可变压缩发动的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种可变压缩发动机，其可包括气缸、活塞、燃烧室、燃料喷射器、排气气门、进气气门、进气歧管、空气喷射器、空气通道以及控制单元，气缸在气缸体中形成；活塞在气缸中上下移动；燃烧室由气缸和活塞形成，并用于燃烧燃料-空气混合物；燃料喷射器构造为将燃料喷射至燃烧室中；排气气门选择性地开启，以从燃烧室排出燃烧气体；进气气门选择性地开启，以将进入的空气供应至燃烧室；进气歧管将进入的空气引导至气缸中；空气喷射器构造为从燃烧室吸入气体，并将气体传送至进气歧管中；空气通道构造为连接空气喷射器和进气歧管，使得由空气喷射器吸入的气体经过空气通道；控制单元构造为控制空气喷射器的操作。
【专利说明】可变压缩发动机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年2月22日提交的韩国专利申请第10-2013-0019430号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种可变压缩发动机，更特别地涉及一种可变压缩发动机，其通过改变压缩空气的压力而获得改变压缩比的效果。
【背景技术】
[0004]通常，当压缩比变高时，热力发动机的热效率得以改进。在本文，压缩比指由活塞在气缸中压缩的空气体积的比例。即，如果改变燃烧室的体积，则压缩比改变。
[0005]通过根据发动机的操作状态而改变压缩比，可通过升高燃料-空气混合物的压缩比而在发动机的低负载条件下改进燃料效率，且可防止爆震的发生，并且可通过降低燃料-空气混合物的压缩比而在高负载条件下改进发动机输出。
[0006]在相关技术中，已主要使用可变压缩比(VCR)装置，其通过改变活塞的上死点而改变压缩比。
[0007]然而，相关技术的可变压缩比装置需要电源(如多个连接件)和马达以改变活塞的上死点。因此，发动机的重量由于连接件和马达的重量而增加，且复杂设计需要防止多个连接件的干扰。另外，在不易于改变压缩空气的体积的情况下不可能改变压缩比。
[0008]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0009]本发明已试图提供一种可变压缩发动机，即使在不易于改变压缩空气的体积的情况下，所述可变压缩发动机也实现了改变压缩比的效果。
[0010]另外，本发明已试图提供一种可变压缩发动机，其降低发动机的重量，并简化发动机的构造。
[0011]本发明的各个方面提供了一种可变压缩发动机，其包括气缸、活塞、燃烧室、燃料喷射器、排气气门、进气气门、进气歧管、空气喷射器、空气通道以及控制单元，所述气缸在气缸体中形成；所述活塞在所述气缸中上下移动；所述燃烧室由所述气缸和所述活塞形成，并用于燃烧燃料-空气混合物；所述燃料喷射器构造为将燃料喷射至所述燃烧室中；所述排气气门选择性地开启，以从所述燃烧室排出燃烧气体；所述进气气门选择性地开启，以将进入的空气供应至所述燃烧室；所述进气歧管将进入的空气引导至所述气缸中；所述空气喷射器构造为从所述燃烧室吸入气体，并将所述气体传送至所述进气歧管中；所述空气通道构造为连接所述空气喷射器和所述进气歧管，使得由所述空气喷射器吸入的气体经过所述空气通道；所述控制单元构造为控制所述空气喷射器的操作。[0012]所述可变压缩发动机还可包括冷却器，所述冷却器设置于所述空气喷射器与所述进气歧管之间的空气通道中，以冷却经过所述空气通道的气体。
[0013]所述空气喷射器可为电喷射器，该电喷射器吸入所述燃烧室中的气体，并在短时间内将所述气体喷射至所述空气通道中。所述控制单元可为控制所述空气喷射器的电控制单元。
[0014]所述空气喷射器可充当选择性地开启以将所述燃烧室中的气体传送至所述进气歧管中的气门。所述空气喷射器可开启，使得所述燃烧室中的压力在发动机的压缩冲程中降低。所述空气喷射器可开启，使得所述燃烧室中的燃烧气体在发动机的排气冲程中再循环至所述进气歧管中。
