专利名称：往复式内燃机的工作方法
技术领域：
本发明涉及一种往复式内燃机的工作方法，和一种根据该方法工作的相应类属的独立权利要求的前序部分的往复式内燃机。
由于增压器组的涡轮只由从汽缸的燃烧室中逸出的热废气驱动，所以已知的用于大型柴油机的增压器组只能以较低的效率工作，特别是在刚起动之后不久或是在低于某个转速限值时，更是如此。这意味着，例如，在前一个燃烧过程中出现的废气只以一个不足的程度从汽缸的燃烧室扫出，其结果是，其中在扫气循环中汽缸的燃烧室未被供给足够的新鲜空气，从而在接下来的燃烧循环中不能得到足够量的新鲜空气。因此，增压器组经常附带有一个或多个附加的机械的或电的辅助增压器，以便在所述转速限值下达到一个相应的扭矩增加，从而往复式内燃机可以更有效的工作。辅助增压器通常从一个布置在空气冷却器下游的第一室吸入空气，并将空气传送到一个第二室中，然后空气从该第二室通过扫气槽流入汽缸的燃烧室，通常通过形式为片状件的回流阻挡件来防止空气向该第一室的回流。这样的辅助增压器通常设计成每一个都具有高达200kW的电功率的电鼓风机，并支持或替换低于转速限值的废气涡轮增压器，其通常只达到大型柴油机的全负荷特性的10％-50％，具体为30％-35％。如果超过转速限值，便可省去该附加的电辅助增压器，即切断辅助增压器，只由废气涡轮增压器来增压发动机。在这种工作状态中，即在切断辅助增压器之后，上述片状件被打开，从而允许增压空气从位于空气冷却器下游的第一室直接溢流到第二室中，空气从第二室被供给扫气槽。
即使通过使用辅助增压器在低负载工作时支持废气涡轮增压器实现了汽缸扫气中的改进，但尽管如此，在低负载工作时已知的二冲程循环中的汽缸的燃烧室只被不充分地扫气，从而在随后的燃烧循环中得不到足够量的新鲜空气，或者在低转速时向燃烧室供入太多量的新鲜空气。这意味着，所供给的空气量不能随用于操作往复式内燃机的已知方法而被控制和/或调节。
另外，在低负载工作时使用辅助增压器来支持废气涡轮增压器也带来了大量缺点。除了用于辅助增压器的购置费用之外，还必需安装用于它们的控制和/或调节的附加装置。进气接收器的设计是相对复杂的，因为上述在辅助增压器的工作中不可缺少的作为回流保护的片状件是复杂的。附加的组装当然需要与工作介质、机器配件和人力的附加费用相关的附加的维护和修理努力。另外，辅助增压器和进气接收器的由片状件分隔开的一个第一空间和一个第二空间的划分占据了相对大的空间，这通常是缺点，并导致附加的重量。另外，从能量角度讲，用辅助增压器进行工作也是不利的，因为例如这必需能获得用于电辅助增压器工作所需的电能。这意味着，辅助增压器的工作最终导致增加燃料消耗，这也有附加的重量的原因。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种往复式内燃机、特别是一种大型柴油机的工作方法，其允许往复式内燃机特别是在一个低于一个预先确定的转速限值的较低负载范围内更为有效的工作，而不需要为此必需的附加的机械的、电气的或其它的辅助涡轮增压器。另外，本发明的目的是提供根据本发明方法工作的往复式内燃机。
本发明的满足这些在技术方法和在设备方面的目的的主题的特征在于，相应种类的独立权利要求的特征。
相应的从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施例。
因此，根据本发明，提供一种纵向扫气的往复式内燃机、特别是一种大型柴油机的工作方法。该纵向扫气的往复式内燃机包括一个汽缸和一个增压器组，该汽缸具有一个排气阀和一个设计为扫气槽形式的扫气用空气开口，在该汽缸中布置有一个可在一个下死点位置和一个上死点位置之间沿一个运行表面往复运动的活塞，该增压器组具有一个由来自汽缸的燃烧室的废气驱动的用于压缩空气的涡轮，将压缩空气通过一个扫气用空气开口作为扫气用空气供给汽缸的燃烧室，使该纵向扫气的往复式内燃机的至少一个汽缸至少在一个预先设定的转速范围内按四冲程过程工作。
根据本发明的方法优选用于一种大型柴油机、特别是一种十字头大型柴油机的工作中，其中可以以一种协同的方式在一个布置在预先设定的第一转速限值之下、例如在起动该大型柴油机之后的低负载范围内控制和/调节排气阀的致动和燃料喷射的定时。该低负载范围可以包括例如一个直到往复式内燃机可达到的作为最大值的全负荷功率的大约10％的范围，但不必限定为一个直到可达到的作为最大值的全负荷功率的大约10％的负载范围。在至少低于第一转速限值时，一个被输送有从发动机的汽缸的燃烧室中排出的热废气的涡轮增压器还不能提供所需的功率，该涡轮增压器在传统情况下由通常是电操作的并设计成辅助增压器的附加鼓风机支持。由于在低于转速限值的低负载工作中使用辅助增压器来支持废气涡轮增压器，公认可以达到汽缸扫气的改善，但是，公知的二冲程过程中的汽缸的燃烧室在低负载工作中或者未被足够地扫气，从而在随后的燃烧循环中不能得到足够量的新鲜空气，或者在低转速时向燃烧室供入太多量的新鲜空气。这意味着，所供给的空气量不能随用于往复式内燃机的工作的已知方法而被控制和/或调节。通过使用根据本发明的方法，可以省去设计成辅助增压器的附加风扇，一方面，可以控制和/或调节新鲜空气向汽缸的燃烧室的供给，另一方面，从而可以使往复式内燃机更为有效地工作。
