CN1165241A - 带有阀门运动控制装置的两冲程发动机 - Google Patents

带有阀门运动控制装置的两冲程发动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两冲程发动机，它至少包括：一可有一活塞(112)于其中运动的气缸(111)，该气缸的一端连通于一曲轴箱(115)，曲轴箱内有发动机曲轴(114)；一压力储能管(87)，其一端开口于所述曲轴箱，而另一端则开口于气缸(111)的燃烧室(113)；一阀门(86)，它在燃烧室(113)和储能管(87)之间提供了一间歇的密封；一用来使流经所述储能管(87)的汽油汽化的装置(88)；一用来控制所述阀门(86)的运动的装置(82)，它包括一个分隔了第一腔室(95a)和第二腔室(95b)的柔性薄膜(89)，所述薄膜连接于阀杆。本发明的发动机还包括一设置在第二腔室(95b)和气缸(111)之间的第一连接装置(92)，所述装置旨在通过控制所述腔室(95b)内的压力来延迟所述阀门(86)的开启。

Description

带有阀门运动控制装置的两冲程发动机
本发明涉及带有可控气动喷射的两冲程发动机。
更具体地说，本发明涉及对一单缸或多缸两冲程发动机中燃油的气动喷射装置的控制和监测。
控制气动喷射的一种传统的方式是，将阀门连接于一凸轮轴。由于每个凸轮都会影响阀门的精确运动，而且，支承着若干个凸轮的凸轮轴，其总的运动要受凸轮影响，所以这种纯机械的方式缺乏灵活性。因此，这种技术只能形成对凸轮轴上所有阀门相同的总的控制，要进行调节是困难的，而且，如凸轮和/或阀门中任何一个产生的问题都会影响相关的所有其它部件。
已经知道有这样一种在控制上更为灵活的系统，它是基于协同控制着阀门运动的各腔室之间的压力变化来进行控制的。
因此，法国专利FR-2,656,653和FR-2,656,656中揭示了一种多缸两冲程发动机，其气动的燃油喷射靠各腔室内的压力差完成。因为压力差是由各缸工作循环之间存在的角度偏差而产生，所以这种已有技术特别涉及多缸发动机。
本发明的目标是简化上述技术，特别是可将其运用于用上述已有技术不能做到的单缸发动机上。
总的来说，本发明的目的在于，利用气缸的工作循环中本身固有的压力变化来自动地驱动该气缸内的气动燃油喷射装置。换言之，本发明目标是，在发动机每一转中，精确地并按预定时间自动控制气门开闭，而不采用诸如凸轮轴之类的机械控制装置。只影响本申请之新颖性的法国专利EN.94/10,782中揭示了一种具有所述特性的发动机。然而，与本发明不同的是，该已有技术只可用于单缸发动机或者是相互独立运行的发动机。此外，如下文所述，本发明中采用的连接关系和压力源是不同的。
本发明的一个根本问题在于气动喷射的控制。本发明旨在延迟气动喷射，并且相对于已有技术的发动机能在每一发动循环中更精确地延迟。
此外，在例如上述专利EN.94/10,782或法国专利FR-2,656,653中揭示的那些发动机中，于曲轴箱内设置了一凸缘，以便控制气动喷射所需的空气流速。
这些凸缘是发动机中增加的零件，因此需要花更多时间和精确地调节。本发明提供了一种简单的方案，无需用凸缘来控制空气流速。
此外，根据上述实施例，在高速和/或高负载情况下，曲轴箱内的压力并不总是很充分的。
对专利申请EN.94/10,782而言，存在着这样一个问题，即，气体在连接曲轴箱和喷射装置的管道内的传递需要一定时间，这个问题在发动机速度非常高的情况下更加明显。
利用本发明可以解决上面提到过的以及其它的一些问题。
本发明的一种两冲程发动机至少应包括：
一可有一活塞于其中运动的气缸，该气缸的一端连通于一曲轴箱，曲轴箱内设有一发动机曲轴；
一压力储能管，其一端开口于所述曲轴箱，而另一端则开口于气缸的燃烧室；
一阀门，它在燃烧室和储能管之间提供一间歇的密封；
一用来使流经所述储能管的汽油汽化的装置；
一用来控制所述阀门运动的装置，它包括一个分隔了一第一腔室和一第二腔室的柔性薄膜，所述薄膜连接于阀杆。
