CN102562274A

CN102562274A - 高效环保增压发动机

Info

Publication number: CN102562274A
Application number: CN2012100336225A
Authority: CN
Inventors: 麦镇荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2012-07-11
Also published as: WO2013120286A1

Abstract

本发明公开了一种高效环保增压发动机，包括进气装置、排气装置和喷油装置，还包括增压装置，以及控制增压装置启闭及调节喷气量的控制装置，所述控制装置控制增压装置使其在气缸活塞做排气运动时、排气装置关闭前向气缸燃烧室内喷出清扫废气的压缩空气；所述控制装置控制增压装置使其在活塞做吸气运动时、喷油装置喷油完毕后向气缸内喷出压缩空气，使气缸内的空气满缸或增压。本发明排废气无阻力且可排空废气，也无高温废气回传气缸，进一步降低气缸温度，有利于提高发动机压缩比，与同样规格型号的涡轮增压发动机相比，结构更为简单，控制更为容易，功率更为强大，工作更为稳定，使用寿命更长，成本大幅度降低，且更为节能环保。

Description

高效环保增压发动机

(一)技术领域：

本发明涉及发动机，具体是一种高效环保增压发动机。

(二)背景技术：

本发明涉及的发动机为内燃发动机，内燃发动机主体为气缸，气缸的上口由缸盖封盖，气缸内设有活塞，活塞在气缸内的运动上止点和运动下止点间往复运动。

活塞运动的上止点与缸盖之间的气缸腔室为燃烧室，活塞运动的下止点与缸盖之间的气缸腔室为进气室(包括燃烧室)，进气室与燃烧室之比为压缩比。

活塞的往复运动分为进气、压缩、爆炸做功和排气四个过程：

1、进气(即吸气)。活塞自上止点向下运动时开启进气口，关闭排气口。活塞自上止点向下运动至下止点的过程中，进气口的气门处于开启状态，排气口的气门处于关闭状态，这时活塞作进气运动，喷油装置从喷油嘴直接向气缸内喷油，喷油嘴一般设置于缸盖上。

2、压缩。活塞自下止点向上运动时关闭进气口。活塞自下止点向上运动至上止点的过程中，进气口气门和排气口气门均处于关闭状态。

3、爆炸做功。活塞向上运动至上止点，混合燃烧体于燃烧室内点燃，混合燃烧体瞬间燃烧爆炸，推动活塞向下止点运动输出功率。

4、排气。活塞自下止点向上运动时开启排气口。活塞自下止点向上运动至上止点，此时进气口的气门处于关闭状态，排气口的气门处于开启状态，将混合燃烧体燃烧爆炸产生的废气排出。

排气过程中废气和废热无法排尽，这不仅是传统发动机存在的问题，也是涡轮增压发动机存在且无法解决的问题。这是因为运动至气缸上止点的活塞无法排尽燃烧室内的残存废气和废热，下一循环进气时残存无氧废气和废热(约400度～500度)混入新进入的空气中，影响了进入空气的质量，增加了进入空气的温度，影响了进入空气的密度，由于还混入一定量的无氧废气，就更不利于混合燃料爆炸做功，发动机的压缩比无法进一步提高。压缩比是内燃发动机的一个重要指标，压缩比越大，点火前燃烧室内的混合气体的密度就越大，燃烧时一方面可以使燃料燃烧更完全，燃料利用率更高、能耗更低，废气排放也更低，另一方面发动机的功率输出更大。

在压缩比一定的情况下，现有技术中提高发动机功率的一种行之有效方法是向发动机气缸中增压。因为发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，由于进气(即吸气)过程中，空气的进入滞后于活塞的运动，当活塞运动至下止点时进气门关闭，此时封闭于气缸腔体中的空气并非正常进气时的满缸，而喷入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制。如何在额定功率下进一步提高发动机的功率，则只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置，涡轮增压发动机已在欧系车上广泛运用。

所述涡轮增压器其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，这种涡轮增压器有机械增压和废气涡轮增压两种方式：

1、机械增压器安装在发动机上并通过皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动机械增压器的转子旋转，从而将空气增压到进气岐道里，通过进气口增压至发动机气缸内。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴上，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高；当发动机在高速运转时，还会出现进气滞阻现象。

2、废气涡轮增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之通过进气口增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20％-30％。

诚然，配置涡轮增压器的确能够提升发动机的动力，但也存在一些缺点：

1、提速问题。由于叶轮的惯性作用对油门门骤时变化反应迟缓，造成动力输出反应滞后，也就是说从你大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个2秒左右的时间差，即如果突然加速的话，瞬间有提不上速度的感觉。

