專利名稱：改善用空氣清除廢氣型熱機(jī)操作的方法和實(shí)施此方法的熱機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善內(nèi)燃機(jī)(熱機(jī))操作的方法，內(nèi)燃機(jī)主要通過渦輪增壓器增壓和用空氣清除廢氣。
更具體地說，本發(fā)明涉及用空氣清除汽缸內(nèi)廢氣的柴油機(jī)；但，本發(fā)明也適用于將燃油(或燃?xì)?直接噴入汽缸的汽油機(jī)(乃至燃?xì)鈾C(jī))。
FR-A-2448032涉及增壓的四沖程柴油機(jī)，在其排氣總管內(nèi)大體上保持恒壓。在此資料內(nèi)利用了自然形成的增壓空氣壓力和汽缸排氣及壓之間的關(guān)系，這主要立足于盡量保持恒定的總管瞬時(shí)壓力曲線，特別是在排氣總管內(nèi)，也就是，這種曲線上的壓力波動(dòng)與平均壓力相比始終較小。在這種情況下必須保證排氣總管內(nèi)的瞬時(shí)壓力不超過增壓壓力，從而在開閥重疊期內(nèi)清除汽缸內(nèi)廢氣的過程不致受到干擾，只是在負(fù)荷很低時(shí)容許清除廢氣時(shí)少量的回流。這種恒壓下的排氣總管常見之于高功率工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)(其中，不少汽缸與單個(gè)排氣總管連接，排氣總管則與渦輪增壓器的入口連接)，一般具有兩種實(shí)施方案一種是采用直徑很大的排氣總管，直徑等于或大于汽缸直徑，一種是在各汽缸排氣口設(shè)脈沖變換器，將脈沖的壓力能變換成速度以限制脈沖流，從而可以采用截面面積較小的排氣總管，管中瞬時(shí)壓力的波動(dòng)很弱，不致影響與同一排氣總管連接的不同汽缸的廢氣清除。
但，在FR-A-2448032中作為體現(xiàn)其特征的實(shí)施例提出的裝有“脈沖變換器”系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)在其排氣總管內(nèi)產(chǎn)生有壓力的變化或“脈沖”(見11頁28-32行)。這一實(shí)施例是準(zhǔn)對脈沖間隔時(shí)間相當(dāng)長的情況提出的。也就是說，在排氣總管內(nèi)產(chǎn)生有脈沖的這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例中，必須利用脈沖間的間隔來避免由對應(yīng)于脈沖的壓力變化所造成的干擾。
與此相反，本發(fā)明采用與FR-A-2448032完全不同的方法，著眼于利用所產(chǎn)生的脈沖，即利用在排氣總管內(nèi)所產(chǎn)生的較明顯的壓力變化。本發(fā)明還著眼于利用這些脈沖來引發(fā)后期充氣效果造成的自動(dòng)增壓，這在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下特別有利，而在發(fā)動(dòng)機(jī)較高速度下也不產(chǎn)生不良的后果，也就是不產(chǎn)生廢氣的后期充氣。
普遍認(rèn)為，要在各種發(fā)動(dòng)機(jī)速度下都很有效的渦輪增壓，對速度范圍很寬而輸出功率很低的發(fā)動(dòng)機(jī)來說尤其困難，小型汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)就是一例。實(shí)際上，渦輪增壓器在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中由于其尺寸較小效率很低。
對于這種發(fā)動(dòng)機(jī)(小型汽車或類似尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī))為在一定程度上克服發(fā)動(dòng)機(jī)低速下增壓空氣不足的缺點(diǎn)開發(fā)了兩種技術(shù)第一種技術(shù)在于在渦輪入口采用一種旁通閥(通常稱作“廢氣閥”)，此閥在某一增壓閾值以上時(shí)開啟以免其超過給定的閾值；這一技術(shù)使有可能采用氣流面積很小的渦輪，從而取得在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下較高的增壓壓力，但這會(huì)加大發(fā)動(dòng)機(jī)高速下的排氣反壓；第二種技術(shù)在于采用幾何條件可變的渦輪機(jī)，這同樣可以在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下取得較高的增壓壓力而不會(huì)使排氣反壓增大到第一種技術(shù)中那樣的程度。
本發(fā)明的主要目的在于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的操作性能，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)的低速條件下，不論發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸如何，也不論其是否采用旁通“廢氣閥”和(或)幾何條件可變的渦輪。
