CN105020004B - 一种发动机进气结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机进气结构，包括气缸体和缸盖，气缸体上设有至少四个偶数个气缸，气缸体在靠近第一个气缸的前端设有前增压气缸，在靠近最后一个气缸的后端设有后增压气缸，前增压气缸、后增压气缸的活塞分别通过连杆与曲轴上对应的连杆轴颈相连接，前增压气缸对应的连杆轴颈与后增压气缸对应的连杆轴颈之间的夹角等于180度，缸盖的前、后端内分别设有可与进气管相连接的进气道，前增压气缸以及后增压气缸压缩产生的压缩气体通过相应的气道依次送入气缸中处于进气状态的气缸内，从而实现增压目的。本发明通过两个增压气缸交替增压，因而其结构紧凑，并且增压效果可与发动机转速保持同步，进而有效地改善发动机的动力输出。

Description

一种发动机进气结构

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，尤其是涉及一种汽车发动机的进气结构。

背景技术

目前，大多数轿车采用的是四缸发动机，四个气缸的活塞分别通过连杆连接在一根共同的曲轴上，每个气缸在曲轴转动二圈（720度）的一个运动周期里依次经过如下四个工作状态：进气（活塞下行，曲轴转动度数为0-180度）——压缩（活塞上行，曲轴转动度数为180-360度）——爆发（活塞下行做功，曲轴转动度数为360-540度）——排气（活塞上行，曲轴转动度数为540-720度），为了保持发动机的动态平衡，通常将四个气缸的工作状态错开设置，从而使得第一、第四气缸的活塞保持相同的下行或上行状态，而中间的第二、第三气缸的活塞则处于相同的上行或下行状态，即第一气缸处于活塞下行的吸气状态时，第四气缸处于活塞下行的爆发状态，而第二气缸则处于活塞上行的压缩状态，相应地，第三气缸则处于活塞上行的排气状态，这样，一方面上行和下行的活塞运动可相互抵消运动冲击力，从而实现动态平衡，同时确保在曲轴每转动半圈时都有一个气缸在做功，使得发动机保持均匀的功率输出。

