CN101363359B - 多缸内燃机的进气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多缸内燃机的进气装置。进气装置(40)包括：具有上气室腔(50)、下气室腔(52)以及连通部分(56)的稳压气室(44)；与上气室腔(50)连通的第一进气管(46)；与下气室腔(52)连通的第二进气管(48)；以及布置在下气室腔(52)内的阀(58)，所述阀(58)在关闭位置和打开位置之间移位，在所述关闭位置中，下气室腔(52)的内部空间被分隔为与第二进气管(48)连通的主空间(60)和面向连通部分(56)的副空间，在所述打开位置中，所述主空间(60)和所述副空间(62)彼此成为一体。

Description

多缸内燃机的进气装置
技术领域
本发明涉及一种多缸内燃机的进气装置。
背景技术
日本专利特开JP-A-2005-325696公开了一种V型发动机的进气装置。该进气装置包括具有被分隔为上部和下部的内部空间的稳压气室(surgetank)。稳压气室布置在发动机的上方。稳压气室的内部空间的上部起用于发动机的第一气缸组(气缸列，bank)的稳压气室的作用。稳压气室的内部空间的下部起用于发动机的第二气缸组的稳压气室的作用。稳压气室的上部和下部之间的隔板包括开闭阀。当开闭阀关闭时，稳压气室的上部与其下部被切断。当开闭阀打开时，稳压气室的上部与其下部连通。
一般而言，较小的稳压气室容积提高低至中速区域中的转矩和响应，而减小高速区域中的转矩。另一方面，较大的稳压气室容积提高高速区域中的转矩，而减小低至中速区域中的转矩。
在现有技术的进气装置中，在低至中速区域中开闭阀关闭，稳压气室的上部和下部分别起着用于对应的气缸组的较小稳压气室的作用。在高速区域中，开闭阀打开，稳压气室的上部和下部一体地起着较大稳压气室的作用。这在整个速度区域中提高了发动机转矩。
包括上述文献，申请人还了解到作为本发明的相关技术的以下文献。
[专利文献1]日本专利特开JP-A-2005-325696
[专利文献2]日本专利特开JP-A-2007-16755
[专利文献3]日本专利特开JP-A-2003-307159
然而，现有技术的进气装置具有以下问题。具体地，当开闭阀打开时，开闭阀的叶片进入到上下气室空间内从而阻止了空气流动，导致吸入阻力增大。
此外，在现有技术的进气装置中，为了在开闭阀打开时确保充分大的开口区域，需要使得开闭阀尽可能大。然而，较大的开闭阀有助于使开闭阀打开时的流路横截面积窄，这需要使得稳压气室较高。这样的进气装置需要稳压气室布置在发动机和发动机罩之间的空间中，这对稳压气室的高度有严格的限制。因此，如果稳压气室较高，使得不可能将稳压气室布置在各气缸具有相同的进气管长度的最佳位置。这产生了不同的气缸之间进气管长度存在变化的问题。
发明内容
为了解决上述问题而做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种多缸内燃机的进气装置，该系统能够展现通过打开和关闭阀实现稳压气室容积可变的效果，当阀打开时确保较小的吸入阻力，并且在各气缸具有相等的进气管长度的情况下有利地工作。
通过用于具有两个气缸组的多缸内燃机的进气装置实现了上述目的。所述进气装置包括气室，所述气室具有上气室腔、布置在所述上气室腔下方的下气室腔以及在所述上气室腔的内部空间和所述下气室腔的内部空间之间提供连通的连通部分。所述进气装置还包括与所述上气室腔连通的多个第一进气管。所述第一进气管为第一气缸组供给空气。所述进气装置还包括与所述下气室腔连通的多个第二进气管。所述第二进气管为第二气缸组供给空气。所述进气装置还包括布置在所述上气室腔或所述下气室腔内的阀。所述阀在关闭位置和打开位置之间移位。在所述关闭位置中，安装有所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间被分隔为与所述第一进气管或所述第二进气管连通的主空间和面向所述连通部分的副空间。在所述打开位置中，所述主空间和所述副空间彼此成为一体。当所述阀在所述打开位置时，所述上气室腔的内部空间和所述下气室腔的内部空间通过所述连通部分彼此成为一体从而整体上起单个稳压气室的作用。当所述阀在所述关闭位置时，使没有安装所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间通过所述连通部分而与所述副空间成为一体的空间，和所述主空间每个都起独立的稳压气室的作用。