根据本发明的发动机还包括一设置在第二腔室和气缸之间的一第一连接装置，所述装置旨在通过控制所述腔室内的压力来延迟所述阀门的开启。
本发明的发动机最好还包括一设置在第一腔室和所述气缸之间的第二连接装置，所述第二连接装置的长度大于所述第一连接装置。
所述第二连接装置最好能显示出相对所述第一连接装置的一个分支连接。
在本发明的发动机包括多个气缸的情况下，该发动机最好是包括一第二连接装置，它是设置在用来控制一第一气缸的控制装置的第一腔室和一第二气缸之间。
根据本发明的一个较为有利的特征，发动机还包括另一种第二连接装置，其一端开口在所述曲轴箱内，而另一端开口在所述第一腔室内。
此外，本发明的发动机还包括一设置在所述曲轴箱和第一连接装置之间的第三连接装置。
在不偏离本发明范围的情况下，还可以在所述第一连接装置和第二连接装置之间设置一第四连接装置。
通过下面结合附图对本发明的非限制性实施例所作的描述，可以更清楚地理解本发明的其它特征和优点，附图中：
图1是本发明第一实施例的一个简化的纵剖视图；
图2是在图1的发动机内所获压力的曲线图；
图3是本发明第二实施例的一个简化的纵剖视图；
图4是本发明第三实施例的一个简化的纵剖视图；
图5是在图3或图4的发动机内所获压力的曲线图；
图6是根据本发明另一实施例的一个双缸发动机的简化视图；
图7在图6的发动机内所获压力的曲线图；
图8涉及的是本发明的一个特别的实施例；
图9是在图8的发动机内所获压力的曲线图；
图10是一个简化的纵剖视图，示出了本发明的一个特定的实施例；
图11是在图10的发动机内所获压力的曲线图；
图12示出了根据本发明的一发动机的纵剖视图；以及
图13是在图12的发动机内所获压力的曲线图。
图1是一个简化的纵剖视图，示出了一两冲程发动机，它装备有一用来控制阀门运动的装置82。更具体地说，装置82是被安置在发动机的气缸盖上。例如专利申请EN.94/10,782中揭示了该装置的结构。
为了更好地理解本发明，这里需要重复一下的是，除了紧固于气缸盖的壳体(没有加以标号)以外，装置82主要包括一将两个腔室95a和95b分开的柔性薄膜89，如下文所述，两腔室95a和95b内承受着不同的压力。装置82控制着阀门86的运动，阀门86包括一于闭合位置下落在阀座上的阀头。阀杆连接于柔性薄膜89，而柔性薄膜89的周边则紧固于壳体的内壁。
第一连接装置开口在腔室95b，这个腔室将在下文中被称作第二腔室或下腔室。
第二连接装置开口在腔室95a，这个腔室将在下文中被称作第一腔室或上腔室。
第三管道87(或储能管(capacity))开口在阀门86的基部，并且可用来存放当阀门86打开时喷入燃烧室的燃油混合物。
在柔性薄膜89和气缸盖的上表面之间插入了一个回位弹簧，以便帮助薄膜抵抗上腔室95a和储能管87内的压力作用。
通常，活塞112在气缸111内运动，而该气缸包括一燃烧室113。所述气缸111的下端连通于一曲轴箱115。
曲轴箱115通常包括一进气调节装置119，该调节装置上设置了一个瓣阀120。
被吸入曲轴箱115并且被活塞112压缩的新鲜空气通过传送管道(例如通过孔口122而开口在气缸内的管道121)喷射入气缸111。燃烧后的气体则通过一管道123排出气缸111。
管道87的端口127直接开口在曲轴箱115中，其另一端口开口在控制装置82。
开口127最好由止回阀或者其它能密封该开口的装置控制，一旦曲轴箱115内的压力低于管道87内的压力时，管道87便充当一压力储存器时。
根据本发明，管道92的一端连通于装置82的腔室95b，而其另一端开口于气缸113。
管道92最好是在接近于排气管道123的水平高度上开口于气缸113。因此，几乎是在排气管道123打开和关闭的同时，活塞的运动也控制着管道92的打开和关闭。这个水平高度取决于希望在腔室内形成的压力。
根据该实施例，上腔室95a是在吸气过程中打开的，所以压力非常恒定。该腔室也可以关闭。其压力取决于柔性薄膜89的位置，也就是取决于第二腔室95b的压力。
下腔室95b内的压力是随着图2内的虚曲线B变化的。这个曲线图还表示了气缸113内的压力(实线A)以及用于燃油混合物的储能管87内的压力(曲线C)；后一个压力接近曲轴箱115内经常的压力最大值。
