CN1174590A - 两冲程内燃机 - Google Patents

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Abstract

两冲程内燃机包括曲轴滑动机构和许多工作气缸,该气缸具有底部和由活塞分成上部与下部气缸室,下部气缸室用于压缩,而上部气缸室用于燃烧,设置贮存气缸,该气缸连接于例如内燃机工作气缸的腔和处理室,使得每个邻接的腔具有至少一个可关闭的入口开口,例如空气燃料混合物可以通过该入口开口从贮存气缸流入腔中,以及具有至少一个可关闭的出口开口,该混合物可通过该出口开口从腔流入贮存室。在活塞的底部死点位置不引入空气燃料混合物,而是在压缩冲程期间引入。

Description

两冲程内燃机
本发明涉及两冲程内燃机，包括许多工作气缸，该气缸具有气缸底部并通过其活塞被细分为下部和上部气缸室，其中下部气缸室基本上起压缩作用，而上部气缸室基本上起压缩和燃烧作用。
这种两冲程发动机已由发明人Gottfried Hillekum提出，在这种技术中已通过1925年2月16日提出的题为“具有两个相对卧着气缸的两冲程内燃机”的德国专利No.409919而为大家所知。
这种曲轴滑动两冲程内燃机在活塞通过其底部死点位置时用新鲜燃料空气混合物(新鲜燃气)从工作气缸中排出废气，这是不利的。因为在此时间，发动机的工作要求入口和出口开口同时打开，因而一部分新鲜燃气不可避免地随废气一道排出。这些循环损失导致增加耗油量，在废气中的一氧化碳和碳氢化合物浓度增加，增加了粉粒的形成，增加了碳化和磨耗。
因此本发明的主要目的是进一步改进常规发动机，避免其缺点。
在本发明的第一解决方案中，避免循环损失在于不进行循环。在活塞移近其底部死点位置时，废气通过出口开口排出。在高温下，在关闭出口开口之后留下的废气量是少的。随后在压缩冲程期间引入的新鲜燃气与剩下的废气混和。循环步骤的消除导致形成很好配合量的废气混合物，这可以降低氮的氧化物排出。
在本发明的第二解决方案中，避免循环损失在于该循环使用从辅助压缩机(例如废气涡轮压缩机)来的纯的新鲜空气。在活塞移近其底部死点位置时，废气受迫流过出口开口。随后留下的循环空气随同新鲜燃气一齐在压缩冲程期间引入，这导致双倍反应气体量，因而可期望达到近似两倍动力。如果用辅助机作加气机，则可以达到更高的动力水平。利用辅助机作循环器和加气机可以导致更好的辅助机负载分布，因而即使较小数目气缸的内燃机也能利用辅助压缩机的优点。
利用多种新颖结构和方法特征可以达到本发明的目的。
在循环过程期间，常规两冲程内燃机必须在活塞的底部死点位置一般在很短的时间内使新鲜燃气进入工作气缸。与此相反，本发明的发动机具有整个压缩冲程。这样循环损失减至最小。
然而在压缩期间进气不能由工作气缸的下部气缸室执行，因为下部气缸室处在膨胀状态。本发明的一个突出特点在于具有其它工作气缸的下部气缸室，此下部气缸室有利于上部气缸室的分别进气。用于进气的工作气缸原则上可以配置在相对的或相邻的位置。
本发明的发动机在原理上的差别在于，至少配置一个贮存气缸，至少两个工作气缸连接于该贮存气缸，使得对每个连接的工作气缸提供至少一个入口开口，新鲜燃气流可以从贮存气缸通过该入口开口流入腔中，而且对每个连接的工作气缸还提供至少一个出口开口，新鲜燃气流可以从腔通过该出口开口流入贮存气缸。
贮存气缸最好作成空心气缸，其纵轴平行于连接的工作气缸的纵轴，该空心气缸由空心圆形的新鲜燃气滑阀占据，该滑阀以可移动的方式支承在贮存气缸中。
在此有利的实施例中，新鲜燃气滑阀具有对于贮存气缸入、出口开口的开口，而且在新鲜燃气滑阀上的开口可以在贮存气缸的开口上移动，使得贮气缸上的开口可以通过新鲜燃气滑阀打开和关闭，因而新鲜燃气可以从下气缸室流入新鲜燃气滑阀的腔中，或新鲜燃气可以从新鲜燃气滑阀流入上部气缸室。
在此有利的实施例中，新鲜燃气滑阀在其端部由盖子封闭。
新鲜燃气滑阀的腔可以用壁细分。在万一需要处理贮存在贮存气缸中的新鲜燃气时，这些壁是必需的，因为已处理的燃气不允许与未处理的燃气接触。在这种情况下，贮存气缸必须具有至少一个入口开口和至少一个连接于处理室的出口开口。同样，新鲜燃气滑阀必须具有另外的相应开口。
为进行处理，将新鲜燃气送入新鲜燃气滑阀中的隔间，并从该位置进入处理室，或进入许多依次叠置的处理室，然后经处理，返回到贮存气缸的隔间，最后送入上部气缸室。