本發(fā)明在于在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)利用排氣管中排氣壓力的波動(dòng)或排氣脈沖，利用瞬時(shí)排氣低壓期從進(jìn)氣口經(jīng)由汽缸到排氣口清除廢氣，并利用瞬時(shí)排氣高壓期用預(yù)先留存在排氣管中的空氣進(jìn)行后期充氣，在渦輪增壓器的選擇上應(yīng)使其不致在發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過上述給定速度范圍時(shí)產(chǎn)生“清除廢氣時(shí)的回流”和有害的廢氣“后期充氣”。
盡管渦輪不能提供足的壓力來保證有效的增壓，選定的速度范圍最好還是選用發(fā)動(dòng)機(jī)的低速范圍。
這樣，就本發(fā)明改善主要用渦輪增壓器增壓和用空氣清除廢氣的內(nèi)燃機(jī)操作的方法來說，其特征是使若干汽缸匯合在同一排氣總管上，使排氣管內(nèi)的壓力作幅度明顯的依時(shí)波動(dòng)，使一汽缸的排氣閥在汽缸進(jìn)氣或充氣時(shí)開啟以便在一給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口和排氣閥同時(shí)開啟時(shí)排氣管內(nèi)的一瞬時(shí)排氣低壓期使進(jìn)氣管、汽缸、排氣管得以清除廢氣，而當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口已關(guān)閉、排氣閥仍開啟時(shí)使由另一汽缸造成的瞬時(shí)排氣高壓期用來使預(yù)先留存在排氣管內(nèi)的空氣對汽缸進(jìn)行后期充氣，渦輪尺寸的選擇使在發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過所述給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍時(shí)實(shí)際上不產(chǎn)生汽缸的廢氣后期充氣。
因此，通過后期充氣和合理利用排氣管內(nèi)瞬時(shí)高壓期和低壓期取得的自動(dòng)增壓明顯地改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和操作。
本發(fā)明還涉及一種用以實(shí)施上述方法的增壓內(nèi)燃機(jī)，此內(nèi)燃機(jī)的特征是，具有若干與同一排氣總管連接的汽缸，使排氣管內(nèi)的壓力作幅度明顯的依時(shí)波動(dòng)，還具有在一汽缸進(jìn)氣或充氣時(shí)開啟此汽缸排氣閥的裝置以便在一給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)當(dāng)進(jìn)氣閥進(jìn)氣口和排氣閥同時(shí)開啟時(shí)排氣管內(nèi)一瞬時(shí)排氣低壓期使進(jìn)氣管、汽缸和排氣管得以清除廢氣而當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口已關(guān)閉、排氣閥仍開啟時(shí)使由另一汽缸造成的瞬時(shí)排氣高壓期用來使預(yù)先留存在排氣管內(nèi)的空氣對汽缸進(jìn)行后期充氣，渦輪尺寸的選擇使在發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過所述給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍時(shí)實(shí)際上不產(chǎn)生汽缸的廢氣后期充氣。
排氣閥的關(guān)閉(終止其開啟升起狀態(tài))產(chǎn)生于排氣管內(nèi)達(dá)到壓力峰值時(shí)起到達(dá)到所述壓力峰值后30°的曲軸角度止。
進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口的關(guān)閉(終止其開啟升起狀態(tài))產(chǎn)生于排氣閥終止其開啟升起狀態(tài)前30°和10°的曲軸角度之間。
與同一排氣總管連接的各汽缸的點(diǎn)火時(shí)間應(yīng)使在第一汽缸處于進(jìn)氣沖程終端時(shí)(對“四沖程汽缸”來說是進(jìn)氣沖程的終端；對“二沖程汽缸”來說是清除廢氣期的終端)，另一汽缸處于排氣沖程的開始。由此另一汽缸在排氣總管內(nèi)產(chǎn)生的“脈沖”就保證了第一汽缸的后期充氣。
本發(fā)明也可用于帶有排氣閥和進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，對二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，“進(jìn)氣閥”一詞將看作進(jìn)氣閥和進(jìn)氣口。在這種情況下，排氣閥在進(jìn)氣閥后仍保持開啟以便在清除廢氣期之后利用來自另一與同一排氣總管連接的汽缸的“脈沖”。
