專利名稱：二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、特別是一種大型柴油機(jī)的工作方法，和涉及一種根據(jù)該方法工作的二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、特別是一種大型柴油機(jī)。
背景技術(shù)：
為了增加往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、例如用于船舶的或產(chǎn)生電能用的固定發(fā)電廠的二沖程大型柴油機(jī)的動(dòng)力，在一個(gè)燃燒循環(huán)之后新鮮空氣通過(guò)一個(gè)通常設(shè)計(jì)為一個(gè)廢氣渦輪增壓器的增壓器組，利用在該燃燒循環(huán)之后離開汽缸的燃燒室的廢氣的熱能中的一部分，在增加的壓力下被引入汽缸的燃燒室。為此目的，熱廢氣通過(guò)打開一個(gè)排氣閥從汽缸的燃燒室供給增壓器組。該增壓器組大體由一個(gè)渦輪構(gòu)成，該渦輪由在壓力下進(jìn)入增壓器組的熱廢氣驅(qū)動(dòng)。該渦輪然后驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子，從而新鮮空氣被吸入并壓縮。一個(gè)擴(kuò)散器、一個(gè)帶有一個(gè)水分分離器的空氣冷卻器和一個(gè)進(jìn)氣接收器放置在該帶有一個(gè)作為壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的渦輪的下游，這樣的布置形式通常稱為渦輪增壓器。從這里，被壓縮的新鮮空氣，也稱為增壓空氣或掃氣用空氣，最終被輸送入大型柴油機(jī)的各個(gè)汽缸中。根據(jù)大型柴油機(jī)的類型，空氣的供入在汽缸的不同位置進(jìn)行。例如對(duì)于帶有縱向掃氣的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，空氣通過(guò)布置在汽缸的下部區(qū)域的運(yùn)行表面中的掃氣槽而引入汽缸的燃燒室。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，該增壓空氣通常通過(guò)一個(gè)或多個(gè)布置在汽缸蓋中的進(jìn)氣閥而引入汽缸的燃燒室，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在汽缸蓋中裝配有進(jìn)氣閥，以取代在汽缸的下部區(qū)域中的掃氣槽，也是公知的。
由于增壓器組的渦輪只由從汽缸的燃燒室中逸出的熱廢氣驅(qū)動(dòng)，所以已知的增壓器組只能以較低的效率工作，特別是在剛啟動(dòng)之后不久或是在低于發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)轉(zhuǎn)速限值時(shí)，更是如此。因此，增壓器組經(jīng)常附帶有一個(gè)或多個(gè)附加的機(jī)械的或電的輔助增壓器，以便在所述轉(zhuǎn)速限值下達(dá)到一個(gè)相應(yīng)的扭矩增加。輔助增壓器通常從一個(gè)布置在空氣冷卻器下游的第一室吸入空氣，并將空氣傳送到一個(gè)第二室中，然后空氣從該第二室通過(guò)掃氣槽流入汽缸，通常通過(guò)形式為片狀件的回流阻擋件來(lái)防止空氣向該第一室的回流。這樣的輔助增壓器通常設(shè)計(jì)成每一個(gè)都具有高達(dá)200kW的電功率的電鼓風(fēng)機(jī)，并支持或替換低于轉(zhuǎn)速限值的廢氣渦輪增壓器，其通常只達(dá)到大型柴油機(jī)的全負(fù)荷功率的10％-50％，具體為30％-35％。如果超過(guò)轉(zhuǎn)速限值，便可省去該附加的電輔助增壓器，即關(guān)斷輔助增壓器，只由廢氣渦輪增壓器來(lái)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。在這種工作狀態(tài)中，即在關(guān)斷輔助增壓器之后，上述片狀件被打開，從而允許增壓空氣從位于空氣冷卻器下游的第一室直接溢流到第二室中，空氣從第二室被供給掃氣槽。
伴隨使用輔助增壓器來(lái)支持廢氣渦輪增壓器而產(chǎn)生的缺點(diǎn)是不言而喻的。
即使通過(guò)使用輔助增壓器在低負(fù)載范圍內(nèi)支持廢氣渦輪增壓器實(shí)現(xiàn)了汽缸掃氣中的改進(jìn)，但盡管如此，汽缸的燃燒室只被不充分地掃氣，從而在隨后的燃燒循環(huán)中得不到足夠量的新鮮空氣，或者在已知的二沖程循環(huán)過(guò)程中在低負(fù)載范圍內(nèi)在低于某個(gè)轉(zhuǎn)速限值時(shí)向燃燒室供入太多量的新鮮空氣。這意味著，所供給的空氣量不能隨用于往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的工作的已知過(guò)程而被控制或調(diào)節(jié)。
