專利名稱：帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)，特別是一種增壓內(nèi)燃機(jī)，它具有兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置在一個(gè)氣缸上的進(jìn)氣閥和一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器。
公知的內(nèi)燃機(jī)是在進(jìn)氣通道中設(shè)置一個(gè)增壓器，試圖提高充氣效率和內(nèi)燃機(jī)的扭矩。但是，為了提高充氣效率給內(nèi)燃機(jī)設(shè)置增壓器所采取的這種措施存在的缺點(diǎn)是，在低速旋轉(zhuǎn)和高負(fù)載區(qū)可能會(huì)產(chǎn)生爆震，在高速旋轉(zhuǎn)和高負(fù)載區(qū)的廢氣溫度可能會(huì)上升。這時(shí)提高充氣效率很不利。
為了避免增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆震的技術(shù)方案如日本未審查的專利公布(Kokai)No.2-119，620所公開(kāi)的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中，延遲了進(jìn)氣閥的關(guān)閉定時(shí)，或者說(shuō)延長(zhǎng)了重疊時(shí)期。在這段時(shí)期，進(jìn)氣閥打開(kāi)時(shí)期與排氣閥打開(kāi)時(shí)期相重疊。當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉定時(shí)延長(zhǎng)到下死點(diǎn)(BDC)之后的一個(gè)較大范圍時(shí)，由于壓縮功而使有效壓縮比減小，從而抑制了溫度的升高。由此改善了抗爆震性能。另一方面，當(dāng)重疊時(shí)期延長(zhǎng)時(shí)，由于增強(qiáng)了掃氣性能而提高了抗爆震能力。由此，減少的殘留廢氣進(jìn)一步得以減少。
進(jìn)一步說(shuō)，如日本未審查的專利公布(Kokai)No.3-23，327所提出的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)是這樣設(shè)計(jì)的，使增壓區(qū)域的空氣燃料比值較大，烯薄的燃料能夠消除排氣溫度的升高。
此外，在一些參考文獻(xiàn)所公開(kāi)的與上述所描述的技術(shù)方案一樣的方案中，采用小尺寸的氣缸內(nèi)徑縮短火焰膨脹或傳播的距離，或采用延遲點(diǎn)火定時(shí)來(lái)抑制爆震。進(jìn)一步說(shuō)，還希望在每個(gè)氣缸配備兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥，從而加大進(jìn)氣閥的開(kāi)口面積，以便提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。
在此，值得注意的是，為了防止爆震，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，各種因素(包括氣缸內(nèi)徑尺寸，點(diǎn)火定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，增加器的壓力比等)都彼此關(guān)聯(lián)，但是，在傳統(tǒng)形式的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)中，沒(méi)有充分考慮抗爆震性能和提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的這些因素之間的關(guān)系，仍有改善抗爆震性能和提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的余地。
進(jìn)一步說(shuō)明，如抑制廢氣溫度升高的技術(shù)，人們已經(jīng)知道，將空氣燃料比配成貧油時(shí)的值、配成比功率所需要值較富油時(shí)的值，和提高壓縮比。但是，這種稀空氣燃料比不利于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，這種較濃的空氣燃料比值不利于節(jié)約燃料，這種高壓縮比值不利于抗爆震性能。
此外，日本未審查的專利公布No.60-237，153揭示出了另一種增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)，在其增壓區(qū)域，使廢氣循環(huán)(EGR);但是，這種再循環(huán)廢氣的裝置設(shè)計(jì)成使廢氣再循環(huán)，試圖減少NOx，卻忽略了抗爆震性能和抑制廢氣溫度的上升。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)能夠?qū)Ω鞣N工況參數(shù)包括增壓器的壓力比、發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)徑尺寸及以幾何壓縮比提供最佳結(jié)合，從而增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的鈕矩，確保了抗爆震的能力。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種增壓式內(nèi)燃機(jī)，以便通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率而有效抑制高速和大負(fù)載區(qū)廢區(qū)溫度的升高，同時(shí)，改善抗爆震能力，增加扭矩。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的，采用了一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，其中，在高負(fù)載時(shí)，增壓器排氣側(cè)的壓力(P)與大氣壓力(Po)的壓力比(γ＝p/po)與發(fā)動(dòng)機(jī)幾何壓縮比(ε)和氣缸內(nèi)徑(B)之間的關(guān)系滿足下列方程γ≥-0.29ε+6.0-0.022B其中氣缸內(nèi)徑(B)尺寸用毫米表示。
進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明的主要目的通過(guò)一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)來(lái)完成。該內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，其中，在高負(fù)載時(shí)，增壓器排氣側(cè)的壓力(P)與大氣壓力(Po)的壓力比(γ＝P/Po)與發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比(ε)、氣缸內(nèi)徑(B)和燃料的辛烷值(Ro)之間的關(guān)系滿足下列方程γ≥-0.29ε+0.09+0.059Ro-0.022B其中，氣缸內(nèi)徑尺寸(B)用毫米(mm)表示。
為了完成本發(fā)明的第二目的，特別是降低廢氣溫度，本發(fā)明采用了一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器和至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒室的廢氣再循環(huán)(EGR)裝置，其中，氣缸內(nèi)徑尺寸是70mm或小于70mm;發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比(ε)和由廢氣再循環(huán)裝置再循環(huán)廢氣的廢氣再循環(huán)(EGR)率Re之間的關(guān)系滿足下列方程Re≥(9-ε)×3其中，廢氣再循環(huán)率(Re)用%表示。
