專利名稱：多缸發(fā)動機的進氣裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如同在V型發(fā)動機內那樣具有兩個氣缸排的內燃機的進氣裝置。
背景技術：
日本專利局1983年公開的Tokkai Sho 61-49160公開了一種設置在V型內燃機的氣缸排之間的空間內的進氣歧管。進氣收集器設置在兩個氣缸排的中間。進氣收集器暫時存儲從節(jié)氣門室抽吸的空氣，并將空氣經(jīng)支管分配到氣缸排的每個氣缸。

發(fā)明內容
為了優(yōu)化每個氣缸的進氣性能，優(yōu)選的是為每個氣缸排提供一個進氣收集器和節(jié)氣門室。
即使在這種情況下，當V型內燃機是要安裝到車輛上的發(fā)動機時，則由于發(fā)動機室的空間限制，難于保證進氣收集器具有足夠容積。
如果進氣收集器的容積不充足，保留在進氣收集器內的共振波將損害慣性帶來的進氣性能提高。而且，在氣缸和進氣收集器之間的壓力差由于在進氣沖程的第一半內吸入的空氣而變小，這種壓力差的減小損害了在進氣沖程的第二半內由慣性帶來的進氣性能提高。結果，不能避免每個氣缸進氣量的減小。這種進氣量的減小意味著發(fā)動機功率損失。
如果進氣收集器的容積較小，取決于節(jié)氣門室的連接位置，將在從進氣收集器到每個氣缸的支管的空氣分布上出現(xiàn)不平衡，并且易于在每個氣缸的容積效率上產生波動。
因此，本發(fā)明的目的是消除在如同V型內燃機那樣的進氣收集器的安裝空間受限制的內燃機中氣缸容積效率的波動。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于多缸內燃機的進氣裝置，該多缸內燃機具有曲軸和基本上平行于曲軸排列的兩排氣缸。該進氣裝置包括兩個分別設置在兩排氣缸附近的進氣收集器、連接到進氣收集器上以向進氣收集器提供空氣的供氣機構、以及設置在兩排氣缸的每一排中的一組支管，其中，支管基本上彼此平行設置，并且將相應排中的氣缸與相應的進氣收集器相連接。每個支管具有在相應進氣收集器上的開口。
該進氣裝置還包括輔助室，該輔助室為兩排氣缸的每一排而設置在兩個進氣收集器之間的空間內。在此，該空間包括相應氣缸排的兩個相鄰支管之間的空間。該進氣裝置還包括連通口，該連通口形成在每排氣缸的相鄰兩個支管的開口之間，并將相應的輔助室與相應的進氣收集器相連通。
本發(fā)明的細節(jié)以及其他特征和優(yōu)點在本說明書的剩余部分中描述并示于附圖中。


圖1是設置有根據(jù)本發(fā)明的進氣裝置的V型六缸內燃機的示意性縱剖視圖；圖2是進氣裝置的透視圖；圖3是為了容易描述的目的而局部切除的進氣裝置的透視圖；圖4是進氣裝置的水平剖視圖；圖5是示出在進氣沖程附近支管的壓力波動的視圖；圖6是示出在進氣沖程附近進氣收集器的壓力波動的視圖；圖7是示出在進氣沖程過程中支管的進氣質量流量的變化的視圖；圖8A和8B是描繪根據(jù)本發(fā)明、連通口的開口表面積和支管的進氣質量流量之間的關系的視圖；圖9A和9B是描繪根據(jù)本發(fā)明、輔助室的容積和支管的進氣質量流量之間的關系的視圖；圖10A和10B是描繪進氣收集器的容積和支管的進氣質量流量之間的關系的視圖；圖11是描繪連通口的開口表面積和發(fā)動機容積效率之間的關系的視圖；圖12是描繪進氣收集器的容積和發(fā)動機容積效率之間的關系的視圖。
具體實施例方式
參照附圖中的圖1，采用根據(jù)本發(fā)明的進氣裝置的車輛用V型六缸內燃機設置有第一氣缸排11和第二氣缸排12，第一氣缸排11和第二氣缸排12在公共曲軸箱10上設置成V形。第一氣缸排11和第二氣缸排12都設置有平行于曲軸15排列的三個氣缸。發(fā)動機還設置有進氣裝置20和排氣通道13、14。
第一氣缸排11的三個氣缸的廢氣通過排氣通道13排放到大氣中。
第二氣缸排12的三個氣缸的廢氣通過排氣通道14排放到大氣中。
排氣裝置20包括進氣收集器21、從進氣收集器21分別連接到第一氣缸排11的三個氣缸的三個支管23、進氣收集器22、以及從進氣收集器22分別連接到第二氣缸排的三個氣缸的三個支管24。
支管23和支管24布置成使得它們彼此相交，如圖中所示那樣。然而，支管23可以連接到第二氣缸排12的每個氣缸，而支管24可以連接到第一氣缸排11的每個氣缸，而不必使得支管23和支管24彼此相交。
進氣裝置20包括位于進氣收集器21和進氣收集器22之間的輔助室31、32。
