CN101652555B - 内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

一种直列四缸内燃发动机，其中位于中央的一对气缸的排气口(8，9)连接至单一汇合排气口(11)并且该汇合排气口(11)经第一排气管(19)连接至催化转化器(18)。另一方面，位于两端的一对气缸的排气口(7，10)经第二排气管(21)连接至催化转化器(18)。第一排气管(19)的从汇合排气口(11)至催化转化器(18)的长度设为短于第二排气管(21)的从排气口(7，10)至催化转化器(18)的长度。

Description

内燃发动机
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机。
背景技术
在直列四缸内燃发动机中，公知一种内燃发动机，其中位于中央的一对气缸具有在气缸盖内部汇合为单一的汇合排气口并且开口于气缸盖的侧壁表面上的排气口，并且其中位于两端的一对气缸具有作为独立排气口开口于气缸盖的侧壁表面上汇合排气口的开口部的两侧的排气口(见特开2003-176722号公报)。
在这种内燃发动机中，所有气缸共用的排气歧管附连至气缸盖的侧壁表面。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在内燃发动机具有如上所述的一个汇合排气口和一对独立排气口的情况下当构造这些排气管的双系统时  连接至汇合排气口的第一排气管和连接至一对独立排气口的第二排气管的最佳布置和结构。
根据本发明，提供一种直列四缸内燃发动机，其中位于中央的一对气缸的排气口在气缸盖内部汇合为单一的汇合排气口并且开口于所述气缸盖的侧壁表面上，位于两端的一对气缸的排气口作为独立排气口开口于所述气缸盖的侧壁表面上所述汇合排气口的开口部的两侧，所述汇合排气口的开口部经第一排气管连接至催化转化器的废气流入部或废气涡轮增压器的废气流入部，所述一对独立排气口的开口部经中途汇合的第二排气管连接至同一个所述废气流入部，并且所述第一排气管的从对应的开口部至所述废气流入部的长度设为短于所述第二 排气管的从对应的开口部至所述废气流入部的长度。
在本发明中，汇合排气口的出口部的废气温度高于独立排气口的出口部的废气温度。温度较高的废气经管长较短--即，温度下降较小--的第一排气管供送至催化转化器或废气涡轮增压器。亦即，由于第一排气管可以将高温废气供送至催化转化器或废气涡轮增压器，所以可以促进对催化剂的预热或者提高废气涡轮增压器的效率。
附图说明
图1是气缸盖的平面剖视图。
图2是沿着图1的II-II所观察到的气缸盖的剖视图。
图3是示出排气口的轮廓形状的立体图。
图4是气缸盖的侧壁表面的正视图。
图5是内燃发动机的立体图。
图6是图5所示的内燃发动机的侧视图。
图7是内燃发动机的另一个实施方式的侧视图。
具体实施方式
图1和图2示出例如由铝合金一体铸造的气缸盖1。注意，在图1中，用虚线示出的圆圈示出1号气缸#1、2号气缸#2、3号气缸#3和4号气缸#4的位置。因此，可以理解的是，设置有图1所示的气缸盖1的内燃发动机是直列四缸内燃发动机。在图1中，“2”示出由进气门开启和封闭的气门口，而“3”示出由排气门开启和封闭的气门口。因此，可以理解的是，每个气缸#1、#2、#3和#4设置有一对进气门和一对排气门。
注意，气缸盖1实际上具有形成在其中的沿着复杂路径延伸的冷却水通道、气门机构的支承部、火花塞的插入部、燃料喷射器的插入部等，但是在图1和图2中这些均被省略。
气缸盖1在包含气缸#1、#2、#3和#4的气缸轴线的平面的两侧具 有大体平行的侧壁表面4和5。形成在气缸盖1中的气缸#1、#2、#3和#4的进气口6开口于侧壁表面4上。
此外，气缸盖1具有形成在其中的1号气缸#1的排气口7、2号气缸#2的排气口8、3号气缸#3的排气口9和4号气缸#4的排气口10。图3是这些排气口的轮廓形状的立体图。根据图1可以解释的是，成对排气口7、8、9和10在对应的成对排气口3附近隔开，但是当离开气门口3一点时就变成单一的排气口。
现在，从图1可以理解，位于中央的一对气缸的排气口--即，2号气缸#2的排气口8和3号气缸#3的排气口9--在气缸盖1内汇合以形成单一的汇合排气口11。该汇合排气口11延伸至气缸盖1的侧壁表面5。在图1中，如果将沿着气缸轴线方向延伸穿过2号气缸#2和3号气缸#3之间的中央并与包括气缸#1、#2、#3和#4的气缸轴线的平面垂直的平面称为“对称平面K-K”，则2号气缸#2的排气口8和3号气缸#3的排气口9关于对称平面K-K对称布置。汇合排气口11沿着对称平面K-K延伸至气缸盖1的侧壁表面5。
另一方面，位于两端的一对气缸的排气口--即，1号气缸#1的排气口7和4号气缸#4的排气口10--也关于对称平面K-K对称布置。在这种情况下，1号气缸#1的排气口7从1号气缸#1朝着汇合排气口11延伸，然后沿着汇合排气口11延伸直到气缸盖1的侧壁表面5，所述汇合排气口11一侧的薄壁12将排气口7与汇合排气口11隔开；而4号气缸#4的排气口10从4号气缸#4朝着汇合排气口11延伸，然后沿着汇合排气口11延伸直到气缸盖1的侧壁表面5，所述汇合排气口11一侧的薄壁13将排气口10与汇合排气口11隔开。
