CN101874153A - 多缸内燃机的进气装置 - Google Patents

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Abstract

内燃机(1)的进气通路(10)具有：按每个气缸(2)设置的独立通路(20)，和通用通路(21)。所述通用通路(21)，连接着该独立通路(20)、由互不相同的气缸(2)所共用、具备对按每个气缸(2)进行作用的进气压力波进行控制的进气控制阀(17)。而且，相对于从进气门(12)直到调整槽(16)的通路长度较长的气缸(2)而设置的独立通路(20)的通路截面面积，比相对于通路长度较短的气缸(2)而设置的独立通路(20)的通路截面面积大。由此，能够调整到达通路长度不一致的气缸(2)的进气压力波的速度。

Description

多缸内燃机的进气装置
技术领域
本发明涉及在进气门与调整槽(surge tank)之间设有进气控制阀的多缸内燃机的进气装置。
背景技术
作为对内燃机的进气的增压方法，已知脉冲增压，其中在使设置在进气门与调整槽之间的进气控制阀关闭的状态下利用进气行程的活塞下降而提高气缸内的负压，在转换到压缩行程之前迅速地将进气控制阀打开而在进气通路内产生进气压力波，积极地利用惯性增压效果。
已知，一般来说，当在内燃机中在进气行程的初期在气缸内产生的负压由于惯性效果而反转而变成正压的正时与进气门关闭的正时同步时，能够得到效率最良好的惯性增压效果。因此，对内燃机的进气系统进行设计，使得在要实现最大转矩的内燃机转速下这些正时同步、得到高效率的惯性增压效果。因此，如果内燃机的转速偏离作为设计基准的转速，则不能充分得到惯性增压效果，输出转矩下降。例如，在转速比该基准的转速低的低转速区域，进气门的打开时间即进气行程时间相对于压力的反转时间变长，所以在错过气缸内的压力变为最大的正时后，进气门关闭。
在将脉冲增压应用于这样的内燃机的情况下，在上述的转速比设计基准低的低转速区域，将进气控制阀维持为关闭状态地开始进气行程，然后将进气控制阀打开，由此能够使进气行程的开始时刻实质上延迟。由此，在低转速区域相对于压力的反转时间延长了的进气行程时间缩短，所以能够在大范围内应用惯性增压效果。
在对多缸内燃机应用脉冲增压的情况下，理想的是抑制每个气缸的惯性增压效果的差异而使进气填充效率在每个气缸均匀化。例如，作为能够进行脉冲增压的进气装置，具有下述的进气装置：其应用于按每个气缸设有独立通路的多缸内燃机，对于进气门的打开时间不重复的两个气缸的各自的独立通路分别设置一个进气控制阀，通过共用的阀杆将这些进气控制阀以相同相位连接，并且通过一个致动器驱动(专利文献1)。
专利文献1：日本特开平7-71277号公报
发明内容
专利文献1的进气装置不能对进气门的打开时间不重复的两个气缸以互不相同的正时开闭进气控制阀。因此，为了使用该进气装置进行脉冲增压而在气缸之间得到均匀的惯性增压效果，不可缺少的是将从进气门到进气控制阀或者调整槽的通路长度在气缸之间设为等长。同样，在使用单一的进气控制阀对多个气缸进行脉冲增压的情况下也一样，如果不使从进气控制阀到各气缸的通路长度一致，则惯性增压效果在气缸之间产生差异。因此限制了进气系统的设计自由度。另外，在通路长度在气缸之间不一致的进气系统中，为了得到均匀的惯性增压效果，需要在按每个气缸设置的独立通路的各自设置进气控制阀，分别控制这些进气控制阀，或者使单一的进气控制阀的开闭时刻按每个气缸不同地进行控制。在这样的情况下，造成部件个数的增多、控制的复杂化。
因此，本发明的目的在于提供一种多缸内燃机的进气装置，即使从调整槽到进气门的通路长度不一致，也能够不会招致部件个数的增多、控制的复杂化地抑制每个气缸的惯性增压效果的差异。
