[發明專利]用于自然吸氣式發動機的氣缸蓋和這種氣缸蓋的使用

有效

• 申請號: 201010132315.3
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101839186A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: J·鄧斯爾摩;M·魯茲;K·庫爾貝奇;G·巴奇
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02F1/42
• 分類號: F02F1/42
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明涉及用于自然吸氣式發動機的氣缸蓋，該氣缸蓋

具有沿著該氣缸蓋的縱軸線直線地設置的至少三個氣缸，每個氣缸具有至少一個出口孔，以便經由排氣系統將排氣從該氣缸帶走，排氣管路連接到每個出口孔，并且

至少三個氣缸的排氣管路匯合以得到合并的排氣管路，形成排氣歧管。

本發明還涉及這種氣缸蓋的使用。

背景技術

像所有的內燃發動機一樣，自然吸氣式發動機具有汽缸體和至少一個氣缸蓋，汽缸體和氣缸蓋相互連接以形成氣缸。汽缸體具有氣缸孔以容納活塞，并且在適當時汽缸體具有氣缸套。活塞在氣缸套中以如下方式被引導，即它們能夠軸向運動，并且與氣缸套和氣缸蓋一起形成內燃發動機的燃燒室。

氣缸蓋通常用于容納閥傳動機構。為了控制排氣和再充填，內燃發動機需要正時元件和致動這些正時元件的致動裝置。在排氣和再充填的過程中，燃燒氣體經由氣缸的出口孔排放，至少有三個氣缸，并且燃燒室被充填，即，新鮮混合氣或新鮮空氣經由進口孔吸入。在四沖程發動機的情況下為了控制排氣和再充填，往復閥幾乎專門用作正時元件，在內燃發動機運行期間進行振蕩(oscillating)沖程運動，并且以這種方式打開和關閉進口孔和出口孔。對于閥的運動所需要的閥致動機構與閥本身一起被稱作閥傳動機構。

閥傳動機構的目的是在正確的時間打開和關閉燃燒室的進口孔和出口孔，盡可能大地快速打開流動截面以便減少流入和流出的氣流的節流損耗，并確保用新鮮混合氣最佳充填燃燒室和排氣的有效排放，即完全排放。

在現有技術中，通向進口孔的進氣道和與出口孔連接的排氣道即排氣管路至少部分地一體形成于氣缸蓋中。一般而言，氣缸的排氣管路被組合以得到共用的合并的排氣管路，或成組地合并以得到多個合并的排氣管路。被總的提及并且在本發明的范圍內，得到合并的排氣管路的排氣管路的合并被稱為排氣歧管。

在根據本發明的氣缸蓋的情況下，至少三個氣缸的排氣管路被合并以得到合并的排氣管路，在該過程中形成排氣歧管。

在自然吸氣式發動機的情況下，現有技術的排氣管路在氣缸蓋的外面合并以得到合并的排氣管路，為此，提供外部排氣歧管，即，位于氣缸蓋外面的歧管。使用外部排氣歧管是由于在排氣系統中發生動態波過程，特別是在排氣和再充填期間，并且也是由于在排氣和再充填方面，需要優化排氣歧管，以便以這種方式確保自然吸氣式發動機具有令人滿意的力矩特性。

在排氣和再充填的情況下，從內燃發動機的氣缸排出燃燒氣體基本上是基于兩種不同的機制。在排氣和再充填開始時，當在靠近下止點處排氣閥打開時，由于在接近燃燒結束時在汽缸中特別高的壓力水平以及燃燒室和排氣管之間的相關的高壓力差，所以燃燒氣體以高速流過出口孔進入排氣系統。這種壓力驅動的流動過程伴隨有高壓峰值，這種流動過程也被稱為預排放喘震(surge)，并且以音速沿著排氣管路傳播，隨著流動距離的增加由于摩擦的緣故并且以依賴管路路線的布置，該壓力或多或少地降低，即減小。

在排氣和再充填進行時，在氣缸中的壓力和排氣管路中的壓力較大程度上平衡，而燃燒氣體因此由于活塞沖程運動的結果而被基本排出。

在排氣系統中的動態波過程或壓力波動是以交錯方式運行的多氣缸內燃發動機的各氣缸為何相互影響的原因，并且具體說是在排氣和再充填期間可以相互妨礙或相互協助的原因。

假定這種情況，在排氣系統中的動態波過程也能夠用來優化排氣和再充填。考慮到如下事實，即在氣體介質中壓力波動作為波傳播，該波通過排氣管路并且在管路的敞開和封閉端被反射。于是在排氣系統中的排氣流和局部排氣壓力是前進波和被疊加的反射波的產物。

例如，如果在排氣或再充填將近結束時在出口孔處存在真空或比較低的壓力，證明是有利的，有助于從氣缸排出燃燒氣體。在排氣和再充填操作的這個階段，燃燒氣體由于活塞的沖程運動的結果而被基本排出。

在排氣和再充填方面，上面描述的物理關系，與優化排氣歧管的目標一起，以便以這種方式確保用于自然吸氣式發動機的令人滿意的力矩特性，從而導致現有技術的自然吸氣式發動機裝有外部排氣歧管，以便能夠形成足夠長的排氣管路。

但是，由于各種原因，有利的是，自然吸氣式發動機裝有一體形成在氣缸蓋中的排氣歧管，即，在缸蓋內合并各氣缸的排氣管路以得到合并的排氣管路。

這是由于一體的歧管固有地導致更加緊湊的結構的內燃發動機，并且允許在發動機艙中的整個驅動單元的緊密封裝(close?packaging)。而且，在成本方面具有優點，特別是在生產和裝配方面，并且在減少內燃發動機的重量方面也具有優點。