一种节能发动机及其排气控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种节能发动机及其排气控制方法，该发动机包括气缸体和气缸盖，所述气缸盖安装在气缸体上，所述气缸盖上对应气缸体设有一个主气门，进气通道和排气通道在气缸盖内主气门处相连通，所述进气通道内设有进气阀门，所述排气通道内设有排气阀门。所述主气门内设有辅助排气门，主气门上对应辅助排气门设有通气孔，通气孔与排气通道相连通。排气门面积增大，并且排气门依次先后打开，辅助排气门先打开减压，减少主气门打开的能量消耗，排气的阻力，提高发动机的热功转换率，节省燃油。
【专利说明】一种节能发动机及其排气控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机【技术领域】，尤其是涉及一种节能发动机及其排气控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，发动机多为往复式活塞发动机，往复式活塞发动机的工作分为四个冲程:做功冲程、排气冲程、进气冲程、压缩冲程。
[0003]在发动机排气冲程中，分为自由排气和强制排气二个阶段，自由排气阶段:为了能及时将废气排出，采用了提前排气，即在活塞还没有到达下止点时，就打开排气门，利用气体自身的压力自然排出一部分；强制排气阶段:活塞上行时进行强制排气，将剩余的气体排出气缸。
[0004]现有的排气冲程存在以下不足:
[0005]1、发动机为了能及时排出废气，进行提前排气，在活塞到达下止点前30°?80°曲轴转角时就打开排气门，这个到达下止点前30°?80°曲轴转角叫做排气提前角，提前排气必然造成工质还有部分热能没有转化为机械能；排气提前角越大，越过早的排气，造成的热能浪费就越多，热转化率就越低。
[0006]2、强制排气时，由于排气门的总面积很小，排气通道的截面积很小，只有活塞截面积的25%?30%，在活塞上行时，必然会有排气不畅，不能及时排出的情况发生，造成缸内压强不断上升，排气阻力不断增大，将消耗较多的机械能；显然，发动机转速越高，这种压强上升的也越高，排气阻力越大，消耗的机械能越多。由于排出的是还有较高的温度废气，该废气本身就有较大的压强，在这样一种压强不断升高的排气过程中，消耗的机械能是比较大的；比较可以发现:强制排气的全部能量消耗比吸入满气缸的气体消耗的能量大，因此现在的发动机或涡轮增压发动机中，进气门总面积大于排气门总面积是不科学的。而且在发动机工作时，燃烧后混合气体总物质的量比燃烧前大，以辛烷燃烧为例:2C8H18 (g) +2502 (g)===16C02 (g) +18H20(g)，燃烧后混合气体总物质的量增大的值=(16+18)-(2+25)=7 (moI)，即每燃烧228克辛烷，增加的气体物质的量为7摩尔，因此排气量比进气量大。
[0007]3、现有发动机对应每个气缸的两排气门在排气时同时打开，在打开时气缸内压强很大，会造成打开排气门消耗的能量较大。
[0008]现有发动机还存在以下不足，在发动机进行压缩冲程时，怠速和小负荷时也吸入满气缸的混合气进行压缩，而实际上在怠速和小负荷时需要的空气是相对较少的，对多余的非做功气体压缩，必然造成不必要的能量浪费。
【发明内容】
[0009]针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种节能发动机及其排气控制方法，以达到减少强制排气的阻力，降低强制排气的能量消耗，提高发动机的热功转换率的目的。
[0010]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:[0011 ] 一种节能发动机，包括气缸体和气缸盖，所述气缸盖安装在气缸体上，所述气缸盖上对应气缸体设有一个主气门，进气通道和排气通道在气缸盖内主气门处相连通，所述进气通道内设有进气阀门，所述排气通道内设有排气阀门。
[0012]所述主气门内设有辅助排气门，主气门上对应辅助排气门设有通气孔，通气孔与排气通道相连通。
[0013]还包括液压传动器，所述液压传动器的壳体与油门踏板之间通过液压管道和液压缸相连，所述液压传动器的壳体与气缸盖之间设有压力弹簧，所述液压传动器上设有与凸轮相对应的滑块I，液压传动器上还设有与气门推杆上的支杆相对应的滑块II，液压传动器内油缸中设有用于滑块I回位的回位弹簧。
[0014]所述进气阀门和排气阀门上分别设有摇臂，摇臂与凸轮轴的凸轮相对应控制进气阀门和排气阀门两阀门的开启或关闭。
[0015]上述所述的节能发动机的排气控制方法，包括以下步骤:
[0016]I)当发动机进入排气冲程时，进气通道中的进气阀门关闭，排气通道中的排气阀门打开；
