CN101636560A - 改进的二冲程发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二冲程十字头发动机，带有至少一个气缸(2)和在其中往复运动且设有活塞杆(5)以用于传输动力的活塞(4)，所述气缸(2)设有用于将扫气空气供应到气缸(2)中的进气装置，设有用于在燃烧冲程期间提供点火和燃烧的装置(18)，并且设有排气门装置(9)。进气装置包括用于引导扫气空气经过活塞进入到气缸(2)中的通道装置(10)，并且包括进气门装置(11，12)，该进气门装置布置在活塞上，用于控制经过通道装置(10)进入到气缸(2)中的扫气空气的供应。

Description

改进的二冲程发动机
技术领域
本发明涉及一种二冲程十字头发动机(two-stroke crossheadengine)，带有至少一个气缸和在其中往复运动的、设有活塞杆以用于传输动力的活塞，所述气缸设有用于将扫气空气供应到气缸中的进气装置(inlet means)，设有用于在燃烧冲程期间提供(providing for)点火和燃烧的装置，并且设有根据权利要求1的前序部分的排气门装置。
背景技术
在十字头发动机中，在气缸中往复运动的活塞不是直接地、而是通过可滑动地支承到发动机上的活塞杆而连接到连杆。因此，活塞杆连同活塞在气缸中只作往复式运动。在这种二冲程发动机中，扫气空气的供给按常规布置成穿过布置在气缸套的较低部分中的扫气孔，借此活塞自身在燃烧循环的某一固定阶段(phase)打开和关闭这些孔。因而，每次活塞运动经过孔口时，润滑气缸和活塞以及活塞环的油膜被破坏。这增加了气缸套和带有活塞环的活塞两者的磨损。
在高负荷的十字头发动机中活塞具有高的热负荷。冷却通常布置成利用通过活塞杆和连杆中的穿孔而被供应和排出的冷却油，这使系统变得相当复杂。
另外，在二冲程十字头发动机中，进气扫气的正时(timing)由扫气孔的几何形状和位置所确定且因此在所有情况下与发动机负荷无关。
本发明的目的是提供一种新的且经改进的二冲程十字头发动机，该发动机解决例如上文所提及的现有技术的问题。
本发明的目的可如权利要求1中和其它权利要求中所公开的那样地充分地被实现。
发明内容
本发明的基本思想是，本质上改变将扫气空气供给到气缸中的方式。根据本发明，进气装置包括用于引导扫气空气经过活塞进入到气缸中的通道装置，且包括进气门装置(inlet valve means)，该进气门装置布置在活塞上，用于控制经过通道装置进入到气缸中的扫气空气的供应。
新颖的解决方案有许多优点。因为不再有位于气缸套中的固定位置处的不利地影响润滑油膜的进气孔，所以可减少带有活塞环的活塞和气缸套的刮伤并由此减少磨损，这倾向于增加所述部件的寿命。活塞和进气门装置可由扫气空气冷却。这是尤其有利的，因为，燃烧所需的空气越多，经过活塞的冷却流就越大(因为可用的冷却空气的量遵循发动机的输出功率)。因而，常规的油冷却可被减少或就某些部件而言可能甚至被省去。此外，新的解决方案使得影响进气门装置的正时成为可能。通过改变进气门装置的精确的开启和关闭时间，扫气时间可依赖于负荷情况相应地改变以提供最佳性能。
进气门装置包括在活塞上的与通道装置相关联的气门面(valvesurface)以及优选呈碟阀形式的、与气门面协同操作且可动地支承在活塞杆上的进气门或类似者。
进气门装置的正时可通过为活塞杆提供控制阀装置(control valvemeans)而有利地被安排，该控制阀装置可操作地与进气门装置相连接以用于其控制。控制阀装置有利地或以液压的方式或以气动的方式被操作。
在一实际实施例中，活塞杆设有腔室(chamber)，该腔室带有可动地布置在其中的、固定至碟阀的辅助活塞元件。该腔室可布置成通过活塞杆与液压流体源连通(用于控制辅助活塞元件的运动并由此控制进气门装置的运行)。
为了保证正常的功能，控制阀装置被弹簧装置以朝向进气门装置的关闭位置的方式而推压。
通道装置可包含布置成持续地与扫气空气供应源相连接的多个独立的通道。