此外，本發(fā)明的第二個(gè)目的還可采用一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)完成，該內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器和至少高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室中的廢氣再循環(huán)裝置，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速Na決定了活塞的速度Um＝2.0×10，000mm/s，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速Nb給出了平均進(jìn)氣馬赫數(shù)Mi＝0.5，該轉(zhuǎn)速Na等于或大于轉(zhuǎn)速Nb，發(fā)動(dòng)機(jī)幾何壓縮比(ε)和廢氣再循環(huán)裝置再次循環(huán)廢氣的廢氣再循環(huán)率(le)的關(guān)系滿足下列方程Re≥(9-ε)×3其中，廢氣再循環(huán)率(Re)用%來(lái)表示。
為了完成本發(fā)明的第二目的，還提供了一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道的增壓器和至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室中的廢氣再循環(huán)裝置，其中，一個(gè)氣缸的工作容量，即單腔容積是400cc或小于400cc;活塞沖程S與氣缸內(nèi)徑尺寸B之比(S/B)大于1;發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比(ε)與由廢氣再循環(huán)裝置再次循環(huán)廢氣的廢氣再循環(huán)率(Re)的關(guān)系滿足下列方程Re≥(9-ε)×3其中廢氣再循環(huán)率(Re)用%表示。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面伴隨附圖對(duì)最佳實(shí)施例的描述會(huì)更加清楚明了。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)輪廓示意圖。
圖2是發(fā)動(dòng)機(jī)主體和發(fā)動(dòng)機(jī)附近一部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是閥定時(shí)的曲線圖。
圖4是氣缸內(nèi)徑尺寸和進(jìn)氣閥有效角面積的關(guān)系曲線圖。
圖5是氣缸內(nèi)徑尺寸和單腔容積的關(guān)系曲線圖。
圖6是從MBT延遲時(shí)期充氣效率和壓縮比的關(guān)系曲線圖。
圖7是自MBT開(kāi)始延遲的時(shí)期扭矩減少率的關(guān)系曲線圖。
圖8是從MBT延遲時(shí)期的充氣效率、壓縮比和扭矩的關(guān)系曲線圖。
圖9是壓縮比與充氣效率的關(guān)系曲線圖。
圖10增壓比與充氣效率的關(guān)系曲線圖。
圖11是增壓比與壓縮比的關(guān)系曲線圖。
圖12是影響廢氣溫度降低的各種因素的曲線圖。
圖13是影響充氣效率提高的各種因素的曲線圖。
下文參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。
在圖1中示出了一種V形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)體1有一對(duì)以V形關(guān)系排列的氣缸組1A和1B。每個(gè)氣缸組1A和1B配備有一組氣缸2，例如3個(gè)氣缸。換句話說(shuō)，用于本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)可以是所謂的V形6缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
每個(gè)氣缸2備有第一和第二進(jìn)氣口3a和3b及第一和第二排氣口4a和4b，這些進(jìn)、排氣口與燃燒室相通。每個(gè)進(jìn)氣口3a和3b上安裝有進(jìn)氣閥(未示)，每個(gè)排氣口4a和4b上安裝有排氣閥(未示)。驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥的閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝有閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5，以改變進(jìn)氣閥打開(kāi)和關(guān)閉的定時(shí)，例如，通過(guò)改變凸輪軸6相對(duì)于凸輪的相位。進(jìn)一步說(shuō)，每個(gè)氣缸2備有火花塞7，如圖2所示，火花塞7依次與設(shè)有火花感應(yīng)圈和分配器的點(diǎn)火回路8相連。
如圖1所示，進(jìn)氣通道10下游的分立進(jìn)氣通道11與每個(gè)進(jìn)氣口3a和3b相連，噴射燃料的噴射器安裝在每個(gè)分立進(jìn)氣通道11的進(jìn)氣口附近。
進(jìn)氣通道10包括含有分立進(jìn)氣通道11的進(jìn)氣歧管12和進(jìn)氣歧管上游的公用進(jìn)氣通道13。公用進(jìn)氣通道13設(shè)有空氣凈化器14和空氣流量計(jì)15及節(jié)流閥16。在公用進(jìn)氣通道上還裝有增壓器17。增壓器如圖中所示的那樣是可機(jī)械驅(qū)動(dòng)的增壓器，并且其結(jié)構(gòu)是這樣設(shè)置的，通過(guò)如皮帶之類的動(dòng)力傳輸裝置而由發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸帶驅(qū)動(dòng)。特別是，為了獲得大的壓縮比，最好使用內(nèi)壓縮式增壓器，例如羅宋(Lysholm)式(螺桿式)增壓器。進(jìn)一步說(shuō)，為了減少低負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)的損失，將增壓器17設(shè)置在節(jié)流閥16的下游位置。在增壓器17下游的公用進(jìn)氣通道13上安裝有中間冷卻器18和旁路控制閥20，該閥20用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉旁路通道19以對(duì)增壓器17形成旁通。
此外，發(fā)動(dòng)機(jī)體1設(shè)有廢氣再循環(huán)通道，該廢氣再循環(huán)通道用來(lái)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中。在圖示的實(shí)施例中，廢氣再循環(huán)(EGR)通道包括低負(fù)載廢氣再循環(huán)(EGR)通道21和高負(fù)載廢氣再循環(huán)通道22，低負(fù)載廢氣再循環(huán)(EGR)通道21的一端與廢氣集管23相連，其另一端形成支路，并與分立進(jìn)氣通道11相連。另一方面，高負(fù)載廢氣再循環(huán)(EGR)通道22的一端與催化劑轉(zhuǎn)換器25下游的排氣通道26相連，另一端與增壓器17上游的公用進(jìn)氣通道13相連。高負(fù)載廢氣再循環(huán)(EGR)通道22備有碳俘獲器27、廢氣再循環(huán)冷卻器28和高負(fù)載廢氣再循環(huán)閥29。
