本發(fā)明涉及一種內燃機。

背景技術：

在內燃機中，限定排氣通路的壁暴露于高溫排氣。隨著壁的溫度由于壁暴露于高溫排氣而增加，壁的強度降低。為了減輕由于壁的強度降低而產生例如裂紋，已經提出了用于增強限定排氣通路的壁的構造。

例如，日本專利申請公報No.2013-189921(JP 2013-189921 A)描述了一種包括與排氣歧管一體地形成的渦輪外罩的渦輪增壓器。在這種渦輪增壓器中，從排氣歧管的收集器延伸到限定渦輪渦殼通路的部分(即，渦輪增壓器的進氣端口)的連續(xù)部分的溫度很可能變得特別高。因此，在根據JP 2013-189921 A的渦輪增壓器中，為了減小由于很可能被加熱到高溫的進氣端口的熱膨脹引起的應變，通過為進氣端口的外壁設置從渦輪外罩連續(xù)地延伸到排氣歧管的增強部分而增加進氣端口的剛度。

在JP 2013-189921 A中描述的增強部分設置在外壁上，以便從渦輪外罩連續(xù)地延伸到排氣歧管。結果，在根據JP 2013-189921 A的渦輪增壓器中，進氣端口的剛度均勻地增加。

技術實現(xiàn)要素：

渦輪增壓器被布置在氣缸蓋和周邊部件之間，所述周邊部件諸如沿著排氣流動的方向布置在渦輪增壓器的下游并且連接到渦輪增壓器的催化變換器。因此，如果渦輪增壓器的進氣端口的剛度均勻地增加，則由于進氣端口的熱膨脹引起的進氣端口自身的應變減小。然而，進氣端口由于熱膨脹而延長的影響易于被施加在周邊部件上，從而在周邊部件中導致更大的應變。本發(fā)明提供一種內燃機，該內燃機被構造成實現(xiàn)確保被排氣加熱到高溫的渦輪增壓器的進氣端口的充分強度和保護連接到渦輪增壓器的周邊部件這兩個目的。

根據本發(fā)明的一個方面的一種內燃機包括氣缸體、氣缸蓋和渦輪增壓器。氣缸體包括多個氣缸。氣缸蓋包括蓋內歧管和蓋內冷卻劑通路。蓋內歧管連接到氣缸的燃燒室中的每一個燃燒室。蓋內歧管被構造成從燃燒室收集排氣。蓋內歧管連接到氣缸蓋的排氣出口。排氣出口的中心軸線被定位成在氣缸的氣缸排列方向上比將兩個最外面氣缸的中心軸線彼此連接的直線的中心更加靠近該兩個最外面氣缸中的一個氣缸。氣缸排列方向是在與氣缸的中心軸線正交的平面上穿過氣缸的中心軸線的直線的延伸方向。渦輪增壓器包括進氣端口。進氣端口連接到氣缸蓋的排氣出口。進氣端口包括第一壁部和第二壁部。第一壁部在氣缸排列方向上位于該一個氣缸和進氣端口的中心軸線之間。第二壁部位于進氣端口的中心軸線的與第一壁部的相反側上。第一壁部包括厚壁部和薄壁部。厚壁部的管道壁厚大于第二壁部的管道壁厚。薄壁部的管道壁厚小于厚壁部的管道壁厚。薄壁部在排氣流動的方向上位于厚壁部的上游。

根據上述方面，氣缸蓋的排氣出口的中心軸線在氣缸排列方向上位于將該兩個最外面氣缸的中心軸線彼此連接的直線的中心的一側上。因此，連接到蓋內歧管的收集器的分支管道的傾斜角度彼此變化，并且因此從分支管道進入進氣端口的排氣的進入角度在分支管道之間變化。

從在氣缸排列方向上在該兩個最外面氣缸中的更加遠離排氣出口的氣缸延伸的分支管道引入進氣端口中的排氣在進氣端口的壁上撞擊的角度比從其它分支管道引入進氣端口中的排氣在進氣端口的壁上撞擊的角度更加接近直角。結果，從這個分支管道引入進氣端口中的排氣所撞擊的部分很可能被加熱到特別高的溫度。

與此相對照，根據上述方面，厚壁部設置在第一壁部中，所述第一壁部在氣缸排列方向上位于進氣端口的中心軸線的與該兩個最外面氣缸中的更加遠離排氣出口的氣缸的相反側上。因此，很可能被加熱到特別高的溫度的部分得到增強。此外，比厚壁部薄的薄壁部在排氣流動的方向上在厚壁部上游的位置處設置在第一壁部中。因此，由于進氣端口的熱膨脹引起的應力在具有較低剛度的薄壁部上集中。即，不象在整個第一壁部得到增強的情形中那樣，由于應力引起的應變在薄壁部上集中，從而由于進氣端口的熱膨脹引起的應變在進氣端口內側得到吸收。因此，在連接到渦輪增壓器的周邊部件中，能夠減輕由于進氣端口的熱膨脹而產生應變。