在将在下文说明的根据本发明的方法的一个优选变型形式中，往复式内燃机在低于一个预先设定的第一转速限值的低负载工作状态中按四冲程过程工作。扫气用空气通过形成为汽缸壁中的扫气槽的扫气用空气开口供给汽缸的燃烧室，即该往复式内燃机是例如设计为带有纵向扫气的大型发动机。
在根据本发明的方法的一个变形方案中，一个燃烧循环，至少在低于第一转速限值时，包括一个预扫气相位，从而排气阀如下文所说明的那样在进行燃料喷射并随后燃烧之后和在扫气用空气随后进入汽缸的燃烧室之前在一个预扫气相位中先打开，然后再关闭。
在一个随后是燃烧的压缩循环之后，在往复式内燃机的汽缸的燃烧室中可得到处于工作压力下的热废气，从而使活塞在一个膨胀循环中以已知的方式向相应于一个180°的曲柄转角的下死点位置方向运动。活塞的下死点位置照常用一个180°的曲柄转角表示，在该位置由汽缸、汽缸盖和活塞界定的燃烧室具有一个最大容积，而活塞的上死点位置则用一个0°或360°的曲柄转角表示，在该位置燃烧室具有一个最小容积。在一个四冲程过程中，按通常已知的方式，下死点位置与一个180°或540°的曲柄转角相关联，上死点位置与一个0°、360°或720°的曲柄转角相关联。排气阀在燃烧过程之后首先立即关闭。在一个跟随该燃烧的预扫气相位中，在活塞在该燃烧之后第一次释放扫气槽以前，排气阀在一个预先设定的限定预扫气相位的开始的第一曲柄转角处打开，该第一曲柄转角、即预扫气相位的开始是如此选择的，从而当排气阀打开时，在汽缸的燃烧室和废气管之间存在有压力差，该废气管适用于将来自汽缸的燃烧室的废气供给增压器组，从而热废气由于该压力差通过废气管进入涡轮增压器，并在那驱动涡轮，从而驱动转子，因此可得到作为用于引入汽缸的燃烧室中的扫气用空气的压缩空气，该汽缸的扫气槽同时被相应的活塞释放。这意味着，废气的热能中的一些已经按已知方式被利用、通过在释放扫气槽之前、即在扫气用空气流入汽缸的燃烧室之前已经打开排气阀来驱动涡轮增压器的涡轮了。
如果在燃烧室和废气管之间的压力差基本被补偿，排气阀在预扫气相位中在一个第二曲柄转角处再次关闭静止。燃烧室中封闭的体积由活塞在汽缸中向下死点位置方向的进一步运动而增加。由于排气阀关闭，所以燃烧室中的压力落到进气接收器中的压力值之下，在活塞释放扫气槽时，扫气用空气经过所述进气接收器到达汽缸的燃烧室。在一个第三曲柄转角处，该活塞最终至少部分地释放扫气槽，从而扫气用空气可从进气接收器流入燃烧室，并且排气阀仍保持关闭。扫气用空气由于燃烧室中在预扫气相位中相应于进气接收器产生的负压而被吸入燃烧室。这意味着，在一个预先设定的压力下通过进气接收器将扫气用空气引入汽缸的燃烧室的涡轮增压器在其功能方面受到在活塞在预扫气相位中的膨胀运动过程中在燃烧室中产生的负压的支持。由于在燃烧室和进气接收器之间的最大压力差取决于该曲柄转角，在该曲柄转角处排气阀在预扫气相位中再次关闭，在预扫气相位中在释放扫气槽之后引入燃烧室中的新鲜空气量由预先设定的曲柄转角控制和/或调节，排气阀在预扫气相位中在该曲柄转角处关闭。
当然可以设定应该得到的足够用于汽缸的燃烧室中的下一个燃烧过程的新鲜空气的具体量，使排气阀在预扫气相位开始之前已经打开，但在释放扫气槽之前不再关闭。
在接近相应于一个180°的曲柄转角的下死点位置时，不管预扫气相位是否已经发生，也不管排气阀是否在预扫气相位中已经关闭，排气阀都再次打开，或保持打开，从而在接下来的包括在180°和360°之间的曲柄转角范围并且在其中开始一个主扫气相位的压缩冲程中，废气中的一部分通过排气阀经废气管供给增压器组。排气阀优选保持是打开的，以在至少如此长的直到活塞在压缩冲程的过程中再次关闭扫气槽的时间内将废气中的一部分排出，然后在一个预先设定的第四曲柄转角处在主扫气相位开始时关闭。排气阀的致动优选地由一个自由可编程控制单元根据往复式内燃机的转速、和/或曲柄转角和/或汽缸的燃烧室中的气体压力和/或汽缸的燃烧室中的温度和/或增压器组的转速和/或增压器组中的气体压力和/或增压器组中的温度和/或根据往复式内燃机的其它工作参数控制和/或调节。
在这方面，在根据本发明的方法的一个优选变形方案中，主扫气相位开始的曲柄转角达到大约270°。当然，排气阀也可以在不同值的曲柄转角处关闭，从而使主扫气相位在不同值的曲柄转角处开始。因此特别地是主扫气相位可以仅在大于360°的曲轴转角处开始。
