CN1121741A - 带有排气再循环的多缸内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种控制带有多个气缸(1、2、3)和分别安装在上述气各气缸内的活塞(4、5、6)的内燃机的方法。当至少一个气缸的活塞(4、5、6)进行膨胀冲程时，燃气从上述的至少一个气缸输送到至少一个其它的气缸中。燃气的流动是在供给燃气的至少一个气缸与接受燃气的至少一个其它的气缸的燃气压力差的作用下形成的。而且，燃气从至少一个气缸向至少一个其它的气缸的流动与发动机的排气装置无关。

Description

带有排气再循环的多缸内燃机
本发明涉及内燃机、特别是以两冲程循环工作的内燃机，本发明还涉及控制这种内燃机的燃烧过程从而控制排出废气中污染物含量的方法。
人们早已认识到，普通的两冲程发动机在燃油消耗以及发动机废气中有害物质的含量方面均呈现出较差的性能。然而，较广泛使用这种以两冲程工作的发动机却可以获得显著的利益，因为，首先，这种内燃机结构比较简单，其次，这种内燃机的尺寸比较小，故可获得较高的功率/重量比。因此，近几年来大力研究两冲程发动机，以图控制其燃烧过程而达到减少废气中有害物质的含量和/或减少燃油消耗量的目的。
人们也已认识到，在点火之前将废气引回到燃油/空气混合物中可减少燃烧过程中所产生的NOx(氮的氧化物)，因为燃油/空气混合物中加入废气可降低燃烧过程中发动机气缸中形成的温度与压力条件，这种条件不同于促使产生NOx的高温高压条件。上述的将废气与燃油/空气混合物混合使用的过程一般称为废气再循环(EGR)并且通常是采用从排气装置中将控制量的废气引入到发动机的进气管中的办法来实现。
虽然这种办法已用于四冲程发动机并获得一定的成功，但是，一般说来不如用于两冲程发动机那么有效，主要是由于进气装置中普通节流阀上游处真空度低，并且如果在某些工作条件下，将废气引入节流阀下游的进气装置中，废气分布不良。
在本专利申请人的未决国际专利申请No.PCT/AU94/00009中公开了一种将废气引入两冲程发动机中的燃油/空气混合物中的方法，这种方法可有效地控制废气量及其分布，从而能够在控制废气有害物质方面获得良好的结果。在先前的这种应用中，所公开的控制两冲程有曲轴箱的洗除废气内燃机的方法包括选择性地从发动机排气口的下游部位将废气直接引入发动机的曲轴箱，再在曲轴箱中与空气混合而进入发动机的燃烧室中，并按照发动机的工作条件控制每一发动机循环中送入曲轴箱中的废气量。
另外，在本专利申请人的未决澳大利亚专利申请No.PL9164中还公开了对上述在国际专利申请No.PCT/AU94/00009中所述方法和设备的改进，在这一改进中，废气可有选择地引入进气系统中。
在上述的每一项建议中，废气从排气口下游的排气系统中引出，因此通常需要有某种形式的外部构件来将已经排出的气体直接地或间接地再引入发动机的一个或多个燃烧室中。这种结构通常需要某种形式的外导管来将部分的废气导引入新鲜空气中或者引入空气与燃油的混合物中并与它们一起送入到发动机的一个或多个燃烧室中。这种结构由于需要制造附加的外部构件并且随后将这些构件组装到发动机主体及其辅助设备上，故成本有所提高，这就带来了附加的制造成本和安装成本的问题。
此外，上述的两项未决专利都提出通过发动机的曲轴箱将废气引入到两冲程发动机的燃烧室中。因此，上述各项建议都是将曲轴箱中的环境暴露在废气中，而这种废气在某些情况或条件下可能对发动机的工作和/或零件例如簧片阀、曲轴和连接杆轴承产生不利的影响。
本发明的目的是提供一种能够在发动机中利用废气再循环的方法及设备的控制从发动机中排出的有害物质，而要达到这一目的所采取的方法则是能尽量减少制造过程中由此而增加的附加成本、且又能有效地工作和达到所需的控制燃烧过程的程度并减少曲轴箱环境的污染。
