CN107435593B - 发动机组件和具有其的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机组件和具有其的车辆,发动机组件包括:涡轮增压器;发动机,发动机的气缸的燃烧室对应设置有第一进气门和第二进气门;第一通断阀,第一通断阀设置在压气机的出气端与第二进气门之间;第二通断阀,第二通断阀设置在第二进气门与压气机的进气端之间;在发动机处于第一工作模式时,第一通断阀处于关断状态且第二通断阀可选择性地处于打开或关断状态,第二进气门在进气行程的末段打开;在发动机处于第二工作模式时,第一通断阀处于打开状态且第二通断阀处于关闭状态,第一进气门与第二进气门在进气行程时同步联动。本发明的发动机组件可在阿特金森循环与奥托循环之间平顺地切换,泵气损失少,燃油经济性好,输出扭矩高。
Description
技术领域
本发明涉及车辆制造技术领域,特别涉及一种发动机组件和具有该发动机组件的车辆。
背景技术
发动机的开发受爆震影响,不得不选取适中的压缩比(尤其是增压汽油机),这样理想热效率便很低,若考虑到其他能量损失,热效率会更低(目前水平为30%多),发动机在低负荷工况下泵气损失为关键能量损失。
为了提升发动机的热效率以及减少泵气损失,相关技术中逐步引入阿特金森循环技术,采用阿特金森循环技术可以提升膨胀比,提升理论热效率,相关技术中大多控制进气门关闭时刻来调整进气量,以降低泵气损失。
但是,相关技术中阿特金森循环发动机在正常工作模式下,增压器不能介入工作,影响扭矩输出,即增压器仅在奥托循环工作模式下工作,发动机在奥托循环和阿特金森循环之间切换的平顺性较差,且发动机在阿特金森循环工作模式时冷启动工况的燃烧效率低。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种发动机组件,以使发动机可平顺地在奥托循环和阿特金森循环之间切换。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种发动机组件,包括:涡轮增压器;发动机,所述发动机的气缸内具有燃烧室,所述燃烧室对应设置有第一进气门和第二进气门;第一通断阀,所述第一通断阀设置在所述涡轮增压器的压气机的出气端与所述第二进气门之间;第二通断阀,所述第二通断阀设置在所述第二进气门与所述压气机的进气端之间;其中所述发动机具有第一工作模式和第二工作模式,在所述发动机处于所述第一工作模式时,所述第一通断阀处于关断状态且所述第二通断阀可选择性地处于打开或关断状态,所述第二进气门在进气行程的末段打开以使通过所述第一进气门进入到所述燃烧室内的部分空气在所述第二通断阀处于打开状态时流向所述压气机;在所述发动机处于所述第二工作模式时,所述第一通断阀处于打开状态且所述第二通断阀处于关闭状态,所述第一进气门与所述第二进气门在进气行程时同步联动。
进一步地,所述第一进气门由所述第一凸轮驱动,所述第二进气门由所述第二凸轮或所述第三凸轮驱动,在所述发动机处于所述第一工作模式时所述第二进气门由所述第二凸轮驱动,且在所述发动机处于所述第二工作模式时所述第二进气门由所述第三凸轮驱动,所述第一凸轮与所述第三凸轮具有相同的线型,所述第二凸轮与所述第三凸轮的线型不同。
进一步地,所述第二凸轮的凸圆部分的曲率半径大于所述第三凸轮的凸圆部分的曲率半径。
进一步地,所述的发动机组件还包括:凸轮轴向驱动装置,所述凸轮轴向驱动装置设置成用于驱动所述第二凸轮和所述第三凸轮沿凸轮轴的轴向移动以切换与所述第二进气门配合的凸轮。
进一步地,所述第二凸轮与所述第三凸轮成一体结构。
进一步地,所述气缸为多个,每个所述气缸的第一进气门设置在第一进气道内,多个所述第一进气道与第一共用进气总管相连,每个所述气缸的第二进气门设置在第二进气道内,多个所述第二进气道与第二共用进气总管相连。
进一步地,所述第一通断阀连接在所述压气机的出气端与所述第二共用进气总管之间,所述第二通断阀连接在所述第二共用进气总管与所述压气机的进气端之间。