除了用于輔助增壓器的購(gòu)置費(fèi)用之外，還必需安裝用于它們的控制和/或調(diào)節(jié)的附加裝置。進(jìn)氣接收器的設(shè)計(jì)是相對(duì)復(fù)雜的，因?yàn)樯鲜鲈谳o助增壓器的工作中不可缺少的作為回流阻擋件的片狀件是復(fù)雜的。附加的組裝當(dāng)然需要與工作資源、機(jī)器配件和人力的附加費(fèi)用相關(guān)的附加的服務(wù)和修理努力。另外，輔助增壓器和進(jìn)氣接收器的由片狀件分隔開的一個(gè)第一空間和一個(gè)第二空間的劃分占據(jù)了相對(duì)大的空間，這通常是昂貴的，并導(dǎo)致附加的重量。另外，從能量角度講，用輔助增壓器進(jìn)行工作也是不利的，因?yàn)槔邕@必需能獲得用于電輔助增壓器工作所需的電能。這意味著，輔助增壓器的工作最終導(dǎo)致增加燃料消耗，這也有附加的重量的原因。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、特別是一種二沖程大型柴油機(jī)的工作方法，其特別允許往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)在一個(gè)低于一個(gè)預(yù)先確定的轉(zhuǎn)速限值的較低負(fù)載范圍內(nèi)更為有效的工作，而不需要為此必需的附加的機(jī)械的、電氣的或其它的輔助渦輪增壓器。另外，本發(fā)明的目的是提供根據(jù)本發(fā)明工作的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。
本發(fā)明的滿足這些在技術(shù)方法和在設(shè)備方面的目的的主題的特征在于，相應(yīng)種類的獨(dú)立權(quán)利要求的特征。
相應(yīng)的從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、特別是一種大型柴油機(jī)的工作方法。二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)汽缸和一個(gè)增壓器組，該汽缸具有一個(gè)排氣閥和一個(gè)掃氣用空氣開口，在該汽缸中布置有一個(gè)可在一個(gè)下死點(diǎn)位置和一個(gè)上死點(diǎn)位置之間沿一個(gè)運(yùn)行表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，該增壓器組具有一個(gè)由來(lái)自汽缸的燃燒室的廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪和一個(gè)用于壓縮空氣的轉(zhuǎn)子，將壓縮空氣通過(guò)一個(gè)掃氣用空氣開口供給汽缸的燃燒室，在進(jìn)行燃料噴射并隨后燃燒之后和在掃氣用空氣隨后進(jìn)入汽缸的燃燒室之前，排氣閥在一個(gè)預(yù)掃氣相位中先打開、然后在低于至少一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值時(shí)關(guān)閉。
根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選用于一種二沖程大型柴油機(jī)、特別是一種在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值之下、例如在啟動(dòng)該大型柴油機(jī)之后具有延長(zhǎng)掃氣的十字頭大型柴油機(jī)的工作中。在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值之下，一個(gè)被輸送有熱廢氣的渦輪增壓器還不能提供所需的功率，該渦輪增壓器在傳統(tǒng)情況下由通常是電操作的并設(shè)計(jì)成輔助渦輪增壓器的附加鼓風(fēng)機(jī)支持。通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法可以省去這樣的附加鼓風(fēng)機(jī)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選變型形式中，掃氣用空氣通過(guò)形成為汽缸壁中的掃氣槽的掃氣用空氣開口供給汽缸的燃燒室，即該大型柴油機(jī)設(shè)計(jì)為一個(gè)帶有延長(zhǎng)掃氣的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。該方法的使用在這方面并不局限于帶有延長(zhǎng)掃氣的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，在進(jìn)行燃料噴射并隨后燃燒之后和在掃氣用空氣隨后進(jìn)入汽缸的燃燒室之前，排氣閥在一個(gè)預(yù)掃氣相位中在低于至少一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值時(shí)先打開、然后再關(guān)閉。