具有高压缩比和包括变速增压器的多级增压的内燃机制造技术

一种内燃机包括限定汽缸的汽缸体以及相对于汽缸体定位的汽缸盖。往复式活塞设置在汽缸内部用于以至少10:1的几何压缩比来压缩空气和燃料混合物。曲柄轴设置在汽缸体中并且通过活塞而旋转。进气阀操作地连接至汽缸盖并且控制空气至汽缸的输送以在其中进行燃烧。一种机构经由进气阀的恒定峰值升程在至少5度曲柄轴旋转内提供延迟进气阀关闭。具有涡轮增压器、增压器以及用于改变增压器的转速的无级变速器的多级增压系统由控制器调节以选择性地将从环境接收的空气加压以便输送至汽缸。

An internal combustion engine with a high compression ratio and a multi-stage supercharging including a variable speed supercharger

An internal combustion engine includes a cylinder body defining a cylinder and a cylinder head positioned relative to the cylinder body. The reciprocating piston is disposed within the cylinder for compressing the air and fuel mixture with a geometric compression ratio of at least 10:1. The crank shaft is arranged in the cylinder body and rotates through the piston. The intake valve is operatively connected to the cylinder head and controls the delivery of the air to the cylinder for combustion therein. A mechanism provides a delayed intake valve closed by a constant peak lift of an intake valve at a rotation of at least 5 degrees crank shaft. A multistage supercharging system with a turbocharger, a supercharger, and a continuously variable transmission for changing the speed of the supercharger is regulated by the controller to selectively pressurize the received air from the environment for delivery to the cylinder.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种具有高压缩比和包括变速增压器的多级增压系统的内燃机。
技术介绍
通常要求内燃机(ICE)在延长的时段内产生相当多动力。许多这样的发动机采用增压装置(诸如废气涡轮驱动涡轮增压器或机械驱动增压器)以在空气流进入ICE的进气歧管之前将其压缩以提高发动机的动力和效率。总的来看，涡轮增压器和增压器这二者均用作气体压缩机，其强制比否则可在环境大气压力下实现的空气和氧气更多的空气和因此更多氧气进入ICE的燃烧室。强制进入ICE的含氧空气的附加质量提高了发动机的容积效率，允许发动机在给定循环中燃烧更多燃料，由此增大燃烧压力并且产生更多动力。为了努力提高整个发动机的效率和响应，某些ICE采用多级增压系统。这样的增压系统可以包括具有在较低排气流时更有效的较小涡轮增压器以及在较高排气流时更有效的较大涡轮增压器的涡轮增压系统或具有机械或电驱动增压器和排气驱动增压器的组合式系统。这样的增压系统中的两个涡轮增压器或增压器与涡轮增压器之间的转变通常是基于特定发动机的配置和操作要求来控制。