进一步地,所述第二通断阀与所述压气机的进气端之间设置有单向阀。
进一步地,所述第一通断阀和所述第二通断阀为电磁阀或真空阀。
相对于现有技术,本发明所述的发动机组件具有以下优势:
(1)本发明所述的发动机组件通过设置两个进气门,且控制第二进气门的进气或排气状态,可以使发动机在阿特金森循环与奥托循环之间平顺地切换,且涡轮增压器可在全工况下工作,控制第二通断阀的开启时间即可动态调节发动机在阿特金森循环工作模式下的膨胀比,发动机的泵气损失少,燃油经济性好,发动机在奥托循环工作模式下输出扭矩高。
(2)本发明所述的发动机组件,通过设置双支路的进气总管,便于控制进气状态。
(3)本发明所述的发动机组件,通过对第二凸轮的线型的修改,即可实现发动机工作模式的切换,发动机组件的设计及生产成本低。
本发明的另一目的在于提出一种车辆,以优化车辆的燃油经济比。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种车辆,设置有如上述任一种项所述的发动机组件。
所述车辆与上述发动机组件相对于现有技术所具有的优势相同,在此不再赘述。
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为本发明实施例所述的发动机组件的结构示意图;
图2为本发明实施例所述的凸轮的线型结构示意图;
图3为本发明实施例所述的发动机处于所述第一工作模式时的配气相位示意图;
图4为本发明实施例所述的发动机处于所述第二工作模式时的配气相位示意图。
附图标记说明:
100-发动机组件,1-涡轮增压器,11-压气机,2-发动机,20-气缸,21-第一进气门,211-第一凸轮,22-第二进气门,221-第二凸轮,222-第三凸轮,31-第一共用进气总管,32-第二共用进气总管,41-第一通断阀,42-第二通断阀,5-单向阀,6-中冷器,7-节气门,Ⅰ-第一进气门的配气相位,Ⅱ-在第一工作模式时第二进气门的配气相位,Ⅲ-在第二工作模式时第二进气门的配气相位。
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。
首先参照附图说明本发明实施例的发动机组件100。如图1-图4所示,发动机组件100包括涡轮增压器1、发动机2、第一通断阀41和第二通断阀42。
涡轮增压器1具有压气机11,压气机11用于向发动机2供应压缩空气,发动机2的气缸20内具有燃烧室,燃烧室对应设置有第一进气门21和第二进气门22,第一通断阀41设置在压气机11的出气端与第二进气门22之间,第二通断阀42设置在第二进气门22与压气机11的进气端之间。
其中,发动机2具有第一工作模式和第二工作模式。在发动机2处于第一工作模式时,第一通断阀41处于关断状态且第二通断阀42可选择性地处于打开或关断状态,第二进气门22在进气行程的末段打开以使通过第一进气门21进入到燃烧室内的部分空气在第二通断阀42处于打开状态时通过第二通断阀42流向压气机11。
可以理解的是,在发动机2处于第一工作模式时,压气机11通过第一进气门21向燃烧室供气,且压气机11的出气端与第二进气门22被第一通断阀41切断,如图3所示,Ⅰ为第一进气门21的配气相位,Ⅱ为第二进气门22的配气相位,在进气行程的末段第二进气门22打开,当第二通断阀42处于打开状态时,燃烧室与压气机11的进气端相连,由于燃烧室与压气机11的进气端之间存在压差,通过第一进气门21进入到燃烧室内的部分空气可以从第二进气门22流出,并通过第二通断阀42流向压气机11的进气端。当第二通断阀42处于关断状态时,燃烧室与压气机11的进气端被第二通断阀42切断,燃烧室内空气无法排除。
也就是说,在发动机2处于第一工作模式时,且第二通断阀42处于打开状态时,部分进气会排出,实际进气量减小,但活塞正常运转,膨胀比(做功行程/压缩行程)大于1,发动机2可以实现阿特金森循环,发动机2的热效率高且泵气损失少,且在部分进气排出后才开始喷油,避免燃油浪费,保证扭矩输出,发动机2的进气仅通过第一进气门21完成,可以进一步降低泵气损失,排出的部分气体流向压气机11的进气端,与涡轮增压器1的工作无干涉,涡轮增压器1可在阿特金森循环的工作模式下介入,且涡轮增压器1的工作效率高。通过调节第二通断阀42的开启时间,可以控制排出进气的量,从而实现膨胀比的动态调节。