通过结合附图阅读以下的详细说明，本发明的其它目的和进一步的特征将会变得显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一实施例的进气装置的俯视图；
图2是示出了图1所示的进气装置的截面图，并且是示出从车辆前方观察的V型6缸发动机的一部分的视图；
图3是示出了图1所示的进气装置的截面图；
图4是示出了图1所示的进气装置的截面图；
图5是示出了图1所示的进气装置的截面图；
图6A和6B是示出了纵向地安装在车辆中的V型发动机的进气装置的安装空间的视图；
图7是示出了根据对比示例的进气装置的截面图；
图8是示出了根据对比示例的进气装置的截面图；
图9是示出了根据对比示例的进气装置的截面图；
图10是示出了根据对比示例的进气装置的截面图；
图11是示出了根据对比示例的进气装置的俯视图。
具体实施方式
根据本发明的实施例的进气装置用于V型6缸发动机。该进气装置尤其适用于相对于车辆纵向安装的发动机(安装成使得在俯视图中曲轴中心平行于车辆纵向方向延伸)。
图6A和6B是示出了纵向地安装在车辆中的V型发动机的进气装置的安装空间的视图。图6A是从车辆的前方观察的视图。图6B是从车辆的侧面观察的视图。参照图6A和6B，V型发动机的进气装置需要布置在发动机主体10和发动机罩12之间的间隙中。因此，对V型发动机的进气装置中的稳压气室的高度存在严格的限制。参照6B，由于发动机罩12朝向前方向下倾斜，在车辆前侧对高度的限制变得更加严格。
在说明根据本发明的实施例的进气装置之前，为了更容易地理解本发明的效果，首先将说明对比示例的进气装置。
[对比示例]
图7和图8是示出了根据对比示例的进气装置14的截面图。参照图7和图8，进气装置14具有稳压气室16。稳压气室16具有被分隔为上部空间18和下部空间20的内部空间。隔板22和阀24布置在上部空间18和下部空间20之间的边界处。多个第一进气管26和多个第二进气管28从稳压气室16突出。第一进气管26为V型发动机的第一气缸组供给空气，而第二进气管28为V型发动机的第二气缸组供给空气。
参照图7，当阀24打开时，上部空间18和下部空间20彼此连通，它们都起一体的稳压气室的作用。另一方面，当阀24关闭时，上部空间18与下部空间20切断，从而它们分别起着独立的稳压气室的作用。
一般而言，较小的稳压气室容积提高低至中速区域中的转矩和响应，而减小高速区域中的转矩。另一方面，较大的稳压气室容积提高高速区域中的转矩，而减小低至中速区域中的转矩。
在进气装置14中，通过在低至中速区域中关闭阀24以及在高速区域中打开阀24，能够在整个速度范围内提高发动机转矩。然而，如上所述的对比示例的进气装置14存在以下几个问题。
(问题1)
图7中所示的箭头曲线表示当阀24打开时的气流。如图7所示，在进气装置14中，打开阀24使得阀24的叶片进入到上部空间18和下部空间20内，对流入进气管26、28产生了较大的阻力(以下称为“吸入阻力”)。这使得进气效率降低。
(问题2)
如图9所示，当阀24打开时，阀24的叶片存在于上部空间18和下部空间20之间的连通部分处，使得实质的开口横截面积较小。因此上部空间18和下部空间20没有充分地成为一体，从而抵消了在高速区域中增加稳压气室容积的效果。
为了增大实质的开口横截面积，阀24的叶片需要打开至接近90°的角度。这导致在阀24的叶片与稳压气室16的底面之间以及阀24的叶片与稳压气室16的顶面之间的间隙更小。继而，这导致了更窄的流路横截面积，因此进一步增加了吸入阻力。可以使得稳压气室16具有较高的高度从而使得间隙更大。然而，如图6A和6B所示，由于安装空间的限制，很难使得稳压气室16更高。
(问题3)
如上所述，在根据对比示例的进气装置14中，在上部空间18和下部空间20之间的实质的开口横截面积趋于变小。这需要使得阀24具有尽可能大的直径。然而，阀24的较大的直径带来了以下的问题。图11是示出了根据对比示例的进气装置14的俯视图。图11中，向下的方向朝向车辆的前方。参照图11，三个第二进气管28分别为V型六缸发动机的第二气缸组的对应气缸(气缸#1，气缸#3，气缸#5)供给空气。用于气缸#1、气缸#3以及气缸#5的第二进气管28具有实质上相同的长度；具体地，用于气缸#1的第二进气管28的长度L1、用于气缸#3的第二进气管28的长度L3以及用于气缸#5的第二进气管28的长度L5彼此实质上相同。
