CN105626236B - 车用涡轮增压发动机总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用涡轮增压发动机总成，其包括：涡轮增压装置，其包括驱动电机、涡轮机和废气旁通阀执行器；进排气连续可变气门正时系统，其包括设于发动机的凸轮轴的罩盖上用于检测凸轮轴位置的凸轮轴位置传感器、以及同设于所述凸轮轴的一端的凸轮轴相位调节器和液压控制阀；并且，所述凸轮轴上装设置有滚动轴承，用以通过所述滚动轴承来承载所述进排气连续可变气门正时系统和气门弹簧力作用下的径向力，以便降低摩擦损失。本发明整体结构紧凑、动力强劲、燃油消耗低、燃烧充分且对环境污染小，因此尤其适用于小排量车型。

Description

车用涡轮增压发动机总成

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种车用涡轮增压发动机总成，其特别适用于1.3L排量及以下的增压型经济型或入门级中型轿车，或者用于替代应用到2.0L排量及以下采用自然吸气的经济型轿车。

背景技术

根据中国汽车协会已经发布的年度产销信息显示，我国继2012年销量首超1500万辆之后，2013年乘用车销量达到1792.89万辆，同比增长15.7%。考虑到乘用车节能对于减轻能源与环境压力的意义非常重大，因此在此背景下，政府部门出台了汽车燃油经济性法规并采取财税激励等措施不断推进汽车节能工作。其中，第三阶段油耗限值已于2012年7月1日开始实施，要求汽车油耗较第二阶段下降20%。第四阶段(2016年～2020年)油耗法规也基本明确：企业的平均油耗目标到2020年时将达到5.0L/100 km。

因此，尽管现有技术中已存在一些性能良好的增压型发动机，但是考虑到未来的车型换代以及满足上述第四阶段相关法规的需求，开发具备高能效、低油耗且动力性能强的小排量发动机就显得尤为重要。同时，应当考虑将这样的小排量发动机的功率和扭矩设计成超越现有的2.0L发动机，以便为升级产品带来更好的动力输出，并且使其有能力扩展到SUV或跨界车等对于动力性能要求更高的车型应用。因此，有必要针对车用发动机在燃油消耗、摩擦动力损失、发动机气缸充气效率、温度控制、振动冲击等诸多方面进行改进设计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车用涡轮增压发动机总成，以便有效解决现有技术中存在的上述问题以及其他方面的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种车用涡轮增压发动机总成，所述车用涡轮增压发动机总成包括：

涡轮增压装置，其包括驱动电机、涡轮机和废气旁通阀执行器，并且被布置成与集成于发动机的缸盖中的排气歧管相连通，用于通过回收至少一部分废气能量来增强发动机的动力性能，其中所述废气旁通阀执行器被设置成受控于所述驱动电机并作用于所述涡轮机，用以根据发动机的不同工况来调节所述至少一部分废气通过所述涡轮机的流量，从而控制所述至少一部分废气进入发动机的进气压力；

进排气连续可变气门正时系统，其包括设于发动机的凸轮轴的罩盖上用于检测凸轮轴位置的凸轮轴位置传感器、以及同设于所述凸轮轴的一端的凸轮轴相位调节器和液压控制阀，用以使得设于车辆上的控制单元根据所述凸轮轴位置传感器以及设于车辆上的空气流量传感器和节气门位置传感器的检测信号来输出控制指令，以便所述液压控制阀根据所述控制指令来操控所述凸轮轴相位调节器，从而根据发动机的不同工况来提前或推迟进排气门的开启或关闭时刻以提高发动机气缸的充气效率；并且

所述凸轮轴上装设置有滚动轴承，用以通过所述滚动轴承来承载所述进排气连续可变气门正时系统和气门弹簧力作用下的径向力，以便降低摩擦损失。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有双质量飞轮和单平衡轴，并且所述单平衡轴被设置成与发动机的曲轴相平行并且与其转速相等而转向相反。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述发动机具有：

燃烧室，其被构造成屋脊形状并且设置有进气挤气面，用以使得进入所述燃烧室的气流在发动机运行至压缩上止点时形成挤流运动和湍流运动；

进气装置，其设置于发动机的进气侧并且设置有导流部，所述导流部被构造成具有曲面形状和缩口形状，以使得气流在进入所述燃烧室时形成滚流运动；以及

进气控制装置，其设置于所述燃烧室与所述进气装置之间，并且与所述进气装置相配合形成导流面以引导气流进入所述燃烧室。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述进气装置被构造成具有分叉结构，并且所述车用涡轮增压发动机总成中设置有进气道燃料喷射装置，其包括：

