CN1757899A - 多缸发动机的进气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多缸内燃机的进气装置，其中，空气由气缸排(11、12)的气缸经支管(23、24)从V型多缸内燃机的两个进气收集器(21、22)抽吸。辅助室(31、32)利用相邻支管(23、24)之间的空间形成。辅助室(31、32)的通向进气收集器(21、22)的连通口(25、26)形成在两个相邻支管(23、24)的通向进气收集器(21、22)的开口(23A、24A)之间。由于归因于辅助室(31、32)进气收集器(21、22)的有效容积得以增大，因此在进气收集器(21、22)内的残留共振得以减小。通过相对于在进气冲程第一半内支管(23、24)的流量增大了在进气冲程第二半内支管(23、24)的流量，辅助室(31、32)提高了进气惯性效应。由此，利用有限的空间改善了发动机容积效率。

Description

多缸发动机的进气装置
技术领域
本发明涉及一种如同在V型发动机内那样具有两个气缸排的内燃机的进气装置。
背景技术
日本专利局1983年公开的Tokkai Sho 61-49160公开了一种设置在V型内燃机的气缸排之间的空间内的进气歧管。进气收集器设置在两个气缸排的中间。进气收集器暂时存储从节气门室抽吸的空气，并将空气经支管分配到气缸排的每个气缸。
发明内容
为了优化每个气缸的进气性能，优选的是为每个气缸排提供一个进气收集器和节气门室。
即使在这种情况下，当V型内燃机是要安装到车辆上的发动机时，则由于发动机室的空间限制，难于保证进气收集器具有足够容积。
如果进气收集器的容积不充足，保留在进气收集器内的共振波将损害惯性带来的进气性能提高。而且，在气缸和进气收集器之间的压力差由于在进气冲程的第一半内吸入的空气而变小，这种压力差的减小损害了在进气冲程的第二半内由惯性带来的进气性能提高。结果，不能避免每个气缸进气量的减小。这种进气量的减小意味着发动机功率损失。
如果进气收集器的容积较小，取决于节气门室的连接位置，将在从进气收集器到每个气缸的支管的空气分布上出现不平衡，并且易于在每个气缸的容积效率上产生波动。
因此，本发明的目的是消除在如同V型内燃机那样的进气收集器的安装空间受限制的内燃机中气缸容积效率的波动。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于多缸内燃机的进气装置，该多缸内燃机具有曲轴和基本上平行于曲轴排列的两排气缸。该进气装置包括两个分别设置在两排气缸附近的进气收集器、连接到进气收集器上以向进气收集器提供空气的供气机构、以及设置在两排气缸的每一排中的一组支管，其中，支管基本上彼此平行设置，并且将相应排中的气缸与相应的进气收集器相连接。每个支管具有在相应进气收集器上的开口。
该进气装置还包括辅助室，该辅助室为两排气缸的每一排而设置在两个进气收集器之间的空间内。在此，该空间包括相应气缸排的两个相邻支管之间的空间。该进气装置还包括连通口，该连通口形成在每排气缸的相邻两个支管的开口之间，并将相应的辅助室与相应的进气收集器相连通。
本发明的细节以及其他特征和优点在本说明书的剩余部分中描述并示于附图中。
附图说明
图1是设置有根据本发明的进气装置的V型六缸内燃机的示意性纵剖视图；
图2是进气装置的透视图；
图3是为了容易描述的目的而局部切除的进气装置的透视图；
图4是进气装置的水平剖视图；
图5是示出在进气冲程附近支管的压力波动的视图；
图6是示出在进气冲程附近进气收集器的压力波动的视图；
图7是示出在进气冲程过程中支管的进气质量流量的变化的视图；
图8A和8B是描绘根据本发明、连通口的开口表面积和支管的进气质量流量之间的关系的视图；
图9A和9B是描绘根据本发明、辅助室的容积和支管的进气质量流量之间的关系的视图；
图10A和10B是描绘进气收集器的容积和支管的进气质量流量之间的关系的视图；
图11是描绘连通口的开口表面积和发动机容积效率之间的关系的视图；
图12是描绘进气收集器的容积和发动机容积效率之间的关系的视图。
具体实施方式