在上述方面中，氣缸蓋被通過蓋內冷卻劑通路循環(huán)的冷卻劑冷卻。因此，進氣端口的靠近氣缸蓋側的一部分，即，進氣端口的在排氣流動的方向上位于上游側上的一部分的溫度較不可能增加。因為薄壁部在排氣流動的方向上設置在厚壁部的上游，所以與厚壁部相比，薄壁部較不可能被加熱到高溫。盡管薄壁部的管道厚度是小的，薄壁部的強度較不可能降低。

即，根據上述方面，很可能被加熱到高溫并且因此強度很可能降低的部分由厚壁部形成以得到增強，而較不可能被加熱到高溫并且因此強度較不可能降低的部分由薄壁部形成從而由于進氣端口的熱膨脹引起的應變在薄壁部上集中以得到吸收。因此，能夠實現(xiàn)確保被排氣加熱到高溫的渦輪增壓器的進氣端口的充分強度和保護連接到渦輪增壓器的周邊部件這兩個目的。

在上述方面中，進氣端口可以包括凸緣。進氣端口可以被構造成在凸緣處連接到氣缸蓋。薄壁部可以在排氣流動的方向上在凸緣下游的位置處與凸緣相鄰地定位。

根據上述構造，靠近被循環(huán)的冷卻劑冷卻的氣缸蓋設置薄壁部。因此，薄壁部的溫度降低，從而薄壁部強度的降低進一步受到抑制。

在上述方面中，進氣端口的位于薄壁部和厚壁部之間的壁部分的管道壁厚可以從薄壁部到厚壁部逐漸地增大，直至該壁部分的管道壁厚變成等于厚壁部的管道壁厚為止。

如果是在薄壁部和厚壁部之間的進氣端口的管道壁厚急劇變化，則應力可能集中在管道壁厚急劇地變化的部分上。根據上述構造，進氣端口的管道壁厚在薄壁部和厚壁部之間逐漸地變化，應力較不可能集中在薄壁部和厚壁部之間的部分上。

在上述方面中，在進氣端口與進氣端口的中心軸線正交的橫截面中，進氣端口的管道壁厚可以在厚壁部處最大。在上述方面中，在進氣端口中，厚壁部的管道壁厚大于其它部分的管道壁厚，并且因此避免了進氣端口剛度的過度增加。因此，能夠有效地抑制由于進氣端口的熱膨脹引起的應力作用于連接到渦輪外罩的周邊部件上。

在上述方面中，在進氣端口的與進氣端口的中心軸線正交的橫截面中，進氣端口的管道壁厚可以在薄壁部處最小。即，由于熱膨脹引起的應力更可能集中在薄壁部上。結果，進氣端口中的應變更可能集中在薄壁部上，并且進一步地較不可能在進氣端口的除了薄壁部之外的部分中產生應變。因此，能夠抑制很可能被加熱到高溫并且因此強度很可能降低的部分的變形。

附圖說明

將在下面參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點以及技術和工業(yè)意義，其中相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中：

圖1是示意組裝到根據本發(fā)明的實施例的內燃機的氣缸蓋的渦輪增壓器周圍的構造的概略視圖；

圖2是根據實施例的氣缸蓋和進氣端口的局部橫截面視圖；

圖3是示意沿著圖2中的線III-III截取的進氣端口的橫截面結構的橫截面視圖；

圖4是示意沿著圖2中的線IV-IV截取的進氣端口的橫截面結構的橫截面視圖；

圖5是示意根據實施例的蓋內歧管和進氣端口中的排氣流動的概略視圖；并且

圖6是根據實施例的修改實例的內燃機的進氣端口的橫截面視圖。

具體實施方式

在下文中，將參考圖1到圖5描述根據本發(fā)明的實施例的一種內燃機。根據本實施例的內燃機包括渦輪增壓器。如在圖1中所示意，在該內燃機中，氣缸蓋20被組裝到氣缸體10，并且渦輪增壓器的渦輪外罩30的進氣端口31連接到氣缸蓋20。因此，從氣缸體10的多個氣缸排放的排氣通過進氣端口31被引入渦輪外罩30中。催化變換器40在排氣流動的方向上布置在渦輪外罩30的下游，并且連接到渦輪外罩30。在該內燃機中，撐桿50布置在渦輪外罩30和氣缸蓋20之間，并且撐桿50輔助支撐渦輪外罩30。