当然也可以设定应该得到的足够用于汽缸的燃烧室中的下一个燃烧过程的新鲜空气的具体量，使排气阀不再关闭，直到扫气槽被活塞重复释放，即也可以略去主扫气相位。
在这方面，至少在180°和540°之间的曲柄转角范围内、即特别是在主预扫气相位内没有燃料喷射发生。如果发生主预扫气相位，封闭在燃烧室中的扫气用空气和仍未排出的废气的混合物被活塞朝上死点位置方向的进一步运动压缩如此长的时间，直到活塞已经到达相应于360°的曲柄转角的上死点位置。汽缸的燃烧室中的压力再次降下来，排气阀仍由活塞随后的朝处于540°的曲柄转角处的下死点位置方向的膨胀运动关闭。由于活塞在180°和360°之间的压缩冲程中关闭扫气槽之后关闭排气阀的行程小于活塞在随后的在处于360°的曲柄转角处的上死点位置和扫气槽的重复释放之间的膨胀冲程中的行程，所以在汽缸的燃烧室中相应于进气接收器出现负压，进气接收器和燃烧室之间的压力差的最大数值取决于主扫气相位开始的曲柄转角的值。与预扫气相位相类似，活塞最终部分地再次释放扫气槽，从而扫气用空气可以流出进气接收器而进入燃烧室，排气阀仍保持关闭。扫气用空气由于燃烧室中在主扫气相位相应于进气接收器产生的负压而被吸入燃烧室。这意味着，在一个预先设定的压力下通过进气接收器将扫气用空气引入汽缸的燃烧室的涡轮增压器在其功能方面受到在活塞在主扫气相位中的膨胀运动过程中在燃烧室中产生的负压的支持。由于在燃烧室和进气接收器之间的最大压力差取决于主扫气相位的开始点，所以在主扫气相位中在释放扫气槽之后引入燃烧室中的新鲜空气量可以由预先设定的主扫气相位的开始控制和/或调节。
相反，如果没有发生主扫气相位来将设定量的扫气用空气引入汽缸的燃烧室中，即排气阀至少在180°和释放扫气槽的大于360°的曲柄转角之间的曲柄转角范围内不关闭，那么在活塞在一个360°的曲柄转角直到释放往复式内燃机的汽缸的燃烧室中的扫气槽的相应的膨胀运动中当然就基本上没有负压产生了。
如果排气阀仍关闭，在接近下死点位置处，在一个540°的曲柄转角处，排气阀便再次打开，从而在接下来的压缩冲程中，剩余的废气便通过排气阀经废气管供给增压器组，并且一个压缩循环以一种公知的方式以燃料喷射和随后的燃烧开始。
因此纵向扫气的往复式内燃机根据一种四冲程方法至少在低于一个可预先设定的第一转速限值的负载范围内工作，该四冲程过程允许所供给的新鲜空气量被控制和/或调节。为此目的，至少一个汽缸的排气阀可以先打开，然后在至少低于第一转速限值时在预扫气相位过程中，在进行燃料喷射并随后燃烧之后和在扫气用空气随后进入汽缸的燃烧室之前关闭，在主扫气相位中，至少一个汽缸的排气阀可以先打开，然后在在至少低于第一转速限值时关闭。
在高于该第一转速限值且低于一个可预先设定的第二转速限值时，纵向扫气的往复式内燃机在一个低负载范围内工作。该低负载范围例如可以包括一个在往复式内燃机可达到的作为最大值的全负荷特性的10％和35％之间的范围。但是，该低负载范围不必限定为一个可达到的作为最大值的全负荷特性的10％和35％之间的负载范围。
往复式内燃机优选根据一种二冲程过程在低负载范围内工作，在根据本发明方法的一个优选变形方案中，该用于低负载范围内的二冲程过程包括一个具有一个上文已经在四冲程过程的说明构架内详细说明的预扫气相位的燃烧相位。当然，往复式内燃机也可以在低负载范围内根据一种二冲程过程工作，在该过程中，可以设定应该得到的足够用于汽缸的燃烧室中的下一个燃烧过程的新鲜空气的具体量，使排气阀在预扫气相位开始之前已经打开，但在释放扫气槽之前不再关闭。
最后，在高于该可预先设定的第二转速限值时，纵向扫气的往复式内燃机在一个高负载范围内工作。该高负载范围例如可以包括一个在往复式内燃机可达到的作为最大值的全负荷特性的大约35％以上的范围。但是，该高负载范围不必限定为一个可达到的作为最大值的全负荷特性的35％以上的负载范围。
往复式内燃机优选根据一种二冲程过程在一个高负载范围内工作，在根据本发明方法的一个优选变形方案中，该用于高负载范围内的二冲程过程包括一个燃烧相位，在该相位中，可以设定应该得到的足够用于汽缸的燃烧室中的下一个燃烧过程的新鲜空气的具体量，使排气阀在预扫气相位开始之前已经打开，但在释放扫气槽之前不再关闭。在另一个变形方案中，在高负载范围内使用一种没有预扫气相位的二冲程过程。
根据需要，往复式内燃机当然可以在最低负载范围内和在低负载范围内在每种情况下根据上述那些四冲程过程中的一种过程工作，在高负载范围内根据上述那些二冲程过程中的一种过程工作。
在某种情况下，往复式内燃机甚至可以在所有转速范围内根据上述那些四冲程过程中的一种过程工作。例如，如果不需要往复式内燃机所能达到的最大特性，例如便可以由此节省燃料。
