CN113669170B - 一种发动机压缩比调节方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机压缩比调节方法和装置，其将发动机燃烧缸内的废气加压后导入发动机控制缸；通过对发动机控制缸内的上腔室、下腔室内废气的充放实现发动机控制缸内的活塞位置控制。本发明不仅能够实现不同工况下的不同压缩比需求，而且结构简单、耗能低。
Description
技术领域
本发明属于变压缩比发动机技术领域，具体公开了一种发动机压缩比调节方法和装置。
背景技术
现有的车辆上搭载的均为燃油或燃气活塞式发动机，这种发动机由于体积小功率大而得到广泛应用，传统的发动机为了在不改变体积的情况下得到更大的动力要求而加入了涡轮增压技术，但发动机的压缩容积不变，在进气压力持续增高时发动机的气缸压力增加，极易使发动机在运行过程中发生爆燃的危险，现有的第一种方案是可变压缩比技术，其工作原理是在缸体与缸盖之间安装楔形滑块，使燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，从而改变压缩容积和压缩比，但此结构复杂，需要改变缸体和缸盖的位置和形状，不利于发动机的制造和后期的维修作业。
现有的第二种方案是在曲轴连杆的大头里面加入偏心环，通过齿轮控制偏心环转动，从而使活塞的上止点位置发生变化而使压缩比得到改变，但此技术对曲轴的加工要求较高，曲轴连接偏心环的机构复杂，曲轴高速旋转时曲轴和曲轴内部连接偏心环的齿轮和机构极易产生强度不足而损坏，且维修更换成本较高，不利于后期应用。
现有的第三种方案是在原有的曲柄连杆机构上又额外增加了一套多连杆机构和控制轴，通过多连杆机构的位置发生变化而使活塞的上止点位置发生变化，但此机构需要额外的联动结构进行驱动，结构较多且庞大，应用于多缸发动机时、会增加发动机的体积重量，而且多连杆机构的可变端安装在曲轴上，当曲轴高速运行时即会导致额外的不平衡震动，从而导致机构整体强度下降和车辆的舒适性降低，不利于大批量应用。
中国发明专利CN101688473A公开了一种控制可变压缩比发动机的压缩比的电动液压装置，所述电动液压装置包括至少一个带非止回阀的双向电子阀，所述电子阀可以打开和关闭控制千斤顶的上腔室和下腔室之间的至少一条液压管道；控制齿条的至少一个位置传感器；用于调节压缩比的所述发动机的曲轴的角度位置传感器；以及至少一台计算机。控制齿条上的力周期性地改变方向，取决于可变压缩比发动机工作的速度和荷载。因此，控制千斤顶的上腔室的压力周期性地高于和低于控制千斤顶的下腔室的压力。为了使效能、扭矩优化，或减少可变压缩比发动机的污染排放物，当需要减小压缩比时，由计算机下指令打开用于减小压缩比的电子阀，考虑到施加在控制齿条上的力，以及由设置在与保持打开的电子阀相同的管道上的止回阀产生的棘轮效应，所述控制齿条在一或多个阶段中移动，直到所述控制齿条的位置传感器向计算机指出控制齿条的位置正确地相应于所需的压缩比为止。该发明使用的液压供给装置存在零部件数量多、结构复杂、成本高的缺陷。
中国发明专利CN107725306A公开了一种发动机液压供给装置，该供给装置用于提供驱动力，在出口压力小于设定控制压力时，单点压力检测单元处于第一状态，通过控制电机控制单元驱动电动机工作，进而带动油泵运转，使机油由进口流入由出口流出，提高了出口压力；当出口压力大于或等于设定控制压力时，单点压力检测单元处于第二状态，此时电机控制单元上的延时控制模块按照设定延时时长，继续驱动电动机延时工作一段时间再停止，使出口压力持续上升；通过调整延时时长，可将所述出口压力比较准确的控制在所需压力范围。该发明的液压控制装置虽然用于改变或稳定发动机的压缩比，但是上述液压供给装置，为了提供高压油，需要电动机及油泵工作来对发动机主油道处的机油加压，电动机及油泵工作会耗费电能、增加能耗/燃油耗。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种发动机压缩比调节方法和装置，其不仅能够实现不同工况下的不同压缩比需求，而且结构简单、耗能低。
本发明公开了一种发动机压缩比调节方法，将发动机燃烧缸内的废气加压后导入发动机控制缸；通过对发动机控制缸内的上腔室、下腔室内废气的充放实现发动机控制缸内的活塞位置控制。
本发明还公开了一种发动机压缩比调节装置，其包括发动机，所述发动机包括燃烧缸和控制缸，所述燃烧缸和所述控制缸之间通过第一管路连通，所述第一管路上串联设置有单向阀，所述第一管路上并联设置有第二管路和第三管路，所述第二管路上串联设置有蓄压器，所述第三管路上串联设置有安全阀和泄压口。
在本发明的一种优选实施方案中，所述管路的进口与所述燃烧缸的排气道连通，所述管路的出口通过电磁阀与所述控制缸连通，所述电磁阀的两个出口端分别连通发动机控制缸内的上腔室、下腔室。