技术实现思路
本公开的一个实施例涉及一种包括汽缸体的内燃机。汽缸体限定汽缸以及相对于汽缸体定位的汽缸盖。往复式活塞设置在汽缸内部并且配置成以至少10:1的几何压缩比来压缩空气和燃料混合物。曲柄轴设置在汽缸体中并且通过在活塞上施加燃烧力而旋转。进气阀操作地连接至汽缸盖并且配置成控制空气至汽缸的输送以在其中进行燃烧。排气阀操作地连接至汽缸盖并且配置成控制燃烧后气体从汽缸中的去除。一种机构经由进气阀的恒定峰值升程在曲柄轴的旋转角(是至少5度曲柄角)内提供延迟进气阀关闭(LIVC)，即，峰值升程处的延长保压时间。发动机还包括多级增压系统。多级增压系统包括由燃烧后气体驱动的涡轮增压器、机械或电驱动的增压器以及配置成改变增压器的转速的无级变速器(CVT)。发动机另外包括控制器，其配置成调节涡轮增压器、增压器和CVT的操作以选择性地将从环境接收的空气加压以便输送至汽缸。增压器可以配置为低流量气体压缩机，而涡轮增压器可以配置为高流量气体压缩机。CVT可以包括至少一个可变直径滑轮，其将发动机的曲柄轴操作地连接至变速增压器。在这样的情况中，控制器可以配置成调节至少一个可变直径滑轮的有效直径以由此调节变速增压器的速度。至少一个可变直径滑轮可以机械地连接至发动机的曲柄轴。CVT还可以包括操作地连接至变速增压器的非圆形齿轮装置。在这样的情况中，控制器可以配置成控制非圆形齿轮装置以由此调节变速增压器的速度。该机构可以在曲柄轴的5度至80度旋转角的范围内产生进气阀的恒定峰值升程，并且可以将进气阀的关闭延迟至发动机的压缩循环中。发动机可以是几何压缩比在11:1至16:1的范围内的火花点火内燃机。该机构可以包括配置成产生进气阀的恒定峰值升程的电动液压致动器。该机构可以包括进气凸轮轴，其具有用于相对于曲柄轴的位置打开和关闭进气阀的凸轮凸角。凸轮凸角可以包括配置成产生进气阀的恒定峰值升程的轮廓。该机构可以另外包括可变比凸轮从动件或摇臂，其设置在凸轮凸角与进气阀之间使得凸轮从动件配置成产生进气阀的恒定峰值升程。本公开的另一个实施例涉及一种具有这样的内燃机的车辆。上述特征和优点以及本公开的其它特征和优点从实施例的以下详述和用于实行结合附图和随附权利要求书取得的所述公开的最佳模式将容易地显而易见。附图说明图1是根据本公开的具有带有包括涡轮增压器和变速增压器的多级增压系统的实施例的发动机的车辆的示意图。图2是根据本公开的具有带有包括多级增压系统的另一个实施例的发动机的车辆的示意图。图3是具有配置成在进气阀的峰值升程处提供延长的保压时间的机构的实施例的发动机的示意部分示意图。图4是由图3中所示的机构的实施例使用的进气凸轮轴凸角的示意图。图5是具有配置成在进气阀的峰值升程处提供延长的保压时间的机构的另一个实施例的发动机的示意图。图6是由图5中所示的机构的实施例使用的进气凸轮轴凸角的示意图。图7是具有配置成在进气阀的峰值升程处提供延长的保压时间的机构的又一实施例的发动机的示意图。图8说明由图3至图7中所示的机构产生的进气阀的示例性升程曲线。图9是根据本公开的在多级增压系统中采用来操作变速增压器的无级变速器(CVT)的示意部分横截面图。图10是根据本公开的在多级增压系统中采用来操作变速增压器的CVT的另一个实施例的示意部分横截面图。具体实施方式参考附图，其中全部几个图中的相同参考数字对应于相同或类似部件，图1至图2说明车辆10，其采用动力系来经由从动轮14推进该车辆。如所示，动力系12包括内燃机16和操作地连接至该内燃机的变速器组件18。动力系12还可以包括一个或多个电动马达/发电机，其均未被示出，但是本领域技术人员可设想到其的存在。如所示，发动机16包括其中设置有多个汽缸22的汽缸体20以及相对于汽缸体定位的汽缸盖23。具体地，汽缸盖23可以安装在汽缸体20上或集成至汽缸体中或与汽缸体铸造在一起。汽缸盖23容纳空气和燃料以在汽缸22内部使用以供后续燃烧。如图3、图5和图7中可见，每个汽缸22均包括配置成在其中进行往复运动的相应活塞22-1。另外，燃烧室22-2形成在汽缸22内介于汽缸盖23的底面与活塞22-1的顶部之间。如本领域技术人员所已知，每个燃烧室22-2均容纳燃料和空气，该燃料和空气组合成在所述燃烧室内部形成燃料空气混合物以供后续燃烧。