CN102168623A - 内燃发动机以及用于其的车辆封装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机以及用于其的车辆封装。具体地，提供了一种机动车辆，其具有安装在车辆底盘的中央通道内的内燃发动机。内燃发动机包括发动机缸体组件，该发动机缸体组件具有由油盘封闭的下端和以角度α从该发动机缸体组件后部延伸至其前部的上端。发动机缸体封闭上端并且限定曲轴箱，该曲轴箱被构造成容纳曲轴在其中旋转。气缸壳体组件从竖直方向朝发动机缸体后部倾斜，关于曲轴的轴线成β角。曲轴箱和气缸壳体组件的至少一部分被设置在车辆底盘的中央通道内。

Description

内燃发动机以及用于其的车辆封装
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2010年1月15日提交的、申请号为61/295,257的美国临时专利申请的优先权，因此通过引用将该临时专利申请的全文并入本文。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及模块化或通用的发动机设计，更具体地，涉及直列式双缸发动机和相关的V型构造三缸发动机以及相关的车辆封装。
背景技术
环境可持续性、日益增长的全球能源需求和由此导致的燃料成本上升、以及在发展经济方面对于独立但成本更低的运输工具相对更新的要求，都促使机动车辆和动力系的设计者们倾向于更小型和燃效更高的车辆。现在常常能够发现采用直列式三缸和四缸发动机来给许多中型和小型车辆提供动力。但是，这些发动机会由于它们的直列式气缸构造而受到长度约束，所述直列式气缸构造用于限定可以在其中封装发动机的最小车辆结构空间。窄角度的V型构造发动机通过将活塞交错设置在偏置的排内、提供额外的活塞并得到动力，从而在不必增加发动机封装的长度的情况下提供了一些额外的封装优点。但是，发动机高度在这样的发动机中可能会由于使用了具有超出直列式发动机所需高度的单个气缸盖而受到不利影响。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种机动车辆具有安装在车辆底盘中央通道内的内燃发动机。该内燃发动机包括：发动机缸体组件，所述发动机缸体组件具有由油盘封闭的下端和以角度α从发动机缸体组件后部延伸至其前部的上端；发动机缸体，所述发动机缸体封闭上端并且限定曲轴箱，所述曲轴箱被构造成容纳曲轴在其中旋转；以及气缸壳体组件，所述气缸壳体组件从竖直方向朝发动机缸体后部倾斜，关于曲轴的轴线成β角。曲轴箱和气缸壳体组件的至少一部分被设置在车辆底盘的中央通道内。
在另一个示例性实施例中，一种机动车辆包括：车辆底盘；在车辆底盘的一端限定的中央通道；以及安装在车辆底盘中央通道内的内燃发动机。内燃发动机包括：发动机缸体组件，所述发动机缸体组件具有由油盘封闭的下端和以角度α从发动机缸体组件后部延伸至其前部的上端；发动机缸体，所述发动机缸体封闭上端并且限定曲轴箱，所述曲轴箱被构造成容纳曲轴在其中旋转；以及气缸壳体组件，所述气缸壳体组件从竖直方向朝发动机缸体后部倾斜，关于曲轴的轴线成β角，其中曲轴箱和气缸壳体组件的至少一部分被设置在车辆底盘的中央通道内。
上述特征和优点以及本发明其他的特征和优点将根据以下结合附图对本发明进行的详细说明而变得显而易见。
附图说明
其他的目的、特征、优点和细节将在以下仅作为示例的实施例详细说明中有所体现，该详细说明参照附图进行，在附图中：
图1是具体实施了本发明特征的直列式双缸发动机的侧视图；
图2是具体实施了本发明特征的V型构造三缸发动机的侧视图；
图3是图2中的V型构造三缸发动机的侧视图，并以假想图示出了部分车辆装置；
图4是沿图3中的线4-4剖取的V型构造三缸发动机和部分车辆装置的剖视图；
图5是具体实施了本发明特征的V型构造三缸发动机的另一个实施例的侧视图；
图6是具体实施了本发明特征的V型构造三缸发动机的又一个实施例的侧视图。
具体实施方式