一般发动机的气缸进气采用的是自然进气，即活塞下行使气缸的燃烧室产生真空负压，从而与外界大气之间形成压差，此时与燃烧室相连的进气管的进气门开启，气体即可进入气缸的燃烧室内。由于自然进气的发动机其压差将小于一个大气压，因此进入燃烧室的气体量受到限制，发动机的进气量小于理论上发动机的排量。为了增加动力输出，提高发动机的性能，人们发明了增压发动机，其基本原理就是将气体压缩后送入燃烧室，从而在不增加发动机排量的前提下提高进气量，进而提高发动机的动力输出。目前，机械增压的主要原理就是在发动机旁设置气体压缩装置，并通过发动机的动力驱动气体压缩装置以产生压缩气体，其中典型的结构有两种，一种是涡轮增压，即利用发动机高速运转时排出的高温废气作动力驱动涡轮转动，进而带动气体压缩装置工作产生压缩气体，使得发动机在高速时具有良好的动力输出，改善发动机的高速动力性能；另一种是在发动机曲轴上设置皮带轮，通过皮带传动带动气体压缩装置工作以产生压缩气体。由于涡轮增压不需要消耗发动机的动力，因此得到了较广泛的应用。例如，在中国专利文献上公开的一种“涡轮增压器”，公布号为CN104110300A，包括带有流道的涡轮机壳体，在涡轮机壳体上设有连通流道的旁通通道，并在旁通通道上设有旁通阀，涡轮机壳体的安装面上固定连接有过渡接头，过渡接头与涡轮机壳体相连一侧设有分隔墙，所述分隔墙伸入涡轮机壳体内腔中，并将涡轮机壳体分隔为中心区域与外围区域；在分隔墙上对应于旁通阀处开设有安装槽。该增压器能显著增大旁通量，同时又能保证涡轮机的效率基本不变甚至有小幅提升，从而满足发动机的性能要求。然而上述增压方式却存在如下问题：使发动机结构布置不够紧凑，生产成本较高，维修保养费用大。特别是，由于涡轮增压需要发动机首先高速转动，然后才能驱动涡轮转动并进而产生增压效果，因此其增压存在一定的延时性，增压效果无法做到与发动机的转速同步；此外，涡轮增压机的成本较高，维修保养费用较大，并且涡轮增压机依靠发动机的高温废气作动力，因此增加了发动机冷却系统的负担。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的发动机增压方式所存在的结构不紧凑、成本高以及增压效果与发动机转速不同步的问题，提供一种发动机进气结构，其不仅能实现发动机的增压进气，并且结构紧凑、便于制造，增压效果可与发动机转速保持同步。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机进气结构，包括气缸体和缸盖，所述气缸体上设有至少四个偶数个气缸，所述气缸体在靠近所述气缸中的第一个气缸的前端设有与所述第一个气缸并排的前增压气缸，所述气缸体在靠近所述气缸中的最后一个气缸的后端设有与所述最后一个气缸并排的后增压气缸，所述前增压气缸、后增压气缸的活塞分别通过连杆与曲轴上对应的连杆轴颈相连接，所述前增压气缸对应的连杆轴颈与所述后增压气缸对应的连杆轴颈之间的夹角等于180度，所述缸盖的前端内设有一端连通所述前增压气缸另一端可与进气管相连接的进气道，所述缸盖的后端内同样设有一端连通所述后增压气缸另一端可与进气管相连接的进气道，所述前增压气缸以及所述气缸中活塞的上下运动方向与所述后增压气缸的活塞运动方向一致的气缸分别通过分增压气道与第一增压气道连接，所述后增压气缸以及所述气缸中活塞的上下运动方向与所述前增压气缸的活塞运动方向一致的气缸分别通过分增压气道与第二增压气道连接。

本发明在发动机的气缸体上原有的若干气缸的基础上增设活塞运动方向相反的前增压气缸和后增压气缸，这样，一部分气缸的活塞运动方向与前增压气缸的活塞运动方向相同，而另一部分气缸的活塞运动方向与后增压气缸的活塞运动方向相同。当发动机运转时，前增压气缸的活塞下行形成负压，因而可通过缸盖上与进气管相连接的进气道吸气；而当前增压气缸的活塞上行时则对前增压气缸的缸体内的气体进行压缩，从而可通过分增压气道、第一增压气道将压缩气体送入此时处于进气状态的气缸内，以实现增压的效果。与此相类似地，后增压气缸的活塞下行形成负压，因而可通过缸盖上与进气管相连接的进气道吸气；而当后增压气缸的活塞上行时则对后增压气缸的缸体内的气体进行压缩，从而可通过分增压气道、第二增压气道将压缩气体送入此时处于进气状态的气缸内，以实现增压的效果。由于前增压气缸、后增压气缸是与发动机原有的气缸连接在同一曲轴上的，因此，只要发动机开始工作，前增压气缸、后增压气缸即可形成连续的增压效果，从而有效地解决了涡轮增压所存在的延时问题。特别是，发动机在启动时即启动增压效果，因而可显著地增加发动机在启动时的动力输出，改善发动机的启动加速性能。此外，用于增压的前增压气缸、后增压气缸被集成在发动机原有的气缸体内，并且，进气道、第一增压气道、第二增压气道以及分增压气道均可通过铸造工艺一体地集成在气缸盖内，一方面可使结构变得更为紧凑，并减小尺寸从而有利于发动机机舱的整体布置，同时有利于降低因管道的振动产生的噪音。

作为优选，所述气缸为4个，所述4个气缸从所述前增压气缸一侧至所述后增压气缸一侧依次为第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸，所述前增压气缸对应的连杆轴颈与所述第一气缸对应的连杆轴颈之间的夹角为零度，所述前增压气缸以及所述第二气缸、第三气缸分别通过所述分增压气道与所述第一增压气道连接，所述后增压气缸以及所述第一气缸、第四气缸分别通过所述分增压气道与所述第二增压气道连接。

