CN114294089A - 具有预燃室的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有预燃室的内燃机。内燃机优选地大型二冲程内燃机包括：气缸盖(4)和具有气缸套(8)的气缸(10)；至少一个活塞(9)，其能往复运动地接纳在形成在所述气缸(10)中的气缸容积(5)中。所述内燃机还包括：至少一个预燃室(2)，其优选地布置在所述气缸盖(4)中，预燃室(2)的预燃室容积(11)流体连接到所述气缸容积(5)，以点燃气体/空气混合物；以及至少一个排气阀(6)，其布置在所述气缸盖(4)中，以控制从所述气缸容积(5)到所述内燃机(100)的排气管(7)的气体流动。所述预燃室(2)包括能流体连接到所述排气管(7)的出口(1)。

Description

具有预燃室的内燃机
技术领域
本发明涉及包括预燃室的内燃机、操作具有预燃室的内燃机的方法、预燃室和计算机程序。
背景技术
大缸径、稀薄工作气体发动机通常包括预燃室组件，以便确保发动机中的点火过程。预燃室包括经由一个或更多个小孔口与气缸的主燃烧室流体连通的预燃室容积。
本发明优选地涉及气缸的内径为至少200mm的内燃机，如同大型海船用或船舶用发动机或固定式发动机。发动机优选地是二冲程发动机或二冲程十字头式发动机。发动机可以是气体发动机、双燃料或多燃料发动机。发动机速度优选地低于800RPM(四冲程)，更优选地低于200RPM(二冲程)，这表明了低速发动机的标志。
预燃室尤其用在需要强大点火源的所谓的稀薄燃烧发动机中。在这种情况下，预燃室用于提供高能量以点燃主燃烧室中的稀薄气体混合物。在预燃室中，源自主燃烧室的稀薄的基本空气-气体混合物可要么通过喷射在过量空气中反应并在超过一定压力和温度条件时自燃的适当燃料来点燃，要么借助电热塞或火花塞与直接在预燃室中加入适量气体可能获得的局部化学计量空气-气体混合物相结合来点燃。
预燃室的形状取决于实际的点火方法。带或不带电热塞的引燃燃料点火可提供比常规的火花预燃室点火系统更高的点火能量。
要求通常是快速且可重复地混合引入预燃室中的基本空气-气体燃料混合物以及最终待喷射的引燃燃料。
预燃室必须为每个新的周期做好准备。前一周期中残留在预燃室中的残余物可造成温度升高，并可促成不适当的自燃。
尽管已知了多个预燃室布置，但它们不能够同时满足上述要求。
因此，本发明的目的是避免现有技术的缺点，并提供内燃机、使用内燃机的方法和预燃室，其中，预燃室可相对于燃烧周期最佳地工作。
发明内容
该目的是通过根据本发明的内燃机、内燃机的操作方法、预燃室以及根据本发明的计算机程序来实现的。
内燃机优选地是大型二冲程内燃机。
内燃机包括气缸盖和具有气缸套的至少一个气缸。至少一个活塞能往复运动地接纳在形成在所述气缸中的气缸容积中。
通常，活塞连接到曲轴。活塞被布置为在发动机操作期间在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间往复运动。
至少一个排气阀布置在气缸盖中，以控制从所述气缸容积到内燃机的排气管的气体流动。
内燃机包括用于点燃气体/空气混合物的至少一个预燃室。
预燃室的容积与燃烧气缸的压缩容积的比率可介于0.1-1％之间，优选地0.1-0.8％之间，最优选地0.1-0.5％之间。
具有预燃室容积的至少一个预燃室流体连接到气缸容积。预燃室可布置在气缸盖中。
预燃室包括能与排气管流体连接的至少一个出口，并且预燃室包括至少一个出口阀以控制从预燃室到排气管的排气流动。假使预燃室包括不止一个出口，各出口能由阀控制。出口阀可能滑动地接纳在所述预燃室中，并可与设置在预燃室的壁中的出口阀座协作。
预燃室的出口(特别地出口阀的阀座)可布置成与用于允许流体连接到气缸容积孔口或导管间隔开。出口可与孔口或导管相对地布置。
内燃机可包括至少一个支线管(feeder pipe)，支线管流体连接到排气管并能流体连接到预燃室的出口。
预燃室可通过一个或更多个支线管能流体连接到排气管。支线管允许预燃室布置成与排气阀间隔开。
排气阀可布置在气缸盖的中央。预燃室可布置在气缸盖中，预燃室朝向气缸套的距离小于朝向气缸的径向中心的距离。因此，预燃室可相对于燃烧气缸的主轴线偏心地布置。
另选地，排气阀可相对于燃烧气缸的主轴线偏心地布置。
优选地，内燃机包括恰好一个预燃室，该预燃室具有一个或更多个出口。
预燃室可围绕排气管布置。预燃室可相对于排气阀布置成环形。
