CN106460629B - 内燃机 - Google Patents

Abstract

内燃机包括：气缸体，气缸体包括多个气缸；气缸盖；和涡轮增压器，涡轮增压器包括连接到气缸盖的排气出口的进气端口。进气端口包括：第一壁部，第一壁部在气缸排列方向上位于两个最外面气缸中的一个气缸和进气端口的中心轴线之间；和第二壁部，第二壁部位于进气端口的中心轴线的与第一壁部相反侧上。第一壁部包括：厚壁部，厚壁部的厚度比第二壁部的厚度大；和薄壁部，薄壁部的厚度比厚壁部的厚度小，并且薄壁部在排气流动的方向上位于厚壁部的上游。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机。

背景技术

在内燃机中，限定排气通路的壁暴露于高温排气。随着壁的温度由于壁暴露于高温排气而增加，壁的强度降低。为了减轻由于壁的强度降低而产生例如裂纹，已经提出了用于增强限定排气通路的壁的构造。

例如，日本专利申请公报No.2013-189921(JP 2013-189921 A)描述了一种包括与排气歧管一体地形成的涡轮外罩的涡轮增压器。在这种涡轮增压器中，从排气歧管的收集器延伸到限定涡轮涡壳通路的部分(即，涡轮增压器的进气端口)的连续部分的温度很可能变得特别高。因此，在根据JP 2013-189921 A的涡轮增压器中，为了减小由于很可能被加热到高温的进气端口的热膨胀引起的应变，通过为进气端口的外壁设置从涡轮外罩连续地延伸到排气歧管的增强部分而增加进气端口的刚度。

在JP 2013-189921 A中描述的增强部分设置在外壁上，以便从涡轮外罩连续地延伸到排气歧管。结果，在根据JP 2013-189921 A的涡轮增压器中，进气端口的刚度均匀地增加。

发明内容

涡轮增压器被布置在气缸盖和周边部件之间，所述周边部件诸如沿着排气流动的方向布置在涡轮增压器的下游并且连接到涡轮增压器的催化变换器。因此，如果涡轮增压器的进气端口的刚度均匀地增加，则由于进气端口的热膨胀引起的进气端口自身的应变减小。然而，进气端口由于热膨胀而延长的影响易于被施加在周边部件上，从而在周边部件中导致更大的应变。本发明提供一种内燃机，该内燃机被构造成实现确保被排气加热到高温的涡轮增压器的进气端口的充分强度和保护连接到涡轮增压器的周边部件这两个目的。

根据本发明的一个方面的一种内燃机包括气缸体、气缸盖和涡轮增压器。气缸体包括多个气缸。气缸盖包括盖内歧管和盖内冷却剂通路。盖内歧管连接到气缸的燃烧室中的每一个燃烧室。盖内歧管被构造成从燃烧室收集排气。盖内歧管连接到气缸盖的排气出口。排气出口的中心轴线被定位成在气缸的气缸排列方向上比将两个最外面气缸的中心轴线彼此连接的直线的中心更加靠近该两个最外面气缸中的一个气缸。气缸排列方向是在与气缸的中心轴线正交的平面上穿过气缸的中心轴线的直线的延伸方向。涡轮增压器包括进气端口。进气端口连接到气缸盖的排气出口。进气端口包括第一壁部和第二壁部。第一壁部在气缸排列方向上位于该一个气缸和进气端口的中心轴线之间。第二壁部位于进气端口的中心轴线的与第一壁部的相反侧上。第一壁部包括厚壁部和薄壁部。厚壁部的管道壁厚大于第二壁部的管道壁厚。薄壁部的管道壁厚小于厚壁部的管道壁厚。薄壁部在排气流动的方向上位于厚壁部的上游。

根据上述方面，气缸盖的排气出口的中心轴线在气缸排列方向上位于将该两个最外面气缸的中心轴线彼此连接的直线的中心的一侧上。因此，连接到盖内歧管的收集器的分支管道的倾斜角度彼此变化，并且因此从分支管道进入进气端口的排气的进入角度在分支管道之间变化。