以下说明内容在本质上仅仅是示例性的，而并不是为了限制本发明、其应用或用途。应该理解的是，在全部附图中相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
参照图1和图2，在一个示例性实施例中示出了模块化或通用发动机系列，包括图1中的直列式构造双缸发动机2和图2中的V型构造三缸发动机3。在各个图中，直列式双缸发动机2和V型构造三缸发动机3之间共享的相同特征都具有分配给其的相同标记。发动机2和3包括发动机缸体组件12，发动机缸体组件12具有由油箱或油盘16封闭的开口的下部或边缘14。发动机缸体组件12的上端18以角度“α”从发动机2、3的后部20延伸至所述发动机的前部22，并且由发动机缸体24封闭。发动机缸体组件12、油盘16以及发动机缸体24的组合限定了曲轴箱26，曲轴箱26容纳并支撑曲轴28A或28B(28A＝双缸发动机2，而28B＝三缸发动机3)，以便在其中旋转。曲轴28A或28B通过带、链或齿轮驱动件耦接，以便可旋转地操作限定了凸轮轴轴线33的凸轮轴。
如图1中所示，在一个示例性实施例中，直列式构造的双缸发动机2包括曲轴28A，曲轴28A在第一端包括曲柄头部(crank snout)30。曲柄头部30从发动机缸体组件12的前部向外延伸，并在其上支撑曲轴带轮34。飞轮(未示出)可以被设置在曲轴28A的第二端，并且可以构造成用于接合图3中的相关联的传动组件60以及可能需要的其他相关发动机组件(例如起动电动机)。齿轮驱动的平衡轴27可以被安装以便用于在曲轴箱26内旋转，并且可操作以便降低由双缸直列式设计中的固有失衡造成的振动。在一个示例性实施例中，发动机气缸(未示出)被设置在发动机缸体24的气缸壳体组件72内，用于在其中的往复运动。封闭气缸壳体组件72上端的是气缸盖78。
在一个示例性实施例中，进气组件80被构造成用于将燃烧空气引导至进气端口(未示出)。进气组件80包括进气歧管82，进气歧管82具有入口流道84，用于接收通过节气门体86计量供给的燃烧空气。入口流道84与进气歧管82的中央蓄气室(plenum)88流体连通并将燃烧空气输送至中央蓄气室88，其中燃烧空气被分配至进气流道90，进气流道90被流体连接至气缸盖78。排气歧管94也与气缸盖78流体连接并且被构造成从中去除燃烧产物。燃烧副产物流过排气系统导管96，排气系统导管96被构造成接收来自排气歧管94的燃烧副产物并且将燃烧副产物传送至各种废气后处理装置，例如紧密耦接的催化转化器98，用于在把燃烧副产物释放到大气中之前对其中受到管理的废气成分进行氧化、还原或者其他的转化处理。
参照图2、图3和图5，在示例性实施例中，V型构造三缸发动机3包括发动机缸体组件12，其具有由油箱或油盘16封闭的开口的下部或边缘14。发动机缸体组件12的上端18以角度“α”从发动机的后部20延伸至发动机的前部22，并且由发动机缸体24封闭。能够想到的是，根据具体的车辆构造以及其他的应用驱动变量，角度α可以在从大约0°到大约45°的范围内变化。在所示的具体实施例中，角度α处于大约45°的范围内。发动机缸体组件12、油盘16以及发动机缸体24的组合限定了曲轴箱26，曲轴箱26容纳并支撑曲轴28B，以便在其中旋转。曲轴28B通过带、链或齿轮驱动件耦接，以便可旋转地操作限定了凸轮轴轴线33的凸轮轴(未示出)。凸轮轴作用于伸入气缸盖78和120内的推杆(未示出)，用于操作设置在其中的气门机构(未示出)。
在一个示例性实施例中，曲轴28B包括位于第一端的曲柄头部30。曲柄头部30从发动机缸体组件12的前部向外伸出，并在其上支撑曲轴带轮34。参照图5，曲轴带轮34通过附件传动带150连接至各种发动机驱动的附件，例如交流发电机152、空调压缩机154、气泵156或其组合。导轮158和张紧器组件160以迂回曲折的方式提供张力并导引附件传动带150，以使其能够通过曲轴28B和曲轴带轮34的旋转来在各种发动机驱动的附件上施加旋转。
飞轮(未示出)可以被设置在曲轴28B的第二端，并且可以构造成接合图3中的相关联传动组件60，以及可能需要的其他相关发动机组件(例如，起动电动机)。一根或多根齿轮驱动的平衡轴(未示出)可以被设置成用于在曲轴箱26内旋转，并且可操作以便降低由三缸V型构造设计中的固有不平衡造成的振动。