[0015]所述空气通道可为由耐热材料制得的软管。所述可变压缩发动机还可包括冷却器以冷却经过所述空气通道的高温燃烧气体。所述气缸可包括多个气缸。
[0016]本发明的各个其他方面提供了 一种可变压缩发动机，其包括多个气缸，所述多个气缸在气缸体中形成。对应于所述多个气缸中的各个气缸，其包括活塞、燃烧室、燃料喷射器、排气气门、进气气门、进气歧管、空气喷射器、空气通道，所述活塞在所述气缸中上下移动；所述燃烧室由所述气缸和所述活塞形成，并用于燃烧燃料-空气混合物；所述燃料喷射器构造为将燃料喷射至所述燃烧室中；所述排气气门选择性地开启，以从所述燃烧室排出燃烧气体；所述进气气门选择性地开启，以将进入的空气供应至所述燃烧室；所述进气歧管将进入的空气引导至所述气缸中；所述空气喷射器构造为从所述燃烧室吸入气体，并将所述气体传送至所述进气歧管中；所述空气通道构造为连接所述空气喷射器和所述进气歧管，使得由所述空气喷射器吸入的气体经过所述空气通道。所述可变压缩发动机还可包括控制单元，所述控制单元构造为控制所述空气喷射器中的每一个。
[0017]通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的【具体实施方式】，本发明的方法和设备所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1示出了根据本发明的一个示例性可变压缩发动机的压缩冲程。
[0019]图2示出了根据本发明的一个示例性可变压缩发动机的进气冲程。
[0020]图3示出了根据本发明的另一示例性可变压缩发动机的排气冲程。
[0021]图4示出了根据本发明的另一示例性可变压缩发动机的进气冲程。
【具体实施方式】
[0022]下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
[0023]图1为示出了可变压缩发动机的压缩冲程的视图，且图2为示出了根据本发明的各个实施方案的可变压缩发动机的进气冲程的视图。同时，在图1和2中，燃料-空气混合物或空气的流动以及活塞的移动方向由箭头表示。
[0024]如图1和2所示，可变压缩发动机I包括活塞10、气缸20、燃烧室22、燃料喷射器24、火花塞25、排气气门26、进气气门28和进气歧管40。另外，可变压缩发动机I还包括空气喷射器30、空气通道32和控制单元36。
[0025]活塞10在气缸20中上下移动,所述气缸20在发动机I的气缸体中以任何合适的数量(例如1、2、4、6、8、12)形成，且燃烧室22在活塞10与气缸20之间形成。
[0026]燃烧室22由活塞10、气缸20的内表面和气缸盖围绕，并且是形成为燃烧燃料_空气混合物的空间。燃料喷射器24为将燃料喷射至燃烧室22中的装置。火花塞25为在燃料-空气混合物中点燃电火花的装置，在所述燃料-空气混合物中，由燃料喷射器24喷射的燃料和发动机I中的进入的空气混合。
[0027]排气气门26为这样的气门，其开启以从燃烧室22排放燃烧气体，或者关闭以允许燃烧室22关闭并密封，且同时燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气通过活塞10的向上移动而压缩，并通过火花塞25的电火花而燃烧。
[0028]进气气门28为这样的气门，其开启以将燃料-空气混合物或空气供应至燃烧室22，或者关闭以允许燃烧室22关闭并密封，且同时燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气通过活塞10的向上移动而压缩,并通过火花塞25的电火花而燃烧。
[0029]进气歧管40为将燃料-空气混合物或空气引导至每个气缸20的通道。另外，进气歧管40设置于气缸盖的侧面上，并允许燃料-空气混合物或空气均匀分布于每个气缸20中。此外，进气歧管40产生涡流，以促进燃料-空气混合物的燃烧。
