窄角v型發動機的製作方法
2023-07-31 19:09:41
專利名稱：窄角v型發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及V型發動機，特別是氣缸側體角度較小的窄角V型發動機。
背景技術：
V型發動機的氣缸側體角度是根據氣缸數決定的，四缸V型發動機時設定為90度，六缸V型發動機時設定為120度的情況較多，但是如專利文獻1即日本特開平10-121980號公報所示，也提出過將氣缸側體角度設定為30度的發動機。
然而，在上述現有技術的發動機中，由於是從缸蓋的上側供給進氣的結構，所以增加了發動機的全高，而且，排氣是從發動機的兩側向每個氣缸側體排出的結構，因此排氣溫度降低，存在催化劑的轉換效率降低的問題。
針對此問題點，也考慮過將進氣口、排氣口都集中到發動機的一側，但是，在上述發動機中氣缸側體角度為30度較大，所以進氣口的流入角度(閥座正前方的進氣口的中心線的切線與氣缸中心線所成的角度)在左右氣缸側體上產生差異，將產生氣缸內的氣體流動偏頗燃燒不均勻的問題。也有氣缸側體角度為15度的發動機，然而，仍不能改變氣體流動的偏頗，無法進行穩定的燃燒。
發明內容
本發明是鑑於上述技術問題而提出的，目的是通過將進氣口和排氣口都集中在發動機的一側，來控制發動機的高度，提高排氣轉換效率，特別是使左右的氣缸側體的氣體流動大致相同，實現沒有偏頗的燃燒。
在二個氣缸側體上設有交替排列的多個氣缸的V型發動機中，具備設置在各氣缸的燃燒室；將燃燒室與進氣岐管連接的進氣口；將燃燒室與排氣岐管連接的排氣口。形成二個氣缸側體的進氣口全部穿過一個氣缸側體的結構，同時，形成二個氣缸側體的排氣口全部穿過另一氣缸側體的結構，並且將二個氣缸側體所成的角度設定在8度以下。
根據本發明，為了控制發動機的高度，將二個氣缸側體的進氣口集中在一個氣缸側體，而且，為了提高催化劑的轉換效率將二個氣缸側體的排氣口集中在另一氣缸側體(參照圖3、圖4)，由於將氣缸側體角度設定在8度以下，所以在二個氣缸側體上可以將滾轉比變得均勻(參照圖9)，能夠實現無偏頗的燃燒。
圖1是本發明的窄角V型發動機的整體結構圖。
圖2是說明活塞銷偏置的圖。
圖3是說明發動機的進氣一側的結構的圖。
圖4是說明發動機的排氣一側的結構的圖。
圖5是同樣說明發動機的排氣一側的結構的圖。
圖6是說明進氣閥的氣門正時的圖。
圖7是說明發動機的凸輪結構的圖。
圖8是同樣說明發動機的凸輪結構的圖。
圖9是表示氣缸側體角度與滾轉比的關係的圖。
圖10是說明曲軸形狀的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來介紹本發明的實施方式。在以下的說明中，為了方便，從正面觀察發動機，將左側作為左氣缸側體，將右側作為右氣缸側體進行說明。
圖1、圖2表示本發明的V型四缸發動機的結構。在缸體1的左右氣缸側體上，分別在缸體上面開口的多個氣缸2在發動機的縱向排列，形成數個，分別將活塞3可以滑動地收裝在各氣缸2。活塞3通過活塞銷5可以搖動地與連杆4的上端連接，連杆4的下部通過曲柄銷與曲軸6連接。活塞3的往復運動通過曲軸6轉為旋轉運動，通過未圖示的變速器、主傳動減速齒輪裝置和驅動軸傳輸至驅動輪。
