本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种发动机和汽车。
背景技术
伴随着日新月异的科技进步，人们对生活质量的追求也越来越高。而汽车作为改善人们日常生活的重要交通工具，已经越来越来不可或缺。人们对汽车的舒适性、安全性和可靠性的要求也越来越挑剔，所以对各个汽车厂商的要求也越来越高。并且，先进的工艺、结构设计等方式的改善，也有利于汽车厂商节约生产成本，增加自身的市场竞争力。
发动机是汽车的心脏，其性能直接关系到汽车的品质和乘客的乘坐感受。
阿特金森循环加增压是当前降低发动机油耗同时维持发动机扭矩的热门技术组合。阿特金森循环对于降低中小负荷油耗率非常有效，但是大负荷及全负荷，阿特金森循环却存在几个天生的问题，第一是压缩比大爆震高；第二是压缩冲程进气门还未关闭(关闭时刻比奥拓循环要迟)，进气被压回进气歧管，歧管压力高，导致充气效率降低；第三是对于增压发动机，歧管压力高但充气效率低，就意味着压气机的压比高但气体流量低，从而容易产生低速大负荷喘振，增压器匹配困难。
为便于理解，图1示例了阿特金森循环与奥拓循环的气门型线对比示意图。其中，横坐标0-180度为做功冲程，180-360度为排气冲程，360-540度为进气冲程，540-720度为压缩冲程。阿特金森循环与奥拓循环在排气冲程的气门型线差别不大，在进气冲程的气门型线有显著差别，阿特金森循环的气门关闭时刻比奥拓循环要推迟。图2示例了阿特金森循环与奥拓循环根据进气歧管内气体状态计算的充气效率的差别示意图，其中全转速范围内充气效率低于0.8的是阿特金森循环增压发动机的充气效率，几乎全转速范围内充气效率高于0.8的是奥拓循环增压发动机的充气效率。图3示例了奥拓循环增压发动机和阿特金森循环发动机中的压气机的运行地图示意图，对于奥拓循环增压发动机，由于歧管压力低，所以压比低，发动机低速全负荷的联合运行工况可以运行到如图中空心点标注的位置。但是对于阿特金森循环发动机，在进气量不变的情况下，歧管压力增加，增压器压比提高，联合运行工况将向图中实心标注的位置移动，这就降低了增压器的效率，更严重的是增加了增压器喘振的风险。
技术实现要素：
为了克服现有技术中阿特金森循环发动机，在进气量不变的情况下，歧管压力增加，增加了增压器喘振风险的技术问题，本发明提供了一种发动机和汽车。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种发动机，包括：
压气机；
气缸，所述气缸的气缸盖上设置有进气门、排气门以及火花塞，所述气缸内部形成有燃烧室；
进气歧管，所述进气歧管分别与所述压气机和所述进气门连接；以及，
回气门，所述回气门设置于所述燃烧室上，并通过回气管与所述压气机的进气口连接，形成气体通路；
当所述回气门打开时，所述燃烧室内的一部分气体通过所述气体通路流回所述压气机的进气口位置。
其中，上述发动机中，所述回气管包括第一输出口，所述回气管通过所述第一输出口与所述压气机的进气口连接。
其中，上述发动机，还包括egr冷却器，所述egr冷却器设置于所述回气管，所述egr冷却器的出口与所述第一输出口连接。
其中，上述发动机中，所述回气管还包括第二输出口，所述第二输出口分别与所述egr冷却器的出口以及所述压气机的出气口连接。
其中，上述发动机，还包括第一控制阀分别与所述egr冷却器的出口、第一输出口以及第二输出口连接，控制所述第一输出口和第二输出口的导通或断开。
其中，上述发动机，还包括一控制机构，所述控制机构控制所述回气门的开启或关闭。
其中，所述控制机构为第二控制阀，所述第二控制阀包括电磁阀或者液压阀。
其中，上述发动机中，所述气体通路上设置有单向阀。
其中，上述发动机，还包括：空滤器、排气歧管、涡轮机以及催化器；
所述空滤器与所述压气机连接，所述排气歧管与所述排气门连接，所述涡轮机分别与所述排气歧管和所述催化器连接。
第二方面，本发明实施例提供一种汽车，包括如上所述的发动机。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例的发动机中，通过在燃烧室设置回气门，在燃烧室和压气机的进气口之间形成气体通路，使得在发动机预定工作过程中，燃烧室内的气体能够通过气体通路流向压气机的进气口位置处，能够实现不同工作模式，并且能够在阿特金森模式改善压气机工作边界，提高增压器运行效率并远离喘振，提高了发动机充气效率。