从在气缸排列方向上在该两个最外面气缸中的更加远离排气出口的气缸延伸的分支管道引入进气端口中的排气在进气端口的壁上撞击的角度比从其它分支管道引入进气端口中的排气在进气端口的壁上撞击的角度更加接近直角。结果，从这个分支管道引入进气端口中的排气所撞击的部分很可能被加热到特别高的温度。

与此相对照，根据上述方面，厚壁部设置在第一壁部中，所述第一壁部在气缸排列方向上位于进气端口的中心轴线的与该两个最外面气缸中的更加远离排气出口的气缸的相反侧上。因此，很可能被加热到特别高的温度的部分得到增强。此外，比厚壁部薄的薄壁部在排气流动的方向上在厚壁部上游的位置处设置在第一壁部中。因此，由于进气端口的热膨胀引起的应力在具有较低刚度的薄壁部上集中。即，不象在整个第一壁部得到增强的情形中那样，由于应力引起的应变在薄壁部上集中，从而由于进气端口的热膨胀引起的应变在进气端口内侧得到吸收。因此，在连接到涡轮增压器的周边部件中，能够减轻由于进气端口的热膨胀而产生应变。

在上述方面中，气缸盖被通过盖内冷却剂通路循环的冷却剂冷却。因此，进气端口的靠近气缸盖侧的一部分，即，进气端口的在排气流动的方向上位于上游侧上的一部分的温度较不可能增加。因为薄壁部在排气流动的方向上设置在厚壁部的上游，所以与厚壁部相比，薄壁部较不可能被加热到高温。尽管薄壁部的管道厚度是小的，薄壁部的强度较不可能降低。

即，根据上述方面，很可能被加热到高温并且因此强度很可能降低的部分由厚壁部形成以得到增强，而较不可能被加热到高温并且因此强度较不可能降低的部分由薄壁部形成从而由于进气端口的热膨胀引起的应变在薄壁部上集中以得到吸收。因此，能够实现确保被排气加热到高温的涡轮增压器的进气端口的充分强度和保护连接到涡轮增压器的周边部件这两个目的。

在上述方面中，进气端口可以包括凸缘。进气端口可以被构造成在凸缘处连接到气缸盖。薄壁部可以在排气流动的方向上在凸缘下游的位置处与凸缘相邻地定位。

根据上述构造，靠近被循环的冷却剂冷却的气缸盖设置薄壁部。因此，薄壁部的温度降低，从而薄壁部强度的降低进一步受到抑制。

在上述方面中，进气端口的位于薄壁部和厚壁部之间的壁部分的管道壁厚可以从薄壁部到厚壁部逐渐地增大，直至该壁部分的管道壁厚变成等于厚壁部的管道壁厚为止。

如果是在薄壁部和厚壁部之间的进气端口的管道壁厚急剧变化，则应力可能集中在管道壁厚急剧地变化的部分上。根据上述构造，进气端口的管道壁厚在薄壁部和厚壁部之间逐渐地变化，应力较不可能集中在薄壁部和厚壁部之间的部分上。

在上述方面中，在进气端口与进气端口的中心轴线正交的横截面中，进气端口的管道壁厚可以在厚壁部处最大。在上述方面中，在进气端口中，厚壁部的管道壁厚大于其它部分的管道壁厚，并且因此避免了进气端口刚度的过度增加。因此，能够有效地抑制由于进气端口的热膨胀引起的应力作用于连接到涡轮外罩的周边部件上。

在上述方面中，在进气端口的与进气端口的中心轴线正交的横截面中，进气端口的管道壁厚可以在薄壁部处最小。即，由于热膨胀引起的应力更可能集中在薄壁部上。结果，进气端口中的应变更可能集中在薄壁部上，并且进一步地较不可能在进气端口的除了薄壁部之外的部分中产生应变。因此，能够抑制很可能被加热到高温并且因此强度很可能降低的部分的变形。

附图说明

将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是示意组装到根据本发明的实施例的内燃机的气缸盖的涡轮增压器周围的构造的概略视图；

