CN116717339A - 发动机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种发动机及其工作方法。发动机的工作方法包括：提供排气模块；控制排气模块在预设排气时刻开启时，调节排气模块处的气体加压输出，预设排气时刻晚于排气模块的排气正时。本申请将排气模块的延迟晚开操作与排气模块的气体加压输出操作相结合，利用预设间隔时间内的缸压继续做功，能充分利用燃料燃烧的热力学膨胀功，极大地提高了发动机的有效膨胀比，热效率提高，并且排气模块的预设排气时刻晚于排气模块的排气正时，气缸内压力低，排气效率会变差，将排气模块的气体加压输出能够使排气模块前后压差满足发动机当前工作工况，保证进气阶段新鲜空气可以进入，减少了发动机工作模式的切换操作。

Description

发动机及其工作方法

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，特别是涉及发动机及其工作方法。

背景技术

发动机的配气相位机构用于向气缸提供新鲜空气，并将燃烧后的废气排出，以满足汽油或柴油燃烧做功需要，配气相位机构通过开启和关闭各个气缸的进气门和排气门，以实现发动机气缸换气补给。

传统发动机的配气相位机构多采用进气门和排气门正时工作，以使得进入气缸内的空气量满足发动机工作要求，但是在此种条件限制下，发动机的膨胀比固定，很难进行提高。

发明内容

基于此，有必要针对发动机膨胀比不易提高的问题，提供一种发动机及其工作方法。

本申请第一方面的实施例提出了一种发动机的工作方法，包括：

提供排气模块；

控制所述排气模块在预设排气时刻开启时，调节所述排气模块处的气体加压输出，所述预设排气时刻晚于所述排气模块的排气正时。

在其中一个实施例中，所述预设排气时刻晚于所述排气模块的排气正时，包括：

所述排气模块包括凸轮轴、凸轮和排气门，所述凸轮设置于所述凸轮轴上，所述凸轮用于调节所述排气门打开和关闭；

调节所述凸轮轴的转速或调节所述凸轮的形状，以使所述预设排气时刻晚于所述排气模块的排气正时。

在其中一个实施例中，调节所述排气模块处的气体加压输出，包括：

提供气泵，用于将所述排气模块的气体加压吸出；

当所述排气模块在预设排气时刻开启时，调节所述气泵保持开启状态。

在其中一个实施例中，在调节所述排气模块处的气体加压输出之后，还包括：

对所述排气模块输出的气体进行加热。

在其中一个实施例中，对所述排气模块输出的气体进行加热，包括：

提供加热器和后处理器；

当所述排气模块在预设排气时刻开启时，调节所述加热器保持开启，所述排气模块输出的气体依次进入所述加热器和所述后处理器。

本申请第二方面的实施例提出了一种发动机，包括：

气缸；

排气模块，用于调节所述气缸内的气体排出，所述排气模块与所述气缸相连通，且所述排气模块的开启时刻为预设排气时刻；

气泵，用于将所述排气模块处的气体加压输出，所述气泵与所述排气模块相连通；

控制模块，用于调节所述预设排气时刻晚于所述排气模块的排气正时，且用于调节所述气泵的开关状态，所述控制模块与所述排气模块、所述气泵相通信连接。

在其中一个实施例中，所述排气模块包括排气门，所述排气门用于调节所述气缸内的气体输出，所述排气门设置在所述气缸上。

在其中一个实施例中，所述排气模块还包括涡轮机，所述涡轮机设置于所述排气门与所述气泵之间。

在其中一个实施例中，所述排气模块包括凸轮轴和凸轮，所述凸轮用于调节所述排气门打开和关闭，所述凸轮设置于所述凸轮轴上。

在其中一个实施例中，所述发动机还包括加热器和后处理器，所述排气模块、所述气泵、所述加热器和所述后处理器沿所述气体的排气方向依次连接。

上述发动机的工作方法，将排气模块的延迟晚开操作与排气模块的气体加压输出操作相结合，排气模块的延迟晚开操作能延长发动机闭口段时长，在气缸的活塞运动至上止点后到排气模块的排气正时开启前，发动机的气缸内压力仍处于较高水平，传统发动机通过此时的较高缸内压力排除缸内气体，而本申请通过预设排气时刻晚于排气模块的排气正时使排气模块晚开，形成预设间隔时间，利用预设间隔时间内的缸压继续做功，能充分利用燃料燃烧的热力学膨胀功，极大地提高了发动机的有效膨胀比，热效率提高，并且排气模块的预设排气时刻晚于排气模块的排气正时，气缸内压力低，排气效率会变差，将排气模块的气体加压输出能够使排气模块前后压差满足发动机当前工作工况，保证进气阶段新鲜空气可以进入，减少了发动机工作模式的切换操作，使发动机保持在低油耗工况高效工作，从而达到节能减排作用。