为实现特殊的工作状态，往复式内燃机当然可以在上述三种转速范围的每一种范围内，即在低于第一转速限值和/或在第一转速限值和第二转速限值之间和/或在第二转速限值之上，根据上述二冲程方法中的一种方法或根据上述四冲程方法中的一种方法工作，但是一种四冲程方法用于在根据本发明的三种负载范围的至少一种范围内使用。
最后，参考这样的事实，即在根据本发明的方法的所有上述实施例或变形方案中，或者是往复式内燃机的所有汽缸、或者只是往复式内燃机的一些汽缸可根据上述实施例或变形方案之一工作。例如当不必获得往复式内燃机的可达到的最大特性时和/或例如当应该节省燃料时，这特别可以适用于按根据本发明方法的不同变形方案同时工作的同一往复式内燃机的不同汽缸。
根据本发明的按本发明方法工作的纵向扫气的复式内燃机、特别是大型柴油机，包括一个汽缸和一个增压器组，汽缸具有一个排气阀和一个设计成扫气槽形式的扫用空气开口，在汽缸中布置有一个可在一个下死点位置和一个上死点位置之间沿一个运行表面往复运动的活塞，增压器组具有一个由来自汽缸的废气驱动的用于压缩空气的涡轮，将压缩空气作为扫气用空气通过扫气槽供给汽缸的燃烧室。
下面将结合附图更详细地说明本发明。附图所示为图1简要示出了一个带有一个增压器组的大型内燃机的重要部分；图2a简要示出了一种具有一个预扫气相位和一个主扫气相位的四冲程方法；图2b与图2a相同，示出了在预扫气相位中不关闭的排气阀；图3a简要示出了另一种具有一个预扫气相位和一个主扫气相位的四冲程方法；图3b与图3a相同，示出了在预扫气相位中不关闭的排气阀；图4简要示出了一种具有一个预扫气相位的二冲程方法。
大型柴油机1通常包括数个汽缸2，该汽缸具有一个汽缸盖21和一个布置在汽缸盖中的排气阀3，在汽缸2中布置有一个可在一个下死点位置UT和一个上死点位置OT之间沿一个运行表面6往复运动的活塞5，活塞5的上死点位置OT照常根据发动机是按二冲程方法、还是按四冲程方法工作而用一个0°、360°或720°的曲柄转角KW表示，活塞5的下死点位置UT照常用一个180°或540°的曲柄转角KW表示。汽缸2与汽缸盖21和活塞5按已经方式限定一个燃烧室22。在汽缸2的下部区域中，设置有数个设计为扫气槽4的扫气用空气开口。扫气槽4根据活塞5的位置而被活塞盖住或被活塞释放。以扫气用空气12表示的新鲜空气可以经过扫气槽4流入汽缸2的燃烧室22。在燃烧室中产生的废气8经过布置在汽缸盖21中的排气阀3经与排气阀3相邻接的废气管13流入一个增压器组7。增压器组7作为重要构件按已知方式包括有一个用于压缩空气11的转子10和一个用于驱动转子10的涡轮9，转子10与涡轮9通过一个轴91以一种有效固定方式相连接。涡轮9和转子10布置在一个壳体中并构成一个涡轮增压器14。涡轮9由于来自汽缸2的燃烧室22的热废气8的流入而被驱动。为了用扫气用空气12供给汽缸2的燃烧室22，空气11通过转子10经过一个吸气管15被吸入并在涡轮增压器14中被压缩。压缩空气从涡轮增压器14通过一个下游扩散器16和一个空气冷却器17经一个压力管路18运动到一个进气接收器19中，并且压缩终了的空气作为扫气用空气12在增加的压力下通过扫气槽4从该处进入汽缸2的燃烧室22。
图2a、2b、3a和3b简要示出了根据本发明方法的用于往复式内燃机的具体转速范围的每一个四冲程方法的实施例，根据需要，在低于一个第一转速限值和/或在该第一转速限值和一个第二转速限值之间和/或在该第二转速限值之上时可以使用在图2a、2b、3a和3b中示出的这些方法。在这方面，图3a和3b所示的变形方案不同于图2a和2b所示的变形方案，在图3a和3b中排气阀3在一个大于或等于360°的曲柄转角K6值处、在主扫气相位H开始处关闭，而根据图2a和2b的曲柄转角则具有一个小于360°的值。如将在下文中详细说明的那样，根据图3a和3b的主扫气相位H由此可以根据图3a和3b、特别是在一个大于360°的曲柄转角K6开始。
由于图2a和3a所示的四冲程过程的变形方案的不同之处基本上只在于，图2a中的主扫气相位在一个小于360°的曲柄转角处开始，在图3a中在一个大于或等于360°的曲柄转角处开始，下面将一起讨论这两种变形方案。在下文的说明中将指出它们的不同点。