图2是根据实施例的气缸盖和进气端口的局部横截面视图；

图3是示意沿着图2中的线III-III截取的进气端口的横截面结构的横截面视图；

图4是示意沿着图2中的线IV-IV截取的进气端口的横截面结构的横截面视图；

图5是示意根据实施例的盖内歧管和进气端口中的排气流动的概略视图；并且

图6是根据实施例的修改实例的内燃机的进气端口的横截面视图。

具体实施方式

在下文中，将参考图1到图5描述根据本发明的实施例的一种内燃机。根据本实施例的内燃机包括涡轮增压器。如在图1中所示意，在该内燃机中，气缸盖20被组装到气缸体10，并且涡轮增压器的涡轮外罩30的进气端口31连接到气缸盖20。因此，从气缸体10的多个气缸排放的排气通过进气端口31被引入涡轮外罩30中。催化变换器40在排气流动的方向上布置在涡轮外罩30的下游，并且连接到涡轮外罩30。在该内燃机中，撑杆50布置在涡轮外罩30和气缸盖20之间，并且撑杆50辅助支撑涡轮外罩30。

如在图2中所示意，根据本实施例的内燃机是直列式四缸内燃机，并且气缸体10包括气缸#1、#2、#3、#4。气缸盖20包括连接到气缸#1、#2、#3、#4的燃烧室以从气缸#1、#2、#3、#4收集排气的盖内歧管22。盖内歧管22包括分别地从气缸#1、#2、#3、#4延伸的分支管道22a、22b、22c、22d和收集通过分支管道22a到22d的排气的收集器22e。通过其排放所收集的排气的排气出口22f在气缸盖20的侧表面上打开。

涡轮外罩30的进气端口31连接到气缸盖20的侧表面(排气出口22f在此侧表面打开)的一个部分。因此，通过盖内歧管22从气缸盖20排放的排气通过进气端口31被引入涡轮增压器中。

围绕气缸盖20的盖内歧管22设置了冷却剂通过其在气缸盖20中循环的盖内冷却剂通路21。接着，将详细描述盖内歧管22。

如在图2中所示意，在与中心轴线C1、C2、C3、C4正交的平面上穿过气缸#1、#2、#3、#4的中心轴线C1、C2、C3、C4的直线L1的延伸方向将被称作气缸排列方向。此外，穿过在中心轴线C1和中心轴线C4之间的中点并且于直线L1正交的直线将被称作直线L2。

盖内歧管22的排气出口22f的位置被设置成使得排气出口22f的中心轴线在气缸排列方向上位于气缸#1和直线L2之间(即，在气缸排列方向上，在排气出口22f的中心轴线和气缸#1之间的距离比在直线L2和气缸#1之间的距离短)，从而排气出口22f离气缸#1比离气缸#4更近。气缸#1、#4是在气缸排列方向上的最外面气缸。因为排气出口22f的位置被设置使得排气出口22f的中心轴线在气缸排列方向上位于气缸#1和直线L2之间，所以分别地从气缸#1至#4延伸到收集器22e的分支管道22a至22d的倾斜角度彼此间变化。更加具体地，从作为最远离排气出口22f的气缸的气缸#4延伸的分支管道22d倾斜使得从分支管道22d进入进气端口31的排气的进入角度是从分支管道22a至22d进入进气端口31的排气的所有的进入角度中的最大进入角度。

接着，将详细描述进气端口31。如上所述，进气端口31在设置在进气端口31的远端处的凸缘32处连接到气缸盖20，从而与排气出口22f连通。因此，进气端口31在气缸排列方向上设置在气缸#1侧上。如在图2中所示意，进气端口31的中心轴线L3在气缸排列方向上位于气缸#1和直线L2之间(即，在气缸排列方向上，在进气端口31的中心轴线L3和气缸#1之间的距离比在直线L2和气缸#1之间的距离短)。

