CN1301916A - 多阀吸气式发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多阀吸气式发动机,其在任何情况下都能产生强的涡旋,增强涡旋而不牺牲吸气量。其中,在气缸3内涡旋S的上流侧和下流侧,至少设有分别带出口7、8的第1吸气口1和第2吸气口2,第1吸气口1的出口面前部16,指向第2吸气口出口8与位于该出口8的第2吸气口轴线Cp方向上流侧的气缸内壁12a间的区域A。

Description

多阀吸气式发动机
本发明涉及每一个气缸上至少设有2个吸气口的多阀吸气式发动机。
在发动机领域，现有技术中，使吸气口多个化，通过改进各吸气口的形状、尺寸、配置等，提高吸气效率、最大吸气量、涡旋特性等。
本申请人以前也提出过图9、图10所示那样的多阀吸气式发动机(见日本特开平6-288239号公报)。该多阀吸气式发动机，并排设有2个吸气口51、51，将一方吸气口51作为螺旋口，向气缸53内吹出螺旋流，并且，在另一方吸气口52的出口前位置设置凹部54，借助该凹部54使口内的吸气反转后吹出，用它们的总合效果生成、增长气缸内涡旋S。
但是，在另一方吸气口52中存在下述问题。即，由于吸气流与上述凹部54碰撞，所以吸气的流速减缓，吸气效率降低。另外，当吸气阀55的阀开程如实线所示那样小时，吸气口的出口被吸气阀55的阀头部56遮住，所以，吸气被该阀头56导引沿着f1的路线流动。但是，当吸气阀55的阀程如点划线所示那样大时，不被阀头部56遮住，吸气如f2那样的最短路线直线地出来，反而破坏了涡旋S。该倾向在吸气流速高、吸气惯性大的高旋转区尤为显著。
为了解决该问题，特开平10-37751号公报中，揭示了在反涡旋方向的吸气吹出发生时，使吸气阀阀程减小的技术。这样，由于不能发挥吸气口出口本来具的性能，实际上出口面积减小，导致最大吸气量的减少。
因此，已往的吸气口，不是在所有情况下部能得到强的涡旋，并且，要增强涡旋而不牺牲吸气量是困难的。
本发明就是为了改善上述状况而提出的。其目的是提供一种多阀吸气式发动机，其即使在任何状况下都能产生强的涡旋，兼有高水平的吸气量和涡旋。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，该第1吸气口的出口前面部，指向第2吸气口出口、和位于该出口的第2吸气口轴线方向上流侧位置的气缸内壁之间的区域。
多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，将该第1吸气口的出口前面部定向为，相对从该位置朝向气缸内的第1吸气口轴线方向，形成90°以上、150°以下的角度。
所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第1吸气口具有：与上述出口前面部上流侧相连的中间部、和与该中间部上流侧相连的入口部，上述中间部相对于上述入口部，朝着远离上述第2吸气口的方向呈U字形突出。
所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述U字形倾斜于与第1吸气口轴线垂直的方向，上述U字形的顶点在气缸中心附近。
所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，设上述第1吸气口的入口宽度为W时，上述中间部相对于上述入口部的最大偏置长度为0.5W以上、0.75W以下。
所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第1吸气口的内面，沿全长形成为光滑面。
所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第1吸气口的出口前面部的断面形状，是在出口径向呈长的扁平状。
所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第2吸气口是直形切线口，在其出口附近，将上述第2吸气口收缩，使得在上述第1吸气口的相反侧有通路。
多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，在该第1吸气口的入口与出口之间，设有弯曲状的中间部，上述出口形成在通过入口上端并与中间部的内角壁相接的直线的下方。
多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，第2吸气口是直形切线口，并且，在其出口附近，将上述吸气口收缩，使得在第1吸气口的相反侧带有通路。