[0017]2)辅助排气门打开，气缸内的废气通过主气门上通气孔排到排气通道中；
[0018]3)主气门打开，气缸内的废气通过主气门打开的间隙通道排到排气通道中；
[0019]4)当活塞向上运动排气将要到达上止点前，进气阀门打开进气，扫去通道和气缸内的残余废气；
[0020]5)当活塞到达上止点时，扫气结束，排气阀门关闭。
[0021]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0022]1、采取主气门与辅助排气门相互配合，可以使排气和进气通道截面积达到气缸横截面的40%?45%，最大限度的提高了排气和进气通道截面积，使排气和进气的阻力都达到最小，充分降低了进气和排气的能量消耗；
[0023]2、排气门面积增大，减少提前排气曲轴转角，使工质的热能尽可能多的转化为机械能，减少强制排气的阻力，降低强制排气的能量消耗，提高发动机的热功转换率，节省燃油；
[0024]3、该发动机可实现延迟关闭气门，在怠速和小负荷时排出多余非做功气体，减少压缩气体的能量消耗，并能满足在不同工况下，气缸内进入要求的空气量；
[0025]4、排气门依次先后打开，辅助排气门先打开减压，减少主气门打开的能量消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0027]图1为本发明具有主气门和辅助排气门的气缸构造示意图。
[0028]图2为图1气缸工作控制结构示意图。
[0029]图3为本发明延迟关闭气门的气缸构造示意图。
[0030]图1至图3中:12.主气门、13.辅助排气门、14.进气阀门、15.排气阀门、16.进气通道、17.排气通道、18.摇臂1、19.摇臂I1、20.气门推杆1、21.气门推杆I1、22.通气孔、23.火花塞、24.凸轮1、25.凸轮I1、26.凸轮II1、27.凸轮IV、28.进气阀门的控制弹簧、29.排气阀门的控制弹簧、30.辅助排气门的控制弹簧、31.活塞、32.主气门的控制弹簧、33.液压缸1、34.液压缸I1、35.控制连杆、36.液压传动器、37.滑块1、38.滑块I1、39.回位弹簧、40.支杆、41.油门踏板、42.压力弹簧。
【具体实施方式】
[0031]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0032]如图1和图2所示，该节能发动机，包括气缸体和气缸盖，气缸盖安装在气缸体上，气缸盖上对应气缸体设有一个主气门，进气通道和排气通道在气缸盖内主气门处相连通，进气通道16内设有进气阀门14，排气通道17内设有排气阀门15。主气门12内设有辅助排气门13，主气门12上对应辅助排气门设有通气孔22，通气孔与排气通道相连通。
[0033]在主气门和辅助排气门相结合的发动机中，主气门12面积达到气缸横截面的55%，完全打开时形成的排气道截面积能达到气缸横截面的40%?45% ;辅助排气门13镶嵌在主气门12内；当辅助排气门13处于关闭状态时，能够封闭住主气门12的通气孔22，当辅助排气门13打开时，气缸内的气体可以通过开启的间隙流动到通气孔22再流动到排气通道17排出。
[0034]主气门12与气门推杆I 20相连，辅助排气门13与门推杆II 21相连，由凸轮I 24和凸轮II 25控制二个气门的关闭或者打开。进气阀门14控制进气通道16的关闭或者打开，进气阀门14通过摇臂I 18到凸轮IV 27，当凸轮IV 27转动到不同的角度时，使进气阀门14处于关闭或者打开的不同状态。排气阀门15控制排气通道17的关闭或者打开，排气阀门15通过摇臂II 19到凸轮III26，当凸轮III 26转动到不同的角度时，使排气阀门15处于关闭或者打开的不同状态。
[0035]该节能发动机工作原理及排气控制方法为:
[0036]当发动机进行做功冲程时，通过进气阀门的控制弹簧28控制进气通道中的进气阀门14处于关闭状态，当活塞31运动到达下止点前，凸轮III26向上顶起摇臂II 19，打开排气通道中的排气阀门15，与此同时，凸轮I 24向下作用到气门推杆II 21使辅助排气门13先打开，气缸内的气体通过开启的间隙流动到通气孔22再流动到排气通道17排出，气缸压强下降后，凸轮I 24继续顺时针运动向下顶气门推杆I 20，打开主气门12，使气缸的气体通过主气门开启的间隙流动到排气通道17排出。
[0037]主气门12打开时，形成的排气通道截面积可以达到气缸横截面的40%?45%，因此排气非常通畅，排气阻力非常小，排气能量消耗达到最小。
