CN109630411B - 一种可变压缩比的增压器及应用和发动机调控技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变压缩比的增压器，包括进气管、排气管、壳体、第一转子、第二转子、齿轮组和皮带轮；同时公开了一种发动机压缩比调控技术，具体调控步骤如下：S1：将排气管排气口串联到发动机气体进口处；S2：调整进气口挡板或/和出气口挡板对进入到发动机气缸内的气体进行预压缩；S3：再次调整进气口挡板或/和出气口挡板使得进入到发动机气缸内的气体压力不同于S2中进入到发动机气缸内的气体的压力，以实现发动机压缩比的调控。本发明提供的可变压缩比的增压器及在发动机上的应用和调控方法，在不改变发动机结构的情况下通过调整进气预压缩比从而改变发动机压缩比，低成本地改善和提高发动机性能。

Description

一种可变压缩比的增压器及应用和发动机调控技术
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，具体涉及可变压缩比的增压器及其在发动机上的应用和发动机压缩比的调控方法。
背景技术
为适应节能减排发展趋势，以较小发动机排量获得较大输出动力已经成为内燃机汽车行业的共识和目标，带有机械增压和涡轮增压的汽车发动机得到了普遍应用。
目前，汽车发动机机械增压以“三叶形”罗茨增压器为主，存在不足之处：①增压器工作时进气口、排气口始终处于打开状态，不能通过改变开度而调整吸排气量与压缩比，特别是在排气口处气体回流冲击大、噪音大；②增压器外壳与转子、转子之间间隙密封、间隙密封距离短，密封效果不好，特别是低速时压缩气体回流泄露较严重，降低了增压器效率；③最主要的是罗茨增压器没有内压缩功能，无用功耗大、温升高。
可变压缩比发动机已经在汽车行业开始得到应用。但目前的可变压缩比发动机需要改变发动机结构，增加控制机构，改变活塞行程或者缸盖位置从而改变气缸容积，在气缸内部完成压缩和压缩比调整，致使发动机结构和操作控制更复杂、生产成本更高。
为了解决上述问题，亟需发明一种可变压缩比的增压器及应用和发动机压缩比调控技术，以解决目前可变压缩比的发动机结构和操作复杂、生产成本较高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变压缩比的增压器及在发动机上的应用和调控方法，在不改变发动机结构的情况下通过调整进气预压缩比从而改变发动机压缩比，低成本地改善和提高发动机性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可变压缩比的增压器，包括进气管、排气管、壳体、第一转子、第二转子、齿轮组和皮带轮；
所述进气管和排气管分别相连通安装在排气口端盖的两端，所述排气口端盖安装在进排气中间壁上，所述进排气中间壁壁体设置对称的进气口和排气口，所述进排气中间壁壁体两侧分别设置进气挡板控制齿轮和出气挡板控制齿轮，所述进气挡板控制齿轮与进气口挡板上的齿相啮合，所述出气挡板控制齿轮与出气口挡板上的齿相啮合，所述进气口挡板通过遮挡进气口的大小进行控制进气口的开度大小，所述出气口挡板通过遮挡排气口的大小进行控制排气口的开度大小；
所述进排气中间壁安装在壳体上，所述第一转子和第二转子设置在壳体的内部，所述第一转子侧部设置外凸的第一爪件，所述第二转子侧部设置外凸的第二爪件，所述第一转子侧部设置有容纳第二爪件的第一爪件凹部，所述第二转子侧部设置有容纳第一爪件的第二爪件凹部；
所述第一转子设置有第一传动轴，所述第一传动轴前端连接皮带轴，所述皮带轮设置在皮带轴的前端，所述第一传动轴通过齿轮组驱动第二转子与第一转子进行反向旋转。
进一步的，所述进气管和排气管分别覆盖在进气口和排气口上，并且与之连通。
进一步的，所述进气挡板控制齿轮和出气挡板控制齿轮均通过电机进行驱动和控制，所述进气挡板控制齿轮和出气挡板控制齿轮均安装在电机输出轴的前端，所述电机输出轴穿过设置在排气口端盖上的轴承。
进一步的，所述第一转子和第二转子平行设置，且其侧部密封贴合，所述第一爪件和第二爪件均与壳体内壁呈间隙密封。