當(dāng)廢氣經(jīng)高負(fù)載廢氣再循環(huán)通道22再次循環(huán)時(shí)，即當(dāng)廢氣再循環(huán)經(jīng)高負(fù)載廢氣再循環(huán)通道22實(shí)現(xiàn)時(shí)，再循環(huán)(EGR)的氣體從廢氣通道的較下游側(cè)經(jīng)較長(zhǎng)通道進(jìn)入燃燒室，再由廢氣再循環(huán)冷卻器進(jìn)行充分地冷卻。
如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)的控制裝置(ECU)30的結(jié)構(gòu)是這樣安排的，控制裝置根據(jù)進(jìn)氣量或其它因素并響應(yīng)空氣流量計(jì)15、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Na的傳感器31、顯示節(jié)流閥開(kāi)口角的傳感器32等發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制從噴射器9噴入燃燒室的燃料量。進(jìn)一步說(shuō)，控制裝置根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況控制點(diǎn)火定時(shí)和閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5以及旁路控制閥20和廢氣再循環(huán)閥24與29。值得注意的是，要噴射的燃料量受氧(O2)傳感器33的輸出反饋控制的影響，以便使空氣燃料比在一個(gè)較寬的(包括增壓區(qū)域)范圍內(nèi)為理想值。進(jìn)一步說(shuō)，空氣燃料比可控制在自A/F＝12-13到接近總負(fù)載的高負(fù)載下仍能增加功率所需要的空氣燃料比這樣的范圍內(nèi)。
如圖3所示，閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5設(shè)計(jì)成能使閥定時(shí)在第一閥定時(shí)IV1和第二閥定時(shí)IV2之間變化，第一閥定時(shí)是打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí)調(diào)整到相對(duì)提前點(diǎn)火端，顯然第二閥定時(shí)是從第一閥定時(shí)IV1調(diào)整到相對(duì)延遲點(diǎn)火端。因此閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5可改變重疊量(O/L)，即進(jìn)氣閥打開(kāi)期限與排氣閥(EV)關(guān)閉期限相重疊時(shí)期，進(jìn)一步說(shuō)該閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5還能改變關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí)(IC)。依靠控制裝置30根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)情況控制進(jìn)氣閥打開(kāi)和關(guān)閉的定時(shí)，例如，低負(fù)載端調(diào)到第一定時(shí)IV1和高負(fù)載端調(diào)到第二定時(shí)IV2。
對(duì)旁路控制閥20進(jìn)行控制，使該閥在低負(fù)載端打開(kāi)，在高負(fù)載端關(guān)閉。在控制廢氣再循環(huán)過(guò)程中，控制廢氣再循環(huán)24和29，使這兩個(gè)閥在怠速區(qū)域關(guān)閉。另一方面，對(duì)低負(fù)載廢氣再循環(huán)閥24控制，使該閥在除怠速區(qū)外僅在低負(fù)載區(qū)域打開(kāi)，并對(duì)高負(fù)載廢氣再循環(huán)閥29進(jìn)行控制，使該閥在高負(fù)載壓域打開(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明，增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)徑尺寸13規(guī)定為70mm或小于70mm，其最佳值是50mm≤B≤70mm。
在高負(fù)載時(shí)，增壓器排氣側(cè)的壓力(p)與大氣壓力(po)之壓力比(γ)，即γ＝p/po與發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε以及氣缸內(nèi)徑尺寸(B)之間的關(guān)系規(guī)定為滿足下列方程(1);
γ≥-0.29ε+6.0-0.022B (1)其中，氣缸內(nèi)徑尺寸(B)用mm表示。
在調(diào)整中，為了滿足方程(1)，根據(jù)充氣效率ηc和依據(jù)壓力比γ而得到的發(fā)動(dòng)機(jī)幾何壓縮ε控制點(diǎn)火定時(shí)，使其延遲到能夠避免爆震的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提供的系統(tǒng)能夠提高充氣效率和發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，并且通過(guò)將氣缸內(nèi)徑尺寸B做得較小使充氣效率和扭矩達(dá)到幾乎是最大值，這樣有利于消除爆震，而通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火定時(shí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)爆震，在確?？煽啃院捅苊膺M(jìn)氣阻力急驟增加的范圍內(nèi)獲得滿意的效果。
這些作用將參照?qǐng)D4-12所示的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳述。
為了改善抗爆震能力，在帶有增壓器的內(nèi)燃機(jī)中，希望將氣缸內(nèi)徑做得盡可能的小，以便消除爆震。這一步還希望盡可能地將氣缸內(nèi)徑做小以便減少曲軸軸承所受的載荷。但是，另一方面，通過(guò)將氣缸內(nèi)徑尺寸做得比較小而活塞沖程還要加大以設(shè)法保證所需的位移量時(shí)，需要考慮由于活塞超速而引起的可靠性極限和進(jìn)氣阻力快速增加而引起進(jìn)氣閥壓縮的限制。
首先，考慮活塞速度比較快時(shí)可能引起的可靠性的極限。
活塞速度Um(mm/s)的平均值可以由下列方程(2)來(lái)定義;
Um＝(N/30)×S (2)其中N是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用轉(zhuǎn)/分表示;S是活塞沖程，用mm表示。
一般以為，活塞速度平均值Um的極限通常取20m/s(Um＝2.0×104mm/s)。這樣，將該極限值代入上述方程(2)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以給出活塞的沖程。另外，相應(yīng)氣缸內(nèi)徑尺寸B的單腔容積可以根據(jù)活塞沖程計(jì)算。圖5中單點(diǎn)劃線表示單腔容積，其中給出了Um＝2.0×104mm/s，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速用1，000轉(zhuǎn)/分表示時(shí)，圖中給出了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以4，000轉(zhuǎn)/分至8，000轉(zhuǎn)/分所對(duì)應(yīng)的氣徑內(nèi)徑尺寸。
