CN104791143B - 发动机及具有该发动机的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机及具有该发动机的车辆。该发动机包括：第一至第四气缸；第一至第四控制阀，每个控制阀均具有第一至第三阀口，每个控制阀的第一阀口最多与该控制阀的第二和第三阀口中的一个连通，第一至第四控制阀的第一阀口分别与第一至第四气缸内连通，第一控制阀的第二阀口与第二控制阀的第三阀口之间通过第一管路相连，第一控制阀的第三阀口与第三控制阀的第二阀口之间通过第二管路相连，第二控制阀的第二阀口与第四控制阀的第三阀口之间通过第三管路相连，第三控制阀的第三阀口与第四控制阀的第二阀口之间通过第四管路相连。本发明的发动机利用EGR技术，降低了氮氧化合物的排放，同时受排气背压和进气增压影响较小。

Description

发动机及具有该发动机的车辆

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其是涉及一种发动机及具有该发动机的车辆。

背景技术

发明人所了解的发动机EGR技术大体上可分为两类：外部EGR和内部EGR。其中外部EGR可提供的废气量较大，而且还能对高温废气进行冷却，废气量相对容易控制，但采用外部EGR技术时，气缸的废气都要经过排气门排出缸外，然后进行冷却，最后经过进气门再进入气缸。由此EGR系统在将EGR排出缸外以及吸入缸内的过程中都需要耗费大量的能量。而且EGR收集受到诸多因素的影响，如排气背压和增压压力，从而影响了外部EGR的工况应用范围，除此之外，废气还会占据新鲜空气充量的流量，从而进一步限制了EGR在全负荷工况的应用。

内部EGR可提供的废气量很少，废气主要受气门升程曲线和VVT相位的控制，而气门升程曲线和VVT相位又是影响发动机诸多性能的重要因素，故内部EGR可提供的废气量很少，而且废气量难以单独、准确控制，除此之外，内部EGR废气没有中冷，所以温度较高，从而会对发动机进气充量有较大的影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种发动机，该发动机利用EGR技术，降低了氮氧化合物的排放，同时受排气背压和进气增压影响较小。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆包括上述的发动机。

根据本发明实施例的发动机，包括：第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸；第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，每个控制阀均具有第一阀口、第二阀口和第三阀口，每个所述控制阀的第一阀口最多与该控制阀的第二阀口和第三阀口中的一个连通，其中所述第一控制阀的第一阀口与所述第一气缸内连通，所述第一控制阀的第二阀口与所述第二控制阀的第三阀口之间通过第一管路相连，所述第一控制阀的第三阀口与所述第三控制阀的第二阀口之间通过第二管路相连，所述第二控制阀的第一阀口与所述第二气缸内连通，所述第二控制阀的第二阀口与所述第四控制阀的第三阀口之间通过第三管路相连，所述第三控制阀的第一阀口与所述第三气缸内连通，所述第三控制阀的第三阀口与所述第四控制阀的第二阀口之间通过第四管路相连，所述第四控制阀的第一阀口与所述第四气缸内连通。

根据本发明实施例的发动机通过外置与气缸内连通的控制阀，从而在进行EGR循环时，EGR的排出与导入不经过排气门和进气门，由此EGR循环受到排气背压和增压压力的影响较小，提高了EGR在发动机全工况下的应用范围，且对新鲜空气充量的流量的影响有限，可以保证气缸的进气量，从而大大改善了发动机的动力性和经济性且大大降低了有害气体的排放。

另外，根据本发明实施例的发动机，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述发动机还包括：第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀，所述第一流量控制阀设在所述第一管路上，所述第二流量控制阀设在所述第二管路上，所述第三流量控制阀设在所述第三管路上，所述第四流量控制阀设在所述第四管路上。

由此，每个管路上都设置有一个流量控制阀，通过控制器控制流量控制阀的开度从而可以实现对每个管路上排气流量的控制，进而在某个气缸进气过程中，通过控制相应的流量控制阀，使得适量的排气导入到该气缸内以最大限度地降低氮氧化合物的生成。

根据本发明的一些实施例，所述发动机还包括：冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路、所述第四管路。

