CN105673202A - 五冲程发动机 - Google Patents

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李铁
郑斌
尹涛
葛琳琳
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

一种五冲程发动机，包括：第一气缸、第二气缸、辅助气缸和增压机构，其中：第一气缸的进气端口和排气端口都与增压机构相连，且该第一气缸的排气端口与辅助气缸的进气端口相连，第二气缸的进气端口和排气端口都与增压机构相连，且该第二气缸的排气端口与辅助气缸的进气端口相连，辅助气缸的排气端口与该增压机构相连，本发明实现缸外低温增压，提高了进气密度，满足动力要求的同时缓解了缸内爆震现象，提高了发动机等容度，优化了燃烧相位，提高了热效率，另一方面降低了排气温度，保护涡轮机叶片。

Description

五冲程发动机
技术领域
本发明涉及的是一种内燃机领域的技术，具体是一种五冲程发动机。
背景技术
为了降低发动机的油耗及尾气排放量，主要措施有：发动机高增压小型化、缸内直喷、智能热管理以及冷却EGR(ExhaustGasRecirculation，废气再循环)等。但这些措施的改善效果有限。
由于发动机排气造成的能量浪费高达30％以上，利用排气能量能够降低能耗。通过采用涡轮增压技术以及阿特金森循环能够更好的利用排气能量。在五冲程发动机中，排气能量的利用是通过增加辅助气缸进行充质再膨胀过程来实现的。五冲程发动机，此概念最初由Schmitz提出，通过双膨胀循环来提高膨胀比。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103016148A，公开日为2013年04月03日，公开了一种四冲程与二冲程组合循环内燃机，包括两个四冲程燃烧循环气缸和两个两冲程非燃烧循环气缸，所述两个四冲程燃烧循环气缸和两个两冲程非燃烧循环气缸组成一个工作单元，两个四冲程燃烧循环气缸和两个两冲程非燃烧循环气缸通过稳压腔相连，所述内燃机包括一个或多个工作单元，新鲜空气进入发动机后，先进入四冲程燃烧循环气缸，历经“进气-压缩-做功-排气”四个冲程后，高温燃气被排入稳压腔，然后进入两冲程非燃烧循环气缸，经历“进气-排气”两个冲程后，在被排出发动机。但该技术利用现有四缸机进行改造，使四冲程汽缸与两冲程气缸的压缩比保持一致，没有对两冲程气缸排量和膨胀比作优化匹配，无法最大程度利用两冲程气缸的超膨胀作用；从原来四缸变为两缸后，发动机动力性能大幅降低，增加压缩比时，还会造成发动机强烈爆震，影响发动机运行。
中国专利文献号CN204419348U，公开日为2015年06月24日，公开了一种用于内燃机的两级增压机构系统101，如图1所示，该增压机构系统包括高压涡轮102，其联接到内燃发动机的排气歧管103；低压涡轮104，低压涡轮入口105联接到高压涡轮且低压涡轮出口106联接到发动机的排气系统107；低压压气机108，低压压气机入口109联接到环境且低压压气机出口110联接到高压压气机111，所述高压压气机还联接到内燃发动机的进气歧管112，其中高压涡轮设置有包括高压受控旁通阀113的高压旁通管线114，低压涡轮设置有包括低压受控旁通阀115的低压旁通管线116，且受控阀117设置在高压涡轮和低压涡轮之间。但该系统并不包括膨胀气缸，在涡轮增压匹配的过程中，一些负荷工况存在气缸排出废气直接通过废气旁通阀排出，无法实现对排气的充分利用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种五冲程发动机。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：第一气缸、第二气缸、辅助气缸和增压机构，其中：第一气缸的进气端口和排气端口都与增压机构相连，且该第一气缸的排气端口与辅助气缸的进气端口相连，第二气缸的进气端口和排气端口都与增压机构相连，且该第二气缸的排气端口与辅助气缸的进气端口相连，辅助气缸的排气端口与该增压机构相连。
所述的第一气缸和第二气缸均为四冲程。
所述的增压机构包括：高压端涡轮机、低压端涡轮机、高压端压气机和低压端压气机，其中：高压端涡轮机的一端分别与第一气缸的排气端口、第二气缸的排气端口和辅助气缸的排气端口相连，其另一端与低压端涡轮机相连，高压端压气机的一端分别与第一气缸的进气端口和第二气缸的进气端口相连，其另一端与低压端压气机相连。
所述的高压端压气机与低压端压气机之间设有低压端水冷中冷器。
所述的高压端压气机的与气缸相连端设有高压端水冷中冷器。
技术效果
与现有技术相比，本发明实现缸外低温增压，提高了进气密度，满足动力要求的同时缓解了缸内爆震现象，提高了发动机等容度，优化了燃烧相位，提高了热效率；同时降低了排气温度，保护涡轮机叶片。
附图说明
图1为现有两级增压机构系统结构示意图；
图2为本发明结构示意图；
图中：101两级增压机构系统；102高压涡轮；103排气歧管；104低压涡轮；105低压涡轮入口；106低压涡轮出口；107排气系统；108低压压气机；109低压压气机入口；110低压压气机出口；111高压压气机；112进气歧管；113高压受控旁通阀；114高压旁通管线；115低压受控旁通阀；116低压旁通管线；117受控阀；201低压端压气机；202低压端水冷中冷器；203高压端压气机；204高压端水冷中冷器；205第一气缸；206辅助气缸；207第二气缸；208主缸直吹管路；209高压端涡轮机；210低压端涡轮机。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：第一气缸205、第二气缸207、辅助气缸206和增压机构，其中：第一气缸205的进气端口和排气端口与增压机构相连，且该第一气缸205的排气端口与辅助气缸206的进气端口相连，第二气缸207的进气端口和排气端口与增压机构相连，且该第二气缸207的排气端口与辅助气缸206的进气端口相连，辅助气缸206的排气端口与该增压机构相连。
所述的增压机构包括：高压端涡轮机209、低压端涡轮机210、高压端压气机203和低压端压气机201，其中：高压端涡轮机209的一端分别与第一气缸205的排气端口、第二气缸207的排气端口和辅助气缸206的排气端口相连，其另一端与低压端涡轮机210相连，高压端压气机209的一端分别与第一气缸205的进气端口和第二气缸207的进气端口相连，其另一端与低压端压气机201相连。
所述的高压端压气机203与低压端压气机201之间设有低压端水冷中冷器202。
所述的高压端压气机203的与气缸相连端设有高压端水冷中冷器204。
所述的第一气缸205和第二气缸207的排气端口分别通过主缸直吹管路208与高压端涡轮机209相连。
所述的低压端压气机201将新鲜的进气充质吸入，并经过低压端水冷中冷器202后，再进入高压端压气机203，最后经高压端水冷中冷器204得到高压低温的进气充质，并送入第一气缸205和第二气缸207。在四冲程气缸中经历“进气-压缩-做功-排气”过程，第一气缸205和第二气缸207的曲轴转角(CAD)相位差360°，其工作过程如表1所示。
表1发动机工作过程表
所述的第一气缸205和第二气缸207排出的高温废气交替进入辅助气缸206和主缸直吹管路208中。进入辅助气缸206中的废气经过“进气(膨胀)-排气”过程，即对外再一次的膨胀做功，如表1所示。不经过辅助气缸206直接进入主缸直吹管路208中的废气直接驱动高压端涡轮机209工作，而后进入低压端涡轮机210。从辅助气缸206中排出的废气同样先后经过高压端涡轮机209和低压端涡轮机210。使得排入高压端涡轮机209和低压端涡轮机210的废气连续，即实现了涡轮机的连续工作，由涡轮机驱动对应的压气机工作，实现进气增压。
与现有技术相比，本发明实现缸外低温增压，提高了进气密度，满足动力要求的同时缓解了缸内爆震现象，提高了发动机等容度，优化了燃烧相位，提高了热效率；另一方面降低了排气温度，保护涡轮机叶片，整体油耗降低了15％以上。