如在圖2中所示意，根據本實施例的內燃機是直列式四缸內燃機，并且氣缸體10包括氣缸#1、#2、#3、#4。氣缸蓋20包括連接到氣缸#1、#2、#3、#4的燃燒室以從氣缸#1、#2、#3、#4收集排氣的蓋內歧管22。蓋內歧管22包括分別地從氣缸#1、#2、#3、#4延伸的分支管道22a、22b、22c、22d和收集通過分支管道22a到22d的排氣的收集器22e。通過其排放所收集的排氣的排氣出口22f在氣缸蓋20的側表面上打開。

渦輪外罩30的進氣端口31連接到氣缸蓋20的側表面(排氣出口22f在此側表面打開)的一個部分。因此，通過蓋內歧管22從氣缸蓋20排放的排氣通過進氣端口31被引入渦輪增壓器中。

圍繞氣缸蓋20的蓋內歧管22設置了冷卻劑通過其在氣缸蓋20中循環(huán)的蓋內冷卻劑通路21。接著，將詳細描述蓋內歧管22。

如在圖2中所示意，在與中心軸線C1、C2、C3、C4正交的平面上穿過氣缸#1、#2、#3、#4的中心軸線C1、C2、C3、C4的直線L1的延伸方向將被稱作氣缸排列方向。此外，穿過在中心軸線C1和中心軸線C4之間的中點并且于直線L1正交的直線將被稱作直線L2。

蓋內歧管22的排氣出口22f的位置被設置成使得排氣出口22f的中心軸線在氣缸排列方向上位于氣缸#1和直線L2之間(即，在氣缸排列方向上，在排氣出口22f的中心軸線和氣缸#1之間的距離比在直線L2和氣缸#1之間的距離短)，從而排氣出口22f離氣缸#1比離氣缸#4更近。氣缸#1、#4是在氣缸排列方向上的最外面氣缸。因為排氣出口22f的位置被設置使得排氣出口22f的中心軸線在氣缸排列方向上位于氣缸#1和直線L2之間，所以分別地從氣缸#1至#4延伸到收集器22e的分支管道22a至22d的傾斜角度彼此間變化。更加具體地，從作為最遠離排氣出口22f的氣缸的氣缸#4延伸的分支管道22d傾斜使得從分支管道22d進入進氣端口31的排氣的進入角度是從分支管道22a至22d進入進氣端口31的排氣的所有的進入角度中的最大進入角度。

接著，將詳細描述進氣端口31。如上所述，進氣端口31在設置在進氣端口31的遠端處的凸緣32處連接到氣缸蓋20，從而與排氣出口22f連通。因此，進氣端口31在氣缸排列方向上設置在氣缸#1側上。如在圖2中所示意，進氣端口31的中心軸線L3在氣缸排列方向上位于氣缸#1和直線L2之間(即，在氣缸排列方向上，在進氣端口31的中心軸線L3和氣缸#1之間的距離比在直線L2和氣缸#1之間的距離短)。

進氣端口31的第一壁部33包括厚壁部33a。第一壁部33在氣缸排列方向上位于氣缸#1和中心軸線L3之間(即，在氣缸排列方向上，在第一壁部33和氣缸#1之間的距離比在中心軸線L3和氣缸#1之間的距離短)。如在圖3中所示意，厚壁部33a的壁厚O大于位于中心軸線L3的與第一壁部33的相反側上的第二壁部34的壁厚P。

如在圖2中所示意，比厚壁部33a薄的薄壁部33b設置在第一壁部33的在排氣流動的方向上位于厚壁部33a的上游的一部分中。薄壁部33b被與凸緣32相鄰地設置。

在圖4中示意的橫截面中，進氣端口31的壁厚沿著全部周邊是基本均勻的。如在圖4中所示意地，薄壁部33b的壁厚Q基本等于第二壁部34的壁厚P。

即，進氣端口31的管道壁厚在厚壁部33a處最大。如在圖2中所示意，第一壁部33的位于薄壁部33b和厚壁部33a之間的壁部分從薄壁部33b到厚壁部33a厚度逐漸地增大，直至該壁部分的厚度變成等于厚壁部33a的壁厚為止。

接著，將參考圖5描述根據本實施例的內燃機的運行。從氣缸#1至#4的燃燒室排放的排氣通過分別地從氣缸#1至#4延伸的分支管道22a至22d以被收集在收集器22e中。然后，所收集的排氣通過排氣出口22f流入進氣端口31中，并且然后被引入渦輪外罩30中。

