二衝程對置活塞發動機及其操作方法和制動方法與流程

2023-05-05 05:30:22 1

本領域涉及內燃發動機。特別地，本領域涉及具有帶閥式汽缸(portedcylinder)的二衝程發動機。在更多的具體應用中，本領域涉及用於從帶閥式汽缸中釋放出壓縮空氣的結構和方法，該帶閥式汽缸裝配有對置活塞使能在二衝程對置活塞發動機中實現發動機制動，和/或其他操作。

背景技術：
與四衝程發動機相比，帶閥式二衝程對置活塞發動機具有公認的特定輸出、功率密度和功率重量比的優點。由於這些和其他理由，在近一個世紀的有限使用後，越來越多的關注被放在了對置活塞發動機在現代交通中的廣泛應用中。代表性的對置活塞發動機如圖1和圖2所示。如圖1所示，所述對置活塞發動機包括一個或者更多個汽缸10，每個汽缸具有孔12和在其中加工或者形成的縱向布置的排氣口和進氣口14和16。一個或者更多個燃料噴嘴17中的每個被安裝在相應的噴口處，所述噴口通向位於或者接近汽缸的縱向中心的汽缸側。兩個活塞20和22在它們端表面20e、22e互相對置的情況下被置於孔12中。為方便起見，活塞20由於靠近排氣口14，被稱為排氣活塞；在其中形成排氣口的汽缸端被稱為排氣端。類似地，活塞22由於靠近進氣口16，被稱為進氣活塞；相對應的汽缸端被稱為進氣端。對置活塞基本原理：具有一個或者更多個汽缸10的對置活塞發動機的操作是很容易理解的。關於這方面，參考圖2，響應於端表面20e、22e之間發生的燃燒，對置活塞移動離開相應的上止點(TDC)位置，在所述上止點處兩個活塞在汽缸中處於相對於彼此距離最近的位置。當離開上止點時，活塞保持它們相關聯的口閉合直到它們達到各自下止點(BDC)位置，在所述下止點處它們在汽缸中處於相對於彼此距離最遠的位置。在對置活塞發動機構造的一個有用的但不是必須的方面，相位偏移被引入到活塞繞其BDC位置的運動中，從而產生一個序列，在其中排氣口14隨著排氣活塞20移向BDC而打開，同時進氣口16仍然關閉，以便燃燒產生的排氣開始從排氣口14流出。在二衝程對置活塞發動機中，術語「動力衝程」(有時稱為「動力/排氣衝程」)表示活塞從TDC移動到BDC的運動，並且包括汽缸中燃燒氣體的膨脹且隨後排氣從汽缸釋放。隨著活塞繼續遠離彼此移動，進氣口16打開，同時排氣口14仍然打開，並且在具有或不具有再循環排氣的情況下，加壓空氣充料(「增壓空氣」)被驅入汽缸10，並且隨著活塞移動向TDC，被壓縮在活塞的端面間。在二衝程對置活塞發動機中，術語「壓縮衝程」(或者有時被稱為「進氣/壓縮衝程」)表示活塞端面之間增壓空氣的進入和所述活塞從BDC到TDC以壓縮增壓空氣的運動。進入汽缸的增壓空氣驅動燃燒產生的排氣從排氣口14排出。通過排氣口排出排氣且同時允許增壓空氣通過進氣口被稱為「掃氣/除氣法」。由於進入汽缸的增壓空氣流動方向與排氣(向排氣口)流出方向一致，所述掃氣過程被稱為「單向流動掃氣」。根據圖1，假定所述相位偏移如上所述，隨著在活塞反向後排氣口14關閉，進氣口16關閉並且汽缸中的增壓空氣被壓縮在端表面20e和22e之間。典型地，隨著在進氣口打開的同時增壓空氣通過進氣口16所述增壓空氣是呈渦流狀的，以促進良好的掃氣，並且在所述口關閉後，所述增壓空氣與噴射的燃料混合。典型地，燃料是柴油，其通過位於TDC附近的高壓噴射器被噴射到汽缸中。參考圖1，作為一個示例，所述渦流狀空氣(或簡稱「渦流」)30具有大體螺旋運動，所述螺旋運動在孔內形成漩渦——其繞汽缸的縱軸線循環。如圖2所示，隨著活塞朝向汽缸孔中其各自的上止點位置前進，燃料40通過噴嘴17被直接噴射到孔12的活塞端表面20e、22e之間的渦流增壓空氣30中。當活塞20和22在靠近它們各自的上止點位置時，增壓空氣和燃料的渦流混合物被壓縮在端表面20e和22e之間所限定的燃燒室32中。當混合物達到燃點時，燃料在燃燒室內被點燃，從而驅動活塞分開朝它們各自的下止點位置。在二衝程發動機中，通過壓縮空氣使得噴射到空氣中的燃料點燃的過程被稱為「壓縮點火」。壓縮釋放/壓縮漏氣(compressionrelease)：釋放壓縮空氣在柴油發動機操作的一些方面是有利的。發動機制動(也稱為「減壓制動」和「壓縮釋放制動」)對於裝配柴油發動機的中型和重型載重車是尤其有用的特徵。在裝有閥的四衝程柴油發動機中，當活塞在或者接近其壓縮衝程的頂部時，在膨脹衝程即將開始前，通過停止燃料噴射、關閉排氣再循環(EGR)閥並且從汽缸中釋放壓縮的增壓空氣，激活發動機制動。在膨脹衝程期間，在此時釋放壓縮空氣釋放能量，否則會促使活塞從上止點移向下止點。這顯著減少了活塞返回到下止點時活塞做的功，產生了令人滿意的制動效果。在被構建成用於發動機制動的裝有閥的發動機中，在或者接近壓縮衝程的末尾時，通過不按順序打開排氣閥，來釋放壓縮空氣。所述壓縮空氣通過打開閥流入排氣系統。在下止點，增壓空氣再次被允許進入汽缸中。隨著循環重複，通過釋放壓縮空氣而丟棄了潛在發動機能量，這導致發動機減速。發動機制動顯著地提高了中型和重型載重機車的制動性能，從而使它們更安全的操作，即使在更高的平均速度也如是。此外，在貢獻顯著額外製動性能中，發動機制動系統延長中型和重型載重機車機械制動系統的壽命，這減少了這些機車整個壽命期的維修費用。四衝程發動機的發動機制動構造通常響應伴隨有節氣門釋放的手動生成信號來操作。當發動機制動被激活，汽缸通過在壓縮衝程期間不按序列打開的排氣閥排放。在四衝程發動機中的發動機制動的代表性實施例中，美國專利4473047教導每個汽缸具有兩個排氣閥。在正常操作期間，兩個閥在排氣衝程期間都是打開的。當發動機制動被致動時，一個排氣閥在或者接近壓縮衝程上止點被打開。壓縮釋放結構：傳統的四衝程柴油發動機通過改進排氣閥機構獲得有利的發動機制動，其中所述排氣閥機構被設計成在發動機操作循環的某些部分期間從汽缸中釋放壓縮空氣。進氣閥和排氣閥被支撐在汽缸蓋內。然而，二衝程對置活塞發動機不包括閥或者汽缸蓋。實際上，它們通過在汽缸上縱向分開的並且被活塞控制的汽缸口來吸入增壓空氣並排出燃燒產物。因此，在沒有汽缸蓋和進氣閥和排氣閥的情況下，對置活塞發動機不能包括為裝有閥的柴油發動機定製的壓縮釋放方案。然而，對置活塞發動機操作的額外發動機制動可以給予與具有該性能的裝有閥...