CN204755067U - 一种小排量涡轮增压发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种小排量涡轮增压发动机，其具有采用电机驱动废气旁通阀的涡轮增压系统，缸体缸盖分离式冷却系统，单缸双喷油器系统以及中置式进排气连续可变气门正时系统，本实用新型的增压发动机具有油耗小，动力强劲的特点。

Description

一种小排量涡轮增压发动机

技术领域

本实用新型涉发动机领域，具体而言，本实用新型涉及一种小排量涡轮增压发动机，例如1.5L排量以下，优选为1.0L的涡轮增压发动机。

背景技术

据中汽协发布的年度产销信息显示，继2012年销量首超1500万辆之后，2013年乘用车销量达到1792.89万辆，同比增长15.7%。乘用车节能对减轻能源与环境压力意义非常重大。在此背景下，政府部门出台了汽车燃油经济性法规和并采取财税激励等措施不断推进汽车节能工作。其中，第三阶段油耗限值已于2012年7月1日开始实施，汽车油耗要求较第二阶段下降20%。第四阶段(2016～2020年)油耗法规也基本明确：2020年企业平均油耗目标将达到5.0L/100km。开发高能效，低油耗的小排量发动机显得尤为重要。

目前由上海通用所开发的一款已上市的发动机是新型自然吸气发动机，采用了可变进气歧管,进排气连续可变配气相位技术，同时具有高速端和低速端的大扭矩，动力性能优秀。同时满足中国第三阶段排放要求。该发动机目前已经广泛应用于上海通用若干款主力车型。

考虑到这些车型未来的换代以及满足第四阶段油耗法规的需求，亟需开发一款小排量节能发动机，以取代1.5L或以下排量的自然吸气发动机。同时该小排量发动机的功率和扭矩应超越现有1.5L发动机，为升级产品带来更好的动力输出，并有能力扩展到SUV或跨界车等对于动力性能要求更高的车型应用。有数据表明，为提高自然吸气发动机的燃油经济性，小排量涡轮增压发动机是投入产出比较高的一种途径。涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，并且使燃烧更充分，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。涡轮增压器的最大优点是能不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%—40%。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种动力强劲且油耗低的小排量涡轮增压发动机，其适于应用于紧凑型汽车，入门级中级车和小型SUV等。

本实用新型提供了一种小排量(1.5L及以下排量)涡轮增压发动机，优选为1.3L以下，例如为1.0L，1.1L，1.2L等，具体该发动机特征如下：

一种小排量涡轮增压发动机，其包括：

燃烧系统，其包括燃烧室，进气道，排气道；

涡轮增压系统，所述涡轮增压系统与所述排气道连通，所述涡轮增压系统设有废气旁通阀，所述废气旁通阀由电机驱动，以便响应于发动机的各种工况调节废气通量；以及

冷却系统，所述冷却系统包括主节温器，缸体，缸盖水套，副节温器和散热器，冷却液通过所述主节温器，进入所述缸体和所述缸盖水套，随后通过所述副节温器汇合进入所述散热器，所述副节温器能够调节所述缸体中的冷却液流量。

可选地，所述发动机还包括进气道燃油喷射系统，所述进气道燃油喷射系统包括燃油分配管、用于感测发动机的转速和负荷的发动机运行状态传感器，以及发动机控制器，其中所述燃油分配管安装在所述发动机的缸盖上，并且所述缸盖上对应于所述发动机的每个汽缸设置有用于输送气体的两个进气道和与其对应的两个进气门，其中，在每个进气道靠近与其对应的进气门处设置有与所述燃油分配管保持连通的喷油器，并且所述发动机控制器被构造为与所述发动机运行状态传感器以及所述喷油器耦联并通信来控制所述喷油器的开关。

可选地，所述发动机还包括中置式进排气连续可变气门正时系统，所述气门正时系统包括分别安装在进气门和排气门的凸轮轴罩盖上的凸轮轴位置传感器，以及安装在所述凸轮轴一端上的液压控制阀和凸轮轴相位调节器，行车电脑能够根据发动机工况控制所述液压控制阀来推动所述凸轮轴相位调节器，从而优化充气效率。

