CN207879473U - 一种内燃机可变压缩比系统及内燃机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种内燃机可变压缩比系统及内燃机，涉及内燃机辅助系统领域。该系统包括辅助连接管、辅助气道和可变辅助气门；辅助气道设置在与气缸相连的气缸盖上，辅助气道通过辅助连接管与进气支管相连，可变辅助气门装配在辅助气道内，可变辅助气门最大升程与最长持续期分别对应于进气门最大升程与最长持续期的0.3～0.5倍，可变辅助气门由可变气门系统驱动，可变气门系统与ECU连接；高负荷稳定工况下，ECU能输出指令给可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门在压缩初期开启；特定比例混合气储存在辅助气道和进气道之间用于下一次工作循环，降低内燃机有效压缩比；该内燃机包括上述内燃机可变压缩比系统，防止高负荷稳定工况下内燃机发生爆震。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机辅助系统领域，特别涉及一种内燃机可变压缩比系统及内燃机。
背景技术
压缩比是指活塞由下止点运动到上止点后，气缸内气体的压缩程度；EGR是指内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧。
为了提高燃油经济性，防止爆燃，降低内燃机排气污染，研究者们提出了可变压缩比，废气再循环技术，压缩比对内燃机性能有着重要影响，压缩比越高，热效率越高，可变压缩比希望在低负荷时内燃机拥有较高的压缩比，从而提高内燃机热效率和燃油经济性，且易于着火启动；大负荷时内燃机拥有较低的压缩比，防止内燃机发生爆震，保护内燃机。而废气再循环(EGR)是现代柴油机降低NOx排放最有效的手段之一。EGR通过将一部分废气重新引入气缸参与燃烧，控制燃烧速率，且降低缸内氧浓度和最高燃烧温度以实现低温燃烧，达到降低NOx排放的效果。其中，EGR的控制策略为：冷机或怠速时EGR关闭或少量开启，在轻微加速或低速航控制期间EGR小量开启，中等负荷时EGR应用量较高。当内燃机要求大功率、高转速时为保证内燃机有良好的动力性应关闭或少量使用EGR。其中，可变压缩比机械结构设计较为复杂且后期维护成本高，内部EGR控制精度有所欠缺，外部EGR结构和控制器较为复杂，若同时采用这两种技术，势必会再次增加成本。
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种内燃机可变压缩比系统及内燃机。实现在高负荷稳定工况时，采用可变压缩比技术，拥有低的有效压缩比，防止内燃机发生爆震，保护内燃机。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开了一种内燃机可变压缩比系统，包括辅助连接管、辅助气道和可变辅助气门；辅助气道设置在与气缸相连的气缸盖上，辅助气道通过辅助连接管与进气支管相连，可变辅助气门装配在辅助气道内，可变辅助气门最大升程和最长持续期分别对应于进气门最大升程和最长持续期的0.3～0.5倍，可变辅助气门由可变气门系统驱动，可变气门系统与ECU连接；其中，在高负荷稳定工况下，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门在压缩初期开启。
优选地，在中低负荷稳定工况下，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门在强制排气阶段开启。
优选地，辅助连接管为具有容积的渐缩管，其中，辅助连接管的缩口端与进气支管连接，辅助连接管远离缩口端的一端与辅助气道连接。
优选地，辅助连接管上设有流量传感器，流量传感器用于测量流经辅助气道的气体流量，流量传感器与ECU连接，其中，流量传感器的流量信号为设置在ECU中的闭环控制系统的输入信号。
优选地，进气门包括分别装配在进气道内的进气门一和进气门二，进气门一和进气门二均由凸轮轴驱动，其中，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门在进气初期开启。
优选地，还包括设在气缸盖上的排气道，排气道内装配有主排气门，排气道连接有排气支管，排气支管与排气总管连接。
