CN103608558A - 多缸活塞式发动机 - Google Patents

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Abstract

多汽缸活塞式发动机(20)包括将燃烧空气引入发动机(20)的汽缸(19)的引入机构(24)以及发动机(20)的各汽缸(19)所用的至少一个由凸轮操作的阀提升装置(4)，阀提升装置(4)被布置成打开气体交换阀(24，25)。发动机(20)还包括将额外的含氧气体引入发动机(20)的汽缸(19)的引入装置，该引入装置包括用于提供额外的含氧气体的压力介质源(18)、与各汽缸(19)相关联的喷射阀(10)、用于将压力介质源(18)连接至喷射阀(10)的连接机构(21)以及发动机(20)的各汽缸(19)所用的用于控制喷射阀(10)的操作的控制阀(12)。每个控制阀(12)均被布置成由相应的汽缸(19)的气体交换凸轮(1)操作。

Description

多缸活塞式发动机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的多缸活塞式发动机。
背景技术
用于舰船推进系统或发电的大型内燃发动机必须能快速地响应负载变化。涡轮增压内燃发动机具有的一个问题是所谓的涡轮滞后。涡轮滞后是指在负载增加后涡轮增压器达到有效率工作状态所需要的时间。尤其是在初始负载比较低时，所述涡轮增压器不能非常快速地响应增加的燃烧空气需求，这导致在负载突然增加时发动机转速降低。当发动机运行在部分负载下时也可能发生缺少燃烧空气。
一个可行的解决涡轮滞后问题的方案是用电动机辅助涡轮增压器。另一个减少涡轮滞后并在其他运行条件下增加可用燃烧空气量的方案是将额外的增压空气引入涡轮增压器或者直接引入发动机的汽缸。美国专利6571770B1披露了一种运行柴油发动机的方法，在该方法中，当发动机被运行在部分负载或者瞬时负载下时，额外的含氧气体在进气阀关闭之后通过启动气体阀被提供给燃烧空间。上述的专利没有披露如何控制那些供应含氧气体的阀门。
发明内容
本发明的目标是提供一种改进的多汽缸内燃发动机，该内燃发动机包括用于控制额外的含氧气体进入发动机汽缸的喷射的简单而可靠的装置。根据本发明的发动机的特点在权利要求1的特征部分给出。
根据本发明，一种多汽缸活塞式发动机包括将燃烧空气引入发动机的汽缸的引入机构以及发动机的各汽缸所用的至少一个由凸轮操作的阀提升装置，所述阀提升装置被布置成打开气体交换阀。所述发动机还包括将额外的含氧气体引入发动机的汽缸的引入装置，所述引入装置包括用于提供额外的含氧气体的压力介质源、与各汽缸相关联以用于将压力介质引入汽缸的的喷射阀、用于将所述压力介质源连接至喷射阀的连接机构，以及所述发动机的各汽缸所用的用于控制喷射阀的操作的控制阀。各控制阀均被布置为由相应的汽缸的气体交换凸轮操作。
本发明具有若干优点。本发明能简单地控制额外的含氧气体的喷射。无论发动机有多少个汽缸都能使用相同的凸轮。
根据本发明的一个实施方式，气体交换凸轮包括被布置在凸轮的基圆的下方以用于操作控制阀的部分。当控制阀由气体交换凸轮的位于该凸轮的基圆的下方的部分操作时，获得了一种简单而可靠的控制机构。
根据本发明的一个实施方式，控制阀被布置成在所述阀提升装置与气体交换凸轮的位于该凸轮的基圆的下方的所述部分接合时允许压力介质流到喷射阀。
根据本发明的一个实施方式，控制阀包括可由阀提升装置移动的阀构件。
根据本发明的一个实施方式，所述阀提升装置包括柱塞，在阀提升装置与气体交换凸轮的位于该凸轮的基圆的下方的所述部分接合时，所述柱塞朝气体交换凸轮推动阀构件。