從正面觀察發動機時，連杆4和曲軸6不是在左氣缸側體的氣缸的中心線和右氣缸側體的氣缸中心線的交叉位置Oc、而是在從中心線交叉的位置Oc向發動機上方偏置h的位置O處連接的。如此使曲軸6向上方偏置是為了抑制發動機的高度。
而且，如圖2所示，活塞3與連杆4不是在氣缸2及活塞3的中心軸上，而是在從氣缸2及活塞3的中心軸向氣缸2及活塞3的徑向(與氣缸2及活塞3的中心軸垂直的方向)即發動機中心側偏置t的位置連結。偏置量t設置為例如缸徑的5％左右。使曲軸6向上方偏置使得活塞3滑動時從活塞3向氣缸2的內壁作用的力(側向力)增大，而使活塞銷5如此向發動機中心側偏置則是為了將該側向力減小。而且，此發動機為了進一步減小側向力，連杆4的連杆比比現有技術中的加大了。
活塞3形成以其冠面與缸體1的上面平行的方式形成，並且靠近缸體1外側(以下稱推力側(スラスト側)的活塞裙部與靠近發動機中心的活塞裙部相比、形成在氣缸2和活塞3的軸向上較長的形狀。
將活塞3的冠面與缸體1的上面平行是為了將從火花塞7的火花塞間隙附近產生的火焰中心火勢迅猛地擴展，並且形成熱量不易散去的形狀，實現急速的燃燒。也就是，通過將活塞3的冠面與缸體1的上面平行，可以加大呈放射狀地擴展燃燒的火焰的速度的徑向成分，而且，燃燒室變得小型化，同時可以減小活塞冠面的表面積，可以抑制在燃燒室產生的熱量從缸蓋1或活塞3的冠面散去。而且，由於燃燒室的小型化，也能提高壓縮比。
推力側的活塞裙部加長，是由於使活塞銷5的位置偏置而使得軸向力減小，當活塞3滑動時，在活塞銷5周圍產生力矩，從而活塞3要傾斜旋轉，通過將活塞3的推力側的活塞裙部加長來將其支撐，從而使往復運動時的活塞3的姿態穩定。使曲軸6向上方偏置加大作用在氣缸內壁的側向力，因此也使活塞裙部的面積增大，降低了表面壓力。加長了活塞裙部，也起到降低活塞3的敲缸聲的效果。
而且，加長的只是推力側的活塞裙部，由於內側的活塞裙部不變，所以即使當活塞3下降到達下死點時，活塞3與配重的旋轉軌跡也不幹涉。
氣缸2，從發動機前方呈之字形地交替配置左氣缸側體的氣缸和右氣缸側體的氣缸，並在左右的氣缸側體上相互交替地進行配置，從而，在同一氣缸側體上不連續配置，並且在從發動機前端的相同的距離上不存在多個氣缸。而且，將從正面觀察發動機時左氣缸側體的氣缸的中心線與右氣缸側體的氣缸中心線所成的角度θ(以下稱氣缸側體角度)設定在8度以下(優選8度)。設為8度以下是為了使左右的氣缸側體處的滾轉比大致均等，實現穩定的燃燒，這一點在後面將詳細地進行說明。
在缸體1的上面連接單一的缸蓋10。如此在左右的氣缸側體上能夠用一個缸蓋，是由於氣缸側體角度較小，通過在左右的氣缸側體上共用缸蓋，可以提高保持發動機的剛性。
在與缸蓋10的下面的氣缸2的上側開口對應的位置上，分別形成構成燃燒室的一部分的凹陷部11。進氣口20和排氣口30在凹陷部11上開口，同時火花塞7的點火間隙突出。
在左氣缸側體的燃燒室上設置用以切斷進氣口20和排氣口30的連通的進氣閥21L和排氣閥31L，同樣地，在右氣缸側體的燃燒室上設置進氣閥21R和排氣閥31R。左氣缸側體的排氣閥31L通過左側凸輪軸40，左氣缸側體的進氣閥21L和右氣缸側體的進氣閥31R通過中央凸輪軸41，右氣缸側體的進氣閥21R通過右凸輪軸42分別地進行開閉驅動。進氣口20通過進氣岐管50被連接到導入新氣的箱型的收集器60，排氣口30通過排氣岐管70與未圖示的排氣管連接。