附图说明

图1为本申请实施例的发动机的工作方法的示意图。

图2为本申请实施例的发动机的结构示意图。

图3为本申请实施例的发动机的曲轴转角与气缸缸压的变化关系示意图。

图4为图3中曲线右侧段的放大图。

图5为本申请实施例的发动机的气缸缸内容积与气缸缸压的变化示意图。

图6为图5中曲线右侧段的放大图。

图中：

1、气缸；2、排气模块；21、排气门；22、涡轮机；23、排气歧管；

3、气泵；4、控制模块；5、加热器；6、后处理器；7、压气机；

8、进气歧管；9、中冷器；10、蓄电池；11、外界环境。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

这里需要说明的是，车辆的发动机系统可应用下述的发动机的工作方法，发动机的电子控制单元(ECU，Electronic Control Unit)可作为发动机的工作方法的执行主体。

参阅图1-2，本申请一实施例提供的发动机的工作方法，包括：

提供排气模块2；

控制排气模块2在预设排气时刻开启时，调节排气模块2处的气体加压输出，预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时。

如此设置，本实施例将排气模块2的延迟晚开操作与排气模块2的气体加压输出操作相结合，排气模块2的延迟晚开操作能延长发动机闭口段时长，在气缸1的活塞运动至上止点后到排气模块2的排气正时开启前，发动机的气缸1内压力仍处于较高水平，传统发动机通过此时的较高缸内压力排除缸内气体，而本实施例通过预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时使排气模块2晚开，形成预设间隔时间，利用预设间隔时间内的缸压继续做功，能充分利用燃料燃烧的热力学膨胀功，极大地提高了发动机的有效膨胀比，热效率提高，并且排气模块2的预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，气缸1内压力低，排气效率会变差，将排气模块2的气体加压输出能够使排气模块2前后压差满足发动机当前工作工况，保证进气阶段新鲜空气可以进入，减少了发动机工作模式的切换操作，使发动机保持在低油耗工况高效工作，从而达到节能减排作用，发动机的工作方法可应用在基于微混系统的发动机中，解决了发动机膨胀比不易提高的问题。

在一些实施例中，预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，包括：

排气模块2包括凸轮轴、凸轮和排气门21，凸轮设置于凸轮轴上，凸轮用于调节排气门21打开和关闭，即排气门21的具体结构与传统排气门21结构相近，排气门21通过调节气门杆移动即可调节排气的打开导通和关闭截止状态，凸轮与排气门21的气门杆相传动，凸轮转动即可带动气门杆往复移动。凸轮轴转动带动凸轮同步转动，进而带动气门杆往复移动，从而带动排气门21打开或关闭。

调节凸轮轴的转速或调节凸轮的形状，以使预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，具体可选地，当凸轮轴转动使凸轮未推动气门杆移动，使排气门21保持关闭的过程中，可至少减慢此过程中凸轮轴的转速，以延长排气门21的关闭时间，进而使排气门21的预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时。或者，可将凸轮的形状设计为凸轮型线的气门开启段的角度沿凸轮的转动方向延后一定角度，此延后角度可以但不限于为30°-40°，以使预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，可根据实际需要进行选用设计。

这里需要说明的是，对于排气模块2的排气正时与传统发动机的排气正时标准相同，具体可选地，在进气、压缩、做功、排气四个行程中，气缸1曲轴要转两周，而进气门或排气门21只动作一次。凸轮轴的转速可为曲轴转速的一半，以使上下合拍，也就是达到正时。凸轮轴齿轮可为曲轴齿轮齿数的两倍，以使凸轮轴齿轮的转速慢下一半。

参阅图3-4，其示出了发动机的曲轴转角与气缸缸压的变化关系示意图，横坐标为发动机的曲轴转角，数值单位为度，纵坐标为气缸缸压，数值单位为升。图中黑色粗线为排气模块2在预设排气时刻打开过程中对应的曲线，灰色线为排气模块2在排气正时打开过程中对应的曲线，黑色粗线围设的面积明显大于灰色线围设的面积。参阅图5-6，其示出了发动机的气缸缸内容积与气缸缸压的变化示意图，横坐标为气缸缸内容积，数值单位为升，纵坐标为气缸缸压，数值单位为巴，此图也称PV图，图中黑色粗线为排气模块2在预设排气时刻打开过程中对应的曲线，灰色线为排气模块2在排气正时打开过程中对应的曲线，曲线围设的面积为热功，由图可见，排气模块2在预设排气时刻开启对应的热功相比于排气模块2在排气正时开启对应的热功会有明显提升。

