CN102877931A - 涡轮增压发动机 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压发动机，它包括有：曲机系统；配气系统；进、排气系统；冷却系统；润滑系统；发动机多点燃油电子喷射控制系统；前端轮系；曲轴箱强制通风系统；燃油蒸发净化系统；其技术要点是：在全铝合金气缸体的缸孔内镶有铸铁干式缸套；在气缸体主油道与气缸体缸套之间设置有对活塞进行强制冷却的活塞冷却喷嘴；减震皮带轮，水泵带轮，空调压缩机带轮，交流发电机带轮，惰轮，助力泵转向轮和涨紧轮在一个工作平面内采用一条皮带连接并传动；设置在气缸盖内水套孔的进口结构为：在两个相邻冷却水流向之间设置有节流限位突起结构；气缸体水套上部设有通向缸盖的腰子形水道，在四个串联的圆形气缸体水套之间还设置有通向缸盖水套的水桥。

Description

涡轮增压发动机

技术领域

本发明属于机动车汽油发动机技术领域，具体地说是一种带中冷增压、双VVT，多点电控燃油喷射汽油的新型涡轮增压发动机。

背景技术

随着汽车产品的日新月异，汽车生产企业在不断的竞争中，对整车产品的开发不断加快。尽管从车体的外观形状，材质及配套件对机动车的性能都将产生影响，但是汽车的心脏——发动机，对于性能是最至关重要的，无论从供货应量、价格、以及性能匹配等方面，都会直接影响新开发车型的性能指标。目前，市场上的涡轮增压发动机各具优点，对于一般发动机而言，结构上的样式固定后，很难改变其主要零部件的位置，并且装配时调节繁琐。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用既能纵置后驱动又能横置前驱动的布置型式，带有中冷增压、双VVT，多点电控燃油喷射汽油的涡轮增压汽油发动机。

本发明的目的是这样实现的，它包括有：由气缸体、下机体、缸盖，由曲轴、连杆总成、连杆瓦、活塞组成的曲机系统；由进、排气凸轮轴，进、排气凸轮轴VVT组件、瓦盖、进、排气门、挺柱、气门弹簧、锁夹、弹簧座、气门油封组成的配气系统；由进气歧管总成、排气歧管、增压器组成的进、排气系统；由进水管、水泵、发动机气缸体水套、气缸盖水套、节温器总成、出水管总成的组成的冷却系统；由油底壳、机油集滤器、机油泵、机油滤清器和机体中油道组成的润滑系统；由电喷控制单元、传感器、发动机线束、油轨总成、发电机、火花塞组成的发动机多点燃油电子喷射控制系统；前端轮系以及曲轴箱强制通风系统和燃油蒸发净化系统；其特征是：在全铝合金气缸体的缸孔内镶有铸铁干式缸套；在气缸体主油道与气缸体缸套之间设置有对活塞进行强制冷却的活塞冷却喷嘴，所述活塞冷却喷嘴与气缸体主油道相连通；

所述的前端轮系包括减震皮带轮，水泵带轮，空调压缩机带轮，交流发电机带轮，惰轮，助力泵转向轮和涨紧轮在一个工作平面内采用一条皮带连接并传动；

在气缸盖水套一端设有气缸盖水套主出水水道，而在气缸盖水套另一端设置有副出水水道；气缸盖与气缸体水桥相对应的进水水道设置在靠近气缸盖进气侧主进水口的位置上；设置在气缸盖内水套孔的进口结构为：在两个相邻冷却水流向之间设置有节流限位突起结构；

在气缸盖上部靠近VVT组件处通过大瓦盖定位销和瓦盖螺栓连接有凸轮轴大轴承盖，在凸轮轴大瓦盖上通过定位销及正时导轨螺栓设有固定链条的正时上导轨，在凸轮轴大瓦盖还设置有VVT供油槽，该VVT供油槽与VVT供油油道组成供给VVT的油路；在靠近凸轮轴的缸盖位置上还设置有凸轮轴小瓦盖；

气缸体和气缸套之间对称设置的四个串联的圆形气缸体水套；在圆形气缸体水套的上部还设有通向缸盖的腰子形水道，在四个串联的圆形气缸体水套之间还设置有通向缸盖水套的水桥；离心水泵的水泵出水口与水套进水口相连通。 