2、加速问题。虽然涡轮增压技术已有所改进，但是由于设计原理问题，因此安装了涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定差异。比如说1.8T的涡轮增压汽车，在实际的行驶之中，加速肯定不如2.4L车，但是只要度过了那段等待期，1.8T的动力同样会窜上来，因此如果你追求驾驶感觉的话，涡轮增压引擎并不适合你，如果你是跑高速，涡轮增压才显得特别总要。

3、启动机会少。常规设计中涡轮增压的启动是在3500转左右，以涡轮增压的1.8T车为例，一般市内驾驶的换档转速在2000～3000之间，5挡能够上到3500转时速度估计已突破120公里/小时，也就是说除非你故意停留在低档位，否则不超过120公里/小时时速，涡轮增压根本无法启动，没有涡轮增压的启动，该车只为1.8T动力的车而已，2.4T的动力只能理论上的增压动力。

4、涡轮增压器处于高速、高温的工作环境，增压器废气涡轮端的温度在600度～1000度，增压器的转速也非常高(约12万转/分钟)，造成涡轮增压器极易损坏，如宝来的1.8T车，6万公里左右就要维修和更换涡轮增压器，涡轮增压器的维修和更换价格昂贵，无形中增加了车主的维护成本。

5、涡轮增压器的涡轮端使发动机排气不畅，阻挡了活塞上行排气动作，降低了曲轴动能，减少了动力输出，最终降低了发动机功率。

(三)发明内容：

本发明目的是提供一种高效环保增压发动机，通过清扫发动机尾气而排空高温无氧废气、降低气缸温度、提高新进空气的气密度和纯度，进而提高发动机功率。

能够实现上述目的的高效环保增压发动机，包括进气装置、排气装置和喷油装置，所不同的是还包括增压装置，以及控制增压装置启闭及调节喷气量的控制装置，所述控制装置控制增压装置使其在气缸的活塞做排气运动时、排气装置关闭前向气缸的燃烧室内喷出清扫尾气的压缩空气。喷入气缸燃烧室的压缩空气可以将残留于气缸内的无氧废气完全排出，降低气缸温度，使发动机下一循环吸气过程中于气缸内的空气纯度提高，温度下降，气密度增大，保证气缸内的氧气充足，进一步提高燃油燃烧率，提高发动机工况，减少有害废气的产生，节能环保。

所述增压装置的增压方式有四种：

1、所述增压装置采用废气涡轮增压器，所述废气涡轮增压器的压气进气道与气缸的进气口连通，气缸的排气口与废气涡轮增压器的废气进口连通，清扫尾气时进气装置(气缸的进气门)提前开启。

2、所述增压装置直接与气缸的进气口连通。

3、所述增压装置通过可控三通与自然进气的进气装置连接，清扫尾气时可控三通(继续)关闭自然进气的进气装置而导通增压装置(之前可控三通关闭自然进气的进气装置和增压装置)。

4、所述增压装置通过气缸的喷气口直接接通气缸(自然进气的进气装置仍然保留)。

本发明在此基础上的进一步改进，是利用上述第3点和第4点采用的增压方式，在发动机自然吸气完毕的基础上向气缸内喷入空气，以增加空气的进入量，从而使气缸内的空气满缸或增压(控制装置控制增压装置的进气量而实现)，提高气缸内的空气密度，从而提高喷油装置供给的喷油量，达到增加发动机输出功率的目的；另一方面，由于增加了在爆炸做功时气缸内参与膨胀做功的空气量，从而增大了发动机的输出功率。

实现方式分别为：

在上述第3点的条件下，所述控制装置控制增压装置使其在活塞做吸气运动时、喷油装置喷油完毕和可控三通提前关闭自然进气的进气装置而导通增压装置后喷出压缩空气。

在上述第4点的条件下，所述控制装置控制增压装置使其在活塞做吸气运动时、喷油装置喷油完毕和提前关闭自然进气的进气装置后喷出压缩空气。

在上述第3点和第4点的情况下，所述气缸的活塞在大于或等于50％而小于100％的吸气行程时，为增压装置喷出压缩空气的时机。

所述气缸的活塞在大于或等于90％而小于100％的吸气行程时，为增压装置喷出压缩空气的最佳时机。

所述增压装置为由发动机带动的机械增压器、或为电子泵、或为其它类型气泵。

由于增压装置工作时气缸内已大部分或基本上吸满了空气，气缸内的空气满缸或增压则需要不多或少量空气即可，因此所述机械增压器、或电子泵、或其它类型气泵的功率配置可以较小，可以选择小功率机械增压器、电子泵或其它类型气泵作为增压装置，特别是小功率机械增压器可有效降低发动机的动力消耗。

