CN104870749A - 在内燃机中的未燃烧燃料排放 - Google Patents

在内燃机中的未燃烧燃料排放 Download PDF

Info

Publication number
CN104870749A
CN104870749A CN201380065599.0A CN201380065599A CN104870749A CN 104870749 A CN104870749 A CN 104870749A CN 201380065599 A CN201380065599 A CN 201380065599A CN 104870749 A CN104870749 A CN 104870749A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piston
cylinder
annulus
ring
internal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380065599.0A
Other languages
English (en)
Inventor
K·施特尔瓦格恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Energy Solutions GmbH
Original Assignee
Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Energy Solutions GmbH filed Critical Caterpillar Energy Solutions GmbH
Publication of CN104870749A publication Critical patent/CN104870749A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B31/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01B31/18—Draining
    • F01B31/20—Draining of cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

本公开大体地涉及一种内燃机(1)，其包括汽缸(2)、可在所述汽缸(2)内在上死点(TDC)与下死点(BDC)之间往复移动的活塞(30)。所述活塞(30)可将所述汽缸(2)分成上活塞段(40)和下活塞段(42)，并且可以包括配置成密封地接触所述汽缸(2)的具有间隔开的活塞环厚度(D)的至少一个活塞环(32，34)。所述内燃机(1)可以进一步包括环形缝隙(18)及多个排气槽(14，16)，所述环形缝隙(18)与所述上活塞段(40)流体连通并且由所述汽缸(2)、所述活塞(30)以及所述至少一个活塞环(32)限定；多个排气槽(14，16)垂直布置在所述汽缸(2)中，并且每个均具有大于所述活塞环厚度(D)的长度(L)，其中仅当所述活塞(30)具有对应于在所述上死点(TDC)之后约85°至95°和约265°至275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽(14，16)配置并且定位成将所述环形缝隙(18)与所述下活塞段(42)流体地连接。

Description

在内燃机中的未燃烧燃料排放
技术领域
本公开大体地涉及一种内燃机，该内燃机包括至少一个用于将未燃烧空气/燃料混合物排出燃烧室的流道。
背景技术
在内燃机的运行期间，废气可包括来自燃烧室表面和活塞和汽缸壁之间的空间中的缝隙容积的淬冷气体，其中，，在发动机汽缸中燃烧结束后汽缸存在未燃烧的燃料，尤其是未燃烧的空气/燃料混合物。因此，期望获得未燃烧空气/燃料混合物的量并期望在后续的燃烧循环期间再循环所述未燃烧空气/燃料混合物。
例如，US 4 191 150 A公开了一种将未燃烧的混合物从活塞缝隙容积中选择性地排出的发动机。特别地，排放装置包括汽缸壁中的一个或多个旁路沟道，所述汽缸壁绕过活塞环并且使缝隙容积与活塞冲程下部中的发动机曲柄箱连接。在动力冲程的后部期间被去除混合物。
US 5 357 919 A公开了用于四冲程火花点火式内燃机的碳氢化合物排放控制，所述内燃机具有可变容积腔室和固定容积的辅助腔室，所述固定容积小于工作腔室的最大容积。工作腔室和辅助腔室通过汽缸壁中的一系列通道彼此连接，其中，汽缸壁中的通道定位成当活塞靠近其排气冲程的顶部时，存储在辅助腔室中的废气排放到曲柄箱中。
US 6 431 157 B1公开了一种内燃机，所述内燃机包括汽缸体，所述汽缸体具有至少一个汽缸筒、具有至少一个进气道和排气道的汽缸盖以及位于活塞下方用于润滑油的曲柄箱，所述进气道和排气道具有通往位于可在汽缸筒中移动的活塞上方的燃烧室的相关联的进气阀和排气阀。活塞包括彼此隔开一定距离的至少两个沟槽，每个沟槽均具有活塞环和容纳在环之间的活塞集气室。
US 2009/0126672公开了具有内燃机和起动装置的手持式工作设备。为了避免在起动发动机时出现延迟，在缸径中设置至少一个凹槽，所述凹槽在活塞的至少一个位置桥接至少一个活塞环。
JP S62 26346 A公开了一种往复活塞式发动机，所述发动机装配有活塞、汽缸盖以及汽缸套。一级气体吹出通道形成到汽缸套上。在气体吹出通道中，直径略大于活塞环宽度的凹入部件形成到汽缸套的圆周中。因此，活塞环每一级中的负载被调平。
本公开针对至少部分地改进或克服现有***的一个或多个方面。
发明内容
根据本公开的一个方面，内燃机可以包括汽缸、可在汽缸内在上死点和下死点之间往复移动的活塞，其中所述活塞可将汽缸分离为上活塞段和下活塞段。所述活塞可以包括活塞环组件，其具有配置成密封地接触汽缸的至少一个活塞环，并具有活塞环组件厚度。内燃机可以进一步包括环形缝隙和多个排气槽，环形缝隙具有环形缝隙容积并与所述上活塞段流体连通，且由汽缸、活塞和活塞环组件限定，每个排气槽均在轴向方向上在汽缸内延伸比活塞环组件厚度更大的长度。当所述活塞在上死点之后对应于约85°到95°和约265°至275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽可以包括排气容积并且可以被配置并且定位成将环形缝隙与下活塞段流体地连接。多个排气槽的排气容积可以在环形缝隙容积的约15％至60％范围内。
