CN108798874B - 多缸米勒循环发动机协同进气节能装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多缸米勒循环发动机协同进气节能装置及其控制方法，该装置包括：储气室，其通过进气支管连通进气门，用于储存燃烧室的高压低温可燃混合气；以及控制阀，其设置在进气支管内，用于控制通道的开启和关闭；机械活动阀，具有单向导通的能力，气体可以从主进气管道中进入燃烧室，而燃烧室的气体却无法返回。其中，当控制阀开启时，高压低温可燃混合气进入燃烧室，与进气主管的进气一起燃烧做功。本发明采用发动机协同进气装置，能够暂时储存米勒发动机压缩行程排出的高压低温可燃混合气，并在下一个气缸进气时与进气门一起提供气体。同时，根据控制阀开启的时间，使整个发动机等效于可变压缩比发动机，提高发动机的综合性能。

Description

多缸米勒循环发动机协同进气节能装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种利用高压低温可燃混合气体实现发动机协同进气的节能装置。

背景技术

米勒循环一般是通过延迟关闭进气门来实现膨胀比大于压缩比这一功能的发动机循环。米勒循环时进气门开启一直保持到在压缩过程初期，使部分进气返回进气道，减少进气充量。这一方面降低了有效压缩行程，在不改变膨胀行程的条件下导致发动机有效压缩行程小于有效膨胀行程，即实现了压缩比与膨胀比的分离，这不仅能够抑制发动机爆震还能降低碳氧化物排放；另一方面，部分负荷时通过推迟进气门关闭角度来实现发动机负荷控制，取代了节气门对发动机负荷的控制作用，减小了发动机的泵气损失，且膨胀行程大，有效机械功输出多，发动机热效率高，可以实现发动机在更高的设计压缩比下达到改善发动机经济性的目的。米勒循环技术被认为是一项能够大幅度提高燃油经济性充满前景的技术，被广泛应用于现代高效内燃机的大部分运行工况或专门设计为混合动力专用发动机。但是由于压缩行程延迟关闭进气门导致排出的新鲜可燃混合气与进气相互作用，降低了低速时的进气效率。而且实现米勒循环的可变进气门正时机构会在实施进气回流的时候，由于进气管道较长且温度较低，会使推出的可燃混合气中部分油液可能附着于管道壁上，加大了油液损失，增加了燃油消耗率，这对于非缸内直喷发动机更加明显。

此外，固定压缩比的汽油发动机不能在各种工况下充分发挥发动机的性能。譬如，在小负荷低转速时，发动机热效率较低，相应的综合性能较差，故要求有较高的压缩比；而在大负荷高转速时，若压缩比较高则很容易产生爆燃并产生很大的热负荷，造成机体损坏，故这时要求采用较小的压缩比。随负荷的变化而连续调节发动机的压缩比，可以最大限度的发掘发动机的潜力，进而提高发动机的综合性能。但是现有技术条件下发动机受制于结构限制，其燃烧室容积和气缸工作容积是一定的，故实现可变压缩比较为困难。

发明内容

本发明提供一种多缸米勒循环发动机协同进气节能装置及其控制方法，所述多缸米勒循环进气节能装置，目的是减少进气回流，避免燃油挂壁损失，并且循环利用可燃混合气。本发明的另一个目的是实现发动机压缩比连续可变。

本发明提供的技术方案结合附图说明如下：

一种多缸米勒循环发动机协同进气节能装置,该装置包括：机械活动阀107、控制阀104和储气室105，所述机械活动阀107为单向阀，位于进气主管102与进气支管103之间，防止气体回流；所述控制阀104为双向阀，位于进气支管103与储气室105之间，用于控制气体的流通；所述储气室105，位于控制阀104上方，连通各个气缸的进气支管103，用于存储高压低温可燃混合气；当进行到压缩行程时，高压低温可燃混合气从进气门106排出，压紧机械活动阀107，控制阀104打开，进入储气室内。

所述机械活动阀107，在进气时，进气主管102中的气体打开机械活动阀107，进入到燃烧室101中；当高压低温可燃混合气从燃烧室101排出时，却紧压在机械活动阀107上，无法返回进气主管；此时控制阀104开启，高压低温可燃混合气存储于储气室105中；当下一缸进气时，储气室105中气体通过进气支管103与进气主管102一同进入到燃烧室中。

所述排气管道501与储气室管道500紧贴，与发动机缸盖集成一体，保证可燃混合气的温度，减少挂壁损失。

通过控制阀104打开时间的先后，控制排出可燃混合气的多少，使整个发动机等效于连续可变压缩比发动机。

所述多缸米勒循环发动机协同进气节能装置的控制方法:

控制策略如下：所述控制阀104为电磁式，通过凸轮转角传感器来控制开启和关闭，所述控制阀104在进气门之前开启，以便于储气室105中的可燃混合气顺利进入燃烧室中；所述控制阀在活塞运动到下止点时，储气室105中的气体已经协助进气完毕，为防止气体回流需要及时关闭；根据发动机转速传感器传来的信号，控制阀104适当的延时关闭，这样压缩行程时燃烧室一部分气体被排出暂时存储到储气室105内，通过排出气体的多少来改变发动机的压缩比；进气门晚关利用了气体的惯性，增大了进气量；这样整个发动机等效于连续可变压缩比发动机,在小负荷低转速时，提高压缩比，而在大负荷高转速时，降低压缩比。控制流程图见图4。

