CN101498246B - 减压进气高压缩比汽油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽油机，尤其是四行程汽油机。一种减压进气高压缩比汽油机，包括喷油***、火花塞、气缸、活塞、活塞销、连杆、曲轴、油底壳、进气管、进气门、排气门、排气管和曲轴箱，还包括一个进气减压阀门及其阀门驱动器和一个气压传感器、一个流量传感器，它们都设置于进气方向上节气阀和曲轴箱抽气口的上游位置，用于限制进气量，其压缩比设计相应提高，又不会引起爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。本发明汽油机省去现有汽油机用的水冷却***。本发明在提高内燃机热效率的基础上，减少了废气排放，节约能源，同时简化了内燃机结构，减少了零件数量，降低了生产成本。

Description

减压进气高压缩比汽油机

技术领域

本发明涉及一种汽油机，尤其是四行程汽油机。

背景技术

目前，现有的内燃机尤其是汽油机大多采用常压进气，即进气压力为一个大气压。还有一部分内燃机采用增压进气，增压进气的目的是为了提高升功率，即用多进油气多做功的方法提高单位体积做功的量。但是常压进气和增压进气的汽油机热效率普遍较低，一般水平仅为28～35％，排气温度高达900～1200K，燃料燃烧的很大一部分能量都作为热量排放出去，另外有三分之一的能量则经由燃烧室壁传导至内燃机的冷却***，进而释放到空气中，不能有效做功，实际上是一种能源的浪费。并且由于排气温度高，汽油机的排气管一般都采用沉重的铸铁管道，还要安装沉重的散热气器，给安装这台汽油机的车辆增加了负载。这就进一步增加了燃油的消耗。

汽油机的压缩比通常为8～10，一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度便越高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，热效率越高，经济性愈好。但是在常压进气和增压进气的条件下，压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现暴燃和表面点火等不正常燃烧现象。暴燃是由于压缩过程中混合气压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。暴燃时会发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重暴燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。如何既能提高汽油机的热效率，又能避免爆燃和表面点火等不正常燃烧现象成为一个亟待解决的技术问题。

现有的汽油机如图1所示，主要部件包括喷油***1、火花塞2、气缸3、活塞4、活塞销5、连杆6、曲轴7、油底壳8、进气歧管9、排气管13、曲轴箱14、水夹层15和水泵33。进气歧管9上设置有节气门10(即油门)，进气歧管9和汽缸3连接处设置有进气门11，排气管13和汽缸3连接处设置有排气门12。气缸3顶端有气缸盖301，气缸缸体303内和气缸盖301上设置有起降温作用的水夹层302，气缸盖301顶端还有油盘18。气缸3周围设置有采用水冷方式的水夹层15，水夹层15依靠水泵33进行冷却水循环。设置在气缸缸体303内的油泵通过油盘18将机油注入内燃机油道内进行润滑，在汽缸盖301的上方的机油，是从凸轮轴流下来的，机油由汽缸盖301上的孔流经气缸缸体303上的孔，直接流到油底壳8。进气歧管9有废气再循环通道25与排气管13相通。进气歧管9靠近进气门11的部分与下部的曲轴箱14是相通的，进气歧管9和曲轴箱14的连通是现有机械结构连通，并没有专设通道，图1中为了表示方便，单独表示出曲轴箱抽气通道16。目前汽车上大多有电控单元24，即ECU，它通过信号线26与喷油***1连接，控制喷油量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减压进气高压缩比汽油机，该汽油机采用减压进气的方法，提高气缸的膨胀比，提高热效率，降低排气温度。

本发明是这样实现的：一种减压进气高压缩比汽油机，包括喷油***、火花塞、气缸、活塞、活塞销、连杆、曲轴、油底壳、进气歧管、节气门、进气门、排气门、排气管、曲轴箱、水夹层和水泵，气缸顶端设置有气缸盖，气缸盖上设置有油盘，气缸缸体内和气缸盖上设置有水夹层，该汽油机还包括一个进气减压阀及其阀门驱动器和两个传感器，所述进气减压阀设置在进气歧管上，位于进气方向上节气门的上游位置，并且进气减压阀位于曲轴箱抽气通道与废气再循环通道之间的位置；阀门驱动器设置在进气歧管外部靠近进气减压阀的位置，阀门驱动器与进气减压阀连接并与汽车的电控单元通过信号线相连；两个传感器设置在进气歧管上位于进气减压阀和节气门之间的位置，并与汽车的电控单元通过信号线相连；