接著，考慮進(jìn)氣阻力快速增加時(shí)所引起的限制。
通?？梢岳斫?，當(dāng)進(jìn)氣閥馬赫數(shù)Mi的平均值取Mi＝0.5時(shí)，進(jìn)氣阻力快速增加，由此使容積效率快速減少。
進(jìn)氣馬赫數(shù)的平均值Mi可由下列方程(3)來(lái)確定;
Mj=Vh×(ηv/100)a×Fim(θIL-θIO)6N---(3)]]>其中，Vh是單腔的容積，用立方厘米(cc)表示;
ηv積效率，用%表示;
a是聲速，用cm/s表示;
QIC是關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí);
QIO是打開(kāi)進(jìn)氣閥的定時(shí);
N是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用轉(zhuǎn)/分表示;
Fim是進(jìn)氣閥的平均開(kāi)口面積，用cm2表示。
進(jìn)氣閥開(kāi)口面積的平均值Fim可用下列方程表示Fim＝Fia/(θIC-θIO)其中，F(xiàn)ia是進(jìn)氣閥有效角面積。
而進(jìn)氣閥的有效角面積Fia可由下列方程表示
其中，F(xiàn)i是進(jìn)氣閥的開(kāi)口面積;
Fi(θ)是曲柄角為θ時(shí)進(jìn)氣閥的開(kāi)口面積;
μi是流量系數(shù)。
在此，值得注意的是，流量系數(shù)μi是指空氣實(shí)際流動(dòng)所通過(guò)的面積與最小空氣通道氣流的面積之比，在此，假設(shè)空氣流量相同，壓力相同，并且流量系數(shù)較小而閥的升程較大。流量μi(θ)是曲柄角為θ處的流量。進(jìn)一步，由下列方程確定其值。
通常，該值近似為0.9。
其它一些條件可由下文所描述的方式來(lái)確定。
(1)當(dāng)確定每個(gè)氣缸設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣閥和兩個(gè)排氣閥，并且進(jìn)氣閥的面積與排氣閥的面積相同時(shí)，進(jìn)氣閥與排氣閥頸部截面的面積之比是1.5。
(2)容積效率是100%。
(3)燃燒室是棚型(Penthouse)的。
(4)進(jìn)氣閥閥座之間的距離是2.5mm或更大一些。
(5)進(jìn)氣閥閥座和排氣閥閥座之間的距離是3.5mm或更大一些。
(6)排氣閥閥座之間的距離是4.0mm或更大一些。
(7)進(jìn)氣閥座和火花塞之間的距離是2.5mm或更大一些。
(8)排氣閥閥座和火花塞之間的距離是3.5mm或更大一些。
(9)閥之間的角度是30°。
(10)柱塞直徑是14mm。
(11)桿的直徑是6mm。
(12)頸部截面直徑由閥座的直徑減去5mm來(lái)計(jì)算。
(13)閥的升程長(zhǎng)度是8.5mm。
(14)閥打開(kāi)的定時(shí)約為256度曲軸轉(zhuǎn)角。
當(dāng)用上文給定的方式確定這些條件時(shí)，進(jìn)氣閥的有效角面積Fia與氣缸內(nèi)徑尺寸的關(guān)系如圖4所示。進(jìn)一步，平均馬赫數(shù)Mi由單腔容積、氣缸內(nèi)徑尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)確定。圖5中的實(shí)線表示相對(duì)于氣缸內(nèi)徑尺寸而得到的單腔容積，此時(shí)，給出的平均馬赫數(shù)Mi＝0.5，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速每1，000轉(zhuǎn)/分的取值范圍是4，000轉(zhuǎn)/分～8，000轉(zhuǎn)/分。
發(fā)動(dòng)機(jī)的第一轉(zhuǎn)速即確定活塞速度的平均值Um＝2.0x104mm/s的轉(zhuǎn)速用符號(hào)Na表示，而發(fā)動(dòng)機(jī)的第二轉(zhuǎn)速，即確定平均馬赫數(shù)Mi＝0.5的轉(zhuǎn)速用符號(hào)Nb表示，并且第一轉(zhuǎn)速Na大于第二轉(zhuǎn)速Nb(Na≥Nb)時(shí)，氣缸內(nèi)徑尺寸做成能使進(jìn)入的空氣足夠的多，以致超過(guò)了可靠性極限的高速側(cè)對(duì)應(yīng)的缸徑。因此，這樣確定的氣缸內(nèi)徑尺寸違背了將氣缸內(nèi)徑尺寸做得很小的需要。另一方面，當(dāng)Na-Nb≥2000轉(zhuǎn)/分時(shí)，該轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的最大功率(轉(zhuǎn)速接近Nb)與可靠性的極限相比較會(huì)變得很小，這樣所確定的尺寸在發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面不是最佳值。從發(fā)動(dòng)機(jī)性能觀點(diǎn)看，希望將能夠產(chǎn)生最大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定為5000轉(zhuǎn)/分或更高一些。而從可靠性的極限觀點(diǎn)看，其最佳轉(zhuǎn)速應(yīng)確定為8000轉(zhuǎn)/分或更小一些。
從前述可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的取值范圍可由Na≥Nb、Na-Nb≤2000轉(zhuǎn)/分、Nb≥5000轉(zhuǎn)/分以及Na≤8000轉(zhuǎn)/分來(lái)確定，即圖5中的陰影區(qū)，這個(gè)區(qū)域的值既能滿足將氣缸內(nèi)徑尺寸做小的要求又能滿足獲得發(fā)動(dòng)機(jī)性能的需要。換名話說(shuō)，所確定的氣缸內(nèi)徑尺寸B最好是50mm≤B≤70mm，最佳值應(yīng)是51mm≤B≤67mm;所確定的單腔容積最好是150cc～400cc;活塞沖程S與氣缸內(nèi)徑尺寸B之比最好是S/B≥1。
圖6示出了充氣效率ηc相對(duì)于從MBT(最佳扭矩的最小點(diǎn)火提前量)延遲的點(diǎn)火定時(shí)程度△Ig以及作為參數(shù)的幾何壓縮比ε而變化的關(guān)系。在圖6中，線A1、A2、A3和A4表示了幾何壓縮比分別為6、7、8和9的情形。點(diǎn)火定時(shí)的延遲程度△Ig的值調(diào)節(jié)成根據(jù)充氣效率ηc不會(huì)引起爆震的值。圖6所示的數(shù)據(jù)是在氣缸內(nèi)徑尺寸定為63mm的情況下給出的。MBT是在充氣效率不會(huì)引起爆震的情況下扭矩最大時(shí)的點(diǎn)火定時(shí)。
從圖6所示的數(shù)據(jù)可明顯地看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε比較高時(shí)或在充氣效率ηc比較高時(shí)更會(huì)產(chǎn)生爆震。因此，為了在MBT處不產(chǎn)生爆震，需要在幾何壓縮比ε比較高時(shí)降低充氣效率ηc，例如，當(dāng)幾何壓縮比ε定的升高ε＝1.0時(shí)，就需將充氣效率大約減少28%。另一方面，當(dāng)將幾何壓縮比ε定為常數(shù)時(shí)，并當(dāng)充氣效率ηc比較高時(shí)，為了消除爆震，需要將火點(diǎn)定時(shí)的延遲度△Ig定的比較大，并且與充氣效率成比例。進(jìn)一步，當(dāng)充氣效率ηc為常數(shù)，而幾何壓縮比ε比較高時(shí)，為了抑制爆震的產(chǎn)生，需要將點(diǎn)火定時(shí)的延遲度△Ig做的比較大，并且與幾何壓縮比成比例。因此，幾何壓縮比ε、充氣效率ηc和點(diǎn)火定時(shí)的延遲度△Ig之間的關(guān)系確定了圖6所示的特性曲線。