有益效果：

1、米勒循环时在发动机第一个汽缸执行到压缩行程时，进气门根据米勒循环会延时关闭，一部分高压低温可燃混合气会在活塞上行时回流，不同于传统米勒循环发动机是通过进气门回流，本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置中此部分需要回流的可燃混合气不能通过机械活动阀返回主进气管道,而是通过打开的控制阀而进入到储气室中暂存，从而减少进气回流。而当第二个汽缸开始执行进气行程时，第二缸进气门打开的同时，在储气室内暂存的高压低温可燃混合气会通过打开控制阀进入气缸、协助进气门进气，实现可燃混合气的回收利用，减少能耗。

2、本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置中的储气室为空间相对狭小封闭的管状结构，集成设计于发动机缸盖内，环境温度相比较进气管温度较高，一定程度上避免了回流可燃混合气中燃油挂壁损失的问题。

3、根据控制阀打开时间的先后，可以控制排出可燃混合气的多少，使整个发动机等效于连续可变压缩比发动机,在小负荷低转速时，提高压缩比，而在大负荷高转速时，降低压缩比。提高发动机的综合性能。

附图说明

图1为本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置中在发动机单个气缸的结构布置示意图。

图2为本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置中应用在四缸发动机上的结构和工作示意图。

图3为本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置控制策略示意图。

图4为本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置控制方法流程图。

图中：

100-1#缸活塞，101-1#缸燃烧室，102-1#进气主管，103-1#缸进气支管，104-1#缸控制阀，105-1#缸储气室，106-1#进气门，107-1#缸机械活动阀。

200-2#缸活塞，201-2#缸燃烧室，202-2#进气主管，203-2#缸进气支管，204-2#缸控制阀，205-2#缸储气室，206-2#进气门，207-2#缸机械活动阀。

300-3#缸活塞，301-3#缸燃烧室，302-3#进气主管，303-3#缸进气支管，304-3#缸控制阀，305-3#缸储气室，306-3#进气门，307-3#缸机械活动阀。

400-4#缸活塞，401-4#缸燃烧室，402-4#进气主管，403-4#缸进气支管，404-4#缸控制阀，405-4#缸储气室，406-4#进气门，407-4#缸机械活动阀。

500-储气室通道，501-排气管道。

图3中的α为5°-10°，β为5°-10°，γ为10°-30°

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，所述控制阀104在进气管道的分支通道103内，连通燃烧室101与储气室105，用来控制高压低温可燃混合气的双向流通。机械活动阀107具有单向导通能力，进气时气体可以进入，但是当压缩行程排出的气体进入进气管道回流时，气体通过压紧机械活动阀107而关闭进气主管道，大部分气体通过控制阀104进入储气室105中。当下一个进气行程开始时，控制阀104打开，储气室105中的高压低温可燃混合气随着下一个进气门一起为下一个燃烧室提供可燃混合气体。储气室105为空间相对狭小封闭的管状结构，具有一定的结构强度，能够存储高压气体。储气室105与发动机缸盖采用集成一体化设计，布置于发动机缸盖内，环境温度相比较进气主管温度较高，可以一定程度避免回流可燃混合气中燃油在储气室105中挂壁损失的问题。

另外，为了提高发动机的燃油经济性，在小负荷低转速时，发动机热效率较低相应的综合性能较差，故要求有较高的压缩比。而在大负荷高转速时，因进气量很大，若压缩比较高则很容易产生爆燃并产生很大的热负荷，造成机体损坏，故这时要求采用较小的压缩比。本发明所述的一种米勒循环发动机协同进气节能装置可以通过控制控制阀104的开启与关闭时刻适应发动机在不同工况下的压缩比要求。发动机处于低转速、大负荷运转时，控制阀104关闭时间较早，可燃混合气体从燃烧室中回流较少，压缩比增大，动力性好。而发动机在高转速、大负荷运转时，控制阀104关闭时间较晚，气体从燃烧室中排出较多，压缩比下降，防止爆震。

如图2所示为四缸米勒循环发动机协同进气装置结构和工作示意图，由图2可知，进气管道由两部分组成，进气主管和进气支管，两者协调工作。各个储气室之间通过高压储气管500相互连接，高压储气管500与发动机缸盖集成一体化设计，结构紧凑。并且高压储气管500与排气管道501紧密相连，可以防止可燃混合气液化附着于管壁上。如图2所示，四缸米勒循环发动机协同进气工作过程如下：本发明以发动机进气顺序为1-4-2-3的顺序(即图中燃烧室序号为101-401-201-301气缸工作顺序)为实施例予以介绍,对于其他进气顺序的方案不构成有别于本发明的技术方案的创新。