每个火花塞是由一个单独的点火线圈控制的火花塞。

所述的曲轴与凸轮轴之间的传动，是通过安装在进气VVT和排气VVT与曲轴正时链轮之间的链条传递动力。

所述的腰子形水道数量为对应设置的二十条腰子形水道。

在上述的水套进水口为螺旋状平滑的流线形结构。

在下缸体上部还设有溶胶槽，在溶胶槽周围分布着盖板螺栓孔。

在上述的凸轮轴小瓦盖上铸有指向缸盖前端的方向标识结构。

本发明发动机的优点：该2.0T发动机是一款具有四气门、电喷、涡轮增压汽油发动机。本发动机在设计上融合了许多现代发动机先进技术、主要包括多气门技术、汽油机涡轮增压技术、双VVT，多点燃油电子喷射技术、铝合金缸体等技术，具有体积小、动力性、经济性好、排放低、可靠性高等优点，达到目前的世界先进水平。具有以下技术特点：

1、紧凑型高性能全铝基体发动机；

2、采用电子控制多点顺序燃油喷射技术；

3、废气涡轮增压和进气中冷技术；

4、采用铸铁缸体气缸套、缸套直接预铸在气缸体中；

5、采用双VVT技术；

6、采用连杆涨断工艺方法；

7、带有活塞冷却喷嘴；

 8、满足排放欧Ⅴ法规要求。

附图说明

图1是本发明的前端结构示意图；

图2是本发明的后端结构示意图；

图3是本发明的左侧结构示意图；

图4是本发明的左侧结构图的A-A剖示图；

图5是本发明的后端结构图的B-B剖示图；

图6是本发明的左侧结构图的C-C剖示图；

图7是本发明的缸体水套结构示意图；

图8是本发明的缸盖水套立体结构示意简图；

图9是图8翻转180度的缸盖水套结构示意简图；

图10是图9中的局部剖视图；

图11是本发明的凸轮轴瓦盖布置立体展开结构示意简图；

图12是图11中的大凸轮轴瓦盖立体结构示意简图；

图13是本发明实例的性能指标及外特性曲线图。

  附图主要部分的符号说明：1-旁通出水管，2-排气侧出水管，3-惰轮，4-助力泵转向轮，5-涨紧轮，6-减震皮带轮，7-空调压缩机带轮，8-水泵皮带轮，9-皮带，10-交流发电机皮带轮，11-链轮室盖，12-机油尺管组件，13-凸轮轴罩盖，14-加油口盖组件，15-气缸盖总成，16-上缸体总成，17-下缸体总成，18-隔板，19-集滤器组件，20-油底壳总成，21-离合器总成，22-飞轮齿圈组件，23-曲轴组件，24-连杆瓦，25-连杆组件，26-活塞销，27-活塞，28-活塞环，29-进气凸轮轴，30-气门弹簧，31-气门挺柱，32-进气门，33-排气门，34-气门导管，35-排气凸轮轴，40-涡轮增压器，41-排气歧管总成，42-进气歧管总成，43-节气门体，46-机油冷却器，47-机油滤清器，48-机油冷却器组件，49-机油冷却器进水胶管，50-进气歧管支架，51-出水管总成，52-油轨喷油嘴总成，53-单向阀胶管，54-水温传感器，55-机油压力报警器，56-起动机，57-火花塞总成，58-点火线圈总成，59-上导轨总成，60-吊耳，61-排气VVT总成，62-链条，63-固定导轨总成，64-涨紧器总成，65-曲轴正时链轮，66-机油泵总成，67-水泵，68-动轨总成，69-进气VVT总成，70-活塞冷却喷嘴总成；71-曲轴信号轮。

   下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权力保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实例1

本发明以2.0T发动机为例，该2.0T发动机采用既能纵置后驱动，又能横置前驱动的布置型式，是一款直列四缸、四气门、水冷、带中冷增压、双VVT、多点电控燃油喷射汽油机。

