CN101769205A - 车用发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用发动机，所述车用发动机包括进气歧管和气道切换装置，其中，通过所述气道切换装置的切换，使得进气歧管具有第一气道和第二气道，所述第一气道的长度大于第二气道的长度，当发动机转速低于设定阈值时，气道切换装置使空气沿第一气道流入发动机；当发动机转速高于或等于设定阈值时，气道切换装置使空气沿第二气道流入发动机。采用本发明的车用发动机的歧管结构，获得了更佳的体积效率；而且采用机械挺柱，减小了摩擦力，使得本发明发动机的摩擦力可以比传统发动机降低近10％。另外，通过可变气道出口控制阀关闭一个进气道，利用单进气道形成的高速涡流，加快了燃烧速率，提高了废气循环率，降低了燃油消耗率。

Description

车用发动机
技术领域
本发明涉及一种车用发动机。
背景技术
目前，随着环境问题的日益严重和经济形式对各企业的压力，开发高能效，低油耗的小排量发动机成为了一种趋势。
现有技术中的发动机，存在进气管长度与发动机转速配合不好的问题，使得发动机的性能不能充分发挥。而且，发动机的凸轮轴与挺柱的摩擦较大，不仅加剧了机械损耗和动力性能，而且还增加了成本。另外，传统发动机的进气道设计油耗较高，排气歧管尺寸也较大。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够更好地发挥动力性能、减小机械摩擦、降低成本、结构紧凑的发动机。
本发明的车用发动机包括进气歧管和气道切换装置，其中，通过所述气道切换装置的切换，使得进气歧管具有第一气道和第二气道，所述第一气道的长度大于第二气道的长度，当发动机转速低于设定阈值时，气道切换装置使空气沿第一气道流入发动机；当发动机转速高于或等于设定阈值时，气道切换装置使空气沿第二气道流入发动机。
优选地，所述第一气道的长度为600mm；第二气道的长度为400mm。
优选地，所述发动机转速的设定阈值为4000rpm。
优选地，所述发动机还包括机械挺柱和与所述机械挺柱连接的活塞环，其中，活塞环的厚度小于1.2mm，所述机械挺柱与凸轮轴在90°-110°的范围内接触，所述活塞环的张力为4-6Nm。
优选地，在所述发动机的进气歧管出口处设置有可变气道出口蝶阀，用于关闭其中一个进气道。
优选地，所述发动机的前盖集成有水泵壳体。
优选地，所述发动机包括独立的点火模块。
优选地，发动机的排气道的第一和第四缸排气口偏向发动机中心线。
相对于现有技术，采用本发明的车用发动机的歧管结构，获得了更佳的体积效率；而且采用机械挺柱，减小了摩擦力，使得本发明发动机的摩擦力可以比传统发动机降低近10％。另外，通过可变气道出口控制阀关闭一个进气道，利用单进气道形成的高速涡流，加快了燃烧速率，提高了废气循环率，降低了燃油消耗率。
附图说明
图1为反映本发明发动机的进气歧管工作原理的结构示意图；
图2a、2b分别为本发明发动机中的机械挺柱结构图和传统发动机的液压挺柱设计结构图；
图3为本发明发动机可关闭进气道的原理图；
图4为传统发动机的排气道与本发明发动机的紧凑型排气道布置对比示意图；
图5为本发明发动机的外特性性能图。
具体实施方式
本发明一种实施方式中的车用发动机，包括：进气歧管1、气道切换装置3，还包括机械挺柱4、与所述机械挺柱连接的活塞环5。
通过所述气道切换装置3的切换，使得进气歧管具有第一气道和第二气道，所述第一气道的长度大于第二气道的长度，当发动机转速低于设定阈值时，气道切换装置3使空气沿第一气道流入发动机的谐振腔2；当发动机转速高于或等于设定阈值时，气道切换装置3使空气沿第二气道流入发动机的谐振腔2。
具体的如图1所示，本发明的发动机针对新的进气道重新进行了匹配，设计了长度不同的两种歧管长度，在本实施方式中优选为400mm、600mm两种歧管长度，并且优选地将发动机转速的阈值设定为4000rpm。气道切换装置3采用异形蝶阀，通过切换所述蝶阀来关闭长短气道。
根据进气谐振原理，发动机气门开启和活塞运动是一种扰动，会在进气系统产生膨胀波。这个膨胀波从进气门出发，以音速传播到管端。因为进气系统的管端是敞开的，膨胀波在此膨胀变成压缩波反向传回进气门。如果这时进气门刚好开启着，则可以增强进气气流，提高发动机的扭矩。由此可见，为获得最佳的体积效率，应使进气管的长度与发动机转速相匹配。
在本发明的实施方式中，低速时进气选用长进气歧管1，高速时选用短进气歧管2。例如，当本发明的发动机低于4000rpm时，通过可变气道长度控制阀关闭长短气道切换异型蝶阀3，使新鲜空气沿着长600mm的进气歧管1吸入发动机；在本发明的发动机转速高于4000rpm后，打开切换异形蝶阀，使新鲜空气沿长400mm的短进气歧管2吸入发动机。
如图2a、2b所示，针对降低燃油耗的设计要求，本发明的发动机从减小摩擦的角度出发，缩短了活塞压缩高度，采用了包括低张力活塞环5和机械挺柱4的设计。例如，传统发动机的活塞压缩高度为29.5mm，而在本发明的一种实施方式中，活塞压缩高度缩短了5.4mm。由于本发明发动机降低了活塞压缩高度，因此缩短了整个活塞的长度，也减小了活塞与缸筒壁面的摩擦。
优选地，本发明还运用了低张力的活塞环，传统活塞环的平均张力达到了20Nm，而在不影响活塞窜气量的情况下，本发明将活塞环5的厚度减小到1.2mm以下，并且将开口间隙减小到0.2mm以下，整个环的张力降低到了5Nm，大大减小了活塞环与缸筒壁面的摩擦。
如图2a、2b所示，在本发明中，机械挺柱4的使用，既降低了发动机凸轮轴与挺柱4的摩擦，同时也降低了成本。传统的发动机采用的是液压挺柱，通过液压作用力，调整挺柱高度，在凸轮轴旋转的360°区间内都与凸轮桃子相接触。而采用本发明的机械挺柱设计后，在360°区间内，仅仅只有100°左右的工作区间是接触的，优选接触区间为90°-110°。由于在基圆区域都是非接触设计，不会产生摩擦力，因此本发明发动机的摩擦力可以比传统发动机降低近10％。
而且，采用机械挺柱设计，成本仅为传统液压挺柱的一半，大大节省了整个发动机的物料成本。
其次，降低燃油耗还需要从燃烧出发。参考图1，本发明的发动机增加了可关闭进气道设计，本发明的发动机的进气歧管出口处设置了一个可变气道出口蝶阀6，通过所述可变气道出口蝶阀6可以关闭其中一个进气道。例如图3所示，关闭进气道B后，单进气道A进气时，由于非对称性，会在气缸内会形成很强的涡流，从而稳定地燃烧，这样即使在很大的废气再循环条件下也能维持发动机的稳定。本发明的发动机在低速低负荷工况下通过可变气道出口控制阀关闭其中一个进气道，利用单进气道形成的高速涡流，加快了燃烧速率，提高了废气循环率，降低了燃油消耗率。
优选地，本发明的发动机包括独立的点火模块。通过ECU直接控制，独立点火模块直接点火，与传统分电式点火系统相比，本发明点火更直接，迅速，能量损失更小，降低了油耗。
针对降低发发动机成本的设计目标，设计了多功能前盖，本发明发动机的前盖不仅集成了机油油泵，又集成了水泵壳体，与传统发动机相比，既缩短空间又降低成本，成本价格又有所下降。
如图4所示，图中下面一排的本发明发动机的排气歧管更紧凑，而且，与传统排气道布置相对比，本发明的发动机的排气道的第一和第四缸排气口偏向发动机中心线，从而使得发动机排气歧管在水平方向尺寸减小，重量和成本都有下降。
图5示出了本发明发动机的外特性，图中，曲线51表示本发明的发动机性能曲线，曲线52表示S200型传统发动机的性能曲线。可以看出，本发明发动机的输出扭矩、功率均大于所示的现有技术，具有明显的技术效果。
尽管本发明是通过上述的优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。