本发明的多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，该第1吸气口的出口前面部，指向第2吸气口出口与位于该出口的第2吸气口轴线方向上流侧位置的、气缸内壁之间的区域。
另外，本发明的多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，该第1吸气口的出口前面部，从其位置朝着气缸内相对于第1吸气口轴线方向成90°以上、150°以下的角度。
上述第1吸气口具有与上述出口前面部上流侧相连的中间部和与该中间部上流侧相连的入口部，上述中间部相对于上述入口部，最好朝着远离上述第2吸气口的方向呈U字形突出。
上述U字形最好倾斜于与第1吸气口轴线垂直的方向，上述U字形的顶点在气缸中心附近。
设第1吸气口的入口宽度为W时，上述中间部相对于上述入口部的最大偏置长度最好为0.5W以上、0.75W以下。
上述第1吸气口的内面，最好沿全长形成为光滑面。
上述第1吸气口的出口前面部的断面形状，最好是出口径方向长的扁平状。
上述第2吸气口最好是直形切线口，并且在其出口附近，将上述第2吸气口收缩，在使得上述第1吸气口的相反侧有通路。
本发明的多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，在第1吸气口的入口与出口之间，设有弯曲状的中间部，上述出口形成在通过入口上端并与中间部的内角壁相接的直线的下方。
另外，本发明多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，第2吸气口是直形切线口，并且，并且在其出口附近，将上述第2吸气口收缩，使得在第1吸气口的相反侧有通路。
本发明的优良效果：
根据上述的本发明，在任何状况下都能产生强的涡旋，兼有高水平的吸气量和涡旋，具有优越的效果。
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是本发明实施例之多阀吸气式发动机的平面图。
图2是图1所示发动机的立体图。
图3是图1所示发动机的左侧面图。
图4是图1所示发动机的正面图。
图5是图1所示发动机的右侧面图。
图6是图1所示发动机的背面图。
图7是表示吸气口的口位置与口面积关系的曲线图。
图8是将本实施例与已往例比较，表示平均涡旋比与口有效面积关系的曲线图。
图9是表示已往的多阀吸气式发动机的平面图。
图10是图9的X-X线断面图。
下面，参照附图说明本发明的最佳实施例。
图1至图6表示本实施例的多阀吸气式发动机，特别只表示其形状。作为吸气口，在每1个气缸上设有2个吸气口，即第1吸气口1和第2吸气口2。这些吸气口呈管体形状。实际上，是在气缸头的铸造成形时同时形成在气缸头内的。对气缸3也同样地只表示了其形状。该发动机4是阀式发动机(图未示)，在1个气缸上也设有2个排气口和排气阀。
图1中，Oc是气缸中心，C是曲轴中心，C1是第1吸气口1的中心线，C2是第2吸气口2的中心线，Cp是吸气口轴线，S是气缸内的涡旋。这里所说的“吸气口轴线”，是在图1的平面图中，仅连接吸气口的入口中心与出口中心的直线。这里，两吸气口的吸气口轴线均垂直于曲轴中心C方向，用通过气缸中心Oc的一根直线代表吸气口轴线Cp。白色空心箭头表示吸气的气流。
该发动机，是在曲轴中心C方向排列着若干气缸3(图中只示出一个)的直喷式柴油发动机。第1吸气口1和第2吸气口2也沿曲轴中心C方向分开地排列。这些吸气口的入口4、5在气缸头侧壁6上开口，呈四方形状。这些吸气口的出口7、8在气缸上壁9上开口，呈圆形。出口7、8被图10所示那样的伞阀式吸气阀开闭，沿着气缸中心Oc的方向朝向下方。只用虚线表示吸气阀的阀杆10。在气缸3内，第1吸气口1的出口7位于涡旋S方向上流侧，第2吸气口2的出口8位于涡旋S方向下流侧。第1吸气口1全体比第2吸气口2全体位于涡旋S方向上流侧。两出口7、8距曲轴中心C的距离相等。
第2吸气口2是所谓的直形切线口。即，如图1所示，从平面看，从入口5到出口8沿吸气口轴线Cp的方向直线地延伸，朝涡旋切线方向吹出吸气。但是，在出口8附近，第2吸气口2被缩窄，使得在第1吸气口1的相反侧具有通路而被缩小。即，位于第1吸气口1侧的第2吸气口2的内壁11，在一定区间，朝口内渐渐地鼓出，结果，口中心线C2渐渐地朝气缸半径方向外侧偏向。这样，吸气更朝气缸壁12侧偏向。
