超高壓縮比增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及其運(yùn)行狀態(tài)切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種渦輪增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，具體地說是涉及一種超高壓縮比增壓 直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)本發(fā)明還涉及該超高壓縮比增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)切換方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在能源日趨緊張，油耗、排放法規(guī)不斷加嚴(yán)的大背景下，技術(shù)、節(jié)能、環(huán)保代表著未 來發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢。為了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，一些新技術(shù)小型化+增壓直噴， 可變壓縮比技術(shù)，ATKINSON(或Miller)循環(huán)，VVT，VVL，冷卻EGR技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而生。
[0003] 在增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，受到爆震的限制，其壓縮比不能過高，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油 經(jīng)濟(jì)性下降?？勺儔嚎s比的目的在于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。然而可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)僅 在中低負(fù)荷時(shí)采用高壓縮比，為了避免爆震，中高負(fù)荷時(shí)仍需切換至普通壓縮比，節(jié)油范圍 有限。而且可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低。這個(gè)概念雖發(fā)展很多年，卻一直沒有量 產(chǎn)。
[0004] 冷卻EGR可以降低燃燒溫度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)刻，降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱損 失。在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷時(shí)，使用冷卻EGR使發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降。而且冷卻EGR -直有可靠性問 題，特別是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，EGR對壓氣機(jī)性能和可靠性的影響一直是開發(fā)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超高壓縮比增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及其實(shí)現(xiàn)方 法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：
[0007] 一種增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，包括進(jìn)氣道、增壓器、排氣道、氣缸、噴油器、曲軸和凸輪軸， 氣缸的缸蓋設(shè)置有進(jìn)氣門、火花塞與排氣門，氣缸的活塞通過連桿與曲軸連接，在曲軸和凸 輪軸之間設(shè)置有能夠調(diào)節(jié)曲軸和凸輪軸轉(zhuǎn)速比的轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器，在凸輪軸上設(shè)置有二沖程 凸輪、四沖程凸輪以及在它們之間進(jìn)行切換的凸輪切換機(jī)構(gòu)，通過調(diào)控轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器和凸 輪切換機(jī)構(gòu)，調(diào)整曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比，并進(jìn)行二沖程凸輪和四沖程凸輪之間的切換，同 時(shí)配合調(diào)整噴油器噴油時(shí)刻，火花塞點(diǎn)火時(shí)刻，來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程工作循環(huán)與二沖程工 作循環(huán)之間的切換。
[0008] 上述轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)輪和被驅(qū)動(dòng)輪，曲軸上設(shè)置有曲軸驅(qū)動(dòng)輪，凸輪 軸上設(shè)置有凸輪軸驅(qū)動(dòng)輪；曲軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的被驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)連接，凸輪軸驅(qū) 動(dòng)輪與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)連接。
[0009] 上述曲軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的被驅(qū)動(dòng)輪通過鏈條連接，凸輪軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn) 速比調(diào)節(jié)器上的驅(qū)動(dòng)輪通過鏈條連接；或
[0010] 上述曲軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的被驅(qū)動(dòng)輪通過皮帶連接，凸輪軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn) 速比調(diào)節(jié)器上的驅(qū)動(dòng)輪通過皮帶連接；或
[0011] 上述曲軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的被驅(qū)動(dòng)輪直接嚙合，凸輪軸驅(qū)動(dòng)輪與轉(zhuǎn)速比 調(diào)節(jié)器上的驅(qū)動(dòng)輪直接嚙合。
[0012] 上述凸輪切換機(jī)構(gòu)優(yōu)選二級(jí)VVL機(jī)構(gòu)。
[0013] 上述增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四沖程工作循環(huán)與二沖程工作循環(huán)之間切換的方法，步 驟如下：
[0014] a當(dāng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)處于中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)控轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器和凸輪切換機(jī)構(gòu)，使 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入四沖程工作循環(huán)，此時(shí)凸輪軸與曲軸轉(zhuǎn)速比為1 : 2;或，