[0030]包括活塞10、气缸20、燃烧室22、燃料喷射器24、火花塞25、排气气门26、进气气门28和进气歧管40的发动机的构造是本领域已知的，因此将省略更详细的描述。
[0031]空气喷射器30设置为将燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气传送至进气歧管40。另外，空气通道32为连接空气喷射器30与进气歧管40的通道。即，空气喷射器30将燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气传送至空气通道32中，且传送至空气通道32中的燃料-空气混合物或空气通过空气通道32而传送至进气歧管40。
[0032]空气喷射器30可为电喷射器，其将燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气喷射至空气通道32中，从而在短时间内将燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气传送至进气歧管40中。另外，空气喷射器30充当在燃料-空气混合物或空气传送至进气歧管40中时选择性地开启的气门。此外，当空气喷射器30开启时，燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气通过燃烧室22中的压力而供应至空气喷射器30。因此，可进行通过空气喷射器30喷射燃料-空气混合物或空气。
[0033]同时，当空气喷射器30连接至进气歧管40时，从燃烧室22吸入的燃料-空气混合物或空气通过进气口 29而被再次供应至燃烧室22，仅有一个孔在气缸盖中形成，在所述孔处安装空气喷射器30，但不需要用于将燃料-空气混合物或空气再次供应至燃烧室22的分开的孔。
[0034]控制单元36确定空气喷射器30的开启正时和开启时间段，并控制空气喷射器30的操作。另外，控制单元36可为典型的电控制单元(ECU)，其通常控制车辆的电子装置。另夕卜，控制单元36基于提前构建的数据库，根据发动机I的操作状态而确定空气喷射器30的开启正时和开启时间段，并操作空气喷射器30。在本文，发动机I的操作状态指发动机I的旋转速度、负载等，且控制单元36连续进行对发动机I的操作状态和空气喷射器30的操作的映射操作，由此更新数据库。
[0035]通过空气喷射器30的开启操作，可获得如下效果:燃烧室22中的压力变低，且压缩比变低。另外，可变压缩发动机I基本上设计为具有高压缩比，并根据空气喷射器30的操作而调节燃烧室22中的压力。
[0036]当活塞10根据可变压缩发动机I的压缩冲程而向上移动时，如图1所示，空气喷射器30开启。即，燃烧室22和进气歧管40通过空气通道32而彼此连通。另外，空气喷射器30吸入燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气，并将燃料-空气混合物或空气喷射至空气通道32中，从而将燃烧室22中的燃料-空气混合物或空气快速供应至进气歧管40中。同时，当在可变压缩发动机I的压缩冲程过程中在进气歧管40中形成负压时，喷射至空气通道32中的燃料-空气混合物或空气自然地或易于传送至进气歧管40中。此外，空气喷射器30在预定正时开启预定时间段，然后关闭。
[0037]在压缩冲程中，当空气喷射器30开启时的正时和时间段设定为在活塞10到达上死点之前。例如，在压缩冲程过程中当空气喷射器30开启时的正时可基于活塞10的上死点而设定为在0°至-30°的曲柄角的范围内。另外，当空气喷射器30开启时的时间段可为当曲柄角在曲柄角范围内改变10°时的时间段。即，当空气喷射器30开启时的时间段基于曲柄角的改变量而设定，并根据发动机I的旋转速度而变化。在本文，即使压缩空气的压力变低，压缩空气的压力也保持为10巴至15巴。
