本发明涉及一种往复活塞式内燃机。在这种内燃机中，当空气或空气/燃料混合物进入内燃机汽缸时，由于产生空气或空气/燃料混合物的共振振荡而提高了进气（增压）效率。 内燃机包括一个气体进气管组合，该组合有一送气共振系统。该系统包括一送气共振器容器，它直接或利用连管和一组汽缸的相应进气口相连通。汽缸的吸气行程，基本上是不重叠的。送气共振系统还有一根开向送气共振器容器的送气共振管。送气共振管有一端远离送气共振器容器，安排这根管子是用来接收输入气并充向有关的汽缸内。由于汽缸的间歇吸气作用，在送气共振器容器和送气共振管中就形成了输入气共振，其结果，使在预定的共振转速范围内，其共振振幅大小是输入气管组合尺寸的函数，在一定程度上明显提高了内燃机汽缸的进气（增压）效率。上述输入气共振频率明显地低于、它的振幅则明显大于声压共振或在输入气管组合内也产生的管道共振。尽管上述共振叠加在输入气共振振荡上，但它们的作用远小于输入气共振振荡的作用。
有关往复活塞式内燃机的共振进气（增压）的原理和解决办法已为人知，并已在例如象德国专利No.1935155和No.2245732，以及美国专利No.3796048和No.4513699等专利中阐述过。依靠合适选择送气共振系统的尺寸的方法，可以在所需的运转转速范围特别是内燃机的低转速范围内获得共振转速，这样，就可将共振进气（增压）和在额定转速范围内有最大作用地废气透平增压器结合起来使用。这种为人所知的共振进气（增压）系统可以最有效而优越地使用于这样一种类型的六气缸直列式内燃机，即吸气行程不重叠的三个汽缸与一公用的送气共振器容器连通，两个共振系统彼此相连并与一补偿容器相连，在补偿容器上通上两根送气共振管，管道中供有输入气。
在一个例如有四个汽缸的内燃机中，实现有效的共振充气的办法是：为送气共振系统提供一只辅助共振器，在该共振器上通上一根辅助共振管，由此获得了一个辅助共振系统，并借助于供有输入气的一只中间容器，将送气共振系统的送气共振管连接到辅助共振系统上。在这种情况下，送气共振系统和辅助共振系统的尺寸要相互配合，即在产生共振的预定的内燃机转速下，在送气共振管中，由汽缸间歇吸气行程产生的输入气振荡是同相的，由此提高进气（增压）效率。换句话说，在送气共振管和辅助共振管内的输入气的运动速度和方向是一致的。这样的安排已在德国专利No.2949790中公开过，这个专利，使中间容器的尺寸有可能达到最小，使得即使内燃机地盘的空间有限，也能容纳下中间容器而无困难。
在所有的输入气共振系统的实施例中，都有一个预定的共振频率。通过合理设计共振器容器和共振管的尺寸，可以使这个频率转到所需的运转转速范围。但是，与转速有关的共振频率的改变也可以用与转速相关的方式通过改变共振系统的尺寸来实现。从日本实用新型No.5922249中可知：可以按转速来改变共振管长度，即以长度作为转速的函数。还可知：在共振器容器的一壁上配上一个活塞，用它随转速的变化调节共振器容器的容积。按照德国公开说明书（末审查即公布的申请）3314911，利用一根短连管将两根共振管互连起来，其中装了一个蝶阀，该阀的调节以与转速相关的方式进行，即：由于蝶阀的打开或关闭，可获得两种不同的共振频率。为了改进转矩特性，为获得不同的共振频率所必需的调节和调整装置的价格，比起它获得的优点来是很高，另外，还要发生结构上和操作上的困难。
本发明的目的是在一种往复活塞式内燃机中提供一种改进的共振系统。它的输入气管组合应使得在运转转速范围内能在两个不同共振转速时产生输入气共振振荡，而不需要用改变输入气管的有效尺寸的调节和调整装置，也不限制内燃机设计人员自由选择共振转速。这样考虑的结果可以把内燃机转矩曲线或进气（增压）效率曲线的所需进程作为转速的函数来设计共振系统。
