專利名稱：二沖程內(nèi)燃機(jī)中燃燒換氣(掃氣)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于二沖程內(nèi)燃機(jī)中燃燒換氣(掃氣)的方法，在 該內(nèi)燃機(jī)中每個(gè)氣缸配置至少一個(gè)布置在氣缸頭中的進(jìn)氣閥和排氣閥，
活塞在氣缸中在上死點(diǎn)(OT)和下死點(diǎn)(UT)之間實(shí)施沖程運(yùn)動(dòng)并且 相對(duì)于氣缸頭限制具有可變?nèi)莘e的氣缸室，該換氣(掃氣)借助于進(jìn)氣 閥和排氣閥進(jìn)行控制并且借助于增壓系統(tǒng)將進(jìn)氣壓力水平提高到高于 排氣壓力水平。
背景技術(shù)：
二沖程內(nèi)燃機(jī)由于工作沖程數(shù)或每循環(huán)中活塞的沖程運(yùn)動(dòng)只是相 對(duì)于 一般普遍的四沖程內(nèi)燃機(jī)的 一半而具有非常低的摩擦功率比例(相 對(duì)于發(fā)出的功率而言)。因此就此而言它們能夠在優(yōu)化燃油消耗的努力 上實(shí)現(xiàn)有意義的和有利的驅(qū)動(dòng)裝置的變型方案。
還已經(jīng)為人所知的是，在通常的二沖程內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用的進(jìn)排氣的縫 式配氣(無(wú)閥配氣)被氣閥取代，從而這種二沖程內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與 四沖程內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)不再有本質(zhì)的不同。
但是，為了在必須非常短的氣閥開啟和關(guān)閉時(shí)間期間仍然達(dá)到足夠 好的換氣和滿意的掃氣，無(wú)論如何需要借助于增壓系統(tǒng)將進(jìn)氣壓力水平
提高到高于排氣壓力水平。
如果在壓力下流入的新鮮燃?xì)庠谶M(jìn)氣閥和排氣閥之間的非常短暫
的重疊周期期間試圖將燃燒的氣體通過排氣閥排出，在這種二沖程內(nèi)燃 機(jī)中除了其它方面外其問題還在于如何實(shí)現(xiàn)對(duì)工作室或氣缸室完全有 效的掃氣。亦即在掃氣過程期間已燃燒的氣體要在盡可能最大的程度上 從氣缸中清除出去，但是同時(shí)要努力保持極小的新鮮燃?xì)鈸p失，即掃氣
氣體的損失。
例如DE2701272C2公開了 一臺(tái)這種二沖程內(nèi)燃機(jī)，在那里描述的 換氣中，燃燒氣體在活塞的膨脹沖程結(jié)束時(shí)和活塞的壓縮沖程開始時(shí)被 更換。雖然這樣應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)燃燒氣體的完全的掃氣，但是由于氣缸室 的幾何結(jié)構(gòu)上的原因在如前所述的換氣期間這種要求是否能夠滿足，尤 其是在同時(shí)要使得掃氣氣體損失最小的情況下，還是存在懷疑的。為了實(shí)現(xiàn)低的有害物排放，低的燃料消耗以及可以接受的空轉(zhuǎn)性 能，對(duì)氣缸室的良好的掃氣，亦即新鮮空氣流能夠從進(jìn)氣閥將廢氣流有 效地經(jīng)排氣閥清掃出氣缸室，是絕對(duì)需要的。

發(fā)明內(nèi)容
因此與此相對(duì)應(yīng)地，本發(fā)明的任務(wù)是提出 一種用于將燃燒氣體排出 氣缸的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)有效的掃氣并且盡可能有效地利用燃燒時(shí) 產(chǎn)生的能量，因此有效地改善這種類型的二沖程內(nèi)燃機(jī)的效率。
該任務(wù)的解決依據(jù)權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
至此為止，如上所述在二沖程方法中是在沒有附加的一圏曲軸回轉(zhuǎn) 下實(shí)現(xiàn)了燃燒換氣，在該燃燒換氣中燃燒氣體在膨脹結(jié)束時(shí)和在壓縮沖
程開始時(shí)刻被更換。因此活塞的膨脹沖程，亦即活塞從OT向UT的沖 程運(yùn)動(dòng)是非常短的并且對(duì)在燃燒中產(chǎn)生的能量的利用非常有限。
