基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机及其工作方法与流程

文档序号:15578994发布日期:2018-09-29 06:21

本发明涉及一种基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机,属于车辆动力性与经济性的技术领域。



背景技术:

随着排放法规的日益严格和顾客对发动机经济性的要求,改善发动机的动力性能和燃油经济性能已是传统内燃机所面临的最大困难。现在发动机改变排放主要采用三元催化剂,提高燃油经济性能主要采用缸内直喷和可变气门技术。为了进一步减少排放,现在出现了多种新的燃烧模式。这些新的燃烧模式主要是追求低温燃烧和均质混合气的形成,即要求低的充量温度和均匀的混合气,还有较低的压缩比,以降低NOX和PM排放。为了能使低温燃烧技术在全负荷工况范围内实现,可变压缩比技术的应用是非常有必要的。

现在大部分发动机的压缩比是固定的,在低转速时进气充量少,实际压缩比低于设计的压缩比,不能使燃油充分雾化和燃烧。在高转速或涡轮增压器介入时,缸内充气量大于缸内容积,实际压缩比高于设计的压缩比,这时容易产生爆震和提前燃烧,大大减小了动力输出和加大对发动机的损害。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的目的是提供一种基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机。

本发明采用以下方案实现:一种基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机,包括带进气管和排气管的气缸,气缸内活塞的顶部间隔分布有向上凸起的下齿块,气缸上方设置有可上下移动的浮动板,所述浮动板下侧间隔分布由气缸顶部穿过并伸入至气缸内部的上齿块,上齿块的位置与下齿块的位置错开并且在活塞上行时上齿块可插入相邻两下齿块之间的下齿槽中、下齿块可插入相邻两上齿块之间的上齿槽中。

进一步的,所述浮动板上方垂直设置有与其旋转配合的丝杆,所述丝杆上套设有与其通过螺纹配合的蜗轮,蜗轮与一蜗杆配合,蜗杆与一步进电机的转轴同轴连接。

进一步的,还包括用以感应节气门开度的节气门开度传感器以及用以感应曲轴转速的曲轴转速传感器,所述节气门开度传感器和节气门开度传感器均与ECU相连接,所述ECU与所述步进电机的驱动电路相连接。

一种基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机的工作方法,采用如上所述的基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机,当柴油机当前处于低负荷、启动、热机等状态时,控制上齿块随浮动板向下运动,增大压缩比;当柴油机当前处于高工况、全负荷等状态时,控制上齿槽随浮动板向上运动,降低压缩比。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明可以根据各种负荷工况下所需压缩比的不同来进行压缩比的控制调节,使柴油机的压缩比最符合当前工况,使各种工况下燃油都能充分雾化和燃烧,避免爆震,达到燃油经济性、动力性以及排放的最佳效果。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下将通过具体实施例和相关附图,对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例构造示意图;

图中标号说明:1-节气门开度传感器、2-ECU、3-曲轴转速传感器、4-步进电机、5-蜗杆、6-进气管、7-排气管、8-气缸、9-蜗轮、10-活塞、11-下齿块、12-上齿块、13-丝杆、14-浮动板。

具体实施方式

如图1所示,一种基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机,包括带进气管6和排气管7的气缸8,气缸8内的燃气经过活塞10在排气行程时通过排气管7排出,气缸8内活塞10的顶部间隔分布有向上凸起的下齿块11,气缸上方设置有可上下移动的浮动板14,所述浮动板14下侧间隔分布由气缸顶部穿过并伸入至气缸内部的上齿块12,上齿块12的位置与下齿块11的位置错开并且在活塞上行时上齿块可插入相邻两下齿块之间的下齿槽中、下齿块可插入相邻两上齿块之间的上齿槽中,气缸8的顶部开有供上齿块穿入并与上齿块密封配合的条形孔;在活塞上行时,上齿块和下齿块实现啮合,活塞10在不改变自由行程的前提下,改变上齿块12的位置,即改变上齿块伸入到气缸中的长度,改变其与下齿块相互啮合的程度,实现容积的压缩比调节,使各种工况下,燃油都能充分雾化和燃烧,避免爆震,从而提高燃油经济性和动力性,并有效减少排放。

在本实施例中,所述浮动板14上方垂直设置有与其旋转配合的丝杆13,所述丝杆上套设有与其通过螺纹配合的蜗轮9,蜗轮9与一蜗杆5配合,蜗杆5与一步进电机4的转轴同轴连接。

在本实施例中,还包括用以感应节气门开度的节气门开度传感器1以及用以感应曲轴转速的曲轴转速传感器3,上述曲轴转数传感器3置于柴油机曲轴上,节气门开度传感器1置于油门踏板处,对柴油机运行工况实时监测,所述节气门开度传感器和节气门开度传感器均与ECU2相连接,ECU2为电子控制系统的中央控制单元,所述ECU2与所述步进电机4的驱动电路相连接,通过节气门开度传感器以及曲轴转速传感器来检测相应柴油机工况数据,间接获取柴油机的当前工况。

一种基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机的工作方法,采用如上所述的基于蜗轮蜗杆机构的可变容积柴油机,当所述ECU 2检测出柴油机当前处于低负荷、启动、热机等状态时,步进电机4正转,控制上齿块随浮动板向下运动,增大压缩比,缸内燃烧更加充分,PM减少,提高柴油机动力性及热机效率;当所述ECU 2检测出柴油机当前处于高工况、全负荷等状态时,步进电机4反转,控制上齿槽随浮动板向上运动,降低压缩比,降低柴油机的负荷和爆震几率,提高旋转惯性,提高经济性,提高发动机缸内容积,同时降低缸压,降低缸内温度,达到减少NOX的排放,如配合涡轮增压器,那么将大大提高进气充量,可把发动机设计成小排量来实现大功率,有效减小发动机体积,提高功率与重量比,减小发动机重量与体积,同时减小整车质量,进一步节省燃油。

在不产生爆震范围内,尽可能提高压缩比,可达到稀薄燃烧技术提高燃油经济性和动力性。当发动机在低负荷运转时,通过ECU 2对节气门位置传感器1和曲轴转速传感器3信息进行处理,通过上述工作原理,适当降低压缩比让低温燃烧技术在全工况下得以实现,使NOX和PM等排放降低,达到减少燃油消耗和减少污染排放的危害

上列较佳实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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