所述进气减压阀及其阀门驱动器、两个传感器以及汽车上的ECU的共同作用，将汽油机的进气压力减小到正常大气压以下，提高压缩比。

所述两个传感器分别为压力传感器和流量传感器。

所述汽油机省去水夹层和水泵以及水泵与水夹层连接的水管。

所述汽油机省去水夹层和水泵以及水泵与水夹层连接的水管；气缸盖上设置有油孔与气缸缸体内的原有的水夹层顶部连通，原有水夹层成为油夹层，油夹层底部设置有出油孔与曲轴箱连通；油夹层与油孔相对的位置设置有机油回流通道与曲轴箱连通。

所述汽油机的气缸内部上表面，气缸盖下表面以及活塞的顶部设置有隔热层。隔热层可以是表面氧化层，涂料涂层、镀层或者是耐热材料的隔热片。

本发明提供了一种前所未有的汽油机进气方式，通过进气减压阀及其阀门驱动器、压力传感器、流量传感器以及汽车上的ECU的共同作用，将汽油机的进气压力减小到正常大气压以下，这样在进气行程终了时气缸内的可燃混合气的密度较低，并且温度较低，在随后的压缩行程中，(虽然相应的压缩比较高，)混合气温度不会过高，不会引起不正常燃烧现象。

进气气压与压缩比为反相关，进气气压越低，汽油机的压缩比就可以做得越高，例如进气气压为0.8个大气压时，压缩比即可设计成接近12.5；进气气压为0.5个大气压时，压缩比即可设计成接近20。压缩比越高，燃油的做功效率就越高，燃烧做功后排气温度就越低。

汽车上的ECU(Electronic Control Unit)即电控单元，是汽车专用的微机控制器，能够分析和处理多种信号，本发明利用汽车上的ECU根据压力传感器和流量传感器传出的信号，通过阀门驱动器控制阀门开度，达到控制进气压力的效果。

本发明具有以下有益效果：本发明减压进气高压缩比汽油机能够有效降低汽缸压缩行程中混合气初始温度，提高压缩比，在提高汽油机热效率的基础上，避免爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。又由于减少了传导到燃烧室壁的热量，去掉了水冷却***，减轻了汽油机的重量，从而降低了汽油机的生产成本，节约能源，具有很高的经济效益。此外，由于进气歧管和曲轴箱以及油底壳连通，因此，曲轴箱和油底壳相对于外界是负压，减轻了曲轴两端、气门罩、油盘底等处的漏油情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为现有的汽油机结构示意图；

图2为本发明减压进气高压缩比汽油机第一实施例示意图；

图3为本发明减压进气高压缩比汽油机的进气歧管部分放大示意图；

图4为本发明减压进气高压缩比汽油机第二实施例示意图；

图中：1喷油***，2火花塞，3气缸，301气缸盖，302水夹层，303气缸缸体，5活塞销，6连杆，7曲轴，8油底壳，9进气歧管，10节气门，11进气门，12排气门，13排气管，14曲轴箱，15水夹层，150油夹层，16曲轴箱抽气通道，17隔热层，18油盘，20进气减压阀，21阀门驱动器，22压力传感器，23流量传感器，24电控单元，25废气再循环进口，26信号线，33水泵，34机油回流通道，35油孔，36出油孔，图中箭头方向为进气方向。

具体实施方式

第一实施例

参见图2，图3。一种减压进气高压缩比汽油机，包括喷油***1、火花塞2、气缸3、活塞4、活塞销5、连杆6、曲轴7、油底壳8、进气歧管9、节气门10、进气门11、排气门12、排气管13和曲轴箱14，气缸3顶端设置有气缸盖301，气缸盖301上设置有油盘18，气缸3周围是气缸缸体303，该汽油机还包括一个进气减压阀20及其阀门驱动器21、压力传感器22和流量传感器23，所述进气减压阀20设置在进气歧管9上，位于进气方向上节气门10的上游位置，并且进气减压阀20位于曲轴箱抽气通道16与废气再循环通道25之间的位置；阀门驱动器21设置在进气歧管9外部靠近进气减压阀20的位置，阀门驱动器21与进气减压阀20连接并与汽车的电控单元24通过信号线相连；压力传感器22和流量传感器23设置在进气歧管9上位于进气减压阀20和节气门10之间的位置，并与汽车的电控单元24通过信号线相连。

本实施例汽油机工作时，第一个进气行程阀门20关闭，进气门11开启，排气门12关闭。随着活塞4从上止点向下止点移动，活塞4上方的气缸3容积增大，从而使从进气减压阀20到气缸3这一段空间内的压力降到大气压力以下，此时压力传感器22探测压力，等气压下降到设定值，电控单元24控制阀门驱动器21开启进气减压阀20，让空气进入进气歧管9，空气依次经过气减压阀20、节气门10和进气门11吸入气缸3，在吸气过程中根据压力传感器22传来的气压信号，电控单元24控制进气减压阀20的开度，始终保持进气压力维持在一定范围。