[0038]如上所述，当空气喷射器30开启时，燃烧室22中的空气量减少，且燃烧室22中的空气压力降低。当在该压缩冲程过程中可变压缩发动机I操作时，可获得压缩比降低的效果O
[0039]当活塞10根据可变压缩发动机I的进气冲程而向下移动时，如图2所示，在空气喷射器30关闭的状态下进气气门28开启。即，燃烧室22和进气歧管40通过进气口 29而彼此连通，所述进气口 29由进气气门28选择性地开启或关闭。另外，进气歧管40中的燃料-空气混合物或空气供应至燃烧室22。即，在可变压缩发动机I的压缩冲程中通过空气通道32供应至进气歧管40中的燃料-空气混合物或空气连同进入的空气一起被供应至燃烧室22。
[0040]图3为示出了可变压缩发动机的排气冲程的视图，且图4为示出了根据本发明的各个实施方案的可变压缩发动机的进气冲程的视图。同时，在图3和4中，燃料-空气混合物或空气的流动以及活塞的移动方向由箭头表示。
[0041]如图3和4所示，根据本发明的各个实施方案的可变压缩发动机I包括冷却器34。同时，除了冷却器34之外，根据本发明的各个实施方案的可变压缩发动机I的其他构成元件与参考图1和2如上描述的那些类似(基本上相同)。因此，将省略有关这种类似或基本上相同的兀件的描述。
[0042]冷却器34设置为冷却高温燃料-空气混合物或空气。另外，冷却器34设置于空气喷射器30与进气歧管40之间，使得燃料-空气混合物或空气经由冷却器34经过空气通道32。S卩，冷却器34冷却由空气喷射器30从燃烧室22喷射的燃料-空气混合物或空气。
[0043]当活塞10根据可变压缩发动机I的排气冲程而向上移动时，如图3所示，排气气门26和空气喷射器30开启。即，燃烧室22中的燃烧气体通过燃烧室22的排放口 27排出，所述排放口 27由排气气门26选择性地开启或关闭，且燃烧室22和进气歧管40通过空气通道32而彼此连通。另外，空气喷射器30吸入燃烧室22中的燃烧气体，并将燃烧气体喷射至空气通道32中，从而将燃烧室22中的燃烧气体快速供应至进气歧管40中。同时，当在可变压缩发动机I的排气冲程过程中在进气歧管40中形成负压时，喷射至空气通道32中的燃烧气体自然地或易于传送至进气歧管40中。在此时，喷射至空气通道32中的燃烧气体在通过经过冷却器34而冷却之后传送至进气歧管40中。
[0044]在该排气冲程过程中，可根据可变压缩发动机I的操作而进行废气再循环(EGR)。在本文，从燃烧室22喷射的燃料-空气混合物或空气可具有100° C至200° C的高温。如果将高温燃料-空气混合物或空气供应至进气歧管40而不冷却，则废气再循环的效率可能劣化。因此，通过冷却器34冷却用于改进废气再循环的效率。同时，空气通道32可为由耐热材料制得的软管，以承受高温。在本文，软管指由橡胶或织物形成的柔性管道。
[0045]空气喷射器30开启预定时间段，然后关闭。在排气冲程中，当空气喷射器30开启时的正时和时间段设定为在活塞10到达上死点之前。例如，在排气冲程过程中当空气喷射器30开启时的正时可基于活塞10的上死点而设定为在-90°至-180°的曲柄角的范围内。另外，当空气喷射器30开启时的时间段可为当曲柄角在曲柄角范围内改变10°时的时间段。即，当空气喷射器30开启时的时间段基于曲柄角的改变量而设定，并根据发动机I的旋转速度而变化。同时，当空气喷射器30开启时的时间段可不同于当排气气门26开启时的时间段。
[0046]除了设置冷却器34之外，就可变压缩发动机I的操作而言，示于图4中的可变压缩发动机I的进气冲程与示于图2中的可变压缩发动机I的进气冲程基本上相同，因此将省略重复的描述。
[0047]同时，在压缩冲程中根据本发明的各个实施方案的可变压缩发动机I的操作与参考图1如上描述的操作基本上相同，不同的是从燃烧室22喷射的燃料-空气混合物或空气经过冷却器34。
[0048]本发明的可变压缩发动机I可获得如下效果:在不易于改变燃烧室22的体积的情况下，通过改变在燃烧室22中压缩的空气量而改变压缩比。