所述气缸的活塞在大于或等于90％而小于100％的排气行程时，是增压装置喷出压缩空气的最佳时机。

本发明的优点：

1、本发明高效环保增压发动机可排空废气，也无高温废气回传气缸，进一步降低气缸温度，有利于提高发动机压缩比，降低爆燃发生的机率。

2、本发明高效环保增压发动机不需采用废气涡轮增压，采用小功率的机械增压器即可实现气缸空气的满缸和增压，同样达到涡轮增压发动机大幅度提高动力的目的，小功率机械增压器的成本与传统机械增压器相比，成本大幅度减小且有效防止发动机动力损耗，性能稳定，使用寿命长。

3、本发明高效环保增压发动机配置的机械增压器可与发动机同时工作，通过控制装置的控制实现供气量与发动机的转速同步，提速和加速响应快，无滞后现象。

4、本发明高效环保增压发动机与同样规格型号的涡轮增压发动机相比，结构更为简单，控制更为容易，功率更为强大，工作更为稳定，使用寿命更长，成本大幅度降低，且更为节能环保。

(四)附图说明：

图1是本发明一种实施方式的结构示意图。

图2是本发明第二种实施方式的结构示意图。

图3是本发明第三种实施方式的结构示意图。

图4是本发明第四种实施方式的结构示意图。

图号标识：1、气缸；2、活塞；3、缸盖；4、曲柄箱；5、喷油嘴；6、喷气口；7、进气口；8、排气口；9、连杆；10、曲柄；11、机械增压器；12、废气涡轮增压器；13、可控三通。

(五)具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明高效环保增压发动机涉及一种汽油内燃发动机，发动机为三缸发动机或四缸～八缸发动机，图1、图2、图3、图4所示为发动机的单缸结构及其配套部件及装置。

所述单缸发动机的气缸1上口由缸盖3封盖，缸盖3中心设置喷油装置的喷油嘴5，气缸1的进气口7和排气口8开设于缸盖3上；气缸1的下口连接曲柄箱4，曲柄箱4内设有曲柄连杆机构，曲柄连杆机构由相互铰链的曲柄10和连杆9构成；气缸1内配合有活塞2，活塞2与连杆9铰链。

所述单缸发动机配置有进气装置(包括气门和管路)、排气装置(包括气门和管路)、喷油装置和增压装置，以及控制增压装置启闭及调节喷气量的控制装置，控制装置还同时控制喷油装置的启闭及喷油量的调节。

如图1所示，所述增压装置为废气涡轮增压器12，所述废气涡轮增压器12的压气进气道与气缸1的进气口7连通，气缸1的排气口8与废气涡轮增压器12的废气进口连通。

如图2所示，所述增压装置为由发动机带动的小功率机械增压器11，所述机械增压器11连通气缸1的进气口7。

如图3所示，所述增压装置为由发动机带动的小功率机械增压器11，所述机械增压器11通过可控三通13接通在(自然进气的)进气装置的管路上。

如图4所示，所述增压装置为由发动机带动的小功率机械增压器11，所述机械增压器11连通喷气口6，喷气口6设于喷油嘴5旁的气缸1的缸盖3上，进气装置为自然进气。

发动机启动时，曲柄10的转动、连杆9的摆动转化为活塞2在气缸1内的往复运动(发动机启动后，活塞2在气缸1内的往复运动转化为曲柄10的转动)，活塞2运动的上止点A与缸盖3之间的腔室为燃烧室，活塞2运动的下止点B与缸盖3之间的腔室为进气室(包括燃烧室)。

所述活塞2的往复运动分为进气、压缩、爆炸做功和排气四个过程：

1、进气(即吸气)。活塞2自上止点A向下运动时进气装置打开进气口7的气门，排气装置关闭排气口8的气门。

在如图1所示结构中，活塞2自上止点A向下运动至下止点B的过程中，进气口7的气门处于开启状态，排气口8的气门处于关闭状态，活塞2自上止点A向下运动时废气涡轮增压器12向气缸1内增压，控制装置控制喷油装置从喷油嘴5喷油，活塞2的吸气动作完成后，关闭进气口7的气门。

在如图2所示结构中，活塞2自上止点A向下运动至下止点B的过程中，进气口7的气门处于开启状态，排气口8的气门处于关闭状态，活塞2自上止点A向下运动时机械增压器11向气缸1内增压，控制装置控制喷油装置从喷油嘴5喷油，活塞2的吸气动作完成后，关闭进气口7的气门。

在如图3所示结构中，活塞2自上止点A向下运动至下止点B的过程中，可控三通13开启自然进气的进气装置(包括打开进气口7的气门和导通管路)，排气口8的气门处于关闭状态，控制装置关闭机械增压器11。活塞2自上止点A向下运动时控制装置控制喷油装置从喷油嘴5喷油，当喷油动作完成后，且活塞2吸气行程在大于或等于50％而小于100％(最佳为大于或等于90％而小于100％)之间时，可控三通13关闭自然进气的进气装置(只关闭管路，进气口7的气门仍开启)而导通机械增压器11(管路)，控制装置启动机械增压器11，控制装置控制机械增压器11向气缸1内喷入压缩空气，使气缸1内空气满缸或增压。