为了这一目的，提供了一种控制带有多个气缸和多个分别安装在上述各气缸内的活塞的内燃机的控制方法，其特征在于，在至少一个气缸中的活塞进行膨胀冲程时，燃气从上述的至少一个气缸流入至少一个其它的气缸，上述的燃气流动是在上述的至少一个供给燃气的气缸与至少一个接受燃气的气缸之间的燃气压力差的作用下进行的，发动机的每一个气缸的位置排列可使燃气流入第一个上述的气缸和接受来自第二个上述的气缸的燃气，并且燃气的流动与发动机的排气装置无关。
更具体地说，本发明提供了一种控制带有多个气缸和多个分别安装在上述各气缸内的活塞的内燃机的方法，上述的方法包括：连通至少一个其活塞处在膨胀冲程的气缸与至少一个其活塞处在压缩冲程的其它气缸，上述的连通是在相通的气缸中的压力差形成一种从至少一个气缸流入至少一个其它的气缸的燃气流开始的，上述的连通最好与发动机的排气装置无关。发动机的每一个气缸的位置安排成可向第一个上述的气缸供给燃气和接受来自第二个上述的气缸的燃气。
上述的方法也可很方便地加入一个冷却输送过程中的燃气的步骤。
按照本发明，也设置一具有多个气缸和多个各自支撑在其内的活塞的内燃机，该内燃机包括提供至少一个气缸和至少另一个气缸之间相连通而安置的装置，从而在活塞的膨胀冲程中，其内的燃气从至少一个气缸通到至少另一个气缸；在活塞的压缩冲程中，由于气缸之间的压差，气缸之间的连通最好与内燃机的排气装置无关。
最好，内燃机各气缸与另外两个气缸连通用于向另一个气缸提供燃气以及用于从另外一个气缸接纳燃气。
各上述气缸在其壁上开有一孔，与另外一气缸壁上的孔相连通，上述孔位于各自的气缸上，这样在上述一个气缸内的活塞的膨胀冲程时，燃气通向上述另一个气缸，而在活塞的压缩冲程中，气缸之间连通与排气装置无关。最好由至少一根管道提供各自气缸之间的连通，在管道的两端与气缸壁上相对于活塞在气缸内行程的不同高度的孔相连接，相对于活塞冲程在各自气缸上的孔位置而定出压差，该压差使燃气从一个气缸通到另一个气缸，因此就确定了在气缸相连通期间内的燃气流量。
在气缸内各自的活塞膨胀冲程中，可安置至少一个气缸来传送燃气到一通路，该风道或通道在其运行过程中依次连到在较低压力部位的至少另一个气缸，结果燃气就能从风道或通道引到上述至少另一个气缸。为了把燃气输到通道，各气缸壁设有合适的孔。在各气缸壁还设有孔用来将上述的风道或称通道中排出的燃气引入每个气缸中。上述每个气缸上的孔可根据气缸内活塞行程的不同而位于不同的高度上。
为了有助于增加进入各气缸的燃气量，最好在燃气从一个气缸进入另一个气缸的过程中进行一定程度的冷却。为此，可将输送燃气的风道或称通道设置在发动机的冷却装置附近，和/或由冷却装置例如位于风道或称通道四周的冷却片或有冷却介质(如水或空气)通过的特殊套管对通道，管道或称风道进行专门冷却。
在某些结构中，可在各个孔中或者说在每两个相通的孔中的一个孔中设置单独的阀机构。在使用一个共同的管道或称风道来从多个的气缸中接受燃气和/或向多个的气缸供应燃气的结构中，可能需要设置与该管道相连的适当的阀门或类似的控制机构，这些控制机构可选择性地进行动作而使通道或称风道与有关的供给燃气或接受燃气的气缸相连通。这种阀门可以是合适的压力作动阀或者是控制型的阀，例如由带程序的电子控制装置控制的阀。
本发明所公开的向多气缸发动机的气缸供应燃气的方法与设备作为一种控制发动机的燃烧过程从而降低不希望的有害物质例如Nox的手段，具有下列的优点，即它与发动机的排气装置无关，并且燃气不会与发动机的各种机构相接触，而燃气与这些构件相接触会由于存在燃气而对例如进气管道中的空气控制装置和有曲轴箱的洗除废气的两冲程发动机中曲轴箱的簧片阀、轴承以及其它零件产生不良的影响。
