CN112855378A - 多气缸内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包含气缸头的多气缸内燃机，所述气缸头包括：可更有效地冷却排气的排气孔。气缸头(15)包括：第一顶面(24a)，堵塞第一气缸，第一气缸具有与排气口(37)相隔第一距离(L1)的气缸轴线(C)；第二顶面(24b)，堵塞第二气缸，第二气缸具有与排气口(37)相隔比第一距离(L1)更小的第二距离(L2)的气缸轴线(C)；以及排气孔(32)，在各个气缸中从朝燃烧室(18)开口的两个孔口(26)朝排气口(37)延长。排气孔(32、41a、41b)从各个孔口(26)个别地延长，俯视时，在比气缸头(15)对于气缸体(13)的结合面(27)更外侧与各气缸合流。

Description

多气缸内燃机
技术领域
本发明涉及一种气缸头，其包括：第一顶面，堵塞第一气缸，第一气缸具有与排气口相隔第一距离的气缸轴线；第二顶面，堵塞第二气缸，第二气缸具有与排气口相隔比第一距离更小的第二距离的气缸轴线；以及排气孔(exhaust port)，在各个气缸中，从朝燃烧室开口的两个孔口朝排气口延长。
背景技术
在多气缸内燃机中，一般是在气缸头的内部形成多个吸气孔及排气孔，将分配吸气的吸气歧管及使排气合流的排气歧管分别与气缸头的吸气侧侧面及排气侧侧面接合的形态。近年来，也已知有如下的形态的多气缸内燃机：在气缸头的内部也形成使排气合流的排气集合部，在气缸头的排气侧侧面的排气口接合单一的排气管。
在气缸头内形成有排气集合部的多气缸内燃机，无需另外设置排气歧管，因此，除可使内燃机整体小型化以外，可抑制废气的散热量，可在预热机器时提前提高废气净化装置的温度来将催化剂活化。另一方面，为了防止由过度的温度上升所引起的催化剂的热劣化，也必须适当地冷却废气。
作为此种多气缸内燃机的冷却结构，专利文献1公开一种在曲柄轴的轴方向上串联地排列有四个缸膛的多气缸内燃机的气缸头。在气缸头形成第一顶面与第二顶面，所述第一顶面堵塞四个缸膛中的内侧两个缸膛，所述第二顶面堵塞外侧两个缸膛。在第一顶面及第二顶面分别形成朝燃烧室开口的两个孔口。排气孔从各个孔口朝单一的排气口延长。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2008-309158号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在气缸头形成分别环绕第一顶面及第二顶面与气缸体液密地重叠的结合面。在结合面中，要求环绕第一顶面及第二顶面形成水套(water jacket)的壁厚。在专利文献1中，从孔口延长的两个排气孔在比较接近燃烧室的位置上相互合流。各孔口的排气孔短。因此，接触排气的排气孔的表面积不大。冷却效果不像期待的那样大。而且，连接在内侧两个缸膛的排气孔的排气温度与连接在外侧两个缸膛的排气孔的排气温度产生偏差。其结果，无法适当地冷却废气，无法防止由过度的温度上升所引起的催化剂的热劣化。
本发明是鉴于所述实际情况而形成的发明，其目的在于提供一种气缸头，包括：可更有效地冷却排气的排气孔。
[解决问题的技术手段]
根据本发明的第一实施例，提供一种多气缸内燃机，其包括气缸头。所述气缸头包含：第一顶面，堵塞第一气缸，第一气缸具有与排气口相隔第一距离的气缸轴线；第二顶面，堵塞第二气缸，第二气缸具有与所述排气口相隔比所述第一距离更小的第二距离的气缸轴线；以及排气孔，在各个气缸中，从朝燃烧室开口的两个孔口朝所述排气口延长。在所述多气缸内燃机中，所述排气孔从各个所述孔口个别地延长，俯视时，在比所述气缸头对于气缸体的结合面更外侧与各气缸合流。
根据第二实施例，除第一实施例的结构以外，在所述第二气缸中将两个所述排气孔隔开的壁体，比虚拟平面更朝排气口侧延长。所述虚拟平面与包含所述第一气缸的气缸轴线及所述第二气缸的气缸轴线的虚拟平面平行，并且，所述虚拟平面接触在所述第一气缸中将两个所述排气孔隔开的壁体的前端。
