四冲程内燃机制造技术

本文公开了一种四冲程内燃机(2)。内燃机(2)包括至少一个汽缸装置(4)、排气管道(6)和至少一个涡轮机。汽缸装置(4)包括构造成打开和关闭排气流动面积ACYL的排气端口装置(14)。汽缸装置(4)具有最大容积VMAX。排气管道(6)在排气流动面积ACYL和涡轮机的涡轮入口面积ATIN之间延伸并且具有排气管道容积VEXH。排气管道容积VEXH小于等于0.5乘以最大容积VMAX。排气端口装置(14)构造成当汽缸装置(4)的活塞(10)处于下止点BDC时将排气流动面积ACYL暴露为至少0.22乘以最大容积VMAX的尺寸。

four-stroke internal combustion engine

In this paper, a four stroke internal combustion engine (2) is disclosed. The internal combustion engine (2) includes at least one cylinder device (4), exhaust pipe (6) and at least one turbine. The cylinder device (4) includes an exhaust port device (14) configured to open and close the exhaust flow area ACYL. The cylinder unit (4) has a maximum volume of VMAX. The exhaust pipe (6) extends between the exhaust flow area ACYL and the turbine inlet area ATIN of the turbine and has an exhaust pipe volume VEXH. The volume of the exhaust pipe VEXH is less than or equal to 0.5 times the maximum volume of VMAX. The exhaust port device (14) is constructed to expose the exhaust flow area ACYL to at least 0.22 multiplied by the size of the maximum volume VMAX when the piston (10) of the cylinder device (4) is at the lower stop point BDC.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】四冲程内燃机
本专利技术涉及一种包括涡轮机的四冲程内燃机。
技术介绍
在包括涡轮机(例如涡轮增压器)的四冲程内燃机中，汽缸中的排气压力被用来驱动涡轮机的涡轮。四冲程内燃机的活塞执行四个冲程，进气冲程、压缩冲程、动力冲程、和排气冲程。包括例如普通排气提升阀的内燃机的排气端口装置必须在动力冲程期间活塞达到其下止点BDC之前打开。否则，如果排气装置将在稍后(例如当活塞达到BDC时)打开，则来自汽缸内部的排气的内部压力将阻止活塞在排气冲程期间朝向上止点TDC移动。因此可用的发动机功率会降低。排气装置在动力冲程期间在活塞的下止点BDC之前打开允许一部分排气在活塞达到BDC之前通过排气装置逸出，被称为泄放。术语泄放也可以与在活塞达到BDC之前和活塞已经达到BDC之后，同时汽缸内部的压力超过排气装置下游的排气系统中的压力时，排气通过排气装置逸出结合使用。泄放的能量(功)，即泄放能量，通过排气装置逸出并且不传递到相关内燃机的曲轴。US5067452公开了一种压燃式发动机中的汽缸盖，其具有至少三个汽缸，每个汽缸具有用于供给燃料的单一开口、用于排气的单一开口、将燃料供给开口与用于分立汽缸的进气阀连接的第一组通道、将用于排气的开口与用于分立汽缸的排气阀连接的第二组通道。涡轮增压器的入口直接连接到用于排气的开口，并且用于燃料加注的涡轮增压器的出口管直接连接到燃料供给开口。因此，可以在汽缸的入口和出口侧提供尽可能短的气体导管以避免压力和温度损失，以便尽可能多地利用涡轮增压器中的排气能量。DE4414132公开了从内燃机的每个汽缸的出口阀到涡轮机的直接导管。所获得的能量产出被用于通过增加的加注来增加燃烧室中的空气体积，以减少NOX排放。在膨胀冲程期间引起的活塞功率被调节到低于所供给的空气体积所允许的量以获得所需的减少的NOX值。