在按照本發(fā)明的用于燃燒換氣和/或掃氣的方法中，與當(dāng)今的現(xiàn)有技 術(shù)不同，燃燒換氣僅僅在活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)的上半部分中(即 在壓縮沖程中)結(jié)束，由此膨脹沖程可以設(shè)計(jì)得大大地長(zhǎng)于壓縮沖程。 由此效率得到改善。氣缸室的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)有效的掃氣過程而言被大大地 改進(jìn)，亦即由于幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而使掃氣質(zhì)量明顯改善，而不必在新鮮空 氣流和廢氣流的設(shè)計(jì)方面采取昂貴的措施。
與當(dāng)今的現(xiàn)有技術(shù)不同，燃燒換氣(掃氣)以有利的方式也在活塞 從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)的上半部分中(即在壓縮沖程中)開始，其中 在優(yōu)選的實(shí)施方案中氣缸室在換氣(掃氣)期間相對(duì)于活塞軸線寬度大 于高度。
從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案。
以下在對(duì)總的發(fā)明構(gòu)思不構(gòu)成限制的情況下依據(jù)實(shí)施例并且參照 附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示范性地描述。


圖1:按照本發(fā)明的在二沖程內(nèi)燃機(jī)中的換氣(掃氣)的各個(gè)方法 步驟在惟一的視圖1中利用細(xì)節(jié)編號(hào)l至5相繼地從左到右地表示出來(lái)。
具體實(shí)施例方式
在附圖1中，標(biāo)號(hào)2表示通常通過連桿鉸接在曲軸上的活塞，該活 塞在氣缸1中被上下滑動(dòng)地引導(dǎo)和相對(duì)于氣缸頭10圍成一個(gè)可改變?nèi)?積的氣缸室U。在該氣缸室11中通入由進(jìn)氣閥3控制的進(jìn)氣道以及由排氣閥4控制的排氣道。氣閥3和4以本身已知的方式由凸輪軸操縱，
但是與四沖程內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸不同該凸輪軸以與曲軸相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在為了實(shí)現(xiàn)使通過進(jìn)氣閥3流入的新鮮燃?xì)饣蛐迈r空氣盡可能良
好地流過并且在與先前進(jìn)行的工作沖程(做功沖程)(細(xì)節(jié)1)的燃燒
從氣缸室11中驅(qū)除出來(lái)，必須采用特殊的措施。為此一種措施是借助 于在此處沒有進(jìn)一步顯示的增壓系統(tǒng)來(lái)提高進(jìn)氣壓力，增壓系統(tǒng)可以以 廢氣渦輪增壓器或者以壓縮機(jī)的形式設(shè)計(jì)。
在此情況下，依據(jù)內(nèi)燃機(jī)的尺寸的不同可以在氣缸頭10中分別布 置多個(gè)進(jìn)氣閥3和排氣閥4,它們形成相應(yīng)的大面積的進(jìn)氣口和排氣口 。
用OT表示活塞2的上死點(diǎn)，用UT表示下死點(diǎn)。
為了更好地說(shuō)明本發(fā)明，在此處示范性地畫出了一臺(tái)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī) 的草圖，其中氣缸i允許44cm的活塞行程和32cm的活塞直徑。
圖中的細(xì)節(jié)1示出膨脹沖程(箭頭8)或所謂的做功沖程，其中活 塞2從OT向UT運(yùn)動(dòng)并且進(jìn)氣閥3和排氣閥4保持關(guān)閉。
細(xì)節(jié)2示出在UT處的活塞2，但是箭頭9表示出活塞2從UT向 OT的沖程運(yùn)動(dòng)的開始，其中在沖程運(yùn)動(dòng)9期間排氣閥4打開(A),而 進(jìn)氣閥3仍然保持關(guān)閉。排出氣體此時(shí)膨脹直到接近廢氣背壓。