在一個(gè)隨后是燃燒的壓縮循環(huán)之后，在往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的汽缸的燃燒室中可得到處于工作壓力下的熱燃燒氣體，從而使活塞在一個(gè)膨脹循環(huán)中以已知的方式向相應(yīng)于一個(gè)180°的曲柄轉(zhuǎn)角的下死點(diǎn)位置方向運(yùn)動(dòng)?；钊南滤傈c(diǎn)位置照常用一個(gè)180°的曲柄轉(zhuǎn)角表示，在該位置由汽缸、汽缸蓋和活塞界定的燃燒室具有一個(gè)最大容積，而活塞的上死點(diǎn)位置則用一個(gè)0°或360°的曲柄轉(zhuǎn)角表示，在該位置燃燒室具有一個(gè)最小容積。排氣閥在燃燒過(guò)程之后立刻靜止關(guān)閉。在一個(gè)跟隨該燃燒的預(yù)掃氣相位中，在活塞在該燃燒之后第一次釋放掃氣槽以前，排氣閥在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的第一曲柄轉(zhuǎn)角處打開，該第一曲柄轉(zhuǎn)角是如此選擇的，從而當(dāng)排氣閥打開時(shí)，在汽缸的燃燒室和廢氣管之間存在有壓力差，該廢氣管適用于將來(lái)自汽缸的燃燒室的燃燒氣體供給增壓器組，從而熱廢氣由于該壓力差通過(guò)廢氣管進(jìn)入渦輪增壓器，并在那驅(qū)動(dòng)渦輪，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，因此可得到作為用于引入汽缸的燃燒室中的掃氣用空氣的壓縮空氣，該汽缸的掃氣槽同時(shí)被相應(yīng)的活塞釋放。這意味著，廢氣的熱能中的一部分已經(jīng)按已知方式被利用、通過(guò)在釋放掃氣槽之前、即在掃氣用空氣流入汽缸的燃燒室之前打開排氣閥來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器的渦輪了。
如果在燃燒室和廢氣管之間的壓力差基本被補(bǔ)償，排氣閥在預(yù)掃氣相位中在一個(gè)第二曲柄轉(zhuǎn)角處再次靜止關(guān)閉。由于在燃燒室和進(jìn)氣接收器之間的最大壓力差取決于該曲柄轉(zhuǎn)角，在該曲柄轉(zhuǎn)角處排氣閥在預(yù)掃氣相位中再次關(guān)閉，在預(yù)掃氣相位中在釋放掃氣槽之后引入燃燒室中的新鮮空氣量根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)或多個(gè)工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。燃燒室中封閉的體積由活塞在汽缸中向下死點(diǎn)位置方向的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)而增加。由于排氣閥關(guān)閉，所以燃燒室中的壓力落到進(jìn)氣接收器中的壓力值之下，在活塞釋放掃氣槽時(shí)，掃氣用空氣經(jīng)過(guò)所述進(jìn)氣接收器到達(dá)汽缸的燃燒室。在一個(gè)限定該預(yù)掃氣相位的結(jié)束的第三曲柄轉(zhuǎn)角處，該活塞最終至少部分地釋放掃氣槽，從而掃氣用空氣可從進(jìn)氣接收器流入燃燒室，并且排氣閥仍保持關(guān)閉。掃氣用空氣由于燃燒室中在預(yù)掃氣相位中相應(yīng)于進(jìn)氣接收器產(chǎn)生的負(fù)壓而被吸入燃燒室。這意味著，在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的壓力下通過(guò)進(jìn)氣接收器將掃氣用空氣引入汽缸的燃燒室的渦輪增壓器在其功能方面受到在活塞在預(yù)掃氣相位中的膨脹運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在燃燒室中產(chǎn)生的負(fù)壓的支持。
排氣閥在接近下死點(diǎn)位置時(shí)再次打開，從而在下面的壓縮循環(huán)(跟隨著燃燒)中廢氣中的一部分在該預(yù)掃氣相位之后仍保留在汽缸的燃燒室中的廢氣可以以已知的方式通過(guò)排氣閥經(jīng)廢氣管供給增壓器組。
當(dāng)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)到達(dá)轉(zhuǎn)速限值時(shí)，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)的重新啟動(dòng)之后，渦輪增壓器產(chǎn)生足夠的功率，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)在一個(gè)眾所周知的二沖程過(guò)程之后無(wú)需預(yù)掃氣相位便可工作。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)當(dāng)然也可以在超過(guò)轉(zhuǎn)速限值時(shí)在具體應(yīng)用中根據(jù)本發(fā)明的方法工作。
