CN115176076A - 分置循环内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

提供了一种分置循环内燃发动机，其设有发动机缸体和具有多个膨胀缸(16b)和旋转驱动轴的膨胀部段，该旋转驱动轴由发动机缸体的第一部分支承并且由膨胀缸(16b)操作；该发动机还设置有压缩部段，该压缩部段包括具有旋转从动轴的容积式压缩机，该旋转从动轴由发动机缸体的第二部分支承并且与旋转驱动轴不同且间隔开；容积式压缩机具有至少一个压缩缸(16a)，所述至少一个压缩缸(16a)沿着轴线(42a)延伸，该轴线(42a)相对于膨胀缸(16b)的轴线(42b)倾斜以形成角度(A)。

Description

分置循环内燃发动机
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年12月9日提交的意大利专利申请No.102019000023358的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过参引并入本文。
技术领域
本发明涉及分置循环内燃发动机。
背景技术
众所周知，分置循环发动机包括至少一个压缩缸和至少一个燃烧缸或膨胀缸，至少一个压缩缸专用于氧化空气的压缩，至少一个燃烧缸或膨胀缸通过一个或更多个入口阀与压缩缸连通，以在每个循环中接收压缩空气的装填以及燃料喷射。膨胀缸专用于空气/燃料混合物的燃烧、已燃烧气体的膨胀以产生机械能量、以及所述气体的排出，因此膨胀缸基本上像二冲程发动机那样作用，该二冲程发动机又驱动压缩缸。
膨胀缸和压缩缸通常成直线地布置，即膨胀缸和压缩缸布置在沿着同一旋转轴彼此对准的位置中。
已经对这类发动机进行了很多研究，并且这些年来制造了一些样机，这主要针对在能源产生领域的使用，但在汽车行业中也有应用需求。在该行业中，需要下述解决方案：该解决方案能够与在现有车辆的发动机室中可获得的布局和空间兼容。特别地，需要一种相对紧凑的解决方案，该解决方案具有可以与在车辆中已经可获得的用于安装现有四冲程发动机的空间相当的尺寸，以便能够用分置循环发动机替换该发动机，从而提高性能和/或减少消耗和污染排放，但同时也限制将对发动机室的其他部件进行的改变，并且更通常地说，限制该车辆设备产生的成本。
此外，需要一种分置循环发动机，该分置循环发动机可以通过下述方式来制造：尽可能多地使用已经通常用于制造车辆的普通四冲程发动机的技术和知识，并且尽可能少地修改发动机本身的不同的装置、附件、管道、部件等。
因此，本发明的目的是提供一种分置循环内燃发动机，该分置循环内燃发动机以简单且经济的方式满足上面讨论的需求。
发明内容
根据本发明，提供了一种如权利要求1中所限定的分置循环内燃发动机。
附图说明
在阅读以下参照附图通过非限制性示例提供的优选实施方式的详细描述后，将最好地理解本发明，在附图中：
-图1是示出设置有根据本发明的优选实施方式的分置循环内燃发动机的发动机系统的示意图；
-图2以立体图并且以为了更清楚而移除零件的方式示出了图1的示意图中所示的分置发动机；
-图3和图4分别是后视图和侧视图，其以简化的方式并且以示意性零件示出了图2的分置循环发动机；以及
-图5和图6分别是根据图4的截面线V-V和VI-VI的横截面。
具体实施方式
参照图1中示意性示出的内容，附图标记1表示发动机系统，该发动机系统被设计成安装在车辆(未示出)、特别是机动车辆或农业机械的发动机室中，以用于驱动车辆。
系统1包括：分置循环内燃发动机2；管线3，该管线3用以将空气给送至发动机2；管线4，该管线4用以将来自发动机2的排放气体朝向排放系统或后处理系统(未示出)输送；以及喷射系统5，该喷射系统5用以将燃料给送至发动机2。此外，系统1优选地包括：增压压缩机6，该增压压缩机6沿着管线3安装以对给送至发动机2的空气进行压缩，并且该增压压缩机6例如由涡轮机7驱动，该涡轮机7又由发动机2产生的已燃烧气体操作，所述涡轮机沿着管线4布置；以及热交换器8，该热交换器8例如由所谓的中间冷却器限定，该热交换器8沿着管线3布置在压缩机6与发动机2之间，以冷却由压缩机6压缩的空气。
发动机2包括压缩部段10a和膨胀部段10b：压缩部段10a专用于来自管线3的空气的压缩并且包括容积式压缩机12，该容积式压缩机12由往复式活塞压缩机限定。压缩机12优选地必须能够在超过70巴的压力下操作。
另一方面，膨胀部段10b通过一个或更多个连接管道13和进气歧管14(图4)接收来自压缩部段19a的压缩空气。部段10b还接收由系统5给送的燃料，并且专用于空气/燃料混合物的燃烧、燃烧产生的气体的膨胀、以及所述气体的排出，使得膨胀部段10b基本上像二冲程发动机那样作用。由于部段10b专用于这些阶段，因此燃烧在没有显著的温度变化的情况下进行，因此与四冲程发动机相比降低了排放水平。
参照图4，压缩机12包括一个或更多个压缩缸16a。例如，有三个缸16a。每个缸16a包括相应的衬套17a和相应的活塞18a，从而在衬套17a与活塞18a之间限定压缩腔19a，该压缩腔19a被设计成接收通过管线3的一个或更多个入口阀20a(图1)的空气流。活塞18a设置有往复运动，以便在每个循环中执行进气冲程和压缩冲程，在进气冲程期间，空气流动到压缩腔19a中，在压缩冲程期间，空气被压缩并且然后通过一个或更多个递送阀21a(图1)流出压缩腔19a进入对应的管道13。压缩机12还包括旋转轴23a，该旋转轴23a特别地由曲轴限定并且为活塞18a提供上述往复运动。
参照图3，膨胀部段10b包括多个膨胀缸(或燃烧缸)16b。例如，缸16b的位移是缸16a中的一个缸的位移的二倍至三倍。每个缸16b包括相应的衬套17b和相应的活塞18b，从而在衬套17b与活塞18b之间限定燃烧腔19b，该燃烧腔19b被设计成通过一个或更多个进气阀20b接收来自歧管14和/或来自管道13的空气以及由系统5喷射的燃料。活塞18b进行具有膨胀冲程和排放冲程的往复运动，在膨胀冲程期间，空气和燃料流动到燃烧腔19b中并形成混合物，该混合物(以受控的方式或自发地)被点燃，以便然后产生已燃烧气体的膨胀并产生机械能量，在排放冲程期间，已燃烧气体通过一个或更多个排放阀21b(图1)排出到管线4中。