对于四缸发动机而言，前增压气缸为中间的第二气缸和第三气缸增压，而后增压气缸为两侧的第一气缸和第四气缸增压，一方面有利于改善增压效果，同时有利于改善发动机的动态平衡，较低发动机的振动噪音。

作为优选，所述第一增压气道、第二增压气道平行地设置在所述缸盖内，并且所述第一增压气道、第二增压气道的一端贯通所述缸盖端面，在所述第一增压气道、第二增压气道的开通处分别设置密封堵头。这样，前增压气缸、后增压气道可通过后续机械加工的方式形成，从而有利于简化缸盖的加工制造

作为优选，所述前增压气缸、后增压气缸的活塞直径等于所述第一气缸活塞直径的1.5倍至2倍。从而为各气缸提供充分的增压效果。

作为优选，连接所述前增压气缸、后增压气缸的所述连杆包括与所述曲轴上对应的连杆轴颈相连接的外套管以及与所述前增压气缸、后增压气缸的活塞连接的内插杆，所述内插杆插接在所述外套管内，所述内插杆位于所述外套管内的端部同轴地设有可转动的螺旋套，所述螺旋套与所述外套管的内侧壁适配的外圆柱面上设有两端封闭的螺旋槽，所述外套管上设有伸入所述螺旋槽内的销钉。

当发动机工作时，连杆会受到一个轴向的拉力或压力，因而螺旋套在内插杆的作用下一方面在外套管内做轴向移动，同时在销钉的作用下做旋转运动。由于螺旋套本身具有一定的惯性，因此，连杆在发动机转动时会形成拉伸与压缩的高速切换，并形成一个阻尼滞后效应，并且发动机的转速越高，阻尼滞后效应越强烈，此时的内插杆和外套管之间只有一个较小的相对轴向移动，从而使前增压气缸、后增压气缸的活塞具有较大的行程，进而形成较好的增压效果，有利于提高发动机的高速动力性能。而发动机的转速较低时，阻尼滞后效应变弱，此时的内插杆和外套管之间会有一个较大的相对轴向移动，从而使前增压气缸、后增压气缸的活塞的行程自动减小，进而形成与发动机的转速相适配的增压效果，以有利于节油。

因此，本发明具有如下有益效果：结构紧凑、便于制造，增压效果可与发动机转速保持同步，既可有效地改善发动机的动力输出，又有利于节油。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是连接前增压气缸、后增压气缸的连杆的一种结构示意图。

图3是本发明的另一种结构示意图。

图中：1、气缸体 2、缸盖 21、进气道 22、第一增压气道 23、第二增压气道 24、分增压气道 25、密封堵头 3、第一气缸 4、第二气缸 5、第三气缸 6、第四气缸 7、前增压气缸8、后增压气缸 9、连杆 91、外套管 92、内插杆 93、螺旋套 931、螺旋槽 94、销钉 10、曲轴101、连杆轴颈。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1：如图1所示，一种发动机进气结构，其适用于现有的四缸发动机，具体包括气缸体1:和固定在气缸体上的缸盖2，气缸体1上依次排列设置第一气缸3、第二气缸4、第三气缸5以及第四气缸6，上述四个气缸的活塞分别通过连杆9与曲轴10上对应的连杆轴颈101相连接。此外，第一气缸3对应的连杆轴颈101与第四气缸6对应的连杆轴颈101之间的夹角为零，从而使第一气缸3与第四气缸6的活塞形成同步的往复运动，第二气缸4对应的连杆轴颈101与第三气缸5对应的连杆轴颈101之间的夹角为零，从而使第二气缸4与第三气缸5的活塞形成同步的往复运动，并且第一气缸3和第四气缸6对应的连杆轴颈101与第二气缸4以及第三气缸5的连杆轴颈101之间的夹角为180度，从而使四个气缸在运动时可相互抵消冲击作用。

