CN107120155A - 带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，所述发动机具有由可变气门机构驱动的顶置可变气门、活塞内部的内置气门以及冷却液测温装置，所述的内置气门与所述活塞之间形成的气流通道与所述发动机的曲轴箱直接相通，当冷却液温度低于阀值时，所述顶置可变气门相位推迟，此时所述顶置可变气门为进气门，内置气门为排气门；当冷却液温度高于阀值时，所述顶置可变气门相位提前，此时所述顶置可变气门为排气门，内置气门为进气门。本发明可以有效增加气体流通截面积降低阻力，同时该发明还可以实现小负荷快速暖机以及较高负荷降低热负荷的目标。

Description

带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机及其控制方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其是涉及一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的二冲程发动机。
背景技术
随着世界能源的逐渐短缺以及环境资源的不断恶化，我们需要发动机满足更严格的燃油经济性指标与排放法规。降低进排气阻力、增大进排气流通系数、提高进气量有助于改善发动机的燃烧过程，进而可以降低燃油消耗与有害物排放。相比传统进排气系统，已经公知的是，如专利1(名称：增压型内置气道式二冲程发动机，专利号：CN 01207056.4)、专利2(名称：Internal combustion engine having piston with piston valve andassociated method，专利号：US 9091204B2)以及专利3(名称：Internal combustionengine arrangement allowing simultaneous intake and outlet from fresh andburned gases，专利号：EP 1245800A1)中描述的，在活塞内部设有气门且活塞与气门之间形成气流通道，可以有效增大气体流通截面积，这将有助于发动机的节能减排。
传统内燃机采取固定型线的凸轮轴驱动气门，这使得内燃机的排放与油耗并不能在所有的工况点达到最佳，因此，大多新型内燃机都采用可变气门技术，通过优化气门相位或气门升程来优化燃烧过程，提高经济性并降低排放。
在发动机小负荷工况，较低的燃烧室壁面温度以及缸内温度使得燃油难以完全燃烧，经济性与排放变差，近年来柴油机小负荷工况(特别是冷启动以及暖机过程)中有害物排放控制得到学术界和工业界的高度重视。通过采用隔热涂层、后处理装置直接加装于涡轮前、利用催化器后的排气能量对润滑系统直接加热、燃油辅助加热技术与基于废气能量的相变储能加热等技术，可以在一定程度上提高柴油机小负荷工况下的热效率与排气温度，但在高负荷工况下，这些固定的结构反而会导致热负荷进一步上升，对部件可靠性、发动机性能及排放产生不利影响，难以适用于宽广的发动机运行工况，实际应用受到限制。
因此，如何结合活塞内置气门与可变气门技术，兼顾不同负荷工况，进一步优化发动机性能与排放，需要深入研究。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，以实现小负荷快速暖机，较高负荷降低部件热负荷的目标。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，所述发动机的结构包括机体和其内设置的活塞和曲轴箱，所述活塞由曲轴箱内的曲柄连杆结构驱动，其特征在于：还包括用于测量冷却液温度的冷却液测温装置，所述机体的顶端设有顶置可变气门，所述顶置可变气门由可变气门机构驱动，所述顶置可变气门的相位是可变的顶置可变气门；
所述活塞内部设有内置气门，所述内置气门与活塞之间形成气流通道，所述机体的侧壁设有气道，所述气流通道通过气道与外界相通；
所述顶置可变气门与所述内置气门都可在所述发动机下止点附近开启，所述发动机的控制方法如下：
当测得的冷却液温度低于阀值时，所述顶置可变气门相位推迟，此时所述顶置可变气门为进气门，内置气门为排气门；
当测得的冷却液温度高于阀值时，所述顶置可变气门相位提前，此时所述顶置可变气门为排气门，内置气门为进气门。
进一步的，所述内置气门由曲柄驱动，由套设在内置气门的气门杆上的气门弹簧给所述内置气门提供预紧力以及回复力，气门弹簧的底端固定在气门杆上。
进一步的，所述机体底部设有油底壳，所述油底壳为封闭式。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，一方面增大了气体流通面积，降低了流动阻力，提高了充量系数，有助于发动机功率继续提升，另一方面可以兼顾发动机高低负荷需求，可以实现小负荷快速暖机、较高负荷降低部件热负荷的目标。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机处于下至点(换气过程)的示意图；
图2是本发明所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机处于上止点(准备燃烧)的示意图；