附图说明
图1表示阿特金森循环与奥拓循环的气门型线对比示意图；
图2表示阿特金森循环与奥拓循环根据进气歧管内气体状态计算的充气效率的差别示意图；
图3表示奥拓循环增压发动机和阿特金森循环发动机中的压气机的运行地图示意图；
图4表示本发明实施例提供的发动机的第一结构示意图；
图5表示本发明实施例提供的发动机的第二结构示意图；
图6表示本发明一示例中三缸发动机的气缸示意图；
图7表示本发明一具体使用示例中发动机的工作过程示意图。
其中图中：
1-压气机；2-气缸；21-进气门、22-排气门；23-火花塞；3-进气歧管；4-回气门；5-回气管；51-第一输出口；52-第二输出口；6-egr冷却器；7-第一控制阀；8-空滤器；9-排气歧管；10-涡轮机；11-催化器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图4所示，本发明实施例中提供了一种发动机，包括：压气机1；气缸2，所述气缸2的气缸盖上设置有进气门21、排气门22以及火花塞23，所述气缸2内部形成有燃烧室；进气歧管3，所述进气歧管3分别与所述压气机1和所述进气门21连接；以及，回气门4，所述回气门4设置于所述燃烧室上，并通过回气管5与所述压气机1的进气口连接，形成气体通路；当所述回气门4打开时，所述燃烧室内的一部分气体通过所述气体通路流至所述压气机1的进气口位置。
上述实施例中，对于发动机中所包含的气缸2的数量不作限制，可以为1个，也可以为多个(≥2个)，而每一气缸2的气缸盖上设置有多个进气门21和多个排气门22。
在一示例中，发动机具有三个气缸2，该发动机为三缸发动机20，如图6中所示，从左往右依次是一缸、二缸以及三缸；其中，图6中的上侧为每个气缸2气缸盖的进气侧，包括两个进气门21；图6中的下侧为每个气缸2的气缸盖的排气侧，包括排气门22；中间为火花塞23，在每个气缸2的气缸盖一侧设有回气门4。
在上述实施例中，当发动机处于阿特金森循环模式时，在进气冲程或者压缩冲程(其中，回气门打开的具体时刻、持续时间以及回气门开度等参数视需求而定)，燃烧室内的气体经回气门4流入压气机1的进气口。这样，可以实现大负荷或全负荷时在相同的进气量下，降低缸内有效压缩比从而抑制爆震，进气歧管3压力有效降低(这里不用将气体推回到进气歧管3)，提高了按歧管状态计算的进气效率；同时由于进气歧管3压力降低，且压气机1的进气口的压力提高(经回气门4推回气体带来的效果)，从而使增压器压比降低，提高增压器运行效率，改善了压气机1的运行工况，改善压气机1的工作边界，使其靠近压气机1的更高效区，远离喘振区域；相比于现有采用较大进气包角的方式提高了发动机充气效率。另外，气体中的燃油重新回到进气系统，不用担心损失经济性，也不用担心对催化器工作的影响。
显然，本发明实施例中，发动机在阿特金森循环模式下，相当于传统阿特金森循环带来中低负荷油耗改善；在大负荷时降低有效压缩比减弱爆震倾向，提高发动机动力性；改善压气机与发动机的联合运行工况向更合理的区域移动，更加远离喘振区域，从而更有助于增压器匹配和增压器效果的发挥。
另外，还可以改善传统阿特金森循环发动机冷启动时带来的冷启动不良的问题。本发明实施例提供的发动机在冷启动时，控制回气门不打开，从而取消阿特金森效果，作为传统发动机使用时的启动效果甚至比传统发动机还要好，因为一般情况下本发明实施例提供的发动机的压缩比比传统发动机大。
当发动机处于外部egr(exhaustgasrecirculation，废气再循环系统)工作模式，在做功冲程末期或者排气冲程(回气门4开启的具体时刻、持续时间以及回气门开度等参数视需求而定)，燃烧室内燃烧废气经回气门4回到压气机1的进气口，从而实现外部egr模式，起到egr带来的降低油耗率以及改善爆震的有益效果。在本发明实施例中，阿特金森循环模式和egr模式两种模式可以组合运行，同时实现两种循环的有益效果，即能够同时实现外部egr模式带来的节油、改善爆震效果以及阿特金森循环模式带来的节油、改善爆震、远离喘振和提高扭矩等效果。