进气端口31的第一壁部33包括厚壁部33a。第一壁部33在气缸排列方向上位于气缸#1和中心轴线L3之间(即，在气缸排列方向上，在第一壁部33和气缸#1之间的距离比在中心轴线L3和气缸#1之间的距离短)。如在图3中所示意，厚壁部33a的壁厚O大于位于中心轴线L3的与第一壁部33的相反侧上的第二壁部34的壁厚P。

如在图2中所示意，比厚壁部33a薄的薄壁部33b设置在第一壁部33的在排气流动的方向上位于厚壁部33a的上游的一部分中。薄壁部33b被与凸缘32相邻地设置。

在图4中示意的横截面中，进气端口31的壁厚沿着全部周边是基本均匀的。如在图4中所示意地，薄壁部33b的壁厚Q基本等于第二壁部34的壁厚P。

即，进气端口31的管道壁厚在厚壁部33a处最大。如在图2中所示意，第一壁部33的位于薄壁部33b和厚壁部33a之间的壁部分从薄壁部33b到厚壁部33a厚度逐渐地增大，直至该壁部分的厚度变成等于厚壁部33a的壁厚为止。

接着，将参考图5描述根据本实施例的内燃机的运行。从气缸#1至#4的燃烧室排放的排气通过分别地从气缸#1至#4延伸的分支管道22a至22d以被收集在收集器22e中。然后，所收集的排气通过排气出口22f流入进气端口31中，并且然后被引入涡轮外罩30中。

从分支管道22a至22d进入进气端口31的排气的进入角度趋向于被设定成使得通过从在气缸排列方向上更远离排气出口22f的气缸延伸的分支管道进入进气端口31的排气的进入角度更大。在本实施例中，因为气缸#4最远离排气出口22f，所以在从气缸#4延伸的分支管道22d的中心轴线L4和进气端口31的中心轴线L3之间的角度θ1大于在分支管道22a的中心轴线L5和进气端口31的中心轴线L3之间的角度θ2。

即，通过从气缸#4延伸的分支管道22d进入收集器22e的排气的进入角度大于从其它分支管道22a至22c进入收集器22e的排气的进入角度中的任何一个进入角度。因此，被从分支管道22d引入进气端口31中的排气在进气端口31的壁上撞击的角度比被从其它分支管道22a至22c引入进气端口31中的排气在进气端口31的壁上撞击的角度更接近直角。因为排气在壁上撞击的角度更接近直角，所以排气所撞击的壁的温度很可能更高。

在这方面，在根据本实施例的内燃机中，通过在从分支管道22d流入进气端口31中的排气在其上撞击的第一壁部33处设置厚壁部33a，进气端口31的第一壁部33得到增强。这个增强提高了进气端口31在厚壁部33a处的刚度。

基于预先执行的模拟结果，厚壁部33a在中心轴线L3的延伸方向上的位置被设定在壁的温度在此处很可能最高的位置处。当通过增加其壁的厚度而增强进气端口31时，能够减小由于进气端口31的热膨胀引起的在进气端口31自身中的应变。然而，结果，进气端口31由于热膨胀而延长的影响易于被施加在连接到涡轮外罩30的周边部件诸如催化变换器40上，从而在周边部件中导致更大的应变。

此外，在根据本实施例的内燃机中，将涡轮外罩30支撑到气缸盖20上是得到撑杆50辅助的。即，涡轮外罩30被紧固到气缸盖20。这减小了由于由进气端口31的热膨胀产生的应力引起的涡轮外罩30和在排气流动的方向上布置在涡轮外罩30下游的催化变换器40等的位置的变化。然而，由于在撑杆50用于将涡轮外罩30支撑到气缸盖20上的力和由热膨胀产生的应力之间的相互作用，在靠近涡轮外罩30的周边部件上施加的应变变得更大。

为了避免这种情况，在根据本实施例的内燃机中，薄壁部33b在排气流动的方向上在厚壁部33a上游的位置处设置在进气端口31中。因为薄壁部33b的刚度低于厚壁部33a的刚度，所以由进气端口31的热膨胀产生的应力集中在薄壁部33b上。因此，由于应力引起的应变集中在薄壁部33b上，从而由于进气端口31的热膨胀引起的应变在进气端口31内得到吸收。即，在排气流动的方向上布置在涡轮外罩30下游并且连接到涡轮外罩30的催化变换器40等中，能够减轻由于进气端口30的热膨胀引起的应变的生成。

