CN101375036A - 二冲程内燃机 - Google Patents

Abstract

一种用于根据两冲程原理工作的内燃机的工作的方法，所述两冲程原理包括交替的做功冲程和压缩冲程，其中内燃机包括至少一个气缸(1)和在其中往复移动的活塞(2)，以及由气缸(1)和活塞(2)限定出的燃烧室(3)，以及至少一个用于将燃烧空气导入到燃烧室(3)的进气口(13)以及至少一个具有用于将废气从燃烧室(3)排出的自由可操作的排气阀(5)的排气口(14)。在压缩冲程的至少一部分期间排气阀(5)保持打开。

Description

二冲程内燃机

技术领域

本发明涉及一种根据二冲程原理工作的内燃机工作的方法，其包括交替的做功冲程和压缩冲程，其中内燃机包括至少一个气缸和在气缸中进行往复运动的活塞，和由气缸和活塞限定的燃烧室，以及用于将燃烧空气导入到燃烧室的至少一个进气口，以及配置有用于将废气从燃烧室排出的自由地可操作的排气阀的至少一个排气口。

本发明还涉及一种根据二冲程原理工作的内燃机，包括交替的做功冲程和压缩冲程，其中内燃机包括至少一个气缸和在所述气缸中进行往复运动的活塞，和由所述气缸和活塞限定的燃烧室，以及用于将燃烧空气导入到燃烧室的至少一个进气口，以及配置有用于将废气从燃烧室排出的自由地可操作的排气阀的至少一个排气口。

优选地进气口也配置有自由的可操作阀，但可能仅配置有通过经过的活塞打开和关闭的进气口，所述口配置在气缸壁中，优选地在活塞的下死点的区域中。自由的可操作阀适合于通过基于计算机的控制系统控制，所述基于计算机的控制系统例如可以构成用于控制点火和燃料、水、水蒸汽等喷射到燃烧室的现有的控制系统的一部分。自由的可操作阀可以通过压力液体，优选地空气驱动的压力液体驱动。控制系统可以包括控制单元，控制信号通过该控制单元被传输到控制压力液体线路中压力液体的流动的操纵阀处，其中线路中配置有压力液体启动致动器，该压力液体启动致动器通过压力液体的作用驱动自由可操作阀，即排气阀，并且还可能驱动内燃机的进气阀。

在所述气缸中，活塞在分别为上死点和下死点的两个端位置之间往复地移动。从上死点至下死点的路径被称作做功冲程，以及活塞从下死点至上死点的路径被称作压缩冲程。当发动机工作时，压缩冲程的结束伴随着燃烧的开始，并且做功冲程的结束伴随燃烧气体的排出的开始。

背景技术

当前的二冲程发动机通常使用用于排出废气和用于导入新的空气的口，伴随活塞的下死点所述口被露出。该技术的缺点在于，当活塞和其活塞环通过所述口时，将会刮走所述口的边缘的油并且在废气排出时油将会流入废气。在下面的情况时将会出现另一缺点，当活塞被用作扫气泵时，其中来自曲轴箱的油将会跟随将参与燃烧的空气。由于上述缺点，当前的需求，并且尤其是将来低废气排放的需求将不可能实现。气缸盖中自由的可操作提升阀与由发动机轴驱动的扫气泵的结合将会解决上述问题是公知常识。但仅在发动机起动期间和电动机制动之后的加速期间需要扫气泵，若非，对于其余时间其可以关闭并且由当排出废气时气缸中产生的动态影响所替代，这也是公知常识。如果在发动机起动和电动机制动之后的加速期间也能够运用这些动态效应，并且因此，将不需要扫气泵，则可以改进发动机效率并且可以降低发动机成本。

发明内容

本发明的目的是改进用于利用内燃机的燃烧室中的气体交换的动态效应的前提条件，以及当这些前提条件通常不满足时的工作条件。这样的工作条件例如可以包括发动机的起动，以及马达制动之后的加速，其中通常对于燃烧室中足够的气体交换的完成而言扫气泵是必须的。气体交换被认为是废气的排出和新的燃烧空气的导入。