活塞18b操作旋转驱动轴23b，该旋转驱动轴23b由曲轴限定并且引起轴23a的旋转。根据本文中未示出的替代性实施方式，压缩机12的轴23a由电动马达驱动，该电动马达由发电机产生的电流供电，发电机又由驱动轴23b直接或间接驱动。
根据本发明的一方面，轴23a和23b绕相应的轴线41a和41b旋转，轴线41a和41b是不同的并且彼此间隔开，并且特别是平行的。活塞18a和8b沿着相应的轴线42a和42b滑动，轴线42a和42b优选地相对于彼此倾斜以在轴线42a与轴线42b之间形成角度A，角度A例如在从0°到30°的范围内。同时，发动机2包括发动机缸体43，其中结合了压缩机12。换言之，根据图5和图6，发动机缸体43包括两个部分43a和43b：部分43a容纳压缩缸16a并且支承轴23a，而部分43b容纳膨胀缸16b并且支承轴23b。更详细地，图6显示了部分43a和43b分别容纳衬套17a和17b，并且是中空的以允许将轴23a和23b连接至相应的活塞18a、18b的连接杆的柄部通过。
缸16a与缸16a不成直线；实际上，部分43a沿着与轴线41b和42b正交的方向44布置在部分43b旁边。在本文中所示的具体示例中，发动机缸体43限定了一个单个的整体件(通过铸造制造)。根据本文中未示出的变体，部分43a和43b可以限定通过铸造制造的彼此固定的相应的不同件。
根据图5，轴23a和23b借助于相应的主轴承以旋转方式联接至发动机缸体43，主轴承接合相应的座44a和44b。部分43a和43b限定了座44a和44b的上部部分。在本文中所示的特定示例中，发动机2还包括下部发动机缸体45，该下部发动机缸体45限定了座44a和44b的下部部分、以此处未示出的已知方式固定至发动机缸体43、并且优选地由(通过铸造制造的)整体件限定。
参照图3，发动机2还包括机械传动装置48、例如齿轮传动装置，以将运动从轴23b传递至轴23a。特别地，传动装置48在发动机2的后端部的区域中、在合适的壳体中布置在发动机缸体43的外侧(其中，“前端部”是指通常安装有风扇49以输送外部冷却空气的端部，而“后端部”是指通常安装有此处未示出的飞轮的端部)。根据本文中未示出的变体，传动装置48安装在相反的位置，即安装在轴23a和23b的前端部处。
发动机2还包括两个缸盖50a和50b，缸盖50a和50b在图3中示意性地示出，缸盖50a和50b彼此不同，分别是部段10a和10b的一部分，并且以此处未示出的已知方式固定至发动机缸体43。换言之，缸盖50a固定至部分43a并且承载阀20a和21a，而缸盖50b固定至部分43b并且承载阀20b和21b。发动机缸体43的部分43a和43b以及缸盖50a、50b具有此处未示出的合适的内部通道，以对发动机2进行冷却和润滑。特别地，部分43a和43b通过同一润滑系统润滑，而部分43a和43b可以共用同一冷却系统或由独立的系统冷却。
根据在图1和图4中以示意的方式示出的本发明的优选方面，系统1包括热交换器55，该热交换器55在某一位置固定至发动机2，以便将热从管线4传递至由部段10a压缩的空气在其中流动的管道13和/或歧管14。特别地，热交换器55布置在涡轮机7的下游并且通过适当的分配器56(图2)接收来自压缩机12的空气。热交换器55也被称为“换热器”，因为热交换器55从排放气体中回收能量以允许引入到膨胀缸16b中的空气团达到更高的温度。
特别地，根据图3，热交换器55布置在缸盖50a上方，并且更特别地，平行于方向44布置在缸盖50b旁边的位置。热交换器55优选地固定至仅缸盖50b。
由于上述原因，发动机2和系统1的优点对于本领域技术人员来说是明显的。特别地，压缩机12的轴23a与驱动轴23b的分离和间隔的事实允许压缩部段10a的部件的设计方面的更大的自由度，并且允许独立于膨胀缸16b以专用方式冷却压缩机12的可能性。更详细地说，将压缩部段10a沿着方向44放置在膨胀部段10b旁边的事实以及在轴线42a与42b之间使用倾斜的“V”形构型的事实产生了具有能够与汽车工业的发动机室中可用的空间兼容的尺寸的极其紧凑的解决方案，并且同时允许制造商使用与已经用于制造现有内燃发动机的技术和/或生产线相似的技术和/或生产线。
例如，对具有六个膨胀缸的分置循环发动机进行了一些初步研究，该具有六个膨胀缸的分置循环发动机从现有的具有六个缸(具有约9升的排量)的四冲程柴油发动机开始获得，并且假设分置循环发动机的六个膨胀缸(16b)与所述四冲程发动机的六个缸(在尺寸、位置、结构等方面)相同；对所述四冲程发动机进行修改，以将压缩部段10a简单地结合在六个现有缸的旁边。特别地，使用了具有150kW功率和3升排量的往复式容积式压缩机。通过根据本发明的布局，可以获得与“传统的”柴油内燃发动机的功率和扭矩相似的功率和扭矩，该“传统的”柴油内燃发动机具有比修改的发动机的排量大35％的排量，但具有有利的消耗、重量、尺寸和/或排放。
改变相对简单，并且仅需要进行少量改变。同时，为了制造分置循环发动机，可以使用相同的、已经使用的生产线。
就上述其他特征而言，轴线42a和42b的布置有助于优化尺寸；传动装置48的后部布置允许限制扭转振动；并且将发动机缸体43制造为一个单件的事实允许部分43a与部分43b一起借助于通常用于制造发动机缸体的相同铸造技术在一个单个操作中制造。
此外，压缩部段10a在膨胀部段10b旁边的布置允许热交换器55被放置在有利的位置，这使整个系统1的布局保持紧凑。
由于上述原因，明显的是，发动机2可以经受改变和变型，而不会因此超出所附权利要求中阐述的保护范围。
将运动传递至轴23a的传动装置48可以与本文中所示的传动装置不同，例如，如果压缩机12布置在发动机2的前端部的区域中，则传动装置48可以包括链传动装置或齿形带传动装置。
系统1可以具有用以将液体物质注入到压缩机12的腔19a中的系统；以这种方式，在压缩期间，该物质会蒸发并且由于相变而吸收热，使得其防止空气温度超过其沸腾温度。