按照本发明，最好包括所有技术上可行的和合理的处理方法和改进，可以在不同的可能的处理室中对贮存在贮存气缸中的新鲜燃气进行处理。可以形成以下处理室：
处理室是一个热交换器，例如中间充气的冷却器，利用该冷却器可从***中取出热量；
处理室是一个热交换器，通过该热交换器可将热量输送到***，例如从过程来的废热，或用于单独蒸气发动机操作的有关燃烧器的热或用于蒸气发动机与内燃机联合操作的有关燃烧器的热；
处理室通过加入水或蒸气和通过加入乳化剂有利于产生乳化燃料；
处理室具有过滤器；
处理室具有催化裂化器；
处理室是一个反应器，借助于该反应器和加入反应物质可以改进废气的质量或减少排出的有害物质；
处理室有助于联合上述可能方案或进行本文所述的处理。
在本发明的有利实施例中，新鲜燃气滑阀的运动配合活塞的运动，由曲轴凸轮直接地或间接地驱动。
新鲜燃气滑阀还可以这样结构，可以调整到使其与曲轴分开，因而可相对于曲轴的运动打开和关闭贮存室的开口。
应当根据工作气缸的数目叙述各种结构特征：
在具有两个工作气缸的实施例中，在相对躺着的工作气缸之间发生气动配合。为了能够将新鲜燃气从一个工作气缸送入相对躺着的工作气缸，新鲜燃气滑阀的腔必须横过曲轴箱。当曲轴以侧向移位方式配置时并且如果使活塞杆和新鲜燃气滑阀连接于曲轴的装置侧向配置，则这是可能的。
在工作缸数目为4的倍数的实施例中，最好在两个相邻工作气缸之间发生气动配合，该相邻工作气缸的入口和输出开口连接于贮存气缸。两个相对躺着的新鲜燃气滑阀可以结合成一个新鲜燃气滑阀单元。在这种情况下，一个曲轴凸轮可以操作四个工作气缸。
本发明实施例为：除贮存气缸上的开口而外，工作气缸具有新鲜空气或新鲜燃气输入通道的开口和循环空气和废气出口通道的开口，这些开口可以用另外的控制阀关闭，这些控制阀直接或间接地由曲轴上的凸轮驱动。在这种方式下，可以保证在内燃机上的所有控制作用均由曲轴执行，在任何情况下，为了传送动力，曲轴是必需的。
循环空气入口开口可随废气出口一道由共同的控制阀(循环空气废气滑阀)关闭。在这种方式下仅需要一个用于循环空气入口和废气出口的滑阀。
当滑阀活动腔构成部分循环空气通道时，可以去掉一部分循环空气通道。
另外，配置开口，使其用于平衡循环空气通道和工作气缸之间的压差。
从对附图的说明中可以得出另外一些优点。按照本发明可以单独地或以任意组合的方式集体地应用上述特征或下面说明的特征。所示实施例不能认为是无遗漏的说明，而仅具有示范的特性。本发明的一个实施例示于附图中，下面进行更详细说明。该实施例涉及四缸发动机，该发动机在图中以高度示意的方式部分示出，并且没有按比例示出。
图1示出本发明内燃机示范实施例的平面图。
工作气缸11和12配置在气缸外壳中，活塞13和14可在这两个气缸中来回运动。活塞13和14通过活塞杆15和16连接于曲轴连接件17和18。连接滑块19和20可活动地配置在曲轴连接件17和18上，并可以由活塞13和14与曲轴连接件17和18驱动。连接滑块19和20使力作用在曲轴23的曲轴销(未示出)上。可以在例如Hellekum发动机(发明人Gotefried Hellekum)中见到这种机械结构。
在活塞13和14位于第一底部死点位置期间，新鲜燃气滑阀27位于中间位置。在此位置贮存室28的开口30、31、32和33由新鲜燃气滑阀27密封。在火花塞26点火之后，活塞13沿向下方向通过第一个半冲程，而活塞14沿向上方向通过其第一个半冲程。新鲜燃气滑阀27沿向上方向运动半个冲程，使贮存腔28的入口30打开。在这种状态下，在工作缸11下部气缸室中的空气燃料混合物可以流入贮存室28。
由此可以简化本发明两冲程内燃机中室的功能为，被连接在一起沿同一方向操作的工作气缸的数目与沿相反方向操作的工作气缸一样多。这样，从同一方向操作的连接的工作气缸引入的体积几乎与从相反方向操作的工作气缸中除去的体积相同。在这种方式中可以避免贮存单元压力变化。工作气缸12属于相对于工作气缸11沿相反方向操作的工作气缸组。
工作气缸12现在要将空气燃料混合物输入到其上部气缸室。贮存室28可以满足这种要求。新鲜燃气滑阀27沿向上方向移动半个冲程便可使贮存室28的出口开口31也打开，因而空气燃料混合物便可以从贮存单元28流入工作气缸12的上部气缸室。在活塞进行其第二半冲程期间，新鲜燃气滑阀27向下移动半冲程，回到其中间位置。