参照附图中的图1，采用根据本发明的进气装置的车辆用V型六缸内燃机设置有第一气缸排11和第二气缸排12，第一气缸排11和第二气缸排12在公共曲轴箱10上设置成V形。第一气缸排11和第二气缸排12都设置有平行于曲轴15排列的三个气缸。发动机还设置有进气装置20和排气通道13、14。
第一气缸排11的三个气缸的废气通过排气通道13排放到大气中。
第二气缸排12的三个气缸的废气通过排气通道14排放到大气中。
排气装置20包括进气收集器21、从进气收集器21分别连接到第一气缸排11的三个气缸的三个支管23、进气收集器22、以及从进气收集器22分别连接到第二气缸排的三个气缸的三个支管24。
支管23和支管24布置成使得它们彼此相交，如图中所示那样。然而，支管23可以连接到第二气缸排12的每个气缸，而支管24可以连接到第一气缸排11的每个气缸，而不必使得支管23和支管24彼此相交。
进气装置20包括位于进气收集器21和进气收集器22之间的辅助室31、32。
辅助室31、32经分隔壁37彼此相邻定位。容纳进气节气门的节气门室33经连接口35连接到进气收集器21上，而容纳进气节气门的节气门室34经连接口36连接到进气收集器22上。节气门室33、34形成如权利要求所述的供气机构。
参照图2，连接口35从进气收集器21沿着相对于曲轴15的方向倾斜的方向突出。连接口36从进气收集器22沿着相对于曲轴15的方向倾斜的方向突出。空气分别从进气通道提供到节气门室33、34。
参照图4，进气装置20的内部由分隔壁37分成用于第一气缸排11的第一进气单元和用于第二气缸排12的第二进气单元。在第一进气单元中，除了由进气收集器21和三个支管23所占据的空间之外的所有空间，包括图3所示支管23之上的空间，都有效地用作辅助室31。辅助室31经图4所示的连通口25与进气收集器21相连通。虽然连通口25在图4中画在四个位置处，如图2所示，连通口25允许辅助室31和进气收集器21之间连通，即使在支管23的上方。连通口25因此在进气装置20的内侧、平行于曲轴的整个长度上形成。同样，在第二进气单元中，除了由进气收集器22和支管24占据的空间之外的所有空间被有效地用作辅助室32。在进气装置20内侧、平行于曲轴15的整个长度上形成的连通口26允许辅助室32和进气收集器21之间连通。
接着，参照图5-7、图8A、8B、图9A、9B、图10A、10B和图11、12，将描述这种进气装置20的工作方式和效果。这些图都是基于发明人所获得的试验数据(绘制)的。
图5示出当发动机以最大输出运转时支管23(24)的进气压力相对于曲轴角度的变化。图6示出在相同条件下进气收集器21(22)的进气压力相对于曲轴角度的变化。曲轴角度的单位是度(deg.)。压力的单位是千帕(kPa)。在图中的符号IVO表示进气门打开的时刻，而符号IVC表示进气门关闭的时刻。
曲线AS表示连通口25(26)的表面积小时的压力变化，而曲线AL表示连通口25(26)的表面积大时的压力变化。
参照图5，从IVO到IVC的时间段，即，进气门打开过程中的时间段，实际上等价于进气冲程。刚好在进气门打开后并且刚好在进气门关闭之前在支管23(24)内的压力上形成一个大的尖峰。由于这些尖峰，在进气冲程中，支管23(24)内的进气压力波动比其他冲程期间的大。
为了增加每个气缸的进气量并实现高容积效率，必须利用惯性带来的进气性能提高，即惯性效应。在此，容积效率是通过将气缸的进气量被活塞冲程容量除而获得的数值，通过提高容积效率，发动机输出也会增大。
对于支管23(24)的进气压力，惯性效应是通过相对于由刚好在进气门打开之后的尖峰带来的压力波动增大由刚好在进气门关闭之前的尖峰带来的压力波动而获得的。
在图5中，如果将针对大表面积的连通口25(26)的曲线AL与针对小表面积的连通口25(26)的曲线AS相比较，在满足这个条件方面，前者优于后者。如果不提供连通口25(26)，在进气冲程之前和之后，压力脉冲波的振幅大致相等，刚好在进气冲程之前的压力波动的宽度增加，并由此，在进气冲程完成之后的压力波动宽度减小，从而无法获得所需的惯性效应。
