CN104929757A - 一种自增压发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自增压发动机，包括曲轴、动力缸和增压缸，通过进气总管将所述增压缸的出气管与动力缸的进气管相连通，在增压缸的进气管上设置增压缸进气单向阀，在增压缸的出气管上设置增压缸出气单向阀。本发动机机构简单、可靠，可显著提高发动机动力经济性能。

Description

一种自增压发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，具体为一种自增压发动机。

背景技术

发动机增压技术是当前提高发动机性能的主要手段，而涡轮增压技术就是其中之一。参见图1，结构复杂的废气涡轮增压器801是一种布置在发动机外部的强制气体引导系统，发动机排出的高温高压废气使废气涡轮增压器801的叶片以大于200000r/min的速度旋转，把从进气管804吸入的常温常压新鲜空气压缩成高温、高压的气体，这些气体必须通过增压器出气管805进入中冷器803进行冷却，然后通过中冷器出气管806进入发动机进气总管802，最终实现将更多质量的空气压到气缸里，达到提高发动机动力经济性能的目的。但同时废气涡轮增压发动机的结构复杂、成本高、使用寿命短、需要定期更换或维护增压系统等致命缺点也随之产生，并且由于高温废气的冲击，对废气涡轮增压器的润滑和冷却有极高的要求。另一方面，现有的废气涡轮增压的还存在无法克服的动力输出反应滞后的问题，即驾驶者踩油门加大马力，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时间，而且即使经过改良的涡轮增压发动机也需要至少2秒左右来增加或减少发动机动力输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自增压发动机，其结构简单、成本低、可靠性高，可显著提高发动机动力经济性能。

本发明所述的自增压发动机，包括曲轴，所述曲轴绕发动机曲轴轴线转动；动力缸，所述动力缸为四冲程循环气缸，其内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连；增压缸，所述增压缸内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该活塞在增压缸内往复移动，形成吸气-供气的两冲程循环；进气总管，所述进气总管将所述增压缸的出气管与动力缸的进气管相连通；增压缸进气单向阀，所述增压缸进气单向阀设置在增压缸的进气管上，使得空气只能经增压缸的进气管由外单向流进增压缸内；增压缸出气单向阀，所述增压缸出气单向阀设置在增压缸的出气管上，使得经增压缸内活塞压缩后的空气只能经增压缸的出气管单向流进进气总管内。

优选的，所述进气总管还具有进气支管，在该进气支管处设有进气支管单向阀，使得外部空气只能经进气支管单向流进进气总管内；还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器的涡轮位于增压缸的进气管内并位于增压缸进气单向阀的前端，所述涡轮增压器的叶轮位于所述进气支管内并位于进气支管单向阀的前端。

优选的，还包括设置在进气总管上的压力调节阀，当进气总管内压力超过规定压力时，通过该压力调节阀进行泄压。

优选的，在所述进气总管内设置有节气门，由进气支管单向阀和增压缸出气单向阀排出的气体经过所述节气门后流入进气总管。

优选的，所述增压缸的进气口和出气口上未设置气门。

本发明所述发动机，实现了进气增压功能，提升了发动机动力经济性能。与现有废气涡轮增压发动机相比，具有结构简单、成本低、可靠性高、响应快速的优点。

附图说明

图1是现有涡轮增压系统的示意图；

图2是实施例一所述自增压发动机的结构示意图；

图3是实施例二、三所述自增压发动机的结构示意图；

图4是实施例三中第一动力缸进气门持续开启时的状态示意图；

图5是实施例三中第二动力缸进、排气门重叠时的状态示意图；

图6是实施例四所述的自增压发动机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例一：

如图2所示的自增压发动机，包括一个第一动力缸1和一个增压缸5以及将所述增压缸的出气管504与第一动力缸1的进气管相连通的进气总管6。

为实现将吸入的气体在缸内压缩后排出，在增压缸5的进气管502上设置增压缸进气单向阀503，使得空气只能经增压缸的进气管502由外单向流进增压缸5内。在增压缸的出气管504上设置增压缸出气单向阀505，使得经增压缸内的活塞501压缩后的空气只能经增压缸的出气管单向流进进气总管6内。