冷却装置的主要作用是对EGR进行冷却降温，且可根据发动机的不同工况对EGR的温度进行调节，从而实现降低氮氧化合物排放的目的。

根据本发明的一些实施例，所述冷却装置为冷却水箱，所述冷却水箱具有进水口和出水口，所述第一管路的至少一部分、所述第二管路的至少一部分、所述第三管路的至少一部分、所述第四管路的至少一部分位于所述冷却水箱内。

采用水箱水冷方式结构简单，且可有效降低成本。

根据本发明的一些实施例，所述发动机还包括：通断阀，所述通断阀设在所述进水口和/或所述出水口处。

通过设置通断阀可以断开冷却水箱与外部水源之间的循环，特别是在发动机冷起动的时候，由于气缸内温度很低，需要热的EGR来辅助起动，因此此工况下通过关断通断阀，可以避免冷却水箱内的水进行循环，使得发动机的气缸内可以吸入温度相对较高的EGR气体，利于发动机的冷起动，减少发动机起动时间。

根据本发明的一些实施例，所述发动机还包括：流量调节阀，所述流量调节阀设在所述进水口和/或所述出水口处。

流量调节阀用于调节单位时间内流经冷却水箱内的冷却水总量以间接调节EGR气体的温度，使气缸内可以吸入适宜温度的EGR气体，从而降低氮氧化合物的排放。

根据本发明的一些实施例，所述第一管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层；所述第二管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层；所述第三管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层；所述第四管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层。由此，可以提高管路的耐腐蚀性，增加了管路的寿命。

根据本发明的一些实施例，每个所述控制阀均固定在所述发动机的气缸盖上且与相应的气缸对应。

根据本发明的一些实施例，每个所述控制阀均为电磁换向阀。

根据本发明实施例的车辆，包括发动机，发动机为根据本发明上述的用于车辆的发动机。

附图说明

图1是根据本发明实施例的发动机的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1详细描述根据本发明实施例的发动机。

根据本发明实施例的发动机可以包括第一气缸11、第二气缸12、第三气缸13、第四气缸14、第一控制阀21、第二控制阀22、第三控制阀23和第四控制阀24。

根据本发明实施例的发动机为四气缸发动机。优选地，第一气缸11、第二气缸12、第三气缸13和第四气缸14沿直线排列，也就是说，根据本发明实施例的发动机可以是直列四缸发动机。由此，结构紧凑。

每个控制阀均具有第一阀口、第二阀口和第三阀口。换言之，第一控制阀21具有第一阀口211、第二阀口212和第三阀口213，第二控制阀22具有第一阀口221、第二阀口222和第三阀口223，第三控制阀23具有第一阀口231、第二阀口232和第三阀口233，第四控制阀24具有第一阀口241、第二阀口242和第三阀口243。

每个控制阀的第一阀口最多与该控制阀的第二阀口和第三阀口中的一个连通，也就是说，对于同一个控制阀而言，其具有三种导通状态，第一种为第一阀口分别与第二阀口和第三阀口隔断，第二种为第一阀口与第二阀口导通且第一阀口与第三阀口隔断，第三种为第一阀口与第二阀口隔断且第一阀口与第三阀口导通，第二阀口与第三阀口是常隔断的。

具体而言，第一控制阀21的第一阀口211可与第一控制阀21的第二阀口212和第一控制阀21的第三阀口213之一导通或者与第一控制阀21的第二阀口212和第一控制阀21的第三阀口213均隔断。第二控制阀22的第一阀口221可与第二控制阀22的第二阀口222和第二控制阀22的第三阀口223之一导通或者与第二控制阀22的第二阀口222和第二控制阀22的第三阀口223均隔断。第三控制阀23的第一阀口231可与第三控制阀23的第二阀口232和第三控制阀23的第三阀口233之一导通或者与第三控制阀23的第二阀口232和第三控制阀23的第三阀口233均隔断。第四控制阀24的第一阀口241可与第四控制阀24的第二阀口242和第四控制阀24的第三阀口243之一导通或者与第四控制阀24的第二阀口242和第四控制阀24的第三阀口243均隔断。