在根据图2a和3a所示的本发明方法的四冲程过程的变形方案中，如下文所说明的那样，至少在燃料喷射已经和随后的燃烧一起发生之后并在扫气用空气12随后进入汽缸2的燃烧室22之前，在预扫气相位V中排气阀3先打开，然后关闭。在一个随后是燃烧的压缩循环之后，在往复式内燃机1的汽缸2的燃烧室11中可得到处于工作压力下的热废气，从而使活塞5在一个膨胀循环中以已知的方式向相应于一个180°的曲柄转角的下死点位置UT方向运动。在本申请的构架内，对于一个二冲程过程而言，活塞5的下死点位置UT照常用一个180°的曲柄转角表示，在该位置由汽缸2、汽缸盖21和活塞5界定的燃烧室22具有一个最大容积，而上死点位置OT则用一个0°或360°的曲柄转角表示，在该位置燃烧室22具有一个最小容积。在一个四冲程过程中，按通常已知的方式，下死点位置UT与一个180°或540°的曲柄转角相关联，上死点位置OT与一个0°、360°或720°的曲柄转角相关联。排气阀3在燃烧过程之后在一个曲柄转角K1处立刻静止关闭。在一个跟随该燃烧的预扫气相位V中，在活塞5在该燃烧之后第一次释放扫气槽4以前，排气阀3在一个预先设定的曲柄转角K2处打开。曲柄转角K2限定预扫气相位V的开始，曲柄转角K2是如此选择的，从而当排气阀3打开时，在燃烧室22和废气管13之间存在有压力差，该废气管适用于将来自汽缸2的燃烧室22的废气8供给增压器组7，从而热废气8的一部分由于该压力差通过废气管13进入涡轮增压器14，并在那驱动涡轮9，从而驱动转子10，因此可得到作为用于引入汽缸2的燃烧室22中的扫气用空气12的压缩空气，该汽缸的扫气槽4同时被相应的活塞5释放。当燃烧室22和废气管13之间的压力差基本上平衡时，排气阀3在预扫气相位V中在一个预先设定的曲柄转角K3处再次静止关闭。燃烧室22中封闭的体积由活塞5在汽缸2中向处于一个180°的曲柄转角KW的下死点位置UT方向的进一步运动而增加。由于排气阀3关闭，所以当活塞5释放扫气槽4时，燃烧室22中的压力落到进气接收器19中的压力值之下，扫气用空气12经过该进气接收器进入汽缸2的燃烧室22。在一个曲柄转角K4处，活塞5至少部分地释放扫气槽4，从而扫气用空气12可以流出进气接收器19而进入燃烧室22，排气阀3仍保持关闭。扫气用空气12由于燃烧室22中在预扫气相位V中相应于进气接收器19产生的负压而被吸入燃烧室22。这意味着，在一个预先设定的压力下通过进气接收器19将扫气用空气12引入汽缸2的燃烧室22的涡轮增压器14在其功能方面受到活塞5在预扫气相位V中的膨胀运动过程中在燃烧室22中产生的负压的支持。由于在燃烧室22和进气接收器19之间的最大压力差取决于曲柄转角K3，在该曲柄转角处排气阀3在预扫气相位V中再次关闭，在预扫气相位V中在释放扫气槽4之后引入燃烧室22中的新鲜空气量可由该预先设定的曲柄转角K3控制和/或调节，在该曲柄转角处排气阀在预扫气相位V中关闭。
在接近相应于一个180°的曲柄转角KW的下死点位置UT时，排气阀3在一个曲柄转角K5处再次打开，从而在接下来的包括在180°和360°之间的曲柄转角范围的压缩冲程中，废气8中的一部分通过排气阀3经废气管13供给增压器组7。排气阀3优选保持打开至少如此长的时间，直到活塞5在压缩冲程的过程中再次关闭扫气槽4，然后在一个预先设定的曲柄转角K6处关闭，排气阀3在曲柄转角K6处的关闭限定主扫气相位H的开始。排气阀3优选由一个自由可编程控制单元(未示出)根据往复式内燃机1的转速和/或曲柄转角KW和/或汽缸2的燃烧室22中的气体压力和/或汽缸2的燃烧室22中的温度和/或增压器组7的转速和/或增压器组7中的气体压力和/或增压器组7中的温度和/或根据往复式内燃机1的其它工作参数控制和/或调节。
在这方面，在根据本发明的方法的一个优选变形方案中，曲柄转角K6达到大约270°。当然，排气阀3也可以在不同值的曲柄转角K6处关闭，从而使主扫气相位H在不同值的曲柄转角K6处开始。因此，如图3a所示，主扫气相位H特别也可以在一个大于360°的曲柄转角K6处开始。
至少在主扫气相位H内没有燃料喷射发生。封闭在燃烧室22中的扫气用空气12和仍未排出的废气8的混合物被活塞5朝相应于一个360°的曲柄转角KW的上死点位置OT方向的进一步运动压缩如此长的时间，直到活塞5已经到达相应于360°的曲柄转角KW的上死点位置OT。汽缸2的燃烧室22中的压力再次降下来，排气阀3仍由活塞5随后的朝处于540°的曲柄转角处的上死点位置UT方向的膨胀运动关闭。因此排气阀3在扫气槽4在一个其值大于360°的曲柄转角K7处重复释放之前仍是关闭的。由于活塞5在180°和360°之间的压缩冲程中关闭扫气槽4之后关闭排气阀3的行程小于活塞5在随后的在处于360°的曲柄转角KW处的上死点OT和扫气槽4的重复释放之间的膨胀冲程中的行程，所以在汽缸2的燃烧室22中相应于进气接收器19出现负压，进气接收器19和燃烧室22之间的压力差的最大数值取决于主扫气相位H开始的曲柄转角K6的值。与预扫气相位V相类似，活塞5在一个曲柄转角K8处至少部分地再次释放扫气槽4，从而扫气用空气12可以流出进气接收器19而进入燃烧室22，排气阀3仍保持关闭。扫气用空气12由于燃烧室22中在预扫气相位V相应于进气接收器19产生的负压而被吸入燃烧室22。这意味着，在一个预先设定的压力下通过进气接收器19将扫气用空气12引入汽缸2的燃烧室22的涡轮增压器14在其功能方面受到在活塞5在预扫气相位V中的膨胀运动过程中在燃烧室22中产生的负压的支持。由于在燃烧室22和进气接收器19之间的最大压力差取决于主扫气相位H的开始点处的曲柄转角K6，在主扫气相位H中在释放扫气槽4之后引入燃烧室22中的扫气用空气的量可以由预先设定的曲柄转角K6控制和/或调节。