排氣閥被致動(dòng)的時(shí)刻，即排氣閥打開或關(guān)閉的時(shí)刻，可以獨(dú)立于曲柄轉(zhuǎn)角自由選擇。例如對(duì)于具有取代凸輪軸的電控單元的大型柴油機(jī)而言是可能的。排氣閥的致動(dòng)由一個(gè)自由可編程控制單元根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、和/或曲柄轉(zhuǎn)角和/或汽缸的燃燒室中的氣體壓力和/或汽缸的燃燒室中的溫度和/或增壓器組的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組中的氣體壓力和/或增壓器組中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施例中，掃氣用空氣向汽缸的燃燒室的進(jìn)入通過(guò)一個(gè)優(yōu)選容納在大型柴油機(jī)的汽缸蓋中的進(jìn)氣閥進(jìn)行。在該根據(jù)本發(fā)明的方法變型形式中，進(jìn)氣閥被致動(dòng)的時(shí)刻，即進(jìn)氣閥關(guān)閉或打開的時(shí)刻，可以獨(dú)立于曲柄轉(zhuǎn)角自由選擇。因?yàn)樵谌紵液瓦M(jìn)氣接收器之間的最大壓力差同樣取決于曲柄轉(zhuǎn)角，在該曲柄轉(zhuǎn)角處進(jìn)氣閥在預(yù)掃氣相位結(jié)束時(shí)打開，所以在預(yù)掃氣相位后流入汽缸的燃燒室中的新鮮空氣量可以通過(guò)對(duì)曲柄轉(zhuǎn)角的適當(dāng)選擇控制和/或調(diào)節(jié)，在該曲柄轉(zhuǎn)角處進(jìn)氣閥在預(yù)掃氣相位結(jié)束時(shí)打開。進(jìn)氣閥的致動(dòng)，如排氣閥的致動(dòng)那樣，由一個(gè)自由可編程控制單元根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、和/或曲柄轉(zhuǎn)角和/或汽缸的燃燒室中的氣體壓力和/或汽缸的燃燒室中的溫度和/或增壓器組的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組中的氣體壓力和/或增壓器組中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。進(jìn)氣閥的致動(dòng)當(dāng)然也可不必由一個(gè)自由可編程控制單元控制和/或調(diào)節(jié)，而是可以例如通過(guò)其它裝置，例如機(jī)構(gòu)裝置進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、特別是一種大型柴油機(jī)，其根據(jù)本發(fā)明的方法工作，并且其包括一個(gè)汽缸和一個(gè)增壓器組，汽缸具有一個(gè)排氣閥和至少一個(gè)掃氣用空氣開口，在汽缸中布置有一個(gè)可在一個(gè)下死點(diǎn)位置和一個(gè)上死點(diǎn)位置之間沿一個(gè)運(yùn)行表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，增壓器組具有一個(gè)由來(lái)自汽缸的燃燒室的廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪，將壓縮空氣作為掃氣用空氣通過(guò)一個(gè)掃氣用空氣開口供給汽缸的燃燒室。


下面將結(jié)合附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。附圖所示為圖1簡(jiǎn)要示出了一個(gè)帶有一個(gè)增壓器組的二沖程大型內(nèi)燃機(jī)的重要部分；
圖2簡(jiǎn)要示出了一種根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例；和圖3簡(jiǎn)要示出了一個(gè)二沖程大型內(nèi)燃機(jī)的帶有一個(gè)進(jìn)氣閥的汽缸。
具體實(shí)施例方式
圖1簡(jiǎn)要示出了一個(gè)帶有一個(gè)增壓器組7的二沖程大型內(nèi)燃機(jī)的重要部分，該增壓器組作為一個(gè)具有延長(zhǎng)掃氣的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)并作為一個(gè)在下文用參考標(biāo)號(hào)1表示的整體設(shè)計(jì)。
大型柴油機(jī)1通常包括數(shù)個(gè)汽缸2，該汽缸具有一個(gè)汽缸蓋21和一個(gè)布置在汽缸蓋中的排氣閥4，在汽缸2中布置有一個(gè)可在一個(gè)下死點(diǎn)位置UT和一個(gè)上死點(diǎn)位置OT之間沿一個(gè)運(yùn)行表面6往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞5，活塞5的上死點(diǎn)位置OT照常用一個(gè)0°或360°的曲柄轉(zhuǎn)角KW表示，活塞5的下死點(diǎn)位置UT照常用一個(gè)180°的曲柄轉(zhuǎn)角KW表示。汽缸2與汽缸蓋21和活塞5按已經(jīng)方式限定一個(gè)燃燒室22。在汽缸2的下部區(qū)域中，設(shè)置有數(shù)個(gè)設(shè)計(jì)為掃氣槽41的掃氣用空氣開口4。