燃油分配管，其装设于发动机的缸盖上，并且所述缸盖上对应于发动机的每个汽缸设置有至少两个用于输送气流的进气道以及相对应的至少两个进气门；

喷油器，其与所述燃油分配管相连通，并装设于所述分叉结构中的每一个分叉上并且位于进气道靠近与其相对应的进气门处；以及

发动机运行状态传感器，其被布置成用于检测发动机的转速和负荷并将其发送至发动机控制器，以便所述发动机控制器由此控制所述喷油器的工作状态。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，发动机的负荷包括第一负荷区域和第二负荷区域，并且发动机处于第二负荷区域的负荷大于其处于第一负荷区域的负荷，其中当发动机处于第一负荷区域时，在发动机以怠速或低于1200转/分钟的转速行驶的工况下，所述发动机控制器控制对应于每个汽缸的至少一个喷油器关闭；当发动机处于第二负荷区域时，在发动机以怠速或低于2400转/分钟的转速行驶的工况下，所述发动机控制器控制对应于每个汽缸的全部喷油器同时打开，以便向所述进气道同时喷油。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，在所述燃烧室的顶部设置有点火装置，并且所述点火装置被布置成相对于所述燃烧室的纵向对称中心线向发动机的排气侧偏置。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有可变排量机油泵，其被布置在发动机的油底壳中并由发动机的曲轴链轮驱动，用以根据发动机的不同工况来调节车辆上润滑系统的机油压力。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有具有单叶片的机械式真空泵，其被设置成通过所述凸轮轴驱动，用以车辆提供真空制动助力。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述发动机设置有横流式缸盖冷却水套，其包括相互连通的上层水套和下层水套，其中发动机冷却液从缸体的进气侧水套向上流入缸盖的进气侧水套后，分别经由所述上层水套和下层水套分为上、下两层均横向流向排气侧，最后在所述排气歧管上方的出水口汇集后流出。

在上述的车用涡轮增压发动机总成中，可选地，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有单独用于控制发动机的缸体水温的节温器。

在本发明的车用涡轮增压发动机总成中，它在全新架构基础上进行了多种创新性设计，例如包括电机驱动式废气涡轮增压器、进排气连续可变气门正时、单缸双喷油器、缸体和缸盖分离式冷却系统、电磁阀控制式两级可变排量机油泵、低摩擦凸轮轴、独立点火模块、双质量飞轮和单平衡轴结构等，由此能够显著降低发动机的燃油消耗，降低涡轮增压时的泵气损失，减少工作部件之间的摩擦损耗，提高发动机的怠速稳定性、改善NVH性能并且避免发动机在大负荷工况下出现爆震倾向，并且特别是通过优化燃烧室构造并采用独立的点火模块和电子节气门控制，可以显著降低油耗并且提高发动机的瞬态动力响应。根据测试表明，采用本发明的车用涡轮增压发动机总成可以使得部分负荷比油耗小于370g/kwh@2000rpm,2bar，使发动机转速从1700rpm到4400rpm都能保持平顺的220NM的大扭矩输出，从而不仅符合国家各项环保节能政策的要求，而且达到了国内领先国际一流的经济型发动机水平。因此，本发明的车用涡轮增压发动机总成特别适合于满足小排量车型的应用要求，例如将其应用到1.3L排量及以下的增压型经济型或入门级中型轿车，或者用来替代应用到2.0L排量及以下采用自然吸气的经济型轿车。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并且可能进行了夸张性显示，并且附图也不必依照比例进行绘制。

图1 和图2分别从两个不同视角并且在整体上显示出了根据本发明的车用涡轮增压发动机总成的一个实施例的立体结构。

图3是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例的外特性性能图。

图4是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的涡轮增压装置的立体结构图。

图5是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的进排气连续可变气门正时系统的立体结构图。

图6是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的横流式发动机缸盖冷却水套的立体结构图。

图7是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的发动机缸体的立体结构图。

图8是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中集成有多个接口的机油冷却器和水泵的立体结构图。

图9是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的紧凑型进气歧管的立体结构图，其中集成了众多EMS系统零件。

图10是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中采用单叶片设计的机械式真空泵的立体结构图。

图11是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中集成了滚动轴承的低摩擦凸轮轴的立体结构图。

图12是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的双喷油器油轨的立体结构图。

图13是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的汽油机附件皮带传动系统的立体结构图。

图14是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的可变排量机油泵的立体结构图。

图15是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的平衡轴系统的立体结构图。

图16是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中具有高滚流设计的高效燃烧室的立体结构图。

图17是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的凸轮轴罩盖总成的立体结构图。

图18是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的发动机缸盖的立体结构图，其中集成了排气歧管和链轮箱，并且在每个进气道布置了两个喷油器。