本发明的进气装置，包括：进气通路，所述进气通路具有按具有多个气缸的多缸内燃机的每个气缸设置、由进气门开闭的独立通路，与所述独立通路连接、由互不相同的气缸共用的通用通路，以及连接于所述通用通路的一端的调整槽，在所述多个气缸中包含从所述进气门经由所述独立通路以及所述通用通路直到所述调整槽的通路长度互不相同的至少两个气缸；对所述通用通路进行开闭的进气控制阀；和速度差产生单元，所述速度差产生单元，在所述独立通路由所述进气门打开的状态下，所述通用通路由所述进气控制阀打开了时，在到达所述通路长度短的气缸的进气压力波与到达所述通路长度长的气缸的进气压力波之间产生速度差。由此，解决了上述课题。
根据本进气装置，能够通过速度差产生单元，在从进气控制阀到达通路长度较长的气缸的进气压力波与到达通路长度较短的气缸的进气压力波之间产生速度差。例如，通过使到达通路长度较长的气缸的进气压力波的速度相对于到达该长度较短的气缸的进气压力波的速度快，即使在气缸之间不变更进气控制阀的打开正时，也能够容易地降低能够得到最大缸内压力的定时在气缸之间的偏差。即，通过对于设置于通用通路的单一的进气控制阀以不按每个气缸变更其打开时刻的方式进行操作，能够抑制通路长度不一致的气缸之间的惯性增压效果的差异。
速度差产生单元只要能够使进气压力波的速度按通路长度不一致的每个气缸不同即可。例如，速度差产生单元可以通过将相对于所述通路长度较长的气缸设置的所述独立通路的通路截面面积设为比相对于所述通路长度较短的气缸设置的所述独立通路的通路截面面积大而构成。根据作为脉冲增压的原理的众所周知的亥姆霍兹共鸣(共振)原理，在容量为V的容积部连接有长度L、通路截面面积A的管的系统中的共鸣的频率(振动数)f，在将音速设为C时，通过式子：f∝C×[(A/(L×V)]0.5表示。如果将该原理适用于内燃机的进气系统，则容积部相当于内燃机的气缸，管相当于进气通路。根据该原理，在将在内燃机的进气通路产生的负压向调整槽开放了时，自该开放时刻起经过共鸣的半周期(1/2f)之后反转为正压。因此，即使不改变通路长度也能够通过使通路截面面积变化而改变共鸣的周期，所以能够调整负压反转为正压的时刻。换而言之，即使不改变通路长度，也能够通过使通路截面面积变化，调整到达通路长度不一致的气缸的进气压力波的速度。
根据本技术方案，设置于通路长度较长的气缸的独立通路的通路截面面积比设置于通路长度较短的气缸的独立通路的通路截面面积大，所以能够加快到达通路长度较长的气缸的进气压力波的速度，另一方面减慢到达通路长度较短的气缸的进气压力波的速度。结果，能够降低相对于通路长度不一致的各气缸的进气压力波的到达时刻的偏差。
在该技术方案中，也可以：所述独立通路具有相对于所述气缸开口的进气口和连接所述进气口与所述通用通路的连接部，所述进气口的通路截面面积在所述通路长度较长的气缸与所述通路长度较短的气缸之间相同。此时，在通路长度不一致的气缸之间，进气口的进气截面面积相同而连接部的通路截面面积不同。关于连接部的通路截面面积较大的部分，与该截面面积较小的部分相比，进气压力波的速度高，但关于接近进气门的进气口，在气缸间，通路截面面积没有差异。因此，在连接部具有气缸间差异的进气压力波的速度在紧接着进气门之前被均匀化。由此，被导入气缸内的进气气流难以产生气缸间差异，结果，气缸之间的燃烧状态难以产生差异，所以能够抑制输出转矩或者排放在气缸之间的差异。
如上面所说明，根据本发明，能够通过速度差产生单元，在从进气控制阀到达通路长度较长的气缸的进气压力波与到达通路长度较短的气缸的进气压力波之间产生速度差，所以例如通过使到达通路长度较长的气缸的进气压力波的速度相对于到达该长度较短的气缸的进气压力波的速度快，即使不在气缸之间变更进气控制阀的打开正时，也能够容易地降低能够得到最大缸内压力的正时的气缸之间的偏差。由此，通过对于设置于通用通路的单一的进气控制阀以不按每个气缸变更其打开时刻的方式进行操作，能够抑制通路长度不一致的气缸之间的惯性增压效果的差异。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一个实施方式的进气装置的内燃机的要部的图。