参照图1所示，第一控制阀21的第一阀口211与第一气缸11内连通，第一控制阀21的第二阀口212与第二控制阀22的第三阀口223通过第一管路31相连，第一控制阀21的第三阀口213与第三控制阀23的第二阀口232之间通过第二管路32相连。第二控制阀22的第一阀口221与第二气缸12内连通，第二控制阀22的第二阀口222与第四控制阀24的第三阀口243之间通过第三管路33相连，第三控制阀23的第一阀口231与第三气缸13内连通，第三控制阀23的第三阀口233与第四控制阀24的第二阀口242之间通过第四管路34相连，第四控制阀24的第一阀口241与第四气缸14内连通。

其中，每个控制阀的第三阀口为排气口，即从相应气缸内排出的部分排气是依次通过该控制阀的第一阀口和第三阀口排出的，另外的部分排气是从排气门排出的。每个控制阀的第二阀口为进气口，即小部分排气可以依次通过一个控制阀的第二阀口和第一阀口进入到相应气缸内，同时该气缸内燃烧作功所需的新鲜空气仍从该气缸的进气门进入到该气缸内。举个例子，第三气缸13在排气过程中，其部分排气可以依次通过第三控制阀23的第一阀口231、第三控制阀23的第三阀口233、第四管路34、第四控制阀24的第二阀口242和第四控制阀24的第一阀口241排入到第四气缸14内。

根据本发明实施例的发动机的点火顺序为1-2-4-3，即第一气缸11、第二气缸12、第四气缸14、第三气缸13顺次点火，下面参照图1同时结合下面关于点火顺序的表格详细描述根据本发明实施例的发动机的排气循环过程。

曲轴转角/(度)	第一气缸	第二气缸	第三气缸	第四气缸
					0-180	作功	压缩	排气	进气
180-360	排气	作功	进气	压缩
					360-540	进气	排气	压缩	作功
540-720	压缩	进气	作功	排气

参照图1且结合表格，在第三气缸13处于排气行程时，第四气缸14处于进气行程，此时第三控制阀23的第一阀口231和第三阀口233导通，第四控制阀24的第一阀口241和第二阀口242导通。由此，第三气缸13内的部分排气可依次通过第三控制阀23的第一阀口231、第三控制阀23的第三阀口233、第四管路34、第第四控制阀24的第二阀口242和第四控制阀24的第一阀口241后进入到第四气缸14内。

同样的道理，在第一气缸11处于排气行程时，第三气缸13处于进气行程，此时第一控制阀21的第一阀口211和第三阀口213导通，第三控制阀23的第一阀口231与第二阀口232导通。由此，第一气缸11内的部分排气可依次通过第一控制阀21的第一阀口211、第一控制阀21的第三阀口213、第二管路32、第三控制阀23的第二阀口232和第三控制阀23的第一阀口231后进入到第三气缸13内。

在第二气缸12处于排气行程时，第一气缸11处于进气行程，此时第二控制阀22的第一阀口221与第三阀口223导通，第一控制阀21的第二阀口212和第一控制阀21的第一阀口211导通。由此，第二气缸12内的部分排气可依次通过第二控制阀22的第一阀口221、第二控制阀22的第三阀口223、第一管路31、第一控制阀21的第二阀口212和第一控制阀21的第一阀口211后进入到第一气缸11内。

在第四气缸14处于排气行程时，第二气缸12处于进气行程，此时第四控制阀24的第一阀口241和第三阀口243导通，第二控制阀22的第一阀口221和第二控制阀22的第二阀口222导通。由此，第四气缸14内的部分排气可依次通过第四控制阀24的第一阀口241、第四控制阀24的第三阀口243、第三管路33、第二控制阀22的第二阀口222和第二控制阀22的第一阀口221后进入到第二气缸12内，从而该四个气缸形成循环。

每个气缸在进气行程时进入的废气可以稀释该气缸内的油气混合物，降低混合气的氧浓度，使化学反应速率降低，燃烧滞后，缩短在高温下的滞留时间，从而破坏氮氧化合物的生成条件，有效抑制氮氧化合物的生成，从而降低发动机的排放，实现节能减排。