在活塞13和14位于第二死点位置时，贮存室28的开口30、31、32、33由新鲜燃气滑阀27密封。在火花塞24点火之后，活塞14沿向下方向通过第一半冲程，而活塞13沿向上方向通过第一半冲程。新鲜燃气滑阀27沿向下方向移动半冲程，并打开贮存室28的入口开口33。这样，在工作气缸12下部气缸室中的空气燃料混合物便进入贮存室28。
在此时，工作气缸11要求空气燃料混合物输入到其上部气缸室中。此要求由贮存室28满足。通过新鲜燃气滑阀27沿向下方向移动冲程的一半，贮存室28的出口开口32便打开，因而空气燃料混合物可以从贮存单元28流入工作气缸11的上半气缸室。
在活塞通过其第二个半冲程期间，新鲜燃气滑阀27沿向上方向移动半个冲程，回到其中间位置，因此关闭贮存室28的入口开口33和出口开口32。此时重新到达开始位置。
具有火花塞26和34的工作气缸11和12与工作气缸41和42正相对。工作气缸41和42的活塞43和44通过共同的活塞杆15和16连接于曲轴连接件17和18。因此活塞43的运动与活塞13的运动连在一起，而活塞44的运动与活塞14的运动连在一起。具有新鲜燃气滑阀47与开口51、52、53、50的贮存室48在具有新鲜燃气滑阀27与开口31、32、33、34的贮存室28的对面。新鲜燃气滑阀47的运动与新鲜燃气滑阀27的运动联在一起。
图2示出本发明内燃机示范实施例的横截面图。
在工作气缸70和90中，新鲜空气入口通道61和81由吸气阀控制，而排放出口通道62和82以及循环空气入口通道63和83由新鲜空气排放滑阀65和85控制，该滑阀65和85连接于曲轴连接件66。到曲轴连接件的连接将循环空气排放废气的的滑阀65和85耦合到活塞67和87的运动，因而耦合到曲轴92的运动。排放废气新鲜空气的滑阀65和85的自由端打开和关闭循环空气入口通道63和83。循环空气排放废气的滑阀65和85的通道通孔71和91与排放废气出口通道62和82重叠，使得排放废气可以与循环空气中的漏气一起在近于活塞67和87的底部死点位置流出。形成通孔68和88，以便在循环空气排放废气的滑阀65和85沿向下方向运动期间在穿过开口69和89之后使捕集在通道通孔71和91中的排放废气的高压降低。

Claims (20)

1.具有许多工作气缸的两冲程内燃机，一对的两个气缸彼此相反准直，由曲轴箱分开，每个工作气缸通过气缸底部与曲轴箱分开，气缸底部具有穿过活塞杆的开口，两个相对躺着的工作气缸具有共同的活塞杆，该活塞杆的端部连接工作气缸的活塞，装置例如曲轴连接件配置在活塞杆的中间，连接滑块可在该曲轴连接件中横向于曲轴的纵轴来回移动，曲轴销支承在连接滑块中，工作缸的活塞将气缸腔分成上部和下部气缸室，其中，在气缸向上运动期间下部气缸室用于加入例如空气燃料混合物，而在向下运动期间用于压缩该混合物，上部气缸室在向上运动期间用于压缩该混合物，而在向下运动期间，供给混合物的工作动力，其特征在于，每个工作气缸具有至少一个靠近气缸头的入口开口和至少一个靠近汽缸底部的出口开口，该开口将工作气缸连接于平行于工作气缸配置的贮存气缸，该贮存气缸与两个相对配置的工作气缸准直。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，一个贮存气缸配置在曲轴箱一侧的两个相邻工作气缸之间，而另一贮存气缸与曲轴箱另一侧的两个对应的相邻工作气缸准直，两个贮存气缸中的每个气缸通过其入口和出口开口连接于其相邻工作气缸。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，利用阀例如吸气阀和压力阀或利用滑阀关闭该开口。
4.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，贮存气缸中由新鲜燃气滑阀占据，该滑阀为空心圆筒，其外套上的开口对应于工作气缸的连接于贮存气缸的入口和出口开口，而且新鲜燃气滑阀的移动有助于打开和关闭入口和出口开口，两个或二的倍数个工作气缸可以连接新鲜燃气滑阀的腔。
5.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀占据许多贮存室，这些贮存室与滑阀准直，或贮存室的轴与滑阀的轴一致，而且该滑阀可以支承在许多贮存室中。