根据本公开的另一个方面，内燃机可包括汽缸、可在汽缸内在上死点和下死点之间往复移动的活塞，其中所述活塞可将汽缸分离为上活塞段和下活塞段。所述活塞可以包括至少一个活塞环，其配置成密封地接触汽缸并具有活塞环厚度。内燃机可以进一步包括环形缝隙和多个排气槽，其与所述上活塞段流体连通，且由汽缸、活塞和至少一个活塞环限定，多个排气槽垂直布置在该汽缸中，且每个的长度大于所述活塞环厚度。当所述活塞具有在上死点之后对应于约85°到95°和约265°至275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽可以被配置并且定位成将环形缝隙与下活塞段流体地连接。
根据本公开的另一方面公开了一种用于操作内燃机的方法，所述内燃机包括在其内限定燃烧室的汽缸、可在汽缸内在上死点和下死点之间往复移动的活塞，以及将预定量的空气/燃料混合物供应到燃烧室中的进气道，该方法仅当活塞具有在内燃机的动力冲程期间对应于上死点后约85°到95°的曲柄角范围的位置时，引导未燃烧的空气/燃料混合物离开环形缝隙进入进气道，其中环形缝隙形成在汽缸和活塞之间，并与所述燃烧室流体连通。
根据本公开的另一方面，配置成***到内燃机汽缸中的汽缸套可以包括圆周壁，所述圆周壁配置成在上死点和下死点之间往复地引导活塞。所述活塞可以将汽缸套分成上活塞段和下活塞段，并且可以包括具有至少一个活塞环的活塞环组件，所述活塞环配置成密封地接触圆周壁，并且活塞环组件具有活塞环组件厚度，使得环形缝隙由圆周壁、活塞以及活塞环组件限定。环形缝隙可具有环形缝隙容积。所述汽缸套可进一步包括多个排气槽，每个排气槽均在在轴向方向上在汽缸内延伸比活塞环组件厚度更大的长度。仅当所述活塞可具有与上死点后约85°到95°和约265°到275°的曲柄角范围相对应的位置时，所述多个排气槽可具有排气容积，并且可配置并定位成将环形缝隙与下活塞段流体地连接。所述排气容积可以在环形缝隙容积的约15％至约60％的范围内。
根据本公开的另一方面，配置成***到内燃机汽缸中的汽缸套可以包括圆周壁，所述圆周壁配置成在上死点和下死点之间往复地引导活塞。所述活塞可将汽缸套分成上活塞段和下活塞段，并且可以包括至少一个活塞环，所述活塞环配置成密封地接触圆周壁并具有活塞环厚度，使得环形缝隙可由圆周壁、活塞以及至少一个活塞环限定，并可包括环形缝隙容积。所公开的汽缸套可进一步包括垂直布置在圆周壁中的多个排气槽。多个排气槽的每个可具有大于活塞环厚度的长度，其中多个排气槽可具有排气容积，并且仅当活塞具有与在上死点之后约85°-95°和265°-275°的曲柄角范围相对应的位置时，可配置并且定位成将环形缝隙流体地连接到下活塞段。排气容积可以是环形缝隙容积的至少15％，特别是至少20％。
在一些实施例中，多个排气槽的每个的长度可至多分别比活塞环厚度或活塞环组件厚度大大约50％。
在一些实施例中，内燃机可进一步包括***汽缸中的汽缸套，使得活塞往复地布置在汽缸套内，并且环形缝隙由汽缸套、活塞以及活塞环组件限定，其中多个排气槽垂直布置在汽缸套中。
在一些实施例中，活塞可包括配置成密封地接触汽缸的多个活塞环。在此类实施例中，活塞环厚度可由在最高活塞环的上边缘和最低活塞环的下边缘之间的距离限定。
本公开的其他特征和方面将从以下的说明和附图清晰可见。
附图说明
图1示出示例性的公开内燃机的示意图；
图2示出图1的内燃机的细节II-II的示意图；以及
图3是关联在四冲程循环期间依赖于曲柄角的活塞的上部和下部之间泄漏面积的图形说明。
具体实施方式
下面是本公开的示例性实施例的详细说明。在本文中描述并且在附图中示出的示例性实施例旨在教导本公开的原理，使本领域的技术人员能够在许多不同环境下并针对许多不同的应用实施并使用本发明。因此，示例性实施例不旨在是并且不应视为对专利保护范围的限制性描述。相反，本专利保护范围应由所附权利要求限定。
本公开可以部分地基于实现：提供一种具有多个垂直排气槽的内燃汽缸，所述排气槽被定位使得多个排气槽中的每个将活塞上的环形缝隙与活塞下方的部分流体地连接，所述活塞往复地布置在汽缸内，所述环形缝隙截留未燃烧的空气/燃料混合物，当活塞具有与内燃机动力冲程期间在上死点后大约85°到95°的曲柄角范围相对应的位置时，多个排气槽可使未燃烧的燃料从环形缝隙释放，并因此可以防止排出未燃烧的空气/燃料混合物。此外，这可以提高内燃机的效率。
本公开可以进一步部分地基于实现也可以具有***到汽缸中的汽缸套的内燃机。在此情况下，汽缸套包括多个垂直排气槽，每个排气槽都配置成将环形缝隙与下活塞段流体地连接。同样在此情况下，在由汽缸套与往复地布置在汽缸套内的活塞所形成的环形缝隙中截留的未燃烧空气/燃料混合物可从燃烧室释放出来，并可以被再次供应以用于后续燃烧循环中的燃烧。
现参考附图，图1示出了被***到内燃机1的发动机组4的汽缸2中的汽缸套10。然而，如以上已述，本公开也可以适用于可以不包括汽缸套的内燃机。
内燃机1可以包括未示出的特征，诸如燃料***、空气***、冷却***、***设备、传动系部件，等等。为了本公开的目的，内燃机1被认为是四冲程的气体燃料内燃机。然而，本领域的技术人员应认识到内燃机1可以是任何类型的发动机(气体、柴油、天然气、丙烷、双燃料发动机，等等)，其利用来自燃烧室的从缝隙容积排出的未燃烧的空气/燃料混合物。此外，气体燃料内燃机1可以具有任意尺寸、任意数量的汽缸、以及任意配置(“V”形汽缸、直列汽缸、径向排列汽缸等)。
内燃机1可以用于为任何机器或其它装置提供动力，包括机车应用、公路卡车或车辆、非公路卡车或机器、推土设备、发电机、航空航天应用、船只应用、泵、静止设备，或其他由发动机提供动力的应用。