本发明是建立在这样的认识上，即：利用将中间容器（带有一段进气连接管）连到共振系统上的办法，用一个按照德国专利No.2949790的原理设计的进气管系统实现本发明的目的。
上述目的和其他目的可以利用本发明来实现，这将随着下列的说明而更为清楚。简单说来，根据本发明的往复活塞式内燃机的进气管系统具有一个送气共振系统，该系统包括直接或用连管和一组内燃机汽缸进气口相连的送气共振器容器，这些汽缸的吸气行程互不重叠或基本上互不重叠。送气共振系统还有一个通到送气共振器容器的送气共振管以及一辅助共振装置。辅助共振装置包括一个靠近的辅助共振器容器以及一根通到辅助共振装置中的辅助共振管。利用一只中间容器将辅助共振管与送气共振管相连，在中间容器上还接有一根输入气进气管。
此外，输入气共振系统和辅助共振系统的尺寸配置应这样：在往复活塞式内燃机的预定共振转速时，利用汽缸间歇吸气行程而产生于输入气管系统中的输入气共振，在送气共振管和辅助共振管中应该是同相位，其结果是提高了进气（增压）效率。
此外，根据本发明的突出特点，将中间容器设计成中间共振器容器时，使在内燃机的预定的第二个共振转速时，送气共振管和辅助共振管中的输入气共振的相位相反，其结果提高了进气（增压）效率。
如在德国专利No.2949790中公开的，中间容器的容积大小并不重要，因此考虑到空间地位有限可以将中间容器做得尽可能小些。虽然多种解决办法理论上存在一个第二共振转速，在这个转速下的在送气共振管和辅助共振管中的振荡相位相反，这样一个第二共振点，因为中间容器的容积小，所以在已知的内燃机的进气管系统中，它远远在运转转速范围以上。鉴于以前技术的内燃机不能在第二共振转速或接近该转速情况下运转这一事实，在内燃机运转中，不会有第二共振转速时的共振状态出现，因此也就不能被用来提高进气（增压）效率。
对比之下，根据本发明的输入气共振系统的中间容器的容积明显增大，它的最小尺寸的确定是：按照本发明，第二共振点必须在运转转速范围之内，因此，在内燃机的运转转速范围以内，可用其来提高进气（增压）效率。
图1是表示本发明的第一个最佳实施例的侧视图，是从四周（外界）直接送入输入气的。
图2是表示本发明的第二个最佳实施例的侧视图，是利用透平增压器送入输入气的。
图3和图4是表示本发明的第三和第四个最佳实施例的侧视图，它们是利用排出废气驱动的透平增压器供给输入气的。
参看图1。图中表示了一个四循环、四只汽缸的往复活塞式内燃机1，四只汽缸2的点火间隔为曲轴旋转180°。这样，内燃机1的汽缸2的吸气行程不重叠或重叠很少。
四只汽缸2的进气口4通过相互隔开的各自的中间连管5和一只公用的送气共振容器6连通。送气共振管7总的送气到共振容器6中。另外还设有辅助共振器12和辅助共振管11，它们组成一个辅助共振装置。辅助共振管11经过中间共振容器8和送气共振管7相连。
由于采用了上述送气共振装置和辅助共振装置的设计以及中间共振容器8的尺寸，在内燃机1的运转转速范围内有两个共振点。由于在输入气系统中的气动气体振荡作用，在这两个共振点，这两个运转转速范围内，内燃机1的进气（增压）效率得以提高。
在第一个共振点，由于辅助共振装置11、12的存在，进入中间共振容器8的输入气的振荡的速度和方向，在送气共振管7和辅助共振管11中都是相同的。第二个共振点和第一个共振点不同，它是由中间共振容器8的尺寸确定的，振荡速度及振幅相等而振荡方向相反。在这两种情况-基于输入气系统中的振荡状态-其结果内燃机1的汽缸2的进气（增压）效率有一定程度的提高。