为了实现增压进气，本发明在气缸体1上靠近第一气缸3的前端设置一个与第一气缸3并排的前增压气缸7，同时在气缸体1上靠近第四气缸6的后端设置一个与第四气缸6并排的后增压气缸8。当然，我们还需在曲轴10上对应前增压气缸7、后增压气缸8的位置设置相应的连杆轴颈101，从而使前增压气缸7的活塞通过连杆9与曲轴10上对应的连杆轴颈101相连接，后增压气缸8的活塞同样通过连杆9与曲轴10上对应的连杆轴颈101相连接。另外，我们需要将前增压气缸7对应的连杆轴颈101与第一气缸3对应的连杆轴颈101之间的夹角设置为零，并且将后增压气缸8对应的连杆轴颈101与前增压气缸7对应的连杆轴颈101之间的夹角设置为180度，从而使前增压气缸7的活塞和第一气缸3、第四气缸6的活塞保持同步的往复运动，后增压气缸8的活塞则和第二气缸4、第三气缸5的活塞保持同步的往复运动。进一步地，我们可在缸盖2的前端内设置一条进气道21，该进气道21一端连通前增压气缸7，另一端则可与进气管的空气过滤器相连接，同时在缸盖2的后端内也同样设置一条进气道21，该进气道21一端连通后增压气缸8，另一端则可与进气管的空气过滤器相连接。此外，在缸盖2内设置一条第一增压气道22和一条第二增压气道23，并在对应前增压气缸7、后增压气缸8以及第一气缸3、第二气缸4、第三气缸5、第四气缸6的位置分别设置一条分增压气道24，从而使前增压气缸7以及第二气缸4、第三气缸5分别通过各自的分增压气道24与第一增压气道22连接，后增压气缸8以及第一气缸3、第四气缸6分别通过各自的分增压气道24与第二增压气道23连接。

对于四缸发动机而言，每个气缸在一个工作周期内包括进气、压缩、爆发、排气四个工作状态，每个工作状态所对应的曲轴转动角度为180度（半圈），也就是说，整个工作周期对应的曲轴转动角度为720度（两圈），为便于说明，下面就前增压气缸7和后增压气缸8的工作原理加以详细说明：当发动机开始运转工作时，我们设定此时的曲轴10转动角度为0度，接着曲轴10开始由0度转动到180度，此时的前增压气缸7活塞下行形成负压，并通过与其相连的进气道21完成吸气，第一气缸3同样处于活塞下行的进气状态，而后增压气缸8则处于活塞上行的压缩状态，从而将压缩气体通过第二增压气道23和相应的分增压气道24送入第一气缸3内，此时的第二气缸4则处于活塞上行的压缩状态，第三气缸则处于活塞上行的排气状态，第四气缸则处于活塞下行的爆发状态；当曲轴10由180度转动到360度时，后增压气缸8活塞下行形成负压，并通过与其相连的进气道21完成吸气，第一气缸3处于活塞上行的压缩状态，第二气缸4则处于活塞下行的爆发状态，第三气缸5则处于活塞下行的进气状态，而前增压气缸7则处于活塞上行的压缩状态，从而将压缩气体通过第一增压气道22和相应的分增压气道24送入第三气缸5内，此时的第四气缸6则处于活塞上行的排气状态；当曲轴10由360度转动到540度时，前增压气缸7活塞下行形成负压，并通过与其相连的进气道21完成吸气，第一气缸3处于活塞下行的爆发状态，第二气缸4则处于活塞上行的排气状态，第三气缸5则处于活塞上行的压缩状态，此时的第四气缸6则处于活塞下行的进气状态，而后增压气缸则处于活塞上行的压缩状态，从而将压缩气体通过第二增压气道23和相应的分增压气道24送入第四气缸6内；当曲轴10由540度转动到720度时，后增压气缸活塞下行形成负压，并通过与其相连的进气道21完成吸气，第一气缸3处于活塞上行的排气状态，第二气缸4则处于活塞下行的进气状态，而前增压气缸则处于活塞上行的压缩状态，从而将压缩气体通过第一增压气道22和相应的分增压气道24送入第二气缸4内，第三气缸5则处于活塞下行的爆发状态，此时的第四气缸6则处于活塞上行的压缩状态。以此类推，当曲轴10继续转动时，前增压气缸7、后增压气缸8即可依次完成吸气和压缩，并将增压后的压缩气体依次送入第一气缸3、第三气缸5、第四气缸6、第二气缸，使发动机具有更强的动力输出。