包括在其中限定燃烧室28的圆周壁12的汽缸套10密封地***到汽缸2中。特别地，密封环(在附图中没有明确示出)可以被配置成在汽缸套10和汽缸2之间进行密封。
如图1所示，汽缸盖6配置成关闭汽缸2和汽缸套10的上端。汽缸盖6设有进气道20和排气道24，这两个沟道分别设有进气阀22和排气阀26。进气阀22被配置成打开和关闭进气道20，由此允许或限制空气/燃料混合物进入燃烧室28。排气阀26被配置成打开和关闭排气道24，由此允许或限制废气离开燃烧室28。发动机控制单元(在附图中没有明确示出)可配置成分别控制进气阀22和排气阀26。
活塞30沿着轴线C往复地布置在汽缸套10内，并且可在上死点(在下文中称为TDC)和下死点(在下文中称为BDC)之间移动。具体地，活塞30将汽缸套10的容积分成限定燃烧室28的上活塞段40和定位在活塞30下方的下活塞段42。活塞30配置成通过在TDC和BDC之间往复地移动来改变燃烧室28的容积。活塞30进一步表示为定位在TDC中，这意味着靠近进气阀22和排气阀26，以及定位在BDC中，这意味着最远离进气阀22和排气阀26的点。活塞30的两个位置TDC和BDC由图1中的虚线表示。
如图1所示，活塞30包括面对燃烧室28的顶端31。活塞30设置有活塞环组件，该活塞环组件具有第一活塞环32和布置在第一活塞环32下方的第二活塞环34。第一活塞环32和第二活塞环34均配置成相对于下活塞段42密封燃烧室28，包括相对于曲柄箱进行密封。活塞30进一步包括至少一个刮削活塞环37，其配置成在汽缸的内壁上进行擦拭，由此擦去润滑油。由于刮削活塞环37不是与第一活塞环32和第二活塞环34一样的密封活塞环，因此可允许气态流体诸如未燃烧的空气/燃料混合物和废气自由经过刮削活塞环37。
在一些实施例中，活塞30可以设置有仅一个活塞环，诸如例如仅第一活塞环32。在此情况下，该仅一个活塞环配置成密封地接触汽缸2，且因此例如相对于曲轴箱密封上活塞段40。
汽缸套10包括垂直布置在圆周壁12中的多个排气槽14、16。参照图1，示出两个排气槽14和16。然而，在一些实施例中，汽缸套10可以包括少于或多于两个的排气槽14、16。例如，汽缸套10可以包括绕汽缸套10的圆周对称地布置的六个排气槽排气槽。该多个排气槽14、16配置成将未燃烧的空气/燃料混合物释放到燃烧室28外部，并将该未燃烧的空气/燃料混合物引到下活塞段42中。
根据汽缸套10的直径，可选择所设置的排气槽14、16的数量，使得所有的排气槽的全部排气容积是环形缝隙容积的至少15％，特别地至少20％。例如，所有的排气槽的全部排气容积在环形缝隙容积的20％到60％的范围内或30％到50％的范围内，或是大约30％。在一些实施例中，汽缸套10具有在例如120mm到300mm的范围内的直径，并可包括多于10、20、30或甚至更多的排气槽14。该排列可以绕汽缸套10的圆周对称地布置。特别地，排气槽14、16中的每个可具有例如大约1mm2的横截面积和例如大约20mm的长度。
参照图2，示出排气槽14的放大图。如图所示，环形缝隙18形成在活塞30处。特别地，环形缝隙18由汽缸套10、活塞30的圆周、第一活塞环32和活塞30的顶端31的假想延长来限定。在不利用汽缸套10的一些实施例中，环形缝隙18可由汽缸2的内壁、活塞30的圆周、第一活塞环32和活塞30的顶端31的假想延长来限定。
环形缝隙18具有环形缝隙容积。环形缝隙18可具有由活塞30与汽缸套10的内壁或汽缸2的内壁之间的距离限定的厚度，以及由活塞30的顶端31和第一活塞环32的顶端之间的距离限定的高度。环形缝隙18的厚度可以在例如大约0.1mm至大约0.5mm的范围内，并且环形缝隙18的高度可以在例如大约10mm至大约30mm的范围内。环形缝隙18的内径，即活塞30的直径，可以在例如大约130mm至大约300mm的范围内。
关于上文指示的用于排气槽的参数，多个排气槽的排气容积可以是环形缝隙容积的至少15％，特别地是至少20％。
活塞杆36通过由两个锁紧环39轴向紧固的活塞销38连接到活塞30。活塞杆36配置成连接到布置在发动机组4的曲轴箱(未示出)内的曲轴(在附图中未示出)，使得曲轴的转动引起活塞30在汽缸套10内往复移动。本领域的技术人员将认识到，在0°的曲柄角，活塞30可定位在TDC处，并且在180°的曲柄角，活塞30可定位BDC处。
第一活塞环32和第二活塞环34由活塞环厚度D彼此隔开。特别地，活塞环厚度D可以由第一活塞环32的上边缘33和第二活塞环34的下边缘35限定。
在一些实施例中，在提供仅一个密封活塞环的情况下，活塞环厚度D可以由仅一个密封活塞环的厚度，特别地由仅一个密封活塞环的上边缘和下边缘限定。
排气槽14可以包括在平行于轴线C的垂直方向上的长度L和垂直于该轴线C延伸的深度t。排气槽14、16中的每个的长度L可以比活塞环厚度D大至多50％，优选地至多25％，使得在四冲程循环的受限部分期间，上活塞段40流体地连接到下活塞段42，这将在下面更详细描述。
如图2所示，排气槽14可包括在所示的视图中的矩形形状，使得排气槽14的上边缘15垂直于轴线C延伸。然而，在一些实施例中，上边缘15也可设置成斜坡形状，使得在向下方向上的截面持续地增大直到达到排气槽14的深度t。类似地，排气槽14还可包括也可垂直于轴线C延伸的下边缘17。在一些实施例中，类似于上边缘15，下边缘17也可以包括斜坡形状。
当活塞30设置成在TDC之后使得曲柄角处于从约85°至95°的范围内时，特别是在内燃机1的动力冲程期间，多个排气槽14、16配置成将环形缝隙18与下活塞段42流体地连接，这将在下面更详细描述。绕过活塞30的未燃烧的空气/燃料混合物的向下流动在图2中由箭头A指示。
在将未燃烧的空气/燃料混合物从环形缝隙18排出燃烧室28进入下活塞段42中之后，未燃烧的空气/燃料混合物可以被再次供应到进气道20，并因此在后续燃烧循环期间再次供应给燃烧室28。因此，排出的未燃烧的空气/燃料混合物可以首先被送入曲轴箱，在那里可积聚未燃烧的空气/燃料混合物。随后，积聚在曲轴箱之内的空气/燃料混合物于是可以通过进气道20被再次供应燃烧室28。