图19是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中集成了前油封的发动机前盖的立体结构图。

图20是图1所示的车用涡轮增压发动机总成实施例中的滚子摇臂液压挺柱气门系的立体结构图。

图21是使用本发明中的低摩擦凸轮轴的示意性结构视图。

图22是本发明中具有高滚流设计的高效燃烧室的示意性布置视图。

图23是图22所示示例中的进气道的侧视图。

图24是图22所示示例中的进气道的俯视图。

图25是图22所示示例中的燃烧室的仰视图。

图26是图22所示示例中的燃烧室的侧视图。

图27是图22所示示例中的燃烧室的侧面横截面视图。

图28是图22所示示例中的座圈的横截面视图。

图29是图22所示示例中的气门导管的横截面视图。

图30是图22所示示例中的进气门的横截面视图。

图31是图30中的进气门的局部放大视图。

图32是图22所示示例中的导流面结构的示意图。

图33是图32中的排气导流面结构的局部放大视图。

图34是本发明中的燃油分配管的结构示意图。

图35是图34中的燃油分配管安装到发动机缸盖后的结构示意图。

图36是图34中的进气道燃料喷射装置的喷油器以及进气道的局部放大结构示意图。

图37 是本发明中的发动机缸盖冷却水套一个实施例的结构示意图。

图38是图37所示的发动机缸盖冷却水套的下层水套的结构示意图。

图39是图37所示的发动机缸盖冷却水套的上层水套的结构示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的车用涡轮增压发动机总成的组成结构、特点及优点，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将它们理解为对本发明形成任何的限制。此外，还必须指出的是，对于在本文中各处涉及到的诸如涡轮增压装置、进排气连续可变气门正时系统、可变排量机油泵、横流式发动机缸盖冷却水套、双质量飞轮和平衡轴系统等各种装置或组成部件，以及针对它们直接描述或者被隐含的任意单个技术特征(例如其所包括的任何可选的组成部分、结构、连接布置方式等)，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明完全允许在这些装置或组成部件以及它们的技术特征(或其等同物)之间进行任意可能的组合、叠加或者删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

通过图1 和图2在整体上展示出了一个根据本发明的车用涡轮增压发动机总成的实施例的立体结构，并且还图3中示出了采用该车用涡轮增压发动机总成实施例的外特性性能图，其中曲线T和曲线P分别为其扭矩性能曲线和动力性能曲线，其显示出了该该车用涡轮增压发动机总成具备非常优异的强劲动力性能。

在给出的这个实施例中主要标示出了以下这些组成部分，它们包括电机驱动式废气涡轮增压装置1、进排气连续可变气门正时系统2、横流式缸盖冷却水套3、独立点火装置4、发动机缸体5、机油冷却器6、独立式油气分离器7、电子控制节气门体8、紧凑型进气歧管9、机械式真空泵10、集成了滚动轴承的低摩擦凸轮轴11、双喷油器油轨12、汽油机附件皮带传动系统13、可变排量机油泵14，双节温器15、双质量飞轮16、平衡轴系统17等。需要指出的是，由于本发明涉及到众多创新性的改进设计，因此可以根据应用需要来对上述这些组成部分进行任意组合，从而形成许多可能的技术方案。

举例来讲，可以在一个示例中选择电机驱动式废气涡轮增压装置1、进排气连续可变气门正时系统2和集成了滚动轴承的低摩擦凸轮轴11，以便能够相对于现有技术更好地提升发动机的动力性能，提供燃烧效率，并且改进摩擦损耗。具体来讲，通过设置电机驱动式废气涡轮增压装置1来回收至少一部分废气能量，从而能够增强发动机的动力性能以使其在高低速均能达到最佳性能，并且有利于提高瞬态动力响应和改善部分负荷油耗。如图1和图4所示，电机驱动式废气涡轮增压装置1被布置成与集成在发动机缸盖中的排气歧管保持连通，它包括驱动电机、涡轮机和废气旁通阀执行器，其中驱动电机控制废气旁通阀执行器，后者在作用于涡轮机，以便可以根据发动机的不同工况来调节回收废气通过涡轮机的流量，从而控制这些废气进入发动机的进气压力。电机驱动式废气涡轮增压装置1由于可以采用了紧凑型集成设计，因此有利于发动机整体尺寸的缩小。

参考图1和图5，进排气连续可变气门正时系统2包括凸轮轴位置传感器、凸轮轴相位调节器和液压控制阀。其中，凸轮轴位置传感器设置在发动机的凸轮轴的罩盖上被用来检测凸轮轴位置，凸轮轴相位调节器和液压控制阀共同设置在凸轮轴的一端，以此使得车辆上的控制单元(例如汽车电子控制单元ECU、混合动力控制单元HCU等)可以根据上述的凸轮轴位置传感器以及车辆上的空气流量传感器和节气门位置传感器的检测信号来输出控制指令，然后使得上述的液压控制阀根据该控制指令来操控凸轮轴相位调节器，从而能够根据发动机的不同工况来提前或推迟进排气门的开启或关闭时刻，由此来提高发动机气缸的充气效率。