在接近相应于一个540°的曲柄转角KW的下死点位置UT时，排气阀3在一个预先设定的曲柄转角K9处再次打开，从而在接下来的压缩冲程中剩余的废气8通过排气阀3经废气管13供给增压器组7，并且具有燃料喷射和随后的燃烧的压缩循环以一种公知的方式在一个限定主扫气相位的结束的预先设定的曲柄转角K10处开始。
图2b和3b示出了一种四冲程过程的另一个例如优选用于本发明方法的构架内的变形方案，图2b和3b所示的四冲程过程的变形方案不同之处基本上只在于，图2b中的主扫气相位在一个小于360°的曲柄转角处开始，在图3b中在一个大于360°的曲柄转角处开始。下面将一起讨论这两种变形方案。在下文的说明中将指出它们的不同点。
图2b和3b所示的四冲程过程的实施例与图2a和3a中早先说明的变形方案的不同之处基本上只在于，排气阀在预扫气相位V中不关闭。在进行燃料喷射并随后燃烧之后和在扫气用空气12随后进入汽缸2的燃烧室22之前，排气阀3在处于曲柄转角K2处的预扫气相位V时打开。曲柄转角K2当然也限定预扫气相位V在此处的开始。排气阀3在曲柄转角K1处的压缩过程刚刚完成之后起初仍是关闭的。在跟随着燃烧的预扫气相位V中，在活塞在燃烧完成之后第一次释放扫气槽4之前，排气阀3在一个预先设定的曲柄转角K2处打开，曲柄转角K2是如此选择的，从而当排气阀打开时，燃烧室22和废气管13之间存在一个压力差，从而该废气管适用于将来自汽缸2的燃烧室22的废气8供给增压器组7，从而热废气8的一部分由于该压力差通过废气管13进入涡轮增压器14，并在那驱动涡轮9，从而驱动转子10，因此可得到作为用于引入汽缸2的燃烧室22中的扫气用空气12的压缩空气，该汽缸的扫气槽4同时被相应的活塞5释放。
燃烧室22和废气管13之间的压力差基本上平衡。排气阀3(如图2b和3b所示)在燃烧室22和废气管13之间已经出现压力平衡之后在预扫气相位V过程中不再关闭，从而燃烧室22中的压力基本上不再由活塞5在汽缸2中朝位于一个180°曲柄转角KW处的下死点位置UT方向的进一步运动而下降。从而与结合图2a和3a所说明的变形方案相比可以减少在曲柄转角K4处释放扫气槽之后从进气接收器19流入燃烧室22中的新鲜空气量。在曲柄转角K4处释放扫气槽之后，活塞5朝下死点位置UT方向进一步运动，并且如已经在图2a和2b所说明的那样，主扫气相位H跟随着一个随后的燃料喷射和燃烧。在这方面，在根据本发明的方法的一个优选变形方案中，曲柄转角K6达到大约270°。当然，排气阀3在此也可以在不同值的曲柄转角K6处关闭，从而使主扫气相位H在不同值的曲柄转角K6处开始。因此，如图3b所示，主扫气相位H特别也可以在一个大于360°的曲柄转角K6处开始。这意味着，图2b所示的四冲程过程与图3b所示的四冲程过程的不同之处基本上只在于，图2b中的主扫气相位H在一个小于360°的曲柄转角KW处开始，而在根据图3b的方法中是在一个大于或等于360°的曲柄转角K6处开始。
在根据本发明方法的一个特别优选的实施例中，往复式内燃机1特别是在一个根据一种二冲程过程预先设定的第一转速限值之上工作的，该二冲程过程具有包括预扫气相位V的燃烧相位。
在图4中简要示出了大型柴油机1的相应的二冲程过程。为了解释重要的步骤，在图4中示出了一个完整的二冲程循环。在一个完整的二冲程循环中在八个选择的曲柄转角KW处示出了汽缸2的位置，其中0°的曲柄转角KW相应于活塞5的上死点位置OT，其中180°的曲柄转角KW相应于活塞5的下死点位置UT。由于该方法用于一种二冲程过程，所以0°的曲柄转角KW等于360°的曲柄转角KW。
在一曲柄转角K1处，汽缸2的燃烧室22中的燃烧在一个前面的压缩循环之后基本完成，从而在燃烧室22中可得到处于工作压力下的热燃烧气体，从而使汽缸2中的活塞5从曲柄转角K1处开始在一个膨胀循环中向相应于一个180°的曲柄转角KW的下死点位置UT方向运动。排气阀3在曲柄转角K1处关闭。在一个在进行燃料喷射并随后燃烧之后和在扫气用空气12随后进入汽缸2的燃烧室22之前开始的预扫气相位V中，即在活塞5在一个燃烧循环之后第一次释放扫气槽4以前，在一个可预先设定的曲柄转角K2处，排气阀3随着预扫气相位V的开始而打开，即曲柄转角K2是如此选择的，从而当排气阀在曲柄转角K2处打开时，汽缸2的燃烧室22中压力仍很好地保持在废气管13中的压力之上。由于在燃烧室22和废气管13之间的压力差，热废气8通过废气管13流入涡轮增压器14，并在那驱动涡轮9，从而驱动转子10，因此如上所述，可得到作为用于引入汽缸2的燃烧室22中的扫气用空气13的压缩空气，该汽缸的扫气槽4同时被相应的活塞5释放。这意味着，废气8的热能中的一部分已经按已知方式被利用、通过在释放扫气槽41之前、即在扫气用空气12流入汽缸2的燃烧室22之前打开排气阀3来驱动涡轮增压器14的涡轮9了。