换句话说，本发明的目标是在一定条件下，诸如发动机起动期间以及电动机制动之后的加速期间产生动态效应，其中，为了通过进气通道导入足够量的新鲜空气需要扫气泵，因此，以产生使得不需要扫气泵的燃烧室与进气通道之间的压力关系。

本发明的目标是通过用于二冲程内燃机的最初限定的方法实现的，所述方法的特征在于至少在压缩冲程的一部分期间，排气阀保持打开，并且在随后的做功冲程期间在燃烧室中存在与进气通道中的压力相关的负压的压缩冲程的后期阶段执行排气阀的关闭。由于本发明，在所述压缩冲程后的随后的做功冲程期间在燃烧室中获得与进气通道中的压力相关的负压。为了在所述做功期间提供迅速导入的足够量的燃烧空气可以利用该负压。在没有任何点火或燃烧的情况下，按顺序进行本发明的周期，并且在所述做功冲程期间没有执行实际的工作。在随后的周期期间，以及同样在以后的周期期间，由于本发明的顺序当足够量的新鲜空气导入时，如平常一样执行点火和燃烧。换句话说，为了准备由燃烧室中的负压引起的前提条件，为了在没有任何扫气泵的帮助下有足够的空气导入燃烧室，本发明包括在冲程中排气阀的关闭的暂时延迟。应当理解，本发明的顺序主要认为是在工作顺序中应用，否则将需要扫气泵。

根据优选实施例，在所述压缩冲程的后一半期间，即在活塞到达其上死点之前的最后90度曲柄转角期间(在活塞的下死点和上死点之间有180度的曲柄转角)，排气阀关闭。因此，在随后的做功冲程期间燃烧室中可以获得相对较大的负压，由此促进了燃烧空气的迅速导入。

优选地，在所述压缩冲程的后四分之一期间，排气阀关闭，并且更优选的，在所述压缩冲程结束时排气阀关闭，优选地，在活塞到达其上死点时的瞬间之间的最后20度，或甚至更优选地最后10度曲柄转角期间。因此，在随后的做功冲程期间在燃烧室中获得最大的负压。

此外，优选地在所述压缩冲程开始时排气阀打开，优选地在活塞朝向其上死点的移动期间的最开始45度曲柄转角期间。在该阶段，燃烧室中存在最小的压力，并且为了打开阀需要最小的工作，假定阀是与其打开相关从阀座移动到燃烧室的这一类型的。

根据本发明，在所述压缩冲程后的做功冲程期间用于将空气导入燃烧室的进气口打开。优选地，当燃烧室中的负压最大时在做功冲程的一部分期间，即，在做功冲程结束时，进气口暂时打开，优选地活塞到达其下死点之前的最后45度曲柄转角期间。为了获得最大的效果，在当空气流入燃烧室自然地结束的一瞬间，进气口关闭。这可能在做功冲程结束时或在随后的压缩冲程开始时发生。在低转速时，还可能在所述做功冲程之后的所述压缩冲程开始一样迟地执行进气口的打开。换句话说，当气缸中的负压在最小时，在接近于活塞的下死点的曲柄转角范围期间，最好暂时打开进气口。为了使得进气口的打开和关闭的正时变化，与排气口之一类似，后者最好具有自由可操作阀。

根据本发明，与工作条件相关在压缩冲程的至少一部分期间排气阀最好打开，在所述至少一部分压缩冲程期间完成了用于燃烧室中气体交换的动态效应的前提条件的改进。根据本发明的优选实施例，所述工作条件包括在马达制动之后的发动机的起动或加速中的至少一个条件。换句话说，在压缩冲程期间燃烧室的废气的排出将在预定条件下发生，随后发动机可以回到排气阀的正常打开和关闭顺序。