图3是本发明所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机内置气门与曲柄配合的示意图；
图4是本发明所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机配气相位以及活塞位置示意图(适用于小负荷)；
图5是本发明所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机配气相位以及活塞位置示意图(适用于高负荷)；
附图标记说明：
1.顶置可变气门，2.机体，3.活塞，4.活塞销，5.曲轴箱，6.曲轴，7.气道，8.油底壳，9.曲柄，10.连杆，11.内置气门。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，如图1至3所示，包括机体2和其内设置的活塞3和曲轴箱5，所述活塞3由曲轴箱5内的曲柄连杆结构驱动；还包括用于测量冷却液温度的冷却液测温装置，所述机体的顶端设有顶置可变气门1，所述顶置可变气门1由可变气门机构驱动，所述顶置可变气门1的相位是可变的，可变气门机构为现有技术，不再详述；
所述曲柄连杆结构包括曲轴6、曲柄9、连杆10，所述活塞3依次通过活塞销4、连杆10、曲柄9由曲轴6带动做往复直线运动；
所述活塞3内部设有内置气门11，所述内置气门11与活塞3之间形成气流通道，所述气流通道与所述曲轴箱5直接相通，所述机体的侧壁设有气道7，所述气流通道最终通过气道7与外界相通；
所述内置气门11由曲柄9驱动，由套设在内置气门11的气门杆上的气门弹簧给所述内置气门11提供预紧力以及回复力，气门弹簧的底端固定在气门杆上。
所述顶置可变气门1与所述内置气门11都可在所述发动机下止点附近开启，由于活塞3每到下止点附近时，内置气门11就打开一次，即一工作循环气门开启一次，因此本发明适用于2冲程发动机。
如图4和图5所示，在发动机一个工作循环内(2冲程发动机对应360度曲轴转角)，排气门先打开，缸内废气先排出，随后进气门打开，缸外新鲜空气进入；因此，所述发动机的控制方式如下：
当测得的冷却液温度低于阀值时，在可变气门机构的驱动下，所述顶置可变气门1的相位推迟，此时所述顶置可变气门1为进气门，内置气门11为排气门，如图4所示；
此时即发动机处于暖机工况或者小负荷工况，在活塞3运行到下止点附近时，内置气门11在曲柄9的驱动下率先打开，发动机缸内已燃烧废气依次经过内置气门11、曲轴箱5和气道7与外界相通，通过废气对曲轴箱5以及机体2本身进行加热，可以有效提高发动机本体温度，缩短暖机时间，随后顶置可变气门1在可变气门机构驱动下打开，新鲜空气从顶置可变气门1处进入发动机缸内，准备参与下一个循环；
当测得的冷却液温度高于阀值时，在可变气门机构的驱动下，所述顶置可变气门1的相位提前，此时所述顶置可变气门1为排气门，内置气门11为进气门，如图5所示；
此时即发动机脱离暖机工况或者小负荷工况，进入较高负荷，在活塞3运行到下止点附近时，顶置可变气门1在可变气门机构驱动下率先打开，发动机缸内已燃烧废气从顶置可变气门1处离开，随后内置气门11在曲柄9的驱动下打开，新鲜空气依次经过气道7、曲轴箱5和内置气门11进入发动机缸内，通过新鲜空气对曲轴箱5以及活塞3冷却，可以有效降低关键部件的热负荷，并有效降低污染物排放，例如NOx。
所述机体2底部设有油底壳8，所述油底壳8为封闭式，从而可以避免发动机废气通过所述曲轴箱5污染所述油底壳8中的润滑油。
本发明根据冷却液的温度，利用可变气门技术，可以分别使顶置可变气门1与内置气门11实现进排气切换功能。相比传统发动机，本发明可以增加气流流通面积，有利于节能减排，同时本发明还可以兼顾发动机高低负荷需求，可以实现小负荷快速暖机、较高负荷降低部件热负荷的目标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，所述发动机包括机体和其内设置的活塞和曲轴箱，所述活塞由曲轴箱内的曲柄连杆结构驱动，其特征在于：还包括用于测量冷却液温度的冷却液测温装置，所述机体的顶端设有顶置可变气门，所述顶置可变气门由可变气门机构驱动，所述顶置可变气门的相位是可变的；
所述活塞内部设有内置气门，所述内置气门与活塞之间形成气流通道，所述机体的侧壁设有气道，所述气流通道通过气道与外界相通；
所述顶置可变气门与所述内置气门都可在所述发动机下止点附近开启，所述发动机的控制方法如下：
当测得的冷却液温度低于阀值时，所述顶置可变气门相位推迟，此时所述顶置可变气门为进气门，内置气门为排气门；
当测得的冷却液温度高于阀值时，所述顶置可变气门相位提前，此时所述顶置可变气门为排气门，内置气门为进气门。
2.根据权利要求1所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，其特征在于：所述内置气门由曲柄驱动，由套设在内置气门的气门杆上的气门弹簧给所述内置气门提供预紧力以及回复力，气门弹簧的底端固定在气门杆上。
3.根据权利要求1所述的带有活塞内置气门和顶置可变气门的发动机，其特征在于：所述机体底部设有油底壳，所述油底壳为封闭式。
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