輔助室31、32經(jīng)分隔壁37彼此相鄰定位。容納進氣節(jié)氣門的節(jié)氣門室33經(jīng)連接口35連接到進氣收集器21上，而容納進氣節(jié)氣門的節(jié)氣門室34經(jīng)連接口36連接到進氣收集器22上。節(jié)氣門室33、34形成如權利要求所述的供氣機構。
參照圖2，連接口35從進氣收集器21沿著相對于曲軸15的方向傾斜的方向突出。連接口36從進氣收集器22沿著相對于曲軸15的方向傾斜的方向突出?？諝夥謩e從進氣通道提供到節(jié)氣門室33、34。
參照圖4，進氣裝置20的內部由分隔壁37分成用于第一氣缸排11的第一進氣單元和用于第二氣缸排12的第二進氣單元。在第一進氣單元中，除了由進氣收集器21和三個支管23所占據(jù)的空間之外的所有空間，包括圖3所示支管23之上的空間，都有效地用作輔助室31。輔助室31經(jīng)圖4所示的連通口25與進氣收集器21相連通。雖然連通口25在圖4中畫在四個位置處，如圖2所示，連通口25允許輔助室31和進氣收集器21之間連通，即使在支管23的上方。連通口25因此在進氣裝置20的內側、平行于曲軸的整個長度上形成。同樣，在第二進氣單元中，除了由進氣收集器22和支管24占據(jù)的空間之外的所有空間被有效地用作輔助室32。在進氣裝置20內側、平行于曲軸15的整個長度上形成的連通口26允許輔助室32和進氣收集器21之間連通。
接著，參照圖5-7、圖8A、8B、圖9A、9B、圖10A、10B和圖11、12，將描述這種進氣裝置20的工作方式和效果。這些圖都是基于發(fā)明人所獲得的試驗數(shù)據(jù)(繪制)的。
圖5示出當發(fā)動機以最大輸出運轉時支管23(24)的進氣壓力相對于曲軸角度的變化。圖6示出在相同條件下進氣收集器21(22)的進氣壓力相對于曲軸角度的變化。曲軸角度的單位是度(deg.)。壓力的單位是千帕(kPa)。在圖中的符號IVO表示進氣門打開的時刻，而符號IVC表示進氣門關閉的時刻。
曲線AS表示連通口25(26)的表面積小時的壓力變化，而曲線AL表示連通口25(26)的表面積大時的壓力變化。
參照圖5，從IVO到IVC的時間段，即，進氣門打開過程中的時間段，實際上等價于進氣沖程。剛好在進氣門打開后并且剛好在進氣門關閉之前在支管23(24)內的壓力上形成一個大的尖峰。由于這些尖峰，在進氣沖程中，支管23(24)內的進氣壓力波動比其他沖程期間的大。
為了增加每個氣缸的進氣量并實現(xiàn)高容積效率，必須利用慣性帶來的進氣性能提高，即慣性效應。在此，容積效率是通過將氣缸的進氣量被活塞沖程容量除而獲得的數(shù)值，通過提高容積效率，發(fā)動機輸出也會增大。
對于支管23(24)的進氣壓力，慣性效應是通過相對于由剛好在進氣門打開之后的尖峰帶來的壓力波動增大由剛好在進氣門關閉之前的尖峰帶來的壓力波動而獲得的。
在圖5中，如果將針對大表面積的連通口25(26)的曲線AL與針對小表面積的連通口25(26)的曲線AS相比較，在滿足這個條件方面，前者優(yōu)于后者。如果不提供連通口25(26)，在進氣沖程之前和之后，壓力脈沖波的振幅大致相等，剛好在進氣沖程之前的壓力波動的寬度增加，并由此，在進氣沖程完成之后的壓力波動寬度減小，從而無法獲得所需的慣性效應。
參照圖6，關于進氣收集器21(22)內的進氣壓力的波動寬度，針對小表面積的連通口25(26)的曲線AS超過針對大表面積的連通口25(26)的曲線AL。在圖中的符號WS表示曲線AS內的進氣壓力的最大波動寬度。符號WL表示曲線AL內的進氣壓力的最大波動寬度。為了衰減進氣脈沖，并也是為了衰減從剛好上一次進氣沖程遺留的共振影響，優(yōu)選的是，減小進氣收集器21(22)內的進氣壓力的波動寬度。
從圖5和6的曲線AL可以看出，進氣收集器21(22)的容積被輔助室31(32)有效地擴展，由此，進氣脈沖得以衰減，從剛好上一次進氣沖程遺留的共振影響被衰減，并增大了慣性效應。
參照圖7，進氣沖程被垂直線P分成第一半和第二半。在圖5中，垂直線P設定為在IVO后90度，在IVO處，支管23(24)的壓力最小。
對于連通口25(26)的表面積大的曲線AL來說，甚于連通口25(26)的表面積小的曲線AS，在進氣沖程第一半內的進氣量小而在第二半內的進氣量大。即使進氣沖程第一半內的進氣量大，進氣的慣性效應也不會更大地有助于進氣沖程第二半內的進氣。另一方面，如果進氣沖程第一半內的進氣量小，則進氣慣性效應將相當大地有助于增加進氣沖程第二半內的進氣量，結果，第一半內進氣量小的曲線AL呈現(xiàn)出整體高的容積效率。
