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CN101117911A - 可以带有燃烧废气扫气阶段的内燃机 - Google Patents

可以带有燃烧废气扫气阶段的内燃机 Download PDF

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CN101117911A CNA2007101119751A CN200710111975A CN101117911A CN 101117911 A CN101117911 A CN 101117911A CN A2007101119751 A CNA2007101119751 A CN A2007101119751A CN 200710111975 A CN200710111975 A CN 200710111975A CN 101117911 A CN101117911 A CN 101117911A
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Abstract

本发明涉及一种内燃机，尤其是可以带有燃烧废气扫气阶段的间接喷射增压发动机，包括：至少一个包含燃烧室(12)的汽缸(10)、具有进气阀(24)的进气装置(16)、具有碳化空气进气阀(22)的碳化空气进气装置(14)、具有排气阀(32)的燃烧废气排气装置(28)和用于控制排气装置(28)的装置(36)。根据本发明，该发动机包括用于进气装置(16)的控制装置(44)和用于碳化空气进气装置(14)的附加控制装置。

Description

可以带有燃烧废气扫气阶段的内燃机
技术领域
本发明涉及一种包括至少两个用于实施残余燃烧废气的扫气阶段的进气装置的间接喷射内燃机。更具体地说，本发明尤其涉及一种火花点火增压发动机。
背景技术
众所周知，由内燃机输送的动力取决于馈送入该发动机的燃烧室的空气量，而该空气量自身正比于此空气的密度。
假如需要较高的发动机功率的话，通过在将空气馈送入燃烧室之前借助增压装置(涡轮增压器或螺旋式压缩机之类的驱动式压缩机)来压缩空气，从而增大空气量。
为了增大允许进入汽缸的压缩空气的量，提供了一个对存在于燃烧室中的残余燃烧废气进行扫气的阶段。该扫气阶段允许在发动机排气循环结束之前排出存在于燃烧室中的燃烧废气，并且用压缩(或增压)空气来替换它。
如美国专利第US-4,217,866号所述，该扫气阶段包括在汽缸的排气循环结束时和在进气循环开始时使该汽缸的排气阀和进气阀交叠。通过同时将这些排气阀和进气阀打开一定角度而达到10度的曲轴转动角度，来获得这种交叠。
在此文件描述的间接燃料喷射增压发动机中，设置了具有控制排气管的排气阀的燃烧废气排气装置和两个进气装置。一个进气装置是具有管子和阀的非汽化增压进气装置，另一个进气装置是包括具有燃料喷嘴的管子和阀的汽化进气装置。
另一方面，通过使排气阀和非汽化增压进气阀交叠而使汽化进气阀保持关闭，来实施燃烧废气的扫气，在另一方面，由于在打开的进气阀处空气压力高于仍然存在于燃烧室中的废气压力，允许进入燃烧室中的非汽化增压空气替换该废气并使它通过排气阀排出。非汽化增压空气因此占据了由该排出废气释放的容积，这能够显著增多在发动机进气循环过程中引入空气的量。在扫气阶段结束时附近，排气阀关闭，汽化增压进气阀打开，致动燃料喷嘴，并通过作为其中允许非汽化增压空气的补充的另一进气装置将汽化增压空气馈送入燃烧室。
尽管这种类型的发动机可令人满意地运行，然而，它涉及了决非不严重的缺点。
实际上，在燃烧废气扫气阶段，必须使用控制两个进气阀的单个控制装置，诸如那些通称为VVT(可变阀定时)的，这允许改变这些阀的提升规律，尤其是在它们打开/关闭的时刻。
提供了具有各带有非常精确轮廓的致动凸轮和具有彼此相关联的角度偏移的凸轮轴，该凸轮轴尤其在发动机空转速度条件下能够在具有扫气阶段和不具有扫气阶段的情况下工作。
这种凸轮轴类型很难实现，并且它需要多次尝试来获得合适的轮廓和角度偏移。此外，它具有相对较大的明显延伸范围。
此外，在扫气阶段之外，偏移凸轮有损于发动机的运行，尤其是在高速充填时。此外，为了获得这种凸轮轴，必须在具有扫气阶段的发动机运行模式和没有扫气阶段的运行模式之间达到一种折衷。
本发明旨在借助具有允许致动阀门的装置而无需复杂和昂贵的控制装置的发动机来克服上述的缺点.
发明内容
