涡轮增压发动机总成的制作方法

本实用新型涉及一种涡轮增压发动机总成。
背景技术：
：2015年2月26日国家统计局发布了《2014年国民经济和社会发展统计公报》，2014年末全国民用汽车保有量达到15447万辆，比上年末增长12.4%，其中私人汽车保有量12584万辆，增长15.5%。民用轿车保有量8307万辆，增长16.6%，其中私人轿车7590万辆，增长18.4%。乘用车节能对减轻能源与环境压力意义非常重大。在此背景下，政府部门出台了汽车燃油经济性及排放法规和并采取财税激励等措施不断推进汽车节能减排工作。其中，第三阶段油耗限值已于2012年7月1日开始实施，汽车油耗要求较第二阶段下降20%。第四阶段(2016～2020年)油耗法规也基本明确：2020年企业平均油耗目标将达到4.5L/100km。开发高能效，低油耗，低排放的小排量发动机显得尤为重要。目前现有技术中的一种用于多款主力车型的自然吸气发动机，采用了可变进气歧管,进排气连续可变配气相位技术，变量机油泵及低摩擦技术，同时具有高速端和低速端的大扭矩，动力性能优秀，满足中国第五阶段排放法规要求。考虑到这些车型未来的换代以及满足第四阶段油耗法规及国六排放法规的需求，亟需开发一款小排量节能发动机，以取代1.5L或以下排量的自然吸气发动机及部分不满足法规的1.0L增压发动机。同时该小排量发动机的功率和扭矩应超越现有1.5L自然吸气发动机及1.0L增压发动机，为整车升级产品带来更好的动力输出，并有能力扩展到SUV、小型MPV或跨界车等对于动力性能要求更高的车型应用。数据表明，为提高整车燃油经济性，增压小型化是投入产出比较高的一种途径。技术实现要素：本实用新型要解决的技术问题是提供一种降低燃油耗的小型经济型发动机。本实用新型采用以下技术方案：一种涡轮增压发动机总成，其具有缸盖和气缸缸体，还包括：缸盖燃烧室、气道；缸内高压燃油直喷系统；涡轮增压器，所述涡轮增压器使经增压的气体利用所述缸内高压燃油直喷系统进入气缸；高压水冷废气再循环系统，其包括取气口，所述取气口位于所述涡轮增压器压壳上；以及安装于所述缸盖的发动机热管理控制系统，其用于控制缸体、缸盖冷却水流量；其中所述缸盖燃烧室、气道，所述缸内高压燃油直喷系统，以及所述高压水冷废气再循环系统构成发动机燃烧系统。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，所述发动机总成为三缸小排量发动机。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，所述缸内高压燃油直喷系统包括高压油泵、直喷喷油器和油轨，所述高压油泵安装于发动机进气侧尾端独立式瓦盖上，所述直喷喷油器和油轨安装于所述缸盖进气道下侧。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，所述高压水冷废气再循环系统还包括废气再循环冷却器和废气再循环控制阀，所述废气再循环冷却器安装于发动机进气侧的中部位置上，所述废气再循环控制阀安装于所述缸盖的前端以控制进入气缸的废气量从而达到降低泵气损失，废气通过连接管、缸盖废气通道后经过所述废气再循环冷却器冷却后经由所述废气再循环控制阀进入发动机的进气歧管中。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，所述发动机热管理控制系统包括内部球阀并且通过所述内部球阀阀门开度分别控制缸体、缸盖冷却水流量从而控制缸体、缸盖冷却水套水温，同时在发动机的部分负荷和高负荷下通过调节所述内部球阀阀门开度控制所述缸体、缸盖冷却水套水温。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，所述涡轮增压器包括涡轮机，用于在发动机的不同工况下调节通过涡轮的废气流通量的废气旁通执行器作用于所述涡轮机上并且受电机控制，从而控制所述涡轮增压器的转速。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，所述涡轮增压器通过法兰与所述缸盖的排气歧管的法兰面连接，并且布置在发动机中间靠上位置。