注意内燃机1可以不具有汽缸套10。在此情况下，可以在汽缸2中设有多个排气槽14、16，使得当活塞30处于和如上所述相同的位置时，即当曲柄角在约85°到95°的范围内时，环形缝隙18流体地连接到下活塞段42。
工业实用性
在下文中，参考图1至图3描述内燃机1的操作。
参考图3，示出了图表，其中纵坐标100构成环形缝隙18通过排气槽14、16与下活塞段42处于流体连通的部分，并且横坐标101构成了在完整的四冲程循环上的曲柄角，完整的四冲程循环包括进气冲程102、压缩冲程104、动力冲程106以及排气冲程108，其中0°的曲柄角表示进气冲程的开始，720°的曲柄角表示排气冲程的结束，并因此表示完整的四冲程循环的结束。
具体地，在0°至180°的曲柄角范围期间，四冲程循环处于进气冲程102。在180°至360°的曲柄角范围期间，四冲程循环处于压缩冲程104。在360°至540°的曲柄角范围期间，四冲程循环处于动力冲程106。在540°至720°的曲柄角范围期间，四冲程循环处于排气冲程108。
此外，在0°、360°和720°的曲柄角，活塞30位于TDC，这意味着活塞在图1中以虚线表示的较高位置，在然而，在180°和540°的曲柄角，活塞30位于BDC，这意味着活塞在图1中以虚线表示的较低位置。
如上所述，在0°的曲柄角，四冲程循环从进气冲程102开始。此时，活塞30处于TDC并开始向下移动。然后，进气阀22打开，使得预定量的空气/燃料混合物在进气冲程102期间被喷射进入燃烧室28中。预定量的空气/燃料混合物可在源于例如内燃机1的涡轮增压器单元的预定进气压力下提供。此时，排气阀26被关闭。
当曲柄角达到大约85°时，这意味着进气冲程102期间TDC之后的85°，环形缝隙18与下活塞段42流体连通，使得少量的空气/燃料混合物可以绕过活塞进入下活塞段42中。此时空气/燃料混合物的泄漏在图3中由第一虚线112表示。具体地，当第一活塞环的上边缘33经过排气槽14的上边缘15时，由于多个排气槽14、16中的每个的长度L大于活塞环厚度D，因此允许空气/燃料混合物绕过活塞进入下活塞段42中。
然后，当曲柄角达到大约95°时，这意味着进气冲程102期间TDC之后的95°，第二活塞环34的下边缘35经过排气槽14的下边缘17，使得空气/燃料混合物不能绕过活塞30。
经过BDC之后，在180°的曲柄角，活塞30向上移动并且压缩冲程104开始。因此，至少在此时，进气阀22关闭，使得活塞30在向上移动时对燃烧室28内的空气/燃料混合物进行压缩。在压缩冲程104期间，由于燃烧室28的容积在活塞30向上移动过程中不断减小，在燃烧室28内的空气/燃料混合物的压力可以不断增大。燃烧室28内的压力可取决于发动机载荷。因此，可以期望燃烧室压力对应于实际充气压力。
当达到265°的曲柄角时，这意味着TDC之后的265°的曲柄角，第二活塞环34的下边缘35经过排气槽14的下边缘17，使得上活塞段40，特别是环形缝隙18，与下活塞段42再次流体连通。这在图3中由第二虚线114表示。
此时，由于空气/燃料混合物的压缩，上活塞段40内的压力高于下活塞段42内的压力，因此少量的压缩空气/燃料混合物通过多个排气槽14、16从上活塞段40流出，进入下活塞段42中。因此，在进气冲程102期间，在空气/燃料混合物喷射期间，可以考虑到该量的空气/燃料混合物泄漏。即可喷射增大量的空气/燃料混合物。然而，如下所述，添加的喷射空气/燃料混合物量可被重新获得。
在达到约275°的曲柄角时，这意味着TDC之后约275°的曲柄角，第一活塞环32的上边缘33经过排气槽14的上边缘15，使得环形缝隙18脱离与下活塞段42的流体连通，因此限制了空气/燃料混合物从上活塞段40排出进入下活塞段42中。
在压缩冲程104期间，特别是在约275°到360°的曲柄角范围期间，这意味着TDC之后的约275°到360°的曲柄角范围，至少一些量的空气/燃料混合物可推入到环形缝隙18中。由于第一活塞环32密封地接触汽缸套10，因此环形缝隙18内截留的空气/燃料混合物被限制进一步向下流动。
当达到360°的曲柄角时，活塞30处于TDC，并且可开始点火。火花塞(未示出)可提供点燃燃烧室28内的空气/燃料混合物的火花。燃烧的混合物可膨胀，并且因此可迫使活塞30向下，这意味着动力行程106开始。
然而，因为燃烧燃料在接触活塞时可被至少部分地熄灭，所以环形缝隙18内截留的空气/燃料混合物可能不被点燃，并且因此可维持未燃烧。此外，膨胀的燃烧燃料可额外地迫使未燃烧的空气/燃料混合物进入环形缝隙18中，并可进一步压缩未燃烧的空气/燃料混合物。
在达到约445°的曲柄角时，这意味着在动力冲程106期间TDC后约85°的曲柄角，第一活塞环32的上边缘33经过排气槽14的上边缘15，使得环形缝隙18再次与下活塞段42流体连通。这由图3的实线116表示。因为此时未燃烧的空气/燃料混合物的压力例如可以是约20巴，所以环形缝隙18内截留的未燃烧的空气/燃料混合物从燃烧室28流出，进入多个排气槽14、16中并进入下活塞段42中。
未燃烧的空气/燃料混合物可向下流入下活塞段中，直到曲柄角到达约455°，这意味着在动力行程106期间TDC后的95°的曲柄角。然后，第二活塞环34的下边缘35经过排气槽14的下边缘17，使得环形缝隙18和下活塞段42之间的流体连通被中断。
因此，当曲柄角在约445°到455°的范围内时，这意味着在动力行程106期间TDC后约85°到95°的范围内，环形缝隙18与下活塞段42流体连通，使得在环形缝隙18内累积的未燃量的空气/燃料混合物可重新获得。
随后，当达到540°的曲柄角时，这意味着活塞30处于BDC，排气冲程108开始，并且活塞30开始再次向上移动。此时，排气阀26打开，并且活塞30迫使废气通过排气道24从燃烧室28排出。
