侧体的燃烧室供给的空气的燃料喷射器80L，在与进气岐管50的右气缸侧体的燃烧室连通的部分，设置用以将燃料喷射至向右气缸侧体的燃烧室供给的空气的燃料喷射器80R。在左气缸侧体和右气缸侧体上改变喷射器的安装位置，是为了对于左气缸侧体和右气缸侧体的整个燃烧室，将从燃料喷射位置(喷射器80R、80L的喷口位置)至燃烧室的距离变成相等，从而将混合气体的混合状态变为等同，可以避免由于混合气体的混合不均或燃料、空气的分配不均导致输出功率或燃油经济性下降。

通过将进气口20和排气口30分别集中到单侧的气缸侧体上，可以将排气趁热地集中排到排气管，可以保持流到催化剂的排气的温度较高，改善催化剂的转化效率。从而，促进起动后排气催化剂的暖机运转，同时也能提高冷起动时的排气净化效率。而且，由于从燃烧室至排气岐管70的集合部71的长度变成相等，所以能够进一步减少排气效率的下降。

图7、图8表示上述发动机的凸轮机构。三个凸轮轴40、41、42可以旋转地被支撑在缸盖10上，在各凸轮轴的发动机前端一侧的端部分别设置凸轮轴正时齿轮43、44、45。将进气阀21R、21L、排气阀31R、31L通过于三个凸轮轴的外圆周上形成的凸轮面进行驱动。

由于将气缸侧体角度变小在8度以下，缩窄了左右气缸侧体的气缸间距离，可以将缸盖10在左右的气缸侧体上变为一个，而且，可以将驱动左气缸侧体的进气阀21L的凸轮轴和驱动右气缸侧体的排气阀31R的凸轮轴实现共用化。从而，本发明的发动机不拘泥于DOHC型V型发动机，也可将凸轮轴数减少至3根。

对于凸轮驱动机构进行一下说明，凸轮轴正时齿轮43、44、45是同径的齿轮，凸轮轴正时齿轮43与凸轮轴正时齿轮44啮合，凸轮轴正时齿轮44与凸轮轴正时齿轮45啮合。而且，中央凸轮轴41的凸轮轴正时齿轮44与和凸轮轴链轮46进行一体旋转的空转齿轮47啮合。该空转齿轮47也与凸轮轴正时齿轮43、44、45同径。在凸轮轴链轮46和与曲轴6进行一体旋转的曲轴链轮(未图示)之间悬挂设置着链条、曲轴6的旋转通过曲轴链轮和凸轮轴链轮46被传输至凸轮轴正时齿轮43、44、45，如图中箭头所示，将凸轮轴40、41、42进行旋转驱动。并且，凸轮轴链轮46以曲轴链轮的一半的速度进行旋转。

如果仅通过链条取得凸轮轴正时齿轮之间的同步，则由于高速旋转时链条伸长，所以很难进行曲轴旋转中的同步并且是准确的凸轮驱动，而通过并用齿轮和链条的驱动，可以准确地取得凸轮轴正时齿轮间的同步。而且由于可以实现凸轮驱动机构的小型化，从而能够减少零件数。而且，这里，曲轴链轮和凸轮轴链轮46之间虽为链条驱动，但是其间的驱动也可以是齿轮驱动。

图9表示气缸侧体与滚转比的关系。所谓滚转比是平均进气速度与滚转流的速度之比，为了实现无偏颇的燃烧，必须将左右气缸侧体的滚转比变为相等。

在现有技术的V型发动机中，将进气口和排气口都集中到发动机的一侧时，在一个气缸侧体上进气的流入角度(阀座正前方的进气口的中心线的切线与气缸中心线所成的角度)变大，会阻碍气缸内产生的纵向的气体流动，在左右的气缸侧体上滚转比产生差异，发生燃烧偏颇。而且，流入角度变大也会将进气阻力增大。

对此，在本发明的发动机中，由于将气缸侧体角度设定在8度以下，将因从进气阀向气缸2内进行流入产生的纵向的涡流比，即滚转比在左右气缸侧体上变为大致相等，可以实现左右的气缸侧体的燃烧均匀。

因此，根据本发明，在任一气缸侧体上，由于气缸内气体流动使燃料颗粒与空气很好地混合，从而能够实现均匀的燃烧，并且，不局限于V型发动机，可以获得与直列式发动机没有差别的燃烧效率。

即使气缸侧体角度窄，燃烧间隔也只是在左右的气缸侧体上偏移与气缸侧体角度对应的量，但是，如本发明所示，当将气缸侧体角度设定在8度以下时，事实上可以忽略燃烧间隔的不等，可以将曲轴6制成单一平面。也就是如图10(a)、(b)所示，分别将1号和4号气缸用的曲柄销变为同相位，分别将2号和3号气缸的曲轴销变为180°相位，可以使全部曲轴销位于一个平面上。如果能使曲轴6成为单一平面，则曲轴6的制造变得容易，可以降低成本。

本发明的发动机的情况下，可以考虑以使二个燃烧间隔变成大致相等的方式将二缸发动机交替地进行组合，本来，二缸发动机分别在一次振动上取得平衡，所以即使将其组合也不存在振动的问题，可以讲上述发动机在振动方面没有问题。

以上对于本发明的实施方式进行了说明，但是只不过表示出适用本发明的发动机的一例，本发明的技术范围不只限定为上述的实施例。

例如，在上述的实施例中为四缸V型发动机，但本发明也适用于六缸、八缸等其他缸数的V型发动机。另外，气缸数不仅限于偶数，是奇数也无妨。还有，将上述四缸V型发动机并列地二个组合变为八缸的W型发动机也可以。

Claims (4)

1.一种窄角V型发动机，具备：

在相邻的两个气缸侧体上交替排列的多个气缸；

收容安装在所述气缸的活塞；

对应所述气缸设置的燃烧室；

将所述燃烧室与进气岐管连接的进气口；

将所述燃烧室与排气岐管连接的排气口；

曲轴；

和连接所述活塞与所述曲轴的连杆；

所述窄角V型发动机形成所述两个气缸侧体的进气口全部穿过一个气缸侧体的结构，同时，形成所述两个气缸侧体的排气口全部穿过另一气缸侧体的结构；

其特征在于，至少具备在进气过程中分别向两个气缸侧体喷射燃料的喷射器，

对于整个燃烧室，以使从燃烧室至燃料喷射位置的距离相等的方式，改变喷射器在两个气缸侧体上的安装位置。

2.如权利要求1所述的窄角V型发动机，其特征在于，还具备与所述进气岐管连通并且将与所述进气岐管的燃烧室相反一侧的端开口的收集器；

对于整个燃烧室，以使从燃烧室至所述进气岐管的开口的长度相等的方式，使连接到所述两个气缸侧体的进气口中长度较短一方的进气岐管延长到所述收集器的内部，并于所述收集器的内部开口。

3.如权利要求1所述的窄角V型发动机，其特征在于，以使所述两个气缸侧体的吸气效率相等的方式，使关闭所述两个气缸侧体的进气口中长度较长一方的进气阀的正时迟于关闭长度较短一方的进气阀的正时。

4.如权利要求1所述的窄角V型发动机，其特征在于，对于整个燃烧室，以使从燃烧室至排气岐管的集合部的距离相等的方式，使连接到所述两个气缸侧体的排气口中长度较短一方的排气岐管的分支部的长度比连接到长度较长一方的排气岐管的分支部的长度长。

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