實(shí)際上，對于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和對于各具有相同的盡可能恒定的點(diǎn)火間隔的汽缸來說(點(diǎn)火間隔為在其相應(yīng)循環(huán)內(nèi)用曲軸角度表示的角度相位差)，在同一排氣總管上可能安排的汽缸數(shù)是點(diǎn)火間隔為180°時(shí)為兩個(gè)汽缸；點(diǎn)火間隔為120°時(shí)為三個(gè)汽缸；點(diǎn)火間隔為90°時(shí)為四個(gè)汽缸；很明顯，本發(fā)明同樣適用于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在這種情況下，一般來說排氣閥在進(jìn)氣沖程開始后關(guān)閉，對本發(fā)明來說則在進(jìn)氣沖程終端和超過下死點(diǎn)時(shí)重新開啟。
對于排氣閥在進(jìn)氣沖程開始后關(guān)閉的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說最好使排氣閥在接近進(jìn)氣沖程終端時(shí)重新開啟。
因此，對于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和對于各具有相同的或盡可能恒定的點(diǎn)火間隔的汽缸來說(點(diǎn)火間隔為在其相應(yīng)循環(huán)內(nèi)用曲軸角度表示的角度相位差)，在通向單個(gè)渦輪入口進(jìn)同一排氣總管上安排汽缸的最佳數(shù)量是點(diǎn)火間隔為360°時(shí)為兩個(gè)汽缸；點(diǎn)火間隔為180°時(shí)為四個(gè)汽缸；點(diǎn)火間隔為144°時(shí)為五個(gè)汽缸；點(diǎn)火間隔為120°時(shí)為六個(gè)汽缸；點(diǎn)火間隔為103°左右時(shí)為七個(gè)汽缸。
實(shí)際下可以在同一通向單個(gè)渦輪入口的排氣總管上安排八、九或十個(gè)汽缸，當(dāng)然，在同一排氣總管上安排的汽缸數(shù)量越多，后期充氣的效果也越弱。
脈沖的幅值越大，后期充氣效果也越好。脈沖經(jīng)過的渦輪截面面積越小，排氣總管的體積越小，脈沖幅值也越大。在接向同一渦輪入口的汽缸越少時(shí)，這兩個(gè)條件就更容易滿足。
除以上提出的情況外，本發(fā)明還有很多其他的特點(diǎn)，以下將對此作更具體的說明，為此，參照附圖對一些實(shí)施例進(jìn)行說明，但這些絕無限制本發(fā)明范圍的作用。


圖1簡略地示出按本發(fā)明進(jìn)行操作的內(nèi)燃機(jī)。
圖2為本發(fā)明普通小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一類四沖程渦輪增壓柴油機(jī)的曲線圖，示出以bar值表示的平均有效壓力隨柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)速度變化的情況。
圖3為具有四個(gè)安排在同一排氣總管上的汽缸和單個(gè)渦輪入口的四沖程渦輪增壓柴油機(jī)的曲線圖，示出用實(shí)線表示的向渦輪供氣時(shí)平均排氣壓力的變化，用上下兩個(gè)點(diǎn)劃線表示的向渦輪供氣時(shí)壓力波動(dòng)的上下限；用虛線表示的在各汽缸進(jìn)氣口上平均增壓空氣壓力的變化情況；在縱坐標(biāo)上示出以bar值表示的壓力，在橫坐標(biāo)上示出以rpm表示的旋轉(zhuǎn)速度。
圖4為類似于圖3的曲線圖，但用于具有六個(gè)安排同一排氣總管上的汽缸和單個(gè)渦輪入口的載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一類四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖5為本發(fā)明的小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一類具有安排在同一排氣總管上的兩個(gè)汽缸的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲線圖，示出下部用實(shí)線表示的進(jìn)氣閥上升高度，用虛線表示的排氣閥的上升高度，在縱坐標(biāo)上根據(jù)閥的最大上升值表示的上升高度；上部用實(shí)線表示的排氣總管內(nèi)瞬時(shí)壓力的變化情況；在各汽缸進(jìn)氣口中的瞬時(shí)增壓壓力，為簡略起見在整個(gè)時(shí)間內(nèi)取為恒定值(考慮到其波動(dòng)不大)而用一平行于橫坐標(biāo)的直線表示；用虛線表示的閥門開啟時(shí)汽缸內(nèi)的瞬時(shí)壓力；以bar值表示的壓力