对所有的压力曲线图而言(也就是图2、图5、图7、图9、图11和图13)，压力(P)在座标上用气压单位“巴”表示的，而曲轴转动角度(θ)用CA(°V)表示。
下面将说明工作过程中所述压力的形成情况。
当活塞112在气缸111内向下运动时，会在气缸体上开口92a的高度上打开管道92，这时的转动角度是大约105℃A。
压力波可迅速地从气缸到达下腔室95b，压力损失很小；管道92的长度非常短。
在不采用本发明的情况下，阀门在大约120、130℃A处开始打开。根据本发明，阀门只在大约180℃A处打开。这种较晚地打开取决于管道92连接于气缸的高度，还取决于所述管道的长度：其长度在这里非常短(约15cm)，无论如何都要比已有技术的管道短。
最后，阀门86打开时间取决于柔性薄膜89的尺寸(表面积)和相关回位弹簧的弹力。
当气缸内压力大于储能管87内压力时，便可完成喷射。
图3示出了本发明的另一个实施例，其区别于第一实施例的地方在于，添加了一个一端开口在气缸111内、例如与管道92处在同一水平高度上的管道921。
管道921的长度大于管道92的长度，因此从气缸111来的压力波在从管道92到达腔室95b之后再抵达腔室95a。
图5中表示出了这种现象。在该图中，曲线B表示下腔室内的压力变化，而曲线D则表示上腔室内的压力变化。从图5中可以看到，在大约120℃A处，压力波到达下腔室95b，相应有一个很大的压力增量。在大约150℃A处，压力波到达上腔室95a，相应也有一个很大的压力增量。因此，达到上腔室的压力波相对于到达下腔室的压力波要来得晚，这种差别很大一部分是因为管道921的长度大于管道92。
此外，上腔室内压力波的形状不同于下腔室内压力波的形状；这是因为阀门开始开启。
因此，上腔室的体积增加得很多(成比例)，所达到的最大压力基本上低于腔室压力。
附加管道921不会影响喷射时间，但因为它对上腔室“添加”了压力，所以会影响阀门运动幅度。这种附加的力比较理想，这样就可以采用一个刚度较大、便于阀门关闭的弹簧。
图4示出的实施例非常接近于图3所示的实施例，两者的区别在于，附加的管道921是开口于管道92，而不是连接在燃烧室上。这样的结果和图3相同。因此，图5示出了图4中发动机的运行情况，也无需对它作进一步解释。
图6和图7示出的是至少采用了两个气缸的本发明实施例。
一个气缸的上腔室95a’通过管道926连接于另一个气缸111’。另一个气缸111’也装有一个帮助阀门运动的装置82’，该装置的下腔室95b’连接于所述气缸。
于是可以连接若干个气缸。这样就可以利用气缸之间的角度偏差。
图7示出了这种偏差的效果。压力波到达上腔室(曲线E)相对于其到达下腔室(曲线B)有大约90℃A的延迟。这种延迟是因为两气缸之间的角度偏差。通过调整管道926的长度以及将管道连接于另一气缸111’的位置，就可以控制这种延迟。
利用从另一气缸来的压力就可采用一个比单气缸中的相应管道(例如管道921)短的管道926。
因此，从气缸来的压力信号衰减得很少并且持续时间较短。图7示出了管子长度对信号持续时间的影响。曲线E的压力波长度比图5中的曲线D的压力波长度短。在图7中曲线E的压力峰值仅“持续”大约60℃A，而图5中的曲线D的压力峰值则延伸覆盖了100℃A。此外，在用一个较短管道的情况下，速度的作用就不是很重要了，以秒来表示的压力信号传送时间不会因速度而改变很多，但是当用角度CA来表示时变化就大了。
图8示出了一个两冲程发动机，它包括与图1相同的元件，并且还包括了一个一端开口于上腔室95a，另一端开口于曲轴箱115的附加管道922。附加管道922比管道92长，于是可获得如图9所示的压力曲线。图9类似于图2，其中曲线A、B和C相同。附加曲线F相应于与曲轴箱115相连的上腔室95a的压力。该压力波不同于下腔室内的压力波。下腔室内的压力峰值发生在大约130℃A处，而上腔室的压力峰值则发生在大约170℃A处。此外，上腔室内的压力最大值大约是1.4巴，这个值大大低于下腔室内的压力最大值(2巴以上)。