在一个略微大于曲柄转角K2的曲柄转角K3处，燃烧室22和废气管13之间的压力差基本上平衡，排气阀3在预扫气相位V中在曲柄转角K3处再次静止关闭。由于在燃烧室22和进气接收器19之间的最大压力差取决于曲柄转角KW，在该曲柄转角处排气阀3在预扫气相位V中再次关闭，在预扫气相位V中在释放扫气用空气开口4之后引入燃烧室22中的新鲜空气量由曲柄转角K3的预设值根据往复式内燃机1的转速、根据曲柄转角KW和/或汽缸2的燃烧室22中的气体压力和/或汽缸2的燃烧室22中的温度和/或增压器组7的转速和/或增压器组7中的气体压力和/或增压器组7中的温度和/或根据往复式内燃机1的其它工作参数控制和/或调节，在该曲柄转角处排气阀3在预扫气相位V中关闭。燃烧室22中封闭的体积由活塞5在汽缸2中向下死点位置UT方向的进一步运动而增加，从而燃烧室22中的压力由于排气阀3关闭而落到进气接收器19中的压力之下。在一个标注着预扫气相位V的结束的曲柄转角K4处，活塞5至少部分地释放扫气槽41，从而扫气用空气12可以流出进气接收器19而进入燃烧室22，排气阀3仍保持关闭。扫气用空气12由于燃烧室22中在预扫气相位V产生的负压而被吸入燃烧室22。这意味着，在一个预先设定的压力下通过进气接收器19将扫气用空气12引入汽缸2的燃烧室22的涡轮增压器14在其功能方面受到活塞5在预扫气相位中的膨胀运动过程中在燃烧室22中产生的负压的支持。
在一个接近下死点位置UT的曲柄转角K5处，和在活塞5到达下死点位置UT之前，排气阀3打开，从而在下面的压缩循环中废气8可以通过排气阀3经废气管13供给增压器组7。在一个180°的曲柄转角处，排气阀3仍是打开的，并且一个压缩循环以一种已知的方式开始，在到达一个曲柄转角K6时使扫气槽4关闭。就此而言，根据需要在一个在压缩循环中到达曲柄转角K6之前或之后的预先设定的时间、即在活塞已经经过下死点位置UT之后关闭排气阀3。
在根据本发明的另一种变型方案中，排气阀3也可特别是在释放扫气开口4之后在活塞已经到达下死点位置UT之前再次关闭。通过活塞5向上死点位置OT方向的进一步运动，封闭在燃烧室22中的空气被压缩，燃料在一个预先设定的时间以众所周知的方式通过一个喷嘴(未示出)被引入燃烧室22中，接下来便是燃料/空气混合物在燃烧室22中的燃烧。
在这方面，排气阀3的致动可由一个自由可编程控制单元(未示出)根据往复式内燃机1的转速、根据曲柄转角KW和/或汽缸2的燃烧室22中的气体压力和/或汽缸2的燃烧室22中的温度和/或增压器组7的转速和/或增压器组7中的气体压力和/或增压器组7中的温度和/或根据往复式内燃机1的其它工作参数控制和/或调节。
通过将根据本发明的方法用于纵向扫气的往复式内燃机、特别是大型柴油机的工作中，优选在一个大的负载范围内、即低于机器的一个可预先设定的转速限值时达到汽缸扫气的改善，并可以根据相关工作参数、特别是根据往复式内燃机的转速或根据增压器组由排气阀致动的转速来控制和/或调节所供给的扫气用空气的量。
另外，通过使用根据本发明的方法，避免了与用于在低负载工作时支持废气涡轮增压器的附加辅助增压器的使用相关的缺点。这样，不仅避免了对辅助增压器的花费，而且还避免了用于控制其所需的装置的购置和安装的努力。进气接收器的设计也变得不复杂了，这是因为特别是该进气接收器中的形式为片状件的回流阻挡件也可被省去。同样可以省去与工作资源、机器配件和人力的附加费用相关的服务和修理努力。特别是，通过使用根据本发明的方法可以节省大量的空间和重量。另外，从能量角度而言。不带有辅助涡轮增压器的往复式内燃机的工作也是更有利的，因为不再需要得到用于它们工作的电能，这又导致了成本的节约。相当重要的是，根据本发明的方法的使用导致往复式内燃机的燃料消耗降低。
权利要求
1.一种纵向扫气的往复式内燃机(1)、特别是一种大型柴油机的工作方法，其包括-一个具有一个排气阀(3)和一个设计为扫气槽(4)形式的扫气用空气开口的汽缸(2)，在汽缸(2)中布置有一个可在一个下死点位置(UT)和一个上死点位置(OT)之间沿一个运行表面(6)往复运动的活塞(5)，和-一个增压器组(7)，其具有一个由来自汽缸(2)的燃烧室(22)的废气(8)驱动的涡轮(9)，用于压缩空气(11)将压缩空气作为扫气用空气(12)通过扫气槽(4)供给汽缸(2)的燃烧室(22)，其特征在于，纵向扫气的往复式内燃机(1)的至少一个汽缸(2)根据一种四冲程方法至少在一个可预先设定的第一转速范围内工作。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，纵向扫气的往复式内燃机(1)的至少一个汽缸(2)根据一种二冲程方法至少在一个第二转速范围内工作。