在一些实施例中，调节排气模块2处的气体加压输出，包括：

提供气泵3，用于将排气模块2的气体加压吸出；

当排气模块2在预设排气时刻开启时，调节气泵3保持开启状态，即气泵3可设置在排气模块2的后方，气泵3开启能够在排气模块2的后方形成负压，加速气缸1内的气体从排气模块2内流出，使排气模块2前后压差满足发动机当前工作工况，保证进气阶段新鲜空气可以进入，减少了发动机工作模式的切换操作。

在一些实施例中，在调节排气模块2处的气体加压输出之后，还包括：

对排气模块2输出的气体进行加热，即通过对排气模块2输出的气体进行进一步加热处理，能够使输出的气体更易进行进一步地反应处理，达到处理温度，反应更加充分彻底。

在一些实施例中，对排气模块2输出的气体进行加热，包括：

提供加热器5和后处理器6；

当排气模块2在预设排气时刻开启时，调节加热器5保持开启，排气模块2输出的气体依次进入加热器5和后处理器6，即排气模块2排出的气体经过加热器5进行加热处理后，获得一定的温度，然后再进入后处理器6进行反应，如此设置，将气体加热能够使输出的气体在后处理器6内反应更加充分，满足后处理器6的再生条件。而且，通过气泵3将排气模块2的气体加压吸出与通过加热器5将气泵3输出的气体加热后再输送至后处理器6相结合，能够使发动机在不切换工作模式的模式下，满足后处理再生条件，使得发动机始终保持在高效的工作模式下。

参阅图2，本申请的另一实施例提供的发动机，发动机可用于实施上述的发动机的工作方法，控制模块4可作为发动机的工作方法的执行主体。发动机的工作方法可应用在基于微混系统的发动机中，发动机包括气缸1、排气模块2、气泵3和控制模块4，排气模块2用于调节气缸1内的气体排出，排气模块2与气缸1相连通，且排气模块2的开启时刻为预设排气时刻。气泵3用于将排气模块2处的气体加压输出，气泵3与排气模块2相连通。控制模块4用于调节预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，且控制模块4用于调节气泵3的开关状态，控制模块4与排气模块2、气泵3相通信连接。

如此设置，本实施例通过控制模块4调节排气模块2晚开与在排气模块2后设置气泵3相结合，通过控制模块4调节排气模块2的预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，能够延长发动机闭口段时长，在气缸1的活塞运动至上止点后到排气模块2的排气正时开启前，发动机的气缸1内压力仍处于较高水平，传统发动机通过此时的较高缸内压力排除缸内气体，而本实施例通过控制模块4调节排气模块2的预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时使排气模块2晚开，形成预设间隔时间，利用预设间隔时间内的缸压继续做功，能充分利用燃料燃烧的热力学膨胀功，极大地提高了发动机的有效膨胀比，热效率提高。并且排气模块2的预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时，气缸1内压力低，排气效率会变差，通过设置气泵3，控制模块4调节气泵3至少在排气模块2排气过程中保持开启，能够将排气模块2的气体加压输出能够使排气模块2前后压差满足发动机当前工作工况，保证进气阶段新鲜空气可以进入，减少了发动机工作模式的切换操作，使发动机保持在低油耗工况高效工作，从而达到节能减排作用，解决了发动机膨胀比不易提高的问题。

其中，气泵3可以但不限于为电动泵，控制模块4可以但不限于为发动机的电子控制单元，可根据实际需要进行选用。

在一些实施例中，排气模块2包括排气门21，排气门21用于调节发动机本体内的气体输出，排气门21设置在气缸1上，气泵3设置与排气门21后方，且能与排气门21相连通，排气门21打开方便，气泵3能够在排气门21后方形成负压，使气缸1内的气体加速排出。

在一些实施例中，排气模块2还包括涡轮机22，涡轮机22设置于排气门21与气泵3之间，涡轮机22为发动机的排气部件，气泵3设置与涡轮机22的后方，能够增加涡轮机22的后负压，涡轮机22能够具有足够压强通过排气门21将气缸1内的气体进行吸出，通过增设气泵3能够保持涡轮机22在原有工况内工作，减少工作模式切换，即能够保持涡轮机22的工作在原有MAP内。

在一些实施例中，排气模块2包括凸轮轴和凸轮，凸轮用于调节排气门21打开和关闭，凸轮设置于凸轮轴上，即控制模块4可调节凸轮轴的转速或调节凸轮的形状，以使预设排气时刻晚于排气模块2的排气正时。

