CN1073199C - 带喷射装置的两冲程发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种两冲程发动机，至少包括：一个气缸(111)，活塞(112)在其中移动，气缸一端与泵曲轴箱(115)连通，发动机曲轴(114)通过该泵曲轴箱；一带压的蓄能器(87)，一端通过阀门(86)与气缸(111)的燃烧室(113)连通；一用于使气体与碳氢化合物燃料混合的装置(88)，它穿过所述蓄能器(87)；一控制所述阀门(86)开启的软膜(89)；按照本发明的发动机还包括在所述缸室之一(95b)与所述气缸泵曲轴箱(115)之间的连接装置(92)。

Description

带喷射装置的两冲程发动机
本发明涉及带有受控制的气压喷射的两冲程发动机范畴。
更确切地说，本发明涉及在单缸或多缸两冲程发动机中气压喷射燃料的操纵以及控制。
本发明的技术背景
控制气压喷射的常规方式是将阀门与凸轮轴连在一起。这种纯机械的方案自身证明实用柔性小，因为每个凸轮形成的是一个阀门专一的运动，更有甚者，凸轮轴不得不带上几个凸轮，自凸轮组装之初，即造成一种既定的统一运动。因而，这种工艺在凸轮轴上引起每个阀门统一的共同操纵。既难以调节，也可能因凸轮和(或)阀门中的某一种零件的问题而影响其他所有在运转的零件。
已知有许多柔性更大的控制系统，它们多是基于协同阀门运动的各缸室间的压力变化。
法国专利FR2656653和FR2656656所述的多缸两冲程发动机中的气压燃料喷射是借助于各缸室间的压力差异来实现的。这种现有技术专门涉及有几个气缸的发动机，因为该压力差异乃是由各气缸周期之间的角位移所产生的。
本发明的简要说明
本发明的目标是简化这一工艺，尤其可将其用于单缸发动机，这点对于上述现有技术一点都不可能。
然而本发明还可用于多缸发动机，但不同于现有技术，这种情况下喷射在每缸中是独自动作的。换言之，按照本发明，涉及气压喷射的每个气缸是以独立的方式自立进行，缸间无特殊联系，因而按照本发明的多缸发动机应被看作具有多个并列的自立气缸的发动机。
概言之，本发明的目标是利用一气缸运作中所具有的不同的压力变化以自动方式使该气缸中的气压燃料喷射装置动作。换言之，按照本发明，涉及的是在发动机每转中以自动方式在既定的精确时刻控制阀门开闭，不要求助于诸如凸轮轴的动力驱动手段。
从前面所述得出结论，按照本发明的喷射控制在每个气缸处是自立的，这就简化了常规的多缸方案。
因此，涉及两冲程发动机的本发明至少包括：
一活塞在其中移动的气缸，其一端与泵曲轴箱连通，发动机曲轴通过该泵曲轴箱；
一带压的蓄能器，它通过至少一个阀门与气缸燃烧室连接，该阀门确保蓄能器与缸室之间周期性地连通或断开；
一个穿入所述蓄能器中并用于使气体与碳氢化合物燃料混合的装置；
一控制所述阀门开启和关闭的装置，包含将两缸室隔开并与阀杆相连的一个软膜。
按照本发明，发动机还包括：
一在所述缸室之一与所述气缸泵曲轴箱之间的连接装置，一旦缸室中的压力PB变得低于所述蓄能器中的压力Ps时，它使阀门开口打开；以及
一在另一缸室和一受控制的压力气体提供装置之间的一连接装置。
在上述发动机中，所述受控制的压力气体提供装置提供大气压力或其它一种相当稳定的压力。
蓄能器的另一端最好通向泵曲轴箱开口，并再提供一控制所述开口的装置。
特别是，按照本发明的发动机另外可包括一种用于周期性地封闭所述连接装置的装置，以便延缓连接装置的压力降，即延缓阀门的打开。
更确切地说，所述周期性封闭的装置可包括一个位于泵曲轴箱内的凸缘，它与发动机曲轴连接旋转，并包括至少一个圆形凹槽。
较佳的是，所述受控制的压力气体提供装置包括所述泵曲轴箱，所述连接装置被布置成以周期方式封闭泵曲轴箱一侧，所述装置会交替地将阀门开大，并帮助其闭合。
按照本发明的一个实施例，所述连接装置与气缸下部的开口连通，从而由活塞交替地复盖和暴露。
按照本发明的另一个实施例，连接装置的周期性封闭由连在曲轴上的一专用凸缘实施。