进一步的，所述第一转子、第一爪件、第一爪件凹部和壳体内壁形成进气腔；所述第二转子、第二爪件、第二爪件凹部和壳体内壁形成排气腔。
进一步的，所述壳体的另一端安装有压盖，所述皮带轴前端穿过压盖使得皮带轮裸漏在压盖外侧。
进一步的，所述进气口挡板和出气口挡板均可围绕设置在进排气中间壁上的从动轴进行旋转。
本发明还公开了一种可变压缩比的增压器的应用，所述应用包括在发动机压缩比调控技术上的应用，以及在真空泵、空气压缩机、空调压缩机上的应用。
一种发动机压缩比调控方法，可变压缩比的增压器在发动机调控技术上的应用，具体调控步骤如下：
S1：将排气管排气口串联到发动机气体进口处；
S2：调整进气口挡板或/和出气口挡板对进入到发动机气缸内的气体进行预压缩；
S3：再次调整进气口挡板或/和出气口挡板使得进入到发动机气缸内的气体压力不同于S2中进入到发动机气缸内的气体的压力，以实现发动机压缩比的调控。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的可变压缩比的增压器，可变压缩比增压器的爪件外端为与壳体相配合的弧形，从而与壳体之间形成面接触，而传统的机械增压器的转子与壳体之间是线接触，本发明延长了间隙密封的距离，使密封效果好，进而提高了增压器的效率，解决了增压器在低速时压缩气体回流泄漏严重的问题。
2、进气口与排气口通过对应的爪件凹部与壳体内腔连通，解决了工作时进气口与排气口始终处于打开状态的问题，从而能够通过改变进气口和排气口的开度而调整吸排气量与压缩比，解决了排气口处气体回流冲击大，噪音大的问题，使转子具有内压缩功能，无用功耗小，温升低；进气调节机构能够调节进气口的开度，排气调节机构能够调节排气口的开度，从而能够调节压缩比，并且不需要改变发动机的结构，生产成本低。
3、进气管和排气管方便安装在汽车发动机上，与汽车发动机配合方便。
4、调节轮带动调节轮挡板转动，从而依靠调节轮挡板调节进气口的开度，方便调节进气口的进气量，调节轮通过进气调节电机带动，控制方便。
5、进/出气挡板控制齿轮通过控制进/出气挡板通过控制进/出气口挡板侧部的轮齿带动其转动，以便调节进气口或排气口的开度，进一步改变其压缩比；同时可以使进/出气调节电机安装方便，能够直接设置在壳体外侧，方便了进/出气调节电机的拆装和维护。
6、爪件为弧形，提高了爪件的强度，进而提高了增压器的使用寿命。
7、两个转子通过两个相啮合的同步齿轮实现同步转动，保证两个转子的之间传动精确，保证转子的爪件与另一个转子的爪件凹部对正，保证增压器工作稳定。
8、传动轴与压盖密封且转动连接，方便增压器的安装和传动。
本发明提供的一种可变压缩比的增压器及应用和发动机压缩比调控技术，可变压缩比增压器，具有内压缩功能，可以调整吸排量和压缩比，以适应发动机低转速与大扭矩、高转速与小扭矩运行状态不同需要，密封效果好、噪音低、效率高。
所涉及可变压缩比增压器，特别是在发动机结构不作任何改动的情况下，串联到发动机气体进口处，对气体进行预压缩，并根据需要调整排量和压缩比，实现发动机压缩比可调，提高发动机效率，降低生产成本，增强产品竞争力。
发动机压缩比调控技术，不改变汽车发动机原有结构，在气体进入发动机气缸前进行预压缩，并通过调整预压缩比实现汽车发动机压缩比变化。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明；但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例；凡基于本发明的构思所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明一种可变压缩比的增压器立体结构爆炸示意图；
图2为本发明一种可变压缩比的增压器排气口端盖主视结构示意图；
图3为本发明一种可变压缩比的增压器第一转子与第二转子配合图；
图中：