3.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，纵向扫气的往复式内燃机(1)的至少一个汽缸(2)根据一种四冲程方法在低于一个可预先设定的第一转速限值的低负载范围内工作。
4.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，纵向扫气的往复式内燃机(1)的至少一个汽缸(2)根据一种四冲程方法在高于该第一转速限值并低于一个可预先设定的第二转速限值的低负载范围内工作。
5.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，纵向扫气的往复式内燃机(1)的至少一个汽缸(2)根据一种四冲程方法在高于该第二转速限值的高负载范围内工作。
6.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，该四冲程方法包括一个带有一个预扫气相位(V)的燃烧相位。
7.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，该四冲程方法包括一个主扫气相位(H)。
8.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，该二冲程方法包括一个带有一个预扫气相位(V)的燃烧相位。
9.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个汽缸(2)的排气阀(3)在至少一个可预先设定的转速范围内在预扫气相位(V)过程中先打开，然后关闭。
10.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个汽缸(2)的排气阀(3)在至少一个可预先设定的转速范围内在主扫气相位(H)过程中先打开，然后关闭。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，排气阀(3)的致动和向汽缸(2)的燃烧室(22)中喷射燃料的定时由一个自由可编程控制单元根据往复式内燃机(1)的转速和/或曲柄转角(KW)和/或汽缸(2)的燃烧室(22)中的气体压力和/或汽缸(2)的燃烧室(22)中的温度和/或增压器组(7)的转速和/或增压器组(7)中的气体压力和/或增压器组(7)中的温度和/或根据往复式内燃机(1)的其它工作参数控制和/或调节。
12.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在一个压缩循环中，排气阀(3)在接近下死点位置(UT)处打开，然后在一个到达曲柄转角(K6)之前或之后的预先设定的时间再次关闭。
13.一种往复式内燃机(1)、特别是一种大型柴油机，其包括一个汽缸(2)和一个增压器组(7)，汽缸(2)具有一个排气阀(3)和一个设计成扫气槽(4)形式的扫用空气开口，在汽缸(2)中布置有一个可在一个下死点位置(UT)和一个上死点位置(OT)之间沿一个运行表面(6)往复运动的活塞(5)，增压器组(7)具有一个由来自汽缸(2)的燃烧室(22)的废气(8)驱动的用于压缩空气(11)的涡轮(9)，将压缩空气作为扫气用空气(12)通过扫气用空气开口(4)供给汽缸(2)的燃烧室(22)，其特征在于，纵向扫气的往复式内燃机(1)根据如上述权利要求1-12中任一项所述的方法工作。
全文摘要
本发明提供了一种纵向扫气的往复式内燃机、特别是一种大型柴油机的工作方法。该往复式内燃机(1)包括一个汽缸(2)和一个增压器组(7)，汽缸具有一个排气阀(3)和一个设计成扫气槽(4)形式的扫气用空气开口，在汽缸中布置有一个可在一个下死点位置(UT)和一个上死点位置(OT)之间沿一个运行表面(6)往复运动的活塞(5)，增压器组具有一个由来自汽缸的燃烧室(22)的废气(8)驱动的用于压缩空气(11)的涡轮，将压缩空气作为扫气用空气(12)通过扫气槽供给汽缸的燃烧室，纵向扫气的往复式内燃机的至少一个汽缸根据一种四冲程方法工作。
文档编号F01B1/00GK1470750SQ0314718
公开日2004年1月28日 申请日期2003年7月8日 优先权日2002年7月9日
发明者P·赞德特, P 赞德特 申请人:瓦特西拉瑞士股份有限公司