图2是示意表示从上方观察图1的内燃机的状态的说明图。
图3是示意表示将内燃机的独立通路的通路面积在各气缸设为相同的比较例的说明图。
图4是对实施方式与比较例，示出了脉冲增压的实施时的进气门以及进气控制阀的各动作和#1以及#2的各气缸的气缸内压的、与曲柄角相应的变化的样态的说明图。
图5是示意表示从上方观察第2实施方式的内燃机的状态的说明图。
图6是示意表示从上方观察第3实施方式的内燃机的状态的说明图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1表示应用了本发明的一个实施方式的进气装置的内燃机的要部。图2是示意表示从上方观察图1的内燃机的状态的说明图。这些图所示的内燃机1构成为柴油发动机，作为未图示的汽车的行驶用动力源而搭载。内燃机1具备：形成有在一个方向上并列的4个(在图1中示出一个)气缸2的气缸体3，和以将各气缸2的开口部塞住的方式安装于气缸体3的气缸盖4。另外，在下面的说明中，在需要将各气缸2互相区别时，有时赋予与气缸2的并列方向相对应的汽缸编号#1～#4(参照图2)而说明。在各气缸2内以能够往复运动的状态插入有活塞5，各活塞5经由连杆6连接于曲轴7。另外，在各气缸2上分别设有一个燃料喷射阀8，这些燃料喷射阀8以其顶端面向气缸2内的方式安装于气缸盖4。
在各气缸2上分别连接有进气通路10与排气通路11，进气通路10通过在各气缸2上分别设有2个的进气门12开闭，排气通路11通过在各气缸2上分别设有2个的排气门13开闭。这些气门12、13与曲轴7的旋转位置同步地由未图示的气门传动机构开闭驱动。由此，将进气门12打开，由此通过进气通路10将空气取入气缸2内。在空气取入到了气缸2内的状态下通过燃料喷射阀8喷射燃料，由此在气缸2内形成混合气。该混合气由活塞5压缩，由此自燃而燃烧。由该燃烧产生的活塞5的运动经由连杆6向曲轴7传递，由此旋转驱动曲轴7。燃烧后的排气通过将排气门13打开而导入排气通路11，通过催化转换器14净化，然后经由未图示的消音器向大气释放。另外，各气缸2的燃烧顺序被设定为#1、#3、#4、#2的顺序。
在进气通路10，分别设有：对进气进行过滤的空气滤清器15，能够缓和进气干涉的、具有预定容积的、作为进气通路10的一部分而起作用的调整槽16，和配设在该调整槽16与进气门12之间的进气控制阀17。如图2所示，进气通路10具有按每个气缸2设置的独立通路20和连接着各独立通路20的通用(共用)通路21。各独立通路20具有对气缸2开口的进气口20a和连接该进气口20a与通用通路21的连接部20b。气缸2彼此之间，独立通路20结构不同。即，关于#1以及#4的气缸2，从进气门12到位置X1的通路部分相当于独立通路20，关于#2以及#3的气缸2，从进气门12到位置Y1的通路部分相当于独立通路20。通用通路21为互不相同的气缸2所共用。即，各位置X1、Y1的上游侧的通路部分相当于通用通路21。
如从图2可知，内燃机1中，混合存在从进气门12经由独立通路20以及通用通路21直到调整槽16的通路长度相同的气缸2和不同的气缸2。即，在内燃机1，位于气缸2的并列方向的两端的#1以及#4的气缸2的通路长度互相相同，并且被#1以及#4的气缸2夹着的#2以及#3的气缸2的通路长度也互相相同。与#1以及#4的气缸2相关的通路长度和与#2以及#3的气缸2相关的通路长度互不相同。即，在内燃机1，以在4个气缸2中包含通路长度互不相同的至少两个气缸的方式构成进气通路10。另外，内燃机1的进气通路10的结构如图2所示左右对称，所以下面说明通路长度互不相同的左侧的#1以及#2的气缸2的进气通路10的结构，右侧的#3以及#4的气缸2的进气通路10的结构的说明适当省略。