除了以上针对发动机动力性能的增强和改进之外，降低发动机配气机构的摩擦损失，从而降低发动机的燃油消耗也是相当重要的。在图2和图11中给出了集成有滚动轴承的低摩擦凸轮轴的示例。具体来讲，与现有技术所不同的是，在本发明中是在凸轮轴上装设置滚动轴承，并且通过这样的滚动轴承来承载进排气连续可变气门正时系统和气门弹簧力作用下的径向力，由此能够非常显著得降低摩擦损失。本文随后将对此进行更加详尽的描述。

下面将针对前述的组成装置或部件逐一进行说明，这些装置或部件可以被单独地或者以相互任意组合的方式应用到本发明的车用涡轮增压发动机总成中。

如图6所示，在本发明的车用涡轮增压发动机总成中可以设置具有相连通的上、下层水套的横流式缸盖冷却水套3，以便发动机冷却液从缸体的进气侧水套向上流入缸盖的进气侧水套后，分别经由上、下层水套分为上、下两层均横向流向排气侧，最后在位于发动机排气歧管上方的出水口汇集后流出。由此，可以使得发动机缸盖内部拥有良好的冷却液流动路径和流动速度，并且实现较低的压力损失，从而有利于提升发动机缸盖排气侧鼻梁区和排气法兰面的冷却。随后，将通过图37-39的示例来给出更具体的说明。

如图7所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的发动机缸体5的整体结构，它可以采用铸铝制成，并且可以集成了链轮箱结构，从而可以减轻发动机重量，并且缩减了发动机尺寸。

如图8所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的集成了多个接口的机油冷却器6和水泵21的整体结构，由此可以失去尺寸紧凑，并且能够有效降低机油温度，防止机油氧化变质，从而有助于提高发动机寿命。

如图9所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的紧凑型进气歧管9的基本构造，该紧凑型进气歧管9可以采用塑料等材料制成，并且可以集成众多的EMS系统零件，通过这些优化设计能够有效降低重量，因此有利于优化发动机的燃油损耗，减少废气排放。

如图10所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的机械式真空泵10的整体构造，该机械式真空泵10为整车提供真空制动助力并采用单叶片设计，以便降低摩擦力，通过凸轮轴驱动不仅稳定可靠，而且可以终生免维护。

如图12所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的双喷油器油轨12的整体构造，采用该双喷油器油轨12能够加快燃烧速率，有效提高燃烧效率。

再如图13所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的汽油机附件皮带传动系统13，采用其能够降低附件皮带设计张力，并且降低皮带传动打滑和噪音。

再如图14所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的可变排量机油泵14，该可变排量机油泵14由发动机的曲轴链轮进行驱动，以便根据发动机的不同工况来调节润滑系统机油压力，从而可以减小系统摩擦功，有效提高整机的燃油经济性。

再如图15所示，在本发明的车用涡轮增压发动机总成中可以设置双质量飞轮16和单平衡轴系统17，可以将其中的单平衡轴设置成与发动机的曲轴24相平行并且与其转速相等而转向相反，以此来平衡发动机在运转中产生的一阶往复惯性力和惯性力矩，从而降低发动机工作中产生的振动，改善NVH性能。双质量飞轮16中的一部分设置在发动机的一侧上用于起动和传递发动机的转动扭矩，另一部分设置传动系的变速器一侧用于提高变速器的转动惯量，由此可以保证发动机能够输出高扭矩和高转速，并且有效控制并降低系统振动。

在图16中图示出了本发明的车用涡轮增压发动机总成实施例中的新型高效燃烧室18，其中采用了高滚流设计来有效提高燃烧速率，并且降低发动机整体的爆震倾向。随后，将通过图22至图33来结合具体实施例对此进行详细说明。

图17、18和19分别显示出了本发明的车用涡轮增压发动机总成实施例中的凸轮轴罩盖19、发动机缸盖20和发动机前盖22的基本结构。其中，凸轮轴罩盖19采用高强度结构设计，可以实现变形小且刚度高，有效能够有效提高发动机的耐久性。发动机缸盖20集成了排气歧管和链轮箱，并且可以在每个进气道布置了两个或多个喷油器，以便提升燃烧效率。发动机前盖23集成了前油封，并且可以通过采用凹凸不平的辐射筋结构设计来提升了该区域的NVH性能。

再如图20所示，在该图中显示出了车用涡轮增压发动机总成实施例中的滚子摇臂液压挺柱气门系23的整体结构，通过其可以自动调节气门间隙并且实现终生免维护，而且采用滚子摇臂与凸轮接触能够有效减少摩擦功，从而有利于进一步降低整车油耗。

此外，在本发明的车用涡轮增压发动机总成中还专门设置了一个单独的节温器用来控制发动机的缸体水温，从而可以在发动机暖机过程中实现发动机缸体快速升温加速暖机过程的更精确、更及时的控制，有效降低活塞与缸筒之间的摩擦损耗，从而有助于进一步提高燃油经济性。