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，还包括进排气连续可变气门正时系统，所述进排气连续可变气门正时系统包括相位器控制电磁阀、中央螺栓控制阀、凸轮轴相位调节器，发动机电子控制单元根据凸轮轴位置信号、空气流量信号和节气门位置信号确定所述凸轮轴相位的控制指令，所述电子控制单元通过控制所述相位器控制电磁阀占空信号比驱动所述中央螺栓控制阀的机油进行油路切换；所述相位器控制电磁阀安装在所述凸轮轴的罩盖上，所述凸轮轴相位调节器和所述中央螺栓控制阀安装在所述凸轮轴的前端。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，还包括可变排量机油泵，所述可变排量机油泵布置在发动机油底壳中并且由曲轴链轮驱动。可选地，在上述涡轮增压发动机总成中，还包括以下降低燃油耗的部件：高压铸铝的所述缸体、集成滚动轴承的低摩擦凸轮轴、电磁阀控制式两级可变排量机油泵、液压挺柱摇臂驱动型气门机构、集成式机油冷却器、以及水流方向从发动机进气侧到排气侧的横流式缸盖冷却水套。本实用新型具有以下技术效果：本实用新型适于直列3缸1.0升增压直喷型汽油发动机，并且动力性能优越，燃油耗及排放低；本实用新型全新设计了发动机燃烧系统（含高压燃油直喷系统、高压水冷废气再循环系统、高能效燃烧室气道），气门正时系统，冷却系统，废气涡轮增压器，气门系统，润滑系统，缸体，缸盖等。另外使用了电机驱动废气旁通阀式涡轮增压器，降低了泵气损失；使用了电磁阀控制式两级可变油泵，滚动轴承凸轮轴，旋转往复系轻量化等降低摩擦设计；中置式进排气可变气门正时系统，优化了适应直喷的燃烧室结构，优化控制策略和燃烧效率，显著降低油耗和排放,油耗小于355/kw.h。发动机转速从1500rpm到4400rpm，都能保持平顺的175NM的大扭矩输出，发动机最大功率达到85KW。通过以下参考附图的详细说明，本实用新型的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本实用新型的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。附图说明结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本实用新型，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：图1－2为本实用新型涉及的从前、后两个角度看去的涡轮增压发动机总成的一种实施例的轴测视图；图3为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的燃烧系统的一种实施例的简化示图；图4为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的燃烧室、气道的一种实施例的示意图；图5－6为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的缸内高压燃油直喷系统的一种实施例的示意图；图7示出图6中的缸内高压燃油直喷系统的直喷喷油器相对于缸盖的安装位置；图8为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的高压水冷废气再循环系统的一种实施例的示意图；图9为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的热管理控制系统的一种实施例的示意图；图10为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的涡轮增压器的一种实施例的示意图；图11为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的进排气连续可变气门正时系统的一种实施例的示意图；图12为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的缸体的一种实施例的示意图；图13为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