本实用新型还公开了一种内燃机，包括上述内燃机可变压缩比系统。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型公开的一种内燃机可变压缩比系统，包括辅助连接管、辅助气道和可变辅助气门；通过辅助连接管将辅助气道与进气管相连通，可变辅助气门最大升程和最长持续期分别对应进气门最大升程和最长持续期的0.3～0.5倍，可变辅助气门由可变气门系统驱动，可变气门系统与ECU连接，利于在高负荷稳定工况下，ECU输出指令给可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门在压缩初期开启，特定比例的混合气(考虑残余废气量)会储存在辅助气道和进气道，用于下一次工作循环的使用，从而降低高负荷稳定工况下的内燃机有效压缩比，降低爆震倾向保护内燃机。
进一步地，在中低负荷稳定工况下，可变气门系统的可变气门正时能控制可变辅助气门在强制排气阶段开启，利于中低负荷稳定工况下，在强制排气阶段可变辅助气门开启接受一部分废气用于下一次工作循环，实现EGR率的改变且保持原有的高压缩比，而EGR可以控制燃烧速率，且降低缸内氧浓度和最高燃烧温度以实现低温燃烧，达到降低NOx排放的效果，保持原有高压缩比，可以提高内燃机中低负荷稳定工况下的热效率和燃油经济性。
进一步地，辅助连接管为具有容积的渐缩管，辅助连接管的缩口端与进气支管连接，辅助连接管远离缩口端的一端与辅助气道连接，利于产生缩口效应，缩口效应会使这部分储存的新鲜混合气在下一工作循环进入气缸时产生加速作用，会对后进的进气有引射作用，有提高进气效率的作用。
进一步地，通过辅助连接管上设有的流量传感器，流量传感器的流量信号为设置在ECU中的闭环控制系统的输入信号，便于测量流经辅助气道的气体流量(将流进气缸中气体流量)，将气体流量信号传送给ECU，通过ECU发出指令给可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门升程改变(在强制排气阶段可变辅助气门开启接受一部分废气用于下一次工作循环)实现提高EGR精度且保持原有的高压缩比。
进一步地，通过气门驱动装置便于驱动进气门一和进气门二；通过控制策略即ECU输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门在进气阶段开启，从而实现三进气门(进气门一、进气门二和一个可变辅助气门)，加大气流通过面积，提高进气效率。
进一步地，通过排气支管，整体结构布置合理。
本实用新型还公开了一种内燃机，包括上述内燃机可变压缩比系统，该内燃机，结构设计合理，能实现在高负荷稳定工况时，有低的有效压缩比，防止内燃机发生爆震，保护内燃机。
附图说明
图1是本实用新型的结构俯视示意图；
图2是本实用新型的控制策略示意图。
其中：1、气缸盖；2、气缸；3、进气支管；4、进气道；5、进气门一；6、进气门二；7、排气支管；8、排气道；9、主排气门；10、辅助连接管；11、辅助气道；12、可变辅助气门；13、流量传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参见图1和图2，一种内燃机可变压缩比与EGR调节系统，包括气缸盖1，气缸2，进气支管3，进气道4，进气门一5，进气门二6，排气支管7，排气道8，主排气门9，辅助连接管10，辅助气道11，可变辅助气门12和流量传感器13；
气缸盖1设置在气缸2上，进气道4、排气道8和辅助气道11均设置在气缸盖1上，进气支管3通过气缸盖1上的进气道4与气缸2相连，进气门一5和进气门二6分别装配在进气道4内，进气门一5和进气门二6由普通凸轮轴驱动，排气支管7通过排气道8与气缸2相连，排气支管7与排气总管连接，辅助连接管10通过气缸盖1上的辅助气道11与气缸2相连，可变辅助气门12装配在辅助气道11内，通过重新设计辅助气门的凸轮轴凸轮型线，是以驱动进气门的凸轮轴凸轮为基础，同比例缩小得到重新设计可变辅助气门12的凸轮轴凸轮型线，同时对原凸轮轴(进气门的凸轮轴)所决定的配气相位、凸轮轴作用角、气门大小、气门开启速度和落座速度，接触应力做出适当优化匹配，使可变辅助气门12最大升程是进气门最大升程的0.3～0.5倍，可变辅助气门12最长持续期是进气门最长持续期的0.3～0.5倍，可变辅助气门12由可变气门系统驱动，可变气