四冲程内燃机制造技术

本文公开了一种内燃机(2)，其包括形成燃烧室(23)的至少一个汽缸装置(4)。发动机(2)还包括至少一个涡轮机(21)，其包括涡轮(26)并且具有涡轮入口面积ATIN。排气管道(6)从布置在汽缸装置(4)的汽缸孔(12)的下半部中的端口(15)延伸到涡轮入口面积ATIN。活塞(10)具有不同的活塞冲程长度，做功冲程和排气冲程比进气冲程和压缩冲程长，以使得端口(15)在做功冲程和排气冲程的部分期间不被活塞(10)覆盖，并且在进气冲程和压缩冲程期间被活塞(10)覆盖。

four-stroke internal combustion engine

An internal combustion engine (2) is disclosed, which comprises at least one cylinder device (4) forming a combustion chamber (23). The engine (2) also includes at least one turbine (21), which includes a turbine (26) and has a turbine inlet area ATIN. The exhaust pipe (6) extends from the port (15) arranged in the lower half of the cylinder hole (12) of the cylinder device (4) to the turbine inlet area ATIN. The piston (10) has a different piston stroke length, the work stroke and the exhaust stroke are longer than the intake stroke and the compression stroke, so that the port (15) is not covered by the piston (10) during the part of the work stroke and the exhaust stroke, and is covered by the piston (10) during the intake stroke and the compression stroke.

【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、做功冲程、和排气冲程。包括例如普通排气提升阀的内燃机的排气装置必须在做功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。排气装置在做功冲程期间在活塞的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。术语泄放也可以用于在活塞达到BDC之前和活塞已经达到BDC之后，排气通过排气装置逸出的，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。泄放的能量(功)，即泄放能量，通过排气装置逸出并且不经由活塞传递到内燃机的曲轴。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装置，并且结合有相应的喷嘴装置的改进，用于将热的高压燃烧产物(排气)从相应的汽缸传送到一个或多个涡轮机。喷嘴装置的入口端和出口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装置。US5775105公开了一种凸轮驱动的塞子，其打开和关闭发动机汽缸孔中的排气阀端口。塞子移动并形成用于从汽缸逸出的排气的最佳可变几何形状喷嘴，以将最大速度能量赋予这些排气，用于首先以超音速输送，然后随着汽缸压力衰减而以较低速度输送，以驱动将动力输送到内燃机的轴或其他服务负载的涡轮机。以上所提到的文献中所讨论的喷嘴阀和凸轮驱动的塞子可以证明是在实践中实现起来较为复杂的装置。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种包括涡轮机的四冲程内燃机，其中提供可靠的装置以利用排气能量。根据本专利技术的一个方面，该目的通过一种四冲程内燃机来实现，该四冲程内燃机包括形成燃烧室的至少一个汽缸装置和曲轴。该至少一个汽缸装置包括活塞、连杆、汽缸孔、以及用于将排气从汽缸孔排出的排气装置。