本发明因此涉及一种内燃机，尤其是可以带有燃烧废气扫气阶段的间接喷射增压发动机，包括：至少一个包含燃烧室的汽缸、具有进气阀的进气装置、具有碳化空气进气阀的碳化空气进气装置、具有排气阀的燃烧废气排气装置和用于控制排气装置的装置，其中，该发动机包括用于进气装置的控制装置和用于碳化空气进气装置的附加控制装置。
附加控制装置可包括由控制排气装置的装置所控制的碳化空气进气阀致动装置。
致动装置可包括致动碳化空气进气阀的阀杆。
控制排气装置的装置可包括用于阀杆的致动器。
控制排气装置的装置可包括凸轮轴，该凸轮轴可包括控制阀杆运动的凸轮。
凸轮轴可包括可控制排气阀的凸轮。
附加控制装置可包括凸轮轴。
控制进气装置的装置可包括用于改变进气阀的提升规律的装置。
内燃机可包括用于进气装置的燃料喷嘴，以允许获得具有受控燃料喷射的进气装置。
内燃机还可包括控制单元，以允许或防止将燃料喷射入受控喷射的进气装置。
附图说明
一旦参照附图、借助非限制性的例子阅读了下文给出的描述，本发明的其它特征和优点将会变得显而易见，其中：
-图1示出根据本发明的增压内燃机的局部视图，以及
-图2是示出当发动机在燃烧废气扫气条件(B)下运行时和当发动机在传统条件(C)下运行时进气阀和排气阀的行程图。
具体实施方式
图1示出一种增压内燃机，尤其是间接燃料喷射类型的，更具体地说是火花点火发动机。
此发动机包括至少一个汽缸10，活塞(未示出)在该汽缸10内以直线往复运动的形式在称为上死点(图中的PMH)的第一位置和在称为下死点(PMB)的另一位置之间滑动。该汽缸包括燃烧室12，空气或增压空气和燃料的混合物、或者已经添加了再循环废气(EGR)的增压空气和燃料的混合物在该燃烧室12中发生燃烧。
该汽缸10包括汽化增压空气(或碳化空气)进气装置14和增压空气(或空气)进气装置16，后者的空气在所示的例子中是非碳化空气。
通常，这些进气装置包括设置在汽缸盖中的孔口，该发动机通常装备有与该孔口相连通的管子18、20以及诸如进气阀之类的用于关闭所述孔口的装置22、24。诸如射流喷嘴之类的燃料喷射装置26使燃料能够馈送入管子18，从而燃料与其中循环的空气混合，并形成馈送入燃烧室中的燃料混合物。因此，碳化空气进气装置14包括管子18、阀22和喷嘴26，而非碳化空气进气装置16包括管子20和阀24。
该汽缸还包括燃烧废气排气装置28，该燃烧废气排气装置28包括排气管30和诸如排气阀32之类的关闭装置。
汽缸还包括诸如火花塞34之类的点火装置，使包含在燃烧室12中的燃料混合物能初始燃烧。
通过控制装置36来控制排气阀32的运动，从而使设置在汽缸盖中的孔口打开/关闭，该控制装置36包括转动的凸轮轴38，该凸轮轴38称为排气凸轮轴，并设有作用在排气阀32的杆42上的凸轮40。
通过装置44来控制非汽化进气阀24的运动，从而使孔口打开/关闭，该装置44允许改变其提升规律，尤其是在其打开和关闭时刻，通常称为VVT(可变阀定时)。有利的是，这些VVT类型的装置基本包括转动的凸轮轴46，该凸轮轴46称为进气凸轮轴，并设有作用在进气阀24的杆50上的凸轮48。
当然，这两个凸轮轴可以通过与任何发动机配装在一起的诸如定时链或带之类的任何已知装置来同步驱动。
通过独立于进气凸轮轴46的附加控制装置来提供对于碳化空气进气阀22的控制。
这些附加装置可以是通过诸如上述定时链或带之类的任何已知装置来与进气凸轮轴和排气凸轮轴同步驱动的第三凸轮轴。
有利的是，如同在下文中所更详细描述的，这些附加控制装置包括用于由排气凸轮轴38控制的、用于致动碳化空气进气阀22的装置52。
这些致动装置包括阀杆54，该阀杆54具有安装成在枢轴56上转动的杆，该枢轴56固定至发动机，更具体地说固定至汽缸盖位于阀22和排气凸轮轴之间的部分。该阀杆54因此包括两个杆臂，一个杆臂位于枢轴和放置在阀22的杆58上的该阀杆54末端之间，另一个杆臂位于枢轴和放置在由排气凸轮轴38支承的凸轮60上的另一末端之间。
通过诸如任何发动机通常都设有的发动机计算机之类的控制单元(未示出)，来控制VVT类型的进气凸轮轴46。该发动机计算机包括图谱或图表，从而能够根据发动机的运行条件，来实施或不实施给存在于燃烧室中的残余燃烧废气扫气的阶段，以及在预定时刻和持续选定时间的燃料喷射。
熟悉本领域的技术人员可以推知由排气凸轮轴38支承的凸轮40、60、以及在阀杆54的末端和枢轴56之间的各个杆臂的轮廓和角度偏移，从而进气阀22在邻近排气阀32关闭时开始打开。