[0015] b當(dāng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)控轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器和凸輪切換機(jī)構(gòu)，使凸 輪軸與曲軸的轉(zhuǎn)速比為1 : 1，同時(shí)調(diào)整到二沖程凸輪，并配合調(diào)整噴油時(shí)刻，火花塞點(diǎn)火 時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入二沖程工作循環(huán)。
[0016] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
[0017] (1)本發(fā)明在四沖程增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過在曲軸和凸輪軸之 間設(shè)置轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器，以及在凸輪軸上設(shè)置凸輪切換機(jī)構(gòu)，從而可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷情況實(shí) 現(xiàn)四沖程與二沖程之間的切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和 燃油經(jīng)濟(jì)性，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高。
[0018] (2)本發(fā)明通過對發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程與二沖程之間的切換，可以保持發(fā)動(dòng)機(jī)在所有負(fù) 荷下，均擁有高壓縮比的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)任意工況下均擁有良好的節(jié)油效果。經(jīng)測算，綜合油耗 比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)降低了 35 %左右。
[0019] (3)本發(fā)明通過四沖程切換成二沖程，來提升功率，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下，達(dá)到 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速才能輸出的高功率，發(fā)動(dòng)機(jī)可始終在低轉(zhuǎn)速區(qū)工作，摩擦功損失低。 同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速低，需要與之匹配的變速器要求低，例如采用本發(fā)明超高壓縮比增壓 直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，匹配6AT變速器，即可實(shí)現(xiàn)匹配9AT才能達(dá)到的整車最佳經(jīng)濟(jì)性。
[0020] (4)與冷卻EGR比，本發(fā)明用于增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上不會(huì)有增壓器污染等可靠 性問題。系統(tǒng)的標(biāo)定也比冷卻EGR的標(biāo)定簡單。
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0022] 圖1為本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0023] 圖2示出本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)中曲軸和凸輪軸之間的連接示意圖。
[0024] 圖中：1_進(jìn)氣道，2-增壓器，3-進(jìn)氣門，4-火花塞，5-排氣門，6-排氣道，7-噴油 器，8-活塞，9-連桿，10-曲軸，11-曲軸座，12-曲軸驅(qū)動(dòng)輪，13-皮帶，14-被驅(qū)動(dòng)輪，15-轉(zhuǎn) 速比調(diào)節(jié)器，16-驅(qū)動(dòng)輪，17-皮帶，18-凸輪軸驅(qū)動(dòng)輪，19-凸輪軸。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 結(jié)合附圖，一種超高壓縮比增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，包括進(jìn)氣道1、增壓器2、進(jìn)氣門 3、火花塞4、排氣門5、排氣道6、噴油器7、活塞8、連桿9、曲軸10、曲軸座11和凸輪軸19。 氣缸的缸蓋設(shè)置有進(jìn)氣門3、火花塞4與排氣門5,氣缸的活塞8通過連桿9與曲軸10連接， 增壓器2設(shè)置在進(jìn)氣道1上。在曲軸10和凸輪軸19之間設(shè)置有轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器15,以調(diào)節(jié) 曲軸10和凸輪軸19的轉(zhuǎn)速比。在凸輪軸19上設(shè)置有四沖程凸輪、二沖程凸輪和凸輪切換 機(jī)構(gòu)，凸輪切換機(jī)構(gòu)能夠在四沖程凸輪和二沖程凸輪之間進(jìn)行切換。通過轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器15 和凸輪切換機(jī)構(gòu)，調(diào)整曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比和凸輪型線，并配合調(diào)整噴油器噴油時(shí)刻，火 花塞點(diǎn)火時(shí)刻，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程工作循環(huán)與二沖程工作循環(huán)之間的切換。
[0026] 上述曲軸10和凸輪軸19之間的具體連接結(jié)構(gòu)如圖2所示，轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器15上設(shè) 置有驅(qū)動(dòng)輪16和被驅(qū)動(dòng)輪14,曲軸10上設(shè)置有曲軸驅(qū)動(dòng)輪12,凸輪軸19上設(shè)置有凸輪軸 驅(qū)動(dòng)輪18。曲軸驅(qū)動(dòng)輪12與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的被驅(qū)動(dòng)輪14通過皮帶傳動(dòng)連接，凸輪軸驅(qū) 動(dòng)輪18與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的驅(qū)動(dòng)輪16通過皮帶傳動(dòng)連接。
[0027] 當(dāng)然，上述曲軸驅(qū)動(dòng)輪12與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的被驅(qū)動(dòng)輪14之間還可通過鏈條傳 動(dòng)，或直接嚙合。同樣，凸輪軸驅(qū)動(dòng)輪18與轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器上的驅(qū)動(dòng)輪16之間也可通過鏈條 傳動(dòng)，或直接嚙合。
[0028] 上述轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器15和凸輪切換機(jī)構(gòu)均連接發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元。發(fā)動(dòng)機(jī)電子 控制單元可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷情況來通過轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)器15調(diào)節(jié)曲軸10與凸輪軸19的轉(zhuǎn)速 比，并通過凸輪切換機(jī)構(gòu)進(jìn)行四沖程凸輪和二沖程凸輪之間的切換，以及進(jìn)氣門3和排氣 門5的開啟和關(guān)閉時(shí)刻的控制，配合噴油器噴油時(shí)刻，火花塞點(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)四 沖程與二沖程