  该发动机排量为1.998L，缸径为86mm，冲程为86mm，缸心距为96mm，缸体采用铝合金材料，通过高水平的铸造技术，四个缸套与铝合金缸体铸成一个整体。

由图1～12所示，图中的结构包括有：由气缸盖总成15， 上缸体总成16，下缸体总成17，以及由曲轴组件23、连杆组件25、连杆瓦24、活塞27组成的曲机系统；由进气凸轮轴29、排气凸轮轴35，进气凸轮轴29的进气VVT总成69和排气凸轮轴35的排气VVT总成61、瓦盖、进气门32、排气门33、气门挺柱31、气门弹簧30、锁夹、弹簧座、气门油封及气门导管34组成的配气系统；由进气歧管总成42、排气歧管总成41、涡轮增压器40组成的进、排气系统；由进水管、旁通出水管1、排气侧出水管2、水泵67、发动机气缸体水套、气缸盖水套、节温器总成、出水管总成51、机油冷却器进水胶管49组成的冷却系统；由加油口盖组件14、油底壳总成20、隔板18、机油集滤器组件19、机油尺管组件12、机油泵总成66、机油滤清器47和机体中油道组成的润滑系统；由电喷控制单元、水温传感器54、机油压力报警器55、发动机线束、油轨总成、发电机、火花塞总成57、点火线圈总成58组成的发动机多点燃油电子喷射控制系统；前端轮系以及凸轮轴罩盖13、单向阀胶管53等组成的曲轴箱强制通风系统和燃油蒸发净化系统；在全铝合金气缸体的缸孔内镶有铸铁干式缸套；在气缸体主油道与气缸体缸套之间设置有对活塞进行强制冷却的活塞冷却喷嘴，所述活塞冷却喷嘴与气缸体主油道相连通；由VVT链轮、链条62、上导轨总成59、固定导轨总成63、动轨总成68、曲轴正时链轮65组成的正时驱动系统；由起动机56、离合器总成21、飞轮齿圈组件22、曲轴信号轮71组成的起动系统；

该发动机采用了上缸体总成16下缸体总成17组合型式，降低了缸体的铸造难度。缸体材料采用轻质铝合金材料和高压铸造开式铝合金工艺，干缸套直接浇铸在缸体内的技术，大大增强了缸孔的机械性能，延长了发动机使用寿命的同时，也降低了投资的成本。下缸体总成17与上缸体总成16和油底壳总成20相连接，在下缸体总成上设计布置有机油冷却器46，机油冷却器组件48，机油滤清器47等。机油泵总成66通过曲轴组件23上的轴套驱动，有效的保证了发动机高压稳定的机油供应，结构上也更加紧凑。在机油泵总成66上的进油口与集滤器组件19相连接；另外在缸体上还装有活塞冷却喷嘴总成70，为防止活塞27过热，在活塞27内侧，将发动机润滑油进行雾状喷射对活塞进行强制冷却。如活塞过热，就将引起过大膨胀及润滑油的碳化，滑动面粘着和烧损，头部松弛和烧坏。

如图8所示，气缸体和气缸套之间对称设置的四个串联的圆形气缸体水套804；在圆形气缸体水套的上部还设有通向缸盖的腰子形水道803，在四个串联的圆形气缸体水套之间还设置有通向缸盖水套的水桥802；离心水泵的水泵出水口801与水套进水口805相连通。

    气缸盖总成15采用半球形燃烧室，双顶置进气凸轮轴29，排气凸轮轴35和四气门的结构布置，由凸轮轴通过气门弹簧30直接驱动气门挺柱31，再由气门挺柱31驱动进气门32，气门弹簧，排气门33开启。气缸盖总成15的油路是由缸体上到缸盖，一路由进气侧外侧流到缸盖的排气侧外侧并分别润滑凸轮轴上的2~5轴承座；另一路通往排气VVT总成61上的VVT控制阀，从而控制VVT总成并润滑凸轮轴第一轴承座。

如图11～12所示，在气缸盖上部靠近VVT组件处通过大瓦盖定位销和瓦盖螺栓连接有凸轮轴大轴承盖1001，在凸轮轴大瓦盖上通过定位销及正时导轨螺栓设有固定链条的正时上导轨固定结构1002，在凸轮轴大瓦盖还设置有VVT供油槽1001-1，该VVT供油槽与VVT供油油道组成供给VVT的油路；在靠近凸轮轴的缸盖位置上还设置有凸轮轴小瓦盖1004；在凸轮轴大小瓦盖上都铸有指向缸盖前端的方向标识结构1003。