掃氣槽41根據(jù)活塞5的位置而被活塞蓋住或被活塞釋放。以掃氣用空氣12表示的新鮮空氣可以經(jīng)過(guò)掃氣槽41流入汽缸2的燃燒室22。在燃燒室中產(chǎn)生的廢氣8經(jīng)過(guò)布置在汽缸蓋21中的排氣閥3經(jīng)與排氣閥3相鄰接的廢氣管13流入一個(gè)增壓器組7。增壓器組7作為重要構(gòu)件按已知方式包括有一個(gè)用于壓縮空氣11的轉(zhuǎn)子10和一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子10的渦輪9，轉(zhuǎn)子10與渦輪9通過(guò)一個(gè)軸91以一種有效固定方式相連接。渦輪9和轉(zhuǎn)子10布置在一個(gè)殼體中并構(gòu)成一個(gè)渦輪增壓器14。渦輪9由于來(lái)自汽缸2的燃燒室22的熱廢氣8的流入而被驅(qū)動(dòng)。為了用掃氣用空氣12增壓汽缸2的燃燒室22，空氣11通過(guò)轉(zhuǎn)子10經(jīng)過(guò)一個(gè)吸氣管15被吸入并在渦輪增壓器14中被壓縮。壓縮空氣從渦輪增壓器通過(guò)一個(gè)下游擴(kuò)散器16和一個(gè)空氣冷卻器17經(jīng)一個(gè)壓力管路18運(yùn)動(dòng)到一個(gè)進(jìn)氣接收器19中，并且壓縮終了的空氣作為掃氣用空氣12在增加的壓力下通過(guò)形成有掃氣槽41的掃氣用空氣開口4從該處進(jìn)入汽缸2的燃燒室2。
根據(jù)本發(fā)明的二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的處于低速時(shí)的工作方法，該速度低于一個(gè)圖2中簡(jiǎn)要示出的用于一種二沖程大型柴油機(jī)1的預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值。為了解釋用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的重要步驟，在圖2中示出了一個(gè)完整的二沖程循環(huán)。在一個(gè)完整的二沖程循環(huán)中在八個(gè)選擇的曲柄轉(zhuǎn)角KW處示出了汽缸2的位置，其中0°的曲柄轉(zhuǎn)角KW相應(yīng)于活塞5的上死點(diǎn)位置OT，其中180°的曲柄轉(zhuǎn)角KW相應(yīng)于活塞5的下死點(diǎn)位置UT。由于根據(jù)本發(fā)明的方法是一種二沖程方法，所以0°的曲柄轉(zhuǎn)角KW等于360°的曲柄轉(zhuǎn)角KW。
在一曲柄轉(zhuǎn)角K1處，汽缸2的燃燒室22中的燃燒在一個(gè)前面的壓縮循環(huán)之后基本完成，從而在燃燒室22中可得到處于工作壓力下的熱燃燒氣體，從而使汽缸2中的活塞5從曲柄轉(zhuǎn)角K1處開始在一個(gè)膨脹循環(huán)中向相應(yīng)于一個(gè)180°的曲柄轉(zhuǎn)角KW的下死點(diǎn)位置UT方向運(yùn)動(dòng)。排氣閥3在曲柄轉(zhuǎn)角K1處關(guān)閉。在一個(gè)在進(jìn)行燃料噴射并隨后燃燒之后和在掃氣用空氣12隨后進(jìn)入汽缸2的燃燒室22之前開始的預(yù)掃氣相位V中，即在活塞5在一個(gè)燃燒循環(huán)之后第一次釋放掃氣槽41以前，和在一個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角K2處，排氣閥3隨著預(yù)掃氣相位V的開始而打開，即曲柄轉(zhuǎn)角K2是如此選擇的，從而當(dāng)排氣閥在曲柄轉(zhuǎn)角K2處打開時(shí)，汽缸2的燃燒室22中壓力仍很好地保持在廢氣管13中的壓力之上。由于在燃燒室22和廢氣管13之間的壓力差，熱廢氣8通過(guò)廢氣管13流入渦輪增壓器14，并在那驅(qū)動(dòng)渦輪9，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子10，如上所述，可得到作為用于引入汽缸2的燃燒室22中的掃氣用空氣13的壓縮空氣，該汽缸的掃氣槽41同時(shí)被相應(yīng)的活塞5釋放。這意味著，廢氣8的熱能中的一部分已經(jīng)按已知方式被利用、通過(guò)在釋放掃氣槽41之前、即在掃氣用空氣12流入汽缸2的燃燒室22之前打開排氣閥3來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器14的渦輪9了。