因此，当运行时并且在发动机所需的动力变化的情况下，或者当该发动机在低或中速和高负荷的情况下其运行的构造中，给发动机供给增压空气，并且实施燃烧废气的扫气阶段，且在发动机的排气循环结束时和在进气循环开始时阀交叠。
在这种情况下，参见图2(部分B)，排气阀32通常在排气下死点(PMBe)附近打开，并且在由排气凸轮轴38支承的凸轮40的作用下，它在进气上死点(PMHa)附近关闭。发动机计算机在PMHa附近控制VVT型凸轮轴46，该凸轮轴46控制非碳化空气进气阀24，从而该阀在位于PMHa之前很远的曲柄转角A1处早早地打开，并在压缩下死点(PMBc)之前关闭。汽化增压空气进气装置14的进气阀22在PMHa附近打开，并在由排气凸轮轴38支承的凸轮60的作用下在PMBc附近关闭。
因此，在角度A1和PMHa之间，非碳化空气进气阀24和排气阀32是打开的，而碳化空气的进气阀2是闭合的。在这种构造中，在进气阀24的平面处非汽化增压进气的压力高于在排气阀32的平面处存在于燃烧室中的残余废气的压力。因此在增压空气的压力和残余废气的压力之间发生压力差。该压力差使存在于室12中的燃烧废气能在该压力差的作用下从此室中经过排气阀32排出而进行扫气。
这使得存在于燃烧室12中的残余燃烧废气能够扫气并被无燃料的增压空气替换。
一旦在PMHa附近完成燃烧废气的扫气阶段，排气阀32就在凸轮40的作用下关闭，进气阀24保持打开，而汽化增压空气进气阀22在阀杆54的作用下打开，该阀杆54是在其末端设置的凸轮60的作用下围绕销56旋转的。同时，发动机计算机控制致动喷嘴26，从而将燃料馈送入管子18，并且获得发送至燃烧室12的燃料混合物。此后，压缩该燃料混合物，然后通过火花塞34来点火，从而实现该混合物的燃烧和进而的膨胀。
为了改进将碳化空气引入该燃烧室，可以在循环早期将燃料喷射入进气管18。这是在进气阀22仍然关闭时且在排气阀32关闭之前完成的。因此，在打开进气阀22之前，进气管18包含燃料混合物。当该排气阀关闭而碳化空气进气阀打开时，将该混合物馈送入燃烧室。
在传统的发动机运行条件的情况下，因为它处于空转速度的情况下，所以在常压下给发动机供给空气，并且它不要求燃烧废气的扫气阶段。
在此构造中，进气凸轮轴46像传统凸轮轴一样工作，而不用提早打开进气阀24。
如图2的部分C所示，在PMHa附近，排气阀32关闭，而在排气阀关闭时进气阀22和24打开。如上所述，发动机计算机控制致动喷嘴26，从而将燃料喷射入管子18，并且在燃烧室12中获得燃料混合物。
较佳的是，以一种比例将燃料喷射入进气管18，该比例使得在燃烧室中能够获得燃料/空气接近1的燃料混合物。
对于提升规律和/或非碳化空气进气阀24的控制，本发明给出了完全的自由度，而不会使碳化空气进气阀22的工作恶化。
因此，非碳化空气进气阀24可以在PMHa附近在燃烧废气扫气阶段的结束时闭合。在这种情况下，发动机将像在扫气阶段结束时具有两个阀22和32的发动机一样运行。
进气凸轮轴46也可以是可脱开的。这使得它在传统发动机运行条件的过程中不工作，在这种情况下，此发动机也像传统的双阀发动机一样运行。
本发明并不限于所述的例子，并且它包括任何变型或等同物。
尤其是，以上的描述提及了非碳化空气进气装置，该非碳化空气进气装置允许在扫气阶段的过程中将非碳化空气馈送入燃烧室。
可以使用特殊的进气装置，称为受控的燃料喷射进气装置，允许将增压空气(或空气)引入燃烧室，该增压空气(或空气)可以是汽化增压空气(或碳化空气)、或非汽化增压空气。这是借助位于进气管20中的燃料喷嘴来完成的，并且是由发动机计算机来控制的，从而在燃烧废气扫气阶段之外将燃料喷射入该管子20，这在本申请人提交的法国专利申请第05/05,237号中有详细描述。
因此，在燃烧废气扫气阶段，如上所述，实现了进气阀24和排气阀32的交叠。在此阀交叠的过程中，发动机计算机控制进气装置16的喷嘴，从而该喷嘴不工作。一旦完成燃烧废气的扫气阶段，排气阀32就关闭了，受控喷射进气装置16的进气阀24保持打开，而碳化空气进气装置14的进气阀22打开。同时，发动机计算机控制致动喷嘴26，从而将燃料喷射入管子18，并将燃料混合物馈送入燃烧室12。
在传统发动机运行条件的情况下，即，在没有燃烧废气扫气的进气模式中，排气阀32关闭，而当排气阀关闭时，碳化空气进气装置14的进气阀22和受控喷射进气装置16的进气阀24打开。同时，发动机计算机控制致动两个喷嘴，从而将燃料喷射入管子18和20，并且在各管子中获得燃料混合物。