此外，优选地，所述阀通过气动操作。更优选地，阀位于气缸盖中并且通过移动到燃烧室而打开。

本发明的目标还通过最初限定的发动机实现，其特征在于其包括在压缩冲程的至少一部分期间用于保持排气阀打开的装置，其中在随后的做功冲程期间在燃烧室中产生了与进气口中的压力相关负压的压缩冲程的后期阶段进行所述排气阀的关闭。所述装置适于包括存储在存储器上的计算机程序顺序，以及用于根据本发明的原理控制排气阀的处理器等。适当地，与工作条件相关该控制主要地被执行，在该工作条件期间，完成了使用燃烧室中气体交换的动态效应的前提条件的改进。此外，发动机包括用于寄存实现根据本发明的原理的条件的装置。此外，发动机优选地包括用于根据本发明的方法的上述进一步的实施例控制进气阀和排气阀的一装置，优选地计算机程序顺序。

优选地，本发明可以与通过诸如机械压缩机或涡轮结合而实现的增压器相结合。

可操作阀被认为是发动机气缸的燃烧室的阀，其中所述阀基于来自控制系统的信号，优选地电子类型的，并且根据计算机程序，通过加压流体的作用被打开和关闭。在以下的说明书和所附的权利要求书中体现了本发明的进一步的特征和优点。

附图说明

下文中，参照附图将通过举例的方式说明本发明，其中：

图1是根据本发明的内燃机的一部分的图示，

图2是用于内燃机的二冲程工作的正常工作顺序的视图，以及

图3是用于发明的方法的优选实施例的步骤时间图的视图。

具体实施方式

图1是示意性地示出了根据本发明的内燃机的一部分。内燃机包括气缸1，以及布置为在气缸中往复移动的活塞2，以及由气缸和活塞限定的燃烧室3，进气阀4，排气阀5，以及用于除了燃料外的液体的喷射的阀或喷嘴6。可以想象，喷嘴6除喷射所述液体外，也喷射至少一部分燃料，例如诸如乙醇的酒精。喷嘴6也可以仅用于燃料喷射。废气系统等可以在排气阀5布置处连接至排气口。图1中，活塞2在二冲程循环的压缩冲程期间进行运动，并且空气，可能连同燃料通过打开的进气阀4流入到燃烧室。当活塞2在下死点时，排气阀4通常打开，但现在是关闭的。在二冲程工作期间，这是正常的顺序，即在下死点处气体的交换。

线路7用作阀4和5以及喷嘴6的致动器的工作。为了通过信号控制线路7以及阀4和5以及连接至线路的喷嘴6，控制单元8可操作地连接至线路7。线路7可以包括电子元件以及压力液体线路，优选地气动型。例如，为了作用在配置在其中的致动器活塞上，通过该活塞进气阀4和排气阀5被驱动，其可以包括通过电磁铁操作的并且为了控制诸如空气的受压流体向致动器腔(未示出)的流动而设置的操纵阀。

为了作用转矩，诸如气动踏板的构件9可操作地连接至控制单元8上。邻近于布置在曲轴11上的阶梯板12的传感器10可操作地连接至控制单元8并且为控制单元8连续地提供关于气缸1中的发动机转速和曲轴位置和/或活塞2的位置的信息。控制单元8，或配置的更精确软件等将确定可操作阀4和5何时打开或关闭，以及喷嘴6何时打开喷射所述液体。

图2示出了在正常工作模式中工作的二冲程发动机。由此，如图2所示，根据本发明的燃烧气体的排出和空气的供给，即，气体的交换应当如下。在做功冲程结束时，为了排出燃烧气体，排气阀5打开，由于燃烧室3内的压力明显地高于属于废气系统的废气或废气通道14中的压力，废气以脉冲的形式流出燃烧室3。由于所述脉冲，燃烧室3中的压力将变得比供给空气的入口通道13中的压力低。当燃烧室3中废气的自然产生的流动结束时，压力将为最小，并且，在一个优选实施例中，用于废气的一个或多个排气阀5应当关闭，随后尽可能接近所述废气地，为了将空气导入b，一个或多个进气阀5应当打开。由于燃烧室3中的压力明显地比用于导入空气的通道13中的压力低，空气将以脉冲形式流入到燃烧室3中，并且燃烧室中的压力将会增加。在当空气流入到燃烧室3自然地结束的一瞬间，压力为最大，依照一个优选实施例，应当尽可能地接近压力最大的瞬间通过进气阀4的关闭结束空气的导入。