内燃机可包括不止一个预燃室，优选地，所有预燃室都具有出口和出口阀。
优选地，气缸包括布置在气缸套中的进气口。特别地，气缸包括布置在气缸套中的扫气口。内燃机可以是纵向冲洗的二冲程发动机。
预燃室可包括用于点燃气体-空气混合物的点火装置，优选地，点火装置为延伸到预燃室的点火室中的火花塞。
预燃室可包括用于喷射适当引燃燃料的喷射装置，特别地，喷射装置为燃料喷嘴。通过喷射引燃燃料，可在燃烧周期的限定点处实现气缸中的点火。引燃燃料可以是气体或柴油。引燃燃料优选地是液体燃料。
内燃机可包括用于设置出口阀的第一设置单元。第一设置单元用于致动出口阀。出口阀可由压缩空气、液压地或电动地致动。第一设置单元还可适于设置多个出口阀，例如，一个预燃室的多个出口阀和/或不同预燃室的多个出口阀。
优选地，内燃机包括用于设置至少一个排气阀的第二设置单元。第二设置单元用于致动排气阀。排气阀可由压缩空气、液压地或电动地致动。如果一个气缸包括不止一个排气阀，则所有排气阀可有一个第二设置单元或者可有多个第二设置单元，例如，各排气阀有一个第二设置单元。
因此，出口阀和排气阀可被彼此独立地致动。
另选地，排气阀和出口阀的致动可相联接，使得一个阀的移动可引起另一个阀的移动。
设置单元可包括开关和/或阀。
在内燃机的有利实施方式中，内燃机包括用于随着所述活塞的移位以适当的定时顺序操作所述出口阀和所述排气阀的控制单元。
控制单元包括至少一条输出线，所述至少一条输出线优选地连接到或能连接到用于设置所述出口阀的第一设置单元和/或用于设置所述排气阀的第二设置单元。
优选地，控制单元包括至少第一输出线和至少第二输出线。第一输出线可连接或能连接到用于设置所述排气阀的第一设置单元，第二输出线可连接或能连接到用于设置所述排气阀的第二设置单元。
特别地，控制单元适于控制所述出口阀，并优选地控制所述至少一个排气阀。控制单元可经由相应的输出线向相应的设置单元发送对应的信号。
控制单元可适于控制所述出口阀和所述至少一个排气阀，使得这两个阀在压缩、燃烧和膨胀期间以及在活塞经过其上止点时闭合。控制单元可用于在活塞经过上止点之后以及在活塞向下移动的同时打开排气阀。
控制单元可用于优选地在排气阀打开之后和/或在空气开始进入气缸之后打开出口阀以逐出残留在预燃室内的任何残余物。
控制单元可用于在活塞经过其下止点并且空气停止进入气缸之后闭合出口阀。优选地，同时或随后，控制单元可用于闭合排气阀。
优选地，控制单元还适于控制气缸中的进气口。内燃机可包括用于设置进气阀的设置单元，控制单元可包括可连接或能连接到用于设置进气阀的设置单元的另一输出线。
本发明的目的还通过操作如上所述的内燃机的方法来实现。该方法包括以下步骤。
在压缩、燃烧和膨胀期间以及在活塞经过其上止点时，使至少一个排气阀和预燃室的至少一个出口阀保持闭合。
在活塞向下移动的时间期间，打开排气阀，使得排气可从气缸逸出。在排气阀打开之后，空气可进入气缸。排气被从气缸冲出。
优选地是在排气阀打开之后和/或在空气开始进入气缸之后，打开出口阀以逐出残留在预燃室内的任何残余物。
在活塞经过其下止点并且空气停止进入气缸中之后，闭合出口阀，并且优选地同时或随后，闭合排气阀。
本发明的目的还通过用于如上所述的内燃机的预燃室来实现。预燃室包括能与内燃机的排气管流体连接的出口，并且预燃室包括出口阀以控制从预燃室到排气管的排气流动。
本发明的目的还通过计算机程序来实现，该计算机程序用于加载到计算机中和/或在计算机上运行，其中，该计算机程序适于执行如上所述的用于操作内燃机的方法，特别地，随着所述活塞的移位以适当的定时顺序操作所述出口阀和所述排气阀的方法。
计算机程序可被加载到如上所述的内燃机的控制单元上和/或在控制单元上运行。
计算机程序可被加载到船舶的中央计算机装置上和/或在中央计算机装置上运行。
附图说明
下面，借助附图在实施方式中进一步说明本发明：
图1示出了内燃机的第一示例的一部分的示意性剖视图；
图2a至图2d在内燃机的一部分的剖视图中示意性示出了燃烧周期期间阀的各种位置；
图3示意性示出了燃烧周期期间阀的设置；
图4示出了内燃机的示意图；
图5示出了内燃机的第二示例的一部分的示意性剖视图；
图6示出了内燃机的第三示例的一部分的示意性剖视图；
图7示出了内燃机的第四示例的一部分的示意性剖视图。
具体实施方式
图1示出了内燃机100的第一示例的一部分的示意性剖视图。
内燃机100包括气缸盖4和具有气缸套8的气缸10。活塞9在形成于所述气缸10中的气缸容积5内向上向下移动。