Claims (10)

1.一种可以带有燃烧废气扫气阶段的内燃机，尤其是间接喷射增压发动机，包括：至少一包含燃烧室(12)的汽缸(10)、具有进气阀(24)的进气装置(16)、具有碳化空气进气阀(22)的碳化空气进气装置(14)、具有排气阀(32)的燃烧废气排气装置(28)和用于控制所述排气装置(28)的装置(36)，其特征在于，所述发动机包括用于所述进气装置(16)的控制装置(44)和用于所述碳化空气进气装置(14)的附加控制装置。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述附加控制装置包括由控制所述排气装置(28)的所述装置(36)控制的用于致动所述碳化空气进气阀(22)的装置(52)。
3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，所述致动装置(52)包括致动所述碳化空气进气阀(22)的阀杆(54)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，控制所述排气装置(28)的所述装置(36)包括用于所述阀杆(54)的致动器(60)。
5.如前述权利要求中任一项所述的内燃机，其特征在于，控制所述排气装置(28)的所述装置(36)包括凸轮轴(38)，并且所述凸轮轴包括控制所述阀杆(54)的运动的凸轮(60)。
6.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，所述凸轮轴(38)包括控制所述排气阀(32)的凸轮(40)。
7.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述附加控制装置包括凸轮轴。
8.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，控制所述进气装置(16)的所述装置(44)包括用于改变所述进气阀(24)的提升规律的装置。
9.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，包括用于所述进气装置(16)的燃料喷嘴，以允许获得受控喷射的进气装置。
10.如权利要求9所述的内燃机，其特征在于，包括控制单元，以允许或防止将燃料喷射入所述受控喷射的进气装置。
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