的凸轮轴的一种实施例的示意图；图14为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的气门系统的一种实施例的示意图；图15为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的经安装的可变排量机油泵的一种实施例的示意图；图16为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的机油冷却器和水泵的一种实施例的示意图；图17为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的缸盖的一种实施例的示意图；以及图18为本实用新型涉及的涡轮增压发动机总成的缸盖冷却水套的一种实施例的示意图。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本实用新型要求保护的主题，下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式。如图1、图2所示，本实用新型所涉及的涡轮增压发动机总成包括缸内高压燃油直喷系统1，高压水冷废气再循环系统2（H-EGR）,高能效缸盖燃烧室、气道，发动机热管理控制系统4，电机驱动式废气涡轮增压器5，中置式进排气连续可变气门正时（D-VVT）系统6,高压铸造铝合金缸体7，滚动轴承式低摩擦凸轮轴，电磁阀控制式两级可变排量机油泵，液压挺柱摇臂驱动型气门机构，集成式机油冷却器11，以及横流式缸盖冷却水套。上述部件所涉及的发动机各技术指标，包括燃油供给系统、废气再循环系统、混合气形成、正时系统、缸体材质、气门驱动系统、润滑系统、气门挺柱、以及冷却系统都针对了降低燃油耗的设计要求。本实用新型的发动机总成为三缸小排量（1.0L）发动机。图3所示为本实用新型的涡轮增压发动机总成的发动机燃烧系统的一种实施例。其具有缸盖（如图17所示）和气缸缸体（如图12所示），缸盖燃烧室、气道（如图4所示），缸内高压燃油直喷系统（如图5所示）、及高压水冷废气再循环系统（如图8所示）。涡轮增压器(图中未示出)使经增压的气体利用所述缸内高压燃油直喷系统进入气缸。所述高压水冷废气再循环系统包括取气口，所述取气口位于所述涡轮增压器压壳上；另外发动机热管理系统（图中未示出）安装于所述缸盖，用于控制缸体、缸盖冷却水流量。本实用新型所涉及的发动机总成为三缸小排量发动机。该发动机能被应用于1.0L排量及以下的增压型经济型或入门级中小型轿车，或代替应用于1.6L排量及以下自然吸气的经济型轿车或入门级中小型轿车。如图5－7所示，缸内高压燃油直喷系统包括高压油泵11、直喷喷油器12和油轨13，所述高压油泵安装于发动机进气侧尾端独立式瓦盖上，所述直喷喷油器和油轨安装于缸盖进气道14下侧。直喷能降低混合气温度,抑制爆震,提高压缩比、点火提前角、减少加浓从而降低油耗。直喷技术能够实现快速断油降低油耗，发动机在恢复运转的时候不需要油膜的建立。直喷能够提高EGR量，降低低负荷下的泵气损失，改善发动机油耗。直喷和发动机启停技术结合能够降低起动油耗以及提升快速起动性能。同时直喷技术能实现多次喷射和点火角推迟，加速催化器起燃，降低HC（碳氢化合物）、CO、NOX（氮氧化物）排放，直喷雾化更好，减少加浓，改善起动和暖机的HC排放。如图8所示，高压水冷废气再循环系统还包括废气再循环冷却器和废气再循环控制阀，所述废气再循环冷却器安装于发动机进气侧的中部位置上，所述废气再循环控制阀安装于所述缸盖的前端以控制进入气缸的废气量从而达到降低泵气损失，废气通过连接管、缸盖废气通道后经过所述废气再循环冷却器冷却后经由所述废气再循环控制阀进入发动机的进气歧管中。高压水冷废气再循环技术的应用可以通过降低泵气损失改善发动机油耗水平，同时可以通过优化燃烧温度提升发动机抗爆震性能，使用该技术同时可以大幅降低发动机氮氧化物NOX和PM（颗粒物）的排放。高能效缸盖燃烧室、气道的采用，再结合缸内高压直喷及高压废气再循环提高了进气滚流，提升了燃烧速率，改善了燃烧爆震边界，可以大幅度改善发动机油耗水平。