门系统与ECU连接；辅助连接管10为具有一定容积的渐缩管，辅助连接管10的缩口端连接到进气支管3，辅助连接管10远离缩口端的一端与进气支管3相连，渐缩的辅助连接管10内压缩的混合气(考虑残余废气量，但大多数为新鲜空气)会有少许的速度增加(缩口效应会使这部分储存的混合气在下一工作循环进入气缸2时产生加速作用)，会对后进的进气有引射作用，略有提高进气效率；辅助连接管10上设有流量传感器13，流量传感器13用于测量流经辅助气道11的气体流量，流量传感器13与ECU连接，其中，流量传感器13的流量信号为设置在ECU中的闭环控制系统的输入信号，通过辅助连接管10上设有的流量传感器13，便于测量流经辅助气道11的气体流量(排进气缸2中气体流量)，将气体流量信号传送给ECU，通过ECU发出指令给可变气门系统，通过可变气门系统的可变气门升程控制可变辅助气门12升程改变(在强制排气阶段可变辅助气门12开启接受一部分废气用于下一次工作循环)实现提高EGR精度且保持原有的高压缩比。其中，在高负荷稳定工况下，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门12在压缩初期开启，从而将压缩初期(进气终了)的混合气(考虑残余废气量，但大多数为新鲜空气)储存在辅助气道11和进气道4之间，用于下一次工作循环使用(一个工作循环4个冲程，进气，压缩，做功，排气，下一个工作循环就再重复一次，从进气开始)，从而降低内燃机有效压缩比，防止内燃机发生爆震，保护内燃机；在中低负荷稳定工况下，可变气门系统的可变气门正时能控制可变辅助气门12在强制排气阶段开启，利于中低负荷稳定工况下，在强制排气阶段可变辅助气门12开启接受一部分废气用于下一次工作循环，实现EGR率的改变且保持原有的高压缩比，而EGR可以控制燃烧速率，且降低气缸2内氧浓度和最高燃烧温度以实现低温燃烧，达到降低NOx排放的效果，保持原有高压缩比，可以提高内燃机中低负荷稳定工况下的热效率和燃油经济性。
系统中的内燃机为双进气门：进气门一5，进气门二6；单排气门：主排气门9，外加一个可变辅助气门12；通过控制策略改变即ECU输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门12在进气初期开启，从而实现三进气门(进气门一5、进气门二6和一个可变辅助气门12)，加大气流通过面积，提高进气效率；可变气门系统可选用本田公司的VTEC机构。
参见图2控制策略示意图(气门升程曲线)，本实用新型在内燃机高负荷稳定工况时，控制策略是：改变可变气门系统的可变气门正时，使可变辅助气门12的可变压缩比升程曲线持续期移动到压缩行程初期(进气行程终了)，接受一部分混合气(混合气储存在辅助气道11和进气道4之间用于下一次工作循环使用)，从而降低内燃机的有效压缩比；在内燃机中低负荷稳定工况时，控制策略是：再次改变可变气门系统的可变气门正时，使可变辅助气门12的废气再循环用升程曲线持续期移动到排气行程的强制排气阶段，通过辅助连接管10接受一部分废气作为EGR的废气用于下一次工作循环，实现中低负荷稳定工况下的EGR率的改变，同时保持内燃机原有的压缩比，从而提高热效率，改善内燃机的排放性能。
压缩比对内燃机性能有着重要影响，压缩比越高，热效率越高，可变压缩比希望在低负荷时内燃机拥有较高的压缩比，从而提高内燃机热效率和燃油经济性，易于着火启动；大负荷时内燃机拥有较低的压缩比，防止内燃机发生爆震，保护内燃机。而EGR可以控制燃烧速率，且降低缸内氧浓度和最高燃烧温度以实现低温燃烧，达到降低NOx排放的效果，且原有的高压缩比可以提高内燃机动力性和经济性。本实用新型可以实现以上技术的有益效果，并且不会相互干扰。
本实用新型工作原理：