活塞在连杆的第一端处可枢转地连接到连杆并且布置成在进气冲程、压缩冲程、做功冲程、和排气冲程中在汽缸孔中往复运动。排气装置包括布置在汽缸孔的下半部分中的端口。四冲程内燃机还包括至少一个涡轮机，该涡轮机包括涡轮并且具有涡轮入口面积ATIN。排气管道从端口延伸到涡轮入口面积ATIN。活塞具有不同的活塞冲程长度，做功冲程和排气冲程比进气冲程和压缩冲程更长，以使得端口在做功冲程和排气冲程的部分期间不被活塞覆盖，并且在进气冲程和压缩冲程期间被活塞覆盖招。由于活塞具有不同的活塞行程长度，因此做功冲程和排气冲程比进气冲程和压缩冲程更长，使得端口在做功冲程和排气冲程的部分期间不被活塞覆盖，并且在进气冲程和压缩冲程期间被活塞覆盖，因此排气管道中不需要任何单独的阀来打开和关闭排气管道。结果，实现了以所提到的目的。此外，由于排气装置包括布置在汽缸孔的下半部中的端口并且排气管道从端口延伸到涡轮入口面积ATIN，因此排气的泄放能量在涡轮机中被有效地利用。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。活塞可以经由连杆连接到内燃机的曲轴。适当地，连杆可以间接地连接到曲轴。该端口可以包括一个单一端口。然而，本文中对于端口的表述还包括被分成两个或更多个端口部段的端口，以及汽缸孔中的连接到同一个排气管道的多于一个的单数个端口。在汽缸装置内部，在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。进气可以被涡轮增压器压缩。内燃机可以是例如诸如柴油型发动机的压缩点火(CI)发动机或诸如奥托型发动机的火花点火(SI)发动机，并且在后者的情况下包括汽缸装置中的火花塞或类似器件。燃料可以在活塞的进气冲程或压缩冲程的部分期间被喷射到燃烧室中，或者可以与进气一起被夹带。燃料可能在活塞的压缩冲程与做功冲程之间的TDC附近点燃。根据实施方式，当活塞处于做功冲程与排气冲程之间的下止点BDC时，端口的端口面积APORT可以具有涡轮机的涡轮入口面积ATIN的至少两倍的尺寸。以这种方式，可以确保端口面积APORT在泄放期间不限制排气的流出。因此，排气的泄放能量可以在涡轮机中被有效地利用。根据实施方式，端口的高度可以在活塞的上止点TDC和做功冲程与排气冲程之间的下止点BDC之间的活塞冲程长度的8％至16％的范围内。以这种方式，端口可以不被覆盖，以确保排气的泄放能量被释放到涡轮机以便在其中有效使用。根据一些实施方式，当活塞达到BDC时，端口将完全不被活塞覆盖。在这样的实施方式中，端口的高度将从BDC向上延伸在做功冲程与排气冲程之间在活塞的上止点TDC与下止点BDC之间的活塞冲程长度的8％至16％之间的范围内的高度。根据实施方式，该至少一个汽缸装置可以具有在活塞在做功冲程与排气冲程之间的下止点BDC与燃烧室的上部内侧界定表面之间的最大容积VMAX。端口可以配置成当活塞处于做功冲程与排气冲程之间的下止点BDC时将端口面积APORT暴露为至少0.44×VMAX的尺寸。以这种方式，活塞处于下止点BDC时的端口面积APORT的尺寸可以设定成使得排气的泄放能量可以在涡轮机中被有效地利用。专利技术人已经发现，当活塞处于做功冲程与排气冲程之间的BDC时已经打开以对应于至少0.44乘以最大容积VMAX的尺寸的端口面积APORT导致泄放能量中的大部分被传递到涡轮机。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经过排气流动面积APORT并且经由排气管道传递到涡轮入口面积ATIN，以被利用在涡轮机中。根据实施方式，汽缸装置可以具有在活塞在做功冲程与排气冲程之间的下止点BDC与汽缸孔的上部内侧界定表面之间的最大容积VMAX。汽缸装置的瞬时汽缸容积V可以由活塞在其往复运动期间在汽缸孔中的瞬时位置来定义，其中APORT(V)表示端口在活塞的做功冲程期间的端口面积，其是汽缸瞬时容积V的函数，其中端口的排气流面积系数δ被定义为δ＝APORT(V)/(0.22×VMAX)，APORT以m2表示，并且VMAX以m3表示，其中端口具有打开速度系数β，其被定义为β＝(V(δ＝1)-V(δ＝0.1))/VMAX，并且其中端口面积APORT具有打开速度系数β<0.06。以这种方式，端口面积APORT可以以在排气装置中以提供低流动阻力的速度打开。因此，可以促进泄放能量从燃烧室到排气管道的有效传递。换言之，打开速度系数β<0.06意味着在做功冲程期间，汽缸容积增加小于6％，而APORT从0.22×VMAX的10％增加到100％。