请参阅图21，在该图中示范性地显示出了前述的低摩擦凸轮轴一个实施例的基本构造。如图21所示，在该低摩擦凸轮轴1a上装设了凸轮2a、信号轮5a、滚动轴承4a，并且在该低摩擦凸轮轴1a上还设置了轴肩3a，以便通过轴肩3a来方便安装滚动轴承4a，并且便于定位滚动轴承4a的轴向位置。上述结构与现有技术的不同之处在于，通过在发动机中的凸轮轴上使用了滚动轴承来承载汽车正时系统和气门弹簧力作用下的径向力，由于上述径向力通常很大而导致存在着较大的摩擦，因此在本发明中通过改用滚动轴承就能够显著降低凸轮轴的摩擦损失，由此可以减小对于机油流量的需求，从而最终能够降低发动机燃油消耗，同时也有助于延长相关零部件的使用寿命，提高了安全性能。

根据具体应用需要，可以将上述的滚动轴承装设在低摩擦凸轮轴的一端部、或者装设在该低摩擦凸轮轴上的任何适宜位置处，以便通过该滚动轴承来承载汽车正时系统和气门弹簧力作用下的径向力，从而减少它们之间的摩擦损失。

在可选的情形下，可以采用过盈配合方式将上述的滚动轴承安装到低摩擦凸轮轴上，当然本发明也允许采用现有的任何适宜方式将二者装配到一起，并且在实际应用时也可以省略掉上述实施例中的轴肩设计。

作为举例，上述的滚动轴承可以采用球轴承或者滚针轴承。再举例来讲，本发明中的低摩擦凸轮轴可以采用铸造式凸轮轴或者装配式凸轮轴。

请再参阅图22，它是本发明中可采用的一个具有高滚流特性的燃烧室的发动机结构示例图，该发动机具有燃烧室、进气装置和进气控制装置。如图22所示，在该示例中，进气装置包括进气道1b和座圈3b，进气道1b通过座圈3b连接至燃烧室2b。燃烧室2b的右侧和左侧分别为进气侧21b和排气侧22b，并且燃烧室2具有燃烧室顶部20b。进气道1b上设有连接部8b和燃料喷射器4b。气门导管6b联接在连接部8b上。进气门5b的一端从气门导管6b朝外延伸，并且其另一端延伸穿过气门导管6b和连接部8b并形成喇叭形的进气门底部50b。进气门底部50b在燃烧室2b和座圈3b之间与座圈3b配合，以控制燃烧室2b与座圈3b的连通。火花塞7b布置在燃烧室2b上方，并且使得火花塞底部70b位于燃烧室2b之内。

图23是图22中所示的实施例的进气道的侧视图，并且图24是图22中所示的实施例的进气道的俯视图。如图23中所示，进气气流在箭头A所指示的方向上运动，并且如图24中所示，进气气流分别在箭头B和箭头C所指示的方向上运行。进气道1b通过在其端部处的进气法兰面10b来与座圈3b连接，且进气法兰面10b布置为与气缸轴线成一定的倾角。进气道1b具有朝下略微凹陷的突起结构11b。突起结构11b使得进气道1b在其靠近座圈3b的部分具有先稍微增大并且随后收缩的构造，以便在进气法兰面10b附近形成缩口形构造。

在图23中示出的实施例中，进气道1b上具有燃料喷射器5b。并且如图24中所示，进气道1b具有两个分叉结构，并且每个分叉结构上均具有对应的燃料喷射器，以分别向在箭头B所标识的方向上和在箭头C所标识的方向上运动的气体添加燃料。需要指出的是，也允许根据应用需要将上述的进气部分构造成具有两个以上的分叉结构。

图25至图27示出了本发明的燃烧室的一个实施例，其中，图25是图22中所示的实施例的燃烧室的底视图，图26是图22中所示的实施例的燃烧室的侧视图，并且图27是图22中所示的实施例的燃烧室的侧面横截面视图。在图25中所示出的优选实施例中，燃烧室顶部20b包含大致对称地排列的两个进气门底部50b和两个排气门底部90b。然而，本领域中的技术人员将领会的是，也可包括其他数目的进气门底部和排气门底部。火花塞7b大致在燃烧室2b的屋脊形构造的最高点处连接到燃烧室顶部20b上，使得火花塞底部70b大致位于燃烧室2b的屋脊形构造的最高点处。火花塞底部70b位于燃烧室顶部20b的大致中心的位置处，并且在进气门底部50b的右侧设有进气挤气面21b。如图27中所示，燃烧室顶部20b在进气侧21b和排气侧22b中分别朝上倾斜，使得燃烧室2b形成屋脊形构造。