如圖3至圖5所示，在上述發動機中，以使進氣口20全部穿過右氣缸側體、排氣口30全部穿過左氣缸側體的方式進行集中，進氣口20和排氣口30的長度在左氣缸側體和右氣缸側體上各不相同。
關於進氣側，如圖3所示，通過使進氣岐管60的管長對應進氣口20的長度進行改變，來補償左右氣缸側體的進氣口20的長度的不同。也就是，通過將與比左氣缸側體的長度短的右氣缸側體的進氣口20連接的進氣岐管50延長至收集器60的內部，從而對於整個燃燒室，將從燃燒室經進氣口20到達進氣岐管的開口的距離變為等長。
或者，也可如圖6所示，通過使關閉進氣閥的氣門正時在左右的氣缸側體上變化，來補償該左右的氣缸側體的進氣口20的長度的不同。此種情況下，如果進氣口20對於比右氣缸側體加長的左氣缸側體，使進氣閥關閉的氣門正時比右氣缸側體慢，則可以在左右的氣缸側體上將體積效率變為相等。
關於排氣一側，如圖4、圖5所示，通過使排氣岐管70的分支部的長度對應排氣口30的長度變化，來補償左右的氣缸側體的排氣口30的長度的不同。這裡，對於排氣口30的長度比右氣缸側體短的左氣缸側體，通過加大排氣岐管30的彎曲將分支部加長，從而對於整個燃燒室，將從燃燒室經排氣口30至排氣岐管70的集合部71的管長設定為等長。
如圖3所示，在進氣一側設置噴射燃料的噴射器80R、80L，噴射器80R、80L的安裝位置在左右氣缸側體上不同。也就是，在與進氣口20的左氣缸側體的燃燒室連通的部分設置用以將燃料噴射至向左氣缸側體的燃燒室供給的空氣的燃料噴射器80L，在與進氣岐管50的右氣缸側體的燃燒室連通的部分，設置用以將燃料噴射至向右氣缸側體的燃燒室供給的空氣的燃料噴射器80R。在左氣缸側體和右氣缸側體上改變噴射器的安裝位置，是為了對於左氣缸側體和右氣缸側體的整個燃燒室，將從燃料噴射位置(噴射器80R、80L的噴口位置)至燃燒室的距離變成相等，從而將混合氣體的混合狀態變為等同，可以避免由於混合氣體的混合不均或燃料、空氣的分配不均導致輸出功率或燃油經濟性下降。
通過將進氣口20和排氣口30分別集中到單側的氣缸側體上，可以將排氣趁熱地集中排到排氣管，可以保持流到催化劑的排氣的溫度較高，改善催化劑的轉化效率。從而，促進起動後排氣催化劑的暖機運轉，同時也能提高冷起動時的排氣淨化效率。而且，由於從燃燒室至排氣岐管70的集合部71的長度變成相等，所以能夠進一步減少排氣效率的下降。
圖7、圖8表示上述發動機的凸輪機構。三個凸輪軸40、41、42可以旋轉地被支撐在缸蓋10上，在各凸輪軸的發動機前端一側的端部分別設置凸輪軸正時齒輪43、44、45。將進氣閥21R、21L、排氣閥31R、31L通過於三個凸輪軸的外圓周上形成的凸輪面進行驅動。
由於將氣缸側體角度變小在8度以下，縮窄了左右氣缸側體的氣缸間距離，可以將缸蓋10在左右的氣缸側體上變為一個，而且，可以將驅動左氣缸側體的進氣閥21L的凸輪軸和驅動右氣缸側體的排氣閥31R的凸輪軸實現共用化。從而，本發明的發動機不拘泥於DOHC型V型發動機，也可將凸輪軸數減少至3根。