從分支管道22a至22d進入進氣端口31的排氣的進入角度趨向于被設定成使得通過從在氣缸排列方向上更遠離排氣出口22f的氣缸延伸的分支管道進入進氣端口31的排氣的進入角度更大。在本實施例中，因為氣缸#4最遠離排氣出口22f，所以在從氣缸#4延伸的分支管道22d的中心軸線L4和進氣端口31的中心軸線L3之間的角度θ1大于在分支管道22a的中心軸線L5和進氣端口31的中心軸線L3之間的角度θ2。

即，通過從氣缸#4延伸的分支管道22d進入收集器22e的排氣的進入角度大于從其它分支管道22a至22c進入收集器22e的排氣的進入角度中的任何一個進入角度。因此，被從分支管道22d引入進氣端口31中的排氣在進氣端口31的壁上撞擊的角度比被從其它分支管道22a至22c引入進氣端口31中的排氣在進氣端口31的壁上撞擊的角度更接近直角。因為排氣在壁上撞擊的角度更接近直角，所以排氣所撞擊的壁的溫度很可能更高。

在這方面，在根據本實施例的內燃機中，通過在從分支管道22d流入進氣端口31中的排氣在其上撞擊的第一壁部33處設置厚壁部33a，進氣端口31的第一壁部33得到增強。這個增強提高了進氣端口31在厚壁部33a處的剛度。

基于預先執(zhí)行的模擬結果，厚壁部33a在中心軸線L3的延伸方向上的位置被設定在壁的溫度在此處很可能最高的位置處。當通過增加其壁的厚度而增強進氣端口31時，能夠減小由于進氣端口31的熱膨脹引起的在進氣端口31自身中的應變。然而，結果，進氣端口31由于熱膨脹而延長的影響易于被施加在連接到渦輪外罩30的周邊部件諸如催化變換器40上，從而在周邊部件中導致更大的應變。

此外，在根據本實施例的內燃機中，將渦輪外罩30支撐到氣缸蓋20上是得到撐桿50輔助的。即，渦輪外罩30被緊固到氣缸蓋20。這減小了由于由進氣端口31的熱膨脹產生的應力引起的渦輪外罩30和在排氣流動的方向上布置在渦輪外罩30下游的催化變換器40等的位置的變化。然而，由于在撐桿50用于將渦輪外罩30支撐到氣缸蓋20上的力和由熱膨脹產生的應力之間的相互作用，在靠近渦輪外罩30的周邊部件上施加的應變變得更大。

為了避免這種情況，在根據本實施例的內燃機中，薄壁部33b在排氣流動的方向上在厚壁部33a上游的位置處設置在進氣端口31中。因為薄壁部33b的剛度低于厚壁部33a的剛度，所以由進氣端口31的熱膨脹產生的應力集中在薄壁部33b上。因此，由于應力引起的應變集中在薄壁部33b上，從而由于進氣端口31的熱膨脹引起的應變在進氣端口31內得到吸收。即，在排氣流動的方向上布置在渦輪外罩30下游并且連接到渦輪外罩30的催化變換器40等中，能夠減輕由于進氣端口30的熱膨脹引起的應變的生成。

上述實施例產生了以下效果(1)至(6)。(1)厚壁部33a設置在進氣端口31的第一壁部33中，該第一壁部33位于進氣端口31的中心軸線L3與在氣缸排列方向上更遠離排氣出口22f的氣缸#4的相側側上。因此，很可能被加熱到特別高的溫度的部分得到增強。

(2)比厚壁部33a薄的薄壁部33b在排氣流動的方向上在厚壁部33a上游的位置處設置在第一壁部33中。因此，由于進氣端口31的熱膨脹引起的應力集中在具有較低剛度的薄壁部33b上。即，由于應力引起的應變集中在薄壁部33b上，從而由于進氣端口31的熱膨脹引起的應變在進氣端口31內得到吸收。即，在連接到渦輪外罩30的周邊部件中，能夠減輕由于進氣端口30的熱膨脹引起的應變的生成。

(3)氣缸蓋20被通過蓋內冷卻劑通路21循環(huán)的冷卻劑冷卻。因此，與厚壁部33a相比，在排氣流動的方向上設置在厚壁部33a上游，即，靠近氣缸蓋20設置的薄壁部33b較不可能被加熱。因此，盡管薄壁部33b的管道壁厚是小的，薄壁部33b的強度也較不可能降低。