在发动机2处于第二工作模式时,第一通断阀41处于打开状态且第二通断阀42处于关闭状态,第一进气门21与第二进气门22在进气行程时同步联动。
可以理解的是,在发动机2处于第二工作模式时,第一进气门21与第二进气门22均与压气机11的进气端相连,如图4所示,Ⅰ为第一进气门21的配气相位,Ⅲ为第二进气门22的配气相位,压气机11同时通过第一进气门21与第二进气门22向燃烧室供气。第一进气门21与第二进气门22均正常工作,发动机2处于奥托循环,涡轮增压器1正常工作,可以保证发动机2的高扭矩输出。
根据本发明实施例的发动机组件100,通过设置两个进气门,且控制第二进气门22的进气或排气状态,可以使发动机2在阿特金森循环与奥托循环之间平顺地切换,且涡轮增压器1可在全工况下工作,发动机2在阿特金森循环工作模式下可动态调节膨胀比,发动机2的泵气损失少,燃油经济性好,发动机2在奥托循环工作模式下输出扭矩高。
优选地,在部分负荷的情况下,发动机2切换到第一工作模式,在冷启动或中高负荷的情况下,发动机2切换到第二工作模式。比如在冷启动时,发动机2切换到第二工作模式,实行奥托循环,部分负荷时切换到第一工作模式,实现阿特金森循环,负荷升高后再切换到第二工作模式,实行奥托循环。
在发动机2处于第一工作模式时,第二通断阀42的状态可以根据工况来调节,也就是说,根据实际的工况来调节第二通断阀42的开启时间可以实现膨胀比的动态调节,尽可能地优化燃油经济比。
在本发明的一些优选的实施例中,如图1所示,气缸20可以为多个,比如四个,每个气缸20的第一进气门21可以设置在第一进气道内,多个第一进气道与第一共用进气总管31相连,每个气缸20的第二进气门22设置在第二进气道内,多个第二进气道与第二共用进气总管32相连。
也就是说,压气机11的出气端输出的空气分为两个支路,分别是第一共用进气总管31和第二共用进气总管32,每个气缸20的第一进气道均与第一共用进气总管31相连,每个气缸20的第二进气道均与第二共用进气总管32相连。由此,便于对各缸的进气状态进行统一调节,发动机组件100的进气管路布置清晰,结构简单。
进一步地,如图1所示,第一通断阀41可以连接在压气机11的出气端与第二共用进气总管32之间,第二通断阀42可以连接在第二共用进气总管32与压气机11的进气端之间。由此,通过控制第一通断阀41或第二通断阀42的状态即可同时控制各缸的进气状态,发动机组件100的进气状态更易调节。
可选地,第一通断阀41可以为电磁阀或真空阀,第二通断阀42可以为电磁阀或真空阀。这样,第一通断阀41和第二通断阀42的状态较易控制或切换。
在本发明的一些优选的实施例中,如图1所示,第二通断阀42与压气机11的进气端之间可以设置有单向阀5,单向阀5从第二通断阀42到压气机11的进气端单向导通,可以进一步防止空气的倒流。这样,发动机组件100的进气控制更可靠。
在本发明的一些优选的实施例中,如图2-图4所示,第一进气门21由第一凸轮211驱动,第二进气门22由第二凸轮221或第三凸轮222驱动,在发动机2处于第一工作模式时第二进气门22由第二凸轮221驱动,在发动机2处于第二工作模式时第二进气门22由第三凸轮222驱动,第一凸轮211与第三凸轮222具有相同的线型,第二凸轮221与第三凸轮222的线型不同,且第二凸轮221的凸圆部分的曲率半径大于第三凸轮222的凸圆部分的曲率半径。
可以理解的是,如图3所示,在发动机2处于第一工作模式时,直到进气行程的末段,第二凸轮221才能驱动第二进气门22打开,以在需要时排出部分进气,使发动机2切换至阿特金森循环;如图4所示,在发动机2处于第二工作模式时,第一凸轮211和第三凸轮222分别同步驱动第一进气门21与第二进气门22打开,使第一进气门21与第二进气门22在进气行程时同步联动,使发动机2切换至奥托循环。发动机2工作模式的切换过程简单,易于实现。