上述实施例产生了以下效果(1)至(6)。(1)厚壁部33a设置在进气端口31的第一壁部33中，该第一壁部33位于进气端口31的中心轴线L3与在气缸排列方向上更远离排气出口22f的气缸#4的相侧侧上。因此，很可能被加热到特别高的温度的部分得到增强。

(2)比厚壁部33a薄的薄壁部33b在排气流动的方向上在厚壁部33a上游的位置处设置在第一壁部33中。因此，由于进气端口31的热膨胀引起的应力集中在具有较低刚度的薄壁部33b上。即，由于应力引起的应变集中在薄壁部33b上，从而由于进气端口31的热膨胀引起的应变在进气端口31内得到吸收。即，在连接到涡轮外罩30的周边部件中，能够减轻由于进气端口30的热膨胀引起的应变的生成。

(3)气缸盖20被通过盖内冷却剂通路21循环的冷却剂冷却。因此，与厚壁部33a相比，在排气流动的方向上设置在厚壁部33a上游，即，靠近气缸盖20设置的薄壁部33b较不可能被加热。因此，尽管薄壁部33b的管道壁厚是小的，薄壁部33b的强度也较不可能降低。

即，与上述效果(1)、(2)相协同地，很可能被加热到高温并且因此强度很可能降低的部分由厚壁部33a形成以得到增强，而较不可能被加热到高温并且因此强度较不可能降低的部分由薄壁部33b形成，从而由于进气端口31的热膨胀引起的应变集中在薄壁部33b上以得到吸收。因此，能够实现确保被排气加热到高温的涡轮外罩30的进气端口11的充分强度和保护连接到涡轮外罩30的周边部件这两个目的。

(4)在本实施例中，邻近于凸缘32设置薄壁部33b，并且因此靠近被循环冷却剂冷却的气缸盖20布置薄壁部33b。结果，薄壁部33b的温度增加进一步受到抑制并且薄壁部33b的强度降低受到抑制。

(5)如果在进气端口31的在薄壁部33b和厚壁部33a之间的管道壁厚存在急剧变化，则应力可能集中在管道壁厚急剧地变化的部分上。根据本实施例，进气端口31的管道壁厚在薄壁部33b和厚壁部33a之间逐渐地变化，应力较不可能集中在薄壁部33b和厚壁部33a之间的部分上。

(6)在进气端口31中，厚壁部33a的管道壁厚大于其它部分的管道壁厚，并且因此避免了进气端口31的刚度的过度增加。因此，能够有效地阻止由于进气端口31的热膨胀引起的应力作用于连接到涡轮外罩30的周边部件上。

可以如下修改上述实施例。在上述实施例中，设置了用于将涡轮外罩30支撑到气缸盖20上的撑杆50。然而，即便不设置撑杆50，涡轮外罩30仍然被气缸盖20和催化变换器40紧固。因此，与是否设置撑杆50无关地，存在由于进气端口31的热膨胀引起的应变将在连接到涡轮外罩30的周边部件上施加影响的可能性。即，即使在未设置任何撑杆50的内燃机中，同样的不便仍然可能发生。通过采用根据上述实施例的构造，能够产生与如上所述相同的效果。

在上述实施例中，第二壁部34具有恒定的壁厚。然而，第二壁部34的壁厚不需要是恒定的。然而，应该避免将第二壁部34形成为比第一壁部33的薄壁部33b薄。

在上述实施例中，薄壁部33b的壁厚Q基本等于第二壁部34的壁厚P。然而，薄壁部33b的壁厚不需要基本等于第二壁部34的壁厚。例如，如在图6中所示意，可以通过将薄壁部33b的壁厚R设定为小于第二壁部34的壁厚P而设置具有小于第二壁部34的壁厚的薄壁部33b。当将这种构造应用于上述实施例时，进气端口31的管道壁厚在薄壁部33b处最小。即，由于热膨胀引起的应力更加可能集中在薄壁部33b上。结果，进气端口31中的应变更加可能集中在薄壁部33b上，并且进一步地较不可能在进气端口31的除了薄壁部33b之外的部分中产生应变。因此，能够抑制很可能被加热到高温并且因此强度很可能降低的部分的变形。