示于縱坐標(biāo)上，橫坐標(biāo)則已如上述而在下部用于在1500rpm的發(fā)動(dòng)機(jī)低速下作全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖6為類似于圖5的曲線圖，但用于本發(fā)明小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一類具有安排在同一排氣總管上的四個(gè)汽缸、在全負(fù)荷1500rpm下運(yùn)轉(zhuǎn)的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖7為類似于圖6的曲線圖，用于在4000rpm下作全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的同種內(nèi)燃機(jī)。
圖8為類似于圖5的曲線圖，用于本發(fā)明載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一類具有安排在同一排氣總管上的六個(gè)汽缸、在全負(fù)荷800rpm下運(yùn)轉(zhuǎn)的四沖程增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖9為類似于圖8的曲線圖，用于在2200rpm下作全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的同種內(nèi)燃機(jī)。
圖10簡略地示出與圖8、9曲線相應(yīng)的本發(fā)明用以作動(dòng)排氣閥的凸輪。
圖11、12簡略地示出具有一或兩個(gè)排氣總管或一或兩個(gè)渦輪入口的四汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中汽缸的可能安排。
圖13、14為類似于圖11、12的簡圖，示出具有三或一個(gè)渦輪入口的六汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣總管的可能安排。
圖15A·15B為排氣管在排氣口區(qū)的簡略平面圖和垂直軸線剖面圖。
圖16為排氣總管喉部簡圖。
圖17示出裝在渦輪殼體內(nèi)用以使壓縮機(jī)出口到渦輪入口的增壓空氣分流的閥門及其控制裝置。
圖18為類似于圖5的曲線圖，用于同種但為二沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)，以其兩個(gè)汽缸安排在同一排氣總管上和同一渦輪入口上，作1500rpm下全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖19簡略地示出圖1所示但裝有機(jī)械壓縮機(jī)和輔助增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)示例。
圖20較詳細(xì)地示出圖19所示機(jī)械壓縮機(jī)的布置。
圖21示出圖16所示具有兩個(gè)“廢氣閥”的排氣總管喉部的實(shí)施方案。
圖22簡略地示出圖21所示閥的又一實(shí)施方案。
圖23為類似于圖7所示曲線圖，用于作高速運(yùn)轉(zhuǎn)并裝有如圖21、22所示排氣總管喉部的內(nèi)燃機(jī)，兩個(gè)“廢氣閥”處于開啟狀態(tài)。
如圖1所示，四沖程內(nèi)燃機(jī)M由渦輪增壓器進(jìn)行增壓，增壓器具有渦輪T和壓縮機(jī)C，壓縮機(jī)由渦輪T的輸出軸作機(jī)械傳動(dòng)。對發(fā)動(dòng)機(jī)M用空氣清除廢氣。
在圖1示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)M具有四個(gè)作簡略示出的汽缸1、2、3、4。對汽缸1作略為具體地表示而示出其進(jìn)氣閥S和排氣閥6?；钊?作部分圖示。汽缸2、3、4與汽缸1相似，用圓作象征性表示。其排氣管2e，3e，4e僅用線條作象征性表示。對汽缸1的進(jìn)氣管la和排氣管le僅在其進(jìn)氣排氣口區(qū)示出而其余部分用線條作象征性表示。
管2e、3e安排在同一排氣總管8上，此排氣總管與渦輪的第一入口9連接。管le·4e安排在另一排氣總管10上，此排氣總管與渦輪T的另一入口11連接。
大氣空氣通過過濾F從入口12進(jìn)入壓縮機(jī)。壓縮空氣從壓縮機(jī)經(jīng)輸出管和冷卻器14分配到各汽缸如la的各進(jìn)氣管內(nèi)。在發(fā)動(dòng)機(jī)M為一二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，圖1中如圖形就可能修改，即須加上圖1中未示出的輔助增壓器，用以在起動(dòng)和負(fù)荷很低時(shí)確保廢氣的清除。此輔助增壓器可設(shè)于壓縮機(jī)e的上游或冷卻器14的下游。
在圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)為小型汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，一般設(shè)有旁通閥15，這不對這類發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行增壓時(shí)是常有的事。此閥稱作“廢氣閥”而用增壓壓力來控制，由壓縮機(jī)C供壓使一定量的排氣對渦輪T短接以免增壓壓力超過預(yù)定的閾值。閥ls位于渦輪入口9、11和出口16之間。“廢氣閥”通常設(shè)于具有單個(gè)排氣總管和單個(gè)渦輪入口的汽缸安排φ如圖11或圖14所示，因?yàn)楹茈y使兩個(gè)閥的開啟取得同步，也由于此閥一般裝在渦輪殼體內(nèi)。
這種閥1S通常是很必要的，因?yàn)橐箿u輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下更有效地操作在現(xiàn)代渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)渦輪增壓器的尺寸必須很小。這樣，在高速下增壓壓力和相應(yīng)的汽缸最大壓力就太高。開啟閥1S就可避免這種過高的壓力；但，這會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，這可解釋為排氣總管內(nèi)的壓力大大超過增壓壓力，因?yàn)橛每倸饬髁縼肀硎镜呐酝ū燃s在40％以上，這對現(xiàn)代很封閉的渦輪來說是常見的。
圖3示出本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)在全轉(zhuǎn)矩或全負(fù)荷下隨著用rpm表示的速度變化的情況。此發(fā)動(dòng)機(jī)為小型汽車的柴油機(jī)，帶有內(nèi)部最大容許壓力為135bar的預(yù)燃室，以其四個(gè)汽缸安排在同一排氣總管上，排氣總管向渦輪T的入口g供氣如圖11所示。單個(gè)旁通閥裝在渦輪殼體內(nèi)而將增壓壓力限制在2bar。渦輪尺寸的選擇應(yīng)使旁通比限制在最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度下的20％左右，最大速度在此情況下為4000rpm。
在圖3中，實(shí)線G表示向渦輪T供氣的排氣總管內(nèi)氣體平均瞬時(shí)壓力的變化情況。但，應(yīng)該理解，此壓力值對任一速度來說是相對于曲線G上的一點(diǎn)波動(dòng)的。為表明這一點(diǎn)，在圖3中示出用點(diǎn)劃線表示的曲線18、19，這在一定程度上表明排氣總管內(nèi)瞬時(shí)壓力的最大值和最小值。
用虛線表示的曲線K示出在各汽缸進(jìn)氣口上平均瞬時(shí)壓力的變化情況，此壓力相當(dāng)穩(wěn)定而只需考慮其平均值。
在縱坐標(biāo)上壓力用bar值表示(105Pascal)。
可以看出，瞬時(shí)壓力的波動(dòng)(作為一相對值)，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下達(dá)到最大幅值。本發(fā)明的目的就是利用這些波動(dòng)。
在任一發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，曲線K上一點(diǎn)和曲線19上一點(diǎn)之間的壓差表明在一定程度上在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口和排氣口之間存在著最大的清除廢氣的潛力而在曲線18上一點(diǎn)和曲線K上一點(diǎn)之間的壓差表明在一定程度上存在著最大的后期充氣的潛力。
開啟閥15的影響在曲線K上的彎折點(diǎn)17上表現(xiàn)出來，在曲線G上也可以看出這種彎折點(diǎn)。
圖4為類似于圖3所示曲線圖，示出載重汽車所用一類柴油機(jī)的相同曲線，柴油機(jī)采用直接燃油噴射，最大容許壓力為160bar，六個(gè)汽缸與同一排氣總管連接，具有單個(gè)渦輪入口。在渦輪殼體內(nèi)裝有單個(gè)旁通閥15，用以將增壓壓力限制在3.1 bar，即明顯高于圖3示例。渦輪尺寸在選擇上應(yīng)使旁通比在發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度2200rpm下達(dá)到22％。由于渦輪較大，渦輪和壓縮機(jī)的效率比圖3示例分別高出8和6個(gè)百分點(diǎn)。
可以看出，盡管這里將六個(gè)汽缸安排在單個(gè)排氣總管上，在排氣總管內(nèi)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)仍很明顯而在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下達(dá)到最大的幅值(作為相對值)。