如前所述，用于进气装置的安装空间具有朝向车辆的前部变低的高度。如果阀24适配成具有较大直径，则阀24变得较高。因此，阀24不能被容纳在车辆的前方。这使得不可避免将阀24向车辆的后方移动，并且因此将阀24布置在相对于旋转轴30倾斜的位置。结果稳压气室16具有难看的形状。因此，在图11所示的例子中，在用于气缸#1的第二进气管28的根部(图11中由参考符号α表示的部分)稳压气室16的形状像一个粗管。因而，气缸#1的实质进气管长度为(L1+Lα)，其包括在用于气缸#1的第二进气管28的根部处的长度Lα。结果是，在用于不同气缸的进气管之间进气管长度是不均匀的。不均匀的进气管长度引起了诸如最大转矩减小和进气噪音不清楚之类的问题。
[第一实施例]
与对比示例的进气装置14不同，根据本发明的第一实施例的进气装置能够解决上述问题，图1是示出了根据本发明的第一实施例的进气装置40的俯视图。
参照图1，根据本发明的第一实施例的进气装置40用于V型6缸发动机，其包括集气器(进气集流管)42和布置为从集气器42延续的稳压气室44。三个第一进气管46和三个第二进气管48分别从稳压气室44延伸。在俯视图中稳压气室44实质上为矩形，其在与V型6缸发动机100的曲轴中心101实质上平行的纵向方向上延伸。
图2是示出了图1所示的进气装置40的截面图，并且是从车辆前方观察的V型6缸发动机100的一部分的视图。参照图2，三个第一进气管46经由延伸管102连接至V型6缸发动机100的第一组(气缸组)104。三个第二进气管48经由延伸管106连接至V型6缸发动机100的第二组(气缸组)108。具体地，三个第一进气管46为第一气缸组104的各个气缸(气缸#2，气缸#4，及气缸#6)供给空气，并且三个第二进气管48为第二气缸组108的各个气缸(气缸#1，气缸#3，及气缸#5)供给空气。
图3是示出了图1所示的进气装置40的截面图。参照图3，稳压气室44具有上气室腔50和下气室腔52。上气室腔50布置在稳压气室44的上方，而下气室腔52布置在上气室腔50的下方。第一进气管46与上气室腔50连通并且第二进气管48与下气室腔52连通。上气室腔50通过在与第一进气管46和第二进气管48邻接的一侧上的部分的隔板54与下气室腔52分隔开。上气室腔50和下气室腔52通过在与第一进气管46和第二进气管48相对的一侧上的部分的连通部分(开口)56彼此连通。
下气室腔52安装有阀58。根据本发明的第一实施例的阀58是具有绕转动轴59转动的叶片的蝶形阀。阀58具有在垂直于图3的纸面平面的方向上延伸的细长形状。参照图1，在俯视图中，转动轴59实质上平行于V型6缸发动机100的曲轴中心101延伸。此外，阀58形成为在纵向方向实质上在稳压气室44的整个长度上延伸。
图3示出了阀58在关闭位置的状态。在该状态中，下气室腔52具有主空间60和副空间62之间被分隔开的内部空间。主空间60与第二进气管48连通，但不面向连通部分56。副空间62不与第二进气管48连通，但面向连通部分56。
图2示出了阀58在打开位置的状态。根据本发明的第一实施例，当V型6缸发动机100处于高速区域时阀58打开。当阀58在打开位置时，主空间60和副空间62彼此连通，变为一体的空间。具体地，下气室腔52具有单个、一体的内部空间。此外，下气室腔52和上气室腔50经由连通部分56彼此连通。因此，当阀58打开时，上气室腔50的内部空间和下气室腔52的内部空间通过连通部分56彼此成为一体。整个这些内部空间(图2中的阴影部分)起单个稳压气室的作用。这样使得实质的气室容积充分的大，因而充分地提高了高速区域中的发动机转矩。
另一方面，当V型6缸发动机100处于低至中速区域中时，根据本发明的第一实施例，阀58关闭。图4是用于示出当阀58关闭时的气室容积的视图。当阀58关闭时，如前所述，下气室腔52的内部空间被分成彼此分隔开的主空间60和副空间62。同时，副空间62通过连通部分56与上气室腔50的内部空间连通。因此，通过连通部分56使上气室腔50与下气室腔52的副空间62成为一体的空间(图4中向左下倾斜的阴影部分)和下气室腔52的主空间60(图4中向右下倾斜的阴影部分)每个起独立的稳压气室的作用。具体地，通过连通部分56使上气室腔50的内部空间与副空间62成为一体的空间起用于连接至第一进气管46的气缸的稳压气室的作用，而主空间60起用于连接至第二进气管48的气缸的稳压气室的作用。这使得在低至中速区域中实质的气室容积充分地小，从而可以充分地提高发动机转矩并且可以提高响应。
