[发明专利]一种可变冲程的发动机

说明书

技术领域

本发明涉及车辆发动机技术领域，尤其涉及可变冲程的发动机。

背景技术

往复循环活塞式发动机可以根据一个工作循环的冲程数分类，最常见的是二冲程和四冲程两类。近年来还出现了三冲程、五冲程、六冲程甚至八冲程，但都只处于研究阶段，离实际应用还较远。二冲程发动机一个循环包括两个冲程，活塞上行为扫气换气和压缩冲程，活塞下行为做功和排气冲程。四冲程发动机一个循环包括四个冲程，活塞第一次下行进气、上行压缩，第二次下行做功，上行排气。

两种发动机具有各自优劣。二冲程发动机结构紧凑，每360°做一次功，单位时间内做工次数比四冲程发动机多了一倍，升功率较大，同排量下，在实际循环中升功率比四冲程高50%-70%，扭矩高30%-50%；相较四冲程没有凸轮、气门等结构，结构简单，成本较低。但它的缺点也很明显：换气时间短，还包括80%～70%的扫气时间，换气效果差，残余较多废气，且有大量新鲜充量流失；在多种工况下，换气过程变化很大，使工作状态偏离优化的匹配状态，所以很难适应多种工况；扫气的重叠时间长，有大量新鲜燃气溢出，降低燃油经济性，增加了HC的排放。

四冲程发动机的优点是进排气过程完全分开，换气效率高、充分，燃油经济性好，有效降低了排放中的未燃HC含量；因平均做功行程比二冲程长，有效做功的时间更多，致燃烧效率更高，燃油消耗率低；扭矩输出平稳，做功平顺。但四冲程发动机的缺点是曲轴旋转两圈，活塞只做一次功，理论上同排量下的功率输出仅为二冲程的50%。

综上，二冲程和四冲程各有优缺，二冲程发动机常常被用于摩托车上，而四冲程发动机通常被用于轿客车上。因此怎样把二冲程发动机和四冲程的发动机的优点进行整合，研究怎样实现可变冲程，使得成本更低且效率更高，对节能减排、提高发动机动力性具有现实意义。

目前可变冲程技术主要有两类。第一类是通过改变活塞内部结构或连杆改变膨胀比或压缩比，仅仅改变了冲程长度，并未做到两种循环模式的结合。第二类是改变循环模式，能够以二、四两种冲程模式运行。其主要是两种实现方式：一种实现方式为为多缸合作，即发动机内既有二冲程的气缸，又有四冲程的气缸，需要做二冲程运动时，启动二冲程的气缸，需要四冲程运动时，关闭二冲程的气缸，启动四冲程的气缸，这样的设计对缸体的利用率不高，且占用空间，既增加了发动机的重量又增加成本；另一种实现方式为利用一套配气系统同时实现二、四冲程。由于二四冲程都需要通过气门的来控制进排气，除了需要设计两套凸轮系统，还需要一个可变凸轮的系统来实现切换，大大增加了设计和加工制造成本；使用顶置气门在二冲程模式下很难保证换气效果，由于换气时间短，容易造成换气不充分；需要对进排气道的布置和进气道做较大改进，增加了设计成本，商业利用前景不高；配套的切换控制系统十分复杂，稳定性不高。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种可变冲程的发动机。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种可变冲程的发动机，可在二冲程和四冲程之间切换，使得发动机的动力性和经济性更适应工况的同时，占用体积小，切换控制系统运行简单，改造成本低。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可变冲程的发动机，其包括气缸头、气缸体和电子控制单元，所述气缸体的上部连接气缸头，所述气缸头内壁的后侧固定有凸轮轴，凸轮轴上套装有凸轮，所述气缸头的下部设有燃烧室，所述燃烧室的前端连接有火花塞，所述燃烧室的两侧分别连通有顶置进气道和顶置排气道，所述顶置进气道和顶置排气道的底部分别设有顶置进排气门，所述顶置进排气门的上端分别连接有摇臂，所述摇臂的上端连接动力切换装置；

所述气缸体内设有活塞，活塞的左侧设有侧置进气道，侧置进气道内设有第一电磁阀，所述活塞的另一侧连通有侧置排气道，侧置排气道内设有第二电磁阀，所述活塞内部设有连杆，连杆的下端连接有曲轴，所述活塞下端连通有曲轴箱，所述曲轴箱与侧置进气道的下端连通，所述活塞的前侧和后侧分别连通有扫气道，所述扫气道的下端连通曲轴箱所述扫气道内设有第三电磁阀。

所述凸轮轴和曲轴上分别设有凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器。

所述顶置进气道和侧置进气道前段具有共同的进气道，所述共同的进气道内设有节气门，所述节气门上设有节气门开度传感器。

所述电子控制单元分别连接第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、节气门开度传感器和动力切换装置。

所述曲轴上套装有凸轮传动装置，所述凸轮传动装置的另一端套装在凸轮轴上。