在如图4所示结构中，活塞2自上止点A向下运动至下止点B的过程中，进气口7的气门处于开启状态，排气口8的气门处于关闭状态，控制装置关闭机械增压器11。活塞2自上止点A向下运动时控制装置控制喷油装置从喷油嘴5喷油，当喷油动作完成后，且活塞2吸气行程在大于或等于50％而小于100％(最佳为大于或等于90％而小于100％)之间时，关闭自然进气的进气装置(通过关闭进气口7的气门实现)，控制装置启动机械增压器11，控制装置控制机械增压器11从喷气口6直接向气缸1内喷入压缩空气，使气缸1内空气满缸或增压。

2、压缩，活塞2自下止点B向上运动。活塞2自下止点B向上运动至上止点A的过程中，进气口7气门和排气口8气门均处于关闭状态。

3、爆炸做功。活塞2向上运动至上止点A，燃油与空气的混合燃烧体于燃烧室内点燃，混合燃烧体瞬间燃烧爆炸，推动活塞2向下止点B运动输出功率。

4、排气，活塞2自下止点B向上运动至上止点A。

在如图1所示结构中，进气口7的气门关闭，排气口8的气门打开，在活塞2完成大于或等于90％而小于100％的排气行程，排气口8的气门即将关闭前，进气装置开启进气口7的气门，涡轮增压器12向气缸1内喷入压缩空气对尾气进行清扫，将混合燃烧体燃烧爆炸产生的无氧废气完全吹出排尽。

在如图2所示结构中，进气口7的气门关闭，排气口8的气门打开，在活塞2完成大于或等于90％而小于100％的排气行程，排气口8的气门即将关闭前，进气装置开启进气口7的气门，机械增压器11向气缸1内喷入压缩空气对尾气进行清扫，将混合燃烧体燃烧爆炸产生的无氧废气完全吹出排尽。

在如图3所示结构中，进气口7的气门关闭，排气口8的气门打开，在活塞2完成大于或等于90％而小于100％的排气行程，排气口8的气门即将关闭前，控制装置启动机械增压器11，可控三通13关闭自然进气的进气装置的管路而开启机械增压器11通路，进气口7的气门开启，控制装置控制机械增压器11向气缸1内喷入压缩空气对尾气进行清扫，将混合燃烧体燃烧爆炸产生的无氧废气完全吹出排尽。

在如图4所示结构中，进气口7的气门关闭，排气口8的气门打开，在活塞2完成大于或等于90％而小于100％的排气行程，排气口8的气门即将关闭前，控制装置启动机械增压器11，控制装置控制机械增压器11向气缸1内喷入压缩空气对尾气进行清扫，将混合燃烧体燃烧爆炸产生的无氧废气完全吹出排尽。

Claims

1.高效环保增压发动机，包括进气装置、排气装置和喷油装置，其特征在于：还包括增压装置，以及控制增压装置启闭及调节喷气量的控制装置，所述控制装置控制增压装置使其在气缸(1)的活塞(2)做排气运动时、排气装置关闭前向气缸(1)的燃烧室内喷出清扫废气的压缩空气。

2.根据权利要求1所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述增压装置为废气涡轮增压器(12)，所述废气涡轮增压器(12)的压气进气道与气缸(1)的进气口(7)连通，气缸(1)的排气口(8)与废气涡轮增压器(12)的废气进口连通。

3.根据权利要求1所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述增压装置直接与气缸(1)的进气口(7)连通。

4.根据权利要求1所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述增压装置通过可控三通(13)与自然进气的进气装置连接，清扫尾气时可控三通(13)关闭自然进气的进气装置而导通增压装置。

5.根据权利要求1所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述增压装置通过气缸(1)的喷气口(6)直接与气缸(1)连通。

6.根据权利要求4或5所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述控制装置控制增压装置使其在活塞(2)做吸气运动时、喷油装置喷油完毕、可控三通(13)提前关闭自然进气的进气装置而导通增压装置后喷出压缩空气；或所述控制装置控制增压装置使其在活塞(2)做吸气运动时、喷油装置喷油完毕和提前关闭自然进气的进气装置后喷出压缩空气。

7.根据权利要求6所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述活塞(2)在大于等于50％，小于100％的吸气行程时，所述增压装置喷出压缩空气。

8.根据权利要求7所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述活塞(2)在大于等于90％，小于100％的吸气行程时，所述增压装置喷出压缩空气。

9.根据权利要求3～5中任意一项所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述增压装置为由发动机带动的机械增压器(11)或为电子泵。

10.根据权利要求1～4中任意一项所述的高效环保增压发动机，其特征在于：所述活塞(2)在大于等于90％，小于100％的排气行程时，增压装置喷出压缩空气。