Claims (5)

1.一种分置循环内燃发动机(2)，包括：
-发动机缸体(43)，所述发动机缸体(43)包括第一部分(43b)和第二部分(43a)；
-膨胀部段(10b)，所述膨胀部段(10b)包括：
a)多个膨胀缸(16b)，多个所述膨胀缸(16b)布置在所述第一部分(43b)中，以及
b)旋转驱动轴(23b)，所述旋转驱动轴(23b)由所述第一部分(43b)支承并且由所述膨胀缸(16b)驱动；
-压缩部段(10a)，所述压缩部段(10a)包括容积式压缩机(12)，所述容积式压缩机(12)具有旋转从动轴(23a)并且是往复式压缩机，所述往复式压缩机包括布置在所述第二部分(43a)中的至少一个压缩缸(16a)；
所述旋转从动轴(23a)由所述第二部分(43a)支承并且与所述旋转驱动轴(23b)不同且间隔开；
所述第一部分(43b)和所述第二部分(43a)沿着与所述旋转驱动轴(23b)的旋转轴线(41b)正交的方向(44)并排布置；
其中，所述膨胀缸(16b)和所述压缩缸(16a)包括相应的活塞(18b、18a)，所述活塞(18b、18a)能够沿着相应的轴线(42b、42a)移动，所述轴线(42b、42a)相对于彼此倾斜以形成角度(A)。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述角度(A)在0°与30°之间。
3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述旋转驱动轴(23b)的旋转轴线(41b)和所述旋转从动轴(23a)的旋转轴线(41a)彼此平行。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机，其中，所述第一部分(43b)和所述第二部分(43a)形成整体件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机，其中，所述发动机还包括机械传动装置(48)，所述机械传动装置(48)适于将运动从所述旋转驱动轴(23b)传递至所述旋转从动轴(23a)并且布置在所述发动机的端部处。
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