图28是图22中所示的实施例的座圈的横截面视图，示出了座圈3b的空心结构。座圈3b的内部具有倾斜结构31b，并且座圈3b的两侧分别连接到进气道1b和燃烧室2b上。图29是图22中所示的实施例的气门导管的横截面视图，示出了气门导管6b的空心结构。在组装完成时，进气门5b穿过气门导管6b。气门导管6b对进气门5b起到导向作用，并且将进气门5b中的热量传递至气缸盖。

图30是图22中所示的实施例的进气门的横截面视图，其中，进气门5b包括进气门底部50b。如图30所示，进气门底部50b形成朝内凹入的结构，以便与燃烧室顶部20b的屋脊形构造相配合。图31是图30中所示的进气门的局部放大视图，示出了图30中的进气门5b上以字母D标识出的部分，其中，进气门底部50b带有背面锥角51b，并且进气门底部50b具有与座圈3b的尺寸相适应的尺寸。

图32是图22中所示实施例的排气导流面结构的示意图。其中，进气门5b的进气门底部50b和排气门9b的排气门底部90b分别通过一个座圈3b来与燃烧室2b的顶部20b配合。在图中，由参考标号E所指示的部分为进气导流面，并且由参考标号F所指示的部分为排气导流面，并且进气导流面与排气导流面具有大致相同的构造。

图33是图32中所示的导流面结构的局部放大视图，具体而言，进气门底部50b的背面锥角51b与座圈3b的倾斜结构31b适配，以控制进气道1b与燃烧室2b的连通，并且使得进气道1与燃烧室2b形成封闭的燃烧空间。排气门底部50b相对于座圈3b的底部边缘向燃烧室2b突起，并且突起的高度在图33中由参考标号i标识。排气门底部50b的侧面与燃烧室顶部20b的侧面之间的距离为s，s即为导流间隙。由参考标号g所指代的长度为由参考标号i所标志的长度的一半，即g = i/2，并且从燃烧室顶部20b的下表面到排气门底部突起高度i的中点的垂直距离被称为导流高度，在图示的实施例中，该导流高度由参考标号h标识。

当气流通过进气道1b时，进气道1b下端的内表面上的朝下略微凹陷的突起结构11b使得气流首先偏离直线方向而略微朝下地运动，随后，由于进气道1b在到达进气法兰面10b之前的缩口构造，气流的运动方向将变为略微朝上倾斜。在图示的优选实施例中，突起结构11b用于形成略微朝上倾斜的气流，并形成宏观的滚流运动。然而，本领域中的技术人员将领会的是，也可采用其他合适的构造来达到同样的技术效果。

当来自进气道1b的带有略微朝上倾斜的运动方向的气流通过座圈3b和进气门底部50b来进入燃烧室时，气流在燃烧室2b的排气侧22b的壁面的导向作用下形成较大的滚流，并且由于本发明的设计，气体所受到的阻力将不会过多地增大。当活塞在气缸中上行至压缩上止点时，气体形成挤流运动，并且该挤流将迅速转化为湍动能，也即将气体的宏观滚流运动转换成了微观的湍流运动。这不仅降低了混合气体对点火能量的要求，而且使火焰前锋面增大，从而改善了燃烧稳定性并且提高了燃烧速度。

在可选的实施例中，火花塞底部70b并非居中地布置，而是沿着燃烧室2b的纵向对称中心线向排气侧22b偏置大约1.5mm。这样的布局可以使得当火花塞底部70b产生火焰时，火焰向高温的未燃烧混合气体的传播距离缩短，从而减少爆震的发生。本领域中的技术人员将领会的是，火花塞底部70b也可按照不同的距离来偏置。

请接着一并参阅图34、35和36，其中示意性地图示出了本发明中可以采用的一个进气道燃料喷射装置实施例的大致结构，该进气道燃料喷射装置包括燃油分配管、喷油器和发动机运转状态传感器。

在图34中示出了其中的燃油分配管的结构示意图。通常，发动机由缸盖2c、缸体与曲轴箱等部件组成，其中缸盖2c安装在缸体的上面，从上部密封缸体并构成若干燃烧室，并且缸体作为整体包含一个或多个汽缸，而燃烧室的具体数量则与汽缸的数量相对应。进一步结合图35可见，在本实例中，发动机的缸盖2c上对应于每个汽缸设置有用于输送气体的两个进气道3c和与进气道3c相对应的两个进气门，该进气道3c直接通向上述燃烧室，用于输送进气，其中，在每个进气道3c靠近与其对应的进气门处均设置有与燃油分配管1c保持连通的喷油器4c，使得针对单个汽缸的两个喷油器4c可根据不同的工况在进气门打开时单独或同时向两个进气道3喷c射燃油。在可选情形下，喷油器4c可借助于例如卡夹5c等部件固定在进气道3c上，如图36所示。为了更清楚地显示各个零部件的连接关系，在图中并未绘出发动机运行状态传感器和发动机控制器，发动机控制器与发动机运行状态传感器和喷油器4c耦联并通信，以便根据发动机运行状态传感器的反馈信号来控制喷油器的工作状态，例如在合适时机进行开启或关闭。