参照图6，关于进气收集器21(22)内的进气压力的波动宽度，针对小表面积的连通口25(26)的曲线AS超过针对大表面积的连通口25(26)的曲线AL。在图中的符号WS表示曲线AS内的进气压力的最大波动宽度。符号WL表示曲线AL内的进气压力的最大波动宽度。为了衰减进气脉冲，并也是为了衰减从刚好上一次进气冲程遗留的共振影响，优选的是，减小进气收集器21(22)内的进气压力的波动宽度。
从图5和6的曲线AL可以看出，进气收集器21(22)的容积被辅助室31(32)有效地扩展，由此，进气脉冲得以衰减，从刚好上一次进气冲程遗留的共振影响被衰减，并增大了惯性效应。
参照图7，进气冲程被垂直线P分成第一半和第二半。在图5中，垂直线P设定为在IVO后90度，在IVO处，支管23(24)的压力最小。
对于连通口25(26)的表面积大的曲线AL来说，甚于连通口25(26)的表面积小的曲线AS，在进气冲程第一半内的进气量小而在第二半内的进气量大。即使进气冲程第一半内的进气量大，进气的惯性效应也不会更大地有助于进气冲程第二半内的进气。另一方面，如果进气冲程第一半内的进气量小，则进气惯性效应将相当大地有助于增加进气冲程第二半内的进气量，结果，第一半内进气量小的曲线AL呈现出整体高的容积效率。
现在，将描述进气装置20内的空气流。
如果提供连通口25(26)，在进气冲程的第一半内，空气主要从进气收集器21(22)直接抽吸到支管23(24)。在进气冲程的第二半内，从辅助室31(32)到支管23(24)的流入空气也对支管23(24)的进气能力起到辅助作用。对于每个气缸都是这样的。
图8A、8B、图9A、9B和图10A、10B涉及到支管23(24)的质量流量。每个图的垂直轴上的单位千克/秒-度表示支管23(24)每度曲轴角度的进气质量流量。
图8A、8B示出在进气冲程期间连通口25(26)的开口表面积对支管23(24)的质量流量的影响。图8A涉及进气冲程的第一半，而图8B涉及进气冲程的第二半。如图所示，随着连通口25(26)的开口表面积增大，在进气冲程的第一半内的支管23(24)的质量流量减小，而在进气冲程第二半内的支管23(24)的质量流量增大。
图9A示出在进气冲程的第一半内，辅助室31(32)的容积VoIA对支管23(24)的质量流量的影响，而图9B示出在进气冲程的第二半内，辅助室31(32)的容积VoIA对支管23(24)的质量流量的影响。随着辅助室31(32)的容积VoIA的增大，在进气冲程第一半内的支管23(24)的质量流量减小，而在进气冲程第二半内的支管23(24)的质量流量增大。
图10A示出在进气冲程的第一半内，进气收集器21(22)的容积VoIB对支管23(24)的质量流量的影响，图10B示出在进气冲程的第二半内，进气收集器21(22)的容积VoIB对支管23(24)的质量流量的影响。随着进气收集器21(22)的容积VoIB的增大，在进气冲程第一半内的支管23(24)的质量流量减小，而在进气冲程第二半内的支管23(24)的质量流量增大。
图11和图12示出根据本发明的进气装置20对容积效率ηV(％)的影响。图11示出连通口25(26)的表面积和每个气缸的容积效率ηV(％)之间的关系，而图12示出进气收集器21(22)的容积VoIB和容积效率ηV(％)之间的关系。
如从这些图中可以看出的，连通口25(26)的表面积越大，且进气收集器21(22)的容积VoIB越大，每个气缸的容积效率增加。
在此，如图8A、8B所示，连通口25(26)的表面积增大导致容积效率增加，这与图9A、9B、图10A、10B和图11、图12所示的进气收集器21(22)和辅助室31(32)的容量增大相等价。当进气装置设置在V型内燃机的气缸排之间时，由于布局的原因，进气收集器21(22)的容积受到限制。通过如根据本发明的进气装置20中那样提供辅助室31(32)，进气收集器21(22)的容积得以有效增加，这就增大了容积效率。通过在支管23(24)之间和之上形成连通口25(26)而将连通口25(26)的表面积设定成尽可能大，可以进一步增大容积效率。
