内燃机分批控制气缸输出功率的装置的制作方法

本发明涉及各种内燃机，具体地说是将现在内燃机工作时各气缸进气量相等改为按需分批调节，使内燃机气缸尽可能工作在最佳工况(能效比最高、污染最小)；在中速低负荷时，将部分气缸节气门关闭、停止喷油，通过废气再循环EGR系统将废气注入进气歧管来减少活塞运动阻力，并防止机油吸入气缸、保持系统温度适中的一种装置。

背景技术：

内燃机在工作时，都有一个最佳工况，在此工况下工作，内燃机的能耗比(输出功率与消耗的能源之比)最高，污染最小，超出了最佳工况范围，内燃机的效耗比都将下降，污染增加。内燃机的最佳工况是在中速中等负荷时，以排量1.6升最高时速200km/h的汽车为例，它的内燃机最佳工况通常在90km/h 左右，汽车要满足最高时速及加速度的要求，汽车内燃机排量就不能选择太小；要使汽车在市内行驶时(通常时速在50km/h左右)内燃机工作在最佳工况下，汽车内燃机排量就不能太大。如何解决这个问题，目前汽车厂商采用的主要方法是：(1)采用涡轮增压或进气门相位可变技术来提高内燃机的最大输出功率，让小排量汽车也能达到较大输出功率，采用这种方法使得当今汽车油耗比过去下降了许多。这种方法只能提高内燃机的输出功率，不能提高内燃机的扭矩，因此也不是十分完美。(2)混合动力汽车，在低负荷工况下，电量允许时采取电机驱动，电量不足时，采用内燃机驱动，由于此时内燃机不仅要驱动汽车行驶，同时还要带动发电机给蓄电池充电，这就增加了内燃机的负荷，使内燃机提前进入到最佳工况。由于混合动力汽车结构复杂，电瓶体积大及制造成本高，汽车空间利用率低等原因，影响了其使用推广。

在石油资源越来越稀缺、空气污染越来越严重的今天，还有什么办法来进一步降低汽车能耗，特别是降低大功率内燃机的能耗呢？现在内燃机大部分时间工作在小负荷状态(比如城市内市区内行驶的汽车)，这时每个气缸都工作在非最佳工况下，能效低、污染重。我们能否重新分配气缸的输出功率，让一部分气缸输出功率降低或者不做工，同时让另一部分气缸输出功率提高，在保证内燃机输出总功率满足使用要求的情况下，让一部分气缸提前进入到最佳工况，从而降低内燃机在小负荷时的能耗，减少空气污染呢？

技术实现要素：

本发明是在保持内燃机主体结构基本不变的情况下，通过改进内燃机进气歧管结构，增加节气门数量：将1个节气门控制内燃机全部气缸的供气变为1 个节气门只控制内燃机部分气缸的供气，由几个节气门共同完成对内燃机所有气缸供气。

本发明(内燃机分批控制输出功率的装置及方法)的特征是：(1)内燃机有 2个或2个以上的节气门(含怠速电机)，节气门可以串联布置也可并联布置，每个节气门控制部分气缸的进气量。(2)每个节气门组成的分系统都有进气歧管、空气传感器(如压力传感器或流量传感器)、废气再循环EGR阀、喷油嘴及气缸。(3)废气再循环EGR阀最大孔径要尽可能大，当分系统节气门关闭，废气再循环EGR阀打开时，要使尽量多的废气进入进气歧管，使活塞运动阻力最小、系统内各部件温度保持适中，并防止机油吸入气缸。

本发明的优点和积极效果：

1.降低能耗(排量越大节能越显著)，减少污染。本发明能在保证内燃机动力性能、噪音、震动等基本不变的前提下，降低中速低负荷时内燃机的能耗，减少环境污染(以汽车为例，绝大部分时间都是中速行驶，内燃机工作在低负荷工况，能耗高、废气严重)。

2.性能稳定，故障率低。本发明仅仅改变内燃机的进气歧管结构、增加节气门、废气再循环EGR阀及进气传感器数量，不牵扯到内燃机高温、高速、高负荷部件，因此本发明装置性能稳定，故障率低。

3.适用面广。本发明装置由于不牵扯到内燃机主体结构，因此广泛适用于自然吸气、涡轮增压等现在使用的各种内燃机。

4.结构简单、容易推广。由于本发明涉及内燃机的范围小，且进气歧管结构简单，制作设备、工艺要求不高，因此容易推广。

5.老设备改造简单、成本低廉，容易迅速普及。本发明不牵扯到内燃机主体结构，仅仅需要更换进气歧管和发动机控制电脑ECU，因此老设备改造相对简单、改造成本较低，容易迅速普及。

附图说明

本发明的附图是以最为常见的4气缸内燃机为例，绘出“2个节气门并联安装”及“2个节气门串联安装”的结构示意图。其它类型内燃机或不同节气门数量的进气歧管结构与控制方法与此基本相同，因此不再一一叙述。

说明书附图1：“4气缸内燃机2个节气门并联安装”结构示意图。

说明书附图2：“4气缸内燃机2个节气门串联安装”结构示意图。

图中：1-节气门及怠速电机1，2-空气传感器(含压力及温度测量)1

3-节气门及怠速电机2，4-空气传感器(含压力及温度测量)2

5-气缸1喷油嘴，6-气缸2喷油嘴

7-气缸3喷油嘴，8-气缸4喷油嘴，9-废气再循环EGR阀1

10-废气再循环EGR阀2

具体实施方式：

本发明的工作原理是：将内燃机气缸分成2批或者多批，每批气缸的进气量由对应的节气门控制，气缸喷油嘴的喷油量由内燃机电脑ECU根据节气门旋转角度及该区域的空气传感器测出的进气压力或进气流量进行控制，同时根据气缸排气口氧传感器测出的电压进行调整。为了叙述简便，下面以结构最为简单的附图1：“2个节气门并联安装”为例进行详细说明。

1、怠速工况：内燃机启动时，节气门1和节气门2处于关闭状态，此时各气缸进气量由怠速电机控制，内燃机工作状况与单节气门内燃机启动时的怠速状况完全一样。

2、起始低速工况：开始加大油门时，节气门1、节气门2开启角度同步增加，4个气缸进气量(喷油量)亦同步增加。此时内燃机工作状况与单节气门内燃机起步时的情况完全相同。

3、中速小负荷工况：当内燃机转速超过设定转速(比如说 1500r/min)时，节气门1开启角度若没有达到最佳工况的设定值，节气门2开启角度开始减小，同时节气门1开启角度开始增大，在保证内燃机输出功率满足使用要求的情况下，尽量让节气门1开启角度达到气缸最佳工况的设定值。此时，节气门2关闭及系统内喷油嘴停止喷油，废气再循环EGR阀2开启到最大。

4、中速中负荷工况：当节气门1开启角度达到最佳工况的上限，继续加大油门时，节气门1开启角度不再增加，节气门2打开，废气再循环EGR阀2关小(废气进气量与单节气门内燃机控制方法相同)，系统内喷油嘴开始喷油，直至节气门2开启角度也达到气缸2、气缸3最佳工况的上限。

5、高速大负荷工况：当节气门1、节气门2开启角度均达到最佳工况的上限时，再继续加大油门(内燃机工作进入大负荷区间) 时，节气门1和节气门2开度同步继续增加。这时内燃机的4个气缸输出功率相等，直至内燃机达到最大输出功率。

6、减小输出功率时与上述1-5条正好相反，因此不再叙述说明。