細(xì)節(jié)3示出在沖程運(yùn)動(dòng)9期間限制氣缸室11的活塞2的頂面處于 一個(gè)位置上，該位置位于UT前9.2cm,亦即在該位置上氣缸室11具有 9.2cm的高度。在活塞2的該位置上，進(jìn)氣閥3打開(B)。也就是說(shuō)， 在活塞2從UT向OT的大約剩余的沖程運(yùn)動(dòng)9為約25 %時(shí)，這在此好 的近似下，如果假定從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)9 (與從OT向UT的沖程 運(yùn)動(dòng)8 —樣)具有180°曲軸轉(zhuǎn)角，則對(duì)應(yīng)于OT前大約54°曲軸轉(zhuǎn)角， 進(jìn)氣閥3在同時(shí)已經(jīng)打開的排氣閥4情況下被打開。在壓力下進(jìn)入的新 鮮空氣或新鮮燃?xì)鈱U氣擠出，在此期間新鮮空氣與廢氣進(jìn)行部分混合 和部分新鮮空氣或新鮮燃?xì)馔ㄟ^排氣閥漏出。從進(jìn)氣閥6至排氣閥7的
新鮮空氣流6和廢氣流7在氣缸室11的寬度上形成U形流。
細(xì)節(jié)4示出了活塞2在運(yùn)動(dòng)9期間的一個(gè)位置上，其中活塞2的頂 面位于UT前大約7.2cm,亦即在該處氣缸室11具有7.2cm的高度，其 中在活塞2的該位置上排氣閥4關(guān)閉(C),也就是說(shuō)，在活塞2從UT 向OT的大約剩余的沖程運(yùn)動(dòng)為約16%時(shí)，這在較好近似下與前面所禍L的陳述類似地對(duì)應(yīng)于OT前大約48°曲軸轉(zhuǎn)角，排氣閥4在同時(shí)還處于 打開的進(jìn)氣閥3情況下被關(guān)閉。由此處于提高的增壓壓力下的新鮮空氣 繼續(xù)流入而充滿氣缸室11。通過還處于打開的進(jìn)氣閥3,預(yù)壓縮的燃?xì)?被繼續(xù)擠入氣缸中，從而氣缸經(jīng)歷了有力的增壓。
細(xì)節(jié)5示出活塞2在沖程運(yùn)動(dòng)9期間處于一個(gè)位置上，其中活塞2 的頂面位于UT前大約4.2cm，亦即氣缸室11的高度為大約4.2cm,其 中在活塞2的該位置上進(jìn)氣閥3也是關(guān)閉的(D),也就是說(shuō)，在活塞 2從UT向OT的大約剩余的沖程運(yùn)動(dòng)為約10%時(shí)，這與前面所做述類 似地對(duì)應(yīng)于OT前大約36°曲軸轉(zhuǎn)角，進(jìn)氣閥3同樣纟皮再次關(guān)閉。
細(xì)節(jié)1又示出壓縮階段的實(shí)際的開始，即進(jìn)氣閥3在靠近OT前關(guān) 閉，活塞2則繼續(xù)壓縮燃?xì)猓钡皆赨T處進(jìn)行點(diǎn)火，該點(diǎn)火或者通過 火花塞或者通過噴入柴油實(shí)施。細(xì)節(jié)1由此又示出與圖的最左邊的那樣 從OT向UT的工作沖程8，其中進(jìn)氣閥3和排氣閥4在沖程運(yùn)動(dòng)8期間 保持關(guān)閉。
所有這些步驟，即進(jìn)氣閥3和排氣閥4的專門的控制，都對(duì)產(chǎn)生新 鮮空氣流做出貢獻(xiàn)，該新鮮空氣流能夠在短時(shí)間內(nèi)，亦即在為掃氣過程 提供的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)將氣缸11中存在的廢氣由打開的排氣閥4通過 廢氣流7排到排氣道中。
在所述的實(shí)施例中整個(gè)換氣(掃氣)在氣缸室11中進(jìn)行，該氣缸 的寬度始終為32cm并且它的高度在9.2cm和7.2cm之間運(yùn)動(dòng)，即氣缸 室ll在換氣(掃氣)期間相對(duì)于活塞軸線而言寬度總是大于高度。
此外，整個(gè)換氣(掃氣)在活塞2從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)的上三 分之一部分中開始和結(jié)束。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，借助于由傳感器和至少一個(gè)執(zhí) 行元件構(gòu)成的調(diào)節(jié)回路依據(jù)進(jìn)氣壓力水平調(diào)節(jié)排氣壓力水平。
在簡(jiǎn)單的情況下內(nèi)燃機(jī)具有充分公開的調(diào)節(jié)回路，它包括至少各一 個(gè)用于探測(cè)進(jìn)氣閥3之前的壓力水平和排氣閥4之后的壓力水平的傳感 器，其中這些傳感器經(jīng)特性曲線比較和調(diào)節(jié)回路與執(zhí)行元件連通，該執(zhí) 行元件以已知的方式通過調(diào)節(jié)過程可以被激活。在實(shí)施例中壓力由此祐二 調(diào)節(jié)到一定的大小，以將掃氣保持恒定。