如图1至图4所示，汇合排气口11在气缸盖1的侧壁表面5上具有开口部14，而成对的独立排气口--即，1号气缸#1的排气口7和4号气缸#4的排气口10--在气缸盖1的侧壁表面5上汇合排气口11的开口部14的两侧具有开口部15和16。注意，从图3和图4可以理解，汇合排气口11的开口部14的开口面积大于成对的独立排气口7、10的开口部15、16。
图5示出内燃发动机的一部分，而图6是图5所示的内燃发动机的侧视图。注意，在图5和图6中，“17”示出气缸体，而“18”示出 催化转化器。从图4、图5和图6可以理解，根据本发明，汇合排气口11的开口部14经第一排气管19连接至催化转化器18的废气流入部20，而成对的独立排气口7、10的开口部15、16经在中途汇合的第二排气管21连接至催化转化器18的废气流入部20。在这种情况下，第一排气管19的从对应的开口部14至废气流入部20的管长形成为短于第二排气管21的从对应的开口部15、16至废气流入部20的管长。
稍微更详细地解释这一点，第一排气管19和第二排气管21在它们从对应的开口部14、15、16至废气流入部20的距离的中间向下弯曲。在第二排气管21的分支在第一排气管19的外部汇合后，第二排气管21沿着第一排气管19的外部延伸。此外，催化转化器18设置有一对废气流入开口22、23。第一排气管19和第二排气管21连接至对应的废气流入开口22、23。
然而，在根据本发明的本实施方式中，各气缸的点火次序为#1→#3→#4→#2或者#1→#2→#4→#3。在这两种情况中，成对气缸按每隔一个位置的点火次序变成位于中央的2号气缸#2和3号气缸#3这一对以及位于两端的1号气缸#1和4号气缸#4这一对。在这种情况下，如果所有排气口在气缸盖1内部汇合或者如果所有排气口在具有沿着气缸盖1的侧壁表面5延伸的混合室的废气歧管内部开口，则在特定气缸的排气行程时在排气口内部产生的正压将在接下来点火的气缸的排气行程时在排气口中起作用，结果出现来自燃烧室的已燃气体的排气作用削弱的问题。
与此相反，如本发明的实施方式所示，如果只汇合按点火次序每隔一个位置的气缸的排气口，即，汇合2号气缸#2的排气口8和3号气缸#3的排气口9，汇合1号气缸#1的排气口7和4号气缸#4的排气口10，并保持汇合排气通道分开，即，保持第一排气管19中的排气通道和第二排气管21中的排气通道分开直到催化转化器18的废气流入部20，则在排气行程时执行排气作用的情形下其它气缸的排气口内部产生的正压将不会作用在排气口上，因此已燃气体不久后便很好地从燃烧室排尽。亦即，可以防止排气干涉，所以可以确保高的进气效率。
现在，在此，如果将汇合排气口11中的废气气流与独立排气口7、10中的废气气流进行对比，则在每个循环中废气流至汇合排气口111 的出口部两次，而在每个循环中废气仅仅流至独立排气口7、10的出口部一次。因此，汇合排气口11的出口部的壁温变得比独立排气口7、10的出口部的壁温高很多。此外，排气口7、10的通道的长度长，所以排气口7、10内部排出的废气在气缸盖1内部已经得到显著冷却。与此相反，汇合排气口11的通道的长度短，所以汇合排气口11内部排出的废气根本不会在气缸盖1内部冷却很多。因此，从汇合排气口11的开口部14流出的废气的温度变得显著高于从独立排气口7、10的开口部15、16流出的废气的温度。
另一方面，如上所述，第一排气管19的长度短于第二排气管21的长度，因此当废气在排气管19、21内部流动时，第一排气管19中的废气温度的下降量小于第二排气管21中的废气温度的下降量。这样，高温废气从汇合排气口11排出到第一排气管19内。此时，第一排气管19内的废气温度的下降量小，所以从第一排气管19流到催化转化器18内的废气的温度变成相当高。因此，能够快速预热催化转化器18中的催化剂。
另一方面，从汇合排气口11的开口部14流出的废气量变成从每个独立排气口7、10的开口部15、16流出的废气量的两倍，所以汇合排气口11的开口部15的开口面积形成为大于每个独立排气口7、10的开口部15、16的开口面积。因此，第一排气管19的流动面积也形成为大于第二排气管21的两个分支部21a中每个分支部的流动面积。从图5可以理解，在根据本发明的本实施方式中，为了将第一排气管19的温度保持在尽可能高的温度并尽可能防止在第一排气管19中流动的废气的温度下降，第二排气管21在第一排气管19的外部围绕第一排气管19。
图7示出另一个实施方式。在本实施方式中，第一排气管19和第二排气管21连接至废气涡轮增压器24的废气流入部25。在这种情况下，第一排气管19和第二排气管21从对应的开口部14、15、16朝着废气流入部25向上弯曲，与此同时当第二排气管21的分支在第一排气管19的外部汇合后，第二排气管21沿着第一排气管19的外部延伸。
在本实施方式中也一样，第一排气管19的从对应的开口部14至废气流入部25的长度形成为短于第二排气管21的从对应的开口部15、16至废气流入部25的长度。此外，废气涡轮增压器24包括设置有一对废气流入开口26、27的双入口式涡轮增压器。第一排气管19和第二排气管21连接至各自对应的废气流入开口26、27。
在本实施方式中也一样，高温废气--即，高压废气--从第一排气管19供送入到废气涡轮增压器24内，所以废气涡轮增压器24的转速可以升高并因此可以提高废气涡轮增压器24的效率。注意，在图5和图6中，可以附连废气涡轮增压器24，而不是催化转化器18。在这种情况下，催化转化器18也可以连接至废气涡轮增压器24的废气流出部。此外，类似地，在图7中，可以附连催化转化器18而不是废气涡轮增压器24。