在一個(gè)略微大于曲柄轉(zhuǎn)角K2的曲柄轉(zhuǎn)角K3處，燃燒室22和廢氣管13之間的壓力差基本上平衡，排氣閥3在預(yù)掃氣相位V中在曲柄轉(zhuǎn)角K3處再次靜止關(guān)閉。由于在燃燒室22和進(jìn)氣接收器19之間的最大壓力差取決于曲柄轉(zhuǎn)角KW，在該曲柄轉(zhuǎn)角處排氣閥3在預(yù)掃氣相位V中再次關(guān)閉，在預(yù)掃氣相位V中在釋放掃氣用空氣開口4之后引入燃燒室2 2中的新鮮空氣量由曲柄轉(zhuǎn)角KW的預(yù)設(shè)值根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速、根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角KW和/或汽缸2的燃燒室22中的氣體壓力和/或汽缸2的燃燒室22中的溫度和/或增壓器組7的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組7中的氣體壓力和/或增壓器組7中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)，在該曲柄轉(zhuǎn)角處排氣閥3在預(yù)掃氣相位V中關(guān)閉。燃燒室22中封閉的體積由活塞5在汽缸2中向下死點(diǎn)位置UT方向的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)而增加，從而燃燒室22中的壓力由于排氣閥3關(guān)閉而落到進(jìn)氣接收器19中的壓力之下。在一個(gè)標(biāo)注著預(yù)掃氣相位V的結(jié)束的曲柄轉(zhuǎn)角K4處，活塞5至少部分地釋放掃氣槽41，從而掃氣用空氣12可以流出進(jìn)氣接收器19而進(jìn)入燃燒室22，排氣閥3仍保持關(guān)閉。掃氣用空氣12由于燃燒室22中在預(yù)掃氣相位V產(chǎn)生的負(fù)壓而被吸入燃燒室22。這意味著，在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的壓力下通過(guò)進(jìn)氣接收器19將掃氣用空氣12引入汽缸2的燃燒室22的渦輪增壓器14在其功能方面受到在活塞5在預(yù)掃氣相位中的膨脹運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在燃燒室22中產(chǎn)生的負(fù)壓的支持。
在一個(gè)接近下死點(diǎn)位置UT的曲柄轉(zhuǎn)角K5處，和在活塞5到達(dá)下死點(diǎn)位置UT之前或之后，排氣閥3打開，從而在下面的壓縮循環(huán)中廢氣8可以通過(guò)排氣閥3經(jīng)廢氣管13供給增壓器組7。在一個(gè)180°的曲柄轉(zhuǎn)角處，排氣閥3仍是打開的，并且一個(gè)壓縮循環(huán)以一種已知的方式開始，在到達(dá)一個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角K6時(shí)使掃氣槽41關(guān)閉，根據(jù)需要在一個(gè)在壓縮循環(huán)中到達(dá)曲柄轉(zhuǎn)角K6之前或之后的預(yù)先設(shè)定的時(shí)間、即在活塞已經(jīng)經(jīng)過(guò)下死點(diǎn)位置UT之后關(guān)閉排氣閥3。在根據(jù)本發(fā)明的另一種變型方案中，排氣閥3也可特別是在釋放掃氣開口4之后在活塞已經(jīng)到達(dá)下死點(diǎn)位置UT之前再次關(guān)閉。通過(guò)活塞5向上死點(diǎn)位置OT方向的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，封閉在燃燒室22中的空氣被壓縮，燃料在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間以眾所周知的方式通過(guò)一個(gè)噴嘴(未示出)被引入燃燒室22中，接下來(lái)便是燃料/空氣混合物在燃燒室22中的燃燒。
在這方面，排氣閥3的致動(dòng)可由一個(gè)自由可編程控制單元(未示出)根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速、根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角KW和/或汽缸2的燃燒室22中的氣體壓力和/或汽缸2的燃燒室22中的溫度和/或增壓器組7的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組7中的氣體壓力和/或增壓器組7中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的工作方法當(dāng)然也可以成功地用于大型柴油機(jī)，其具有一個(gè)取代汽缸2的運(yùn)行表面6中的作為一個(gè)掃氣用空氣開口4的掃氣槽41的進(jìn)氣閥42，如圖3所示。用一個(gè)以類似方式具有一個(gè)進(jìn)氣閥42的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。然而，盡管對(duì)于一個(gè)具有縱向掃氣的大型柴油機(jī)1而言，掃氣用空氣開口4的釋放、即掃氣槽41的釋放是由汽缸2中的活塞5的位置預(yù)先確定的，但對(duì)于一個(gè)具有進(jìn)氣閥42的大型柴油機(jī)1而言，進(jìn)氣閥42仍必須由一個(gè)控制裝置致動(dòng)。進(jìn)氣閥42的致動(dòng)優(yōu)選由一個(gè)自由可編程控制單元(未示出)根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速、根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角KW和/或汽缸2的燃燒室22中的氣體壓力和/或汽缸2的燃燒室22中的溫度和/或增壓器組7的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組7中的氣體壓力和/或增壓器組7中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。