为了使按照图1所示的最佳实施例的共振条件成为可能，此最佳实施例中气体送入是靠自然吸气完成的，即由于运动在汽缸2中的活塞3的吸气作用而直接来自周围大气，空气进气管9与中间共振容器8连通，并和共振容器8组成为共振器管。在图2表示的最佳实施例中，是另一种情况，供到中间共振容器8中的输入气是依靠废气驱动的透平增压器供给的，输入气是由透平增压器的空压机14的加压管15担任连通管的。另外，图2的实施例中，相应的共振管7和11的两端是向外扩张开的，呈扩压管形状，由此共振管7和11的长度可以缩短而不会改变输入气管道系统的共振点。
为了便于理解本发明的气体共振装置的运转情况，先讲一个机械同等物，即弹簧-物体-弹簧-物体-弹簧系统。振荡是在第一只弹簧上产生的。输入共振容量对应于这个系统里的第一只弹簧，这个输入共振容量是由输入共振容器6、进气口4和连管5（如有的话）以及在一个输入气振荡循环中与送气共振容器6连通的每个汽缸容积的平均容积之和组成的。
“平均容积”的含义可用不同术语解释如下：在曲轴旋转α°（例如150°）期间，每个汽缸的进气阀是打开的。对于与同一个送气共振容器相连的几个汽缸，在曲轴每转一圈（旋转360°）中，打开状态是发生于不同的、基本上不重叠的时间。如逐个地观察每个汽缸，可看到：在对应于α°旋转（进气阀呈打开状态）的时间段中，每只活塞在各自的气缸中的轴向高度是不同的，因此，在每个瞬间，以活塞径向面为界并通过打开的进气阀与送气共振容器连通的活塞容积是变化的。例如，在进气阀打开状态中如果取到这种变化的汽缸容积的50个连续读数，那么，平均容积就等于50个所测数据之和除以50所得的筒。当然，不需要作实际的计量，“平均容积”可根据内燃机的设计尺寸计算而得。
经上面的说明显而易见：在与同一个送气共振容器相连的汽缸的吸气行程即进气阀门打开根本不重叠的情况时，“平均容积”即单缸的平均容积。如果内燃机设计得在两只与同一个送气共振容器相连的汽缸的吸气行程之间确实存在一些重叠时，“平均容积”将是产生振荡的汽缸的平均容积-如上面说明的-和另一只汽缸按两只汽缸同时打开时计算的平均容积之和。
送入送气共振管7的输入气的质量，对应于与第一只弹簧相连的第一个物体。对应于机械等效系统中的第二只弹簧的是中间共振容器8的共振容积;对应于第二个物体的是送入辅助共振管11中的输入气的质量，对应第三只弹簧的是辅助共掭容器12的容积。
在第一个共振点，两物质的振荡方向相同，速度和振幅相等，而在第二个共振点，振荡方向相反但速度和振幅相等。在第一个共振点，在中间共振容器8中仅有微小的压力波动。因此，这只弹簧的刚度并不影响第一个共振点的数值。在第二个共振点，在中间共振容器8中有明显的压力波动，与送气共振容器6和辅助共振容器12中的压力波动相类似。所以，代表中间共振容器8的共振容积的机械弹簧的刚度明显影响到第二个自共振频率值。在半个周期中，当中间共振容器8中出现最大压力时，送气共振管7中的输入气就得到额外的加速流向送气共振容器6，其结果造成后者的压力提高，因此瞬时向着共振容器6打开的汽缸的容积中的进气（增压）效率和平均压力得到提高。
在这方面，应指出：气体振荡的相同或相反“方向”并不要求共振管7和11的轴线成直线或对准。气体振荡的相同或相反“方向”与共振管7和11中的瞬时气体流动方向有关：如在共振管中流动的气体同时流向或流出中间共振容器8，则振荡方向彼此相反;如果气体从共振管7流出（或流进）而流进（或流出）中间共振容器8，并且同时气体流出（或流进）中间共振容器8而流进（或流出）共振管11，则振荡方向就相同。