在不超出本发明的范围的情况下，发动机还可包括一个弹性复位元件，它与所述软膜协同动作，使阀门回到阀座上。
本发明涉及控制打开喷射阀的方法，以便将碳氢燃料混合物喷射入上述发动机内，它包括当连通的缸室与泵曲轴箱的压力PB低于蓄能器内的压力Ps时，尽早控制所述阀门的打开。
附图的简要说明
阅读了下面将叙述的说明后，本发明将更好地被理解，其特征、优点和实施例将更清楚，说明时参考附图，其中：
图1是能按本发明动作的一辅助阀门的剖视图；
图2是按本发明一实施例的一两冲程发动机中的一气缸的示意的纵向剖面图；
图3是显示按照本发明第一实施例的一阀门的、以曲轴转角为函数的不同控制压力的曲线图；
图4是显示按照本发明另一实施例的一阀门的、以曲轴转角为函数的不同控制压力的曲线图；
图5是按照本发明再一实施例的一两冲程发动机的一气缸的示意的纵向剖视图；
图6是显示按照图5的一发动机的一阀门的、以曲轴转角为函数的不同控制压力的曲线图。
较佳实施例的描述
图1中用标号82表示一控制一台两冲程发动机的一气缸喷射的装置。
这样一种带辅助自动阀门型式的喷射装置显然能与一台两冲程发动机的每个气缸相配，如图2和4中所示。
在图2和4中可看到带辅助自动阀门的喷射装置82被固定在相应气缸处的发动机气缸盖上。
如图1中可见，喷射装置82包含一条在气缸盖83内加工成的碳氢气(或气体)进气管84，通过开口85进入气缸的内腔。进气管84与管道87连通，燃料均衡和/或喷射装置88的一端进入该管道。
用来关闭气缸中开出的进气管84一端的阀门86包含一个位于图1所示阀门闭合位的头部，该头部靠在形成阀座的开口85上。阀门86的阀杆(未标号)另一端与软膜89连接，在喷射装置82的缸壳90的壳壁上下两部分之间的全部圆周边缘由软膜牢牢地覆盖。
缸壳90较佳的是由上部中空半壳90a和下部中空半壳90b组成，通过构成缸壳90装配法兰的外缘将两者与软膜89的周缘相连。
缸壳90的上部90a包含一条通向内腔的管道91，缸壳90的下部90b以密封方式固定在缸盖83上，且包含一根通向其内腔的连管92。
复位弹簧93较佳的是嵌入软膜89或阀门86阀杆一端与缸盖83上表面之间。
如图1所示的带辅助阀门的喷射装置通过由软膜89调节缸壳90中的缸室95a和95b之间的不同压力，可控制阀门的开闭，以确定在气缸中的喷射的开始和结束。
为此，连管91和92可以与受控制的压力气体提供装置连通，以便通过缸室95a和95b中的不同压力以及缸室84与气缸间的不同压力确保阀门86的开闭。
按照本发明，在具有单缸或多缸的气压喷射的两冲程发动机情况下，缸室95a和95b中的至少一个室通过将该室与发动机同一气缸的泵曲轴箱内腔连通，产生控制压力。
图2表示本发明的一个实施例，其中，喷射装置82是发动机的一部分，气缸111以纵向剖面表示。
通常，气缸111包含一个燃烧室113，活塞112在该室中移动，使气缸下部与泵曲轴箱115连通。
通常，泵曲轴箱115包含一个供气喷口119，喷口上装瓣阀120。
新鲜空气进入泵曲轴箱115并被活塞112压缩，再通过输送管道121喷入气缸111的燃烧室113，管道121通过开口122与缸室连通。燃烧气体通过一条管道123从缸室113排出。
按照本发明，管道87或者通过外来压力源，或者通过与通入喷射装置82一端相反的、直接通入泵曲轴箱115的一端127来带压。
开口127较佳的由止回阀(单向阀)控制，或者通过一旦泵曲轴箱115的内压力变得低于管道87内压力时能封闭这个开口的任何其他装置来控制，因而管道87被用作储存压力的蓄能器。
此外，一端与喷射装置82缸室95b连通的连管92，按照本发明，其另一端与泵曲轴箱115连通。由此，缸室95b内的压力PB随着气缸111的泵曲轴箱115压力变化而变化。
按照本发明的第一实施例，缸室95a内的压力PA可以是大气压力或其他一种相当稳定的压力。
现在将参考图3解释按照本发明的喷射装置的运作，它显示了以曲轴转角为函数的变量有：
以实线表示的缸室111中的压力P1；