所述进气总管6前端具有进气支管601，在该进气支管处设有进气支管单向阀602，使得空气只能由外单向流进进气总管内。在进气总管上设置压力调节阀604，当进气总管内压力超过规定压力时，通过该压力调节阀604进行泄压。在所述进气总管内还设置有节气门603，其位于进气支管单向阀602和增压缸出气单向阀505后方。

所述第一动力缸1与现有技术的四冲程循环气缸相同，具有由活塞和动力缸内壁所限定而成的燃烧室，和进气门、排气门以及喷油机构。第一动力缸1内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该曲轴旋转两圈，动力缸完成吸气冲程-压缩冲程-做功冲程-排气冲程的四个冲程。其中，在吸气冲程中，第一动力缸进气门打开，进气总管内的空气流入第一动力缸内。

本实施例中增压缸的缸体以及活塞的结构与上述动力缸相同，区别在于增压缸未设置进、排气门以及喷油、点火机构。因此，该增压缸可通过现有气缸改造而成，利用缸体内部形成一活塞腔室。所述增压缸内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该活塞由曲轴带动在增压缸内往复移动，曲轴每旋转一圈，完成吸气冲程-供气冲程的两冲程循环。可见，该增压缸不能向曲轴做功，其将外部空气吸入以及将缸内气体压出的动能来自曲轴。在吸气冲程时，增压缸内活塞501向下运动，外部新鲜空气经增压缸进气单向阀503流入增压缸内，在供气冲程时，该活塞501向上运动，将缸内空气压缩后经增压缸出气单向阀505和节气门603排入进气总管6内。提高进气总管内空气压力和密度，实现第一动力缸进气增压，从而提高燃烧性能。

所述第一动力缸的吸气冲程与增压缸的供气冲程完全重合，第一动力缸和增压缸的行程关系如表1所示：

表1

可见，在第一动力缸处于吸气冲程时，增压缸内活塞向上运动，将缸内空气压入进气总管内，第一动力缸进气门开启，进气总管内空气流入第一动力缸内。在第一动力缸处于做功冲程时，增压缸进入下一循环的供气冲程，此时第一动力缸进气门关闭，增压缸内活塞向上运动，将空气压入进气总管内，并在所述单向阀作用下，将增压气体保持在进气总管内，待第一动力缸下次吸气冲程。

当然，上述增压缸的供气冲程也完成可以与第一动力缸的吸气冲程错开，即增压缸的两次循环中的供气冲程对应第一动力缸的压缩冲程和排气冲程，则在这两次供气冲程中，增压缸将空气压入进气总管中，由所述各单向阀作用保持在进气总管内。

实施例二：

如图3所示的自增压发动机，包括第一动力缸1、第二动力缸2和一个增压缸5以及将所述增压缸的出气管504与两动力缸的进气管相连通的进气总管6。

为实现将吸入的气体在缸内压缩后排出，在增压缸5的进气管502上设置增压缸进气单向阀503，使得空气只能经增压缸的进气管502由外单向流进增压缸内。在增压缸的出气管504上设置增压缸出气单向阀505，使得经增压缸内的活塞501压缩后的空气只能经增压缸的出气管单向流进进气总管6内。

所述进气总管6前端具有进气支管601，在该进气支管处设有进气支管单向阀602，使得空气只能由外单向流进进气总管内，进气总管上进气支管的目的在于向进气总管6内补充常压空气。在进气总管上设置压力调节阀604，当进气总管内压力超过规定压力时，通过该压力调节阀604进行泄压。在所述进气总管内还设置有节气门603，其位于进气支管单向阀602和增压缸出气单向阀505后方。

所述两个动力缸与现有技术的四冲程循环气缸相同，具有由活塞和动力缸内壁所限定而成的燃烧室，和进气门、排气门以及喷油机构。所述动力缸内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该曲轴旋转两圈，动力缸完成吸气冲程-压缩冲程-做功冲程-排气冲程的四个冲程。其中，在吸气冲程中，第一动力缸的进气门101、第二动力缸的进气门201打开，进气总管4内的空气流入所述动力缸内。