現(xiàn)在，將描述進氣裝置20內的空氣流。
如果提供連通口25(26)，在進氣沖程的第一半內，空氣主要從進氣收集器21(22)直接抽吸到支管23(24)。在進氣沖程的第二半內，從輔助室31(32)到支管23(24)的流入空氣也對支管23(24)的進氣能力起到輔助作用。對于每個氣缸都是這樣的。
圖8A、8B、圖9A、9B和圖10A、10B涉及到支管23(24)的質量流量。每個圖的垂直軸上的單位千克/秒-度表示支管23(24)每度曲軸角度的進氣質量流量。
圖8A、8B示出在進氣沖程期間連通口25(26)的開口表面積對支管23(24)的質量流量的影響。圖8A涉及進氣沖程的第一半，而圖8B涉及進氣沖程的第二半。如圖所示，隨著連通口25(26)的開口表面積增大，在進氣沖程的第一半內的支管23(24)的質量流量減小，而在進氣沖程第二半內的支管23(24)的質量流量增大。
圖9A示出在進氣沖程的第一半內，輔助室31(32)的容積VoIA對支管23(24)的質量流量的影響，而圖9B示出在進氣沖程的第二半內，輔助室31(32)的容積VoIA對支管23(24)的質量流量的影響。隨著輔助室31(32)的容積VoIA的增大，在進氣沖程第一半內的支管23(24)的質量流量減小，而在進氣沖程第二半內的支管23(24)的質量流量增大。
圖10A示出在進氣沖程的第一半內，進氣收集器21(22)的容積VoIB對支管23(24)的質量流量的影響，圖10B示出在進氣沖程的第二半內，進氣收集器21(22)的容積VoIB對支管23(24)的質量流量的影響。隨著進氣收集器21(22)的容積VoIB的增大，在進氣沖程第一半內的支管23(24)的質量流量減小，而在進氣沖程第二半內的支管23(24)的質量流量增大。
圖11和圖12示出根據(jù)本發(fā)明的進氣裝置20對容積效率ηV(％)的影響。圖11示出連通口25(26)的表面積和每個氣缸的容積效率ηV(％)之間的關系，而圖12示出進氣收集器21(22)的容積VoIB和容積效率ηV(％)之間的關系。
如從這些圖中可以看出的，連通口25(26)的表面積越大，且進氣收集器21(22)的容積VoIB越大，每個氣缸的容積效率增加。
在此，如圖8A、8B所示，連通口25(26)的表面積增大導致容積效率增加，這與圖9A、9B、圖10A、10B和圖11、圖12所示的進氣收集器21(22)和輔助室31(32)的容量增大相等價。當進氣裝置設置在V型內燃機的氣缸排之間時，由于布局的原因，進氣收集器21(22)的容積受到限制。通過如根據(jù)本發(fā)明的進氣裝置20中那樣提供輔助室31(32)，進氣收集器21(22)的容積得以有效增加，這就增大了容積效率。通過在支管23(24)之間和之上形成連通口25(26)而將連通口25(26)的表面積設定成盡可能大，可以進一步增大容積效率。
輔助室31(32)具有另一個效果。具體地說，從節(jié)氣門室33(34)引向氣缸的進氣路徑被分開。如上所述，在進氣沖程的第一半內，空氣主要從進氣收集器21(22)被直接抽吸到支管23(24)。在進氣沖程的第二半內，從輔助室31(32)到支管23(24)的流入空氣也對支管23(24)的進氣能力起到輔助作用。這個現(xiàn)象并不取決于氣缸，因此，消除了氣缸之間的容積效率的波動，并且均衡了每個氣缸產生的扭矩。
因此，由于設置在V型內燃機氣缸排之間的進氣裝置20，可以通過高效利用有限的空間來實現(xiàn)所需的容積效率。
在日本申請日為2004年10月6目的Tokugan 2004-203412的內容合并于此作為參考。
雖然上面已經(jīng)參照本發(fā)明的特定實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明決不局限于上述實施例。在權利要求的范圍內，對上述實施例的各種修改和變型對本領域技術人員來說都是可以實現(xiàn)的。
例如，在上述實施例中，兩個輔助室31(32)由分隔壁37分開，但是也可以在分隔壁37內設置一個開口，使得輔助室31、32和進氣收集器21、22彼此連通。尤其是，如圖2-4所示，在節(jié)氣門室33(34)通過設置在進氣收集器21(22)端部的連接口35(36)連接的發(fā)動機內，取決于氣缸，容易發(fā)生氣缸進氣路徑的偏離。在這種發(fā)動機內，在分隔壁37內提供開口可以消除氣缸之間進氣路徑偏離，并且具有改善進氣分配的效果。取代提供開口，也可以省略分隔壁37。