在本发明的一种优选实施方案中，所述单向阀位于所述蓄压器的上游。
在本发明的一种优选实施方案中，所述蓄压器位于所述安全阀的上游。
在本发明的一种优选实施方案中，所述安全阀位于所述泄压口上游。
在本发明的一种优选实施方案中，所述泄压口与排气管连通。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路和所述蓄压器的表面涂覆绝热涂层。
在本发明的一种优选实施方案中，所述发动机控制缸内的活塞上同轴套装有能够控制活塞位于其上止点、保证发动机启动阶段的低压缩比/低膨胀比需求的弹簧。
在本发明的一种优选实施方案中，所述发动机控制缸内的活塞的上下腔表面涂覆绝热涂层。
本发明的有益效果是：本发明采用气压控制，具有结构简单、成本低的优点，同时本发明利用的是燃烧室内燃烧后形成的高温高压废气进入压缩比调节装置进行加压，通过控制上下腔内气体的充气、放气，来允许控制活塞的上下移动或固定，从而在不消耗额外能量的情况下，满足不同工况下的不同压缩比需求，故本发明方法可有效地利用发动机废热，减少能耗。
附图说明
图1是本发明一种发动机压缩比调节装置的示意图；
图中，1-燃烧缸；2-控制缸；3-第一管路；4-单向阀；5-第二管路；6-第三管路；7-蓄压器；8-安全阀；9-泄压口；10-上腔室；11-下腔室；12-电磁阀；13-弹簧；1.1-进气道；1.2-排气道；
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种发动机压缩比调节方法，其将发动机燃烧缸1内的废气加压后导入发动机控制缸2；通过对发动机控制缸2内的上腔室10、下腔室11内废气的充放实现发动机控制缸2内的活塞位移。
本发明还公开了一种发动机压缩比调节装置，其根据理想气体定律pV＝nRT，同样质量的气体、在一定的空间内，温度越高、压力越高，在控制活塞的上下腔表面涂覆绝热涂层，用以保持其中的气体温度，减少补气需求，其包括发动机，发动机包括燃烧缸1和控制缸2，燃烧缸1和控制缸2之间通过第一管路3连通，第一管路3上串联设置有单向阀4，第一管路3上并联设置有第二管路55和第三管路6，第二管路55上串联设置有蓄压器7，第三管路6上串联设置有安全阀8和泄压口9。
优选地，第一管路3的进口与燃烧缸1的排气道1.2连通，第一管路3的出口通过电磁阀12与控制缸2连通，电磁阀12的两个出口端分别连通发动机控制缸2内的上腔室10、下腔室11。
优选地，单向阀4位于蓄压器7的上游。
优选地，蓄压器7位于安全阀8的上游。
优选地，安全阀8位于泄压口9上游。
优选地，泄压口9与排气管连通。
优选地，第一管路3、第二管路55、第三管路6和蓄压器7的表面涂覆绝热涂层。
优选地，发动机控制缸2内的活塞上同轴套装有能够控制活塞位于其上止点、保证发动机启动阶段的低压缩比/低膨胀比需求的弹簧13，弹簧13可以使得更多的排气能量用于压缩比调节装置加压及催化剂升温。
优选地，发动机控制缸2内的活塞的上下腔表面涂覆绝热涂层。
本发明的附图1示出了本申请的压缩比调节装置，安全阀及其之前的管路需要涂覆绝热涂层，其他管路及蓄压器内表面涂覆绝热涂层，用以保持其中的气体温度，位于燃烧缸1和控制缸2之间的加压装置包括进口、出口、蓄压器、安全阀和泄压口，加压装置的功能和工作原理与CN107725306A中一致；加压装置的进口与排气歧管的出口连接，燃烧室内燃烧后形成的高温高压废气在排气冲程中，通过排气门、缸盖排气道、排气歧管进入加压装置进行加压，当蓄压器内压力达到安全阀限值时，安全阀打开、多余的排气通过泄压口进入排气管；同时控制缸处的电磁阀按照需求进行工作，通过控制上下腔内气体的充气、放气，来允许控制活塞的上下移动或固定、从而实现压缩比的变化或稳定。
具体的工作过程如下：
1)发动机启动阶段：控制缸处的电磁阀关闭，控制活塞在在弹簧的作用下处于上止点位置，发动机处于低压缩比/低膨胀比的状态，一方面发动机易于启动，另一方面也可将更多的排气能量通过排气门、缸盖排气道、排气歧管进入压缩比调节装置进行加压。当蓄压器内压力达到安全阀限值时，安全阀打开、多余的排气通过泄压口进入排气管。排气管的氧传感器检测到排气信号后，ECU判断压缩比调节装置内蓄压达标，此时控制缸处的电磁阀可按照需求进行工作，通过控制上下腔内气体的充气、放气，来允许控制活塞的上下移动或固定、从而实现压缩比的变化或稳定。
2)发动机运行阶段：若排气管的氧传感器长时间无法检测到排气信号，则仪表盘需显示维修图标并发出警示音、提醒驾驶员尽快进行检查或维修(内部管路泄露、无法蓄压；传感器本身或传输故障等)。