優(yōu)選將進(jìn)氣壓力水平和排氣壓力水平的比保持恒定。
作為執(zhí)行元件可以在進(jìn)氣閥3的輸入流中使用節(jié)流閥，用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力水平，或者使用可改變的渦輪幾何結(jié)構(gòu)或增壓系統(tǒng)的廢氣門
(Wastegate),用于調(diào)節(jié)排氣壓力水平。
優(yōu)選地，可以通過調(diào)節(jié)排氣壓力水平實(shí)施負(fù)荷調(diào)節(jié)。負(fù)荷調(diào)節(jié)包括 在一半的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下的壓力比應(yīng)該滿足與在滿負(fù)荷下的相同。作為用 于調(diào)節(jié)排氣壓力水平的執(zhí)行元件自然也可以在廢氣系統(tǒng)中使用節(jié)流閥。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可以通過依據(jù)進(jìn)氣壓力水平調(diào)節(jié)廢氣壓 力水平而在這樣的程度上影響對(duì)于氣缸1而言屬于內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部的廢氣
從而可以將正是熱的廢氣依據(jù)被調(diào)節(jié)的排氣壓力水平以明確的目的留 在氣缸室11中。
在換氣(掃氣)期間大約40%容積百分比的廢氣留在氣缸室11中， 即通過新鮮空氣流6清掃出來(lái)的廢氣流7包括廢氣容積的大約40 %容積 百分比。由此在發(fā)動(dòng)機(jī)功率方面可以通過壓力水平調(diào)節(jié)來(lái)影響內(nèi)部的 AGR。標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)在此處是廢氣壓力與新鮮燃?xì)鈮毫Φ谋取Ｓ纱吮３值偷?掃氣損失。
1氣缸
2活塞
3進(jìn)氣閥
4排氣閥
5噴嘴或點(diǎn)火裝置 6新鮮空氣流 7廢氣流
8活塞從OT向UT的沖程運(yùn)動(dòng)
9活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)
10氣缸頭
11氣缸室
〇T上死點(diǎn)
UT下死點(diǎn)
A排氣閥打開
B進(jìn)氣閥打開
C排氣閥關(guān)閉
D進(jìn)氣閥關(guān)閉
權(quán)利要求
1. 用于在增壓二沖程內(nèi)燃機(jī)中燃燒換氣(掃氣)的方法，在該內(nèi)燃機(jī)中每個(gè)氣缸(1)配置至少一個(gè)布置在氣缸頭(10)中的進(jìn)氣閥(3)和排氣閥(4)，其中活塞(2)在氣缸(1)中在上死點(diǎn)(OT)和下死點(diǎn)(UT)之間實(shí)施沖程運(yùn)動(dòng)并且相對(duì)于氣缸頭(10)限制具有可變?nèi)莘e的氣缸室(11)，該換氣(掃氣)借助于進(jìn)氣閥(3)和排氣閥(4)進(jìn)行控制并且借助于增壓系統(tǒng)將進(jìn)氣壓力水平提高到高于排氣壓力水平，其特征在于，該換氣(掃氣)在活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)(9)的上半部分中結(jié)束。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該換氣(掃氣)在 活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)(9)的上半部分中開始。
3. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該換氣(掃氣)在 活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)(9)的上三分之一部分中結(jié)束。
4. 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該換氣(掃氣)在 活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)(9)的上三分之一部分中開始。