對於凸輪驅動機構進行一下說明，凸輪軸正時齒輪43、44、45是同徑的齒輪，凸輪軸正時齒輪43與凸輪軸正時齒輪44嚙合，凸輪軸正時齒輪44與凸輪軸正時齒輪45嚙合。而且，中央凸輪軸41的凸輪軸正時齒輪44與和凸輪軸鏈輪46進行一體旋轉的空轉齒輪47嚙合。該空轉齒輪47也與凸輪軸正時齒輪43、44、45同徑。在凸輪軸鏈輪46和與曲軸6進行一體旋轉的曲軸鏈輪(未圖示)之間懸掛設置著鏈條、曲軸6的旋轉通過曲軸鏈輪和凸輪軸鏈輪46被傳輸至凸輪軸正時齒輪43、44、45，如圖中箭頭所示，將凸輪軸40、41、42進行旋轉驅動。並且，凸輪軸鏈輪46以曲軸鏈輪的一半的速度進行旋轉。
如果僅通過鏈條取得凸輪軸正時齒輪之間的同步，則由於高速旋轉時鏈條伸長，所以很難進行曲軸旋轉中的同步並且是準確的凸輪驅動，而通過並用齒輪和鏈條的驅動，可以準確地取得凸輪軸正時齒輪間的同步。而且由於可以實現凸輪驅動機構的小型化，從而能夠減少零件數。而且，這裡，曲軸鏈輪和凸輪軸鏈輪46之間的雖然進行鏈條驅動，但是其間的驅動也可進行齒輪驅動。
圖9表示氣缸側體與滾轉比的關係。所謂滾轉比是平均進氣速度與滾轉流的速度之比，為了實現無偏頗的燃燒，必須將左右氣缸側體的滾轉比變為相等。
在現有技術的V型發動機中，將進氣口和排氣口都集中到發動機的一側時，在一個氣缸側體上進氣的流入角度(閥座正前方的進氣口的中心線的切線與氣缸中心線所成的角度)變大，會阻礙氣缸內產生的縱向的氣體流動，在左右的氣缸側體上滾轉比產生差異，發生燃燒偏頗。而且，流入角度變大也會將進氣阻力增大。
對此，在本發明的發動機中，由於將氣缸側體角度設定在8度以下，將因從進氣閥向氣缸2內進行流入產生的縱向的渦流比，即滾轉比在左右氣缸側體上變為大致相等，可以實現左右的氣缸側體的燃燒均勻。
因此，根據本發明，在任一氣缸側體上，由於氣缸內氣體流動使燃料顆粒與空氣很好地混合，從而能夠實現均勻的燃燒，並且，不局限於V型發動機，可以獲得與直列式發動機沒有差別的燃燒效率。
即使氣缸側體角度窄，燃燒間隔也只是在左右的氣缸側體上偏移與氣缸側體角度對應的量，但是，如本發明所示，當將氣缸側體角度設定在8度以下時，事實上可以忽略燃燒間隔的不等，可以將曲軸6製成單一平面。也就是如圖10(a)、(b)所示，分別將1號和4號氣缸用的曲柄銷變為同相位，分別將2號和3號氣缸的曲軸銷變為180°相位，可以使全部曲軸銷位於一個平面上。如果能使曲軸6成為單一平面，則曲軸6的製造變得容易，可以降低成本。
本發明的發動機的情況下，可以考慮以使二個燃燒間隔變成大致相等的方式將二缸發動機交替地進行組合，本來，二缸發動機分別在一次振動上取得平衡，所以即使將其組合也不存在振動的問題，可以講上述發動機在振動方面沒有問題。
以上對於本發明的實施方式進行了說明，但是只不過表示出適用本發明的發動機的一例，本發明的技術範圍不只限定為上述的實施例。
例如，在上述的實施例中為四缸V型發動機，但本發明也適用於六缸、八缸等其他缸數的V型發動機。另外，氣缸數不僅限於偶數，是奇數也無妨。還有，將上述四缸V型發動機並列地二個組合變為八缸的W型發動機也可以。
權利要求
1.一種窄角V型發動機，具備在相鄰的兩個氣缸側體上交替排列的多個氣缸；收容安裝在所述氣缸的活塞；對應所述氣缸設置的燃燒室；將所述燃燒室與進氣岐管連接的進氣口；將所述燃燒室與排氣岐管連接的排氣口；曲軸；和連接所述活塞與所述曲軸的連杆；其特徵在於，形成所述二個氣缸側體的進氣口全部穿過一個氣缸側體的結構，同時，形成所述二個氣缸側體的排氣口全部穿過另一氣缸側體的結構，並且將所述二個氣缸側體所成的角度設定在8度以下。