[0049]如上所述，根据本发明，由于发动机I的构造简化且发动机I的重量降低，因此可改进车辆的燃料效率。另外，通过控制在燃烧室22中的空气量，在不改变压缩空气的体积的情况下，连续可变压缩是可能的。此外，通过在排气冲程过程中将燃烧室22中的空气移动至进气歧管40，可进行废气循环。
[0050]为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“向上”或“向下”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
[0051]前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
【权利要求】
1.一种可变压缩发动机，其包括: 气缸，所述气缸在气缸体中形成； 活塞，所述活塞在所述气缸中上下移动； 燃烧室，所述燃烧室由所述气缸和所述活塞形成，并用于燃烧燃料-空气混合物； 燃料喷射器，所述燃料喷射器构造为将燃料喷射至所述燃烧室中； 排气气门，所述排气气门选择性地开启，以从所述燃烧室排出燃烧气体； 进气气门，所述进气气门选择性地开启，以将进入的空气供应至所述燃烧室； 进气 歧管，所述进气歧管将进入的空气引导至所述气缸中； 空气喷射器，所述空气喷射器构造为从所述燃烧室吸入气体，并将所述气体传送至所述进气歧管中； 空气通道，所述空气通道构造为连接所述空气喷射器和所述进气歧管，使得由所述空气喷射器吸入的气体经过所述空气通道；以及 控制单元，所述控制单元构造为控制所述空气喷射器的操作。
2.根据权利要求1所述的可变压缩发动机，其还包括冷却器，所述冷却器设置于所述空气喷射器与所述进气歧管之间的空气通道中，以冷却经过所述空气通道的气体。
3.根据权利要求1所述的可变压缩发动机，其中所述空气喷射器为电喷射器，该电喷射器吸入所述燃烧室中的气体，并在短时间内将所述气体喷射至所述空气通道中。
4.根据权利要求3所述的可变压缩发动机，其中所述控制单元为控制所述空气喷射器的电子控制单元。
5.根据权利要求1所述的可变压缩发动机，其中所述空气喷射器充当选择性地开启以将所述燃烧室中的气体传送至所述进气歧管中的气门。
6.根据权利要求5所述的可变压缩发动机，其中所述空气喷射器开启，使得所述燃烧室中的压力在发动机的压缩冲程中降低。
7.根据权利要求5所述的可变压缩发动机，其中所述空气喷射器开启，使得所述燃烧室中的燃烧气体在发动机的排气冲程中再循环至所述进气歧管中。
8.根据权利要求7所述的可变压缩发动机，其中所述空气通道为由耐热材料制得的软管。
9.根据权利要求7所述的可变压缩发动机，其还包括冷却器以冷却经过所述空气通道的高温燃烧气体。
10.根据权利要求1所述的可变压缩发动机，其中所述气缸包括多个气缸。
11.一种可变压缩发动机，其包括: A)多个气缸，所述多个气缸在气缸体中形成； B)对应于所述多个气缸中的各个气缸: i)活塞，所述活塞在所述气缸中上下移动； ii)燃烧室，所述燃烧室由所述气缸和所述活塞形成，并用于燃烧燃料-空气混合物； iii)燃料喷射器，所述燃料喷射器构造为将燃料喷射至所述燃烧室中； iv)排气气门，所述排气气门选择性地开启，以从所述燃烧室排出燃烧气体； V)进气气门，所述进气气门选择性地开启，以将进入的空气供应至所述燃烧室； vi)进气歧管，所述进气歧管将进入的空气引导至所述气缸中；Vii)空气喷射器，所述空气喷射器构造为从所述燃烧室吸入气体，并将所述气体传送至所述进气歧管中；和 Viii)空气通道，所述空气通道构造为连接所述空气喷射器和所述进气歧管，使得由所述空气喷射器吸入的气体经过所述空气通道；以及 C)控制单元，所 述控制单元构造为控制所述空气喷射器中的每一个。
【文档编号】F02D41/00GK104005860SQ201310726915
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】金汉相 申请人:现代自动车株式会社