1-进气管；2-排气管；3-壳体；4-第一转子；5-第二转子；6-齿轮组；7-皮带轮；8-排气口端盖；9-进排气中间壁；10-进气口；11-排气口；12-进气挡板控制齿轮；13-出气挡板控制齿轮；14-进气口挡板；15-出气口挡板；16-第一传动轴；17-皮带轴；18-电机输出轴；19-轴承；20-进气腔；21-排气腔；22-压盖；23-从动轴；41-第一爪件；42-第一爪件凹部；51-第二爪件；52-第二爪件凹部；。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1～3所示，本发明一种可变压缩比的增压器，包括进气管1、排气管2、壳体3、第一转子4、第二转子5、齿轮组6和皮带轮7；
所述进气管1和排气管2分别相连通安装在排气口端盖8的两端，所述排气口端盖8安装在进排气中间壁9上，所述进排气中间壁9壁体设置对称的进气口10和排气口11，所述进排气中间壁9壁体两侧分别设置进气挡板控制齿轮12和出气挡板控制齿轮13，所述进气挡板控制齿轮12与进气口挡板14上的齿相啮合，所述出气挡板控制齿轮13与出气口挡板15上的齿相啮合，所述进气口挡板14通过遮挡进气口10的大小进行控制进气口10的开度大小，所述出气口挡板15通过遮挡排气口11的大小进行控制排气口11的开度大小；通过进/出气挡板控制齿轮的旋转改变进/出气挡板与进/排气口的重合度而调整进/排气口开度从而实现排气量和压缩比的变化，其具体控制原理与汽车ECU控制节气门开度一致；
所述进排气中间壁9安装在壳体3上，所述第一转子4和第二转子5设置在壳体3的内部，所述第一转子4侧部设置外凸的第一爪件41，所述第二转子5侧部设置外凸的第二爪件51，所述第一转子4侧部设置有容纳第二爪件51的第一爪件凹部42，所述第二转子5侧部设置有容纳第一爪件41的第二爪件凹部52；
所述第一转子4设置有第一传动轴16，所述第一传动轴16前端连接皮带轴17，所述皮带轮7设置在皮带轴17的前端，所述第一传动轴16通过齿轮组6驱动第二转子5(如附图1所示，为了简便附图1中未显示与第二转子相配合的第二传动轴)与第一转子4进行反向旋转。
进一步的，所述进气管1和排气管2分别覆盖在进气口10和排气口11上，并且与之连通。
进一步的，所述进气挡板控制齿轮12和出气挡板控制齿轮13均通过电机进行驱动和控制，所述进气挡板控制齿轮12和出气挡板控制齿轮13均安装在电机输出轴18的前端，所述电机输出轴18穿过设置在排气口端盖8上的轴承19外接电机。
进一步的，所述第一转子4和第二转子5平行设置，且其侧部密封贴合，所述第一爪件41和第二爪件51均与壳体3内壁呈间隙密封。
进一步的，所述第一转子4、第一爪件41、第一爪件凹部42和壳体3内壁形成进气腔20；所述第二转子5、第二爪件51、第二爪件凹部52和壳体3内壁形成排气腔21。
进一步的，所述壳体3的另一端安装有压盖22，所述皮带轴17前端穿过压盖22使得皮带轮7裸漏在压盖22外侧。
进一步的，所述进气口挡板14和出气口挡板15均可围绕设置在进排气中间壁9上的从动轴23进行旋转。
本发明还公开了一种可变压缩比的增压器在发动机调控技术上的应用。
一种发动机压缩比调控方法，可变压缩比的增压器在发动机调控技术上的应用，具体调控步骤如下：
S1：将排气管2排气口串联到发动机气体进口处；
S2：调整进气口挡板14或/和出气口挡板15对进入到发动机气缸内的气体进行预压缩；
S3：再次调整进气口挡板14或/和出气口挡板15使得进入到发动机气缸内的气体压力不同于S2中进入到发动机气缸内的气体的压力，以实现发动机压缩比的调控。
在本实施例中，排气腔的容积为Vo，排气腔的压强为Po，进气腔9的容积为Vi，进气腔的压强为Pi，在在忽略气体压缩温度升高因素的情况下，Pi*Vi＝Po*Vo＝C，其中C为常数。在进气口挡板保持位置不变的情况下，通过调整排气口挡板与排气口的重合度，排气压强Po与排气压缩容积Vo成反比，排气口开度越小，压缩容积Vo越小，压缩比越大，进入发动机气缸的气体压力越大。排气压强Po即为排气腔的压强为Po，排气压缩容积Vo即为排气腔的容积为Vo。