本领域普通技术人员可以认识到，为了进一步提高燃烧速率和燃烧质量，可以将喷油器4c设计成能够喷射较小SMD(燃油雾化后颗粒的平均直径)的油雾颗粒，例如该喷油器4c所喷射的油雾颗粒的直径范围在30至100微米之间。从图36中可清楚地看见，每个进气道3c分别设置有喷油器4c使得喷油器的喷射角度更容易控制，并且混合有燃油的气体在汽缸内能够更充分迅速地燃烧。在另一方面，精确的喷射角度可有效避免喷射的油雾在进气道3c的内壁上产生不期望的湿壁现象。

结合上述实施例在其它可选的实施例中，可通过发动机控制器将发动机的负荷被分成了两个区域：第一负荷区域和第二负荷区域，发动机在第二负荷区域的负荷大于其在第一负荷区域的负荷，其中当发动机处在第一负荷区域时，在发动机以怠速或低于1200转每分钟的转速行驶的工况下，发动机运行状态传感器检测到发动机在该工况下的转速和负荷，并且将发动机的转速和负荷信号发送至发动机控制器，随后发动机控制器控制对应于每个汽缸的一个或多个喷油器关闭，而另一个或另一些喷油器打开，以节省油耗。当发动机处在第二负荷区域时，在发动机以怠速或低于2400转每分钟的转速行驶的工况(诸如爬坡、起步、急加速等)下，发动机运行状态传感器检测到发动机在该工况下的转速和负荷，并且将发动机的转速和负荷信号发送至发动机控制器，随后发动机控制器控制对应于每个汽缸的全部喷油器同时打开，以便向各自对应的进气道同时喷油。简而言之，通过多个喷油器流量大小进行合理分配设计，在怠速和低速时采用单个或若干个喷油器喷射的方案来提供发动机低速扭矩输出，以满足发动机的低速稳定性。在发动机低速大负荷及全负荷等工况下，实现开阀喷射和扫气，并且配合供油油压的提高，进一步提高发动机扭矩输出，并降低发动机爆震倾向，减少油耗和碳氢排放。

此外，作为举例，为了增加上述燃油分配管1c和卡夹5c的结构强度，并且延长零部件的使用寿命，该燃油分配管1c和卡夹5c均可以由诸如不锈钢等耐腐蚀材料制成。

请继续参阅图37、38和39，通过这些附图显示出了可在本发明中采用的一种横流式缸盖冷却水套实施例，它包括上层水套10d以及下层水套20d，分为上、下两层设计。

请参阅图38所示，该横流式缸盖冷却水套的下层水套20d，其在进气侧设计了6个上水脚22d。可将其设置成每缸布置两个，分别设置在进气道两侧。而其他水套脚均为工艺落沙脚，同时在缸盖的浇铸过程中起到水套支撑的作用。在每缸的燃烧室顶部，围绕火花塞孔周围水套的平均厚度控制在7mm左右，以确保在缸盖工作过程中，燃烧室壁和火花塞孔壁得到有效的冷却。

图38中所示的每缸排气侧的鼻梁区24d，其内冷却液的流速是衡量缸盖冷却水套流动状况的一个重要指标，在通常情况下应设计成不低于2m/s。因此，在满足水套沙芯成型工艺性要求和缸盖本身壁厚要求的前提下，最好能尽量增大鼻梁区24d区域的截面积，以便促使更多的冷却液流向鼻梁区。

请参阅图39所示，上层水套10d通过支撑12d和下层水套20d进行连接。上层水套10d从进气侧到排气侧依次环绕了火花塞孔，气门导管底孔。其中上层水套10d在排气法兰面和下层水套20d联通的支撑12d，为排气法兰面下方的冷却液提供流出通道，同时还确保了排气法兰面的螺栓孔拥有良好的冷却，不会因过热而导致失效。

上述的横流式缸盖冷却水套沙芯的结构设计具有良好的制芯工艺性，在水套制芯的过程中，上下两层水套分别开模，射沙成型。在缸盖毛坯浇铸过程中，为了避免上层水套在铝液中上浮，特意在所有上下层水套结合的地方设计了相应的工艺压头14d。

上述的横流式缸盖冷却水套的流场、流线、鼻梁区速度、热交换以及压力分布等都已经通过CFD进行分析论证，这种结构设计被证明在结构散热等方面都能实现非常良好的技术效果。

综上所述，由于针对上述的众多装置或零部件分别在整体上或局部上采用了诸多的独特性和创新性优化设计，因此能够非常显著、有效地实现降低整机重量、提升发动机动力性能、降低摩擦功、改善油耗并降低污染物排放等众多目标。鉴于车用涡轮增压发动机总成可以多种组合方式来灵活集成前述的这些独特性和创新性优化设计，而且其技术优化效果也被证实达到了国内领先国际一流的发动机性能水平，因此非常适合大力推广应用本发明的车用涡轮增压发动机总成，例如将其应用到1.3L排量及以下的增压型经济型或入门级中型轿车，或者用于替代应用到2.0L排量及以下采用自然吸气的经济型轿车，以便能够充分发挥出本发明所具备的这些技术优势。

