CN101532419A - 二冲程内燃机中燃烧换气(扫气)的方法 - Google Patents

二冲程内燃机中燃烧换气(扫气)的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种二冲程内燃机中燃烧换气(扫气)的方法,在该内燃机中每个气缸(1)配置至少一个布置在气缸头(10)中的进气阀(3)和排气阀(4),其中活塞(2)在气缸(1)中在上死点(OT)和下死点(UT)之间实施冲程运动并且相对于气缸头(10)限制具有可变容积的气缸室(11),该换气(扫气)借助于进气阀(3)和排气阀(4)进行控制并且借助于增压***将进气压力水平提高到高于排气压力水平,该方法能够实现有效的扫气并且在燃烧中产生的能量被尽可能有效地利用,即效率被改善,建议该换气(扫气)在活塞从UT向OT的冲程运动(9)的上半部分中结束。

Description

二冲程内燃机中燃烧换气(扫气)的方法
技术领域
本发明涉及一种用于二冲程内燃机中燃烧换气(扫气)的方法,在该内燃机中每个气缸配置至少一个布置在气缸头中的进气阀和排气阀,活塞在气缸中在上死点(OT)和下死点(UT)之间实施冲程运动并且相对于气缸头限制具有可变容积的气缸室,该换气(扫气)借助于进气阀和排气阀进行控制并且借助于增压***将进气压力水平提高到高于排气压力水平。
背景技术
二冲程内燃机由于工作冲程数或每循环中活塞的冲程运动只是相对于一般普遍的四冲程内燃机的一半而具有非常低的摩擦功率比例(相对于发出的功率而言)。因此就此而言它们能够在优化燃油消耗的努力上实现有意义的和有利的驱动装置的变型方案。
还已经为人所知的是,在通常的二冲程内燃机中应用的进排气的缝式配气(无阀配气)被气阀取代,从而这种二冲程内燃机的基本结构与四冲程内燃机的结构不再有本质的不同。
但是,为了在必须非常短的气阀开启和关闭时间期间仍然达到足够好的换气和满意的扫气,无论如何需要借助于增压***将进气压力水平提高到高于排气压力水平。
如果在压力下流入的新鲜燃气在进气阀和排气阀之间的非常短暂的重叠周期期间试图将燃烧的气体通过排气阀排出,在这种二冲程内燃机中除了其它方面外其问题还在于如何实现对工作室或气缸室完全有效的扫气。亦即在扫气过程期间已燃烧的气体要在尽可能最大的程度上从气缸中清除出去,但是同时要努力保持极小的新鲜燃气损失,即扫气气体的损失。
例如DE2701272C2公开了一台这种二冲程内燃机,在那里描述的换气中,燃烧气体在活塞的膨胀冲程结束时和活塞的压缩冲程开始时被更换。虽然这样应该可以实现燃烧气体的完全的扫气,但是由于气缸室的几何结构上的原因在如前所述的换气期间这种要求是否能够满足,尤其是在同时要使得扫气气体损失最小的情况下,还是存在怀疑的。
为了实现低的有害物排放,低的燃料消耗以及可以接受的空转性能,对气缸室的良好的扫气,亦即新鲜空气流能够从进气阀将废气流有效地经排气阀清扫出气缸室,是绝对需要的。
发明内容
因此与此相对应地,本发明的任务是提出一种用于将燃烧气体排出气缸的方法,该方法可以实现有效的扫气并且尽可能有效地利用燃烧时产生的能量,因此有效地改善这种类型的二冲程内燃机的效率。
该任务的解决依据权利要求1的特征来实现。
至此为止,如上所述在二冲程方法中是在没有附加的一圈曲轴回转下实现了燃烧换气,在该燃烧换气中燃烧气体在膨胀结束时和在压缩冲程开始时刻被更换。因此活塞的膨胀冲程,亦即活塞从OT向UT的冲程运动是非常短的并且对在燃烧中产生的能量的利用非常有限。
在按照本发明的用于燃烧换气和/或扫气的方法中,与当今的现有技术不同,燃烧换气仅仅在活塞从UT向OT的冲程运动的上半部分中(即在压缩冲程中)结束,由此膨胀冲程可以设计得大大地长于压缩冲程。由此效率得到改善。气缸室的几何结构对有效的扫气过程而言被大大地改进,亦即由于几何结构简单而使扫气质量明显改善,而不必在新鲜空气流和废气流的设计方面采取昂贵的措施。
与当今的现有技术不同,燃烧换气(扫气)以有利的方式也在活塞从UT向OT的冲程运动的上半部分中(即在压缩冲程中)开始,其中在优选的实施方案中气缸室在换气(扫气)期间相对于活塞轴线宽度大于高度。
从属权利要求包含本发明的有利的扩展方案。
以下在对总的发明构思不构成限制的情况下依据实施例并且参照附图对本发明进行示范性地描述。
附图说明
图1:按照本发明的在二冲程内燃机中的换气(扫气)的各个方法步骤在惟一的视图1中利用细节编号1至5相继地从左到右地表示出来。
具体实施方式
在附图1中,标号2表示通常通过连杆铰接在曲轴上的活塞,该活塞在气缸1中被上下滑动地引导和相对于气缸头10围成一个可改变容积的气缸室11。在该气缸室11中通入由进气阀3控制的进气道以及由排气阀4控制的排气道。气阀3和4以本身已知的方式由凸轮轴操纵,但是与四冲程内燃机的凸轮轴不同该凸轮轴以与曲轴相同的转速旋转。
现在为了实现使通过进气阀3流入的新鲜燃气或新鲜空气尽可能良好地流过并且在与先前进行的工作冲程(做功冲程)(细节1)的燃烧废气没有太过分地混合情况下将该废气在排气阀4开启时尽可能完全地从气缸室11中驱除出来,必须采用特殊的措施。为此一种措施是借助于在此处没有进一步显示的增压***来提高进气压力,增压***可以以废气涡轮增压器或者以压缩机的形式设计。
在此情况下,依据内燃机的尺寸的不同可以在气缸头10中分别布置多个进气阀3和排气阀4,它们形成相应的大面积的进气口和排气口。
用OT表示活塞2的上死点,用UT表示下死点。
为了更好地说明本发明,在此处示范性地画出了一台二冲程发动机的草图,其中气缸1允许44cm的活塞行程和32cm的活塞直径。
图中的细节1示出膨胀冲程(箭头8)或所谓的做功冲程,其中活塞2从OT向UT运动并且进气阀3和排气阀4保持关闭。
细节2示出在UT处的活塞2,但是箭头9表示出活塞2从UT向OT的冲程运动的开始,其中在冲程运动9期间排气阀4打开(A),而进气阀3仍然保持关闭。排出气体此时膨胀直到接近废气背压。
细节3示出在冲程运动9期间限制气缸室11的活塞2的顶面处于一个位置上,该位置位于UT前9.2cm,亦即在该位置上气缸室11具有9.2cm的高度。在活塞2的该位置上,进气阀3打开(B)。也就是说,在活塞2从UT向OT的大约剩余的冲程运动9为约25%时,这在此好的近似下,如果假定从UT向OT的冲程运动9(与从OT向UT的冲程运动8一样)具有180°曲轴转角,则对应于OT前大约54°曲轴转角,进气阀3在同时已经打开的排气阀4情况下被打开。在压力下进入的新鲜空气或新鲜燃气将废气挤出,在此期间新鲜空气与废气进行部分混合和部分新鲜空气或新鲜燃气通过排气阀漏出。从进气阀6至排气阀7的新鲜空气流6和废气流7在气缸室11的宽度上形成U形流。
细节4示出了活塞2在运动9期间的一个位置上,其中活塞2的顶面位于UT前大约7.2cm,亦即在该处气缸室11具有7.2cm的高度,其中在活塞2的该位置上排气阀4关闭(C),也就是说,在活塞2从UT向OT的大约剩余的冲程运动为约16%时,这在较好近似下与前面所做的陈述类似地对应于OT前大约48°曲轴转角,排气阀4在同时还处于打开的进气阀3情况下被关闭。由此处于提高的增压压力下的新鲜空气继续流入而充满气缸室11。通过还处于打开的进气阀3,预压缩的燃气被继续挤入气缸中,从而气缸经历了有力的增压。
细节5示出活塞2在冲程运动9期间处于一个位置上,其中活塞2的顶面位于UT前大约4.2cm,亦即气缸室11的高度为大约4.2cm,其中在活塞2的该位置上进气阀3也是关闭的(D),也就是说,在活塞2从UT向OT的大约剩余的冲程运动为约10%时,这与前面所做述类似地对应于OT前大约36°曲轴转角,进气阀3同样被再次关闭。
细节1又示出压缩阶段的实际的开始,即进气阀3在靠近OT前关闭,活塞2则继续压缩燃气,直到在UT处进行点火,该点火或者通过火花塞或者通过喷入柴油实施。细节1由此又示出与图的最左边的那样从OT向UT的工作冲程8,其中进气阀3和排气阀4在冲程运动8期间保持关闭。
所有这些步骤,即进气阀3和排气阀4的专门的控制,都对产生新鲜空气流做出贡献,该新鲜空气流能够在短时间内,亦即在为扫气过程提供的曲轴转角范围内将气缸11中存在的废气由打开的排气阀4通过废气流7排到排气道中。
在所述的实施例中整个换气(扫气)在气缸室11中进行,该气缸的宽度始终为32cm并且它的高度在9.2cm和7.2cm之间运动,即气缸室11在换气(扫气)期间相对于活塞轴线而言宽度总是大于高度。
此外,整个换气(扫气)在活塞2从UT向OT的冲程运动的上三分之一部分中开始和结束。
在本发明的另一个优选的实施例中,借助于由传感器和至少一个执行元件构成的调节回路依据进气压力水平调节排气压力水平。
在简单的情况下内燃机具有充分公开的调节回路,它包括至少各一个用于探测进气阀3之前的压力水平和排气阀4之后的压力水平的传感器,其中这些传感器经特性曲线比较和调节回路与执行元件连通,该执行元件以已知的方式通过调节过程可以被激活。在实施例中压力由此被调节到一定的大小,以将扫气保持恒定。
优选将进气压力水平和排气压力水平的比保持恒定。
作为执行元件可以在进气阀3的输入流中使用节流阀,用于调节进气压力水平,或者使用可改变的涡轮几何结构或增压***的废气门(Wastegate),用于调节排气压力水平。
优选地,可以通过调节排气压力水平实施负荷调节。负荷调节包括在一半的发动机功率下的压力比应该满足与在满负荷下的相同。作为用于调节排气压力水平的执行元件自然也可以在废气***中使用节流阀。
在另一个优选的实施例中,可以通过依据进气压力水平调节废气压力水平而在这样的程度上影响对于气缸1而言属于内燃机的内部的废气再循环(AGR),使得AGR可以被用于负荷调节或用于预热燃烧气体,从而可以将正是热的废气依据被调节的排气压力水平以明确的目的留在气缸室11中。
在换气(扫气)期间大约40%容积百分比的废气留在气缸室11中,即通过新鲜空气流6清扫出来的废气流7包括废气容积的大约40%容积百分比。由此在发动机功率方面可以通过压力水平调节来影响内部的AGR。标准参数在此处是废气压力与新鲜燃气压力的比。由此保持低的扫气损失。
1 气缸
2 活塞
3 进气阀
4 排气阀
5 喷嘴或点火装置
6 新鲜空气流
7 废气流
8 活塞从OT向UT的冲程运动
9 活塞从UT向OT的冲程运动
10 气缸头
11 气缸室
OT 上死点
UT 下死点
A 排气阀打开
B 进气阀打开
C 排气阀关闭
D 进气阀关闭

Claims (13)

1.用于在增压二冲程内燃机中燃烧换气(扫气)的方法,在该内燃机中每个气缸(1)配置至少一个布置在气缸头(10)中的进气阀(3)和排气阀(4),其中活塞(2)在气缸(1)中在上死点(OT)和下死点(UT)之间实施冲程运动并且相对于气缸头(10)限制具有可变容积的气缸室(11),该换气(扫气)借助于进气阀(3)和排气阀(4)进行控制并且借助于增压***将进气压力水平提高到高于排气压力水平,其特征在于,该换气(扫气)在活塞从UT向OT的冲程运动(9)的上半部分中结束。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,该换气(扫气)在活塞从UT向OT的冲程运动(9)的上半部分中开始。
3.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,该换气(扫气)在活塞从UT向OT的冲程运动(9)的上三分之一部分中结束。
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于,该换气(扫气)在活塞从UT向OT的冲程运动(9)的上三分之一部分中开始。
5.按照权利要求1至4所述的方法,其特征在于,气缸室(11)在换气(扫气)期间相对于活塞轴线的宽度大于高度。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,在活塞(2)从UT向OT的大致剩余的冲程运动(9)为约25%时,进气阀(3)在同时已经打开的排气阀(4)情况下被打开,在活塞(2)从UT向OT的大致剩余的冲程运动(9)为约16%时,排气阀(4)在同时还处于打开的进气阀(3)情况下被关闭,和在活塞(2)从UT向OT的大致剩余的冲程运动(9)为约10%时,进气阀(3)也又被关闭并且进气阀(3)和排气阀(4)在活塞(2)从OT向UT的冲程运动(8)期间保持关闭。
7.按照前述权利要求中之一所述的方法,其特征在于,借助于由传感器和执行元件构成的调节回路依据进气压力水平调节排气压力水平。
8.按照权利要求7所述的方法,其特征在于,将进气阀和排气压力水平的比保持恒定
9.按照权利要求7或8所述的方法,其特征在于,在进气阀(3)的输入流中使用节流阀作为执行元件。
10.按照权利要求7或8所述的方法,其特征在于,通过调节排气压力水平实施负荷调节。
11.按照权利要求7,8或10所述的方法,其特征在于,使用形式为涡轮增压器的增压***的可改变的涡轮几何结构或废气门作为执行元件,用于调节排气压力水平。
12.按照权利要求7,8或10所述的方法,其特征在于,在废气***中使用节流阀作为执行元件,用于调节排气压力水平。
13.按照权利要求7至12所述的方法,其特征在于,通过依据进气压力水平调节废气压力水平而在这样的程度上影响对于气缸(1)而言内部的废气再循环(AGR),使得该内部的AGR可以被用于负荷调节或用于预热燃烧气体。
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