可选地，所述发动机还包括低摩擦凸轮轴，所述低摩擦凸轮轴上装设有滚动轴承，所述滚动轴承被布置成用于承载汽车正时系统和气门弹簧力作用下的径向力。

可选地，所述发动机还包括可变排量的机油泵，所述机油泵安装在油底壳上，由链轮驱动，所述机油泵可根据发动机所处工况调节机油压力。

可选地，所述发动机还包括滚子摇臂液压挺柱气门系。

可选地，所述缸盖水套为横流式缸盖冷却水套，所述横流式缸盖冷却水套包括相互连通的上层水套和下层水套，其中发动机冷却液从缸体的进气侧水套向上流入缸盖的进气侧水套后，分别经由所述上、下层水套分为上、下两层均横向流向排气侧，最后在排气歧管上方的出水口汇集后流出。

可选地，所述发动机还包括机械式真空泵。

可选地，所述发动机排量为1.0L。

可选地，所述发动机包括三个气缸。

本实用新型的有益效果在于：针对降低燃油耗的设计要求，全新设计了冷却系统，缸体和缸盖分离式冷却且缸盖集成排气歧管，能实现快速暖机；创新使用了电机驱动废气旁通阀式涡轮增压器，降低了泵气损失；使用电磁阀控制式两级可变油泵，滚动轴承凸轮轴，往复系轻量化等降低摩擦功的设计；进排气可变气门正时控制，优化了燃烧室结构，同时采用独立的点火模块和电子节气门控制，优化控制策略和燃烧效率，显著降低油耗，部分负荷比油耗降至小于370g/kw.h2000rpm,2bar。达到国内领先国际一流的经济型发动机水平,符合国家各项环保节能政策的要求。

针对提高发动机动力性的要求，重点重新设计了燃烧系统及冷却系统的设计，使用电机驱动废气旁通阀式涡轮增压器，使发动机转速从1700rpm到4400rpm，都能保持平顺的165NM的大扭矩输出。

附图说明

图1和图2分别示出了根据本实用新型的发动机的前视图和背视图；

图3示出了铸铝缸体的立体图；

图4示出了新型高效燃烧室的立体图；

图5示出了高强度的凸轮轴罩盖总成的立体图；

图6示出了进气歧管的立体图；

图7示出了发动机的缸盖的立体图；

图8示出了废气涡轮增压系统的立体图；

图9示出了油底壳的立体图；

图10示出了接口集成的机油冷却器和水泵的立体图；

图11示出了发动机前盖的立体图；

图12示出了机械式真空泵的立体图；

图13示出了中置式进排气连续可变气门正时的立体图；

图14示出了滚子摇臂液压挺柱气门系统的立体图；

图15示出了横流式缸盖冷却水套的立体图；

图16示出了三缸汽油机附件皮带传动系统的立体图；

图17示出了低摩擦凸轮轴的立体图；

图18示出了进气道燃油喷射系统的立体图；以及

图19示出了新型的1.0增压发动机在不同转速下的扭矩和功率性能。

具体实施方式：

容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本实用新型通过在发动机各个部件上的若干改良来实现整体发动机更低的油耗和更高的动力输出。下文将参考附图来详细描述每个改良部件。

如图1和图2所示，根据本实用新型的发动机100主要包括以下部件：电机驱动式废气涡轮增压系统1，中置式进排气连续可变气门正时2（D-VVT），横流式缸盖冷却水套3，独立点火模块4，铸铝缸体5，机油冷却器6，独立式油气分离器7，,电子控制节气门体8，紧凑型塑料进气歧管9，机械式真空泵10，集成滚动轴承的低摩擦凸轮轴11，双喷油器油轨12，三缸汽油机附件皮带传动系统13,电磁阀控制式两级可变排量机油泵14，双节温器15,双质量飞轮16。在所示实施例中，发动机100为1.0L三缸涡轮增压发动机，但也可以使用其他结构。