有利地，本发明可不依赖二冲程发动机的实际运行方式地被应用。因此，其可为按照柴油机原理工作的发动机，由此，用于提供点火和燃烧的装置包括将燃料供给到气缸中的喷射阀装置。在这种情况中，在实践中，发动机设有用于压缩待被供给到气缸中的扫气空气的涡轮增压器。备选地，其可为汽油发动机，由此，用于提供点火和燃烧的装置包括火花塞装置。在这种情况中，如本领域中众所周知的，燃料安排成在将扫气空气供给到气缸中之前与该扫气空气相混合。
附图简述
下文中参考所附示意图以仅为示例性的方式描述本发明，其中：
-图1示出了根据本发明的实施例的二冲程十字头发动机的气缸的截面图，处于进气和扫气冲程中，进气门和排气门均打开，
-图2示出了于压缩冲程的终了阶段(end phase)在点火时刻下的图1的气缸，
-图3示出了在作功冲程之后于排气冲程中、排气门打开的图1的气缸，
-图4示出了根据本发明的活塞的实施例，而
-图5示出了图4的VA-VA和VB-VB截面。
附图详述
在附图中，参考标号1表示发动机组(engine block)的一部分，包括主要由气缸套3所限定的气缸2。气缸2设有活塞4，该活塞4布置成以往复的方式在该气缸2中运动。因为发动机是十字头发动机，所以活塞4固定到活塞杆5上，该活塞杆5可滑动地支承到气缸体(cylinder block)1或某些固定到其上的部件上，从而，活塞杆5同样往复地运动。活塞4和活塞杆5的相互固定可以已知的方式(例如借助于如图4和图5中所示的螺栓20)来安排。通过连杆(未公开)以在本领域中通常已知的方式来进行自活塞4和活塞杆5的动力传输。
发动机组1设有用于将扫气空气供给到气缸2中的腔室6。腔室6(就其而言)与进气管或进气道(未显示)相连接。为了将扫气空气供给到气缸2中，活塞4、以及可能地、活塞杆5的上部分也(取决于它们的设计和相互固定)设有多个通道10，这些通道10在活塞4头部处朝向气缸2开口且形成被布置成形成气门面11的共同的入口。提供有带有杆部12a的进气门12，其布置成与该气门面11协同操作。进气门12借助于其杆部12a可滑动地安装在活塞杆5内并由活塞杆所引导。
气缸2的上端包括排气门9，该排气门9布置在发动机的气缸盖7中且控制排气道8。气缸盖7还设有用于提供点火和燃烧的装置18。视发动机的运行方式而定，装置18可以是喷射装置，该喷射装置布置用于喷射燃料以用于扫气空气的点燃(在压缩冲程的终了阶段)。在这种情况中，所讨论的是柴油发动机。备选地，该装置18可以是火花塞装置，该火花塞装置点燃扫气空气与通过腔室6而被供应到气缸2中的燃料的混合物。
在表示进气和扫气冲程的图1中，活塞4向上运动且进气门12打开以允许扫气空气进入到气缸2中。同时，废气经过排气门9被除去。此后在一定阶段，排气门9以及进气门12关闭且接着出现压缩冲程。相应于图2地，结果，扫气空气被压缩且在压缩冲程终了阶段气缸2中的气体被点燃(不论发动机的运行方式是哪种)。接着的是作功冲程。在作功冲程末端活塞4仍然向下运动，排气门9打开。进气门12仍然在其关闭位置中，压力减轻而废气冲出气缸进入到如图3中示出的排气道8中。在下止点后循环重新开始，从而，在进气和扫气冲程的第一阶段期间，如图1所示，排气门9仍然打开，进气空气将剩余的废气压入到排气道8中直到排气门9再次关闭。
图4和图5示出了带有借助于螺栓20而附连到其上的活塞杆的活塞的一个实施例。如可看到的，通道10布置成穿过活塞杆5和活塞4并与活塞4中的气门面11一起形成统一的腔室。作为对于所示解决方案的备选的解决方案可以是包括将活塞杆结合到活塞上以形成一体的布置。然而，这将不允许为活塞和活塞杆采用不同的材料。
为了能控制进气门12的正时以使更好地符合在各种情况下发动机的负荷情况，提供有控制阀13，该控制阀13可操作地与进气门12相连接且包括布置在活塞杆中5的腔室14。在腔室14中可动地布置有在杆部12a处固定到进气门12上的辅助活塞元件15。腔室14通过活塞杆5中的管道16与液压流体源19(仅示意性地在图1中显示)连通以用于控制辅助活塞元件15的运动并且由此控制整个进气门12的运行。控制阀13被弹簧17推向进气门12的关闭位置。应注意的是，分别地，用于打开进气门的力由在进气门的打开阶段的扫气空气的压力所协助而关闭由惯性所协助。如有要求，可利用多个弹簧代替仅一个弹簧17以确保阀13的正常的关闭。
