[发明专利]超高压缩比增压直喷汽油发动机及其运行状态切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压直喷汽油发动机，具体地说是涉及一种超高压缩比增压直喷汽油发动机，同时本发明还涉及该超高压缩比增压直喷汽油发动机的运行状态切换方法。

背景技术

在能源日趋紧张，油耗、排放法规不断加严的大背景下，技术、节能、环保代表着未来发动机的发展趋势。为了发动机燃油经济性和排放性能，一些新技术小型化+增压直喷，可变压缩比技术，ATKINSON(或Miller)循环，VVT，VVL，冷却EGR技术等应运而生。

在增压直喷汽油发动机中，受到爆震的限制,其压缩比不能过高,使发动机燃油经济性下降。可变压缩比的目的在于提高发动机的燃油经济性。然而可变压缩比发动机仅在中低负荷时采用高压缩比，为了避免爆震，中高负荷时仍需切换至普通压缩比，节油范围有限。而且可变压缩比发动机结构复杂，可靠性低。这个概念虽发展很多年，却一直没有量产。

冷却EGR可以降低燃烧温度，降低发动机爆震，优化点火时刻，降低发动机热损失。在发动机全负荷时，使用冷却EGR使发动机性能下降。而且冷却EGR一直有可靠性问题，特别是增压发动机，EGR对压气机性能和可靠性的影响一直是开发难题。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种超高压缩比增压直喷汽油发动机及其实现方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种增压直喷发动机，包括进气道、增压器、排气道、气缸、喷油器、曲轴和凸轮轴，气缸的缸盖设置有进气门、火花塞与排气门，气缸的活塞通过连杆与曲轴连接，在曲轴和凸轮轴之间设置有能够调节曲轴和凸轮轴转速比的转速比调节器，在凸轮轴上设置有二冲程凸轮、四冲程凸轮以及在它们之间进行切换的凸轮切换机构，通过调控转速比调节器和凸轮切换机构，调整曲轴与凸轮轴的转速比，并进行二冲程凸轮和四冲程凸轮之间的切换，同时配合调整喷油器喷油时刻，火花塞点火时刻，来实现发动机四冲程工作循环与二冲程工作循环之间的切换。

上述转速比调节器上设置有驱动轮和被驱动轮，曲轴上设置有曲轴驱动轮，凸轮轴上设置有凸轮轴驱动轮；曲轴驱动轮与转速比调节器上的被驱动轮传动连接，凸轮轴驱动轮与转速比调节器上的驱动轮传动连接。

上述曲轴驱动轮与转速比调节器上的被驱动轮通过链条连接，凸轮轴驱动轮与转速比调节器上的驱动轮通过链条连接；或

上述曲轴驱动轮与转速比调节器上的被驱动轮通过皮带连接，凸轮轴驱动轮与转速比调节器上的驱动轮通过皮带连接；或

上述曲轴驱动轮与转速比调节器上的被驱动轮直接啮合，凸轮轴驱动轮与转速比调节器上的驱动轮直接啮合。

上述凸轮切换机构优选二级VVL机构。

上述增压直喷发动机实现四冲程工作循环与二冲程工作循环之间切换的方法，步骤如下：

a当需要发动机处于中低负荷运行时，通过调控转速比调节器和凸轮切换机构，使发动机进入四冲程工作循环，此时凸轮轴与曲轴转速比为1∶2；或，

b当需要发动机处于高负荷运行时，通过调控转速比调节器和凸轮切换机构，使凸轮轴与曲轴的转速比为1∶1，同时调整到二冲程凸轮，并配合调整喷油时刻，火花塞点火时刻，使发动机进入二冲程工作循环。

本发明的有益技术效果是：

(1)本发明在四冲程增压直喷汽油发动机的结构基础上，通过在曲轴和凸轮轴之间设置转速比调节器，以及在凸轮轴上设置凸轮切换机构，从而可根据发动机负荷情况实现四冲程与二冲程之间的切换，进而实现大幅度提高发动机压缩比，提高发动机热效率和燃油经济性，而且结构简单，成本低，可靠性高。

(2)本发明通过对发动机四冲程与二冲程之间的切换，可以保持发动机在所有负荷下，均拥有高压缩比的优势，实现任意工况下均拥有良好的节油效果。经测算，综合油耗比常规发动机降低了35％左右。

(3)本发明通过四冲程切换成二冲程，来提升功率，实现发动机在低转速下，达到四冲程发动机在高转速才能输出的高功率，发动机可始终在低转速区工作，摩擦功损失低。同时，发动机最高转速低，需要与之匹配的变速器要求低，例如采用本发明超高压缩比增压直喷汽油发动机，匹配6AT变速器，即可实现匹配9AT才能达到的整车最佳经济性。

(4)与冷却EGR比，本发明用于增压直喷汽油发动机上不会有增压器污染等可靠性问题。系统的标定也比冷却EGR的标定简单。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明发动机的结构原理图；

图2示出本发明发动机中曲轴和凸轮轴之间的连接示意图。