6.如权利要求4和5所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀在其端部上由盖封闭。
7.如权利要求4～6中任一项所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀的腔可以由任意形状的壁分开，这些壁横向于或平行于其纵轴延伸。
8.如权利要求4～7中任一项所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀的运动与活塞的运动相耦合。
9.如权利要求4～8中任一项所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀由曲轴凸轮移动。
10.如权利要求4～9中任一项所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀可以调节到与曲轴分开。
11.如权利要求4～10中任一项所述的内燃机，其特征在于，曲轴沿侧向位移，并且两个相互相对的贮存气缸具有一个共同的新鲜燃气滑阀桥接曲轴箱并具有未分开的腔，该新鲜燃气滑阀通过侧向位移的曲轴凸轮通过侧向突出的凸缘装置例如侧向安装的连接件移动。
12.如权利要求4～10所述的内燃机，其特征在于，两个相对躺着的贮存气缸的新鲜燃气滑阀通过滑动杆与另一个滑阀结合成新鲜燃气滑阀单元，该新鲜燃气滑阀单元通过合适的装置例如连接件由曲轴凸轮驱动。
13.如上述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，在新鲜燃气滑阀上的开口这样成形，使得在新鲜燃气滑阀移动期间，第一工作气缸的出口开口与第二工作气缸的入口开口一道被交替地打开和随后关闭，以使压缩燃气从第一工作气缸排入新鲜燃气滑阀的腔中，然后从该腔进入第二工作气缸，随后，第二工作气缸的出口开口随同第一工作气缸的入口开口一道被打开，而后关闭，使得压缩燃气从第一工作气缸流入新鲜燃气滑阀的腔内，接着从该腔流入第二工作气缸。
14.如上述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，新鲜燃气滑阀的腔由分隔壁分开，该壁横向于阀的纵轴延伸，从而使燃气通过沿其路径的处理室从一个工作气缸流到另一工作气缸；
该处理室是热交换器，例如中间加入空气的冷却器，利用该冷却器可从***中取出热；
该处理室是热交换器，通过该交换器可将热输送到***上，例如过程的废热，或用于单独蒸气发动机操作的或用于蒸气机和内燃机联合操作的有关燃烧室的热；
访处理室有利于通过加入水或蒸气或通过加入乳化剂形成乳化燃料；
该处理室具有过滤器；
该处理室具有催化裂化器；
该处理室是反应器，借助该反应器和加入反应物质可以改进废气质量或减少有害物的排放；
该处理室有利于联合上述的可能性，或有利于本文未提到的处理。
15.如上述任一项权利要求所述的内燃机，其特征在于，除贮存室上的开口外，还在工作气缸上形成用于新鲜空气或空气燃料混合物入口通道的开口和用于循环空气以及废气出口通道的开口，该出口通道可以用另外的控制阀关闭，这些控制阀直接或间接地由曲轴凸轮移动。
16.如上述任一项权利要求所述的内燃机，其特征在于，清洗空气的入口开口随同废气的出口开口一道由共同的循环空气废气滑阀关闭。
17.如权利要求16所述的内燃机，其特征在于，循环空气废气滑阀在其中运动的腔形成一部分循环空气通道。
18.如权利要求17所述的内燃机，其特征在于，循环空气废气滑阀在其中运动的腔利用开口连接于气缸。
19.如上述任一项权利要求所述的内燃机，其特征在于，内燃机具有辅助压缩机，特别是废气涡轮压缩机，用于循环上部气缸室，也用于使下部气缸室充气。
20.一种两冲程内燃机，包括许多气缸，该气缸具有底部并由活塞分成上部和下部气缸室，其中下部气缸室用于压缩，上部气缸室用于压缩和燃烧，其特征在于，设置贮存室，例如内燃机气缸的腔或处理室可以连接于该贮存室，使得对每个连接的腔至少形成一个入口开口，燃气流可以通过该入口开口从腔流到贮存室中，还至少形成一个出口开口，燃气流可以通过该出口开口从贮存室流到腔中。
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