由于本实施例采用减压进气，压缩比增大，汽油机做功冲程完毕汽缸温度较低，可以省去水夹层、水泵和相关附件。

第二实施例

参见图4。一种减压进气高压缩比汽油机，包括喷油***1、火花塞2、气缸3、活塞4、活塞销5、连杆6、曲轴7、油底壳8、进气歧管10、进气门11、排气门12、排气管13和曲轴箱14，气缸3顶端设置有气缸盖301，气缸盖301上设置有油盘18，该汽油机还包括一个进气减压阀20及其阀门驱动器21、压力传感器22和流量传感器23。所述进气减压阀20设置在进气歧管9上，位于进气方向上节气门10的上游位置，并且进气减压阀20位于曲轴箱抽气通道16与废气再循环通道25之间的位置；阀门驱动器21设置在进气歧管9外部靠近进气减压阀20的位置，阀门驱动器21与进气减压阀20连接并与汽车的电控单元24通过信号线26相连；压力传感器22和流量传感器23设置在进气歧管上9位于进气减压阀20和节气门10之间的位置，并与汽车的电控单元24通过信号线26相连。气缸盖301上设置有油孔35与气缸缸体303内的油夹层150顶部连通(本发明油夹层150就是原有的水夹层，但是原来水夹层内通过的散热介质是水，而本发明油夹层150内通过的散热介质为油)，机油从气缸盖301上通过油孔35流到气缸缸体303内的油夹层15里。油夹层15与油孔35相对的位置设置有机油回流通道34与曲轴箱14连通。气缸缸体303内的油夹层15底部有出油孔36与曲轴箱14连通；原有的汽油机中，机油由气缸盖301上的孔流经气缸缸体303中的孔，直接流到油底壳8；本发明中，气缸盖301上的孔不再通向气缸缸体303中的孔，而是通向气缸缸体303内的油夹层150，形成油孔35，机油从气缸盖301经过油孔35，流到气缸缸体303中的油夹层150里，再流到油底壳8。所述汽油机的气缸3内部上表面，气缸盖301下表面以及活塞4的顶部设置有隔热层17。隔热层17可以为直接在活塞顶进行表面氧化处理得到的氧化层，可以为市售的耐高温隔热涂料涂层，可以为低导热率的合金镀层，也可以安装陶瓷等材料的耐高温隔热片。

本实施例汽油机工作原理与第一实施例相同。

由于本实施例采用减压进气，压缩比增大，汽油机做功冲程完毕汽缸温度较低，可以直接利用机油进行散热，省去水泵和相关附件，以及气缸盖上的水夹层。另外为了避免散热过度影响热效率，汽油机的气缸内部上表面，气缸盖下表面以及活塞的顶部设置有隔热层。

Claims (5)

1.一种减压进气高压缩比汽油机，包括喷油***、火花塞、气缸、活塞、活塞销、连杆、曲轴、油底壳、进气歧管、节气门、进气门、排气门、排气管、曲轴箱、水夹层和水泵，气缸顶端设置有气缸盖，气缸盖上设置有油盘，气缸缸体内和气缸盖上设置有水夹层，其特征在于，该汽油机还包括一个进气减压阀及其阀门驱动器和两个传感器，所述进气减压阀设置在进气歧管上，位于进气方向上节气门的上游位置，并且进气减压阀位于曲轴箱抽气通道与废气再循环通道之间的位置；阀门驱动器设置在进气歧管外部靠近进气减压阀的位置，阀门驱动器与进气减压阀连接并与汽车的电控单元通过信号线相连；两个传感器设置在进气歧管上位于进气减压阀和节气门之间的位置，并与汽车的电控单元通过信号线相连；

所述进气减压阀及其阀门驱动器、两个传感器以及汽车上的ECU的共同作用，将汽油机的进气压力减小到正常大气压以下，提高压缩比。

2.如权利要求1所述的减压进气高压缩比汽油机，其特征在于，所述两个传感器分别为压力传感器和流量传感器。

3.如权利要求1或2所述的减压进气高压缩比汽油机，其特征在于，所述汽油机省去水夹层和水泵以及水泵与水夹层连接的水管。

4.如权利要求1或2所述的减压进气高压缩比汽油机，其特征在于，所述汽油机省去水泵和水泵与水夹层连接的水管；气缸盖上设置有油孔与气缸缸体内的原有的水夹层顶部连通，原有水夹层成为油夹层，油夹层底部设置有出油孔与曲轴箱连通；油夹层与油孔相对的位置设置有机油回流通道与曲轴箱连通。

5.如权利要求3所述的减压进气高压缩比汽油机，其特征在于，所述汽油机的气缸内部上表面、气缸盖下表面以及活塞的顶部设置有隔热层。

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