在以上说明中，根据上述实施例的构造被应用于直列式四缸内燃机。然而，根据上述实施例的构造能够应用到的内燃机不限于直列式四缸内燃机。当盖内歧管22的排气出口22f的位置被设置成使得排气出口22f在气缸排列方向上离该两个最外面气缸中的一个气缸比离该两个最外面气缸中的另一个气缸近时，能够产生与在上述实施例中的那些效果相同的效果。

在上述实施例中，排气出口22f被设置成使得排气出口22f的中心轴线在气缸排列方向上位于气缸#1和直线L2之间。然而，可以将排气出口22f设置成使得排气出口22f的中心轴线在气缸排列方向上在气缸#4和直线L2之间。在此情形中，在从分支管道22a至22d进入进气端口31的排气的所有的进入角度中，通过从气缸#1延伸的分支管道22a流入进气端口31中的排气的进入角度是最大进入角度。即，当将这种构造应用于上述实施例时，通过在进气端口31的位于气缸#4和中心轴线L3之间的第二壁部34中设置薄壁部33b和厚壁部33a，产生了与在上述实施例中的那些效果相同的效果。

根据上述实施例的构造可以应用于设置有双涡流涡轮增压器的内燃机。在此情形中，进气端口设置有两个分开的排气通路。通过在位于其中盖内歧管22的排气出口22f在其上相对于直线L2偏置的一侧上的壁部分中设置厚壁部和薄壁部，产生了与在上述实施例中的那些效果相同的效果。

Claims (5)

1.一种内燃机，其特征在于包括：

气缸体，所述气缸体包括多个气缸；

气缸盖，所述气缸盖包括盖内歧管和盖内冷却剂通路，所述盖内歧管连接到所述气缸的燃烧室中的每一个燃烧室，所述盖内歧管被构造成从所述燃烧室收集排气，并且所述盖内歧管连接到所述气缸盖的排气出口，所述排气出口的中心轴线被定位成在所述气缸的气缸排列方向上比将两个最外面气缸的中心轴线彼此连接的直线的中心更靠近所述两个最外面气缸中的一个气缸，并且所述气缸排列方向是在与所述气缸的中心轴线正交的平面上穿过所述气缸的中心轴线的直线的延伸方向；和

涡轮增压器，所述涡轮增压器包括进气端口，所述进气端口连接到所述气缸盖的所述排气出口，所述进气端口包括第一壁部和第二壁部，所述第一壁部在所述气缸排列方向上位于所述一个气缸和所述进气端口的中心轴线之间，所述第二壁部位于所述进气端口的中心轴线的与所述第一壁部相反侧上，所述第一壁部包括厚壁部和薄壁部，所述厚壁部的管道壁厚大于所述第二壁部的管道壁厚，所述薄壁部的管道壁厚小于所述厚壁部的管道壁厚，并且所述薄壁部在排气流动的方向上位于所述厚壁部的上游。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：

所述进气端口包括凸缘；

所述进气端口在所述凸缘处连接到所述气缸盖；并且

所述薄壁部在所述排气流动的方向上在所述凸缘的下游的位置处与所述凸缘相邻地定位。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述进气端口的位于所述薄壁部和所述厚壁部之间的壁部的管道壁厚从所述薄壁部到所述厚壁部逐渐地增大，直至所述壁部的管道壁厚变成等于所述厚壁部的管道壁厚为止。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，在所述进气端口的横截面中，所述进气端口的管道壁厚在所述厚壁部处最大，所述横截面与所述进气端口的中心轴线正交。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，在所述进气端口的横截面中，所述进气端口的管道壁厚在所述薄壁部处最小，所述横截面与所述进气端口的中心轴线正交。