根据本发明的一个实施方式，阀构件被所述压力介质的压力推向阀提升装置。
根据本发明的一个实施方式，喷射阀被布置成由压力介质的压力打开。
根据本发明的一个实施方式，气体交换凸轮是排气凸轮。当所述排气凸轮被用于控制喷射阀时，凸轮的位于基圆的下方的部分远离凸轮的凸部。这保证了阀提升装置的平滑运行。本发明甚至能被用于带有凸轮操作排气阀的两冲程发动机。
根据本发明的一个实施方式，所述引入装置包括用于启动压力介质到发动机的汽缸的喷射的主空气辅助阀。
根据本发明的一个实施方式，每个喷射阀均被布置在汽缸盖中。
根据本发明的一个实施方式，喷射阀被布置成将压力介质直接引入汽缸。
根据本发明的一个实施方式，喷射阀是启动阀。使用将启动空气引入汽缸的阀来将含氧气体引入汽缸是可行的。
附图说明
图1示意性地示出了带有将额外的含氧气体引入汽缸的引入装置的内燃发动机。
图2是发动机汽缸盖和用于将额外的空气引入汽缸的阀的简化图示。
图3至图6示出了发动机的排气凸轮和用于将额外的空气引入汽缸的引入装置的控制结构。
图7示出了在不同曲柄角下凸轮从动件的垂直位置。
具体实施方式
现在将参考附图，详细地描述本发明的实施方式。
图1示意性地示出了带有将额外的含氧气体引入发动机20的汽缸19的引入装置的活塞式发动机20。额外的含氧气体是在点火之前且在正常的空气进气完成后被引入发动机20的汽缸19的压力介质。在四冲程发动机中，这意味着压力介质在汽缸19的进气阀关闭后被引入汽缸19。压力介质可以例如是增压空气或纯氧。增压空气可由压缩机产生，因此适合于多种应用。在本说明书中，“额外的燃烧空气”这个术语被用于压力介质。但是，本发明不限于使用空气作为压力介质。
在图1的例子中，发动机20包括六个汽缸19，但是发动机20可以包括例如以直列或V形结构布置的任意合理数目的汽缸19。发动机20是大型内燃发动机，比如用于电厂发电和/或制热，或者作为船舶主发动机或辅发动机的内燃发动机。额外的燃烧空气被储存在作为压力介质源的空气罐18中，额外的燃烧空气可从空气罐通过空气管道26被引入发动机20的汽缸19。空气罐18可由压缩机(未示出)填充。发动机20的每个汽缸19具有用于将额外的燃烧空气引入汽缸19的喷射阀10。喷射阀10可以是仅被用于将额外的燃烧空气喷入汽缸19的独立阀，或者它们也可以是与被用于将启动空气引入汽缸19的阀相同的阀。在图2中，示出了与汽缸盖23相关联的喷射阀10。发动机20的每个汽缸具有各自的汽缸盖23。汽缸盖23具有进气通道32和排气通道33，通过进气通道，燃烧空气被引入汽缸19，排气通道用于引导排气离开汽缸19。一个或多个进气阀24以及一个或多个排气阀25被布置以打开和关闭汽缸19与进气通道32和排气通道33之间的连接。喷射阀10被布置以将额外的燃烧空气直接引入汽缸19。
每个喷射阀10的操作由相应的控制阀12控制。发动机20的每个汽缸19还具有多于一个的喷射阀10。例如如果每个汽缸19具有两个喷射阀10，则这两个阀10可以由相同的控制阀12控制。控制阀12连接到空气通道26。空气通道26具有用于控制何时使用发动机20的空气辅助的主空气辅助阀17。喷射阀10和控制阀12的一个例子在图3至图6中简化地示出。