    如图8～10所示，在气缸盖水套一端设有气缸盖水套主出水水道901，而在气缸盖水套另一端设置有副出水水道902；气缸盖与气缸体水桥相对应的进水水道904设置在靠近气缸盖进气侧905主进水口903的位置上；设置在气缸盖内水套孔的进口结构为：在两个相邻冷却水流向之间设置有节流限位突起结构908；水套进水孔均匀的分布在各燃烧室的周围。在排气侧906附近的进水孔少于进气侧的进水孔，这样的设计使两侧的流量不同，达到分流的目的。在排气侧连接气缸体水桥孔的进水孔位置设计有起分流作用的凸台905，这种凸台结构可以引导水流的走向，避免冷却水的流量不均匀。   

该发动进气歧管采用铝合金制造、排气歧管采用不锈钢材料。“前进后排”的反置式设计，有利于催化器安装位置的自由度，更有利于废气净化。排放标准将达到欧Ⅴ。

    由图1所示，该汽油机前端轮系布置结构，用一根皮带9依次绕过减震皮带轮 6，水泵皮带轮8空调压缩机带轮7，交流发电机皮带轮10， 惰轮 3，助力泵转向轮4， 涨紧轮5 将他们进行连接，各轮的工作平面在一个平面内，减少了减震皮带轮9的轴向尺寸，使轮系的布置紧凑，发动机的体积减小，从而使轮系工作更可靠。提高了发动机带传动效率，同时也使安装工艺更加简便、快捷、准确。

    该汽油机链轮室盖11特征是：缸盖前端链轮室和机体部分链轮室连接为一整体结构，所述链轮室高466.9mm，安有前罩盖堵盖，通过前罩盖堵盖可以观察链条62的安装是否松动，然后通过卸下前罩盖堵盖来调节涨紧器总成64，使链条62的松紧程度达到要求，链轮室铸有水道出水管安装孔，可以直接实现与气缸盖出水管对装。    

    该发动机采用连续可变正时机构及可变进气VVT总成69的先进技术，一方面降低了发动机的泵吸损失，大大提高了发动机的充气效率及发动机的燃油经济性，发动机比油耗仅为250g/kWh；同时也改善了发动机的运转平稳性，从而提高了整车的乘坐舒适性。

    该发动机还兼顾了后续产品升级设计，移植了很多类似柴油机的设计理念，为今后改变为直喷发动机，提升技术性能，奠定了基础，使得其产品的生命周期更加长久，先进性能保持十年左右。

    本发明的多点电控燃油喷射多气门废气涡轮增压汽油发动机，其实际的工作过程是由下述的系统连续循环所组成，实际循环可分为五个过程，分别是进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀（做功）过程和排气过程。

在进气过程中，活塞27由上止点向下运行，此时进气门32打开，经过空调压缩机增压后的空气经由节气门体43、进气歧管总成42进入缸盖的进气道，燃油由电子控制单元（ECU）从油轨喷油嘴总成52喷射到进气道，并与空气混合，混合后的可燃气体从两个进气门进入到燃烧室； 图中的50为进气歧管支架。

在活塞27进入到下止点后，进气门32关闭，活塞27上行进入压缩过程，气缸体内的可燃气体被压缩；

燃烧过程：在压缩过程终了，活塞27上行到上止点附近，由电子控制单元（ECU）控制火花塞总成57点火，混合气着火点燃；

膨胀过程：活塞27过了上止点后，可燃气体燃烧膨胀，通过曲轴组件23、连杆组件25机构将热能转化为机械能；

排气过程：排气门33在活塞27运行到下止点前打开，活塞过了下止点后，将废气推出燃烧室；

通过这一循环过程，在燃烧室内可燃气体燃烧，爆发的压力作用于活塞顶面，通过连杆25，传递给曲轴组件23，使曲轴转动输出动力。图中的26为活塞销，28为活塞环。

为了提高发动机的性能，该发动机采用了多气门和进气VVT总成（双VVT61）69技术，通过每个气缸两个进气门和两个排气门，大大改善了换气过程，使更多的可燃气体进入到燃烧室燃烧做功，从而提高了发动机的性能；