发动机16可以包括节气门19(图1至图2中所示)，其可配置为传统的可移动节气门叶片或对从环境进入发动机的空气体积进行计量的另一种类型的装置。虽然图1和2中示出了直列式四汽缸发动机，但是并不妨碍本公开适用于具有不同数量和/或设置的汽缸的发动机。如图3、图5和图7中所示，发动机16还包括多个进气阀24，其操作地连接至汽缸盖23并且配置成控制空气至每个汽缸22的供应以便与其中的燃料一起燃烧。发动机16可以配置为火花点火内燃机，其采用配置成输送所需量的燃料的燃料喷射器25以及起始燃料和空气混合物在燃烧室22-2内部的燃烧的火花塞27。发动机16另外包括多个排气阀26，其操作地连接至汽缸盖23并且配置成控制燃烧后气体从每个汽缸22中的去除。第一机构28配置成在发动机16的操作期间调节相应进气阀24的打开和关闭并且特别设置成在延长的时段内产生进气阀24的总体上恒定峰值升程。下文将更详细地讨论第一机构28的具体实施例和操作。第二机构30配置成在发动机16的操作期间调节相应排气阀26的打开和关闭。第二机构30可以配置为具有用于致动排气阀26的多个凸轮凸角30-1的排气凸轮轴，或包括类似于下文关于第一机构28描述的那些配置的其它配置。发动机16还包括配置成在汽缸体20内旋转的曲柄轴31。如本领域技术人员所已知，曲柄轴31是由活塞22-1经由相应的连杆(未示出)旋转，因为适当比例的燃料空气混合物经由一个或多个进气阀24选择性地准许进入燃烧室22-2并且在燃烧室中燃烧。在空气燃料混合物在具体燃烧室22-2内部燃烧之后，特定活塞的往复式运动用于增补燃烧室气体32经由一个或多个排气阀26从相应汽缸22中的去除。汽缸盖23还配置成诸如经由排气歧管34将燃烧后气体32从燃烧室22-2中排出。如图1至2中所示，此排气歧管34可以配置为单独、可附接部件，其用于清本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机，包括：限定汽缸的汽缸体；相对于所述汽缸体定位的汽缸盖；往复式活塞，设置在所述汽缸内部并且配置成以至少10:1的几何压缩比来压缩空气和燃料混合物；曲柄轴，设置在所述汽缸体中并且通过在所述活塞上施加燃烧力而旋转；操作地连接至所述汽缸盖的进气阀；排气阀，操作地连接至所述汽缸盖并且配置成控制燃烧后气体从所述汽缸中的去除；机构，经由所述进气阀的恒定峰值升程在所述曲柄轴的至少5度旋转角内提供延迟进气阀关闭(LIVC)；多级增压系统，具有由所述燃烧后气体驱动的涡轮增压器、机械或电驱动的增压器以及配置成改变所述增压器的转速的无级变速器(CVT)；以及控制器，配置成调节所述涡轮增压器、所述增压器和所述无级变速器的操作以选择性地将从环境接收的空气加压以便输送至所述汽缸。

【技术特征摘要】
2016.02.09 US 15/0194651.一种内燃机，包括：限定汽缸的汽缸体；相对于所述汽缸体定位的汽缸盖；往复式活塞，设置在所述汽缸内部并且配置成以至少10:1的几何压缩比来压缩空气和燃料混合物；曲柄轴，设置在所述汽缸体中并且通过在所述活塞上施加燃烧力而旋转；操作地连接至所述汽缸盖的进气阀；排气阀，操作地连接至所述汽缸盖并且配置成控制燃烧后气体从所述汽缸中的去除；机构，经由所述进气阀的恒定峰值升程在所述曲柄轴的至少5度旋转角内提供延迟进气阀关闭(LIVC)；多级增压系统，具有由所述燃烧后气体驱动的涡轮增压器、机械或电驱动的增压器以及配置成改变所述增压器的转速的无级变速器(CVT)；以及控制器，配置成调节所述涡轮增压器、所述增压器和所述无级变速器的操作以选择性地将从环境接收的空气加压以便输送至所述汽缸。2.根据权利要求1所述的发动机，其中所述增压器是低流量气体压缩机且所述涡轮增压器是高流量气体压缩机。3.根据权利要求1所述的发动机，其中所述无级变速器包括操作地连接至变速增压器的至少一个可变直径滑轮，且其中所述控制器配置成调节所述至少一个可变直径滑轮的有效直径以由此调节所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·何，D·孙，Z·刘，C·段，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US