[0038]当活塞31向上运动排气将要到达上止点前，凸轮IV 27转动向上顶起摇臂I 18，使进气通道中的进气阀门14打开，涡轮增压通过进气通道进气并且进行扫气，扫去两阀门之间通道和气缸内的残余废气，扫气结束后，凸轮III 26的凸出部分已经顺时针转动到下方，排气阀门的控制弹簧29使排气阀门15下行关闭排气通道17，空气开始进入气缸，这时，凸轮II 25接替凸轮I 24继续作用在气门推杆I 20上，使主气门仍然保持打开状态，进气冲程开始进行；进气冲程完成后，主气门的控制弹簧32向上弹起，使主气门12关闭，与此同时辅助排气门的控制弹簧30也向上弹起，使辅助排气门13关闭；发动机开始压缩冲程，压缩冲程完成后，本发动机气缸内通过火花塞23点火，燃油可采取缸内直喷供给。
[0039]在排气过程中，辅助排气门和排气的主气门分级依次先后打开，辅助排气门先打开减压，减少主气门打开的能量消耗。
[0040]如图3所示，在油门踏板41与气门推杆的支架40之间设有液压传动器，液压传感器的油缸内分别设有滑块I 37和滑块II 38，滑块I与滑块II相垂直布置，滑块I与凸轮相对应，滑块II与气门推杆上的支杆40相对应；液压传感器的壳体与气缸盖之间设有压力弹簧42，在油缸内设有滑块I回位用的回位弹簧39，控制连杆35—端与液压传感器的壳体固定连接在一起，控制连杆另一端与液压缸II 34的活塞杆相连接，液压缸II再通过液压管连接到到液压缸I 33，液压缸I的活塞杆与油门踏板41相连。
[0041 ] 当发动机处于怠速时，人脚完全松开油门踏板41，压力弹簧42就使液压传动器36向右移动，凸轮II 25作用到液压传动器36的滑块I 37，挤压滑块I 37使其向左滑动，通过液压传动使液压传动器的滑块II 38下压，作用到气门推杆的支杆40上，使主气门12延迟关闭，活塞这时处于上行压缩冲程，排出部分多余的不做功空气；上述过程完成后，转动的凸轮II 25脱离滑块I 37，回位弹簧39推动滑块I 37向右滑动，恢复到原来的位置，与此同时，滑块II 38松开气门推杆的支杆40，主气门12关闭，活塞继续上行压缩剩余气体。在上述过程中，由于排出了多余的不做功气体，因此减少了压缩气体的能量消耗，达到节能的目的。
[0042]当发动机处于满负荷时，人脚向下踩油门踏板41，液压缸I 33将压强传递到液压缸II 34，推动控制连杆35向左移动，拉动液压传动器36也向左移动，滑块I 37远离凸轮
II25，凸轮II 25就不会作用到滑块I 37上，就不会延迟关闭主气门12，主气门12能够及时关闭，使气缸里有足够的气体，满足满负荷工况的需要。
[0043]人根据不同工况踩下油门踏板，液压缸I 33传递压强到液压缸II 34，使控制连杆35带动液压传动器；使液压传动器36根据不同工况与凸轮II 25保持不同距离，液压传动器36根据不同工况控制主气门12延迟关闭的时间长短，达到满足不同工况时要求的空气量。
[0044]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种节能发动机，包括气缸体和气缸盖，所述气缸盖安装在气缸体上，其特征在于:所述气缸盖上对应气缸体设有一个主气门，进气通道和排气通道在气缸盖内主气门处相连通，所述进气通道内设有进气阀门，所述排气通道内设有排气阀门。
2.如权利要求1所述节能发动机，其特征在于:所述主气门内设有辅助排气门，主气门上对应辅助排气门设有通气孔，通气孔与排气通道相连通。
3.如权利要求1所述节能发动机，其特征在于:还包括液压传动器，所述液压传动器的壳体与油门踏板之间通过液压管道和液压缸相连，所述液压传动器的壳体与气缸盖之间设有压力弹簧，所述液压传动器上设有与凸轮相对应的滑块I，液压传动器上还设有与气门推杆上的支杆相对应的滑块II，液压传动器内油缸中设有用于滑块I回位的回位弹簧。
4.如权利要求2或3所述节能发动机，其特征在于:所述进气阀门和排气阀门上分别设有摇臂，摇臂与凸轮轴的凸轮相对应控制进气阀门和排气阀门两阀门的开启或关闭。
5.一种如权利要求4所述节能发动机的排气控制方法，其特征在于:所述排气控制方法包括以下步骤: 1)当发动机进入排气冲程时，进气通道中的进气阀门关闭，排气通道中的排气阀门打开； 2)辅助排气门打开，气缸内的废气通过主气门上通气孔排到排气通道中； 3)主气门打开，气缸内的废气通过主气门打开的间隙通道排到排气通道中； 4)当活塞向上运动排气将要到达上止点前，进气阀门打开进气，扫去通道和气缸内的残余废气； 5)当活塞到达上止点时，扫气结束，排气阀门关闭。
【文档编号】F02D11/02GK103470327SQ201310425832
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】汪辉, 汪紫薇 申请人:汪辉