Claims (8)

1.一种车用发动机，其特征在于，包括进气歧管和气道切换装置，其中，通过所述气道切换装置的切换，使得进气歧管具有第一气道和第二气道，所述第一气道的长度大于第二气道的长度，当发动机转速低于设定阈值时，气道切换装置使空气沿第一气道流入发动机；当发动机转速高于或等于设定阈值时，气道切换装置使空气沿第二气道流入发动机。
2.根据权利要求1所述的车用发动机，其特征在于，所述第一气道的长度为600mm；第二气道的长度为400mm。
3.根据权利要求2所述的车用发动机，其特征在于，所述发动机转速的设定阈值为4000rpm。
4.根据权利要求1所述的车用发动机，其特征在于，所述发动机还包括机械挺柱和与所述机械挺柱连接的活塞环，其中，活塞环的厚度小于1.2mm，所述机械挺柱与凸轮轴在90°-110°的范围内接触，所述活塞环的张力为4-6Nm。
5.根据根据权利要求1所述的车用发动机，其特征在于，在所述发动机的进气歧管出口处设置有可变气道出口蝶阀，用于关闭其中一个进气道。
6.根据根据权利要求1所述的车用发动机，其特征在于，所述发动机的前盖集成有水泵壳体。
7.根据根据权利要求1所述的车用发动机，其特征在于，所述发动机包括独立的点火模块。
8.根据根据权利要求1所述的车用发动机，其特征在于，发动机的排气道的第一和第四缸排气口偏向发动机中心线。
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