另外该发动机还采用了废气涡轮增压技术，气体增压主要是由涡轮增压器40来完成的，在排气过程终了，排气歧管总成41排出的废气进入到涡轮增压器40，带动涡轮增压器的涡轮转动，进而驱动增压器的压气机工作，空气进入到压气机后，被压气机压缩后，输出到进气系统。

由于汽油机采用增压以后，使压缩过程终了时的混合温度和压力也增高，这样就增加了汽油机爆燃的倾向，为此，在发动机设计时，对压缩比，点火提前角以及气门正时等参数都做了适当的的调整。由于增压后对运动件负荷加大，所以对相应运动件强度上都做了强化处理，并采用了活塞冷却喷嘴总成70进行了强制冷却。

此外，该发动机还采用了多点电控燃油喷射系统，精确地控制发动机的点火、喷油和排放。

一、特征参数见下表1  

表1    汽油机特征参数表

二、附件特征参数见下表2

表2     汽油机附件特征参数表

三、性能指标及外特性曲线，如图13所示，其中：

额定功率：135Kw/5000～5500rpm

最大扭矩：245N.m/2000～4500rpm

最低燃油消耗率：250g/Kw.h。

Claims (9)

1.一种涡轮增压发动机，它包括有：由气缸体、下机体、缸盖，由曲轴、连杆总成、连杆瓦、活塞组成的曲机系统；由进、排气凸轮轴，进、排气凸轮轴VVT组件、瓦盖、进、排气门、挺柱、气门弹簧、锁夹、弹簧座、气门油封组成的配气系统；由进气歧管总成、排气歧管、增压器组成的进、排气系统；由进水管、水泵、发动机气缸体水套、气缸盖水套、节温器总成、出水管总成的组成的冷却系统；由油底壳、机油集滤器、机油泵、机油滤清器和机体中油道组成的润滑系统；由电喷控制单元、传感器、发动机线束、油轨总成、发电机、火花塞组成的发动机多点燃油电子喷射控制系统；前端轮系以及曲轴箱强制通风系统和燃油蒸发净化系统；其特征是：在全铝合金气缸体的缸孔内镶有铸铁干式缸套；在气缸体主油道与气缸体缸套之间设置有对活塞进行强制冷却的活塞冷却喷嘴，所述活塞冷却喷嘴与气缸体主油道相连通；

所述的前端轮系包括减震皮带轮，水泵带轮，空调压缩机带轮，交流发电机带轮，惰轮，助力泵转向轮和涨紧轮在一个工作平面内采用一条皮带连接并传动；

在气缸盖水套一端设有气缸盖水套主出水水道，而在气缸盖水套另一端设置有副出水水道；气缸盖与气缸体水桥相对应的进水水道设置在靠近气缸盖进气侧主进水口的位置上；设置在气缸盖内水套孔的进口结构为：在两个相邻冷却水流向之间设置有节流限位突起结构；

在气缸盖上部靠近VVT组件处通过大瓦盖定位销和瓦盖螺栓连接有凸轮轴大轴承盖，在凸轮轴大瓦盖上通过定位销及正时导轨螺栓设有固定链条的正时上导轨，在凸轮轴大瓦盖还设置有VVT供油槽，该VVT供油槽与VVT供油油道组成供给VVT的油路；在靠近凸轮轴的缸盖位置上还设置有凸轮轴小瓦盖；

气缸体和气缸套之间对称设置的四个串联的圆形气缸体水套；在圆形气缸体水套的上部还设有通向缸盖的腰子形水道，在四个串联的圆形气缸体水套之间还设置有通向缸盖水套的水桥；离心水泵的水泵出水口与水套进水口相连通。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：缸体由上缸体和下缸体两部分组成。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：每个火花塞是由一个单独的点火线圈控制的火花塞。

4.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：曲轴与凸轮轴之间的传动，是通过安装在进气VVT和排气VVT与曲轴正时链轮之间的链条传递动力。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：进、排气凸轮轴都装有VVT。

6.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：所述的腰子形水道数量为对应设置的二十条腰子形水道。

7.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：水套进水口为螺旋状平滑的流线形结构。

8.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：在下缸体上部设有溶胶槽，在溶胶槽周围分布着盖板螺栓孔。

9.根据权利要求1所述的涡轮增压发动机，其特征是：在凸轮轴大小瓦盖上都铸有指向缸盖前端的方向标识结构。

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