其中，在一些实施例中，由于气体不是推回到高压力的进气歧管3内，而是推回到接近正常大气压的压气机1的进气口，所以回气门4的开度不需要很大，开启时间不需要很长(视具体匹配确定)。
参见图5，在一实施例中，所述回气管5包括第一输出口51，所述回气管5通过所述第一输出口51与所述压气机1的进气口连接。当回气门4开启时，燃烧室内的气体能够通过回气管5及第一输出口51流向压气机1的进气口处。
其中，在一些实施例中，为更好实现egr模式，上述发动机，还可以包括egr冷却器6，所述egr冷却器6设置于所述回气管5，所述egr冷却器6的出口与所述第一输出口51连接。
其中，参见图4和图5，在一示例中，发动机为三缸发动机，该egr冷却器6可以通过四通管接口12与egr冷却器6连接。
其中，为使本发明的发动机达到更良好的使用效果和更灵活的控制，可以建立从燃烧室到进气歧管3的通路。参见图5，在本发明的一些实施例中，所述回气管5还包括第二输出口52，所述第二输出口52分别与所述egr冷却器6的出口以及所述压气机1的出气口连接。通过该第二输出口52，燃烧室内的气体可以通过回气门4流向进气歧管3。
通过第一输出口51和第二输出口52的设置，在小负荷时实现阿特金森循环效果，即将气体从燃烧室经回气门4推回到进气歧管3，带来的降低泵气损失效果会更明显；在大负荷或全负荷时实现外部egr效果，相当于高压egr，egr的迟滞得到有效改善。
参见图5，在一实施例中，为便于控制回气管5的第一输出口51和第二输出口52的导通和断开，上述发动机，还可以包括第一控制阀7，所述第一控制阀7分别与所述egr冷却器6的出口、第一输出口51以及第二输出口52连接，控制所述第一输出口51和第二输出口52的导通或断开。通过该第一控制阀7，能够控制燃烧室内输出的气体通过第一输出口51输出或者通过第二输出口52输出，以满足实际需求。其中，该第一控制阀7可以为三通阀。
在一些实施例中，上述发动机还可以包括一控制机构，所述控制机构控制所述回气门4的开启或关闭，以便于实现回气门4灵活的开启关闭特性，从而更好地实现发动机的不同运行模式，例如，egr模式、阿特金森模式或者组合模式。
其中，在一实施例中，所述控制机构为第二控制阀，所述第二控制阀包括电磁阀或者液压阀。当然，该控制机构还可以是其他能够灵活控制回气门开启和关闭的机构。
例如，该控制机构可以为第一凸桃，该第一凸桃设置于进气凸轮轴，通过该第一凸桃，该发动机采用普通阿特金森循环发动机的进气vvt(variablevalvetiming，可变气门正时技术)就能调整本发明中的进气门和回气门，也可以采用与普通大进气包角阿特金森循环发动机相同的大调节范围的进气vvt达到调整本发明中的进气门和回气门的目的。再例如，该控制机构还可以为第二凸桃，该第二凸桃设置于排气凸轮轴。又例如，该控制机构可以为一独立的凸轮轴。当然，需要说明的是，在上述示例中，采用第一凸桃、第二凸桃或者独立凸轮轴等基于凸轮轴的控制机构，对于发动机通过回气门实现egr模式、阿特金森模式以及组合模式等运动模式上存在一定限制。
在一些实施例中，所述气体通路上设置有单向阀。这样，能够防止在某些灵活度不高的使用情景中出现小负荷气流从压气机1入口经回气门4流向燃烧室的情况。
另外，参见图4和图5，为更好地实现本发明实施例提供的发动机的性能，该发动机还可以包括：空滤器8、排气歧管9、涡轮机10以及催化器11；所述空滤器8与所述压气机1连接，所述排气歧管9与所述排气门22连接，所述涡轮机10分别与所述排气歧管9和所述催化器11连接。这里，新鲜空气通过空滤器8过滤后进入压气机1，经压气机1流向进气歧管3，再从进气歧管3经进气门21进入气缸2；燃烧室内的废气通过排气门22进入排气歧管9，经排气歧管9流向涡轮机10，经涡轮机10流向催化器11，最后通过排出系统进入大气。
参见图7，在一具体使用示例中，发动机的工作过程包括(一)进气冲程、(二)压缩冲程、(三)做功冲程以及(四)排气冲程。
在发动机处于egr模式时，其具体工作过程如下：
进气冲程(360～540°)：进气门21处于打开状态，排气门22处于关闭状态，此时活塞从进气上止点向下止点运动，新鲜空气从空滤器8流向压气机1，经压气机1流向进气歧管3，再从进气歧管3经进气门21进入气缸2；