圖7示出了扭矩相對(duì)于從MBT開(kāi)始的點(diǎn)火定時(shí)延遲程度△Ig的減少率的關(guān)系。扭矩的減少率隨著點(diǎn)火定時(shí)度變大而按照該曲線所示的方式增加。
圖8示出了充氣效率ηc和幾何壓縮比ε相對(duì)于從MBT開(kāi)始的點(diǎn)火定時(shí)延遲程度變化的關(guān)系。在圖8中，實(shí)線A2、A3和A4分別表示幾何壓縮比為7、8及9的情形，而虛線B2、B3和B4表示充氣效率ηc真正提高的部分。這些是考慮了扭矩的減少而由點(diǎn)火定時(shí)延遲而獲得的。當(dāng)假定圖8所示每個(gè)壓縮條件下點(diǎn)火定時(shí)延遲由充氣效率所獲得的扭矩提高可以在將點(diǎn)火定時(shí)保持在MBT下通過(guò)增加充氣量來(lái)獲得時(shí)，充氣效率ηc真正的提高與發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩增加是一致的，并用這部分真正提高量來(lái)表示。
如圖8所示，當(dāng)充氣效率在點(diǎn)火定時(shí)延遲的同時(shí)提高時(shí)，從由充氣效率ηc提高所增加的扭矩量減去點(diǎn)火定時(shí)延遲所減少的扭矩量來(lái)計(jì)稱充氣效率的提高量，充氣效率ηc(如圖中實(shí)線A2、A3和A4所示)是隨著扭矩的實(shí)際變化(如圖中虛線B2、B3和B4)而變化。進(jìn)一步，值得注意的是，當(dāng)點(diǎn)火定時(shí)延遲量變得比較大并大到某種程度時(shí)，扭矩會(huì)變得最大，但既使點(diǎn)火定時(shí)的延遲度增加到大于其最大極限，充氣效率也會(huì)增加而扭矩卻會(huì)降低。因此，為了通過(guò)提高充氣效率ηc來(lái)增加扭矩同時(shí)避免爆震，也就是說(shuō)，避免通過(guò)延遲點(diǎn)火定時(shí)而使充氣效率ηc變大時(shí)可能產(chǎn)生的爆震，最好通過(guò)圖中的虛線B2、B3和B4所描述的特性曲線在最大值附近選取扭矩值。在這種情況下，最好這樣選擇扭矩，使得所獲得的充氣效率在2%的范圍內(nèi)或從最大值到2%之內(nèi)的范圍內(nèi)。在圖8中，每個(gè)點(diǎn)C2、C3和C4表示在點(diǎn)火定時(shí)延遲時(shí)，從能夠獲得最大扭矩的值開(kāi)始，充氣效率每提高2%的點(diǎn)。實(shí)線C是點(diǎn)C2、C3和C4的連線。
在圖9中，線E表示在點(diǎn)火定時(shí)延遲時(shí)，并在充氣效率ηc從低于能夠獲得最大扭矩的值開(kāi)始提高2%時(shí)，根據(jù)圖8所示的數(shù)據(jù)所得到的充氣效率ηc與壓縮比ε的關(guān)系。換句話說(shuō)，線E表示將壓縮比ε作為x軸的參數(shù)時(shí)，圖8中線C的特性曲線。另一方面，圖9中線D表示當(dāng)充氣效率ηc調(diào)節(jié)成使點(diǎn)火定時(shí)的爆震極限與MBT(對(duì)應(yīng)圖6中的點(diǎn)a1、a2和a3)一致時(shí)，充氣效率ηc與壓縮比ε的關(guān)系。
比較線D和線E，可明顯地看出，在延遲點(diǎn)火定時(shí)時(shí)，提高充氣效率ηc可以增加扭矩。線E的特征可由下列方程(4)表示ηc＝-24×ε+375 (4)該數(shù)據(jù)是在氣缸內(nèi)徑尺寸B確定為63mm時(shí)得出的。
但值得注意的是，當(dāng)氣缸內(nèi)徑尺寸B比較小時(shí)，能夠獲得恒定抗爆震性能的充氣效率ηc較高。不過(guò)，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)確定了將氣缸內(nèi)徑B減少4mm時(shí)，充氣效率ηc可以提高7%?？紤]到這一結(jié)果，方程(4)可轉(zhuǎn)換成下列方程(5)
ηc＝-24×ε+375-7/4(B-63) (5)另一方面，充氣效率ηc與增壓器的壓力比γ＝P/Po，即增壓器排氣側(cè)的壓力(P)與大氣壓力Po之比)之間的關(guān)系由下列方程(6)表示，其中，環(huán)境溫度定為T(mén)o＝300°K，增壓的空氣溫度Tb定為T(mén)b＝333°K(60℃)(幾乎由中間冷卻器調(diào)節(jié)成常數(shù))，容積效率ηv是0.9×100%ηc＝ηv×(To/Tb)×γ＝90×(300/333)×γ＝81γ (6)該方程可由圖10來(lái)表示。
另一方面，用方程(b)代替方程(5)，方程(5)可以變成下列方程(7)γ＝-0.296×ε+6.0-0.022B (7)當(dāng)氣缸內(nèi)徑尺寸B確定為B＝63mm時(shí)，該方程由圖11中的實(shí)線G表示。在此，值得注意的是，可以通過(guò)方程(7)所給出的上述線獲得最大扭矩的近似值。
因此，由方程(1)所確定的關(guān)系可以給出其近似值。通過(guò)確定這些條件，可以滿足這一關(guān)系，在通過(guò)延遲點(diǎn)火定時(shí)而確保抗爆震性能時(shí)可以獲得接近最大值的扭矩。
在圖3所示的閥操作特性曲線中，當(dāng)關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí)IC確定為延遲到曲柄角為60°或在BDC(發(fā)動(dòng)機(jī)的下死點(diǎn))更后的時(shí)候，可以利用減少有效壓縮率和抑制由于壓縮功而引起的排氣溫度的升高來(lái)提高抗爆震能力。進(jìn)一步，當(dāng)重疊時(shí)期O/L，即進(jìn)氣閥和排氣閥都打開(kāi)的時(shí)期確定在曲柄角為20°或大于20°的位置處時(shí)，可以利用提高掃氣能力和減少?gòu)U氣剩余量來(lái)提高抗爆震能力。曲柄角，例如20°和60°是指當(dāng)閥升程為1mm時(shí)，打開(kāi)或關(guān)閉閥時(shí)所經(jīng)過(guò)的平均曲柄角。
在此，值得注意的是，至少在低轉(zhuǎn)速和高負(fù)載區(qū)域，當(dāng)用上文所描述的方式通過(guò)延遲關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí)或通過(guò)加大重疊時(shí)期來(lái)提高抗爆震性能時(shí)，并當(dāng)充氣效率ηc提高到扭矩能從低于最大值提高2%的值時(shí)，通過(guò)延遲點(diǎn)火定時(shí)，充氣效率ηc與壓縮比ε的關(guān)系在氣缸內(nèi)徑尺寸B為63mm時(shí)用圖9的線F表示。從圖9所示的曲線可明顯的看出，線F所表示的充氣效率比線E所表示的充氣效率大約高出20%。當(dāng)將氣缸內(nèi)徑尺寸B增加到關(guān)系式中時(shí)，方程(5)可變成下列方程(8)ηc＝-24×ε+395-7/4(B-63) (8)在該方程中，值395是將2%的20(充氣效率ηc的提高值)加到方程(5)中的375所獲得的值。
當(dāng)充氣效率變成壓力比γ時(shí)，根據(jù)方程(6)可以得出下列方程(9)γ＝-0.296×ε+6.2-0.022B (9)該方程可在氣缸內(nèi)徑尺寸B確定為63mm時(shí)由圖11中的H線表示。
當(dāng)延遲關(guān)閉進(jìn)氣閥或掃氣的作用增加時(shí)，扭矩可增加到接近最大值，而同時(shí)又能通過(guò)確定這些條件，使其接近滿足下述方程(10)所表示的關(guān)系而確?？贡鸬男阅堞谩?0.29×ε+6.2-0.022B (10)在圖1所示的內(nèi)燃機(jī)中，在高負(fù)載時(shí)，在高負(fù)載廢氣再循環(huán)(EGR)通道22中，將廢氣再循環(huán)的氣體進(jìn)行是夠的冷卻，通過(guò)將這種冷卻的EGR氣體提供到燃燒室可以提高抗爆震的能力。進(jìn)一步說(shuō)，當(dāng)燃料的辛烷值較高時(shí)，抗爆震的能力可以相應(yīng)提高。