本实施例中增压缸的缸体以及活塞的结构与上述动力缸相同，区别在于增压缸未设置进、排气门以及喷油、点火机构。因此，该增压缸5可通过现有气缸改造而成，利用缸体内部形成一活塞腔室。所述增压缸内的活塞501通过曲柄与所述曲轴相连，该活塞由曲轴带动在增压缸内往复移动，曲轴每旋转一圈，完成吸气冲程-供气冲程的两冲程循环。可见，该增压缸不能向曲轴做功，其将外部空气吸入以及将缸内气体压出的动能来自曲轴。在吸气冲程时，增压缸内的活塞501向下运动，外部新鲜空气经增压缸进气单向阀503流入增压缸内，在供气冲程时，该活塞501向上运动，将缸内空气压缩后经增压缸出气单向阀505和节气门603排入进气总管6内。提高进气总管内空气压力和密度，实现动力缸进气增压，从而提高燃烧性能。

所述第一、第二动力缸的吸气冲程与增压缸的供气冲程完全重合，两动力缸和增压缸的行程关系如表2所示：

表2

实施例三：

本实施例中的自增压发动机，除两动力缸和增压缸的活塞相位关系与实施例二不一样外，其余技术特征都相同。其第一、第二动力缸的吸气冲程与增压缸的供气冲程部分重合，该实施例的动力缸和增压缸的行程关系如表3所示：

表3

由上表可见，当第一动力缸1处于吸气冲程刚开始时，增压缸5的吸气冲程只完成120°曲轴转角，不能向第一动力缸1增压供气。此时，新鲜空气通过进气总管的进气支管601、进气支管单向阀602在大气压状态下供气并持续60°曲轴转角，然后由增压缸5向第一动力缸1供气。参见图4，第一动力缸1吸气冲程结束后，其压缩冲程开始，第一动力缸1内活塞向上运动，但此时保持第一动力缸的进气门101持续开启，第一动力缸的排气门102关闭，增压缸5经进气总管持续供气，在进气惯性和压力作用下，增压后的空气持续进入第一动力缸1(即表中540°-600°区域)。

参见图5，当第二动力缸2处于吸气冲程开始时，增压缸5已提前60°曲轴转角开始向进气总管6供气。因此，第二动力缸2的进气门201提前60°曲轴转角开启与第二动力缸的排气门202开启重叠(即表中60°-120°区域)，进气总管中的高压气体通过第二动力缸进气门进入缸体内，形成扫气流，把缸内废气彻底排出，并冷却燃烧室。

实施例四：

如图6所示的自增压发动机，包括一个增压缸5和四个动力缸、涡轮增压器7以及将所述增压缸的出气管504与动力缸的进气管相连通的进气总管6。

所述进气总管6前端还设有进气支管601，在进气支管601上设置有进气支管单向阀602，使得空气只能经进气支管单向流进进气总管内。在增压缸的进气管502上设置增压缸进气单向阀503，使得空气只能经增压缸的进气管由外单向流进增压缸内。在增压缸的出气管504上设置增压缸出气单向阀505，使得经增压缸内的活塞压缩后的空气只能经增压缸的出气管单向流进进气总管内。

所述涡轮增压器7的涡轮701位于增压缸的进气管502内并位于增压缸进气单向阀的前端，与涡轮同轴转动的叶轮702位于所述进气支管内并位于进气支管单向阀的前端。

在进气总管6上设置压力调节阀604，当进气总管内压力超过规定压力时，通过该压力调节阀604进行泄压。在所述进气总管内还设置有节气门603，由进气支管单向阀602和增压缸出气单向阀505排出的气体经过所述节气门603后流入进气总管6。

所述四个动力缸与现有技术的四冲程循环气缸相同，具有由活塞和动力缸内壁所限定而成的燃烧室，和进气门、排气门以及喷油机构。所述动力缸内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该曲轴旋转两圈，动力缸完成吸气冲程-压缩冲程-做功冲程-排气冲程的四个冲程。其中，在吸气冲程中，动力缸的进气门打开，进气总管内的空气流入所述动力缸内。