优选地，通过连通部分56使上气室腔50的内部空间与副空间62成为一体的空间(图4中向左下倾斜的阴影部分)具有与主空间60(图4中向右下倾斜的阴影部分)的容积实质上相同的容积。这使得当阀58关闭时连接至第一进气管46的气缸与连接至第二进气管48的气缸之间的进气特性均匀。
图5是示出了当阀58打开时稳压气室44中的气流的视图。当阀58打开时，阀58的叶片处在与第二进气管48的气流和隔板54实质上平行延伸的位置。因此，在根据本发明的第一实施例的进气装置40中，可以主动地防止阀58起阻碍空气流入第二进气管48的阻碍物的作用。因此可以充分地降低吸入阻力并且可以获得良好的进气效率。
参照图5，在根据本发明的第一实施例的进气装置40中，阀58不是布置在连通部分56处。因此连通部分56的宽度W可以直接地反映在上气室腔50和下气室腔52之间的开口横截面积中。结果，上气室腔50和下气室腔52之间的有效开口横截面积可以充分地宽，这样，当阀58打开时，为了进一步改善高速区域中的性能，上气室腔50和下气室腔52可以充分地彼此成为一体。
在根据本发明的第一实施例的进气装置40中，连通部分56的宽度W不取决于阀58的直径。这样消除了为了顾及连通部分56的宽度W使得阀58的直径较大的需求。因此阀58可以具有相对小的直径，这使得阀58可以布置在在高度方向上安装空间较小的朝向车辆前方的位置处。这消除了如图11所示对比示例的进气装置14中那样的诸如向车辆的后方移动阀24或稳压气室16的形状难看之类的布置的需求。因此，再次参照图1，阀58和稳压气室44可以适当地布置为在俯视图中实质上平行于发动机100的曲轴中心101延伸。因此，各个气缸可以主动地适于具有实质相等的进气管长度。可以主动地防止从不均匀的进气管长度突出的不良影响。
本发明的第一实施例在前文中已经说明为具有布置在下气室腔52中的阀58的布置。可替换地，作为本发明应用的另一实施例，阀58可以布置在上气室腔50中。
已经针对应用到V型6缸发动机上的情况详细说明了本发明的第一优选实施例。然而，可应用本发明的发动机的气缸数量不限于六个。此外，气缸的布置不限于V型；本发明也可以应用到例如卧式对置发动机上。
以上所述的本发明的方面及其主要优点概括如下：
本发明的第一方面涉及一种具有两个气缸组的多缸内燃机的进气装置。该进气装置包括：气室，所述气室具有上气室腔、布置在所述上气室腔下方的下气室腔以及在所述上气室腔的内部空间和所述下气室腔的内部空间之间提供连通的连通部分；与所述上气室腔连通的多个第一进气管，所述第一进气管为第一气缸组供给空气；与所述下气室腔连通的多个第二进气管，所述第二进气管为第二气缸组供给空气；以及布置在所述上气室腔或所述下气室腔内的阀，所述阀在关闭位置和打开位置之间移位，在所述关闭位置中安装有所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间被分隔为与所述第一进气管或所述第二进气管连通的主空间和面向所述连通部分的副空间，在所述打开位置中所述主空间和所述副空间彼此成为一体；其中当所述阀在所述打开位置时，所述上气室腔的内部空间和所述下气室腔的内部空间通过所述连通部分彼此成为一体从而整体上起单个稳压气室的作用，以及其中当所述阀在所述关闭位置时，使没有安装所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间通过所述连通部分而与所述副空间成为一体的空间，和所述主空间每个都起独立的稳压气室的作用。
本发明的第二方面涉及根据第一方面的进气装置。在该装置中，使没有安装所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间通过所述连通部分而与所述副空间成为一体的所述空间具有与所述主空间的容积实质上相同的容积。
本发明的第三方面涉及根据第一或第二方面的进气装置。在该装置中，所述阀具有当所述阀在所述打开位置时实质上平行于所述气室内的气流延伸的叶片。
本发明的第四方面涉及根据第一或第二方面的进气装置。在该装置中，所述稳压气室包括布置在所述气室内的隔板，所述隔板将所述上气室腔与所述下气室腔部分地分隔开，以及其中所述阀具有当所述阀在所述打开位置时实质上平行于所述隔板延伸的叶片。
本发明的第五方面涉及根据第一或第二方面的进气装置。在该装置中，所述气室沿其纵向方向延伸，所述纵向方向在俯视图中实质上平行于所述内燃机的曲轴中心。