优选地,发动机组件100还可以包括凸轮轴向驱动装置(图中未示出),凸轮轴向驱动装置设置成用于驱动第二凸轮221和第三凸轮222沿凸轮轴的轴向移动以切换与第二进气门22配合的凸轮。
也就是说,在发动机2处于第一工作模式时,凸轮轴向驱动装置驱动第二凸轮221移动至与第二进气门22配合的位置,使第二进气门22可以在进气行程的末段打开;在发动机2处于第二工作模式时,凸轮轴向驱动装置驱动第三凸轮222移动至与第二进气门22配合的位置,使第二进气门22可以与第一进气门21在进气行程中同步联动。
在一个具体的实施例中,第二凸轮221与第三凸轮222可以成一体结构。也就是说,在一整个凸轮结构的轴向上间隔开设置两个凸圆部分,且这两个凸圆部分与第二凸轮221和第三凸轮222一一对应,由此,发动机组件100的结构更简单,成型更容易。
下面描述根据本发明的一个具体的实施例。
如图1所示,发动机组件100包括涡轮增压器1、发动机2、第一通断阀41和第二通断阀42、中冷器6和节气门7。
涡轮增压器1的压气机11的出气端与中冷器6的进气端相连,中冷器6的出气端与节气门7的进气端相连,节气门7的出气端的气路分为两个支路,分别是第一共用进气总管31和第二共用进气总管32。
发动机2的每个气缸20均对应第一进气门21和第二进气门22,每个气缸20的第一进气门21设置在各自的第一进气道内,每个气缸20的第二进气门22设置在各自的第二进气道内,多个第一进气道均与第一共用进气总管31相连,多个第二进气道均与第二共用进气总管32相连。
第一通断阀41连接在节气门7与第二共用进气总管32之间,第二通断阀42连接在第二共用进气总管32与压气机11的进气端之间,且第二通断阀42与压气机11的进气端之间设置有从第二通断阀42到压气机11的进气端单向导通的单向阀5,第一通断阀41和第二通断阀42均为电磁阀。
如图2-图4所示,第一进气门21由第一凸轮211驱动,第二进气门22由第二凸轮221或第三凸轮222驱动,第一凸轮211与第三凸轮222具有相同的线型,第二凸轮221与第三凸轮222的线型不同,且第二凸轮221的凸圆部分的曲率半径大于第三凸轮222的凸圆部分的曲率半径。
发动机2具有第一工作模式和第二工作模式,在部分负荷的情况下,发动机2切换到第一工作模式,在冷启动或中高负荷的情况下,发动机2切换到第二工作模式。
如图3所示,在发动机2处于第一工作模式时,第一通断阀41处于关断状态且第二通断阀42可选择性地处于打开或关断状态,第二进气门22由第二凸轮221驱动,直到进气行程的末段,第二凸轮221才能驱动第二进气门22打开。当第二通断阀42处于打开状态时,部分进气会排向压气机11的进气端,实际进气量减小,但活塞正常运转,膨胀比(做功行程/压缩行程)大于1,发动机2可以实现阿特金森循环,且涡轮增压器1可在阿特金森循环的工作模式下介入,根据工况来调节第二通断阀42的开启时间,从而实现膨胀比的动态调节。
如图4所示,在发动机2处于第二工作模式时,第一通断阀41处于打开状态且第二通断阀42处于关闭状态,第二进气门22由第三凸轮222驱动,第一进气门21与第二进气门22在进气行程时同步联动,发动机2处于奥托循环,涡轮增压器1正常工作。
综上所述,根据本发明实施例的发动机组件100,发动机2可在阿特金森循环与奥托循环之间平顺地切换,且涡轮增压器1可在全工况下工作,发动机2在阿特金森循环工作模式下可动态调节膨胀比,发动机2的泵气损失少,燃油经济性好,发动机2在奥托循环工作模式下输出扭矩高,且发动机组件100的进气管路布置清晰简单,进气状态易于控制。
下面描述根据本发明实施例的车辆。
如图1-图4所示,本发明实施例的车辆设置有上述任一种实施例的发动机组件100。
根据本发明实施例的车辆,通过设置上述结构形式的发动机组件100,可以实现不同工况下的最优进气,车辆的燃油经济性更优,输出扭矩高。