这里需要说明的是，凸轮形状的调节可通过预设加工实现，或者也可将凸轮的侧壁设计为可外伸或内缩的可伸缩结构，可伸缩结构可设置在凸轮的内腔中，可伸缩结构可以但不限于为气驱动、液压驱动或电驱动，可伸缩结构与控制模块4相通信连接，通过控制模块4调节可伸缩结构推动侧壁的对应部分外伸以调节凸轮型线即可。

在一些实施例中，发动机还包括加热器5和后处理器6，排气模块2、气泵3、加热器5和后处理器6沿气体的排气方向依次连接，即气缸1内的气体通过排气模块2排出后，依次经过气泵3、加热器5、后处理器6后再进行排出，通过加热器5将气体加热能够使输出的气体在后处理器6内反应更加充分，满足后处理器6的再生条件。即发动机尾气需要满足后处理的入口温度，才可使气体充分反应完成后处理，尤其是在冷启动工况下，在某些工况下，通过增加气泵3功率和使用加热器5加热尾气使得发动机尾气满足后处理器6再生条件，而不用切换发动机工作模式，即不需要切换到再生模式即可满足后处理再生条件，使发动机保持在低油耗工况工作，从而达到节能减排作用。

此外，发动机还可包括压气机7、进气歧管8和中冷器9，排气模块2还可包括排气歧管23，排气门21可分别与排气歧管23相连通。进气歧管8可设置在气缸1的进气端，用于气缸1进气。排气歧管23可设置在气缸1的排气端，用于气缸1排气。压气机7与涡轮机22相连通，用于提升系统中气体压力。后处理器6将气体排出至外界环境11中，压气机7可从外界环境11中进行吸气。中冷器9设置于压气机7与进气歧管8之间，中冷器9为涡轮机22的配套部件，用于降低增压后的高温空气温度，以降低发动机的热负荷，提高进气量，进而增加发动机的功率。加热器5还可配套设置有蓄电池10，用于为加热器5供电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发动机的工作方法，其特征在于，包括：

提供排气模块(2)；

控制所述排气模块(2)在预设排气时刻开启时，调节所述排气模块(2)处的气体加压输出，所述预设排气时刻晚于所述排气模块(2)的排气正时。

2.根据权利要求1所述的发动机的工作方法，其特征在于，所述预设排气时刻晚于所述排气模块(2)的排气正时，包括：

所述排气模块(2)包括凸轮轴、凸轮和排气门(21)，所述凸轮设置于所述凸轮轴上，所述凸轮用于调节所述排气门(21)打开和关闭；

调节所述凸轮轴的转速或调节所述凸轮的形状，以使所述预设排气时刻晚于所述排气模块(2)的排气正时。

3.根据权利要求1所述的发动机的工作方法，其特征在于，调节所述排气模块(2)处的气体加压输出，包括：

提供气泵(3)，用于将所述排气模块(2)的气体加压吸出；

当所述排气模块(2)在预设排气时刻开启时，调节所述气泵(3)保持开启状态。

4.根据权利要求1所述的发动机的工作方法，其特征在于，在调节所述排气模块(2)处的气体加压输出之后，还包括：

对所述排气模块(2)输出的气体进行加热。

5.根据权利要求4所述的发动机的工作方法，其特征在于，对所述排气模块(2)输出的气体进行加热，包括：

提供加热器(5)和后处理器(6)；

当所述排气模块(2)在预设排气时刻开启时，调节所述加热器(5)保持开启，所述排气模块(2)输出的气体依次进入所述加热器(5)和所述后处理器(6)。

6.一种发动机，其特征在于，包括：

气缸(1)；

排气模块(2)，用于调节所述气缸(1)内的气体排出，所述排气模块(2)与所述气缸(1)相连通，且所述排气模块(2)的开启时刻为预设排气时刻；

气泵(3)，用于将所述排气模块(2)处的气体加压输出，所述气泵(3)与所述排气模块(2)相连通；

控制模块(4)，用于调节所述预设排气时刻晚于所述排气模块(2)的排气正时，且用于调节所述气泵(3)的开关状态，所述控制模块(4)与所述排气模块(2)、所述气泵(3)相通信连接。

7.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述排气模块(2)包括排气门(21)，所述排气门(21)用于调节所述气缸(1)内的气体输出，所述排气门(21)设置在所述气缸(1)上。

8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述排气模块(2)还包括涡轮机(22)，所述涡轮机(22)设置于所述排气门(21)与所述气泵(3)之间。

9.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述排气模块(2)包括凸轮轴和凸轮，所述凸轮用于调节所述排气门(21)打开和关闭，所述凸轮设置于所述凸轮轴上。

10.根据权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括加热器(5)和后处理器(6)，所述排气模块(2)、所述气泵(3)、所述加热器(5)和所述后处理器(6)沿所述气体的排气方向依次连接。