根据第三实施例，除第一实施例或第二实施例的结构以外，在所述第二气缸中将两个所述排气孔隔开的壁体，延长至虚拟平面为止、或比所述虚拟平面更朝排气口侧延长。所述虚拟平面与包含所述第一气缸的气缸轴线及所述第二气缸的气缸轴线的虚拟平面平行，并且，所述虚拟平面接触将所述第一气缸的所述排气孔与所述第二气缸的所述排气孔隔开的壁体的前端。
[发明的效果]
根据第一实施例，在各气缸中，两个排气孔从燃烧室个别地延长。在各气缸中，两个排气孔在比气缸头对于气缸体的结合面更外侧与各气缸合流。接触排气的排气孔的表面积增大。从排气孔内的排气朝气缸头的金属体传导热，因此，可对应于表面积的增大而有效地冷却排气。
根据第二实施例，在排气孔中，从孔口至排气口为止通道长度越长，接触排气的表面积越增加，排气的冷却效果越提高。每当排气孔合流，接触排气的表面积均减少。冷却效果变弱。从第一气缸至排气口为止的通道长度比从第二气缸至排气口为止的通道长度更长，因此，在第二气缸中将两个排气孔隔开的壁体比第一气缸的所述壁体更长，则可在第一气缸及第二气缸中使排气孔的冷却效果平衡。可缩小各气缸的排气温度的偏差。通过排气温度收敛成特定的温度，可防止催化剂的热劣化。可适当地冷却废气。
根据第三实施例，通过调整将从第一气缸延长的排气孔与从第二气缸延长的排气孔隔开的壁体的长度，可在第一气缸及第二气缸中使排气孔的冷却效果平衡。可缩小各气缸的排气温度的偏差。通过排气温度收敛成特定的温度，可防止催化剂的热劣化。可适当地冷却废气。
附图说明
图1是本发明的实施方式的多气缸内燃机的部分剖面图，且是概略性地表示包含吸气阀及排气阀的轴心的剖面的结构的图。
图2是从对于气缸体的结合面观察的气缸头的仰视图。
图3是对应于图2，表示气缸头内的排气孔与结合面的位置关系的概念图。
图4是沿着图3的4-4线的剖面图。
图5是表示在气缸头的铸造时用于排气孔的形成的型芯的平面图。
[符号的说明]
11：多气缸内燃机
12：第一气缸或第二气缸(第一缸膛或第二缸膛、及第四缸膛或第三缸膛)
13：气缸体
15：气缸头
18：燃烧室
24a：第一顶面
24b：第二顶面
26：(排气孔的)孔口
27：结合面
32：排气孔
37：排气口
41a：排气孔(第一个别孔)
41b：排气孔(第二个别孔)
45：壁体(第一壁体)
47：壁体(第二壁体)
53：壁体
C：气缸轴线
FV：虚拟平面
L1：第一距离
L2：第二距离
SV：虚拟平面
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式进行说明。
图1是概略性地表示本发明的实施方式的多气缸内燃机的概念图。多气缸内燃机11包括：气缸体13，具有在气缸轴线C上划分同轴的圆筒空间的缸膛(气缸)12；以及气缸头15，与气缸体13的上端结合，支撑气门机构(valve train)14。在气缸体13收容活塞16，所述活塞16由缸膛12沿着气缸轴线C往返运动自如地引导。活塞16在与气缸头15相向的冠面17，与气缸头15之间形成燃烧室18。缸膛12的开口由挡住气缸头15的座面19包围。座面19在与气缸轴线C正交的平面SP内扩展。气缸体13例如由铝合金等金属材料进行铸造来成形。
在活塞16连接曲柄轴22，所述曲柄轴22环绕旋转轴线Rx旋转自如地支撑在曲柄箱。此处，在气缸体13，在曲柄轴22的轴方向上串联地排列四个缸膛12(从一侧起依次为第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛)。连接杆23将活塞16与曲柄轴22的曲柄销连结。各个活塞16以特定的相位角与曲柄轴22连结。活塞16的线形运动通过连接杆23的作用来转换成曲柄轴22的旋转运动。
如图2所示，在气缸头15形成了堵塞第一缸膛的第一顶面24a、堵塞第二缸膛的第二顶面24b、堵塞第三缸膛的第三顶面24c、以及堵塞第四缸膛的第四顶面24d。在第一顶面24a～第四顶面24d形成两个孔口25与两个孔口26。所述两个孔口25并排地朝燃烧室18开口，且与后述的吸气孔连接。所述两个孔口26并排地朝燃烧室18开口，且与后述的排气孔连接。气缸头15例如从铝合金等金属材料进行铸造来成形。
在气缸头15形成结合面27，所述结合面27环绕第一顶面24a～第四顶面24d且与气缸体13液密地重叠。环绕第一顶面24a～第四顶面24d且与气缸体13的水套(未图示)连接的水套28，在结合面27上开口。气缸头15具有：环绕第一顶面24a～第四顶面24d且形成水套28的壁厚。结合面27的宽度，反映环绕第一顶面24a～第四顶面24d的壁厚。