如上所述，優(yōu)選在一個(gè)低于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值的較低負(fù)載范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速下使用早先說(shuō)明的根據(jù)本發(fā)明的方法。當(dāng)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1已經(jīng)超過(guò)該轉(zhuǎn)速限值、渦輪增壓器14已經(jīng)達(dá)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的功率時(shí)，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)1便根據(jù)一個(gè)從現(xiàn)有技術(shù)已知的二沖程方法工作。
通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法，避免了與用于在低負(fù)載工作時(shí)支持廢氣渦輪增壓器的附加輔助增壓器的使用相關(guān)的缺點(diǎn)。這樣，不僅避免了對(duì)附加輔助增壓器的，而且還避免了用于控制其所需的裝置的購(gòu)置和安裝的努力。進(jìn)氣接收器的設(shè)計(jì)也變得不復(fù)雜了，這是因?yàn)樘貏e是該進(jìn)氣接收器中的形式為片狀件的回流阻擋件也可被省去。同樣可以省去與工作資源、機(jī)器配件和人力的附加費(fèi)用相關(guān)的服務(wù)和修理努力。特別是，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法可以節(jié)省大量的空間和重量。另外，從能量角度而言。不帶有輔助渦輪增壓器的往復(fù)內(nèi)燃機(jī)的工作也是更有利的，因?yàn)椴辉傩枰玫接糜谒鼈児ぷ鞯碾娔?，并且可以?jié)省最終重量。相當(dāng)重要的是，根據(jù)本發(fā)明的方法的使用導(dǎo)致往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗降低。
權(quán)利要求
1.一種二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(1)、特別是一種大型柴油機(jī)的工作方法，其包括-一個(gè)具有一個(gè)排氣閥(3)和一個(gè)掃氣用空氣開口(4)的汽缸(2)，在汽缸(2)中布置有一個(gè)可在一個(gè)下死點(diǎn)位置(UT)和一個(gè)上死點(diǎn)位置(OT)之間沿一個(gè)運(yùn)行表面(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(5)，和-一個(gè)增壓器組(7)，其具有一個(gè)由來(lái)自汽缸(2)的燃燒室(22)的廢氣(8)驅(qū)動(dòng)的渦輪(9)和一個(gè)用于壓縮空氣(11)的轉(zhuǎn)子(10)，將壓縮空氣作為掃氣用空氣(12)通過(guò)一個(gè)掃氣用空氣開口(4)供給汽缸(2)的燃燒室(22)，其特征在于，在進(jìn)行燃料噴射并隨后燃燒之后和在掃氣用空氣(12)隨后進(jìn)入汽缸(2)的燃燒室(22)之前，排氣閥(3)在一個(gè)預(yù)掃氣相位(V)中在低于至少一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值時(shí)先打開、然后再關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，排氣閥(3)在預(yù)掃氣相位(V)中只在低于往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(1)的該預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值時(shí)才先打開、然后再關(guān)閉。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，排氣閥(3)的致動(dòng)由一個(gè)自由可編程控制單元根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、和/或曲柄轉(zhuǎn)角(KW)和/或汽缸(2)的燃燒室(22)中的氣體壓力和/或汽缸(2)的燃燒室(22)中的溫度和/或增壓器組(7)的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組(7)中的氣體壓力和/或增壓器組(7)中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(1)的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，掃氣用空氣(12)通過(guò)形成為汽缸(2)的運(yùn)行表面(6)中的掃氣槽(41)的掃氣用空氣開口(4)供給汽缸(2)的燃燒室(22)。