这里，动态效应被认为是使用燃烧气体流出燃烧室3的脉冲的上述方法，以及为了启动空气进入燃烧室3的脉冲使用燃烧室3中产生的低压。然而，使用脉冲的可能性是非常暂时性的。通常，脉冲发生在临界流动，为最大速度的声速。其需要在几千分之一秒内能够打开和关闭用于将燃烧气体从燃烧室3排出的排气阀5，并且能够打开和关闭用于将空气导入燃烧室3的进气阀4。当已经形成动态效应时，为了实现气体充分的交换不再需要任意扫气泵的帮助。

为了发动机的起动和为了在发动机制动之后就加速以迅速地实现高转矩，当代的二冲程发动机必须具有扫气泵。为了通过常规方法减少车辆速度，限制了空气流动的供给或关闭将空气导入燃烧室3的通道，于是在做功冲程结束时，燃烧室3中的压力将会很低所以将不会产生燃烧气体流出燃烧室的所述脉冲，导致将不能够产生动态效应。

图3示出了根据本发明的方法的优选实施例。本发明的特征在于，在发动机起动以及在发动机制动后的加速时，并且当需要最大转矩时，通过在压缩冲程期间排出可能的剩余燃烧气体，并且通过结束与活塞到达其上死点相关的排出可以迅速地建立动态效应，并且然后，在随后的做功冲程期间，当关于用于导入空气的通道13存在燃烧室3中需要的负压时，用于将空气b导入燃烧室3的一个或多个阀4迅速地，即，暂时地，打开并且然后关闭。在所述做功冲程期间，没有点火或燃烧。然后，压缩冲程和做功冲程将正常地跟随有不同的，优选为常用类型的排气阀的打开顺序，其中在二冲程发动机工作期间以前面已经进行说明的用于二冲程发动机的顺序维持动态效应。

在动态效应可以优选地在如在发动机制动期间压缩的空气存储在容器中并且在随后的加速期间使用的空气混合类型的燃烧发动机的工作期间建立。

优选地，动态效应也可以在蒸汽膨胀后建立，所述蒸汽通过废气热量使水沸腾而产生，在混合动力车中通过膨胀燃烧气体产生的做功冲程与通过膨胀蒸汽产生的做功冲程交替进行。当采用的高压蒸汽可以到达时，在开始做功冲程之前执行所述蒸汽的供给。在做功冲程结束时，为了根据以上公开的内容建立动态效应，存在有足够压力的蒸汽。

为了通过自由可操作的进气阀和排气阀4，5建立动态效应，为了燃烧气体的排出并且为了用最大质量的空气充满燃烧室3以供给空气，能够足够快地打开和关闭排气阀，并且排气阀具有足够的面积是非常重要的。

同时自由可操作的阀的打开器是电动机械的、液压的、或气动的。为了不比所述功能所需的给定质量大，气动阀给与其它方法相比能够较快地完成预定提升高度并且具有较低的能量消耗。通过气动阀将所述质量的阀打开至某一提升高度与其闭合之间的时间实质上比通过其它方法短。根据能够更快地执行阀移动的需要，即，打开和关闭足够的面积区域，为了最好的动态效应而排出燃烧气体和供给空气，根据本发明最好使用气动阀。

为了改进动态效应，为了将使燃烧气体从燃烧室3排出的通道和用于将空气供给到燃烧室3的通道适应所述的一个或多个阀打开器的性能本发明的特征在于使用公知的原理。

动态效应的意思是燃烧室3中负压的产生与用于供给空气的通道13中的压力相关。进一步降低燃烧室3中的压力的另一个方法是，即，本发明的特征在于，当流出燃烧室3的燃烧气体的流动结束时并且当开始将燃料和空气的混合物的供给时，喷射液体，优选为水到燃烧室3中。为此目的，根据图1的内燃机具有喷嘴6。残留再燃烧气体中的热量将使得液体产生自然蒸发并且同时使得燃烧气体冷却，由此燃烧室3中的压力将减小。由此，可以供给大量的空气。通过供给的、喷射的液体的质量的配合，可以控制温度。这对均质充量压缩点火，HCCI期间有利。在HCCI期间，并且由于较大的负载，由于温度变高点火可能提前发生。所述液体的蒸发和冷却的另一个优点是在燃烧期间氮氧化物，NOx的产生将实质减少一个程度。当液体包括水时，水蒸气与抑制NOx的产生中经常使用的方法的废气再循环，EGR具有相同的效果。通过喷出的水的供给质量，控制NOx的产生将会变得可能。当柴油被用作燃料时，可以抑制NOx和碳黑的产生，这是一优点。没有蒸发但在压缩冲程被蒸发的可能的残留喷雾将降低压缩功，当热量由此去除，产生了改进的效率和可能进一步抑制的NOx的产生。