本实用新型的改良体现在发动机100的增压系统1采用了电机驱动废气旁通阀，其优点在于：电机驱动的旁通阀可受控制以便响应于各种工况，调节废气通量，例如，当发动机工作在低转速低负荷工况下，电机驱动废气旁通阀1处于全开位置，降低了排气背压和泵气损失，提高了燃油经济性。同时在扭矩需求增加时，废气旁通阀能更快速的置于全关的位置，提高了发动机的瞬态动力响应。

本实用新型的改良还体现在发动机100的冷却系统采用了缸体缸盖分离式冷却：冷却液经设置在缸体上的主节温器进入缸体后，分别进入缸体和缸盖水套，之后从副节温器汇合进入散热器。副节温器可根据发动工况来控制缸体冷却液的流量，提高发动机效率，例如，在发动机暖机过程中，缸体冷却液接近滞止状态，加速暖机过程，有助于提高燃油经济性；同时，冷却液不经缸体即流入缸盖水套，有助于降低缸盖燃烧室壁面温度，在大负荷工况下有利于降低发动机的爆震倾向。

本实用新型的改良还体现在本实用新型的发动机100的气缸采用单缸双喷油器的设计：在单缸两进气门两排气门的发动机中，每个进气门上布置一个喷油器，单缸由两个喷油器分别喷射到两个进气道，向燃烧室提供燃油。其优点在于：在不改变单缸供油量的情况下，降低每个喷油器的喷油量，在相同的系统压力下，可以有效的降低喷射油雾的平均索特直径（SMD），在兼顾缸内冷却效果的情况下，加快燃烧速率，提高燃烧效率；同时，由一个喷油器向一个进气道喷射，喷射油束的喷射角度更精确，可以减少在喷射中的湿壁现象，使喷射的燃油充分的用于燃烧，提高怠速稳定性，提高燃油经济性，降低油耗和冷启动时的碳氢排放。

下面结合附图来详细描述根据本实用新型的发动机部件。

如图3所示，根据本实用新型的发动机采用铸铝缸体5，铸铝缸体5相比于传统的铁制缸体重量更轻，降低发动机重量，改善燃油效率。缸体的另一个特点在于，所示缸体上集成了链轮箱，通过紧凑的设计减小了发动机的尺寸，使发动机的布置更加灵活。

如图4所示，根据本实用新型的发动机采用新型高效燃烧室，该燃烧室采用了同一申请人与本实用新型优先权日同日提交且申请号为201420722496.9的题为《一种车用增压发动机进气道》的中国实用新型专利中所记载的进气道设计，该专利通过其全文引用并入本文。燃烧室进气道包括一根气道主体，其一端开口为进气口，另一端则分叉而形成两个出气口，其中在所述出气口分叉部位与所述出气口的气道喉口之间的通道被构造为向下凹陷而相对膨大的鱼腹式通道。此类进气道具有更高的滚流比，提高燃烧室的燃烧效率，并能降低整个发动机的爆震倾向。

如图5所示，根据本实用新型的发动机采用高强度的凸轮轴罩盖总成，其具有变形小刚度高的特点，提高了发动机的耐久性。

如图6所示，根据本实用新型的发动机的进气歧管9集成有众多EMS（发动机管理系统）的系统零件，其结构紧凑，并且采用塑料材料，降低整体重量，提高燃油效率。

如图7所示，根据本实用新型的发动机的缸盖集成了排气歧管和链轮箱。每个进气道布置了两个喷油器，其设计与特殊设计的燃烧室相对应。

如图8所示，根据本实用新型的发动机包括废气涡轮增压系统1，涡轮增压系统1的最大优点是能不加大发动机排量的情况下较大幅度地提高发动机的功率及扭矩，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%—40%。涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，并且使燃烧更充分，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。不同于传统真空控制废气旁通阀式增压器，根据本实用新型的发动机的增压系统1采用了电机驱动废气旁通阀，其优点在于：电机驱动可按照工况来控制废气旁通阀，例如，当发动机工作在低转速低负荷工况下，电机驱动废气旁通阀处于全开位置，降低了排气背压和泵气损失，提高了燃油经济性。同时在扭矩需求增加时，废气旁通阀能更快速的置于全关的位置，提高了发动机的瞬态动力响应。在一个实施例中，废气旁通阀执行器作用于涡轮机上，执行器受电机的控制，用于发动机不同工况下调节通过涡轮的废气流通量，从而控制增压器转速，达到控制进气压力的功能，回收了部分废气能量。增压器通过法兰与缸盖排气道连接，布置在发动机中间靠上位置。根据本实用新型的电机驱动式废气涡轮增压系统1，合理有效的匹配设计使得发动机在高低速均能达到最佳性能；同时集成了直流电机，ECRV控制阀(废气控制调节阀)等机构，有利于提高瞬态动力响应和部分负荷油耗；紧凑型设计有利于发动机整体尺寸的缩小。