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 (10)
1.一种发动机组件(100),其特征在于,包括:
涡轮增压器(1);
发动机(2),所述发动机(2)的气缸(20)内具有燃烧室,所述燃烧室对应设置有第一进气门(21)和第二进气门(22);
第一通断阀(41),所述第一通断阀(41)设置在所述涡轮增压器(1)的压气机(11)的出气端与所述第二进气门(22)之间;
第二通断阀(42),所述第二通断阀(42)设置在所述第二进气门(22)与所述压气机(11)的进气端之间;其中所述发动机(2)具有第一工作模式和第二工作模式,
在所述发动机(2)处于所述第一工作模式时,所述第一通断阀(41)处于关断状态且所述第二通断阀(42)可选择性地处于打开或关断状态,所述第二进气门(22)在进气行程的末段打开以使通过所述第一进气门(21)进入到所述燃烧室内的部分空气在所述第二通断阀(42)处于打开状态时流向所述压气机(11);
在所述发动机(2)处于所述第二工作模式时,所述第一通断阀(41)处于打开状态且所述第二通断阀(42)处于关闭状态,所述第一进气门(21)与所述第二进气门(22)在进气行程时同步联动。
2.根据权利要求1所述的发动机组件(100),其特征在于,所述第一进气门(21)由所述第一凸轮(211)驱动,所述第二进气门(22)由所述第二凸轮(221)或所述第三凸轮(222)驱动,在所述发动机(2)处于所述第一工作模式时所述第二进气门(22)由所述第二凸轮(221)驱动,且在所述发动机(2)处于所述第二工作模式时所述第二进气门(22)由所述第三凸轮(222)驱动,所述第一凸轮(211)与所述第三凸轮(222)具有相同的线型,所述第二凸轮(221)与所述第三凸轮(222)的线型不同。
3.根据权利要求2所述的发动机组件(100),其特征在于,所述第二凸轮(221)的凸圆部分的曲率半径大于所述第三凸轮(222)的凸圆部分的曲率半径。
4.根据权利要求2所述的发动机组件(100),其特征在于,还包括:凸轮轴向驱动装置,所述凸轮轴向驱动装置设置成用于驱动所述第二凸轮(221)和所述第三凸轮(222)沿凸轮轴的轴向移动以切换与所述第二进气门(22)配合的凸轮。
5.根据权利要求2所述的发动机组件(100),其特征在于,所述第二凸轮(221)与所述第三凸轮(222)成一体结构。
6.根据权利要求1所述的发动机组件(100),其特征在于,所述压气机(11)的出气端设有第一共用进气总管(31)和第二共用进气总管(32),所述气缸(20)为多个,每个所述气缸(20)的第一进气门(21)设置在第一进气道内,多个所述第一进气道与第一共用进气总管(31)相连,每个所述气缸(20)的第二进气门(22)设置在第二进气道内,多个所述第二进气道与第二共用进气总管(32)相连。
7.根据权利要求6所述的发动机组件(100),其特征在于,所述第一通断阀(41)连接在所述压气机(11)的出气端与所述第二共用进气总管(32)之间,所述第二通断阀(42)连接在所述第二共用进气总管(32)与所述压气机(11)的进气端之间。
8.根据权利要求1所述的发动机组件(100),其特征在于,所述第二通断阀(42)与所述压气机(11)的进气端之间设置有单向阀(5)。
9.根据权利要求1所述的发动机组件(100),其特征在于,所述第一通断阀(41)和所述第二通断阀(42)为电磁阀或真空阀。
10.一种车辆,其特征在于,设置有如权利要求1-9中任一项所述的发动机组件(100)。
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- 2016-05-26 CN CN201610361970.3A patent/CN107435593B/zh active Active
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