如图1所示，在气缸头15形成吸气孔31与排气孔32，所述吸气孔31在各个孔口25与燃烧室18连接，所述排气孔32在各个孔口26与燃烧室18连接。在吸气孔31的孔口25及排气孔32的孔口26分别固定阀座33。气门机构14包括：吸气阀34，在轴方向上位移自如地支撑在气缸头15，面对燃烧室18将吸气孔31开闭；以及排气阀35，在轴方向上位移自如地支撑在气缸头15，面对燃烧室18将排气孔32开闭。吸气阀34及排气阀35分别在吸气孔31及排气孔32的关闭时落座在阀座33。
气门机构14通过了环绕与曲柄轴22的旋转轴线Rx平行的轴心而旋转自如地支撑在气缸头15的凸轮轴(未图示)的作用，而引起吸气阀34及排气阀35的轴方向位移。在吸气阀34及排气阀35的轴方向位移时，摇臂(未图示)可介于吸气阀34及排气阀35与凸轮轴之间。
如图3及图4所示，排气孔32具有：排气口37，所述排气口37在与包含四个缸膛12的气缸轴线C的虚拟平面平行的结合面36上开口。结合面36与排气管单元(未图示)结合。由第一顶面24a封闭的第一缸膛具有：与排气口37相隔第一距离L1的气缸轴线C。由第二顶面24b封闭的第二缸膛具有：与排气口37相隔比第一距离L1更小的第二距离L2的气缸轴线C。将距离的起点设定成：在结合面36内将排气口37平分的平分线38。此处，由第三顶面24c封闭的第三缸膛与第二缸膛同样地具有：与排气口37相隔第二距离L2的气缸轴线C。由第四顶面24d封闭的第四缸膛与第一缸膛同样地具有：与排气口37相隔第一距离L1的气缸轴线C。
排气孔32具有：第一个别孔41a，从第一缸膛的孔口26朝排气口37个别地延长；第二个别孔41b，从第二缸膛的孔口26朝排气口37个别地延长；第一合流孔42，与第一个别孔41a及第二个别孔41b连结，使第一个别孔41a及第二个别孔41b合流成一个，朝排气口37逐渐地缩小；第三个别孔41c，从第三缸膛的孔口26朝排气口37个别地延长；第四个别孔41d，从第四缸膛的孔口26朝排气口37个别地延长；第二合流孔43，与第三个别孔41c及第四个别孔41d连结，使第三个别孔41c及第四个别孔41d合流成一个，朝排气口37逐渐地缩小；以及集合孔44，使第一合流孔42及第二合流孔43合流成一个来与排气口37连接。俯视时，第一个别孔41a在比气缸头15对于气缸体13的结合面27更外侧合流。即，将第一个别孔41a彼此隔开的第一壁体45朝比具有与气缸轴线C平行的母线并接触结合面27的轮廓的虚拟面46更外侧延长。俯视时，第二个别孔41b在比气缸头15对于气缸体13的结合面27更外侧合流。即，将第二个别孔41b彼此隔开的第二壁体47朝比具有与气缸轴线C平行的母线并接触结合面27的轮廓的虚拟面48更外侧延长。第三缸膛与第二缸膛同样地具有：与排气口37相隔第二距离L2的气缸轴线C，因此，将第三个别孔41c彼此隔开的第三壁体49以与第二壁体47相等的长度延长。此处，俯视时，第三个别孔41c在比气缸头15对于气缸体13的结合面27更外侧合流。即，第三壁体49朝比具有与气缸轴线C平行的母线并接触结合面27的轮廓的虚拟面51更外侧延长。第四缸膛与第一缸膛同样地具有：与排气口37相隔第一距离L1的气缸轴线C，因此，将第四个别孔41d彼此隔开的第四壁体52以与第一壁体45相等的长度延长。此处，俯视时，第四个别孔41d在比气缸头15对于气缸体13的结合面27更外侧合流。
第二壁体47比虚拟平面FV更朝排气口37侧延长，所述虚拟平面FV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触第一壁体45的前端。同样地，第三壁体49比虚拟平面FV更朝排气口37侧延长，所述虚拟平面FV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触第四壁体52的前端。