5.如上述權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，掃氣用空氣(12)向汽缸(2)的燃燒室(22)中的進(jìn)入由掃氣用空氣開口(4)處的一個(gè)進(jìn)氣閥(42)控制和/或調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，進(jìn)氣閥(42)的致動(dòng)由一個(gè)自由可編程控制單元根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、和/或曲柄轉(zhuǎn)角(KW)和/或汽缸(2)的燃燒室(22)中的氣體壓力和/或汽缸(2)的燃燒室(22)中的溫度和/或增壓器組(7)的轉(zhuǎn)速和/或增壓器組(7)中的氣體壓力和/或增壓器組(7)中的溫度和/或根據(jù)往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(1)的其它工作參數(shù)控制和/或調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，進(jìn)氣閥(42)的致動(dòng)由一個(gè)機(jī)械控制裝置、特別是由一個(gè)控制軸控制和/或調(diào)節(jié)。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在一個(gè)壓縮循環(huán)中，排氣閥(3)在接近下死點(diǎn)位置(UT)時(shí)打開，然后在一個(gè)到達(dá)曲柄轉(zhuǎn)角K6之前或之后的預(yù)先設(shè)定的時(shí)間再次關(guān)閉。
9.一種二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(1)、特別是一種大型柴油機(jī)，其包括一個(gè)汽缸(2)和一個(gè)增壓器組(7)，汽缸(2)具有一個(gè)排氣閥(3)和一個(gè)掃氣用空氣開口(4)，在汽缸(2)中布置有一個(gè)可在一個(gè)下死點(diǎn)位置(UT)和一個(gè)上死點(diǎn)位置(OT)之間沿一個(gè)運(yùn)行表面(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(5)，增壓器組(7)具有一個(gè)由來(lái)自汽缸(2)的廢氣(8)驅(qū)動(dòng)的用于壓縮空氣(11)的渦輪(9)，將壓縮空氣作為掃氣用空氣(12)通過(guò)一個(gè)掃氣用空氣開口(4)供給汽缸(2)的燃燒室(22)，其特征在于，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(1)根據(jù)如上述權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、特別是一種大型柴油機(jī)的工作方法。二沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)汽缸和一個(gè)增壓器組，汽缸具有一個(gè)排氣閥和一個(gè)掃氣用空氣開口，在汽缸中布置有一個(gè)可在一個(gè)下死點(diǎn)位置和一個(gè)上死點(diǎn)位置之間沿一個(gè)運(yùn)行表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，增壓器組具有一個(gè)由來(lái)自汽缸的燃燒室的廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪，并具有一個(gè)壓縮空氣的轉(zhuǎn)子，將壓縮空氣作為掃氣用空氣通過(guò)一個(gè)掃氣用空氣開口供給汽缸的燃燒室，排氣閥在進(jìn)行燃料噴射并隨后燃燒之后和在掃氣用空氣隨后進(jìn)入汽缸的燃燒室之前在一個(gè)預(yù)掃氣相位中在低于至少一個(gè)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速限值時(shí)先打開、然后再關(guān)閉。本發(fā)明還涉及根據(jù)上述方法工作的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。
文檔編號(hào)F02B69/06GK1472425SQ0314719
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者P·贊德特, P 贊德特 申請(qǐng)人:瓦特西拉瑞士股份有限公司