按照本发明，在设计中间共振容器8时，使得：在内燃机的第二个共振点（第二个共振转速）时，在送气共振管7和辅助共振管11中的输入气共振的方向相反。在中间共振容器8的设计中，重要的是，在中间共振容器8中的输入气容量起在第二个共振转速中的“弹簧”的作用，弹簧交替地压缩和放开，以此达到在中间共振容器8中能产生所需的压力波动这一目的。气体进气管9（图1）或加压管15（图2和图3）中的流动条件对此也是起决定性的因素。在中间共振容器8中形成的压力振荡不能由于存在气体进口连管9或15而受到阻碍是一个必要的条件。因为按照图1所示的的实施例，内燃机1依靠从周围环境中直接吸气而获得输入气没有借助于废气驱动的透平增压器这样的辅助增压器，按照本发明，中间共振容器8的设计和作为共振管的进气管9的设计连系在一起，如果用透平增压器的压缩机14供给输入气，如图2所示，那么在压缩机加压侧的恒定的气源将是充足得足以在第二共振频率时保证作为共振器容器的中间共振容器的效率。所以，在这种情况时，输入气的连接可利用压缩机的长一点或短一点的加压管15完成。
在一给定的送气共振系统中，可以通过改变中间共振容积的方法确定第二个共振转速。在运转转速范围内，内燃机的第二共振转速与第一共振转速之间的关系是由中间共振容积对送气共振容积之比确定的。中间共振容积是中间共振容器8的容积和气体进气管9或15的容积之和。因此，中间共振容积是通过选择中间共振容器8和气体进气管9或15的尺寸决定的，如此，当中间共振容积适应于上述的送气共振容积后就可以得到两个共振转速之间的预定的关系。中间共振容积对送气共振容积之比至少应为2，最好不大于8，以取6左右为好。
前面已经说过，决定性的是两个共振转速必须在运转转速范围之内。因此，如果第一个共振转速选在运转转速范围的最低转速或在其附近，而第二个共振转速选在运转转速范围的最高转速或在其附近时，就出现了两个共振转速之间的可能的最大的差距（即转速差）。前面还说过，第一个共振转速是由合适选择送气共振系统的尺寸决定的，而第二个共振转速点是由中间共振容积对送气共振容积之比决定的。因此，第一和第二共振转速之间的差值取决于中间共振容积对送气共振容积之比，比值愈大，则两个转速愈接近。
人们发现如果所述两个共振转速相互相距最远，但仍在运转转速范围之内，则中间共振容量与进气共振容量之比必须在2左右。比值的增高会使两个共振转速越来越靠近。比值过份高，两个共振转速会几乎重合在一起，那就得不到本发明所具有的优点。试验表明比值为8至10时，在第一和第二共振转速之间仍可以获得有效的差值。在一些发动机的设计中发现最佳的比值为3，这个比值可以在内燃机运行转速的最宽转速范围内实现充气效率方面的最有利的增加。人们还注意到，中间共振容量与送气共振容量的一个给定的比值决定第一和第二共振转速之间的转速比，而与较低（第一）共振点选择在运行转速范围内的何处无关。因而很明显如果第一共振转速选择在运行转速范围的中间，那么比值必须大大超过2，以保证第二共振转速也落在运行转速的范围之内。
所以，根据本发明，可以将输入气体导管系统设计得使包含相应共振转速以及在其内由于气体振荡之助充气（增压）效率得以增加的两个转速范围部分重叠，从而得到合理地平衡的充气（增压）效率或转矩特性。输入气体管道系统可以这样有利地设计：使在普通往复活塞型内燃机发动机具有最大转矩的转速-也就是说，不用本发明的共振充气（增压）或本发明的输入气管道系统而实现的最大转矩的转速，落在两个共振转速之间。在这方面，把输入气管道系统设计得使第二共振转速略高于普通内燃机发动机具有它的最大转矩的转速特别有利。通过适当地控制燃料的进给，随后就可以利用根据本发明的安排，得到一个新的最大转矩从而把共振充气（增压）考虑进去而重新形成新的转矩特性。