如图9所示，根据本实用新型的发动机包括油底壳14，其上安装有可变排量机油泵，机油泵由链轮驱动，按需调节润滑系统机油压力，减小了系统摩擦功，提高了整机燃油经济性。

如图10所示，根据本实用新型的发动机包括接口集成的机油冷却器和水泵，其尺寸紧凑，有效降低了机油温度，防止机油氧化变质，提高了发动机寿命。

如图11所示，根据本实用新型的发动机包括前盖，其上集成前油封，前盖上设有凹凸不平的辐射筋提升了此区域的NVH(噪音，振动和耐久性)性能。

如图12所示，根据本实用新型的发动机包括机械式真空泵，该真空泵的详细结构可见申请号为201420584947.7的中国实用新型专利，该专利通过引用其全文并入本文。该机械式真空泵采用单叶片设计，摩擦力低，通过凸轮轴驱动，稳定可靠终生免维护，为整车提供真空制动助力。

如图13所示，根据本实用新型的发动机包括中置式进排气连续可变气门正时系统（D-VVT），D-VVT系统由两个凸轮轴位置传感器，两个液压控制阀和两个凸轮轴相位调节器组成。ECU(行车电脑)依据凸轮轴位置传感器，空气流量传感器和节气门位置传感器的信号确定凸轮轴相位的控制指令，液压控制电磁阀依据控制指令推动相位调节器，从而调节配气相位提早或推迟，达到提高充气效率，降低泵气损失，改善发动机动力性和燃油经济性。凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴罩盖上，相位调节器和液压控制阀安装在凸轮轴前端。D-VVT系统可以调节进排气门的开启关闭时刻，针对不同的发动机工况优化进排气效率达到提高功率降低油耗的目的。

如图14所示，根据本实用新型的发动机包括滚子摇臂液压挺柱气门系，该气门系采用液压挺柱以便自动调节气门间隙，使其终生免维护，采用滚子摇臂与凸轮接触有效减少摩擦功降低整车油耗。

如图15所示，根据本实用新型的发动机包括横流式缸盖冷却水套，该水套的详细结构可见同一申请人与本实用新型优先权日同日提交且申请号为201420722493.5的名为《一种缸盖冷却水套及发动机》的中国实用新型专利，该专利全文通过引用并入本文，该水套包括相互连通的上层水套和下层水套，其中发动机冷却液从缸体的进气侧水套向上流入缸盖的进气侧水套后，分别经由所述上、下层水套分为上、下两层均横向流向排气侧，最后在排气歧管上方的出水口汇集后流出。该水套的作用是使缸盖内部拥有良好的冷却液流动路径和流动速度,低的压力损失.提升缸盖排气侧鼻梁区和排气法兰面的冷却。

如图16所示，根据本实用新型的发动机包括三缸汽油机附件皮带传动系统，该皮带系统通过降低附件皮带设计张力，降低皮带传动打滑和噪音。

如图17所示，根据本实用新型的发动机包括低摩擦凸轮轴，该凸轮轴上集成滚动轴承。滚动轴承降低发动机配气机构的摩擦损失，从而降低发动机燃油消耗。该凸轮轴的详细结构可见同一申请人与本实用新型优先权日同日提交且申请号为201420722652.1的名为《用于汽车发动机的低摩擦凸轮轴、汽车发动机和汽车》的中国实用新型专利，该专利全文通过引用并入本文。该用于汽车发动机的低摩擦凸轮轴上装设有滚动轴承，所述滚动轴承被布置成用于承载汽车正时系统和气门弹簧力作用下的径向力。