本发明的第六方面涉及根据第一或第二方面的进气装置。在该装置中，所述阀形成为在其纵向方向上实质上在所述气室的整个长度上延伸。
根据本发明的第一方面，稳压气室容积可以通过打开或关闭阀而变化。这改进了整个区域的发动机转矩。尤其值得注意的是，阀不是布置在上气室腔和下气室腔之间的连通部分(开口)中。这种布置在上气室腔和下气室腔之间提供了充分宽的有效开口横截面积。因此，当阀打开时上气室腔和下气室腔能够充分地彼此成为一体，这充分地改进了高速区域中的性能。当阀打开时，可以主动地防止阀起到阻碍空气流入进气管中的障碍物的作用。因此可以充分地降低吸入阻力并且可以获得良好的进气效率。此外，上气室腔和下气室腔之间的连通部分具有不取决于阀的直径的宽度。这样消除了为了顾及连通部分的宽度而使阀的直径较大的需求。因此阀可以具有相对小的直径，这使得阀可以布置在在高度方向上安装空间较小的朝向车辆前方的位置处。这有助于避免诸如朝向车辆的后方移动阀或稳压气室的形状难看之类的布置的必要。因此，阀可以布置在适当的位置并且稳压气室可以具有适当的形状，使得各气缸具有相同的进气管长度。
根据本发明的第二方面，可以使得当阀关闭时在第一进气管一侧的稳压气室体积与第二进气管一侧的稳压气室容积实质相同。这使得在第一进气管一侧的气缸和在第二进气管一侧的气缸具有均匀的进气特性。
根据本发明的第三方面，当阀打开时阀的叶片实质上平行于稳压气室内的气流延伸。因此可以更加主动地防止阀起到阻碍空气流入进气管的障碍物的作用。
根据本发明的第四方面，阀的叶片实质上平行于隔板延伸。因此可以更加主动地防止阀起到阻碍空气流入进气管的障碍物的作用。
根据本发明的第五方面，气室沿其纵向方向延伸，所述纵向方向在俯视图中实质上平行于内燃机的曲轴中心。这使得极其容易地布置成各气缸具有相等的进气管长度。
根据本发明的第六方面，阀形成为在其纵向方向上实质上在气室的整个长度上延伸。因此可以进一步改进通过阀的打开和关闭实现的稳压气室容积可变效果。

Claims (6)

1.一种多缸内燃机的进气装置，所述内燃机具有两个气缸组，所述进气装置包括：
气室，所述气室具有上气室腔、布置在所述上气室腔下方的下气室腔以及在所述上气室腔的内部空间和所述下气室腔的内部空间之间提供连通的连通部分；
与所述上气室腔连通的多个第一进气管，所述第一进气管为第一气缸组供给空气；
与所述下气室腔连通的多个第二进气管，所述第二进气管为第二气缸组供给空气；以及
布置在所述上气室腔或所述下气室腔内的阀，所述阀在关闭位置和打开位置之间移位，在所述关闭位置中安装有所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间被分隔为与所述第一进气管或所述第二进气管连通的主空间和面向所述连通部分的副空间，在所述打开位置中所述主空间和所述副空间彼此成为一体；
其中当所述阀在所述打开位置时，所述上气室腔的内部空间和所述下气室腔的内部空间通过所述连通部分彼此成为一体从而整体上起单个气室的作用，以及
其中当所述阀在所述关闭位置时，使没有安装所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间通过所述连通部分而与所述副空间成为一体的空间，和所述主空间每个都起独立的气室的作用，
其中在所述气室内形成将所述上气室腔与所述下气室腔分隔开的隔板、以及面向所述隔板的下气室内底面或上气室内顶面，并且
所述阀设置在所述隔板和所述内底面或内顶面之间。
2.根据权利要求1所述的进气装置，
其中使没有安装所述阀的所述上气室腔或下气室腔的内部空间通过所述连通部分而与所述副空间成为一体的所述空间具有与所述主空间的容积实质上相同的容积。
3.根据权利要求1或2所述的进气装置，
其中所述阀具有当所述阀在所述打开位置时实质上平行于所述气室内的气流延伸的叶片。
4.根据权利要求1或2所述的进气装置，
其中所述阀具有当所述阀在所述打开位置时实质上平行于所述隔板延伸的叶片。
5.根据权利要求1或2所述的进气装置，
其中所述气室沿其纵向方向延伸，所述纵向方向在俯视图中实质上平行于所述内燃机的曲轴中心。
6.根据权利要求1或2所述的进气装置，
其中所述阀形成为在其纵向方向上实质上在所述气室的整个长度上延伸。
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