在上述實施例中，節(jié)氣門室33連接到進氣收集器21上，而節(jié)氣門室34連接到進氣收集器22上，但是空氣也可以通過從單獨一個節(jié)氣門室分支的管路引向進氣收集器21、22。
如從上面實施例中可以理解到的，本發(fā)明在配備有兩個氣缸排11、12的V型多缸內燃機中具有非常理想的效果。本發(fā)明本身不僅可以應用于V型發(fā)動機，而且可以應用于配備有多個氣缸排的其他類型的內燃機。
在上述實施例中，雖然連通口25、26在進氣裝置20內側、平行于曲軸15的整個長度上連續(xù)形成，但是在連通口25、26的位置、數(shù)量和形狀上可以自由地作出各種設計上的改進。
要求獨占的所有權或特權的本發(fā)明的實施例如下限定。
權利要求
1.一種用于多缸內燃機的進氣裝置(20)，該多缸內燃機具有曲軸(15)和基本上平行于所述曲軸(15)排列的兩排氣缸(11、12)，該進氣裝置(20)包括兩個進氣收集器(21、22)，這兩個進氣收集器分別設置在兩排氣缸(11、12)附近；空氣供給機構(33、34)，該空氣供給機構連接到進氣收集器(21、22)上，以向該進氣收集器提供空氣；一組支管(23、24)，該組支管設置在所述兩排氣缸(11、12)的每一排內，其中所述支管(23、24)基本上彼此平行設置，并且將相應排(11、12)的氣缸與相應的進氣收集器(21、22)相連接，每個支管(23、24)具有在相應的進氣收集器(21、22)上的開口(23A、24A)；輔助室(31、32)，該輔助室為兩排氣缸(11、12)的每一排而設置在所述兩個進氣收集器(21、22)之間的空間內，該空間包括相應氣缸排(11、12)的相鄰兩個支管(23、24)之間的空間；以及連通口(25、26)，該連通口形成在每個氣缸排(11、12)內的相鄰兩個支管(23、24)的開口之間，并且將相應的輔助室(31、32)與相應的進氣收集器(21、22)相連通。
2.如權利要求1所述的進氣裝置(20)，其中，兩個輔助室(31、32)彼此連通。
3.如權利要求1所述的進氣裝置(20)，其中，所述空氣供給機構(33、34)包括單獨的節(jié)氣門室，該節(jié)氣門室將空氣提供到兩個進氣收集器(21、22)。
4.如權利要求1所述的進氣裝置(20)，其中，所述空氣供給機構(33、34)包括兩個節(jié)氣門室，該節(jié)氣門室單獨地將空氣供給到所述兩個進氣收集器(21、22)。
5.如權利要求1到4中任一項所述的進氣裝置(20)，其中，所述輔助室(31、32)包括在曲軸方向上由相應氣缸排(11、12)的支管(23、24)分隔的空間以及形成在支管(23、24)之上的空間。
6.如權利要求5所述的進氣裝置(20)，其中，所述連通口(25、26)形成在相鄰支管(23、24)的開口(23A、24A)之間以及每個支管(23、24)的開口(23A、24A)之上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多缸內燃機的進氣裝置，其中，空氣由氣缸排(11、12)的氣缸經(jīng)支管(23、24)從V型多缸內燃機的兩個進氣收集器(21、22)抽吸。輔助室(31、32)利用相鄰支管(23、24)之間的空間形成。輔助室(31、32)的通向進氣收集器(21、22)的連通口(25、26)形成在兩個相鄰支管(23、24)的通向進氣收集器(21、22)的開口(23A、24A)之間。由于歸因于輔助室(31、32)進氣收集器(21、22)的有效容積得以增大，因此在進氣收集器(21、22)內的殘留共振得以減小。通過相對于在進氣沖程第一半內支管(23、24)的流量增大了在進氣沖程第二半內支管(23、24)的流量，輔助室(31、32)提高了進氣慣性效應。由此，利用有限的空間改善了發(fā)動機容積效率。
文檔編號F02M35/10GK1757899SQ20051010378
公開日2006年4月12日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權日2004年10月6日
發(fā)明者鶴岡義和, 向茂樹 申請人:日產自動車株式會社