本申请的发动机可变压缩比调节装置，采用气压控制，结构简单，降低成本；并且，本申请利用的是燃烧室内燃烧后形成的高温高压废气进入压缩比调节装置进行加压，通过控制上下腔内气体的充气、放气，来允许控制活塞的上下移动或固定、从而实现压缩比的变化或稳定，可有效地利用发动机废热，减少能耗。
(1)本提案的核心点在于利用燃烧室内燃烧产生的高温高压废气进入压缩比调节装置进行加压，通过控制上下腔室内气体的充气、放气，以实现对气缸内活塞上下运动的控制，从而在不消耗额外能量的情况下，满足不同工况下的不同压缩比需求。
(2)本提案中气压控制是指将气缸燃烧室内产生的高温高压废气用于发动机的可变压缩比调节装置，以调节发动机压缩比的过程，而不是指气缸的做功行程中，混合气燃烧释放热能，高温高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动的过程。
(3)现有技术中发动机可变压缩比调节装置多为液压调节装置，气压调节装置并非是本领域的常规技术手段。同时，现有技术中对燃烧后的废气二次利用为废气再循环(EGR)，EGR的目的在于实现废气的二次燃烧，或实现分层燃烧和稀薄燃烧，从而在减小燃油消耗的同时改善发动机的排放性能。因此，本提案中气压控制发动机可变压缩比调节装置并非是本领域的常规技术手段。
人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种发动机压缩比调节方法，其特征在于：发动机包括燃烧缸和控制缸，所述燃烧缸和所述控制缸之间通过第一管路连通，所述第一管路上串联设置有单向阀，所述第一管路上并联设置有第二管路和第三管路，所述第二管路上串联设置有蓄压器，所述第三管路上串联设置有安全阀和泄压口，所述第一管路的进口与所述燃烧缸的排气道连通，所述第一管路的出口通过电磁阀与所述控制缸连通，所述电磁阀的两个出口端分别连通发动机控制缸内的上腔室、下腔室，所述发动机控制缸内的活塞上同轴套装有能够控制活塞位于其上止点、保证发动机启动阶段的低压缩比/低膨胀比需求的弹簧，所述第一管路、所述第二管路、所述第三管路和所述蓄压器的表面涂覆绝热涂层，所述发动机控制缸内的活塞的上下腔表面涂覆绝热涂层，根据理想气体定律pV=nRT，同样质量的气体、在一定的空间内，温度越高、压力越高，在控制活塞的上下腔表面涂覆绝热涂层，用以保持其中的气体温度，减少补气需求，将发动机燃烧缸内的废气加压后导入发动机控制缸；通过对发动机控制缸内的上腔室、下腔室内废气的充放实现发动机控制缸内的活塞位置控制；位于燃烧缸（1）和控制缸（2）之间的加压装置包括进口、出口、蓄压器、安全阀和泄压口；加压装置的进口与排气歧管的出口连接，燃烧室内燃烧后形成的高温高压废气在排气冲程中，通过排气门、缸盖排气道、排气歧管进入加压装置进行加压，当蓄压器内压力达到安全阀限值时，安全阀打开、多余的排气通过泄压口进入排气管；同时控制缸处的电磁阀按照需求进行工作，通过控制上下腔内气体的充气、放气，来允许控制活塞的上下移动或固定、从而实现压缩比的变化或稳定；气压控制是指将气缸燃烧室内产生的高温高压废气用于发动机的可变压缩比调节装置，以调节发动机压缩比的过程，而不是指气缸的做功行程中，混合气燃烧释放热能，高温高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动的过程，
1）发动机启动阶段：控制缸处的电磁阀关闭，控制活塞在在弹簧的作用下处于上止点位置，发动机处于低压缩比/低膨胀比的状态，一方面发动机易于启动，另一方面也可将更多的排气能量通过排气门、缸盖排气道、排气歧管进入压缩比调节装置进行加压；当蓄压器内压力达到安全阀限值时，安全阀打开、多余的排气通过泄压口进入排气管，排气管的氧传感器检测到排气信号后，ECU判断压缩比调节装置内蓄压达标，此时控制缸处的电磁阀按照需求进行工作，通过控制上下腔内气体的充气、放气，来允许控制活塞的上下移动或固定、从而实现压缩比的变化或稳定；
2）发动机运行阶段：若排气管的氧传感器长时间无法检测到排气信号，则仪表盘需显示维修图标并发出警示音、提醒驾驶员尽快进行检查或维修。
2.根据权利要求1所述的发动机压缩比调节方法，其特征在于：所述单向阀位于所述蓄压器的上游。
3.根据权利要求1所述的发动机压缩比调节方法，其特征在于：所述蓄压器位于所述安全阀的上游。
4.根据权利要求1所述的发动机压缩比调节方法，其特征在于：所述安全阀位于所述泄压口上游。
5.根据权利要求1所述的发动机压缩比调节方法，其特征在于：所述泄压口与排气管连通。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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