扫气口18布置在气缸套8中。当如图所示活塞9处于其下止点时，空气可进入气缸10。
图中未示出的燃料入口也可布置在气缸套中。
排气阀6布置在气缸盖4中，以控制从所述气缸容积5到内燃机100的排气管7的气体流动。
排气管7可将排气引导到排气歧管和/或图中未示出的涡轮增压器的涡轮。
内燃机100还包括布置在气缸盖4中的预燃室2。预燃室导管19将预燃室2的容积11与气缸容积5流体连接。
预燃室2包括能流体连接到排气管7的出口1。出口阀3布置在出口1中。出口阀3能滑动地接纳在预燃室2中，并与设置在预燃室2的壁中的出口阀座12协作。
出口阀3控制预燃室容积11和支线管13之间的流体连通，支线管13将任何流体从预燃室容积11引导到排气管7。
图2a至图2d在内燃机100的一部分的剖视图中示意性示出了燃烧周期期间阀6、3的各种位置。
当如图2a所示活塞9经过其上止点时，排气阀6和出口阀3闭合。
当如图2b所示活塞9进一步向下移动时，排气阀6打开并且残余物开始离开气缸容积5。图中未示出的扫气口打开，新鲜空气开始进入气缸容积5。
此后，如图2c所示，出口阀3也打开。排气通过两个阀3、6离开。
出口阀3的打开允许扫气将燃烧残余物清除出预燃室2。
在活塞9经过其下止点之后，图中未示出的扫气口闭合。
此后，如图2d所示，出口阀3闭合。同时或随后，排气阀6也将闭合，内燃机100再次处于如图2a中所示的状态。
图3示意性示出了燃烧周期期间阀3、6(参见例如图1)和扫气口(参见例如图1)的设置。
在曲轴转角为0°时，活塞6(参见例如图1)处于上止点TDC。两个阀3、6都闭合，这对应于如图2a所示的内燃机100的状态。
活塞向下移动，活塞上方的容积增大。在膨胀期间，压力降低。
在某一点EVO，当曲轴转角增大并且活塞9对应地向下移动时，排气阀6打开，这对应于如图2b所示的内燃机100的状态。
在某一点IPO处，当曲轴转角大于EVO处的曲轴转角时，扫气口也打开。
另选地，扫气口可在排气阀打开之前打开。然而，有在活塞下侧存在大量回火的风险。
在扫气口在点IPO处打开之后，在点SVO处，在曲轴转角180°之前或优选地在曲轴转角180°之后，出口阀3打开，这对应于如图2c所示的内燃机100的状态。
在活塞经过下止点BDC并且曲轴转角大于180°之后，在点IPC处，扫气口闭合。
扫气口因移动的活塞和/或相应的阀而闭合。
当曲轴转角大于180°特别地大于270°时，在点SVC处，出口阀3闭合。同时或随后，在点EVC处，排气阀6也闭合。优选地，出口阀3在扫气口闭合之后且在排气阀6闭合之前或同时闭合。这对应于如图2d所示的内燃机100的状态。
另选地，出口阀可以在排气阀闭合之后闭合。
当活塞接近上止点TDC因此在点EVC和EVO之间时，内燃机的状态对应于图2a。
图4示出了内燃机100的示意图。
内燃机100包括用于设置出口阀3的第一设置单元14和用于设置排气阀6的第二设置单元15。
内燃机100包括随着活塞9的移位以适当的定时顺序操作出口阀3和排气阀6的控制单元16。
控制单元16包括连接到用于设置出口阀3的第一设置单元14的第一输出线17a。
控制单元16包括连接到用于设置所述排气阀6的第二设置单元15的第二输出线17b。
控制单元16包括用于设置扫气口18的第三输出线17c。
内燃机100包括也连接到控制单元16的曲轴转角传感器22。
控制单元16适于根据曲轴转角控制出口阀3和排气阀6。
计算机程序可被加载到控制单元16上并在控制单元16上运行，从而实现图3中示出的燃烧周期。
图5示出了内燃机100的第二示例的一部分的示意性剖视图。在该示例中，预燃室2包括用于喷射引燃燃料的燃料喷嘴20。
图6示出了内燃机100的第三示例的一部分的示意性剖视图。在该示例中，预燃室2包括火花塞21，火花塞21延伸到预燃室的容积11中。
图7示出了内燃机100的第四示例的一部分的示意性剖视图，内燃机100包括两个排气阀6。

Claims (11)

1.一种内燃机，优选地所述内燃机为大型二冲程内燃机，所述内燃机包括：
-气缸盖(4)和具有气缸套(8)的气缸(10)；
-至少一个活塞(9)，其能往复运动地接纳在形成在所述气缸(10)中的气缸容积(5)中；
-至少一个预燃室(2)，其优选地布置在所述气缸盖(4)中，所述至少一个预燃室(2)的预燃室容积(11)流体连接到所述气缸容积(5)，以点燃气体/空气混合物；以及