5. 按照權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于，氣缸室(11) 在換氣(掃氣)期間相對(duì)于活塞軸線的寬度大于高度。
6. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在活塞(2)從UT 向OT的大致剩余的沖程運(yùn)動(dòng)(9)為約25%時(shí)，進(jìn)氣閥(3)在同時(shí)已 經(jīng)打開的排氣閥(4)情況下被打開，在活塞(2)從UT向OT的大致 剩余的沖程運(yùn)動(dòng)(9)為約16%時(shí)，排氣閥(4)在同時(shí)還處于打開的進(jìn) 氣閥(3)情況下被關(guān)閉，和在活塞(2)從UT向OT的大致剩余的沖 程運(yùn)動(dòng)(9)為約10%時(shí)，進(jìn)氣閥(3)也又被關(guān)閉并且進(jìn)氣閥(3)和 排氣閥(4)在活塞(2)從OT向UT的沖程運(yùn)動(dòng)(8)期間保持關(guān)閉。
7. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，借助于由 傳感器和執(zhí)行元件構(gòu)成的調(diào)節(jié)回路依據(jù)進(jìn)氣壓力水平調(diào)節(jié)排氣壓力水 平。
8. 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將進(jìn)氣閥和排氣壓 力水平的比保持恒定
9. 按照權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在進(jìn)氣閥(3) 的輸入流中使用節(jié)流閥作為4丸行元件。
10. 按照權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)排氣壓力水平實(shí)施負(fù)荷調(diào)節(jié)。
11. 按照權(quán)利要求7 ， 8或IO所述的方法，其特征在于，使用形;亍元件，用于:節(jié)排氣壓力水;。'、、 口- 、
12. 按照權(quán)利要求7 , 8或IO所述的方法，其特征在于，在廢氣 系統(tǒng)中使用節(jié)流閥作為執(zhí)行元件，用于調(diào)節(jié)排氣壓力水平。
13. 按照權(quán)利要求7至12所述的方法，其特征在于，通過依據(jù)進(jìn) 氣壓力水平調(diào)節(jié)廢氣壓力水平而在這樣的程度上影響對(duì)于氣缸(l)而言 內(nèi)部的廢氣再循環(huán)(AGR),使得該內(nèi)部的AGR可以被用于負(fù)荷調(diào)節(jié) 或用于預(yù)熱燃燒氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二沖程內(nèi)燃機(jī)中燃燒換氣(掃氣)的方法，在該內(nèi)燃機(jī)中每個(gè)氣缸(1)配置至少一個(gè)布置在氣缸頭(10)中的進(jìn)氣閥(3)和排氣閥(4)，其中活塞(2)在氣缸(1)中在上死點(diǎn)(OT)和下死點(diǎn)(UT)之間實(shí)施沖程運(yùn)動(dòng)并且相對(duì)于氣缸頭(10)限制具有可變?nèi)莘e的氣缸室(11)，該換氣(掃氣)借助于進(jìn)氣閥(3)和排氣閥(4)進(jìn)行控制并且借助于增壓系統(tǒng)將進(jìn)氣壓力水平提高到高于排氣壓力水平，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)有效的掃氣并且在燃燒中產(chǎn)生的能量被盡可能有效地利用，即效率被改善，建議該換氣(掃氣)在活塞從UT向OT的沖程運(yùn)動(dòng)(9)的上半部分中結(jié)束。
文檔編號(hào)F02B25/20GK101532419SQ20091012900
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者A·斯塔德勒 申請(qǐng)人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司