第二壁体47延长至虚拟平面SV为止，所述虚拟平面SV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触将第一缸膛的第一个别孔41a与第二缸膛的第二个别孔41b隔开的壁体53的前端。但是，第二壁体47也可以比虚拟平面SV更朝排气口37侧延长。同样地，第三壁体49延长至虚拟平面SV为止，所述虚拟平面SV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触将第四缸膛的第四个别孔41d与第三缸膛的第三个别孔41c隔开的壁体54的前端。但是，第三壁体49也可以比虚拟平面SV更朝排气口37侧延长。
如图4所示，气缸头15内的水套28包括：第一流路28a，在排气孔32的上侧使冷却水在气缸头15内流通；以及第二流路28b，在排气孔32的下侧使冷却水在气缸头15内流通。例如，从水泵(未图示)朝水套28供给冷却水。冷却水从水套28朝例如散热器流出。排气孔32内的排气的热被传导至气缸头15的金属体，并从金属体传导至冷却水。
图5表示在气缸头15的铸造时使用的排气孔32用的型芯56。型芯56具有：第一管形成部57，在第一个别孔41a的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间；第二管形成部58，在第二个别孔41b的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间；第三管形成部59，在第三个别孔41c的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间；以及第四管形成部61，在第四个别孔41d的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间。第一管形成部57、第二管形成部58、第三管形成部59及第四管形成部61形成为一边弯曲一边延长的棒形状。
型芯56具有：第一块部62，在第一合流孔42的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间；第二块部63，在第二合流孔43的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间；以及第三块部64，在集合孔44的形成时，在气缸头15的金属体内划分空间。第一管形成部57及第二管形成部58与第一块部62合流。第三管形成部59及第四管形成部61与第二块部63合流。第一块部62及第二块部63与第三块部64合流。在第三块部64划分被并入气缸头15的结合面36的端面65。端面65在气缸头15的结合面36划分排气口37。
在第一管形成部57彼此之间，利用金属体来确立第一壁体45。在第二管形成部58彼此之间，利用金属体来确立第二壁体47。在第三管形成部59彼此之间，利用金属体来确立第三壁体49。在第四管形成部61彼此之间，利用金属体来确立第四壁体52。在邻接的第一管形成部57及第二管形成部58之间，利用金属体来确立壁体53。在邻接的第三管形成部59及第四管形成部61之间，利用金属体来确立壁体54。
第二管形成部58彼此的合流位置66位于比虚拟平面FV更靠近端面65侧，所述虚拟平面FV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触第一管形成部57彼此的合流位置67。第三管形成部59彼此的合流位置68位于比虚拟平面FV更靠近端面65侧，所述虚拟平面FV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触第四管形成部61彼此的合流位置69。
第二管形成部58彼此的合流位置66位于虚拟平面SV内，所述虚拟平面SV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触邻接的第一管形成部57及第二管形成部58的合流位置71。第三管形成部59彼此的合流位置68位于虚拟平面SV内，所述虚拟平面SV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触邻接的第三管形成部59及第四管形成部61的合流位置72。但是，与所述第二壁体47及第三壁体49同样地，合流位置66、合流位置68也可以位于比虚拟平面SV更靠近端面65侧。