2.如權利要求1記載的窄角V型發動機，其特徵在於，對所述二個氣缸側體設置單一的缸蓋。
3.如權利要求1記載的窄角V型發動機，其特徵在於，從正面觀察所述發動機時，所述連杆和曲軸的連結位置與所述二個氣缸側體的氣缸中心線的交叉位置向上方偏置。
4.如權利要求1記載的窄角V型發動機，其特徵在於，所述活塞的冠面與缸體的上面平行。
5.如權利要求1記載的窄角V型發動機，其特徵在於，所述活塞和所述連杆通過活塞銷連接；所述活塞銷從所述活塞和氣缸的中心線向發動機中心偏置。
6.如權利要求1記載的窄角V型發動機，其特徵在於，所述活塞靠近發動機外側的活塞裙部比靠近發動機中心的活塞裙部長。
7.如權利要求1至6的任一項記載的窄角V型發動機，其特徵在於，具備與所述進氣岐管連通並且將與所述進氣岐管的燃燒室相反一側的端開口的收集器；對於整個燃燒室，以使從燃燒室至所述進氣岐管的開口的長度相等的方式，使連接到所述二個氣缸側體的進氣口中長度較短一方的進氣岐管延長到所述收集器的內部，並於所述收集器的內部開口。
8.如權利要求1至6的任一項記載的窄角V型發動機，其特徵在於，以使所述二個氣缸側體的吸收效率相等的方式，使關閉所述二個氣缸側體的進氣口中長度較長一方的進氣閥的正時遲於關閉長度較短一方的進氣閥的正時。
9.如權利要求1至6的任一項記載的窄角V型發動機，其特徵在於，至少具備在進氣過程中分別向二個氣缸側體噴射燃料的噴射器，對於整個燃燒室，以使從燃燒室至燃料噴射位置的距離相等的方式，改變噴射器在二個氣缸側體上的安裝位置。
10.如權利要求1至6的任一項記載的窄角V型發動機，其特徵在於，對於整個燃燒室，以使從燃燒室至排氣岐管的集合部的距離相等的方式，使連接到所述二個氣缸側體的排氣口中長度較短一方的排氣岐管的分支部的長度比連接到長度較長一方的排氣岐管的分支部的長度長。
11.如權利要求1至6的任一項記載的窄角V型發動機，其特徵在於，構成為，以單一的凸輪軸對開閉一個氣缸側體靠近發動機中心的口的閥、和開閉另一氣缸側體靠近發動機中心的口的閥進行驅動。
12.如權利要求1至6的任一項記載的窄角V型發動機，其特徵在於，所述曲軸作成使所有的曲柄銷為同一平面狀的單一平面。
全文摘要
本發明通過將進氣口和排氣口都集中在發動機的一側來控制發動機的高度、提高排氣轉換效率，特別是使左右的氣缸側體處的氣體流動大致相同，實現無偏頗的燃燒。在二個氣缸側體上設有交替排列的多個氣缸(2)的V型發動機中，具備對應各氣缸(2)設置的燃燒室、將燃燒室與進氣岐管(50)連接的進氣口(20)，和將燃燒室與排氣岐管(70)連接的排氣口(30)。而且，形成二個氣缸側體的進氣口(20)全部穿過一個氣缸側體的結構，同時，形成二個氣缸側體的排氣口(30)全部穿過另一氣缸側體的結構，並且將二個氣缸側體所成的角度設定在8度以下。
文檔編號F02B75/22GK1488846SQ0312776
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月12日 優先權日2002年10月11日
發明者山崎正弘 申請人:Ygk株式會社