压缩冲程(540～720°)：进气门21处于关闭状态，排气门22处于关闭状态，此时活塞从下止点向压缩上止点运动；
做功冲程(0～180°)：进气门21处于关闭状态，排气门22处于关闭状态，气缸2缸内可燃混合气燃烧，此时活塞从上止点向下止点运动，推动曲轴旋转做功；
排气冲程(180～360°)：进气门21处于关闭状态，排气门22处于打开状态，回气门4按第一预定控制策略(该第一预定控制策略可根据实际需求设置)在设定正时角度下(开启角度也可以从做功冲程内就开始)打开并持续预定周期后关闭，此时活塞从下止点向上止点运动，气缸2缸内燃烧后的废气一部分从排气门22排出燃烧室进入排气歧管9，经排气歧管9流向涡轮机10，经涡轮机10流向催化器11，最后通过排出系统进入大气；另一部分从回气门4排出燃烧室通过回气管5进入egr冷却器6，经冷却后流向压气机1的进气口位置处，然后与新鲜空气混合后进入压气机1。
在该egr模式中，做功冲程末期到进气冲程前期之间，根据第一预定控制策略开启回气门4，实现了高压取气低压回气的外部egr，从而实现了外部egr带来的降低油耗率、改善爆震的有益效果。其中，在发动机处于egr模式时，进气冲程、压缩冲程以及做功冲程可以与常规发动机相同，在这些冲程过程中，回气门处于关闭状态。
在发动机处于阿特金森模式时，其具体工作过程如下：
进气冲程(360～540°)：进气门21处于打开状态，排气门22处于关闭状态，回气门4按第二预定控制策略(该第二预定控制策略可根据实际需求设置))在设定正时角度下打开并持续预定周期后关闭(其中，关闭角度也可以在压缩冲程内才关闭)，此时活塞从进气上止点向下止点运动，新鲜空气从空滤器8流向压气机1，经压气机1流向进气歧管3，再从进气歧管3经进气门进入气缸2；其中，气缸2内的一部分气体留在气缸2；另一部分气体通过回气门4流向压气机1的进气口位置处或压气机1的出气口位置处，即该部分气体可以通过第一输出口51流向压气机1的进气口位置处，或者通过第二输出口52流向压气机1的出气口位置处，这里可以根据实际需要进行控制；
压缩冲程(540～720°)：进气门21处于关闭状态，排气门22处于关闭状态，回气门4处于打开状态(具体打开的状态根据实际需求设置)，此时活塞从下止点向压缩上止点运动；气缸2内的其中一部分气体留在气缸2；另一部分气体通过回气门4流向压气机1的进气口位置处或压气机1的出气口位置处，这里，可以根据实际需要进行控制该部分气体流向压气机1的进气口位置处或压气机1的出气口位置处；
做功冲程(0～180°)：进气门21处于关闭状态，排气门22处于关闭状态，气缸2的缸内可燃混合气燃烧，此时活塞从上止点向下止点运动，推动曲轴旋转做功；
排气冲程(180～360°)：进气门21处于关闭状态，排气门22处于打开状态，此时活塞从下止点向上止点运动，气缸2的缸内燃烧后的废气从排气门22排出燃烧室进入排气歧管9，经排气歧管9流向涡轮机10，经涡轮机10流向催化器11，最后通过排出系统进入大气。
在该阿特金森模式中，进气冲程前期到压缩冲程之间，根据第二预定控制策略控制回气门4开启，实现了阿特金森循环效果，从而在小负荷可以增加节气门开度，减小泵气损失改善油耗；在大负荷可以提高压气机1效率、提高进气歧管3的充气效率，抑制爆震的同时可以改善增压器和发动机的联合运行状态，提高发动机扭矩，尤其是低速扭矩。其中，在发动机处于阿特金森模式时，做功冲程以及排气冲程可以与常规发动机相同，在这些冲程过程中，回气门处于关闭状态。
需要说明的是，本发明实施例提供的发动机适用于涡轮增压发动机、机械增压发动机以及电子增压发动机等各种增压与发动机配合的发动机结构。
本发明还提供了一种汽车，包括如上所述的发动机。
其中，由于汽车本体的结构是现有技术，发动机的结构在上述实施例中已进行详细说明，因此，本实施例中对于具体的汽车的结构不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。固定连接可以为焊接、螺纹连接和加紧等常见技术方案。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，需要说明的是，在发明实施例中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。