本实施例中增压缸的缸体以及活塞的结构与上述动力缸相同，区别在于增压缸未设置进、排气门以及喷油、点火机构。因此，该增压缸可通过现有气缸改造而成，利用缸体内部形成一活塞腔室。所述增压缸内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该活塞由曲轴带动在增压缸内往复移动，曲轴每旋转一圈，完成吸气冲程-供气冲程的两冲程循环。可见，该增压缸不能向曲轴做功，其将外部空气吸入以及将缸内气体压出的动能来自曲轴。

所述各动力缸和增压缸的行程关系如下表所示：

上述各动力缸的点火顺序为第四动力缸4、第一动力缸1、第三动力缸3和第二动力缸2，这与常规四缸发动机一致。

参见上表，在0-180℃A时，增压缸处于吸气冲程，增压缸内活塞501向下运动，外部新鲜空气经增压缸进气管502被吸入增压缸5内，同时该气流带动增压缸进气管内的涡轮701转动，从而带动进气支管601内的叶轮702转动，通过叶轮702转动将外部空气经进气支管601增压压入进气总管6内。

在180-360℃A时，增压缸5处于供气冲程，增压缸内活塞向上运动，将增压缸内空气压缩后经增压缸出气单向阀505和节气门603排入进气总管6内。同理，在360℃A-720℃A时，进入增压缸的下一循环，按照上述原理将空气增压后排入进气总管。

可见，所述由曲轴驱动的增压缸在吸气冲程时，利用吸气气流带动涡轮实现进气增压，在供气冲程利用活塞压缩缸内空气来实现进气增压。提高了进气总管内空气压力和密度，实现动力缸进气增压，从而提高燃烧性能。相比于现有废气涡轮增压发动机，本发动机的增压介入时机更快，缩短了增压滞后时间。并且，所述涡轮增压器工作在常温空气环境中，对其润滑、冷却的要求相对降低，使用寿命更长。无需设置中冷器和复杂管路，可在自然吸气发动机的基础上进行改造，实现进气增压功能，提升发动机的动力经济性能。

Claims (6)

1.一种自增压发动机，其特征在于：包括

曲轴，所述曲轴绕发动机曲轴轴线转动，

动力缸，所述动力缸为四冲程循环气缸，其内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，

增压缸，所述增压缸内的活塞通过曲柄与所述曲轴相连，该活塞在增压缸内往复移动，形成吸气-供气的两冲程循环，

进气总管，所述进气总管将所述增压缸的出气管与动力缸的进气管相连通，

增压缸进气单向阀，所述增压缸进气单向阀设置在增压缸的进气管上，使得空气只能经增压缸的进气管由外单向流进增压缸内，

增压缸出气单向阀，所述增压缸出气单向阀设置在增压缸的出气管上，使得经增压缸内活塞压缩后的空气只能经增压缸的出气管单向流进进气总管内。

2.根据权利要求1所述的自增压发动机，其特征在于：所述进气总管还具有进气支管，在该进气支管处设有进气支管单向阀，使得外部空气只能经进气支管单向流进进气总管内。

3.根据权利要求2所述的自增压发动机，其特征在于：还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器的涡轮位于增压缸的进气管内并位于增压缸进气单向阀的前端，所述涡轮增压器的叶轮位于所述进气支管内并位于进气支管单向阀的前端。

4.根据权利要求1或2或3所述的自增压发动机，其特征在于：还包括设置在进气总管上的压力调节阀，当进气总管内压力超过规定压力时，通过该压力调节阀进行泄压。

5.根据权利要求2所述的自增压发动机，其特征在于：在所述进气总管内设置有节气门，由进气支管单向阀和增压缸出气单向阀排出的气体经过所述节气门后流入进气总管。

6.根据权利要求1或2或3所述的自增压发动机，其特征在于：所述增压缸的进气口和出气口上未设置气门。