而且，每个控制阀的第一阀口与对应气缸内连通，排气的导出无需经过排气门且排气的导入无需经过进气门，由此受排气背压和增压压力的影响较小，提高了EGR的工况应用范围，同时排气的导入由于直接进入到气缸内，因此可以大大改善废气占据新鲜空气充量的流量的问题，从而进一步提高了EGR在全负荷工况下的应用效果。此外，EGR冷却形成的液态水不经过具有增压系统发动机的压气机，因此可以避免EGR冷凝水对压气机的叶片造成损伤，提高了压气机的寿命。

因此，根据本发明实施例的发动机通过外置与气缸内连通的控制阀，从而在进行EGR循环时，EGR的排出与导入不经过排气门和进气门，由此EGR循环受到排气背压和增压压力的影响较小，提高了EGR在发动机全工况下的应用范围，且对新鲜空气充量的流量的影响有限，可以保证气缸的进气量，从而大大改善了发动机的动力性和经济性且大大降低了有害气体的排放。

根据本发明的一些优选实施例，发动机还包括第一流量控制阀61、第二流量控制阀62、第三流量控制阀63和第四流量控制阀64，第一流量控制阀61设在第一管路31上用于调节第一管路31上的排气流量。第二流量控制阀62设在第二管路32上用于调节第二管路32上的排气流量。第三流量控制阀63设在第三管路33上用于调节第三管路33上的排气流量。第四流量控制阀64设在第四管路34上用于调节第四管路34上的排气流量。

由此，每个管路上都设置有一个流量控制阀，通过控制器控制流量控制阀的开度从而可以实现对每个管路上排气流量的控制，进而在某个气缸进气过程中，通过控制相应的流量控制阀，使得适量的排气导入到该气缸内以最大限度地降低氮氧化合物的生成。

应当理解的是，上述的流量控制阀的具体结构并没有特殊要求，只要其可对相应管路内的气体流量进行调节即可，例如可以是电磁阀或膨胀阀等，但不限于此。

根据本发明的一些实施例，发动机还包括冷却装置（例如冷却水箱4），冷却装置用于冷却第一管路31、第二管路32、第三管路33和第四管路34。冷却装置的主要作用是对EGR进行冷却降温，且可根据发动机的不同工况对EGR的温度进行调节，从而实现降低氮氧化合物排放的目的。

具体地，冷却装置可以是冷却水箱4，冷却水箱4内充满用于冷却的水，其中第一管路31的至少一部分、第二管路32的至少一部分、第三管路33的至少一部分、第四管路34的至少一部分位于冷却水箱4内。采用水箱水冷方式结构简单，且可有效降低成本。冷却水箱4具有进水口41和出水口42，进水口41和出水口42可与发动机的循环水路连通，但不限于此。

进一步，根据本发明的一个实施例，发动机还包括通断阀51，通断阀51设在进水口41和/或出水口42处。换言之，通断阀51可以只设置在进水口41处（如图1所示），或者只设置在出水口42处，或者同时设在进水口41和出水口42处。设置通断阀51可以断开冷却水箱4与外部水源之间的循环，特别是在发动机冷起动的时候，由于气缸内温度很低，需要热的EGR来辅助起动，因此此工况下通过关断通断阀51，可以避免冷却水箱4内的水进行循环，使得发动机的气缸内可以吸入温度相对较高的EGR气体，利于发动机的冷起动，减少发动机起动时间。

根据本发明的另一个实施例，进水口41和/或出水口42处还可以设置有流量调节阀52，流量调节阀52用于调节单位时间内流经冷却水箱4内的冷却水总量以间接调节EGR气体的温度，使气缸内可以吸入适宜温度的EGR气体，从而降低氮氧化合物的排放。

根据本发明的一些实施例，第一管路31的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层，换言之，第一管路31的浸入到冷却水箱4中的部分上设置有防水胶套或防水层。由此，可以提高该部分第一管路31的耐腐蚀性，防止水的侵蚀，提高了第一管路31的寿命。