以上仅以举例方式来详细阐明本发明的车用涡轮增压发动机总成，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述车用涡轮增压发动机总成包括：

涡轮增压装置，其包括驱动电机、涡轮机和废气旁通阀执行器，并且被布置成与集成于发动机的缸盖中的排气歧管相连通，用于通过回收至少一部分废气能量来增强发动机的动力性能，其中所述废气旁通阀执行器被设置成受控于所述驱动电机并作用于所述涡轮机，用以根据发动机的不同工况来调节所述至少一部分废气通过所述涡轮机的流量，从而控制所述至少一部分废气进入发动机的进气压力；

进排气连续可变气门正时系统，其包括设于发动机的凸轮轴的罩盖上用于检测凸轮轴位置的凸轮轴位置传感器、以及同设于所述凸轮轴的一端的凸轮轴相位调节器和液压控制阀，用以使得设于车辆上的控制单元根据所述凸轮轴位置传感器以及设于车辆上的空气流量传感器和节气门位置传感器的检测信号来输出控制指令，以便所述液压控制阀根据所述控制指令来操控所述凸轮轴相位调节器，从而根据发动机的不同工况来提前或推迟进排气门的开启或关闭时刻以提高发动机气缸的充气效率；并且

所述凸轮轴上装设置有轴承，所述轴承是滚动轴承，用以通过所述滚动轴承来承载所述进排气连续可变气门正时系统和气门弹簧力作用下的径向力，以便降低摩擦损失；并且

所述发动机具有：

燃烧室，其被构造成屋脊形状并且设置有进气挤气面，用以使得进入所述燃烧室的气流在发动机运行至压缩上止点时形成挤流运动和湍流运动；

进气装置，其设置于发动机的进气侧并且设置有导流部，所述导流部被构造成具有曲面形状和缩口形状，以使得气流在进入所述燃烧室时形成滚流运动；以及

进气控制装置，其设置于所述燃烧室与所述进气装置之间，并且与所述进气装置相配合形成导流面以引导气流进入所述燃烧室。

2.根据权利要求1所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有双质量飞轮和单平衡轴，并且所述单平衡轴被设置成与发动机的曲轴相平行并且与其转速相等而转向相反。

3.根据权利要求1所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述进气装置被构造成具有分叉结构，并且所述车用涡轮增压发动机总成中设置有进气道燃料喷射装置，其包括：

燃油分配管，其装设于发动机的缸盖上，并且所述缸盖上对应于发动机的每个汽缸设置有至少两个用于输送气流的进气道以及相对应的至少两个进气门；

喷油器，其与所述燃油分配管相连通，并装设于所述分叉结构中的每一个分叉上并且位于进气道靠近与其相对应的进气门处；以及

发动机运行状态传感器，其被布置成用于检测发动机的转速和负荷并将其发送至发动机控制器，以便所述发动机控制器由此控制所述喷油器的工作状态。

4.根据权利要求3所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，发动机的负荷包括第一负荷区域和第二负荷区域，并且发动机处于第二负荷区域的负荷大于其处于第一负荷区域的负荷，其中当发动机处于第一负荷区域时，在发动机以怠速或低于1200转/分钟的转速行驶的工况下，所述发动机控制器控制对应于每个汽缸的至少一个喷油器关闭；当发动机处于第二负荷区域时，在发动机以怠速或低于2400转/分钟的转速行驶的工况下，所述发动机控制器控制对应于每个汽缸的全部喷油器同时打开，以便向所述进气道同时喷油。

5.根据权利要求1所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，在所述燃烧室的顶部设置有点火装置，并且所述点火装置被布置成相对于所述燃烧室的纵向对称中心线向发动机的排气侧偏置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有可变排量机油泵，其被布置在发动机的油底壳中并由发动机的曲轴链轮驱动，用以根据发动机的不同工况来调节车辆上润滑系统的机油压力。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有具有单叶片的机械式真空泵，其被设置成通过所述凸轮轴驱动，用以车辆提供真空制动助力。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述发动机设置有横流式缸盖冷却水套，其包括相互连通的上层水套和下层水套，其中发动机冷却液从缸体的进气侧水套向上流入缸盖的进气侧水套后，分别经由所述上层水套和下层水套分为上、下两层均横向流向排气侧，最后在位于所述排气歧管上方的出水口汇集后流出。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的车用涡轮增压发动机总成，其特征在于，所述车用涡轮增压发动机总成中设置有单独用于控制发动机的缸体水温的节温器。