如图9所示，发动机热管理控制系统包括内部球阀并且通过所述内部球阀阀门开度分别控制缸体、缸盖冷却水流量从而控制缸体、缸盖冷却水套水温，同时在发动机的部分负荷和高负荷下通过调节所述内部球阀阀门开度控制所述缸体、缸盖冷却水套水温。发动机热管理控制系统安装于发动机缸盖尾端，在发动机暖机阶段可以实现快速暖机，降低发动机排放，同时通过发动机水温热量加热发动机机油降低发动机摩擦功降低油耗。在部分负荷和高负荷通过调节球阀阀门开度控制缸体、缸盖水温避免发动机过热，可以降低排温和改善爆震边界，优化燃烧从而降低发动机油耗和排放。如图10所示，涡轮增压器包括涡轮机，用于在发动机的不同工况下调节通过涡轮的废气流通量的废气旁通执行器作用于涡轮机上并且受电机控制，从而控制所述涡轮增压器的转速。涡轮增压器通过法兰与缸盖的排气歧管的法兰面连接，并且布置在发动机中间靠上位置。涡轮增压技术可以在不加大发动机排量的前提下大幅度地提高发动机的功率及扭矩，在满足整车性能需求前提下降低发动机质量，从而降低整车油耗水平。涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，从而增加燃料量就以增加发动机的输出功率。不同于传统真空控制废气旁通阀式增压器，本发动机的增压器采用了电机驱动废气旁通阀，其优点在于：当发动机工作在低转速低负荷工况下，电机驱动废气旁通阀处于全开位置，降低了排气背压和泵气损失，提高了燃油经济性。同时在扭矩需求增加时，废气旁通阀能更快速的置于全关的位置，提高了发动机的瞬态动力响应。如图11所示，进排气连续可变气门正时系统包括相位器控制电磁阀61、中央螺栓控制阀62、凸轮轴相位调节器63，发动机电子控制单元根据凸轮轴位置信号、空气流量信号和节气门位置信号确定所述凸轮轴相位的控制指令，所述电子控制单元通过控制所述相位器控制电磁阀61占空信号比驱动所述中央螺栓控制阀62的机油进行油路切换；所述相位器控制电磁阀61安装在所述凸轮轴的罩盖上，所述凸轮轴相位调节器63和所述中央螺栓控制阀62安装在所述凸轮轴的前端。在这里，凸轮轴的前端和后端是一个方向概念，其可根据以下定义：发动机安装飞轮端为后端，发动机安装附件端为前端。凸轮轴和缸盖的前端或者后端即是按照发动机前后端定义的。通过结构设计优化，在高性能发动机中创新的应用了中置式进排气连续可变气门正时系统，大幅提升了可变相位系统的瞬态响应速度，提高了发动机瞬态的动力性和燃油经济性；除此之外，全新设计开发了高压铸造铝合金缸体（如图12所示），显著地降低了整机重量，并应用了集成滚动轴承式低摩擦凸轮轴（如图13所示）、液压挺柱摇臂驱动型气门机构（如图14所示），电磁阀控制式两级可变机油泵（如图15所示）以及集成式机油冷却器（如图16所示），进一步降低摩擦功，改善了发动机油耗。其中可变排量机油泵9布置在发动机油底壳中91，并且由曲轴链轮驱动。水流方向从发动机进气侧到排气侧的横流式缸盖水套（如图18箭头所示）改善了发动机各缸燃烧不均匀性。以下表格为现有技术的一款自然吸气发动机与本实用新型的涡轮增压直喷发动机的技术特征及主要性能参数的对比：技术指标现有技术的发动机本实用新型的发动机混合气形成自然吸气电机驱动式废气涡轮增压缸盖材质铝合金铝合金气门挺柱机械式气门挺柱滚子摇臂液压挺柱缸体材质铸铁铝合金进气系统DVVT+VGIS中置式D-VVT正时系统正时链条驱动低摩擦正时链条驱动气门驱动系统滑动式凸轮轴滚动轴承凸轮轴冷却系统串联式冷却缸体缸盖分离控制冷却润滑系统机械式两级可变机油泵电磁阀控制两级可变机油泵燃油供给系统进气道喷射系统侧置缸内直喷系统废气再循环缸内废气再循环高压水冷废气再循环每缸气门数44排量（cc）1485996缸径(mm)74.772.6冲程(mm)84.780.2压缩比10,211,5额定功率(kw/rpm)83/600085/5200最大扭矩(Nm/rpm)141/4200175/1500-4400发动机尺寸(LxWxH)583x564x639.5541x572x662发动机重量111Kg96Kg表1虽然已详细地示出并描述了本实用新型的具体实施例以说明本实用新型的原理，但应理解的是，本实用新型可以其它方式实施而不脱离这样的原理。当前第1页1 2 3