以点划线表示的缸室84和蓄能器87中的压力PS；
以虚线表示的缸室95b、连管92和泵曲轴箱115中的压力PB。
按照本发明的这一实施例，从高死点(PMH处曲轴角为零)直至喷口的附近(OT)，缸室压力P1总是高于蓄能器87压力PS。因此阀门86不打开。
从缸室压力P1变得低于压力PS那时起，如果发动机不符合本发明，阀门86会自己打开。这点可解释为一旦喷口打开、即在周期初期就打开阀门并开始喷射。
按照本发明，有了连管92可在曲轴约30°时，让缸室95b保持高于压力PS的压力PB。
然后，压力PB的作用相对于压力PS将起主要作用(若将软膜89的断面看作与阀门86的等同)。
用这样的布置，阀门86将滞后打开，至少延至泵曲轴箱压力PB变得低于蓄能器压力PS的时刻。
如果软膜89具有更大的断面，阀门的打开还将延迟。
按照这种结构和在图3中发动机运转条件下，喷射I在曲轴转165°时开始，当缸室压力P1变得高于蓄能器压力PS时，即曲轴约转270°时结束。
因而本发明能显著地延迟碳氢混合物喷射的开始，这是一种简单而可靠的方式。因为所述延迟可限制未燃烧碳氢燃料直接逃逸而被浪费，发动机的运作就得到了改进。
图2另外还显示了连在曲轴上的凸缘116。该元件虽然不强求出现在泵曲轴箱115中，但可获得以下的附加特征：可选择地封闭连管92。
实际上凸缘116的外圆是这样加工的：只有一给定的角面会封闭连管92的孔92a，因此，只在发动机一个循环给定的某个角范围内会封闭。
如图4中所看到的，在连管92和缸室95b中的压力PB取在泵曲轴箱压力下降前的给定的值储存起来，即例如在喷口OT打开时取。凸缘116就此可关闭孔92a，直到已定打开阀门时候，即如按图4直到点PMB的时候。
因此，，有选择地封闭连管92可将泵曲轴箱压力PB储存一段由凸缘116的角面值决定的时间。
阀门就此比前述情况打开得更迟，因为在曲轴转动180°左右的范围才开始打开；而前述情况(无凸缘)中曲轴转动165°左右的范围即使阀门打开。让我们回想一下，没有本发明时，当缸室中的压力变得低于管道87中的压力时，即在图示情况下曲轴转动130°的范围内阀门即自行打开。
此外按照本发明的凸缘116可更好地控制阀门86的打开，因为如图4中明显表示，连管92的开口完全开通，压力完全下降，因此打开也被更好地控制，因为它不再取决于泵曲轴箱内压力的降低，压降不会总是随着发动机速度和负载条件一样快。按照本发明的这个实施例，阀门的打开简单地取决于通过凸缘116打开连管92。
本发明的另一项改进是周期性地将缸室95a与泵曲轴箱115连通。
以下结合图5和6作更详尽的解释，本发明这个实施例明显能通过阀门加快运动而更快地得以打开，同时也可改进阀门的关闭。实际上，在以上的实施例中，有时会碰到自动阀门的某种惰性，这点会延缓它的打开。
为此，图5表示一种与前述类似的实施例，但其中发动机另外还包含一在缸室95a和泵曲轴箱115间的连管91。
连管91较佳的是通过一在气缸下部、正巧在泵曲轴箱上方的孔91a打开。于是，当活塞112从所述孔91a上方通过时，连管91周期性地与泵曲轴箱连通。
这样，受活塞裙部控制的连管91从喷口122打开至这些相同喷口关闭都是关闭的，即相对于下死点是对称的。
在不超出本发明范围的情况下，可得到另一相位，例如依靠连在曲轴上的凸缘，与低死点的关系非对称的开闭。该凸缘可以是或者不是与控制连管92相同的凸缘。
图6表示本发明该实施例的运作(曲线)。
缸室95a中的压力PA和缸室95b中的压力PB两者都保持与泵曲轴箱中的压力相等，直至喷口OT打开。于是阀门86通过气缸113中的压力P1与蓄能器87中的压力PS之差，有时借助于复位弹簧，保持在阀座上不动。
孔91a随即由活塞关闭。
孔92a时而能由凸缘116同时关闭，如图6所示，但这点不强求。
一旦压力PB变得低于蓄能器中的压力PS，就使打开阀门的操纵开始。压力PB的降低或者可以是自然产生的，即设有凸缘116，或者由凸缘116打开孔92a时产生。