在本实施方式的气缸头15中，在各气缸中，两个个别孔41a、两个个别孔41b、两个个别孔41c、两个个别孔41d从燃烧室18个别地延长。在各气缸中，两个排气孔41a、两个排气孔41b、两个排气孔41c、两个排气孔41d在比气缸头15对于气缸体13的结合面27更外侧与各气缸合流。接触排气的排气孔32的表面积增大。从排气孔32内的排气朝气缸头15的金属体传导热，因此，可对应于表面积的增大而有效地冷却排气。
在排气孔32中，从孔口26至排气口37为止通道长度越长，接触排气的表面积越增加，排气的冷却效果越提高。每当排气孔32合流时，接触排气的表面积减少。冷却效果变弱。从与四个串联的缸膛中的外侧的第一缸膛及第四缸膛对应的孔口26至排气口37为止的通道长度，比从与内侧的第二缸膛及第三缸膛对应的孔口26至排气口37为止的通道长度更长，因此，若对应于第二缸膛及第三缸膛来将个别孔41b、个别孔41c彼此隔开的第二壁体47及第三壁体49，比对应于第一缸膛及第四缸膛来将个别孔41a、个别孔41d彼此隔开的第一壁体45及第四壁体52更长，则可在与第一缸膛及第四缸膛对应的排气孔41a、排气孔41d，及与第二缸膛及第三缸膛对应的排气孔41b、排气孔41c中使冷却效果平衡。可缩小各气缸的排气温度的偏差。通过排气温度收敛成特定的温度，可防止催化剂的热劣化。可适当地冷却废气。
在本实施方式中，对应于四个串联的缸膛中的内侧的第二缸膛及第三缸膛来将个别孔41b、个别孔41c彼此隔开的第二壁体47及第三壁体49延长至虚拟平面SV为止，所述虚拟平面SV与包含第一缸膛、第二缸膛、第三缸膛及第四缸膛的气缸轴线C的虚拟平面平行，并接触将邻接的第一缸膛的第一个别孔41a与第二缸膛的第二个别孔41b隔开的壁体53、以及将邻接的第三个别孔41c及第四个别孔41d隔开的壁体54的前端。如此，通过调整壁体53、壁体54的长度，可使对应于四个串联的缸膛中的内侧的第二缸膛及第三缸膛的排气孔32的冷却效果与对应于外侧的第一缸膛及第四缸膛的排气孔32的冷却效果平衡。可缩小各气缸的排气温度的偏差。通过排气温度收敛成特定的温度，可防止催化剂的热劣化。可适当地冷却废气。另外，在冷却效果的平衡时，第二壁体47及第三壁体49也可以比虚拟平面SV更朝排气口37延长。

Claims (3)

1.一种多气缸内燃机，是包括气缸头(15)的多气缸内燃机(11)，其特征在于：
所述气缸头(15)包含：
第一顶面(24a)，堵塞第一气缸，所述第一气缸具有：与排气口(37)相隔第一距离(L1)的气缸轴线(C)；
第二顶面(24b)，堵塞第二气缸，所述第二气缸具有：与所述排气口(37)相隔比所述第一距离(L1)更小的第二距离(L2)的气缸轴线(C)；以及
排气孔(32)，在各个气缸中，从朝燃烧室(18)开口的两个孔口(26)朝所述排气口(37)延长；
在所述多气缸内燃机(11)中，所述排气孔(32)从各个所述孔口(26)个别地延长，俯视时，在比所述气缸头(15)对于气缸体(13)的结合面(27)更外侧与各气缸合流。
2.根据权利要求1所述的多气缸内燃机，其特征在于，
在所述第二气缸中将两个所述排气孔(41b)隔开的壁体(47)，比虚拟平面(FV)更朝排气口(37)侧延长，
所述虚拟平面(FV)与包含所述第一气缸的气缸轴线(C)及所述第二气缸的气缸轴线(C)的虚拟平面平行，并且，
所述虚拟平面(FV)接触在所述第一气缸中将两个所述排气孔(41a)隔开的壁体(45)的前端。
3.根据权利要求1或2所述的多气缸内燃机，其特征在于，
在所述第二气缸中将两个所述排气孔(41b)隔开的壁体(47)，延长至虚拟平面(SV)为止、或比所述虚拟平面(SV)更朝排气口(37)侧延长，
所述虚拟平面(SV)与包含所述第一气缸的气缸轴线(C)及所述第二气缸的气缸轴线(C)的虚拟平面平行，并且，
所述虚拟平面(SV)接触将所述第一气缸的所述排气孔(41a)与所述第二气缸的所述排气孔(41b)隔开的壁体(53)的前端。
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