同样地，第二管路32的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层。第三管路33的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层。第四管路34的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层。即，该三个管路的浸入到冷却水箱4中的部分上均设置有防水胶套或防水层，从而提高了该三个管路的耐腐蚀性，增加了使用寿命。

根据本发明的一些实施例，每个控制阀均固定在发动机的气缸盖上且与相应的气缸对应。换言之，第一控制阀21、第二控制阀22、第三控制阀23和第四控制阀24均固定在气缸盖上，并且第一控制阀21与第一气缸11对应、第二控制阀22与第二气缸12对应、第三控制阀23与第三气缸13对应、第四控制阀24与第四气缸14对应。

根据本发明的一些实施例，每个控制阀均为电磁换向阀。即第一控制阀21、第二控制阀22、第三控制阀23和第四控制阀24均为电磁换向阀。但是，应当理解的是，本发明并不限于此，控制阀也可以采用机械式阀，其可由发动机的曲轴通过中间传动部件如皮带轮等结构来驱动。

整体而言，根据本发明一些优选实施例的发动机，可以具有如下优点：

1）在排气行程中能够对废气能量进行回收，在进气过程中对废气能量进行释放；

2）降低排气冲程的推出功和进气冲程的吸气功，从而提高了发动机的动力性和经济性；

3）EGR应用的工况范围基本不会受到排气背压和增压压力的限制，从而扩大了应用范围；

4）废气在进入气缸内的过程中不需要经过进气门，因此不会降低发动机的充量；

5）大幅改善了发动机的动力性和经济性以及排放性。

下面简单描述根据本发明实施例的车辆。

根据本发明实施例的车辆包括根据本发明上述实施例中描述的发动机。由此，根据本发明实施例的车辆的有害气体排放大大改善。

应当理解的是，根据本发明实施例的车辆的其它构成例如变速器、差速器、制动系统等均已为现有技术且为本领域的普通技术人员所熟知，因此这里不再一一详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种发动机，其特征在于，包括：

第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸；

第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，每个控制阀均具有第一阀口、第二阀口和第三阀口，每个所述控制阀的第一阀口最多与该控制阀的第二阀口和第三阀口中的一个连通，

其中所述第一控制阀的第一阀口与所述第一气缸内连通，所述第一控制阀的第二阀口与所述第二控制阀的第三阀口之间通过第一管路相连，所述第一控制阀的第三阀口与所述第三控制阀的第二阀口之间通过第二管路相连，

所述第二控制阀的第一阀口与所述第二气缸内连通，所述第二控制阀的第二阀口与所述第四控制阀的第三阀口之间通过第三管路相连，

所述第三控制阀的第一阀口与所述第三气缸内连通，所述第三控制阀的第三阀口与所述第四控制阀的第二阀口之间通过第四管路相连，

所述第四控制阀的第一阀口与所述第四气缸内连通；

其中所述发动机的点火顺序为：第一气缸、第二气缸、第四气缸和第三气缸顺次点火；

每个控制阀的第二阀口为进气口，每个控制阀的第三阀口为排气口。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括：第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀，所述第一流量控制阀设在所述第一管路上，所述第二流量控制阀设在所述第二管路上，所述第三流量控制阀设在所述第三管路上，所述第四流量控制阀设在所述第四管路上。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括：冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路、所述第四管路。

4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述冷却装置为冷却水箱，所述冷却水箱具有进水口和出水口，所述第一管路的至少一部分、所述第二管路的至少一部分、所述第三管路的至少一部分、所述第四管路的至少一部分位于所述冷却水箱内。

5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，还包括：通断阀，所述通断阀设在所述进水口和/或所述出水口处。

6.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，还包括：流量调节阀，所述流量调节阀设在所述进水口和/或所述出水口处。

7.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述第一管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层；所述第二管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层；所述第三管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层；所述第四管路的所述至少一部分的外周面上设置有防水胶套或防水层。

8.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，每个所述控制阀均固定在所述发动机的气缸盖上且与相应的气缸对应。

9.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，每个所述控制阀均为电磁换向阀。

10.一种车辆，其特征在于，包括发动机，所述发动机为根据权利要求1-9中任一项所述的发动机。