参照图2、图3和图5，在一个示例性实施例中，两个发动机气缸(未示出)被设置在气缸壳体组件72内用于在其中的往复运动。另外，第三发动机气缸(未示出)被设置在发动机缸体24的气缸壳体组件118内用于在其中的往复运动。封闭气缸壳体组件72上端的是气缸盖78，而封闭气缸壳体组件118上端的是气缸盖120。低轮廓进气组件80被构造成将燃烧空气引导至气缸盖78、120。进气组件80包括进气歧管122，进气歧管122具有入口流道124，用于接收通过节气门体126计量供给的燃烧空气。入口流道124与进气歧管80的中央蓄气室88流体连接，并将燃烧空气输送至中央蓄气室88，其中燃烧空气被分配至多个进气流道128，多个进气流道128被流体连接至气缸盖78和120。第二排气歧管(未示出)也与气缸盖120流体连接，并且被构造成从中去除燃烧副产物。燃烧副产物流过图2中的排气系统导管136，排气系统导管136被构造成接收来自第二排气歧管的燃烧副产物并且引导废气通过排气系统导管136，其中燃烧副产物被输送至各种废气后处理装置，例如紧密相连的催化转化器138，用于在把燃烧副产物释放到大气中之前对其中受到管理的废气成分进行氧化、还原或者其他的转化处理。
在一个示例性实施例中，并且参照图1中的直列式构造双缸发动机2，发动机缸体组件12上端18的偏角调整有助于气缸壳体组件72的偏角调整或后置，目的是为了以有效的方式将发动机2封装在车辆139内。在图1示出的实施例中，气缸壳体组件72的后倾斜角β与竖直方向成大约70°。能够想到的是，根据具体的车辆构造以及其他的应用驱动变量，后倾斜角β可以在从大约30°到大约90°的范围内变化。通过这样的构造，双缸发动机2实际上可以封装在任何车辆平台或构造内。
在另一示例性实施例中，并且参照图2、图3和图5中的V型构造三缸发动机3，第三发动机气缸和气缸壳体组件118优选以与气缸壳体组件72中的两个直列式气缸分别成大约90度的角度“γ”定向。能够想到的是，同样根据具体的车辆构造以及其他的应用驱动变量，角度“γ”可以在从大约25°到大约115°的范围内变化。在示出的具体实施例中，角度“γ”处于大约90°的范围内。如图3中所示的这种定向可以允许V型构造三缸发动机3保持由直列式双缸发动机2实现的低轮廓，同时提供可能为某些应用所需的额外动力。单个的相对直立定向的单气缸壳体组件118足够小并且相对居中定位，从而部分地封装在车辆139的底盘通道140的一部分内，从而得到与利用上述直列式双缸发动机2实现的车辆封装和内部空间方面的优点相同的优点。
参照图3、图4和图6，示出了发动机3与位于机动车辆139中的车辆底盘142一端处的中央通道140的关系。在图示的封装构造中，气缸盖壳体组件72、进气歧管80、排气系统导管96、以及发动机曲轴箱26的绝大部分都被封装在车辆底盘142的中央通道140内。以图示构造来封装发动机2和3的优点在于：与使用了常规构造的直列式发动机(I-4或I-6)相比，车辆隔板可以向前移动，其中在常规构造的直列式发动机(I-4或I-6)中隔板位置很大程度上由近乎竖直的发动机缸体和气缸盖组件限制。本文中所公开的封装构造的结果就是隔板144的位置可以更少地受到内燃发动机2或3的位置和构造的约束，从而允许将更大的内部空间178提供给机动车辆139中的乘客，也就是说，隔板可以向前移动而不会有不利后果。
车辆底盘142的中央通道140的宽度与发动机封装的宽度直接相关。因此，中央通道140越宽，则机动车辆139就会越宽和越重。参照图4和图6，在V型构造三缸发动机3的又一个示例性实施例中，从曲轴28B向发动机3的前部22偏移并远离中央通道140的平衡轴27从发动机缸体组件12向外伸出，并在其上支撑平衡轴驱动带轮170。平衡轴驱动带轮170通过附件传动带150连接至多个发动机驱动的附件，例如交流发电机152、空调压缩机154、气泵156或它们的组合。张紧器组件160以迂回曲折的方式提供张力并导引附件传动带150，以使其能够通过曲轴平衡轴27和平衡轴驱动带轮170的旋转来在各种附件上施加旋转。通过将附件驱动带轮从曲轴28B移动到平衡轴27(曲轴28B的曲轴轴线174和平衡轴27的平衡轴轴线176之间的距离)，整个附件驱动封装172就位于车辆底盘142的中央通道140之外，从而允许减小中央通道140的宽度。
尽管已经参照示例性实施例介绍了本发明，但是本领域技术人员应该理解的是，可以进行各种变化并且可以用等同物来替换其中的元件，而并不背离本发明的保护范围。另外，可以进行各种修改以使具体情况或材料适用于本发明的教导而并不背离本发明的实质范围。因此，应该理解本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是本发明应该包括落入本申请保护范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种机动车辆，所述机动车辆具有安装在车辆底盘的中央通道内的内燃发动机，所述内燃发动机包括：
发动机缸体组件，所述发动机缸体组件具有由油盘封闭的下端和以角度α从所述发动机缸体组件后部延伸至其前部的上端；
发动机缸体，所述发动机缸体封闭所述上端并且限定曲轴箱，所述曲轴箱构造成容纳曲轴在其中旋转；以及
气缸壳体组件，所述气缸壳体组件从竖直方向朝所述发动机缸体后部倾斜，关于所述曲轴的轴线成β角，其中所述曲轴箱和气缸壳体组件的至少一部分被设置在所述车辆底盘的中央通道内。
2.如权利要求1所述的机动车辆，其中，所述角度α处于从大约0度到大约45度的范围内。
3.如权利要求2所述的机动车辆，其中，所述角度α处于大约45度的范围内。
4.如权利要求1所述的机动车辆，其中，所述角度β处于从大约30度到大约90度的范围内。
5.如权利要求4所述的机动车辆，其中，所述角度β处于大约70度的范围内。
6.如权利要求1所述的机动车辆，进一步包括第二气缸壳体组件，所述第二气缸壳体组件相对于所述第气缸壳体组件关于所述曲轴的轴线以角度γ定向。
7.如权利要求6所述的机动车辆，其中，所述第二气缸壳体组件的至少一部分被设置在所述车辆底盘的中央通道内。
8.如权利要求6所述的机动车辆，其中，所述角度γ处于从大约25度到大约115度的范围内。
9.如权利要求8所述的机动车辆，其中，所述角度γ处于大约90度的范围内。
10.如权利要求1所述的机动车辆，其中，所述至少一根平衡轴从所述曲轴向所述发动机前部偏移，远离所述中央通道，并且在其上支撑平衡轴驱动带轮。
11.如权利要求10所述的机动车辆，其中，所述平衡轴驱动带轮通过附件传动带连接至多个发动机驱动的附件，例如交流发电机、空调压缩机、气泵、或它们的组合，所述平衡轴驱动带轮位于所述车辆底盘的中央通道之外。
12.一种机动车辆，包括：
车辆底盘；
限定在所述车辆底盘一端处的中央通道；
安装在所述车辆底盘的中央通道内的内燃发动机，所述内燃发动机包括：
发动机缸体组件，所述发动机缸体组件具有由油盘封闭的下端和以角度α从所述发动机缸体组件后部延伸至其前部的上端；
发动机缸体，所述发动机缸体封闭所述上端并且限定曲轴箱，所述曲轴箱构造成容纳曲轴在其中旋转；以及
气缸壳体组件，所述气缸壳体组件从竖直方向朝所述发动机缸体后部倾斜，关于所述曲轴的轴线成β角，其中所述曲轴箱和气缸壳体组件的至少一部分被设置在所述车辆底盘的中央通道内。
13.如权利要求12所述的机动车辆，进一步包括：
第二气缸壳体组件，所述第二气缸壳体组件相对于所述第一气缸壳体组件关于所述曲轴的轴线以角度γ定向，其中所述第二气缸壳体组件的至少一部分被设置在所述车辆底盘的中央通道内。
14.如权利要求12所述的机动车辆，其中，所述至少一根平衡轴从所述曲轴朝向所述发动机前部偏移，远离所述中央通道，并且在其上支撑平衡轴驱动带轮。
15.如权利要求14所述的机动车辆，其中，所述平衡轴驱动带轮通过附件传动带连接至多个发动机驱动的附件，例如交流发电机、空调压缩机、气泵、或它们的组合，所述平衡轴驱动带轮位于所述车辆底盘的中央通道之外。
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