汽油機電動增壓進氣壓縮冷卻氣門節流制冷的原理及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及內燃機技術領域，尤其涉及一種汽油機電動增壓進氣壓縮冷卻氣門節流制冷原理及裝置。
【背景技術】
[0002]汽油機廣泛采用增壓并縮減排量措施，以達到降低整車油耗和排放的目標。但汽油機增壓受爆震燃燒與低速早燃等非正常燃燒現象的限制，隨著汽油機向高增壓和超高增壓方向的發展，上述問題更加突出。有鑒于此，提出降低進氣溫度的技術途徑，即先將進氣通過電動增壓器過度增壓至高于預期設置的進氣壓力值，通過水冷中冷器對增壓后的高溫高壓進氣進行冷卻，然后再經進氣門和進氣門座之間狹窄流通截面進行節流，使進氣膨脹減壓至預期進氣壓力，從而大幅降低進氣溫度。目前，對汽油機進氣進行先增壓再膨脹冷卻的研究并不多見，類似案例如論文SAE 2014-01-2596，其提出了一種汽油機增壓進氣冷卻概念，采用機械增壓器進行高比增壓，將進氣流經中冷器冷卻后，再通過渦輪機膨脹降溫；其缺點在于:系統結構復雜，膨脹渦輪成本高，機械增壓器靈活控制因難不適應車用汽油機的瞬變工況運行特征。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明的目的是提供一種汽油機電動增壓進氣壓縮冷卻氣門節流制冷的原理及裝置，可以大幅度降低增壓汽油機在高增壓比、高負荷狀態下的進氣溫度，抑制爆震燃燒與低速早燃等非正常燃燒現象的產生，實現汽油機超高增壓比運行。
[0004]本發明的汽油機電動增壓進氣壓縮冷卻氣門節流制冷的原理，通過可變氣門升程機構將進氣門切換至小升程狀態，并啟動電動增壓器將進氣過度增壓至高于預期設置的進氣壓力值;再利用內置于進氣歧管的水冷中冷器對壓縮后的高溫高壓進氣進行冷卻;冷卻后的高壓進氣流經進氣門和進氣門座之間狹窄流通截面形成節流，節流后的進氣迅速減壓至預期進氣壓力值并膨脹降溫，于是大幅降低進氣溫度。
[0005]本發明的汽油機電動增壓進氣壓縮氣門節流制冷裝置，該裝置系統性集成電動增壓器、帶水冷中冷器的進氣歧管、可變氣門升程機構，其中，所述電動增壓器布置在帶內置水冷中冷器的進氣歧管前方;在電動增壓器與帶內置水冷中冷器的進氣歧管之間安裝有節氣門；所述水冷中冷器布置于進氣歧管內部。
[0006]進一步，在電動增壓器前端串聯接入廢氣渦輪增壓器，構成兩級復合增壓系統，實現汽油機高增壓比運行。
[0007]進一步，電動增壓器并列安裝旁通管路，用作汽油機不實施進氣壓縮冷卻氣門節流制冷過程時的進氣通路。
[0008]進一步，電動增壓器的電動機通過機械式增速機構驅動離心式壓縮機。
[0009]進一步，水冷中冷器內置于進氣歧管，套管式水冷中冷器熱交換面積較常規水冷中冷器大。
[0010]進一步，所述可變氣門升程機構的小升程狀態，進氣門和進氣門座之間形成狹窄流通截面，能夠起到明顯的節流作用。
[0011]本發明的有益效果是:本發明的汽油機電動增壓進氣壓縮冷卻氣門節流制冷裝置，大幅度減低進氣溫度，抑制增壓汽油機在高增壓比高負荷狀態下的爆震燃燒與低速早燃等非正常燃燒現象的產生，可實現汽油機的超高比增壓運行，進一步提高汽油機的動力性和燃油經濟性。該裝置構造簡單、進氣系統布置緊湊，電動增壓器控制靈活、響應迅速，適應車用汽油機瞬變工況運行的要求。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明進氣壓縮冷卻氣門節流制冷原理圖；
[0013]圖2為本發明不實施進氣壓縮冷卻氣門節流制冷過程的進氣原理圖；
[0014]圖3為本發明電動增壓器的結構視圖；
[0015]圖4為本發明電動增壓器局部剖視圖；
[0016]圖5為本發明集成水冷中冷器的進氣歧管的結構視圖；
[0017]圖6為圖5的局部剖視圖；
[0018]圖7為本發明可變氣門升程機構的小氣門升程狀態示意圖；
[0019]圖8為本發明可變氣門升程機構的大氣門升程狀態示意圖。
[0020]圖9為本發明采用兩級增壓時的結構正視圖；
[0021]圖10為本發明采用兩級增壓時的結構右視圖；
【具體實施方式】
[0022]圖1為本發明進氣壓縮冷卻氣門節流制冷原理圖；圖2為本發明不實施進氣壓縮冷卻氣門節流制冷過程的進氣原理圖；圖3為本發明電動增壓器的結構視圖；圖4為本發明電動增壓器局部剖視圖；圖5為本發明集成水冷中冷器的進氣歧管的結構視圖；圖6為圖5的局部剖視圖；圖7為本發明可變氣門升程機構的小氣門升程狀態示意圖；圖8為本發明可變氣門升程機構的大氣門升程狀態示意圖；圖9為本發明采用兩級增壓時的結構正視圖，圖10為本發明采用兩級增壓時的結構右視圖；如圖所示:本實施例的汽油機電動增壓進氣壓縮冷卻氣門節流制冷裝置，通過可變氣門升程機構減小進氣門開度，采用電動增壓器將汽油機進氣增壓，然后通過水冷中冷器對增壓后的高溫進氣進行冷卻，冷卻后的進氣再經進氣門和進氣門座之間狹窄流通截面進行節流實現膨脹冷卻，使進氣溫度進一步降低。所述裝置可抑制爆震燃燒與低速早燃等非正常燃燒現象的產生，進氣系統布置緊湊，可實現汽油機的超高比增壓運行，進一步提高汽油機的動力性和燃油經濟性；采用可變氣門升程技術(VVL)，使發動機在高速區和低速區都能得到滿足需求的氣門升程，從而改善發動機高速功率和低速扭矩，本實施例的VVL結構采用的小氣門升程較正常的氣門升程要小，因此還起到節氣閥的作用，讓增壓后的發動機進氣，通過小的氣門升程，進行迅速膨脹擴散，讓進氣進一步降低溫度，減弱爆震燃燒與低速早燃等非正常燃燒現象，取消了膨脹渦輪，使結構簡化，降低成本，發動機進氣系統布置更為緊湊和方便合理，而且，發動機充氣效率、動力響應和性能均有所提升;本實施例中的可變氣門升程機構，包括可軸向移動凸輪軸和VVL控制器，凸輪軸上對應每個進氣門設有凸起高度互不相同的至少兩個凸輪，根據需要，通過VVL控制器控制凸輪軸軸向移動，使不同的凸輪作用于氣門，選擇合適的氣門升程。