本实用新型，当在高负荷稳定工况下，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门12在压缩冲程初期开启，内燃机压缩过程中，活塞上行，气缸2内的混合气(考虑残余废气量，但大多数为新鲜空气)通过可变辅助气门12流入辅助气道11和辅助连接管10，经过一个辅助气门(可变辅助气门12)持续期后可变辅助气门12关闭，将混合气储存在辅助气道和进气道之间，下一次工作循环开始后这部分混合气再次吸入气缸2，降低高负荷稳定工况下的内燃机压缩比，内燃机此时在高负荷低压缩比情况下，从而实现可变有效压缩比效果，降低爆震倾向保护内燃机，当在中低负荷稳定工况下，可变气门系统的可变气门定时控制可变辅助气门12在排气冲程强制排气阶段开启，内燃机排气过程中，活塞上行，气缸2内的废气通过可变辅助气门12流入辅助气道11和辅助连接管10，下一次工作循环开始后这部分气体再次吸入气缸2，实现EGR并保持高压缩比，并且设置在辅助连接管10的流量传感13实时监测流过可变辅助气门11的废气流量，通过闭环控制，可变气门系统的可变气门升程调节可变辅助气门12开启升程的大小从而控制流过可变辅助气门12的废气流量，从而精确控制EGR率的大小，内燃机此时在高负荷低压缩比情况下。本实用新型能实现在高负荷稳定工况下，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门12在压缩初期开启，将气缸2在压缩初期的混合气(考虑残余废气量，但大多数为新鲜空气)储存在进气道4与辅助气道11之间，用于下一次工作循环使用，使可变辅助气门12的可变压缩比升程曲线持续期移动到进气行程终了和压缩行程初期，且通过重新设计凸轮轴凸轮型线使可变辅助气门12的升程和持续期都改变(降低)，进气道4与辅助气道11之间接受一部分混合气，从而改变内燃机的有效压缩比，使内燃机拥有较低的有效压缩比，防止内燃机发生爆震，保护内燃机；在中低负荷稳定工况下，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门12实现EGR率的改变且保持原有的高压缩比，而EGR可以控制燃烧速率，且降低缸内氧浓度和最高燃烧温度以实现低温燃烧，达到降低NOx排放的效果。
本实用新型的内燃机可变压缩比系统可用于HCCI内燃机系统，可拓展至多缸机，且除柴油燃料外可使用某些代用燃料。
Claims (6)
1.一种内燃机可变压缩比系统，其特征在于，包括辅助连接管(10)、辅助气道(11)和可变辅助气门(12)；
辅助气道(11)设置在与气缸(2)相连的气缸盖(1)上，辅助气道(11)通过辅助连接管(10)与进气支管(3)相连，可变辅助气门(12)装配在辅助气道(11)内，可变辅助气门(12)最大升程与最长持续期分别对应于进气门最大升程与最长持续期的0.3～0.5倍，可变辅助气门(12)由可变气门系统驱动，可变气门系统与ECU连接；
其中，在高负荷稳定工况下，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门(12)在压缩初期开启。
2.根据权利要求1所述的内燃机可变压缩比系统，其特征在于，在中低负荷稳定工况下，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门(12)在强制排气阶段开启。
3.根据权利要求1所述的内燃机可变压缩比系统，其特征在于，辅助连接管(10)为具有容积的渐缩管，其中，辅助连接管(10)的缩口端与进气支管(3)连接，辅助连接管(10)远离缩口端的一端与辅助气道(11)连接。
4.根据权利要求1所述的内燃机可变压缩比系统，其特征在于，辅助连接管(10)上设有流量传感器(13)，流量传感器(13)用于测量流经辅助气道(11)的气体流量，流量传感器(13)与ECU连接，其中，流量传感器(13)的流量信号为设置在ECU中的闭环控制系统的输入信号。
5.根据权利要求1所述的内燃机可变压缩比系统，其特征在于，进气门包括分别装配在进气道(4)内的进气门一(5)和进气门二(6)，进气门一(5)和进气门二(6)均由凸轮轴驱动，其中，ECU能输出指令给可变气门系统，可变气门系统的可变气门正时控制可变辅助气门(12)在进气初期开启。
6.一种内燃机，其特征在于，包括权利要求1～5中任意一项所述的内燃机可变压缩比系统。
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| CN108194207A (zh) * | 2018-02-10 | 2018-06-22 | 长安大学 | 一种内燃机可变压缩比系统及内燃机 |
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2018
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