在本发明最佳实施例中，进气共振系统2，4，5，6和7的共振频率，与德国专利第2，949，790（German Patent No.2，949，790）描述的安排相似，至少与辅助共振系统11，12的共振频率近似相同。此外，按图1和图2的本发明的最佳实施例，进气共振管7和辅助管11的直径尺寸相同并成轴向对准配置。虽然按照本发明这两个特点对设计一个最优的输入气体导管系统是有利的，但是即使没有这两个特点本发还是有效的。
在设计具有调谐到内燃机运行转速范围较低的第一共振转速的输入气体导管系统时，为进气共振管7，同时也为辅助共振管11提供如图2中共振管7和11所示外径向外增大的一末端管部分（或其相邻部分）是有好处的。这种安排可以减小共振管的尺寸，这一点例如可从德国的欧芬利肯格斯切弗特第3，232，366号（From German Offenlegungsschrift No.3，232，366）或相应的美国专利第4，513，699号（United States Patent No.4，513，699）中看到。
图2的最佳实施例中，中间共振器容器8的输入气体是由一增气装置14，具体地说是由一涡轮增压器来实现的。同时，汽缸2的输入口4通过一连管5与进气共振器容器6相连接，速管5的长度按美国专利第3，796，048号（United States Patent 3，796，048）的设计，不得超过1500米/n，其中n为内燃机的额定转速。采用这样的尺寸，连管5中在内燃机1的运行转速范围之内的振荡可利地防止，因为这样的振荡不利于涡轮增压及共振增压结合使用的场合。在汽缸2的输入口4用连管5与进气共振器容器6连接，同时不用诸如排体涡轮增压器装置之类的一个实施例中，如果连管5长些是可以有益处的。在这样的情况下，连管5的长度是这样选择的：在汽缸2以输入气体导管系统出现共振增气（充气）的两个共振转速以外的转速充气（增气）期间，特别是在这两个共振转速值以上的转速充气期间，在有关的连管5-特别是在转速范围的上面一段-使连管产生振荡，此振荡额外地增高了充气（增气）效率。
为了减小输入气体导管系统的尺寸，将进气共振容量降低到一个可能低的量是有利的。这样一种处理图示在图3所示的实施例中。图中进气共振管7具有一成圆锥形向外张开的端部13，该端部与一圆形的终端16相结合通入进气共振器容器6。进气共振器容器6的边界壁17在位置20处具有于流体动力学有利的成曲线形状的部分18，在位置20处，四汽缸组中两个位于外侧的汽缸2的连管5汇合进入进气共振器容器6。
位于相邻的连管5开口20之间的容器壁部分19具有一良好的圆形轮廓。这样的结构使连接到进气共振器容器6的汽缸2的吸入行程之间少许交叠（重叠）成为可能，例如在直列式四缸发动机中就是这样的情况。在这些发动机中，两个外侧汽缸2的输入口4或两个位于外侧的连管5的开口20彼此距离很大，进气共振容量所需的低的容量值通过进气共振器容器6的长度由输入口4的位置限定或连管5的开口20具有一小的截面面积来实现。为了避免过大的流动损耗，这样的进气共振器容器6采用对流体动力学上有益的圆形边界壁17以及在开口20处采用圆形接合面是较为有利的。
如果中间共振器容器相互不连接的话，在可形成许多汽缸组的往复活塞式内燃机中，按本发明所述的输入气体导管系统是很有用的。八缸V形排列的发动机就是一个例子。这种八汽缸V形排列的发动机有两个独立的排气涡轮增压器，该两涡轮增压器各自独立地为两个分开的输入气体导管系统供气，也就是说，它们各自为四个汽缸供气。