排气歧管的横截面可以小于阀通过流动表面，其中横截面仅在涡轮机气体入口处变宽。US4535592公开了一种内燃式涡轮复合发动机，其具有传统的可往复运动的活塞、汽缸、歧管、燃料氧气混合装置或燃料喷射器、点火装置或压缩点火器，并且结合有用于将热的、轻度高压燃烧产物(排气)从相应的汽缸输送到一个或多个涡轮机的相应的喷嘴构件的改进。喷嘴构件的入口端和排出端分别与相应的燃烧室或汽缸的相应的边界壁以及涡轮机的入口连接。快速打开的喷嘴阀将排气从相应的汽缸引入喷嘴构件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种包括涡轮机的四冲程内燃机，其中内燃机的涡轮机泄放能量的使用程度大于上述现有技术文献的燃式发动机中的涡轮机泄放能量。根据本专利技术的一个方面，该目的通过包括至少一个汽缸装置、排气管道、和包括涡轮的涡轮机的四冲程内燃机来实现，该涡轮机具有涡轮入口面积ATIN。该至少一个汽缸装置形成燃烧室并且包括布置成在汽缸孔中往复运动的活塞和排气端口装置，排气端口装置构造成在活塞往复运动的排气程序期间打开和关闭排气流动面积ACYL。汽缸装置具有在活塞的下止点BDC与燃烧室的上部内侧界定表面之间的最大容积VMAX。排气管道在排气流动面积ACYL与涡轮入口面积ATIN之间延伸，并且具有排气管道容积VEXH。排气管道容积VEXH小于等于0.5乘以最大容积VMAX，并且排气端口装置构造成当活塞处于下止点BDC时，以至少0.22乘以最大容积VMAX的尺寸来暴露排气流动面积ACYL。由于排气管道容积VEXH小于等于0.5乘以最大容积VMAX，即VEXH≤0.5×VMAX，并且由于排气端口装置被配置为当活塞处于下止点BDC时，以至少0.22乘以最大容积VMAX的尺寸来暴露排气流动面积ACYL，即ACYL≥0.22×VMAX，因此排气的泄放能量在涡轮机中被有效地利用。结果，实现了上述目的。专利技术人已经发现，所定义的最大排气管道容积VEXH与当活塞处于BDC时已经打开以对应于至少0.22乘以最大容积VMAX的尺寸的排气流动面积ACYL相结合，导致大部分泄放能量被传递到涡轮机。也就是说，由泄放产生的排气的初始爆发以不受限制的方式通过排气流动面积ACYL，并且经由排气管道传递到涡轮入口面积ATIN以用于涡轮机。四冲程内燃机可以包括多于一个汽缸装置，每个汽缸装置具有活塞和排气端口装置。四冲程内燃机可以包括多于一个涡轮机。涡轮机例如可以是涡轮增压器，其可以形成涡轮复合发动机的一部分，或者可以是驱动发电机的涡轮机。内燃机的一个或多个活塞可以经由一个或多个连杆连接到内燃机的曲轴。在汽缸装置内部，活塞上方存在燃烧室。进气在活塞的进气冲程期间通过汽缸装置的进气装置进入燃烧室。进气可以通过涡轮增压器压缩。内燃机可以是例如诸如柴油型发动机的压缩点火(CI)式发动机或诸如奥托型发动机的火花点火式发动机，并且在后者情况下包括汽缸装置中的火花塞或类似装置。燃料可以在活塞的压缩冲程的一部分期间被注入到燃烧室中，或者可以与吸入空气一起被夹带。燃料可能在活塞的压缩冲程与动力冲程之间的TDC附近点燃。根据实施方式，汽缸装置的瞬时汽缸容积V由活塞在其往复运动期间在汽缸孔中的瞬时位置定义，并且ACYL(V)表示在活塞的动力冲程期间的排气流动面积ACYL，其是瞬时汽缸容积V的函数。排气流动面积系数δ被定义为，δ＝ACYL(V)/(0.22×VMAX)，ACYL以m2表示，VMAX以m3表示。排气端口装置具有被定义为β＝(V(δ＝1)-V(δ＝0.1))/VMAX的打开速度系数β，并且排气流动面积ACYL可以具有打开速度系数β<0.06。以这种方式，排气流动面积ACYL可以在排气端口装置中以提供低流动阻力的速度打开。因此，可以促进从燃烧室向排气管道的泄放能量的快速传递。此外，所定义的最大排气管道容积VEXH与所定义的打开速度系数β结合可以确保由泄放能量产生的排气的初始爆发可用于涡轮中。换言之，打开速度系数β<0.06意味着在动力冲程期间，ACYL从VMAX的10％增加至VMAX的100％时，汽缸容积增加小于6％。根据实施方式，涡轮机具有标准化的有效流动面积γ，其被定义为γ＝ATURB/VMAX，其中γ可以大于0.22m-1，其中ATURB＝(ATIN/ATOT)×m’RED×(R/κ(2/(κ+1)X)))1/2，其中X＝(κ+1)/(κ-1)，其中ATOT是涡轮机的总入口面积，并且其中ATURB是在涡轮机的入口侧与出口侧之间的压力比率是2.5-3.5的情况下并且在涡轮的尖端速度是450m/s的情况下在涡轮机的减小的质量流量m’RED下获得的。