在大约625°到635°的曲柄角范围期间，这意味着在TDC之后大约265°到275°的曲柄角范围，第二活塞环34的下边缘35经过排气槽14的下边缘17，使得环形缝隙18再次与下活塞段42流体连通，这由图3的第三条虚线118表示。因此，少量的废气可以向下流动进入下活塞段42中。然而，因为在排气冲程108期间废气的压力可以远小于在动力冲程106期间空气/燃料混合物的压力，例如，最大值约为5巴，所以流入下活塞段42中的废气量远小于从环形缝隙18转入下活塞段42中的未燃烧的空气/燃料混合物的量。特别地，如与重新获得的未燃烧的空气/燃料混合物的量相比，废气量是可忽略的。
在经过大约635°的曲柄角之后，这意味着在TDC之后经过大约275°的曲柄角之后，第一活塞环32的上边缘33经过排气槽14的上边缘15，使得环形缝隙18脱离其与下活塞段42的流体连通。
在大约635°到720°的曲柄角范围期间，这意味着在TDC之后大约275°到360°的曲柄角范围，燃烧室28内的废气通过向上移动的活塞30从该燃烧室推出。
在同样限定了四冲程循环结束的排气冲程108结束，活塞30再次处于TDC中。然后，上述的四冲程循环可以从进气冲程102开始再次起动。
当未燃烧的空气/燃料混合物和/或废气流动进入曲轴箱时，再供应连接(未示出)可以配置成将曲轴箱流体地连接到进气道20，使得未燃烧的空气/燃料混合物在随后的燃烧循环中可以被再供应。
在其中活塞30包括与汽缸2密封地接触的仅一个活塞环的一些实施例中，也可将上面的具体描述应用于此类实施例。特别地，在此情况下，第一活塞环32的上边缘可以对应于仅一个活塞环的上边缘，然而第二活塞环34的下边缘可以对应于仅一个活塞环的下边缘。
多个排气槽14、16中的每个可以包括圆形横截面，该圆形横截面具有在例如大约0.2mm到1.0mm的范围内，优选大约0.5mm的深度t。在一些实施例中，多个排气槽14、16中的每个可以包括适合于将环形缝隙18的至少适量的未燃烧的空气/燃料混合物绕开进入下活塞部分中的任何其他横截面活塞段。
尽管本文中已描述本发明的优选实施例，但是可以不偏离所附权利要求的范围结合改进和修改。

Claims (17)

1.一种内燃机(1)，包括：
汽缸(2)；
活塞(30)，其可在所述汽缸(2)内在上死点(TDC)和下死点(BDC)之间往复移动，所述活塞(30)将所述汽缸(2)分隔成上活塞段(40)和下活塞段(42)，所述活塞(30)包括具有至少一个活塞环(32，34)并具有活塞环组件厚度(D)的活塞环组件，所述活塞环配置成密封地接触所述汽缸(2)；
环形缝隙(18)，其具有环形缝隙容积，且与所述上活塞段(40)流体连通，并由所述汽缸(2)、所述活塞(30)和所述活塞环组件限定；以及
多个排气槽(14，16)，其每个均在轴向方向上在所述汽缸(2)内延伸比所述活塞环组件厚度(D)更大的长度(L)，仅当所述活塞(30)具有对应于所述上死点(TDC)后大约85°到95°和大约265°到275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽(14，16)具有排气容积并且被配置并且定位成将所述环形缝隙(18)与所述下活塞段(42)流体地连接，所述排气容积在所述环形缝隙容积的15％到60％的范围内。
2.一种内燃机(1)，包括：
汽缸(2)；
活塞(30)，其可在所述汽缸(2)内在上死点(TDC)和下死点(BDC)之间往复移动，所述活塞(30)将所述汽缸(2)分隔成上活塞段(40)和下活塞段(42)，所述活塞(30)包括至少一个活塞环(32，34)，所述活塞环配置成密封地接触所述汽缸(2)并具有活塞环厚度(D)；
环形缝隙(18)，其与所述上活塞段(40)流体连通，并由所述汽缸(2)、所述活塞(30)和所述至少一个活塞环(32，34)限定；以及
多个排气槽(14，16)，其垂直布置在所述汽缸(2)中，并且每个排气槽均具有大于所述活塞环厚度(D)的长度(L)，仅当所述活塞(30)具有对应于所述上死点(TDC)后大约85°到95°和大约265°到275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽(14，16)被配置并且定位成将所述环形缝隙(18)与所述下活塞段(42)流体地连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(1)，其中所述多个排气槽(14，16)中的每个的长度(L)比所述活塞环组件厚度(D)大至多约50％。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的内燃机(1)，进一步包括***所述汽缸(2)中的汽缸套(10)，使得所述活塞(30)往复地布置在所述汽缸套(10)内，并且所述环形缝隙(18)由所述汽缸套(10)、所述活塞(30)和所述活塞环组件限定，其中所述多个排气槽(14，16)布置在所述汽缸套(10)中。
5.根据权利要求4所述的内燃机(1)，其中所述汽缸套(10)包括围绕所述汽缸套(10)的圆周对称布置的六个排气槽(14，16)。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的内燃机(1)，其中所述多个排气槽(14，16)中的每个包括倾斜的上边缘(15)。
7.根据权利要求4至权利要求6中任一项所述的内燃机(1)，其中所述多个排气槽(14，16)中的每个包括倾斜的下边缘(17)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(1)，其中所述活塞环组件厚度(D)由所述至少一个活塞环(32，34)的上边缘(33)和所述至少一个活塞环(32，34)的下边缘(35)之间的距离限定。
9.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(1)，进一步包括进气道(20)，其流体地连接到所述上活塞段(40)并且配置成将空气/燃料混合物供应到所述上活塞段(40)中，其中所述下活塞段(42)配置成流体地连接到所述进气道(20)，使得将排出的未燃烧的空气/燃料混合物在后续循环期间再供应到所述上活塞段(40)。
10.根据权利要求9所述的内燃机(1)，进一步包括曲轴箱，其配置成包括支撑所述活塞(30)的曲轴，其中所述曲轴箱配置成流体地互连在所述下活塞段(42)和所述进气道(20)之间。
11.根据权利要求10所述的内燃机(1)，进一步包括再供应沟道，其配置成流体地互连在所述曲轴箱和所述进气道(20)之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(1)，其中所述上活塞段(40)限定被配置成在其中燃烧空气/燃料混合物的燃烧室(28)。
13.一种用于操作内燃机(1)的方法，所述内燃机包括在其中限定燃烧室(28)的汽缸(2)、可在所述汽缸(2)内在上死点(TDC)和下死点(BDC)之间往复移动的活塞(30)，和配置成将预定量的空气/燃料混合物供应到所述燃烧室(28)的进气道(20)，所述方法包括：
仅当所述活塞(30)具有与在所述内燃机(1)的动力冲程(116)期间所述上死点(TDC)后大约85°到95°的曲柄角范围对应的位置时，将未燃烧的空气/燃料混合物引导出环形缝隙(18)进入所述进气道(20)，所述环形缝隙(18)形成于所述汽缸(2)和所述活塞(30)之间，并且与所述燃烧室(28)流体连通。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在将所述未燃烧的空气/燃料混合物引入所述进气道(20)中之前，将所述未燃烧的空气/燃烧混合物引入设置在所述活塞(30)下方的下活塞段(40)中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述未燃烧的空气/燃料混合物引入所述下活塞段(40)中包括通过多个排气槽(14，16)绕过所述活塞(30)。
16.一种配置成***到内燃机(1)的汽缸(2)中的汽缸套(10)，所述汽缸套(10)包括：
圆周壁(12)，其配置成在上死点(TDC)与下死点(BDC)之间往复地引导活塞(30)，所述活塞(30)将所述汽缸套(10)分成上活塞段(40)和下活塞段(42)，并且包括具有至少一个活塞环(32，34)并具有活塞环组件厚度(D)的活塞环组件，所述活塞环(32，34)配置成密封地接触所述圆周壁(12)，使得环形缝隙(18)由所述圆周壁(12)、所述活塞(30)和所述至少一个活塞环(32，34)限定，所述环形缝隙(18)具有环形缝隙容积；以及
多个排气槽(14，16)，其每个均在轴向方向上在所述汽缸(2)内延伸比所述活塞环组件厚度(D)更大的长度(L)，并且仅当所述活塞(30)具有对应于所述顶死点(TDC)之后约85°至95°和约265°至275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽(14，16)具有排气容积，并配置且定位成将所述环形缝隙(18)与所述下活塞段(42)流体地连接，所述排气容积处于所述环形缝隙容积的15％至60％的范围内。
17.一种配置成***到内燃机(1)的汽缸(2)中的汽缸套(10)，所述汽缸套(10)包括：；
圆周壁(12)，其配置成在上死点(TDC)与下死点(BDC)之间往复地引导活塞(30)，所述活塞(30)将所述汽缸套(10)分成上活塞段(40)和下活塞段(42)，并且包括至少一个活塞环(32，34)，所述活塞环(32，34)配置成密封地接触圆周壁(12)并且具有活塞环厚度(D)，使得环形缝隙(18)由所述圆周壁(12)、所述活塞(30)和所述至少一个活塞环(32，34)限定；
多个排气槽(14，16)，其垂直布置在所述圆周壁(12)中，并且所述多个排气槽(14，16)中的每个具有比所述活塞环厚度(D)更大的长度(L)，仅当所述活塞(30)具有对应于在所述上死点(TDC)之后约85°至95°和约265°至275°的曲柄角范围的位置时，所述多个排气槽(14，16)配置并且定位成将所述环形缝隙(18)流体地连接至所述下活塞段(42)。
CN201380065599.0A 2012-12-21 2013-12-20 在内燃机中的未燃烧燃料排放 Pending CN104870749A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12198864.6 2012-12-21
EP12198864.6A EP2746531B1 (en) 2012-12-21 2012-12-21 Unburned fuel venting in internal combustion engines
PCT/EP2013/003928 WO2014095087A1 (en) 2012-12-21 2013-12-20 Unburned fuel venting in internal combustion engines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104870749A true CN104870749A (zh) 2015-08-26

Family

ID=47678505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380065599.0A Pending CN104870749A (zh) 2012-12-21 2013-12-20 在内燃机中的未燃烧燃料排放

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150337774A1 (zh)
EP (1) EP2746531B1 (zh)
CN (1) CN104870749A (zh)
WO (1) WO2014095087A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109964067A (zh) * 2016-10-14 2019-07-02 埃塔热发电机股份有限公司 敞口面活塞组件
CN111188692A (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 日立汽车***(苏州）有限公司 改善机油稀释的装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9194327B2 (en) 2014-04-07 2015-11-24 General Electric Company Cylinder liner with slots
DE102020112480A1 (de) 2020-05-08 2021-11-11 Man Energy Solutions Se Zylinderlaufbuchse und Zylinder einer Brennkraftmaschine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4363310A (en) * 1980-07-03 1982-12-14 General Motors Corporation Diesel engine with blowby scavenging
JPS6226346A (ja) * 1985-07-25 1987-02-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮ガス吹き抜けみちを付したシリンダライナ
CN1218540A (zh) * 1996-05-07 1999-06-02 曼B与W狄赛尔公司 内燃机的气缸衬筒
JP2005105934A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Mazda Motor Corp エンジンのブローバック抑制構造及びその製造方法
CN101435401A (zh) * 2007-11-17 2009-05-20 安德烈亚斯.斯蒂尔两合公司 手持式工具机

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1540602A (en) * 1924-05-03 1925-06-02 Cornelius S Clark Internal-combustion engine
US1814781A (en) * 1927-05-04 1931-07-14 Ass Elect Ind Internal combustion engine
US1874446A (en) * 1931-03-26 1932-08-30 Wright Aero Nautical Corp Ported cylinder construction
US2068514A (en) * 1933-04-06 1937-01-19 Busch Sulzer Bros Diesel Engine Co Engine sludge chamber
US2971802A (en) * 1958-10-02 1961-02-14 Caterpillar Tractor Co Grooved cylinder liner for reduced ring groove wear
US3160149A (en) * 1961-04-20 1964-12-08 Stevens Inst Technology Cylinder for a high performance internal combustion engine
US4202299A (en) * 1972-08-22 1980-05-13 Performance Industries, Inc. Two cycle internal combustion engine
JPS5840649B2 (ja) * 1972-08-22 1983-09-07 パ−フオ−マンス インダストリイズ インコ−ポレ−テツド ベンソウチ
US3905340A (en) * 1972-08-22 1975-09-16 Performance Industries Engine valving and porting
US4191150A (en) 1978-03-20 1980-03-04 General Motors Corporation Engine with selective venting of unburned mixture from the piston crevice volume
US4370959A (en) * 1980-05-30 1983-02-01 Avco Corporation Two stroke cycle engine with sustained power stroke
GB2251888A (en) 1991-01-19 1992-07-22 Ford Motor Co Control of hydrocarbon emission from i.c.engines
US7082910B2 (en) * 1999-01-19 2006-08-01 Aktiebolaget Electrolux Two-stroke internal combustion engine
SE521667C2 (sv) 1999-06-07 2003-11-25 Volvo Personvagnar Ab Förbränningsmotor
US6591793B2 (en) * 1999-11-12 2003-07-15 Maruyama Mfg. Co., Inc. Two-cycle engine
US7428889B2 (en) * 2003-07-08 2008-09-30 Avl List Gmbh Internal combustion engine
US20130213341A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Teoman Uzkan Engine having piston with l-shaped timing ring
US20140000549A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 Frank Matthew Graczyk Compression ring for an engine
EP2746553B1 (en) * 2012-12-21 2016-04-20 Caterpillar Energy Solutions GmbH Unburned fuel venting in internal combustion engines
CN203948172U (zh) * 2013-04-04 2014-11-19 艾克莫特公司 对置活塞发动机
US9938926B2 (en) * 2014-10-07 2018-04-10 Yamabiko Corporation Air leading-type stratified scavenging two-stroke internal-combustion engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4363310A (en) * 1980-07-03 1982-12-14 General Motors Corporation Diesel engine with blowby scavenging
JPS6226346A (ja) * 1985-07-25 1987-02-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮ガス吹き抜けみちを付したシリンダライナ
CN1218540A (zh) * 1996-05-07 1999-06-02 曼B与W狄赛尔公司 内燃机的气缸衬筒
JP2005105934A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Mazda Motor Corp エンジンのブローバック抑制構造及びその製造方法
CN101435401A (zh) * 2007-11-17 2009-05-20 安德烈亚斯.斯蒂尔两合公司 手持式工具机

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109964067A (zh) * 2016-10-14 2019-07-02 埃塔热发电机股份有限公司 敞口面活塞组件
CN109964067B (zh) * 2016-10-14 2021-08-17 曼斯普林能源股份有限公司 敞口面活塞组件
CN111188692A (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 日立汽车***(苏州）有限公司 改善机油稀释的装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2746531B1 (en) 2015-07-22
EP2746531A1 (en) 2014-06-25
US20150337774A1 (en) 2015-11-26
WO2014095087A1 (en) 2014-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104854326A (zh) 内燃机中的未燃烧燃料排放
CN105089777A (zh) 具有径向燃料喷射的发动机***
CN104870749A (zh) 在内燃机中的未燃烧燃料排放
KR100447455B1 (ko) 2사이클 기관용 피스톤
US9938925B2 (en) Cylinder liner with chamfer and anti-polishing cuff
CN104395649A (zh) 用于发动机的压缩环
US10024223B2 (en) Two-stroke internal combustion engine
CN108260358B (zh) 具有开槽式顶部槽脊的发动机活塞
GB2554719A (en) System for evacuating residual gases from pre-chamber of engine
KR101208053B1 (ko) 더블 피스톤헤드를 구비한 내연기관
US20220186833A1 (en) Scraper ring for a piston
KR100189719B1 (ko) 내연기관의 미연탄화수소 배출물을 저감시키는 실린더 라이너
KR20110017364A (ko) 개선된 연소 엔진
CN201730684U (zh) 旋转往复式活塞发动机
EP0156805A1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE, PISTON AND HEAT PROTECTION HEAD PROVIDED WITH A FUEL DIVERSION BARRIER.
CN109469530A (zh) 内燃发动机气门防护件
CN203584571U (zh) 转子发动机
RU2163301C2 (ru) Каскадный двигатель внутреннего сгорания
JP5537323B2 (ja) エンジン
CN112627965A (zh) 一种具有存气压缩功能的内燃机及其使用方法
FR3106619B1 (fr) Pré-chambre multi-sites
Shih et al. Effect of ring dynamics and crevice flows on unburned hydrocarbon emissions.
JP2019039338A (ja) ピストンスラップ低減装置
KR20020065168A (ko) 유해배기가스 저감을 위한 실린더구조
CA2879253A1 (en) Hybrid split cycle internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150826