本发明所公开的方法和设备可专门用于将燃气再循环引入发动机的燃烧室以便控制废气中有害物质的含量，或者本发明也可与其它形式的废气再循环装置例如本申请者在未决的专利申请(如上面提到的)中所公开的那些或者任何其它形式的废气再循环装置结合使用。
下面参考表示本发明的一个可能的实施例的附图对本发明作进一步说明。本发明的其它实施例也是可能的，因此，不可用附图中的特殊性来掩盖上述的本发明的通用性，附图中：
图1是表示三气缸两冲程发动机中有关气缸间的连接的一系列简图；
图2是表示平顶发动机气缸的简图，示出了气缸上的孔的位置。
参见图1，发动机气缸以标号1、2、3表示，显然，标号为4、5、6的各个气缸的活塞是以普通的方式连接到一个共公曲轴(未示出)上，并且，它们彼此间的曲轴轴线为中心各分开120°。在气缸1、2、3各自的气缸壁上设置有两个小孔A和B，下面将以其与各气缸的标号综合示之，故气缸1的小孔以1A、1B表示，气缸2的小孔以2A、2B表示，气缸3的小孔以3A、3B表示。可以看出，孔A和B的设置是沿气缸1、2、3的轴线方向彼此隔开的，因此，当活塞4、5、6从上死点位置向下移动时，孔A将首先露出以便在活塞4、5、6的高度之上形成与气缸1、2、3区相连通的通道，当活塞移动至下死点时，孔B露出，从而在活塞4、5、6的高度以上与燃烧室相连通。如图2所示，孔A位于气缸1、2、3的排气口10以及主输气口和辅助输气口11和12之上，因此，在燃气从排气口10开始排出以及主轴气口和辅助输气口11和12打开之前，孔A便已露出而与燃烧室相连通。
此外，孔B则位于当输气口11和12也与燃烧室相连通时与燃烧室相连通的地方。但是，在排气口10和输气口11和12关闭之前孔B便已关闭。上述的孔A和B位于气缸1、2、3上与排气口10相对的一侧。
图1所示的三缸发动机的三个代表符号X、Y和Z分别代表该发动机各个活塞4、5、6在它们位于上死点处时的相对位置，也就是说，X表示活塞4位于气缸1的上死点位置，Y表示活塞5位于气缸2的上死点位置，Z表示活塞6位于气缸3的上死点位置。为了清楚起见，有关的孔A和B之间的连通通道7、8和9仅仅示出在X、Y、Z图中孔A和B位于各自的通道7、8、9的端部且被露出故有燃气流过的情况。
下面参见图1中的X部分，孔3A通过通道7与孔2B相连通，故允许燃气从气缸3流到气缸2。在Y部分，孔1A和3B通过通道8相连通，故可使燃气从气缸1流入气缸3。最后，在Z部分，孔2A与孔1B相连通，故燃气经由通道9从气缸2流入气缸1。
可以看出，在图1所示的各代表符号部位中，有关的孔之间由通道7、8和9连续沟通。但是，这些通道7、8、9中不是经常都有燃气流过的。例如，在X部分，孔2A和1B之间就没有燃气流过，因为，此时活塞4、5、6的排列使气缸1的活塞4位于上死点处，故堵住了孔1B。因此，通道9增压，燃气不从气缸2流入气缸1。同理，由于气缸1和3中活塞4和6各自位置的原因，在X部分中的孔1A和3B之间也没有燃气流动。
在某些发动机结构中，最好在每个通道7、8和9中安装一个控制阀，以便能够进一步控制由有关的通道7、8、9连接起来的气缸1、2、3之间燃气流的流通持续时间和/或开始流动的时间。在这种情况下，通道7、8和9中各安装有适当的阀，而这些阀的动作是由带有程序的电子控制装置按照所需的燃气流通的开始时间和持续时间来控制的。
如上所述，可以有两个或更多个孔A和B与通道系统相连通以便使所需的燃气在开始燃烧之前流入有关的气缸1、2、3中。
上面说明了本发明在两冲程内燃机中的应用，但是，本发明显然也适用于四冲程发动机。

Claims (18)

1.一种控制带有多个气缸和多个分别安装在上述各气缸内的活塞的内燃机的方法，其特征在于，当至少一个气缸中的活塞进行膨胀冲程时，燃气从上述的至少一个气缸流入至少一个其它的气缸，上述的燃气流动过程是在上述的至少一个供给燃气的气缸与至少一个接受燃气的气缸之间的燃气压力差的作用下进行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于燃气的流动与发动机的排气装置无关。