采用本发明的共振系统中（同样在所讨论的现有技术的共振系统中）形成一组的汽缸的吸气行程重叠不大的这一条件，在点火间隔相当于一个180°主轴角，同时输入阀的打开周期不大大地超过180°主转轴角的四汽缸发动机是完全可以满足的。单个的汽缸输入行程不应重叠太大的这一条件，无论从振荡系统产生的角度还是从利用气体振荡提高汽缸充气效率的角度来说都很重要。汽缸输入行程的较多的重叠不会阻止共振气体振荡的出现，但导致共振现象所应有的汽缸充气效率大为降低。最高效率的降低是因为一汽缸吸气行程期间，另一汽缸的输入阀开始打开这一事实所致，打开（开放）截面的增长速度成了一个有影响的因素。在不同的发动机结构中，这种增长速度是不同的，在决定吸气行程是否存在大的重叠中有必要考虑这一点。
基于上面的考虑，本发明也包含有一个五汽缸、四循环直列式发动机，该发动机在一给定均匀的144°曲柄转角情况下，单个汽缸吸气行程不大量重叠，所以虽然达不到四汽缸、四循环直列式发动机180°曲轴角的效率水平，但用了按本发明的输入气体导管系统，充气效率还是提高了很多。
图4表示一个按本发明的与一排气涡轮增加器相连的、五汽缸四循环直列式内燃机中的一输入气体管道系统（进气管道系统）。
所述五汽缸、四循环、活塞型内燃机21具有五个汽缸22，汽缸22的点火间隔相当于曲柄旋转144°。换句话说，内燃机21的汽缸22的吸气行程没有明显的重叠。形成一个五汽缸组的汽缸22的几个输入口4通过分开的连管5连接到一公用的送（进）气共振器容器23上，在该共振器容器23上通入一根输入气体用的一送（进）气共振管7。另外，还有一辅助共振系统，该系统包含一只辅助共振器容器12和通到该容器上的辅助共振管11。辅助共振管11通过一中间共振器容器8与送（进）气共振管7相连。涡轮增压器中的压缩机通过一加压管15与中间共振器容器8连接。共振管11和7的末端长度部分10及13向外张开成喇叭口用作扩压管，从而可缩短共振管7和11而甚至不致改变输入气体（进气）导管系统的共振点。
逐个将汽缸22的进气口4与送（进）气共振器容器23连接用的连接管5的长度（用米计）不能超过1500米/n，其中n为额定转速。由于采用这样的尺寸，在内燃机1的运转转速范围内，在连管5内可避免出现不利于同时结合使用涡轮增压和共振增压的管道振荡。
然而，在通过一各自的连管5使进气共振器容器23和汽缸22的进气口4相连，而且没有诸如排气涡轮增压器之类的分开的增压装置的实施例中，用长一些的连管5是较为有利的。在这种情形下连管5的长度应这样选定，即：要使相应的汽缸22在进气管道系统出现共振进气（增压）期间的两个共振转速以外的某一转速进气期间，特别是汽缸22在高于此两转速值的某一转速下进气期间，在连管5中，特别是在转速范围的上限部分能产生管道振荡，从而额外提高进气（增压）效率。
在直列式五汽缸内燃机21的情形中，两个外侧汽缸22的输入口4或各相应连管5具有一段比较长的距离以形成大小合适的进气共振器容器23。由于这个缘故，在两个外侧汽缸22的连管5的开口25处的进气共振器容器23的壁24有一个在空气动力学上有益的弯曲部分26。在相邻的连管5的接合处25之间伸展的进气共振器容器23的壁27则呈圆形;同样，为了提高流体动力的效率，进气共振管7具有一个成锥形扩口状的末端部分13，这个部分用一圆形接合28和送气共振器容器23相连。
按本发明的输入气体（进气）导管系统同样可以有效地应用在组成多汽缸组的活塞式内燃机中，这种内燃机形成几组汽缸，每组由五只汽缸组成，各组汽缸的几个中间共振器容器互不相连。例如象十只汽缸的V型内燃机就属于这一类。这种内燃机具有两个彼此独立的排气涡轮增压器，各自为一分开的输入气体（进气）导管系统供气（也就是说，各为五个汽缸供气）。
本发明的揭示与匈牙利专利第546/87号（1987年2月12日提交的）中包含的内容有关，它在此提及用作参考。
应该现解，本发明的以上描述可有种种不同的变体、变化和改变，而这种变体、变化和改变将包含在所附权利要求的构思和范围之内。