當(dāng)廢氣再循環(huán)(EGR)率用Re(%)來(lái)表示，并當(dāng)冷卻的EGR氣體供到燃燒室以及燃料的辛烷值用Ro來(lái)表示時(shí)，方程(1)可以轉(zhuǎn)化成下列方程式(11)γx(1+Re/100)≥-0.29xε+(a+bxRo)-0.022B+CxRe/100 (11)其中a、b及c為常數(shù)(a＝0.09、b＝0.059、c＝0.007。這些數(shù)據(jù)是根據(jù)本發(fā)明人的試驗(yàn)得出)。
用相應(yīng)的數(shù)值代替常數(shù)a、b和c，用100(大約)代替辛烷值Ro，用0代替EGR率Re，得出方上述方程(1)。
當(dāng)用Ro＝100代替辛烷值Ro時(shí)，方程式(11)可以變成下列方程(12)γx(1+Re/100)≥-0.29xε+6.0-0.022B+0.007Re/100 (12)當(dāng)用Re＝0代替方程(11)中的EGR率Re，可以得出方程(13)γ≥-0.29xε+0.09+0.059Ro-0.022B (13)考慮到壓縮比ε對(duì)廢氣溫度的影響，在確定滿足方程(1)或(10)或(11)的條件時(shí)，由于膨脹比增高的事實(shí)，會(huì)使廢氣的溫度有降低的趨勢(shì)，這時(shí)壓縮比較高，另一方面，當(dāng)壓縮比ε變小時(shí)廢氣溫度升高。
然而，在此應(yīng)注意的是，為了確保抗爆震性能，又因依據(jù)壓縮比ε和充氣效率ηc調(diào)整點(diǎn)火定時(shí)，廢氣溫度的上升在壓縮比ε比較低時(shí)通過(guò)提前點(diǎn)火定時(shí)可以避免。這種作用可參照?qǐng)D6和12加以詳述。
圖12示出了有關(guān)廢氣溫度減少的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)揭示了壓縮比ε增加與提前點(diǎn)火定時(shí)對(duì)廢氣溫度的影響。為了便于對(duì)比，圖中示出了冷卻的EGR氣體的供給，濃的空氣燃料比，冷卻的進(jìn)給空氣及較低的廢氣壓力對(duì)廢氣溫度的影響。從圖12可明顯的看出，當(dāng)壓縮比ε改變1時(shí)，廢氣溫度大得變化20℃。另一方面，當(dāng)點(diǎn)火時(shí)改變5度時(shí)，廢氣溫度改變約40℃。因此，為了補(bǔ)償由壓縮比ε降低1時(shí)所引起的廢氣溫度上升，需要點(diǎn)火定時(shí)提前約2.5度。
進(jìn)一步說(shuō)，應(yīng)該注意到，為了保持抗爆震能力與圖6所示的水平相同，當(dāng)壓縮比ε上升1時(shí)，需要將充氣效率減少約28%，或者當(dāng)點(diǎn)火定時(shí)提前1度時(shí)，需要將充氣效率減少約4%。由此，當(dāng)壓縮比ε降低1時(shí)，為了將充氣效率ηc與抗爆震能力保持在同一水平，需要點(diǎn)火定時(shí)提前約7度。借助于點(diǎn)火定時(shí)的這一提前度，可以使廢氣溫度降低，并且這種降低的程度大于由壓縮比ε減少所引起的廢氣溫度的上升值。
總的來(lái)說(shuō)，即使壓縮比ε降低了，仍能通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火定時(shí)來(lái)消除廢氣溫度的上升。
根據(jù)本發(fā)明，盡管Lysholm式(螺桿式)增壓器適于足夠地增壓以確保輸出功率，特別是在關(guān)閉進(jìn)氣閥延遲時(shí)更是如此，但是，本發(fā)明并不局限于Lysholm式增壓器，其它任何可機(jī)械驅(qū)動(dòng)的增壓器或渦輪增壓器都可用于本發(fā)明。
從圖5所示的數(shù)據(jù)可以理解，對(duì)每個(gè)氣缸可設(shè)兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥的增壓式內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，將氣缸內(nèi)徑尺寸做得比較小，即70mm或更小，可以提高抗爆震的能力。進(jìn)一步，從圖6-11可以看出，當(dāng)增壓器的壓力比γ、發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε及氣缸內(nèi)徑尺寸B確定成能夠滿足下列方程所表示的關(guān)系時(shí)，充氣效率可以提高到能夠提供接近最大扭矩的值，同時(shí)又保證了抗的爆震的能力。該方程如下γ≥-0.29×ε+6.0-0.022B此外，當(dāng)氣缸內(nèi)徑尺寸確定為50mm≤B≤70mm時(shí)，將氣缸內(nèi)徑尺寸做得比較小可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求。
進(jìn)一步說(shuō)，當(dāng)關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí)確定在曲柄角為60°或BDC(發(fā)動(dòng)機(jī)下死點(diǎn))之后更后的時(shí)候，或在進(jìn)氣閥打開(kāi)與排氣閥打的時(shí)期相重疊的重疊時(shí)期確定在曲柄角為20°或大于20°時(shí)，并在增壓器的壓力比γ、發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε及氣缸內(nèi)徑尺寸B確定為滿足方程式γ≥-0.29×ε+6.0-0.022B所表示的關(guān)系時(shí)，抗爆震能力進(jìn)一步可通過(guò)延遲關(guān)閉進(jìn)氣閥的定時(shí)或延長(zhǎng)重疊時(shí)期來(lái)提高。在這方面，可獲得較高的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩值。
下文將根據(jù)EGR(廢氣再循環(huán))率Re與幾何壓縮比ε的關(guān)系描述抑制廢氣溫度上升的影響，另外，還根據(jù)將氣缸內(nèi)徑尺寸做得比較小可以提高抗爆震能力同時(shí)又要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性及發(fā)動(dòng)機(jī)性能的需要這一點(diǎn)對(duì)抑制廢氣溫度的上升的影響進(jìn)行描述，根據(jù)本發(fā)明這方面的增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例與本發(fā)明的第二個(gè)目的及圖1-5和12-23所描述的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)。
在該實(shí)施例中，氣缸內(nèi)徑尺寸B確定為50mm到70mm，其最佳值是51mm～67mm，氣缸的單腔容積確定為150cc～400cc，活塞沖程S與氣缸內(nèi)徑B之比S/B＞1，所確定的這些數(shù)值的意義已在前文作了明顯的描述。
在高負(fù)載以及高速(高轉(zhuǎn)速)時(shí)要從高負(fù)載EGR通道22供給的EGR氣體的EGR率R(%)確定成滿足下列方程(14)所描述的發(fā)動(dòng)機(jī)幾何壓縮比ε該EGR率R(%)之間的關(guān)系R≥(9-ε)×3 (14)其中，幾何壓縮比ε確定為9≥ε≥5.5，該值是避免爆震和提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率方面得出的。