-至少一个排气阀(6)，其布置在所述气缸盖(4)中，以控制从所述气缸容积(5)到所述内燃机(100)的排气管(7)的气体流动，
其特征在于，
所述预燃室(2)包括能与所述排气管(7)流体连接的出口(1)，并且所述预燃室(2)包括出口阀(3)以控制从所述预燃室(2)到所述排气管(7)的排气流动。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述出口阀(3)能滑动地接纳在所述预燃室(2)中，并与设置在所述预燃室(2)的壁中的出口阀座(12)协作。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其中，所述内燃机(100)包括支线管(13)，所述支线管(13)流体连接到所述排气管(7)并能流体连接到所述预燃室(2)的所述出口(1)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述气缸(10)包括布置在所述气缸套(8)中的进气口(18)，特别地所述进气口(18)为扫气口。
5.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述预燃室(2)包括延伸到所述预燃室(2)的容积(11)中的用于点燃气体-空气混合物的点火装置(21)，优选地所述点火装置(21)为火花塞，和/或
所述预燃室(2)包括用于喷射适当燃料的喷射装置(20)，特别地所述喷射装置(20)为燃料喷嘴。
6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述内燃机(100)包括用于设置所述出口阀(3)的第一设置单元(14)和优选地用于设置所述至少一个排气阀(6)的第二设置单元(15)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机，其中，所述内燃机包括用于随着所述活塞(9)的移位以适当的定时顺序操作所述出口阀(3)和所述排气阀(6)的控制单元(16)，
所述控制单元(16)包括至少一条输出线(17a，17b)，所述输出线优选地连接到或能连接到用于设置所述出口阀(3)的第一设置单元(14)和/或用于设置所述排气阀(6)的第二设置单元(15)，
所述控制单元(16)特别地适于控制所述出口阀(3)和优选地所述至少一个排气阀(6)。
8.根据权利要求7所述的内燃机，其中，所述控制单元(16)适于控制所述出口阀(3)和所述至少一个排气阀(6)，使得
-在压缩、燃烧和膨胀期间以及在所述活塞(9)经过其上止点时，这两个阀(3，6)闭合，
-在所述活塞(9)向下移动时，所述排气阀(6)打开，
-优选地在所述排气阀打开之后和/或在空气开始进入所述气缸(10)之后，所述出口阀(3)打开以逐出残留在所述预燃室(2)内的任何残余物；
-在所述活塞(9)经过其下止点并且空气停止进入所述气缸(10)之后，所述出口阀(3)闭合，并且优选地同时或随后，所述排气阀(6)闭合。
9.一种操作根据前述权利要求中任一项所述的内燃机的方法，所述方法包括以下步骤：
-在压缩、燃烧和膨胀期间以及在所述活塞(9)经过其上止点时，使所述至少一个排气阀(6)以及所述预燃室的出口阀保持闭合，
-在所述活塞(9)向下移动时，打开所述排气阀(6)，
-让空气进入所述气缸(10)，
-优选地在所述排气阀打开之后和/或在空气开始进入所述气缸(10)之后，打开所述出口阀(3)，以逐出残留在所述预燃室(2)内的任何残余物；
-在所述活塞(9)经过其下止点并且空气停止进入所述气缸(10)中之后，闭合所述出口阀(3)，并且优选地同时或随后，闭合所述排气阀(6)。
10.一种用于根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机(100)的预燃室，其特征在于，所述预燃室(2)包括能与所述内燃机(100)的排气管(7)流体连接的出口(1)，并且所述预燃室(2)包括出口阀(3)以控制从所述预燃室(2)到所述排气管(7)的排气流动。
11.一种计算机程序，其用于加载到计算机中和/或在计算机上运行，其中，所述计算机程序适于执行根据权利要求9所述的方法，以操作根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机。
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