辅助室31(32)具有另一个效果。具体地说，从节气门室33(34)引向气缸的进气路径被分开。如上所述，在进气冲程的第一半内，空气主要从进气收集器21(22)被直接抽吸到支管23(24)。在进气冲程的第二半内，从辅助室31(32)到支管23(24)的流入空气也对支管23(24)的进气能力起到辅助作用。这个现象并不取决于气缸，因此，消除了气缸之间的容积效率的波动，并且均衡了每个气缸产生的扭矩。
因此，由于设置在V型内燃机气缸排之间的进气装置20，可以通过高效利用有限的空间来实现所需的容积效率。
在日本申请日为2004年10月6目的Tokugan 2004-203412的内容合并于此作为参考。
虽然上面已经参照本发明的特定实施例描述了本发明，但是本发明决不局限于上述实施例。在权利要求的范围内，对上述实施例的各种修改和变型对本领域技术人员来说都是可以实现的。
例如，在上述实施例中，两个辅助室31(32)由分隔壁37分开，但是也可以在分隔壁37内设置一个开口，使得辅助室31、32和进气收集器21、22彼此连通。尤其是，如图2-4所示，在节气门室33(34)通过设置在进气收集器21(22)端部的连接口35(36)连接的发动机内，取决于气缸，容易发生气缸进气路径的偏离。在这种发动机内，在分隔壁37内提供开口可以消除气缸之间进气路径偏离，并且具有改善进气分配的效果。取代提供开口，也可以省略分隔壁37。
在上述实施例中，节气门室33连接到进气收集器21上，而节气门室34连接到进气收集器22上，但是空气也可以通过从单独一个节气门室分支的管路引向进气收集器21、22。
如从上面实施例中可以理解到的，本发明在配备有两个气缸排11、12的V型多缸内燃机中具有非常理想的效果。本发明本身不仅可以应用于V型发动机，而且可以应用于配备有多个气缸排的其他类型的内燃机。
在上述实施例中，虽然连通口25、26在进气装置20内侧、平行于曲轴15的整个长度上连续形成，但是在连通口25、26的位置、数量和形状上可以自由地作出各种设计上的改进。
要求独占的所有权或特权的本发明的实施例如下限定。

Claims (6)

1.一种用于多缸内燃机的进气装置(20)，该多缸内燃机具有曲轴(15)和基本上平行于所述曲轴(15)排列的两排气缸(11、12)，该进气装置(20)包括：
两个进气收集器(21、22)，这两个进气收集器分别设置在两排气缸(11、12)附近；
空气供给机构(33、34)，该空气供给机构连接到进气收集器(21、22)上，以向该进气收集器提供空气；
一组支管(23、24)，该组支管设置在所述两排气缸(11、12)的每一排内，其中所述支管(23、24)基本上彼此平行设置，并且将相应排(11、12)的气缸与相应的进气收集器(21、22)相连接，每个支管(23、24)具有在相应的进气收集器(21、22)上的开口(23A、24A)；
辅助室(31、32)，该辅助室为两排气缸(11、12)的每一排而设置在所述两个进气收集器(21、22)之间的空间内，该空间包括相应气缸排(11、12)的相邻两个支管(23、24)之间的空间；以及
连通口(25、26)，该连通口形成在每个气缸排(11、12)内的相邻两个支管(23、24)的开口之间，并且将相应的辅助室(31、32)与相应的进气收集器(21、22)相连通。
2.如权利要求1所述的进气装置(20)，其中，两个辅助室(31、32)彼此连通。
3.如权利要求1所述的进气装置(20)，其中，所述空气供给机构(33、34)包括单独的节气门室，该节气门室将空气提供到两个进气收集器(21、22)。
4.如权利要求1所述的进气装置(20)，其中，所述空气供给机构(33、34)包括两个节气门室，该节气门室单独地将空气供给到所述两个进气收集器(21、22)。
5.如权利要求1到4中任一项所述的进气装置(20)，其中，所述辅助室(31、32)包括在曲轴方向上由相应气缸排(11、12)的支管(23、24)分隔的空间以及形成在支管(23、24)之上的空间。
6.如权利要求5所述的进气装置(20)，其中，所述连通口(25、26)形成在相邻支管(23、24)的开口(23A、24A)之间以及每个支管(23、24)的开口(23A、24A)之上。
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