3.一种控制带有多个气缸和多个分别安装在上述各气缸内的活塞的内燃机的方法，上述的方法包括，连通至少一个其活塞处在膨胀冲程的气缸与至少一个其活塞处在压缩冲程的其它气缸，上述的连通是在相通的气缸中的压力差形成一种从至少一个气缸流入至少一个其它的气缸的燃气流时开始的。
4.根据权和要求3所述的方法，其特征在于上述的连通与发动机的排气装置无关。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于发动机的每一个气缸的位置排列成可使燃气流入第一个上述气缸和接受来自第二个上述气缸的燃气。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，它还包括在输送燃气的过程中对燃气进行冷却。
7.一种带有多个气缸和多个分别安装在上述各气缸内的活塞的内燃机，含有用于沟通至少一个气缸和至少一个其它气缸的机构，因此，在上述气缸之间的压力差作用下，燃气从活塞处在膨胀过程的至少一个气缸流向其活塞处在压缩过程的至少一个其它的气缸。
8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于气缸之间连通与发动机的排气装置无关。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的发动机，其特征在于发动机的每一个气缸与二个其它气缸连通用方使燃气流入一个气缸和用于接受来自另外一个气缸的燃气。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的发动机，其特征在于，每个上述气缸的气缸壁上带有一个与另一个上述的气缸的气缸壁上的孔相连通的孔，上述的孔在有关气缸上的位置可使一个上述的气缸中的活塞处在膨胀冲程时，燃气流向其活塞处在压缩冲程的另一个上述的气缸中。
11.根据权利要求10所述的发动机，其特征在于，上述的有关气缸间的连通是由至少一条管道实现的，该管道的各端部根据活塞在气缸中的行程与气缸壁上不同高度的孔相连通。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的发动机，其特征在于，至少有一个气缸安排成当其活塞进行膨胀冲程时可对风道或通道供应燃气，而上述的风道或通道又与工作循环过程中位于较低压力部位的至少一个其它的气缸相连接，所以燃气能够从上述风道或通道流入到上述的至少一个其它的气缸中。
13.根据权利要求12所述的发动机，其特征在于，在每个气缸的壁上设置有适当的孔，用于向风道或通道供给燃气，其特征在于，在每个气缸的气缸壁上还设置有另外的孔，用来将从上述风道或通道中排出的燃气引入每个气缸中。
14.根据权利要求13所述的发动机，其特征在于，每个气缸的孔相对于气缸内活塞的行程而位于不同的高度。
15.根据权利要求12到14任一项所述的发动机，其特征在于，上述的输送燃气的风道或通道位于发动机冷却装置的附近以便冷却上述燃气。
16.根据权利要求11，12至14任一项所述的发动机，其特征在于，上述冷却装置设置在发动机上，用于在燃气的输送过程中冷却它。
17.根据权利要求10，11，13或14任一项所述的发动机，其特征在于，单独的阀装置设置在各自的孔上或每二个相互连通孔中的一个孔上。
18.根据权利要求11所述的发动机，其特征在于，上述单独的阀装置设置在上述管道中或设置在每一个管道中。
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