以汽车发动机气缸压缩比8:1为例，本发明可变压缩比增压器进气口开度保持最大，排气口开度最大时，预压缩增压比为1:1，汽车发动机气缸压缩比保持8:1不变，适合发动机高转速状态工况；进气口开度保持最大，排气口14开度调整到0.57Vo，气体预压缩增压比为1:1.75，进入发动机气缸再次按8:1压缩，气体燃烧压缩比为14:1，可为发动机低速时提供最大扭矩。根据节气门开度大小、发动机转速对进气口、排气口开度实时、动态调控，可以实现发动机压缩比动态可调。本发明在气体压缩腔内没有机械摩擦、不需要机械润滑，不会对所压缩气体产生污染或掺入杂质。
同时，本发明所涉及增压器属于一种可变容积泵，其原理和技术不仅限于在汽车技术领域，也可以应用于真空泵、空气压缩机、空调压缩机领域。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种可变压缩比的增压器，其特征在于：包括进气管（1）、排气管（2）、壳体（3）、第一转子（4）、第二转子（5）、齿轮组（6）和皮带轮（7）；
所述进气管（1）和排气管（2）分别相连通安装在排气口端盖（8）的两端，所述排气口端盖（8）安装在进排气中间壁（9）上，所述进排气中间壁（9）壁体设置对称的进气口（10）和排气口（11），所述进排气中间壁（9）壁体两侧分别设置进气挡板控制齿轮（12）和出气挡板控制齿轮（13），所述进气挡板控制齿轮（12）与进气口挡板（14）上的齿相啮合，所述出气挡板控制齿轮（13）与出气口挡板（15）上的齿相啮合，所述进气口挡板（14）通过遮挡进气口（10）的大小进行控制进气口（10）的开度大小，所述出气口挡板（15）通过遮挡排气口（11）的大小进行控制排气口（11）的开度大小；
所述进排气中间壁（9）安装在壳体（3）上，所述第一转子（4）和第二转子（5）设置在壳体（3）的内部，所述第一转子（4）侧部设置外凸的第一爪件（41），所述第二转子（5）侧部设置外凸的第二爪件（51），所述第一转子（4）侧部设置有容纳第二爪件（51）的第一爪件凹部（42），所述第二转子（5）侧部设置有容纳第一爪件（41）的第二爪件凹部（52）；
所述第一转子（4）和第二转子（5）平行设置，且其侧部密封贴合，所述第一爪件（41）和第二爪件（51）均与壳体（3）内壁呈间隙密封；
所述第一转子（4）、第一爪件（41）、第一爪件凹部（42）和壳体（3）内壁形成进气腔（20）；所述第二转子（5）、第二爪件（511）、第二爪件凹部（52）和壳体（3）内壁形成排气腔（21）；
所述第一转子（4）设置有第一传动轴（16），所述第一传动轴（16）前端连接皮带轴（17），所述皮带轮（7）设置在皮带轴（17）的前端，所述第一传动轴（16）通过齿轮组（6）驱动第二转子（5）与第一转子（4）进行反向旋转；
所述壳体（3）的另一端安装有压盖（22），所述皮带轴（17）前端穿过压盖（22）使得皮带轮（7）裸漏在压盖（22）外侧；
所述进气口挡板（14）和出气口挡板（15）均可围绕设置在进排气中间壁（9）上的从动轴（23）进行旋转。
2.根据权利要求1所述的一种可变压缩比的增压器，其特征在于：所述进气管（1）和排气管（2）分别覆盖在进气口（10）和排气口（11）上，并且与之连通。
3.根据权利要求1所述的一种可变压缩比的增压器，其特征在于：所述进气挡板控制齿轮（12）和出气挡板控制齿轮（13）均通过电机进行驱动和控制，所述进气挡板控制齿轮（12）和出气挡板控制齿轮（13）均安装在电机输出轴（18）的前端，所述电机输出轴（18）穿过设置在排气口端盖（8）上的轴承（19）。
4.权利要求1~3任意一项所述的可变压缩比的增压器的应用，其特征在于：所述应用包括在发动机压缩比调控技术上的应用，以及在真空泵、空气压缩机、空调压缩机上的应用。
5.一种发动机压缩比调控方法，其特征在于：根据权利要求4所述的可变压缩比的增压器在发动机调控技术上的应用，具体调控步骤如下：
S1：将排气管（2）排气口串联到发动机气体进口处；
S2：调整进气口挡板（14）或/和出气口挡板（15）对进入到发动机气缸内的气体进行预压缩；
S3：再次调整进气口挡板（14）或/和出气口挡板（15）使得进入到发动机气缸内的气体压力不同于S2中进入到发动机气缸内的气体的压力，以实现发动机压缩比的调控。
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