Claims (4)

1.一种五冲程发动机，其特征在于，包括：第一气缸、第二气缸、辅助气缸和增压机构，其中：第一气缸的进气端口和排气端口都与增压机构相连，且该第一气缸的排气端口与辅助气缸的进气端口相连，第二气缸的进气端口和排气端口都与增压机构相连，且该第二气缸的排气端口与辅助气缸的进气端口相连，辅助气缸的排气端口与该增压机构相连。
2.根据权利要求1所述的五冲程发动机，其特征是，所述的增压机构包括：高压端涡轮机、低压端涡轮机、高压端压气机和低压端压气机，其中：高压端涡轮机的一端分别与第一气缸的排气端口、第二气缸的排气端口和辅助气缸的排气端口相连，其另一端与低压端涡轮机相连，高压端压气机的一端分别与第一气缸的进气端口和第二气缸的进气端口相连，其另一端与低压端压气机相连。
3.根据权利要求1或2所述的五冲程发动机，其特征是，所述的第一气缸和第二气缸均为四冲程。
4.根据权利要求3所述的五冲程发动机，其特征是，所述的高压端压气机与低压端压气机之间设有低压端水冷中冷器，高压端压气机的与所述气缸相连端设有高压端水冷中冷器；
所述的低压端压气机将新鲜的进气充质吸入，并经过低压端水冷中冷器后，再进入高压端压气机，最后经高压端水冷中冷器得到高压低温的进气充质，并送入第一气缸和第二气缸，在四冲程气缸中经历“进气-压缩-做功-排气”过程，第一气缸和第二气缸的曲轴转角相位差360°；第一气缸和第二气缸排出的高温废气交替进入辅助气缸和主缸直吹管路中，进入辅助气缸中的废气经过“进气-排气”过程，即对外再一次的膨胀做功，不经过辅助气缸直接进入主缸直吹管路中的废气直接驱动高压端涡轮机工作，而后进入低压端涡轮机，从辅助气缸中排出的废气同样先后经过高压端涡轮机和低压端涡轮机，使得排入高压端涡轮机和低压端涡轮机的废气连续，即实现了涡轮机的连续工作，由涡轮机驱动对应的压气机工作，实现进气增压。
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