此时，压力PA变得高于压力PB，使得打开阀门所需力倍增，而软膜89面积与阀门86面积具有适当的比例。因此阀门86打开得更快，由于这种作用它的幅度也可以增大。
此外，当孔91a处于被活塞暴露时(按图6在喷口关闭FT的邻近处)，缸室中的压力PA突然降低，这点引起阀门86关闭，视P1、PA和PB的压力差而定。此后PA和PB随泵曲轴箱中的压力变化而变，压力值明显低于气缸中的压力P1。
如上所述，阀杆上可装有调定的复位弹簧93。在最后一种结构中可选用更硬的弹簧，因为打开阀门所需的力比前述情况中的更加大。
弹簧93刚度大将有助于阀门关闭，其关闭就容易了。
按照本发明该实施例，通过如限位环(未图示)之类的适当装置，可限制阀门的行程。

Claims (10)

1．一种两冲程发动机，至少包括：
一个气缸(111)，活塞(112)在其中移动，气缸一端与泵曲轴箱(115)连通，发动机曲轴(114)通过该泵曲轴箱；
一个带有压力的蓄能器(87)，它通过至少一个阀门(86)与气缸(111)的燃烧室(113)连接，该阀门(86)确保燃烧室(113)与蓄能器(87)之间周期性连通或断开；
一个穿入所述蓄能器(87)中并用于使气体与碳氢化合物燃料混合的装置(88)；
一控制所述阀门(86)开启和关闭的装置，包含一个软膜(89)，软膜将两缸室(95a、95b)隔开，并与阀杆相连；
其特征在于，还包括：在所述缸室之一(95b)与所述气缸泵曲轴箱(115)之间的连接装置(92)，当缸室(95b)内压力PB变得低于所述蓄能器(87)内压力时，它能使阀门(86)开启；以及
在另一所述缸室(95a)和一受控制的压力气体提供装置之间的一连接装置(91)。
2．按照权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述受控制的压力气体提供装置提供大气压力或其它一种相当稳定的压力。
3．按照权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述蓄能器(87)另一端与泵曲轴箱(115)的开口(127)连通，还包括控制在气缸(111)泵曲轴箱(115)处的所述蓄能器(87)的所述开口(127)的控制。
4．按照权利要求2或3所述的发动机，其特征在于，还包括用于周期性地封闭所述连接装置(92)的装置，以便延缓连接装置(92)中的压力降，即延缓阀门(86)的开启。
5．按照权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述周期性封闭装置包括一个位于泵曲轴箱(115)中的凸缘(116)，与发动机曲轴连接旋转，至少包括一圆形凹槽。
6．按照权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述受控制的压力气体提供装置包括所述泵曲轴箱(115)，所述连接装置(91)被布置成在泵曲轴箱(115)一侧周期性地被封闭，这种装置可交替地增大阀门的开启并有助于阀门的关闭。
7．按照权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括一个与所述软膜(89)协同动作，使阀门(86)回到阀座上的弹性复位元件(93)。
 8．按照权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述连接装置(91)通过开口(91a)与气缸下部连通，以使其被活塞(112)交替地复盖和暴露。
9．按照权利要求6所述的发动机，其特征在于，连接装置(91)的周期性封闭是由连接在曲轴上的专用凸缘实施。
10．按照权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括一限制阀门(86)打开幅度的限位环。
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