设置于通路长度长的#1的气缸2的独立通路20的通路截面面积，比设置于通路长度短的#2的气缸2的独立通路20的通路截面面积大。即，在#1以及#2的气缸2之间通路截面面积不同。这样使通路截面面积不同是为了使通过进气控制阀17的操作而实施的脉冲增压的惯性增压效果在通路长度长的气缸2与短的气缸2之间均匀化，抑制该惯性增压效果在气缸之间的差异(不均)。
图3是示意表示将内燃机1的独立通路20的通路面积在各气缸2设为相同的比较例1’的说明图。图4是对内燃机1以及比较例1’，示出了脉冲增压的实施时的进气门12以及进气控制阀17的备动作和#1以及#2的各气缸2的气缸内压的、与曲柄角相应的变化的样态的说明图。
如图2～图4所示，在脉冲增压中，在将设置于进气门12与调整槽16之间的进气控制阀17保持在虚线所示的闭阀(关闭)位置的状态下开始将进气门12打开。伴随着进气行程的进行，活塞5下降，所以气缸2内的缸内压变为负压，该负压逐渐升高。如果在进气行程的中途的时刻θ1将进气控制阀17迅速打开(开阀)，则气缸2内的负压被放开而在进气通路10内产生进气压力波。该进气压力波在进气通路10内传播。该进气压力波的速度基于亥姆霍兹共鸣原理依存于通路长度与通路截面面积而变化。
如图4所示，关于#2的气缸2，内燃机1以及比较例1’的各自的通路长度与通路截面面积都相等，进气压力波的速度相同，所以能够在缸内压变为极大值的时刻θ2将进气控制阀17关闭。另一方面，关于#1的气缸2，内燃机1以及比较例1’的各自的通路长度相等，但内燃机1的通路截面面积比比较例1’的通路截面面积大，所以根据亥姆霍兹共鸣原理，内燃机1的进气压力波的速度比比较例1’的进气压力波的速度快。结果，在比较例，如果将对于#1的气缸2的进气控制阀17的关闭时刻设为与对#2的气缸2的关闭时刻相同，则在#1的气缸2的缸内压达到极大值之前，进气控制阀17关闭。因此，惯性增压效果在#1的气缸2与#2的气缸2之间出现差异。
与此相对，在内燃机1，通过到达通路长度长的#1的气缸2的进气压力波的速度比到达#2的气缸2的进气压力波的速度快，能够覆盖伴随着#1的气缸2的通路长度相对于#2的气缸2变长而引起的极大值的到达延迟。即，能够使缸内压变为极大值的时刻在#1的气缸2与#2的气缸2之间大致一致。结果，如图4所示，内燃机1不需要使对#1的气缸2的进气控制阀17的操作时刻相对于对#2的气缸2的操作时刻变更，就能够捕捉到缸内压变为极大值的时刻。由此，即使不变更进气控制阀17的操作时刻，也能够抑制惯性增压效果在#1的气缸2与#2的气缸2之间产生差异。这对于#3和#4的气缸2也一样。
本实施方式的内燃机1，通过进气通路10的结构使向通路长度长的气缸到达的进气压力波的速度比向通路长度短的气缸2到达的进气压力波的速度快，由此在这些进气压力波之间产生速度差。因此，通过使针对#1或者#4的气缸2设置的独立通路20的通路截面面积比针对#2或者#3的气缸2设置的独立通路20的通路截面面积大，构成本发明的速度差产生单元。
(第2实施方式)
接下来，参照图5对本发明的第2实施方式进行说明。对于与第1实施方式相同的结构在图中赋予同一符号而将说明省略。图5示意表示从上方观察第2实施方式的内燃机的状态。本实施方式的内燃机30具有进气通路40，该进气通路40具有与第1实施方式不同的结构。即，进气通路40具有按每个气缸2设置的独立通路50和连接着各独立通路50的通用通路51。各独立通路50具有对气缸2开口的进气口50a和连接该进气口50a与通用通路51的连接部50b。独立通路50的结构在#1～#4的各气缸2互不相同。关于#1的气缸2，从进气门12到位置X2的通路部分相当于独立通路50，关于#2～#4的各气缸2，从进气门12到与通用通路51的连接位置相当于独立通路50。通用通路51的比位置X2靠上游侧的通路部分相当于通用通路51。