如图18所示，根据本实用新型的发动机包括一种新型进气道燃油喷射系统，加快燃烧速率，提高燃烧效率。该喷油器油轨的详细结构可见同一申请人与本实用新型优先权日同日提交且申请号为201420722469.1的名为《进气道燃油喷射系统、发动机及汽车》的中国实用新型专利，该专利全文通过引用并入本文。该进气道燃油喷射系统包括燃油分配管、用于感测发动机的转速和负荷的发动机运行状态传感器，以及发动机控制器，其中所述燃油分配管安装在所述发动机的缸盖上，并且所述缸盖上对应于所述发动机的每个汽缸设置有用于输送气体的两个进气道和与其对应的两个进气门，其特征在于，在每个进气道靠近与其对应的进气门处设置有与所述燃油分配管保持连通的喷油器，并且所述发动机控制器被构造为与所述发动机运行状态传感器以及所述喷油器耦联并通信来控制所述喷油器的开关。

经实验证明，本实用新型的发动机100增压发动机相比于上一代发动机在性能和燃油经济性上有巨大进步，其性能参数为：

1)最大功率：85kw5500rpm

2)最大扭矩：165N.m1700-4400rpm。

3)比油耗（2000rpm/2bar）:<370g/kw.h

以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本实用新型的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本实用新型的原理更容易理解。在不脱离本实用新型的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本实用新型进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小排量涡轮增压发动机，其特征在于，其包括：

燃烧系统，其包括燃烧室，进气道，排气道；

涡轮增压系统，所述涡轮增压系统与所述排气道连通，所述涡轮增压系统设有废气旁通阀，所述废气旁通阀由电机驱动，以便响应于发动机的各种工况调节废气通量；以及

冷却系统，所述冷却系统包括主节温器，缸体，缸盖水套，副节温器和散热器，冷却液通过所述主节温器，进入所述缸体和所述缸盖水套，随后通过所述副节温器汇合进入所述散热器，所述副节温器能够调节所述缸体中的冷却液流量。

2.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机还包括进气道燃油喷射系统，所述进气道燃油喷射系统包括燃油分配管、用于感测发动机的转速和负荷的发动机运行状态传感器，以及发动机控制器，其中所述燃油分配管安装在所述发动机的缸盖上，并且所述缸盖上对应于所述发动机的每个汽缸设置有用于输送气体的两个进气道和与其对应的两个进气门，其中，在每个进气道靠近与其对应的进气门处设置有与所述燃油分配管保持连通的喷油器，并且所述发动机控制器被构造为与所述发动机运行状态传感器以及所述喷油器耦联并通信来控制所述喷油器的开关。

3.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机还包括中置式进排气连续可变气门正时系统，所述气门正时系统包括分别安装在进气门和排气门的凸轮轴罩盖上的凸轮轴位置传感器，以及安装在所述凸轮轴一端上的液压控制阀和凸轮轴相位调节器，行车电脑能够根据发动机工况控制所述液压控制阀来推动所述凸轮轴相位调节器，从而优化充气效率。

4.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机还包括低摩擦凸轮轴，所述低摩擦凸轮轴上装设有滚动轴承，所述滚动轴承被布置成用于承载汽车正时系统和气门弹簧力作用下的径向力。

5.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机还包括可变排量的机油泵，所述机油泵安装在油底壳上，由链轮驱动，所述机油泵可根据发动机所处工况调节机油压力。

6.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机采用滚子摇臂液压挺柱式气门。

7.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述缸盖水套为横流式缸盖冷却水套，所述横流式缸盖冷却水套包括相互连通的上层水套和下层水套，其中发动机冷却液从缸体的进气侧水套向上流入缸盖的进气侧水套后，分别经由所述上、下层水套分为上、下两层均横向流向排气侧，最后在排气歧管上方的出水口汇集后流出。

8.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机还包括机械式真空泵。

9.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机排量为1.0L。

10.根据权利要求1所述的小排量涡轮增压发动机，其特征在于，所述发动机包括三个气缸。