根據(jù)本發(fā)明這一實(shí)施例所提供的系統(tǒng)可以依靠增壓提高充氣效率，并以此提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，同時(shí)保證了抗爆震性能，在這個(gè)范圍內(nèi)，又能滿足保證可靠性的需要和避免進(jìn)氣阻力快速增加的要求。進(jìn)一步，該系統(tǒng)以滿足上述方程(14)的EGR率R從高負(fù)載EGR通道22中提供冷卻得很好的EGR氣體，借此可以抑制高速及高負(fù)載時(shí)廢氣溫度的上升。
進(jìn)一步說(shuō)，將參照?qǐng)D12和13描述抑制廢氣溫度上升的影響。
圖13示出了依靠將抗爆震能力保持在恒定水平所獲得的充氣效率的提高部分(與抗爆震性能的提高部分相一致)。該數(shù)據(jù)是根據(jù)試驗(yàn)得出的。從圖13可明顯地看出，當(dāng)氣缸內(nèi)徑尺寸做的比較小時(shí)，通過(guò)提高抗爆震性能可以提高充氣效率。
圖12示出了廢氣溫度減少的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖12所示，當(dāng)供給冷卻的EGR氣體時(shí)，并在EGR率R增加10%時(shí)廢氣溫度可降低約60℃。這種降低的影響大于因濃的空氣燃料比而產(chǎn)生的影響。
另外，當(dāng)壓縮比ε提高△ε＝1時(shí)，廢氣溫度將降低約20℃。相反，當(dāng)壓縮比ε降低△ε21時(shí)，廢氣溫度將升高20℃。此外，為了將廢氣溫度降低約20℃，需要將廢氣再循環(huán)率R(EGR率)增加3%( 20/6)。進(jìn)一步說(shuō)，當(dāng)壓縮比ε約提高9時(shí)，即使EGR率R確定為零(0)，也能避免廢氣溫度的上升。
根據(jù)壓縮比ε確定EGR(廢氣再循環(huán))率R，使其滿足方程(14)所描述的關(guān)系，借此，可有效地抑制廢氣溫度的上升，即使壓縮比ε較低時(shí)也是如此。進(jìn)一步說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明所提供的系統(tǒng)不需要使用濃空氣燃料比，由此，大大地節(jié)省了燃料。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)。包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，其中，在高負(fù)載時(shí)，增壓器排氣側(cè)的壓力(P)與大氣壓力(Po)的壓力比(γ=P/Po)與發(fā)動(dòng)機(jī)幾何壓縮比和氣缸內(nèi)徑(B)之間的關(guān)系滿足下列方程γ≥-0.29ε+6.0-0.022B其中氣缸內(nèi)徑R寸(B)用mm表示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，所述氣缸內(nèi)徑尺寸是70mm，或小于70mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，所述氣缸內(nèi)徑尺寸是50mm，或大于50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃機(jī)。其特征是，一個(gè)氣缸的工作容量即單腔容積是400cc或小于400cc。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞速度Um為Um＝2.0×10，000mm/s時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Na等于或大于進(jìn)氣馬赫數(shù)平均值Mi為Mi＝0.5時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Nb。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞沖程S與所述氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞沖程S與所述氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞沖塞S與所述氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞速度Um為Um＝2.0×10，000mm/s時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Na確定為Na≤8000轉(zhuǎn)/分。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞速度Um為Um＝2.0×10，000mm/s時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Na確定為Na≤8000轉(zhuǎn)/分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是所述的氣缸內(nèi)徑尺寸B確定為50mm≤B≤70mm;當(dāng)活塞速度Um為Um＝2.0×10，000mm/s時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用Na表示，進(jìn)氣馬赫數(shù)的平均值Mi為Mi＝0.5時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用Nb表示時(shí)，Na和Nb確定為滿足下列關(guān)系式Na≥Nb;Na-Nb≤2，000轉(zhuǎn)/分;Nb≥5000轉(zhuǎn)/分;Na≤8000轉(zhuǎn)/分;活塞沖程s與所述氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1;以及一個(gè)氣缸的工作容量即單腔容積確定為150cc～400cc。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，每個(gè)氣缸上設(shè)有兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，設(shè)置在每個(gè)氣缸上的進(jìn)氣閥數(shù)目為兩個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，設(shè)置在每個(gè)氣缸上的排氣閥的數(shù)目是兩個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，進(jìn)氣閥打開(kāi)時(shí)期與排氣閥打開(kāi)時(shí)期相重疊的重疊時(shí)期確定在曲柄角是20°或大于20°;并滿足下列方程γ≥0.29ε+6.0-0.022B
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，關(guān)閉進(jìn)氣閥定時(shí)延遲到曲柄角為60°或發(fā)動(dòng)機(jī)下死點(diǎn)之后更后時(shí);并滿足下列方程式γ≥-0.29ε+6.0-0.022B。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，還包括將廢氣至少在高負(fù)載時(shí)再循環(huán)入氣缸燃燒室中的EGR裝置其中，用EGR裝置將廢氣再循環(huán)的EGR(廢氣再循環(huán))率用Re(%)表示，并滿足下列方程γx(1+Re/100)≥-0.29xε+6.0-0.022B+0.007Re/100.