首先，当1#缸活塞100运行到过了下止点惯性进气角的位置准备继续上行开始压缩行程时，可变进气正式机构控制进气门106延迟关闭，此时燃烧室101内部分高压低温可燃混合气在活塞上行推力下被推回进入进气支管道103，此时控制阀104根据发动机工况受控打开，而其他控制阀204,304,404保持关闭。此时大部分回流入进气道内的高压低温可燃混合气通过通道103和控制阀104进入管状储气室105内暂存，其余小部分通过进气道回流至进气歧管内。当活塞100继续上行运行到米勒循环设计的进气延迟关闭角的位置时，进气门106和控制阀104都关闭，此时有效压缩行程才开始，此时4#缸活塞正处于下行吸气行程，此时发动机ECU控制4#缸控制阀404打开，被推入储气室105内的高压低温可燃混合气通过打开的控制阀404和通道4#与进气道内进入的可燃混合气一起通过配气机构打开的进气门406进入4#气缸内，实现协同进气，减少通过进气门进入气缸的泵气损失。而当4#气缸活塞400运行到过了下止点惯性进气角的位置准备继续上行开始压缩行程时，此时重复1#缸所述的米勒循环发动机协同进气过程，以此类推。

采用多缸米勒发动机协同进气装置，能够存储压缩行程产生的高压低温可燃混合气，并在下一气缸需要时及时提供。同时，还可根据发动机工况选择合适的控制阀开启时间，改变发动机压缩比，提高发动机综合性能。

控制策略：本发明的控制阀为电磁式，通过凸轮转角传感器来控制开启和关闭。控制阀在进气门之前开启，以便于储气室中的可燃混合气顺利进入燃烧室中。控制阀在活塞运动到下止点时，储气室中的气体已经协助进气完毕，为防止气体回流需要及时关闭。根据发动机转速传感器传来的信号，控制阀可以适当的延时关闭，这样压缩行程时燃烧室一部分气体被排出暂时存储到储气室内，通过排出气体的多少来改变发动机的压缩比。进气门晚关利用了气体的惯性，增大了进气量。这样整个发动机等效于连续可变压缩比发动机,在小负荷低转速时，提高压缩比，而在大负荷高转速时，降低压缩比。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种多缸米勒循环发动机协同进气节能装置,其特征在于：

该装置包括：机械活动阀（107）、控制阀（104），储气室（105）和高压储气管道（500）；

所述机械活动阀（107）为单向阀，位于进气主管（102）与进气支管（103）之间；所述机械活动阀（107），当气缸进气时，进气主管（102）中的气体打开机械活动阀（107）进入到燃烧室（101）中；当高压低温可燃混合气从燃烧室（101）排出气缸时，却紧压在机械活动阀（107）上，无法返回进气主管（102）；

所述控制阀（104）为双向阀，位于进气支管（103）内与储气室（105）之间，用于控制高压低温可燃混合气在储气室（105）和发动机燃烧室间的双向流通；

所述储气室（105），位于控制阀（104）上方，通过高压储气管道（500）连通各个气缸的进气支管（103），用于存储高压低温可燃混合气；

所述高压储气室管道（500）与发动机缸盖集成一体，并与排气管道（501）紧贴，保证可燃混合气的温度，减少挂壁损失；

当某气缸进行到压缩行程时，高压低温可燃混合气从进气门（106）排出，压紧机械活动阀（107）防止气体回流进入进气主管（102），此时控制阀（104）根据发动机工况受控打开，大部分推出气缸的高压低温可燃混合气进入储气室（105）内暂存，其余小部分通过进气道回流至进气歧管内，当气缸活塞继续上行运行到米勒循环设计的进气延迟关闭角的位置时，进气门（106）和控制阀（104）都关闭；当下一气缸进气时，储气室（105）中气体通过高压储气管500进入到下一工作气缸的储气室（105），并通过其开启的控制阀（104）进入其进气支管（103），与其进气主管（102）进入的可燃混合气一起通过进气门（106）进入到燃烧室中实现协同进气。

2.如权利要求1所述的一种多缸米勒循环发动机协同进气节能装置，其特征在于：

通过控制阀（104）打开时间的先后，控制排出可燃混合气的多少，使整个发动机等效于连续可变压缩比发动机。

3.如权利要求1或2所述的一种多缸米勒循环发动机协同进气节能装置的控制方法，其特征在于：

控制策略如下：所述控制阀（104）为电磁式，通过凸轮转角传感器来控制开启和关闭，所述控制阀（104）在进气门之前开启，以便于储气室（105）中的可燃混合气顺利进入燃烧室中；所述控制阀在活塞运动到下止点时，储气室（105）中的气体已经协助进气完毕，为防止气体回流需要及时关闭；根据发动机转速传感器传来的信号，控制阀（104）适当的延时关闭，这样压缩行程时燃烧室一部分气体被排出暂时存储到储气室（105）内，通过排出气体的多少来改变发动机的压缩比；进气门晚关利用了气体的惯性，增大了进气量；这样整个发动机等效于连续可变压缩比发动机,在小负荷低转速时，提高压缩比，而在大负荷高转速时，降低压缩比。