从第2吸气口2出来的吸气，基本上沿涡旋S的切线方向流动，使涡旋S增强，借助在上述出口8附近的偏向，吸气朝着气缸半径方向外侧喷出，更有利于增强涡旋。另外，出口8的紧前部相对于出口8偏向气缸半径方向外侧，所以，为了将该紧前部与圆形出口8平滑地连接，设有从平面看呈弯月形的伞部13。
如图5所示，出口8位于比入口5低的位置，第2吸气口2从入口5朝着出口8渐渐地下降。这时，第2吸气口2的倾斜角尽量地平卧，不形成滚动流，增长涡旋。第2吸气口2的口位置与口面积的关系如图7所示，从入口5起渐渐地缩小口面积，在伞部13口面积急剧扩大。该形态与通常的吸气口相同。即，越到下流侧使空气密度越渐渐增加，防止口内的剥离和紊乱，在出口一下子喷出。第2吸气口2的内面，是沿全长没有突起的光滑面。
第1吸气口1由入口4、入口部14、中间部15、出口前面部16、出口7和伞部17构成。入口部14从平面看是直线形状。中间部15与入口部14的下流侧相连，相对于入口部14朝远离第2吸气口2的方向呈U字形突出。出口前面部16与中间部15的下流侧相连。伞部17将出口前面部16和出口7平滑地连接起来。入口部14从平面上看沿吸气口轴线Cp的方向延伸。中间部15从入口部14渐渐地远离第2吸气口2，再回到第2吸气口2附近地呈U字形弯曲。该U字形朝着与第1吸气口轴线Cp的垂直的方向倾斜，其顶点到达曲轴中心C至气缸中心Oc。用α表示其倾斜角。中间部15相对于入口部14偏置在远离第2吸气口2的方向，设入口宽为W时，其最大偏置长度L为0.5W以上、0.75W以下。
这样使中间部15弯曲，结果，出口前面部16指向区域A即图1的斜线区域A，该区域A是第2吸气口的出口8与位于出口8的第2吸气轴线方向上流侧的气缸内壁12a间的区域。出口前面部16，从该出口前面部16的位置朝着气缸3内相对于第1吸气口轴线方向具有预定角度θ。出口前面部16，与在其位置的口中心线C1垂直的断面形状，是出口8径方向长的扁平状(这里是椭圆)。在图中用斜影线表示其断面形状。
如图3所示，出口7的高度比入口4低。第1吸气口1将入口4和出口7连接起来，入口部14从入口4稍稍朝向上方，然后在中间部15处向下方落入。中间部15从入口侧朝着出口侧向下方弯曲。第1吸气口1的入口4，低于第2吸气口2的入口5。
从入口4看不见出口7。例如，从高度方向说，出口7形成在直线B的下方，该直线B通过入口4上端，与中间部15的内角壁18相接。结果，吸气从入口4不是一下子通过出口7出来，而中间部15改变方向。
第1吸气口1的口位置与口面积的关系如图7所示，从入口4到出口前面部16的终端，口面积渐渐缩小，在伞部17处面积急剧地扩大到出口7的面积。这样，越到下流侧，渐渐增加空气密度，在出口7可一下子喷出。第1吸气口1的内面也是没有突起的光滑面。
如图4所示，从正面看，中间部15的后半和出口前面部16，尽量接近水平地倾斜，可以尽量多地得到涡旋成分。
下面说明作用。
通过了入口部14的吸气，沿着中间部15被弯曲成U字形，朝着出口前面部16从出口7吹出。出口7是朝下的，但是其长度很小，可以忽略，所以，吸气是在出口前面部16被吹出。结果，吸气朝着狭窄区域A集中喷出。区域A刚好是位于第2吸气口2的死角的部分，在该区域，第1吸气口1的吸气不与第2吸气口2的吸气干扰。第1吸气口1的吸气与气缸内壁12a碰撞后，从气缸3内最外周位置加速涡旋S。这样，从两吸气口来的吸气不相互抵消，可切实地增强涡旋S。
另外，第1吸气口1，在出口前面部16的方向预先改变吸气的全量，在该方向喷出全量。如前所述，口面积渐渐缩小，空气密度渐渐增高，在口内面没有任何突起，所以，吸气在途中不紊乱也不剥离，沿着口形状改变方向。因此，口有效面积不降低，可得到充够的最大吸气量。而且，由于将全量向区域A喷出，所以，最大限度地利用吸气能，增强涡旋。
从上述作用效果看，该第1吸气口1与周知的螺旋口、切线口划一道界线，称为第3口。
从入口4看不见出口7，所以，即使阀程大时、或者吸气流速高时，也可防止吸气沿第1吸气口1的轴线Cp方向跑出，防止减弱涡旋S。
如上所述，将出口前面部16做成为扁平的断面形状，所以，吸气不是纵长地喷出，而是以横长状态喷出，更提高涡旋增强效果。
如上所述，朝着与上述第2吸气口2、即朝气缸3内最外周位置喷出吸气，在该位置与加速涡旋S的第2吸气口2的组合，涡旋作为全体更被强化。另外，第2吸气口2即使单独地使用，也比已往的直形切线口更能增强涡旋，所以也可以单独使用。