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，燃料的辛烷值用Ro表示，并滿足下列方程γx(1+Re/100)≥-0.29xε+(0.09+0.059Ro)-0.022B+0.007Re/100
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，包括一個(gè)在高負(fù)載時(shí)將再循環(huán)入燃燒室的廢氣進(jìn)行冷卻的冷卻裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，還包括至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)入氣缸中的燃燒室的EGR裝置;其中，用EGR裝置將廢氣再循環(huán)的EGR率用Re(%)表示，并滿足下列方程Re≥(9-ε)×3
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是;幾何壓縮比ε確定為5.5～9.0。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，還包括改變打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥定時(shí)的閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)進(jìn)氣閥打開(kāi)時(shí)期與排氣閥打開(kāi)時(shí)期相重疊的重疊時(shí)期是由所述的閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)來(lái)改變的，將其確定在曲柄角在20°，或者在高負(fù)載時(shí)大于20°，并使該重疊時(shí)期在低負(fù)載時(shí)小于在高負(fù)載時(shí)的曲柄角;并滿足下列方程γ≥-0.29ε+6.2-0.022B
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，還包括改變打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥定時(shí)的閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu);其中，利用所述的閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)延遲關(guān)閉所述進(jìn)氣閥的定時(shí)，使其滿足在高負(fù)載時(shí)在BDC之后大于60°的位置，并使其滿足低負(fù)載時(shí)的定時(shí)小于高負(fù)載時(shí)的定時(shí);并滿足下列方程式γ≥-0.29ε+6.2-0.022B
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，還包括改變打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥定時(shí)的閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu);其中，由閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)改變進(jìn)氣閥打開(kāi)時(shí)期與排氣閥打開(kāi)時(shí)期相重疊的重疊時(shí)期，并在高負(fù)載時(shí)將其確定在曲柄角為20°或大于20°，并使其滿足低負(fù)載時(shí)的重疊期小于高負(fù)載時(shí)的重疊期;由所述的閥定時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)延遲關(guān)閉所述進(jìn)氣閥的定時(shí)，將其確定為高負(fù)載時(shí)在BDC之后大于60°，并滿足低負(fù)載時(shí)的定時(shí)小于高負(fù)載時(shí)的定時(shí);并滿足下列方程γ≥-0.29ε+6.2-0.022B
25.一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，一個(gè)至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸燃燒室中的EGR裝置;其中所述氣缸內(nèi)徑尺寸確定為70mm或小于70mm;以及發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε與EGR率Re(%)之間的關(guān)系應(yīng)滿足下列方程Re≥(9-ε)×3其中Re指由所述EGR裝置再循環(huán)廢氣的EGR率。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是，給出活塞速度Um＝2.0×10，000mm/s的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Na確定為Na≤8000轉(zhuǎn)/分。
27.一種具有一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器的往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒室的EGR裝置其中，給出活塞速度Um＝2.0×10，000mm/s的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Na確定成等于或大于進(jìn)氣馬赫數(shù)的平均值Mi＝0.5時(shí)要達(dá)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Nb;以及發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε與EGR裝置再循環(huán)廢氣的EGR率Re(%)之間的關(guān)系滿足下列方程Re≥(9-ε)×3
28.根據(jù)權(quán)利要求25或27所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞沖程S與氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速Na確定為8000轉(zhuǎn)/分或小于8000轉(zhuǎn)/分。
30.一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，一個(gè)至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃燒室的EGR裝置;其中，一個(gè)氣缸的工作容量即單腔容積確定為400cc或小于400cc;其中，活塞沖程S與氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1;以及其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε和由EGR裝置再循環(huán)廢氣的EGR率Re(%)之間的關(guān)系滿足下列方程Re≥(9-ε)×3
31.一種往復(fù)活塞式增壓內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，其中在高負(fù)載時(shí)增壓器排氣側(cè)的壓力(P)與大氣壓力(Po)之比γ與發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何壓縮比ε及氣缸內(nèi)徑尺寸B(mm)和燃料的辛烷值Ro之間的關(guān)系滿足下列方程γ≥-0.29ε+0.09+0.059Ro-0.022B
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，還包括一個(gè)至少在高負(fù)載時(shí)將廢氣再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃燒室的EGR裝置;其中，用所述EGR裝置再循環(huán)廢氣的EGR率由Re(%)表示時(shí)，滿足下列方程式γx(1+Re/100)≥-0.29xε+(0.09+0.059Ro)-0.022B+0.007Re/100
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，活塞速度Um為Um＝2.0×10，000mm/s時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用Na表示，進(jìn)氣馬赫數(shù)平均值Mi為Mi＝0.5的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用Nb表示，Na和Nb確定為滿足下述關(guān)系式Na≥Nb;Na-Nb≤2000轉(zhuǎn)/分;Nb＞5000轉(zhuǎn)/分。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是一個(gè)氣缸的工作容量即單腔容積確定為150cc～400cc;以及活塞沖程S與所述氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，Na-Nb≤2000轉(zhuǎn)/分，Nb≥5000轉(zhuǎn)/分。
36.根據(jù)權(quán)利要求25或27所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，一個(gè)氣缸的工作容量即單腔容積確定為400cc或小于400cc。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征在于一個(gè)氣缸的工作容量即單腔容積確定為150cc～400cc;活塞沖程S與所述氣缸內(nèi)徑尺寸B之比確定為S/B＞1。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的增壓內(nèi)燃機(jī)，其特征是，所述氣缸內(nèi)徑尺寸確定為70mm或小于70mm。
全文摘要
一種往復(fù)活塞式帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)，具有設(shè)置在進(jìn)氣通道中的增壓器，其中，在高負(fù)載時(shí)增壓器排氣側(cè)壓力(P)與大氣壓力(Pγ＝-0.29ε+6.0-0.022B其中，氣缸內(nèi)徑尺寸B用mm表示。
文檔編號(hào)F02M25/07GK1094789SQ9410277
公開(kāi)日1994年11月9日 申請(qǐng)日期1994年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月3日
發(fā)明者人見(jiàn)光夫, 山謙二, 益田俊治 申請(qǐng)人:馬自達(dá)汽車(chē)株式會(huì)社