发动机20包括发动机20的各汽缸19所用的阀提升装置4和气体交换凸轮1。气体交换凸轮1在图中被示出为绕它的垂直轴线旋转90度以更好地展示凸轮轮廓2。气体交换凸轮1的凸轮轮廓2包括基圆2a、凸部2b以及被布置在基圆2a的下方的部分2c。表述“在基圆的下方”是指凸轮轮廓2的该部分的半径小于基圆2a的半径。部分2c的半径不需要恒定。在图3至图6所示的实施方式中，气体交换凸轮1是排气凸轮，阀提升装置4被布置以打开发动机20的排气阀25。使用排气凸轮来操作喷射阀10是有益的，这是因为基圆下方的部分2c被布置为远离凸轮1的凸部2b。这保证了阀提升装置4和控制阀12的平滑操作。但是，相同的凸轮提升装置4可被用于打开发动机20的进气阀24。利用基圆2a下方的部分2c的位置不同的不同凸轮轮廓2，进气凸轮也可被用于操作控制阀12。
凸轮提升装置4包括主体部分5和被布置在主体部分5内的往复柱塞6。所述柱塞6被布置成提升推杆8。凸轮从动件3通过轴承被附接到柱塞6。主体部分5和柱塞6之间的盘簧7推动凸轮从动件3靠在凸轮轮廓2上。推杆8和柱塞6之间有活塞30。用于消除推杆8和活塞30之间间隙的第二弹簧29被布置在活塞30和柱塞6之间。当凸轮从动件3与凸轮轮廓2的位于其基圆2a下方的一部分2c接合时，在柱塞6和活塞30之间形成间隙31，如图5所示。第二弹簧29保持活塞30抵靠推杆8的末端，从而在推杆8和活塞30之间或者在推杆8的上端和摇臂(未示出)之间不形成间隙。这保证了阀提升装置4的平滑运行。取代活塞30和第二弹簧29，凸轮提升装置4可以具有保证排气阀25不受到凸轮轮廓2的位于基圆2a下方的部分2c影响的某些其他装置。例如，凸轮提升装置4可具有在凸轮从动件进入凸轮轮廓2的位于基圆2a下方的部分2c时防止推杆跟随柱塞6的止挡表面。
阀提升装置以常规的方式工作。当凸轮从动件3处于凸轮轮廓2的位于基圆2a下方的部分2c上时，柱塞6位于它的最低位置。当排气凸轮1旋转时，凸轮从动件3最终与凸轮轮廓2的凸部2b接合。柱塞6和推杆8向上移动，并且排气阀25打开。在图4中所示的是排气阀25完全打开的情形。
发动机20的每个汽缸19具有包括阀构件22的喷射阀10。喷射阀10由弹簧11保持关闭。为了控制喷射阀10的操作，每个阀提升装置4具有控制阀12。当凸轮从动件3与凸轮轮廓2的位于基圆2a下方的部分2c接合时，柱塞6向下推动控制阀12内的阀构件13，如图5所示。
为了启动发动机20的空气辅助系统，主空气辅助阀17被打开。这允许额外的燃烧空气经空气通道26流到控制阀12。增压空气通过入口通道14进入控制阀12。在凸轮从动件3处于排气凸轮1的基圆2a或凸部2b上的情况下，在与阀提升装置4相关联的那些控制阀12中，空气压力将控制阀12内的阀构件13向上推入图4中所示的位置。所以阀构件13允许增压空气经排放通道16流出控制阀12。空气从排放通道16被释放到例如发动机室中。相反，在凸轮从动件3处于排气凸轮1的位于基圆2a下方的部分2c上的情况下，在与阀提升装置4相关联的那些控制阀12中，柱塞6将阀构件13向下推动，如图5中所示。这关闭了入口通道14和排放通道16之间的连接，并允许增压空气经出口通道15流到相应的喷射阀10。空气经喷射阀10的阀构件22上方的控制空气入口27被引入，此时空气压力向下推动阀构件22并打开喷射阀10。额外的燃烧空气可经空气通道26从空气罐18流到喷射阀10，然后经空气入口28流入发动机20的汽缸19。
当凸轮轴进一步旋转时，凸轮从动件3离开位于排气凸轮1的凸轮轮廓2的基圆2a下方的部分2c，又进入基圆2a。入口通道14中的压力和在被弹簧11向上推动时由喷射阀10的阀构件22所产生的压力可因此向上推动控制阀12内的阀构件13。所以，控制阀12的入口通道14和排放通道16之间的连接再次打开，如图6所示，并且进入相应的汽缸19的空气喷射被终止。