液压控制可以液压技术领域中已知的方式来安排。代替液压技术，气压技术也可有利地被采用以用于该目的。需要控制逻辑以用于控制阀13的正常的运行以及运行的正时，以便使进入到气缸中的扫气空气的供应适应于所有情况下发动机的负荷情况。
明显的是，本发明不局限于上文所提及的实例，而是可在许多其它不同的、在所附权利要求中所限定的本发明思想范围内的实施例中被执行。因此，本发明的应用不依赖发动机中具体的气缸数，每个气缸可设有多于一个排气门，在各种情况下可适宜地选择将活塞固定到活塞杆的具体方式，等等。控制阀的运行同样可以不同的方式来安排，包括机械式运行在内。

Claims (9)

1.一种二冲程十字头发动机，带有至少一个气缸(2)和在其中往复运动且设有活塞杆(5)以用于传输动力的活塞(4)，所述气缸(2)设有用于将扫气空气供应到所述气缸(2)中的进气装置，设有用于在燃烧冲程期间提供点火和燃烧的装置(18)，并且设有排气门装置(9)，其特征在于，所述进气装置包括用于引导扫气空气经过所述活塞进入到所述气缸(2)中的通道装置(10)，并且包括布置在所述活塞上用于控制经过所述通道装置(10)进入到所述气缸(2)中的扫气空气的供应的进气门装置(11，12)。
2.根据权利要求1所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述进气门装置(11，12)包括在所述活塞上的、与所述通道装置(10)相关联的气门面(11)，并且包括优选呈碟阀形式的、与所述气门面(11)协同操作且可动地支承在所述活塞杆(5)上的进气门(12)或类似者。
3.根据权利要求1或2所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述活塞杆(5)设有可操作地与所述进气门装置(11，12)相连接以用于其控制的控制阀装置(13)。
4.根据权利要求3所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述控制阀装置(13)或液压地或气动地被操作。
5.根据权利要求4所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述活塞杆(5)设有腔室(14)，该腔室(14)带有可动地布置在其中且固定至所述碟阀的辅助活塞元件(15)，所述腔室(14)布置成通过所述活塞杆(5)与液压流体源(19)连通以用于控制所述辅助活塞元件(15)的运动并由此控制所述进气门装置(11，12)的运行。
6.根据前述权利要求3至5中任一项所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述控制阀装置(13)被弹簧装置(17)朝所述进气门装置(11，12)的关闭位置而推压。
7.根据前述权利要求中任一项所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述通道装置(10)包括布置成持续地与扫气空气供应源(6)相连接的多个独立的通道(10)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述用于提供点火和燃烧的装置(18)包括用于将燃料供给到所述气缸中的喷射阀装置。
9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的二冲程十字头发动机，其特征在于，所述用于提供点火和燃烧的装置(18)包括火花塞装置且燃料布置成在将扫气空气供给到所述气缸中之前与该扫气空气混合。
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