即，與上述效果(1)、(2)相協(xié)同地，很可能被加熱到高溫并且因此強度很可能降低的部分由厚壁部33a形成以得到增強，而較不可能被加熱到高溫并且因此強度較不可能降低的部分由薄壁部33b形成，從而由于進氣端口31的熱膨脹引起的應變集中在薄壁部33b上以得到吸收。因此，能夠實現(xiàn)確保被排氣加熱到高溫的渦輪外罩30的進氣端口11的充分強度和保護連接到渦輪外罩30的周邊部件這兩個目的。

(4)在本實施例中，鄰近于凸緣32設置薄壁部33b，并且因此靠近被循環(huán)冷卻劑冷卻的氣缸蓋20布置薄壁部33b。結果，薄壁部33b的溫度增加進一步受到抑制并且薄壁部33b的強度降低受到抑制。

(5)如果在進氣端口31的在薄壁部33b和厚壁部33a之間的管道壁厚存在急劇變化，則應力可能集中在管道壁厚急劇地變化的部分上。根據本實施例，進氣端口31的管道壁厚在薄壁部33b和厚壁部33a之間逐漸地變化，應力較不可能集中在薄壁部33b和厚壁部33a之間的部分上。

(6)在進氣端口31中，厚壁部33a的管道壁厚大于其它部分的管道壁厚，并且因此避免了進氣端口31的剛度的過度增加。因此，能夠有效地阻止由于進氣端口31的熱膨脹引起的應力作用于連接到渦輪外罩30的周邊部件上。

可以如下修改上述實施例。在上述實施例中，設置了用于將渦輪外罩30支撐到氣缸蓋20上的撐桿50。然而，即便不設置撐桿50，渦輪外罩30仍然被氣缸蓋20和催化變換器40緊固。因此，與是否設置撐桿50無關地，存在由于進氣端口31的熱膨脹引起的應變將在連接到渦輪外罩30的周邊部件上施加影響的可能性。即，即使在未設置任何撐桿50的內燃機中，同樣的不便仍然可能發(fā)生。通過采用根據上述實施例的構造，能夠產生與如上所述相同的效果。

在上述實施例中，第二壁部34具有恒定的壁厚。然而，第二壁部34的壁厚不需要是恒定的。然而，應該避免將第二壁部34形成為比第一壁部33的薄壁部33b薄。

在上述實施例中，薄壁部33b的壁厚Q基本等于第二壁部34的壁厚P。然而，薄壁部33b的壁厚不需要基本等于第二壁部34的壁厚。例如，如在圖6中所示意，可以通過將薄壁部33b的壁厚R設定為小于第二壁部34的壁厚P而設置具有小于第二壁部34的壁厚的薄壁部33b。當將這種構造應用于上述實施例時，進氣端口31的管道壁厚在薄壁部33b處最小。即，由于熱膨脹引起的應力更加可能集中在薄壁部33b上。結果，進氣端口31中的應變更加可能集中在薄壁部33b上，并且進一步地較不可能在進氣端口31的除了薄壁部33b之外的部分中產生應變。因此，能夠抑制很可能被加熱到高溫并且因此強度很可能降低的部分的變形。

在以上說明中，根據上述實施例的構造被應用于直列式四缸內燃機。然而，根據上述實施例的構造能夠應用到的內燃機不限于直列式四缸內燃機。當蓋內歧管22的排氣出口22f的位置被設置成使得排氣出口22f在氣缸排列方向上離該兩個最外面氣缸中的一個氣缸比離該兩個最外面氣缸中的另一個氣缸近時，能夠產生與在上述實施例中的那些效果相同的效果。

在上述實施例中，排氣出口22f被設置成使得排氣出口22f的中心軸線在氣缸排列方向上位于氣缸#1和直線L2之間。然而，可以將排氣出口22f設置成使得排氣出口22f的中心軸線在氣缸排列方向上在氣缸#4和直線L2之間。在此情形中，在從分支管道22a至22d進入進氣端口31的排氣的所有的進入角度中，通過從氣缸#1延伸的分支管道22a流入進氣端口31中的排氣的進入角度是最大進入角度。即，當將這種構造應用于上述實施例時，通過在進氣端口31的位于氣缸#4和中心軸線L3之間的第二壁部34中設置薄壁部33b和厚壁部33a，產生了與在上述實施例中的那些效果相同的效果。

根據上述實施例的構造可以應用于設置有雙渦流渦輪增壓器的內燃機。在此情形中，進氣端口設置有兩個分開的排氣通路。通過在位于其中蓋內歧管22的排氣出口22f在其上相對于直線L2偏置的一側上的壁部分中設置厚壁部和薄壁部，產生了與在上述實施例中的那些效果相同的效果。