根据实施方式，汽缸装置可以具有在活塞在做功冲程与排气冲程之间的下止点BDC与汽缸孔的上部内侧界定表面之间的最大容积VMAX。排气管道可具有排气管道容积VEXH，其中VEXH小于等于最大容积VMAX的0.5倍。以这种方式，排气的泄放能量可以被有效地传递通过排气管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四冲程内燃机(2)，包括形成燃烧室(23)的至少一个汽缸装置(4)和曲轴(20)，其中所述至少一个汽缸装置(4)包括活塞(10)、连杆(22)、汽缸孔(12)、以及用于使排气从所述汽缸孔(12)流出的排气装置(14)，其中，所述活塞(10)在所述连杆(22)的第一端处可枢转地连接所述到连杆(22)并且布置成在进气冲程、压缩冲程、做功冲程、和排气冲程中在汽缸孔(12)中往复运动，其中所述排气装置(14)包括布置在所述汽缸孔(12)的下半部分中的端口(15)，其中，所述四冲程内燃机(2)还包括至少一个涡轮机(21)，所述涡轮机包括涡轮(26)并且具有涡轮入口面积ATIN，并且其中，排气管道(6)从所述端口(15)延伸到所述涡轮入口面积ATIN其特征在于：所述活塞(10)具有不同的活塞冲程长度，所述做功冲程和所述排气冲程比所述进气冲程和所述压缩冲程更长，使得所述端口(15)在所述做功冲程和所述排气冲程的部分期间不被所述活塞(10)覆盖，并且在所述进气冲程和所述压缩冲程期间被活塞(10)覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.03 SE 1551416-91.一种四冲程内燃机(2)，包括形成燃烧室(23)的至少一个汽缸装置(4)和曲轴(20)，其中所述至少一个汽缸装置(4)包括活塞(10)、连杆(22)、汽缸孔(12)、以及用于使排气从所述汽缸孔(12)流出的排气装置(14)，其中，所述活塞(10)在所述连杆(22)的第一端处可枢转地连接所述到连杆(22)并且布置成在进气冲程、压缩冲程、做功冲程、和排气冲程中在汽缸孔(12)中往复运动，其中所述排气装置(14)包括布置在所述汽缸孔(12)的下半部分中的端口(15)，其中，所述四冲程内燃机(2)还包括至少一个涡轮机(21)，所述涡轮机包括涡轮(26)并且具有涡轮入口面积ATIN，并且其中，排气管道(6)从所述端口(15)延伸到所述涡轮入口面积ATIN其特征在于：所述活塞(10)具有不同的活塞冲程长度，所述做功冲程和所述排气冲程比所述进气冲程和所述压缩冲程更长，使得所述端口(15)在所述做功冲程和所述排气冲程的部分期间不被所述活塞(10)覆盖，并且在所述进气冲程和所述压缩冲程期间被活塞(10)覆盖。2.根据前述权利要求中任一项所述的四冲程内燃机(2)，其中当所述活塞(10)位于所述做功冲程与所述排气冲程之间的下止点BDC时，所述端口(15)的端口面积APORT具有至少两倍于所述涡轮机(21)的所述涡轮入口面积ATIN的尺寸。3.根据权利要求2所述的四冲程内燃机(2)，其中所述端口(15)的高度处于所述活塞(10)的上止点TDC与在所述做功冲程与所述排气冲程之间的所述下止点BDC之间的活塞冲程长度的8％-16％的范围内。4.根据权利要求2或3所述的四冲程内燃机(2)，其中所述至少一个汽缸装置(4)具有在所述活塞(10)在所述做功冲程与所述排气之间的所述下止点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，其中所述端口(15)构造成当所述活塞(10)处于所述做功冲程与所述排气冲程之间的下止点BDC时将所述端口面积APORT暴露为至少0.44×VMAX的尺寸。5.根据前述权利要求中任一项所述的四冲程内燃机(2)，其中所述汽缸装置(4)具有在所述活塞(10)在所述做功冲程与所述排气之间的所述下止点BDC与所述汽缸孔(12)的上部内侧界定表面之间的最大容积VMAX，其中所述汽缸装置(4)的瞬时汽缸容积V由所述活塞(10)在其往复运动期间在所述汽缸孔(12)中的瞬时位置定义，其中APORT(V)表示在所述活塞(10)的做功冲程期间的所述端口(15)的端口面积，其是所述瞬时汽缸容积V的函数，其中所述端口(15)的排气流动面积系数δ被定义为δ＝APORT(V)/(0.22×VMAX...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·林迪瑞德，H·霍格伦德，M·尤森纳尔，J·艾斯波福尔斯，E·奥洛夫松，D·诺林，
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