为了使发动机具有良好的增压比，我们可使前增压气缸7和后增压气缸8的活塞直径大于第一气缸3的活塞直径，具体地，上述直径的比值范围为1.5-2，其优选值为1.75。作为现有技术，我们可以理解的是，本发明中的第一气缸3、第二气缸4、第三气缸5、第四气缸6的活塞直径是相同的。

实施例2：如图2、图3所示，我们可将连接前增压气缸7的连杆9制成可自动调整长度的伸缩杆，具体地，该连杆9包括外套管91以及内插杆92，外套管91一端与曲轴10上对应前增压气缸7的连杆轴颈101相连接，内插杆92的一端则与前增压气缸7的活塞连接，内插杆92的另一端则插接在外套管91内。此外，我们还需在内插杆92位于外套管91内的端部同轴地套设一个可转动的螺旋套93，该螺旋套93的外圆柱面与外套管91的内侧壁相适配，从而使内插杆92可带动螺旋套93在外套管91内轴向移动，并且螺旋套93还可绕着内插杆92自转。进一步地，我们还需在螺旋套93与外套管91的内侧壁适配的外圆柱面上设置一条两端封闭的螺旋槽931，并且在外套管91上设置一个伸入螺旋槽931内的销钉94。可以理解的是，连接后增压气缸8的连杆9也需制成相同的可自动调整长度的伸缩杆，与前述相类似地，该连杆9同样包括外套管91以及内插杆92，外套管91一端与曲轴10上对应后增压气缸8的连杆轴颈101相连接，内插杆92的一端则与后增压气缸8的活塞连接，内插杆92的另一端则插接在外套管91内。此外，我们同样需要在内插杆92位于外套管91内的端部同轴地套设一个可转动的螺旋套93，该螺旋套93的外圆柱面与外套管91的内侧壁相适配，此外，在螺旋套93与外套管91的内侧壁适配的外圆柱面上还需设置一条两端封闭的螺旋槽931，并且在外套管91上设置一个伸入螺旋槽931内的销钉94。为了便于加工制造，我们可将第一增压气道22、第二增压气道23平行地设置在缸盖内，并且第一增压气道22、第二增压气道23的一端贯通缸盖2端面，从而便于通过机加工的方式成型第一增压气道22、第二增压气道23。当然，我们还需在第一增压气道22、第二增压气道23位于缸盖2端面的开通处分别设置一个密封堵头25，以实现第一增压气道22、第二增压气道23端部的密封。实施例2中其余的结构和实施例1相同。

当发动机工作时，曲轴10的转动通过连杆9带动前增压气缸7、后增压气缸8的活塞做往复移动，此时伸缩杆结构的连杆9会受到一个轴向的拉力或压力，内插杆92带动螺旋套93一起在外套管91内做轴向移动，与此同时，销钉94通过螺旋槽931驱动螺旋套93做旋转运动。由于连杆9在发动机转动时会形成拉伸和压缩的高速切换，从而使螺旋套93形成正反转的高速切换，而螺旋套93本身具有一定的惯性，从而形成一个阻尼作用，并且发动机的转速越高，上述阻尼作用越强，也就是说，在发动机转动时，上述连杆9的内插杆92和外套管91之间会有一个相对轴向移动，并且当连杆9拉动前增压气缸7、后增压气缸8的活塞下行时，连杆9会受拉伸长，当连杆9推动前增压气缸7、后增压气缸8的活塞上行时，连杆9会受压缩短，从而使活塞的行程减小。可以理解的是，当发动机的转速较低时，螺旋套93的阻尼作用较弱，因此连杆9的伸缩量较大，此时前、后增压气缸的活塞的形成较短，相应地，前增压气缸7、后增压气缸8的吸气量较少，因而其增压效果较弱。当发动机转速较高时，螺旋套93的阻尼作用增强，因此连杆9的伸缩量变小，此时前增压气缸7、后增压气缸8的活塞的行程较长，相应地，前增压气缸7、后增压气缸8的吸气量增加，进而形成较好的增压效果，有利于提高发动机的高速动力性能。

Claims (4)

1.一种发动机进气结构，包括气缸体（1）和缸盖（2），所述气缸体（1）上设有至少四个偶数个气缸，其特征是，所述气缸体（1）在靠近所述气缸中的第一个气缸的前端设有与所述第一个气缸并排的前增压气缸（7），所述气缸体（1）在靠近所述气缸中的最后一个气缸的后端设有与所述最后一个气缸并排的后增压气缸（8），所述前增压气缸（7）、后增压气缸（8）的活塞分别通过连杆（9）与曲轴（10）上对应的连杆轴颈（101）相连接，所述前增压气缸（7）对应的连杆轴颈（101）与所述后增压气缸（8）对应的连杆轴颈（101）之间的夹角等于180度，所述缸盖（2）的前端内设有一端连通所述前增压气缸（7）另一端可与进气管相连接的进气道（21），所述缸盖（2）的后端内同样设有一端连通所述后增压气缸（8）另一端可与进气管相连接的进气道（21），所述前增压气缸（7）以及所述气缸中活塞的上下运动方向与所述后增压气缸（8）的活塞运动方向一致的气缸分别通过分增压气道（24）与第一增压气道（22）连接，所述后增压气缸（8）以及所述气缸中活塞的上下运动方向与所述前增压气缸（7）的活塞运动方向一致的气缸分别通过分增压气道（24）与第二增压气道（23）连接，连接所述前增压气缸（7）、后增压气缸（8）的所述连杆（9）包括与所述曲轴（10）上对应的连杆轴颈（101）相连接的外套管（91）以及与所述前增压气缸（7）、后增压气缸（8）的活塞连接的内插杆（92），所述内插杆（92）插接在所述外套管（91）内，所述内插杆（92）位于所述外套管（91）内的端部同轴地设有可转动的螺旋套（93），所述螺旋套（93）与所述外套管（91）的内侧壁适配的外圆柱面上设有两端封闭的螺旋槽（931），所述外套管（91）上设有伸入所述螺旋槽（931）内的销钉（94）。

2.根据权利要求1所述的一种发动机进气结构，其特征是，所述气缸为4个，所述4个气缸从所述前增压气缸（7）一侧至所述后增压气缸（8）一侧依次为第一气缸（3）、第二气缸（4）、第三气缸（5）和第四气缸（6），所述前增压气缸（7）对应的连杆轴颈（101）与所述第一气缸（3）对应的连杆轴颈（101）之间的夹角为零度，所述前增压气缸（7）以及所述第二气缸（4）、第三气缸（5）分别通过所述分增压气道（24）与所述第一增压气道（22）连接，所述后增压气缸（8）以及所述第一气缸（3）、第四气缸（6）分别通过所述分增压气道（24）与所述第二增压气道（23）连接。

3.根据权利要求1所述的一种发动机进气结构，其特征是，所述第一增压气道（22）、第二增压气道（23）平行地设置在所述缸盖（2）内，并且所述第一增压气道（22）、第二增压气道（23）的一端贯通所述缸盖（2）端面，在所述第一增压气道（22）、第二增压气道（23）的开通处分别设置密封堵头（25）。

4.根据权利要求2所述的一种发动机进气结构，其特征是，所述前增压气缸（7）、后增压气缸（8）的活塞直径等于所述第一气缸活塞直径的1.5倍至2倍。