Claims (5)

1.一种直列四缸内燃发动机，其中位于中央的一对气缸的中央排气口开口于气缸盖的侧壁表面上，位于两端的一对气缸的排气口作为独立排气口开口于所述气缸盖的侧壁表面上所述中央排气口的开口部的两侧，所述中央排气口的开口部经第一排气管连接至催化转化器的废气流入部，所述一对独立排气口的开口部经中途汇合的第二排气管连接至同一废气流入部，并且所述第一排气管从对应的开口部至所述废气流入部的长度设为短于所述第二排气管从对应的开口部至所述废气流入部的长度，其特征在于，位于中央的一对气缸(#2，#3)的所述中央排气口(8，9)在所述气缸盖(1)内部汇合为单一的汇合排气口(11)，所述汇合排气口(11)具有连接至所述第一排气管(19)的单一的开口部(14)，并且位于两端的一对气缸(#1，#4)的排气口(7，10)沿着所述汇合排气口(11)延伸直到所述气缸盖(1)的所述侧壁表面(5)，所述汇合排气口(11)侧面的对应的薄壁(12，13)将所述排气口(7，10)与所述汇合排气口(11)隔开。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其中所述催化转化器(18)设置有一对废气流入开口(22，23)，并且所述第一排气管(19)和第二排气管(21)连接至对应的废气流入开口(22，23)。
3.如权利要求1所述的内燃发动机，其中设置有废气涡轮增压器(24)以替代所述催化转化器并且所述废气涡轮增压器(24)设置有一对废气流入开口(26，27)，并且所述第一排气管(19)和第二排气管(21)连接至对应的废气流入开口(26，27)。
4.如权利要求1所述的内燃发动机，其中所述第一排气管(19)和第二排气管(21)在从对应的开口部(14，15，16)至所述废气流入部的距离的中间朝着同一个方向弯曲，并且当所述第二排气管(21)的分支在所述第一排气管(19)的外部汇合后，所述第二排气管(21)沿着所述第一排气管(19)的外部延伸。
5.如权利要求1所述的内燃发动机，其中所述汇合排气口(11)的开口部(14)的开口面积大于每个独立排气口(7，10)的开口部(15，16)的开口面积。
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