实际制作了第1吸气口1并作了试验，如图8所示，与已往的吸气口相比，具有良好的结果。即，已往无论哪种口形状，其平均涡旋比和口有效面积的关系，是实线所示的一定关系。但是，根据上述的第1吸气口1，平均涡旋比和口有效面积，均得到比已往大的值。这意味着在同一流量下，能得到高的平均涡旋比，在同一平均涡旋比下，能得到大的口有效面积，即可得到高吸气效率和最大吸气量。这样，可以提高吸气量和涡旋比，确认了第1吸气口1的高有效性。
来自第1吸气口1的吸气朝区域A喷出是最理想的，但是，有时由于配置等的原因，不一定朝该方向喷出。这时，也可以朝第2吸气口2的出口8喷出。这样，虽然存在吸气的干扰，涡旋增强效果稍有减弱，但是，可得到足够的第1吸气口1的最大吸气量。另外，干扰后的来自第1吸气口1的吸气与气缸内壁12a碰撞，沿着该气缸内壁12a流动，所以，可加速涡旋S。另外，本实施例中，吸气从第2吸气口2的出口8朝着曲轴中心C一侧往斜下方喷出，所以，吸气的干扰少。基于这一点，角度θ最好在90°以上150°以下。
近年来，对小型发动机的需求增加，例如开发出了每1个气缸500cc(2000ml/4气缸)的小型直喷柴油发动机。该小型发动机中，由于气缸膛直径小，所以得不到吸气口的配置空间。而本实施例的吸气口构造非常紧凑，所以，可容易地被该小型发动机采用。
另外，最近开发出在吸气侧采用可变阀定时机构(VVT)的发动机，这时，平行地配置凸轮轴和曲轴，要把吸气阀排列在该凸轮轴方向。本实施例的吸气口出口7、8，是沿着曲轴中心C方向排列，所以，可以实现上述配置，可容易地采用VVT。
本发明的实施例也可以做成为其它形态。例如，发动机也可以是汽油发动机等，每1个气缸上的阀数也可以变更(例如3阀等)。
本发明的优良效果：
根据上述的本发明，在任何状况下都能产生强的涡旋，兼有高水平的吸气量和涡旋，具有优越的效果。

Claims (10)

1．多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，该第1吸气口的出口前面部，指向第2吸气口出口、和位于该出口的第2吸气口轴线方向上流侧位置的气缸内壁之间的区域。
2．多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，将该第1吸气口的出口前面部定向为，相对从该位置朝向气缸内的第1吸气口轴线方向，形成90°以上、150°以下的角度。
3．如权利要求1或2所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第1吸气口具有：与上述出口前面部上流侧相连的中间部、和与该中间部上流侧相连的入口部，上述中间部相对于上述入口部，朝着远离上述第2吸气口的方向呈U字形突出。
4．如权利要求3所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述U字形倾斜于与第1吸气口轴线垂直的方向，上述U字形的顶点在气缸中心附近。
5．如权利要求3或4所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，设上述第1吸气口的入口宽度为W时，上述中间部相对于上述入口部的最大偏置长度为0.5W以上、0.75W以下。
6．如权利要求1至5中任一项所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第1吸气口的内面，沿全长形成为光滑面。
7．如权利要求1至6中任一项所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第1吸气口的出口前面部的断面形状，是在出口径向呈长的扁平状。
8．如权利要求1至7中任一项所述的多阀吸气式发动机，其特征在于，上述第2吸气口是直形切线口，在其出口附近，将上述第2吸气口收缩，使得在上述第1吸气口的相反侧有通路。
9．多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，在该第1吸气口的入口与出口之间，设有弯曲状的中间部，上述出口形成在通过入口上端并与中间部的内角壁相接的直线的下方。
10．多阀吸气式发动机，其特征在于，在气缸内涡旋的上流侧和下流侧，至少设有分别带出口的第1吸气口和第2吸气口，第2吸气口是直形切线口，并且，在其出口附近，将上述吸气口收缩，使得在第1吸气口的相反侧带有通路。
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