本发明还涉及一种为了在根据本发明的内燃机上实现根据本发明的方法存在在可读计算机程序介质上的计算机程序产品。

本发明不是限制在是固定不变的二冲程工作，而是包括二冲程工作与四冲程工作交替的实施例，或空冲程，即，没有燃烧的冲程，替换普通的做功冲程。由此，在两冲程工作期间的部分工作的期间，或至少其一部分期间将实现本发明。

应当了解同一个气缸2可以配置有多个进气阀4和多个排气阀5，以及多个用于喷射液体的喷嘴6，这些所有最好都配置在气缸盖上。由于，优选地，通过加压流体驱动的阀可以自由地工作，其可能对阀进行单独的控制，从而一对排气阀4中的一个阀在所述一对阀的另一个关闭之前或之后打开。在这种情况下，废气的排出从任意所述排气阀的第一次打开开始直至任意所述排气阀的最后一次关闭。进气阀也存在对应的关系，并且如果有多个喷射喷嘴，也存在对应的关系。

Claims (13)

1.一种用于根据两冲程原理工作的内燃机的工作的方法，所述两冲程原理包括交替的做功冲程和压缩冲程，其中内燃机包括至少一个气缸(1)和在其中往复移动的活塞(2)，以及由气缸(1)和活塞(2)限定出的燃烧室(3)，以及至少一个用于将燃烧空气导入到燃烧室(3)的进气口(13)以及至少一个具有用于将废气从燃烧室(3)排出的自由可操作的排气阀(5)的排气口(14)，其特征在于，至少在一部分压缩冲程中排气阀(5)保持打开，其中压缩冲程的后期阶段执行排气阀(5)的关闭，从而在随后的做功冲程期间在燃烧室(3)中产生与进气口(13)中的压力相关的负压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述压缩冲程的后一半排气阀(5)关闭。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述压缩冲程的后四分之一排气阀(5)关闭。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述压缩冲程的结束时排气阀(5)关闭。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在当废气从燃烧室的流动自然地结束时的瞬间排气阀(5)关闭。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述压缩冲程的开始时排气阀(5)打开。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，为了将空气导入燃烧室，在所述压缩冲程后的做功冲程期间，进气口(13)打开。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述压缩冲程后的做功冲程期间进气口(13)关闭。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，进气口(13)具有在当空气进入燃烧室(3)的流动自然地结束时的瞬间就关闭的进气阀(4)。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，与工作条件相关在压缩冲程的至少一部分期间排气阀(5)保持打开，通过所述工作条件实现了用于燃烧室(3)中的气体的交换的动态效应的使用的前提条件的改进。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述工作条件包括发动机制动后的发动机起动或加速中的至少之一。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，进气阀(4)和排气阀(5)是气动的。

13.一种根据两冲程原理工作的内燃机，所述原理包括交替的做功冲程和压缩冲程，其中所述内燃机包括至少一个气缸(1)和在所述气缸中往复移动的活塞(2)，以及由所述气缸(1)和活塞(2)限定出的燃烧室(7)，以及至少一个用于将燃烧空气导入到燃烧室(3)的进气口(13)，以及至少一个配置有用于将废气排出燃烧室(3)的自由可操作的排气阀(5)的排气口(14)，其特征在于，其包括至少在压缩冲程的一部分中用于保持排气阀(5)打开的装置，由此在后面的做功冲程期间在燃烧室(3)中将存在与进气口(13)的压力相关的负压的压缩冲程的后期阶段，执行排气阀(5)的关闭。

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