在图7中所示的是在不同曲柄角下的凸轮从动件3的位置图。虚线示出了进气阀的凸轮从动件的位置，实线示出了排气阀的凸轮从动件的位置。柱塞6也沿着相同的曲线。推杆8和阀提升器也沿着相同的曲线，区别在于由于阀提升装置4的活塞/弹簧装置29、30，推杆8的垂直位置不能为负。水平轴线下方的区域表示排气阀提升装置4的凸轮从动件3如何接合基圆2a下方的部分2c。额外的燃烧空气的喷射在下述相位期间发生，在附图的实施方式中，这个相位从进气冲程期间的下死点(BDC)之前开始，并持续到压缩冲程期间BDC之后大约90度的曲柄角。
本领域技术人员明白本发明不限于以上所述的实施方式，而是在权利要求范围内可以改变。

Claims (12)

1.一种多汽缸活塞式发动机(20)，该多汽缸活塞式发动机包括用于将燃烧空气引入所述发动机(20)的汽缸(19)的引入机构(32)以及所述发动机(20)的各汽缸(19)所用的至少一个由凸轮操作的阀提升装置(4)，所述阀提升装置(4)被布置成打开气体交换阀(24，25)，所述发动机(20)还包括用于将额外的含氧气体引入所述发动机(20)的所述汽缸(19)的引入装置，所述引入装置包括：
压力介质源(18)，该压力介质源用于提供所述额外的含氧气体；
与各汽缸(19)相关联的喷射阀(10)，该喷射阀用于将压力介质引入所述汽缸(19)：
连接机构(26)，该连接机构用于将所述压力介质源(18)连接至所述喷射阀(10)；以及
所述发动机(20)的各汽缸(19)所用的控制阀(12)，该控制阀用于控制所述喷射阀(10)的操作，
其特征在于，每个控制阀(12)均被布置成由相应汽缸(19)的气体交换凸轮(1)操作。
2.根据权利要求1所述的发动机(20)，其特征在于，所述气体交换凸轮(1)包括布置在所述凸轮(2)的基圆(2b)的下方用以操作所述控制阀(12)的部分(2c)。
3.根据权利要求2所述的发动机(20)，其特征在于，所述控制阀(12)被布置成在所述阀提升装置(4)与所述气体交换凸轮(1)的位于所述凸轮(1)的基圆(2b)的下方的所述部分(2c)接合时允许压力介质流到所述喷射阀(10)。
4.根据权利要求3所述的发动机(20)，其特征在于，所述控制阀(12)包括能由所述阀提升装置(4)移动的阀构件(13)。
5.根据权利要求4所述的发动机(20)，其特征在于，所述阀提升装置(4)包括柱塞(6)，在所述阀提升装置(4)与所述气体交换凸轮(1)的位于所述凸轮(1)的基圆(2b)的下方的所述部分(2c)接合时，所述柱塞朝所述气体交换凸轮(1)推动所述阀构件(13)。
6.根据权利要求4或5所述的发动机(20)，其特征在于，所述阀构件(13)被所述压力介质的压力推向所述阀提升装置(4)。
7.根据前述权利要求中任一所述的发动机(20)，其特征在于，所述喷射阀(10)被布置成由所述压力介质的压力打开。
8.根据前述权利要求中任一所述的发动机(20)，其特征在于，所述气体交换凸轮(1)是排气凸轮。
9.根据前述权利要求中任一所述的发动机(20)，其特征在于，所述引入装置包括主空气辅助阀(17)，该主空气辅助阀用于启动所述压力介质到所述发动机(20)的所述汽缸(19)的喷射。
10.根据前述权利要求中任一所述的发动机(20)，其特征在于，每个喷射阀(10)均被布置在汽缸盖(23)中。
11.根据前述权利要求中任一所述的发动机(20)，其特征在于，所述喷射阀(10)被布置成将所述压力介质直接引入所述汽缸(19)。
12.根据前述权利要求中任一所述的发动机(20)，其特征在于，所述喷射阀(10)是启动阀。
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