因此，在具有尺寸合理的薄膜和弹簧的情况下，阀门86在上腔室内的压力高于下腔室内的压力时，也就是在大约180℃A处启动。如果没有这种帮助，阀门的打开时间大约是在140℃A。
当气缸内的压力大大地高于储能管87内的压力时，喷射的结束点大约是在240℃A。
这种构造更适合于高速的运行，因为：
-相对图1和图2的实施例而言，上腔室和下腔室之间的压力差变大了；
-相对图3、图4和图5的实施例而言，根据图8的实施例可使在第二种连接装置内的传送时间更短。
图10示出了一个接近图8的实施例；其中添加了一管道923，以把曲轴箱115连接于管道92。
于是可获得如图11所示的压力曲线A、B、C和G。这些压力曲线非常类似于图9中的曲线。然而，应注意的是，下腔室内的压力(曲线B)是从大约2巴下降到1.8巴。类似地，实验还表明，下腔室内的气体温度也有所下降。后一因素对薄膜89的寿命是很重要的。
喷射时间基本上保持与前述情况相同。
图12示出了本发明的另一个实施例，图13示出了其压力状况。该实施例基本上类似于图8，它包括了与图8相同的管道。
但是它还包括处于管道92和管道922之间的连接管924。这样便改变了上腔室95a内的压力形成情况(相应于图13中的曲线H)。可以看到在曲线H上大约170℃A处有一个突然的压力增加。这是因为从气缸来的压力波经过连接管924之后到达了。阀门是在该压力波到达时，也就是在大约170℃A处开始打开的。打开的时间取决于各管道92、922、924的长度。
相对于图10和11而言，本实施例的优点在于，它能在上腔室和下腔室之间获得一个较大的压力差。因此，施加于薄膜89的力也是比较大的，所以就可使用比较硬的弹簧。

Claims (7)

1.一种两冲程发动机，它至少包括：
一可有一活塞(112)于其中运动的气缸(111)，该气缸的一端连通于一曲轴箱(115)，曲轴箱内设有一发动机曲轴(114)；
一压力储能管(87)，其一端开口于所述曲轴箱，而另一端则开口于气缸(111)的燃烧室(113)；
一阀门(86)，它在燃烧室(113)和储能管(87)之间提供了一间歇的密封；
一用来使流经所述储能管(87)的汽油汽化的装置(88)；
一用来控制所述阀门(86)的运动的装置(82)，它包括一个分隔了一第一腔室(95a)和一第二腔室(95b)的柔性薄膜(89)，所述薄膜连接于阀杆；
还包括一设置在第二腔室(95b)和气缸(111)之间的一第一连接装置(92)，所述装置旨在通过控制所述腔室(95b)内的压力来延迟所述阀门(86)的开启。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，它还包括一设置在第一腔室(95a)和所述气缸(111)之间的第二连接装置(921)，所述第二连接装置(921)的长度大于所述第一连接装置(92)。
3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述第二连接装置(921)显示出相对所述第一连接装置(92)的一个分支连接。
4.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述第二连接装置(926)是设置在用来控制第一气缸的控制装置(82)的第一腔室(95a)和第二气缸(111’)之间。
5.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，它还包括第二连接装置(922)，其一端开口在所述曲轴箱(115)内，而另一端开口在所述第一腔室(95a)内。
6.如权利要求5所述的发动机，其特征在于，它还包括一设置在所述曲轴箱(115)和第一连接装置(92)之间的第三连接装置(923)。
7.如权利要求5所述的发动机，其特征在于，它还包括一设置在所述第一连接装置(92)和第二连接装置(922)之间的第四连接装置(924)。
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