以这种方式，提供了一种涡轮机，其中可以利用来自一个汽缸装置并且经由BDC处的所定义的排气流动面积ACYL和所定义的排气管道容积VEXH传递到涡轮入口面积ATIN的泄放产生的排气的初始爆发。此外，在具有这样定义的标准化的有效流动面积γ的涡轮机中，泄放能量可以在曲轴的小于80度的曲柄角度中从排气中提取。因此，泄放能量可以从连接到涡轮机的每个汽缸装置中独立地提取，因为来自不同汽缸装置的排气在曲轴的不同曲柄角度处达到涡轮机。除了涡轮机中的泄放能量利用率提高之外，上面所讨论类型的四冲程内燃机还具有优异的气体交换性能。也就是说，由于排气端口装置的快速打开和BDC处已有的大的可用排气流动面积，以及涡轮机的上面所限定的特性，因此排气受到低背压的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四冲程内燃机(2)，包括至少一个汽缸装置(4)、排气管道(6)、和包括涡轮(26)的涡轮机，所述涡轮机具有涡轮入口面积ATIN，其中所述至少一个汽缸装置(4)形成燃烧室(23)并且包括布置成在汽缸孔(12)中往复运动的活塞(10)和排气端口装置(14)，所述排气端口装置(14)构造成在活塞(10)往复运动的排气程序期间打开和关闭排气流动面积ACYL，其中所述汽缸装置(4)具有在所述活塞(10)的下止点BDC与所述燃烧室(23)的上部内侧界定表面(24)之间的最大容积VMAX，其中所述排气管道(6)在所述排气流动面积ACYL与所述涡轮入口面积ATIN之间延伸，并且具有排气管道容积VEXH，其特征在于，所述排气管道容积VEXH小于等于0.5乘以所述最大容积VMAX，并且其中所述涡轮机具有标准化的有效流动面积γ，其被定义为γ＝ATURB/VMAX，其中γ>0.22m‑1，其中ATURB＝(ATIN/ATOT)×m’RED×(R/(κ(2/(κ+1)X)))1/2，其中X＝(κ+1)/(κ‑1)，其中ATOT是所述涡轮机的总入口面积，并且其中ATURB是在所述涡轮机的入口侧与出口侧之间的压力比率是2.5‑3.5的情况下并且在所述涡轮(26)的尖端速度是450m/s的情况下在所述涡轮机的减小的质量流量m’RED下获得的，并且其中所述排气端口装置(14)构造成当所述活塞(10)处于所述下止点BDC时将所述排气流动面积ACYL暴露为至少0.22乘以所述最大容积VMAX的尺寸。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.03 SE 1551415-11.一种四冲程内燃机(2)，包括至少一个汽缸装置(4)、排气管道(6)、和包括涡轮(26)的涡轮机，所述涡轮机具有涡轮入口面积ATIN，其中所述至少一个汽缸装置(4)形成燃烧室(23)并且包括布置成在汽缸孔(12)中往复运动的活塞(10)和排气端口装置(14)，所述排气端口装置(14)构造成在活塞(10)往复运动的排气程序期间打开和关闭排气流动面积ACYL，其中所述汽缸装置(4)具有在所述活塞(10)的下止点BDC与所述燃烧室(23)的上部内侧界定表面(24)之间的最大容积VMAX，其中所述排气管道(6)在所述排气流动面积ACYL与所述涡轮入口面积ATIN之间延伸，并且具有排气管道容积VEXH，其特征在于，所述排气管道容积VEXH小于等于0.5乘以所述最大容积VMAX，并且其中所述涡轮机具有标准化的有效流动面积γ，其被定义为γ＝ATURB/VMAX，其中γ>0.22m-1，其中ATURB＝(ATIN/ATOT)×m’RED×(R/(κ(2/(κ+1)X)))1/2，其中X＝(κ+1)/(κ-1)，其中ATOT是所述涡轮机的总入口面积，并且其中ATURB是在所述涡轮机的入口侧与出口侧之间的压力比率是2.5-3.5的情况下并且在所述涡轮(26)的尖端速度是450m/s的情况下在所述涡轮机的减小的质量流量m’RED下获得的，并且其中所述排气端口装置(14)构造成当所述活塞(10)处于所述下止点BDC时将所述排气流动面积ACYL暴露为至少0.22乘以所述最大容积VMAX的尺寸。2.根据权利要求1所述的四冲程内燃机(2)，其中所述排气管道容积VEXH不包括所有经由具有小于等于0.022乘以所述最大容积VMAX的最小连接横截...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·奥洛夫松，D·诺林，M·瓦林德尔，J·艾斯波福尔斯，J·林迪瑞德，H·霍格伦德，P·拉松，A·达勒，M·斯滕贝里，
申请(专利权)人：斯堪尼亚商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE