本實用新型涉及內(nèi)燃機工程領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于小排量內(nèi)燃機的機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

增壓是目前比較成熟的內(nèi)燃機強化技術(shù)，增壓已經(jīng)成為降低內(nèi)燃機排放水平，提高內(nèi)燃機升功率，改善內(nèi)燃機燃油經(jīng)濟性的重要手段。在高原環(huán)境，由于空氣稀薄，內(nèi)燃機進氣質(zhì)量減少，內(nèi)燃機動力輸出與燃油經(jīng)濟性大幅度降低，排氣污染嚴(yán)重，增壓也是目前解決上述問題最為有效的方法。

內(nèi)燃機進氣壓力的增加可以通過增壓器來實現(xiàn)。根據(jù)增壓器能量的來源，內(nèi)燃機增壓技術(shù)可分為廢氣渦輪增壓、機械增壓、電動增壓以及諧振增壓等幾類。廢氣渦輪增壓是將具有一定能量的由發(fā)動機排出的廢氣引入渦輪機，利用廢氣能量推動渦輪機旋轉(zhuǎn)，由此驅(qū)動與渦輪同軸連接的增壓器實現(xiàn)增壓。廢氣渦輪增壓回收了具有一定壓力能的內(nèi)燃機排氣的能量，目前該技術(shù)已經(jīng)能實現(xiàn)高達十幾萬轉(zhuǎn)每分鐘的增壓器轉(zhuǎn)速，因而增壓效率較高。機械增壓是通過皮帶輪或齒輪方式從內(nèi)燃機旋轉(zhuǎn)軸上取力，同樣可以實現(xiàn)高的增壓器轉(zhuǎn)速，效率也比較可觀。電動增壓通常是在柴油機轉(zhuǎn)速低于最大扭矩轉(zhuǎn)速的加速工況的初期進行工作，因此工作時間較短，其工作的目的是提高柴油機加速初期的空氣進氣量，解決柴油機低速加速不良及冒黑煙的問題。諧振增壓是諧振進氣系統(tǒng)利用系統(tǒng)中的不穩(wěn)定流動，通過合適的諧振管長、諧振箱容積產(chǎn)生諧振作用，提高進氣門關(guān)閉前的進氣管壓力及充量系數(shù)，改善燃燒過程，降低油耗率并減少污染。

對于單缸小排量內(nèi)燃機，單純的機械增壓雖然具有動力輸出平順、響應(yīng)速度快遞的優(yōu)點，但是機械增壓消耗自身動力輸出，小排量動力冗余低，對發(fā)動機動力消耗大，不利于有效提高單缸小排量內(nèi)燃機經(jīng)濟性。機械增壓技術(shù)還沒有在單缸小排量內(nèi)燃機上推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種適用于小排量內(nèi)燃機的機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)。

本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種適用于小排量內(nèi)燃機的機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)，包括空濾器1、增壓器3、節(jié)氣門5、諧振腔6、氣缸9；

所述空濾器1通過進氣管2連接增壓器3；所述增壓器3通過擴散管4依次連接節(jié)氣門5、諧振腔6的入口；所述諧振腔6的出口通過諧振腔管11連接氣缸9。

所述諧振腔6上安裝有一級噴油嘴7，所述諧振腔管11的管尾安裝有二級噴油嘴8。

所述增壓器3采用無中冷器方式，由曲軸通過皮帶輪帶動，皮帶輪的轉(zhuǎn)動由汽車的水泵軸驅(qū)動。

所述擴散管4各管段的尺寸不同，即在增壓器3與節(jié)氣門5之間的管段內(nèi)徑為20mm，在節(jié)氣門5與諧振腔6之間的管段內(nèi)徑為40mm。

所述增壓器3與節(jié)氣門5之間的擴散管4上安裝有泄壓閥10。

所述諧振腔6的容積為3～4VL。

所述諧振腔管11的內(nèi)徑為45mm，長度為230mm。

所述二級噴油嘴8通過噴油器支座安裝在諧振腔管11的管尾，噴油器支座的入口直徑為38mm～45mm。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

本實用新型所述空濾器1通過進氣管2連接增壓器3；所述增壓器3通過擴散管4依次連接節(jié)氣門5、諧振腔6的入口；所述諧振腔6的出口通過諧振腔管11連接氣缸9，并在諧振腔6上安裝了一級噴油嘴7，在諧振腔管11的管尾安裝了二級噴油嘴8。本實用新型在機械增壓的基礎(chǔ)上，加裝了諧振增壓裝置，并自行設(shè)計了兩級噴油嘴，使發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下都能保持有力穩(wěn)定的輸出。

本實用新型一級噴油嘴安裝在諧振腔上，二級噴油嘴連同支座安裝在諧振腔管的尾部。一級噴油器保證高功率下的燃油霧化，降低燃油溫度，二級噴油器保證發(fā)動機低速時的快速響應(yīng)。同時，雙噴油嘴能互為備份，提高系統(tǒng)冗余度，即使一個噴油嘴由于堵塞或線束脫落故障，另一個噴油嘴也能保證發(fā)動機的正常運行。

本實用新型整體結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，復(fù)合增壓系統(tǒng)使小排量發(fā)動機發(fā)揮出比自然吸氣狀態(tài)下更好的動力性，無論最大扭矩還是最大功率，最低都有超過25％的增幅，總體而言，這套復(fù)合增壓系統(tǒng)極大彌補了小排量發(fā)動機動力不足的缺點，動力性能與原機對比均有顯著提高。

附圖說明

圖1為本實用新型適用于小排量內(nèi)燃機的機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)。

圖2為增壓前后扭矩比較曲線圖。

圖3為增壓前后功率比較曲線圖。

具體實施方式

如圖1至3所示。本實用新型公開了一種適用于小排量內(nèi)燃機的機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)，包括空濾器1、增壓器3、節(jié)氣門5、諧振腔6、氣缸9；所述空濾器1通過進氣管2連接增壓器3；所述增壓器3通過擴散管4依次連接節(jié)氣門5、諧振腔6的入口；所述諧振腔6的出口通過諧振腔管11連接氣缸9。

所述諧振腔6上安裝有一級噴油嘴7，所述諧振腔管11的管尾安裝有二級噴油嘴8。在內(nèi)燃機正常轉(zhuǎn)速下，一級噴油嘴7足以提供所需燃料，二級噴油嘴8主要起輔助作用，加速加濃，而且距離氣缸9近，提高響應(yīng)。

所述增壓器3采用無中冷器方式，由曲軸通過皮帶輪帶動，皮帶輪的轉(zhuǎn)動由汽車的水泵軸驅(qū)動。

所述擴散管4各管段的尺寸不同，即在增壓器3與節(jié)氣門5之間的管段內(nèi)徑為20mm，在節(jié)氣門5與諧振腔6之間的管段內(nèi)徑為40mm。

所述增壓器3與節(jié)氣門5之間的擴散管4上安裝有泄壓閥10。

所述諧振腔6的容積為3～4VL(VL為發(fā)動機排量)。

所述諧振腔管11的內(nèi)徑為45mm，長度為230mm。

所述二級噴油嘴8通過噴油器支座安裝在諧振腔管11的管尾，噴油器支座的入口直徑為38mm～45mm。

利用機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)對一臺自然吸氣的單缸汽油機進行改造。

下面以一款自然吸氣單缸汽油機為例，對本實用新型作進一步具體詳細描述。

一款自然吸氣單缸汽油機，缸徑為96mm，行程為62.1mm，排量為0.449L，標(biāo)定功率為28kw(7500r/min)。

根據(jù)經(jīng)驗，車用增壓發(fā)動機一般選擇最大轉(zhuǎn)速的50～60％的全負(fù)荷工況作為匹配工況點。對于本實用新型，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速為8500r/min，因此設(shè)置5000r/min為匹配工況點。由計算公式可知，該匹配點空氣質(zhì)量流量為25.57g/s；增壓比為1.47。同時由選定的機械增壓器MAP可知，此時對應(yīng)增壓器轉(zhuǎn)速為140000r/min。此時增壓器與發(fā)動機間傳動比為28。

綜合基礎(chǔ)發(fā)動機本體的考慮，決定在發(fā)動機水泵處使用皮帶傳動機構(gòu)為機械增壓器提供動力。增壓器內(nèi)部行星齒輪變速器的傳動比為12.52。當(dāng)選擇基礎(chǔ)傳動比28時，皮帶傳動機構(gòu)的傳動比為2.24。由于一般增壓器所能提供的最小被動皮帶輪直徑為60mm，故換算出水泵處主動皮帶輪直徑為134mm左右，這會十分容易讓皮帶傳動系統(tǒng)和發(fā)動機本體產(chǎn)生干涉。最終選擇傳動比為27，小傳動比帶來的小主動皮帶輪直徑，能有效避免干涉問題。

增壓器出口為20mm，諧振腔進口為40mm，因此連接的擴散管管徑設(shè)計變化為20-40-40，增壓器的高速氣流在此減速擴散增壓，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，且擴散管由鋁管拉伸而成，能有效傳熱降低氣體溫度，提高發(fā)動機性能。彎曲半徑設(shè)計為45mm，理論上設(shè)計半徑越大，發(fā)動機性能越佳，但在實際表現(xiàn)中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)半徑接近50mm時，節(jié)氣門出現(xiàn)偏流導(dǎo)致性能下降，因此設(shè)計為45mm。

在擴散管上安裝泄壓閥，泄壓閥是一個保護裝置，當(dāng)從節(jié)氣門全開到接近全關(guān)的減速工況時，可以起到保護引擎及增壓器的作用。

根據(jù)經(jīng)驗，諧振腔設(shè)計體積為3～4VL時性能(VL為發(fā)動機排量)，大容積能提高扭矩，但對于加速響應(yīng)不利，到1.5升左右，聯(lián)合運行線已經(jīng)貼近阻塞線，再提升容積沒意義。我們在排量為450cc發(fā)動機上，選用容積為1.5L的諧振腔。

一級噴油嘴安裝在諧振腔上，二級噴油嘴連同支座安裝在諧振腔管的尾部。一級噴油器保證高功率下的燃油霧化，降低燃油溫度，二級噴油器保證發(fā)動機低速時的快速響應(yīng)。同時，雙噴油嘴能互為備份，提高系統(tǒng)冗余度，即使一個噴油嘴由于堵塞或線束脫落故障，另一個噴油嘴也能保證發(fā)動機的正常運行。

諧振腔管管徑為45mm，長度為230mm，因為該長度的諧振腔管能在5500r/min至6500r/min形成一個平坦的扭矩平臺，并且滿足最大功率設(shè)計目標(biāo)。

噴油器支座入口直徑為45mm，管徑越大，對扭矩的提升越明顯，但是會降低響應(yīng)速度，所以綜合考慮下采用45mm，經(jīng)過優(yōu)化，出口直徑為38mm。

按照以上參數(shù)，設(shè)計機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)與發(fā)動機進行匹配，經(jīng)測試動力性能與原機對比均有顯著提高。如圖3所示，復(fù)合增壓系統(tǒng)對內(nèi)燃機最大功率的增加情況。如圖2所示，安裝復(fù)合增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機與未安裝增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機器扭矩的增加情況。

試驗結(jié)果表明：發(fā)動機在8500r/min運行時，最大功率增加40％左右，在6500r/min運行時，最大扭矩增加25％左右，有1000-2000的扭矩平臺，表明本機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)的有效性。

常見的小型渦輪介入轉(zhuǎn)速在1500r/min左右，但由于轉(zhuǎn)子半徑小，增壓比低，增壓效果不明顯，大型渦輪增壓比高，但要3000-4000r/min以上才能有效發(fā)揮增壓作用。對于小型發(fā)動機而言，即使使用設(shè)計給乘用車使用的小型渦輪，轉(zhuǎn)子半徑相對仍然偏大，等待轉(zhuǎn)子加速過程中，遲滯嚴(yán)重。而本實用新型專為0.6L以下的小型發(fā)動機設(shè)計。機械增壓響應(yīng)速度快，全程介入，響應(yīng)性好，能提高駕駛感受；而諧振增壓，關(guān)鍵在于管路半徑長度，諧振腔開口邊界的設(shè)計，雖然簡單，但能提高特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的性能。本機械諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)匹配于5000r/min，而最終最大扭矩與出現(xiàn)于6500r/min-8500r/min的范圍，已達到設(shè)計目的。

如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型。

本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。