从图5可知，从进气门12直到调整槽16的通路长度在#1～#4的各气缸2互不相同。而且，通路长度最长的#1的气缸2的独立通路50的通路截面面积最大，通路长度最短的#4的气缸2的独立通路50的通路截面面积最小。即，设定为：随着通路长度变长，各气缸2的独立通路50的通路截面面积逐渐变大。因此，独立通路50的通路截面面积变得越大，则由进气控制阀17的操作产生的进气压力波的速度变得越快。由此，与第1实施方式同样，由脉冲增压产生的惯性增压效果在气缸之间变得均匀，所以能够抑制惯性增压效果在气缸之间的差异。通过如图5所示那样构成进气通路40，构成本发明的速度差产生单元。
(第3实施方式)
接下来，参照图6对本发明的第3实施方式进行说明。图6示意表示从上方观察第3实施方式的内燃机60的状态。该实施方式属于第1实施方式的改良，基本结构与第1实施方式相同。图6的内燃机1的特征在于：独立通路20的进气口20a的通路截面面积在#1～#4的气缸2之间相同。即，进气口20a的通路截面面积在通路长度长的#1以及#4的气缸2与通路长度短的#2以及#3的气缸2之间相同，连接部20b的通路截面面积在这些气缸之间不同。连接部20b的通路截面面积大的部分相比于该截面面积小的部分，进气压力波的速度高，但关于接近进气门12的进气口20a，通路截面面积在气缸间没有差异。因此，在连接部20b具有气缸间差异的进气压力波的速度在即将到达进气门12之前被均匀化。由此，被导入气缸2内的进气气流难以产生气缸间差异，结果在气缸之间，燃烧状态难以产生差异，所以能够抑制内燃机60的输出转矩或者排放在气缸之间的差异。
本发明并不限定于上面的各实施方式，在本发明的宗旨的范围内能够以各种实施方式实施。能够应用本发明的进气装置的内燃机的形式并不限定于柴油发动机，也可以是进气口喷射式或者缸内直接喷射式的汽油发动机。另外，能够将本发明的进气装置与涡轮增压器、增压器等增压机组合而实施，并不将此排除。另外，本发明的进气装置对于任意气缸数、任意气缸排列形式(直列型、V型等)的内燃机都能应用。

Claims (3)

1.一种多缸内燃机的进气装置，其中，包括：
进气通路，所述进气通路具有按具有多个气缸的多缸内燃机的每个气缸设置、由进气门开闭的独立通路，与所述独立通路连接、由互不相同的气缸共用的通用通路，以及连接于所述通用通路的一端的调整槽，在所述多个气缸中包含从所述进气门经由所述独立通路以及所述通用通路直到所述调整槽的通路长度互不相同的至少两个气缸；
对所述通用通路进行开闭的进气控制阀；和
速度差产生单元，所述速度差产生单元，在所述独立通路由所述进气门打开的状态下，在所述通用通路由所述进气控制阀打开了时，在到达所述通路长度较短的气缸的进气压力波与到达所述通路长度较长的气缸的进气压力波之间产生速度差。
2.如权利要求1所述的进气装置，其中：所述速度差产生单元是通过将相对于所述通路长度较长的气缸设置的所述独立通路的通路截面面积设为比相对于所述通路长度较短的气缸设置的所述独立通路的通路截面面积大而构成的。
3.如权利要求2所述的进气装置，其中：所述独立通路具有相对于所述气缸开口的进气口和连接所述进气口与所述通用通路的连接部，所述进气口的通路截面面积在所述通路长度较长的气缸与所述通路长度较短的气缸之间相同。
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