必須注意的是，改進(jìn)的渦輪增壓器的效率對圖4所示全轉(zhuǎn)矩下各壓力曲線相應(yīng)位置的影響；特別是，與圖3所示情況相比，清除廢氣的潛力明顯增大，而后期充氣的潛力減小。這是由于改進(jìn)了渦輪增壓器的效率。從這些全轉(zhuǎn)矩操作情況中，不難理解，通過降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，特別在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下，后期充氣的條件會(huì)明顯得到改善。
在具體觀察以類似方式表示的圖5-9后會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)的操作得到更好的了解。這些圖示出本發(fā)明特有的閥門升高對用曲軸角度表示的時(shí)間的關(guān)系曲線以及各種發(fā)動(dòng)機(jī)和各種操作條件下汽缸進(jìn)氣口、汽缸本身和排氣總管中的瞬時(shí)壓力對時(shí)間的關(guān)系曲線。
對曲線的具體說明立足于圖5所示例子，對應(yīng)于在同一排氣總管上安排兩個(gè)汽缸、具有單個(gè)渦輪入口、作全轉(zhuǎn)矩1500rpm低速運(yùn)轉(zhuǎn)的小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一類四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)；這對圖6、7、8、9也相仿。在渦輪殼體內(nèi)設(shè)置單個(gè)旁通閥，用以限制增壓壓力在2bar如圖3中發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。渦輪的尺寸在選擇上使旁通比在與圖3相同的最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度4000rpm下達(dá)到40％。
在橫坐標(biāo)上，在下部，示出曲軸角度用以表示活塞7在汽缸1內(nèi)的位置口在上部，用實(shí)線21示出排氣總管內(nèi)的瞬時(shí)壓力波動(dòng)，用虛線22表示汽缸內(nèi)瞬時(shí)壓力的變化。
水平線20示出在各汽缸內(nèi)進(jìn)氣口中相對較穩(wěn)定的增壓壓力的平均值。
在縱坐標(biāo)上，在下部，用h/h(最大)示出進(jìn)氣閥和排氣閥的升高，h/h(最大)。為升高h(yuǎn)對在此情況下排氣閥最大升高值h(最大)的比值。在圖5中，用實(shí)線25示出進(jìn)氣閥的升高，用虛線26、 27示出排氣閥的升高。在橫坐標(biāo)上示出曲軸角度如前所述。在圖5橫坐標(biāo)上示出汽缸1的下死點(diǎn)BDC。
在圖5中，在表示排氣總管中瞬時(shí)壓力的曲線21上可看出進(jìn)氣沖程中下死點(diǎn)之前的瞬時(shí)低壓期；在壓力再次上升前的最低瞬時(shí)壓力標(biāo)為28。因此，在排氣總管中瞬時(shí)壓力先逐漸重新上升，然后迅速上升，曲線21上的線段29就成為高壓區(qū)，對應(yīng)于來自以360°間隔跟隨汽缸1所作循環(huán)的汽缸4的脈沖，在下死點(diǎn)近處達(dá)到最大值或壓力峰值S，然后再下降。
在所考慮的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，壓力最低值28應(yīng)對應(yīng)于類似于圖3中曲線19上的一點(diǎn)，但圖3是按在同一排氣總管上安排四個(gè)汽缸的情況作出的，所以應(yīng)對應(yīng)于如圖5所作四汽缸安排而類似于圖3的另一圖中曲線19上的一點(diǎn)。
峰值S應(yīng)對應(yīng)于曲線18上的一點(diǎn)。
圖6、7曲線涉及的是與圖3相同的發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖8、9曲線涉及的是與圖4中相同的發(fā)動(dòng)機(jī)。
可以看出，在圖5的情況下清除廢氣的潛力和后期充氣的潛力大于圖6中對于相同發(fā)動(dòng)機(jī)類型，在相同發(fā)動(dòng)機(jī)速度下但作四汽缸安排的情況；這樣，最低瞬時(shí)壓力28對應(yīng)于圖3中曲線19上的一點(diǎn)而峰值S對應(yīng)于圖3中曲線18上在速度1500rpm下的一點(diǎn)。
一個(gè)類似于圖3、4而對應(yīng)于圖5發(fā)動(dòng)機(jī)情況的曲線未予作出，因?yàn)閳D5已充分表明了在同一排氣總管上作雙汽缸安排而具有單個(gè)渦輪入口的情況下可能的后期充氣效果的顯著作用，也表明了清除廢氣的潛力在所有發(fā)動(dòng)機(jī)速度下都是很大的。實(shí)際上，在排氣總管中瞬時(shí)壓力會(huì)下降而直至到達(dá)渦輪出口中的壓力，因?yàn)樵谄?的進(jìn)氣沖程中并無脈沖產(chǎn)生。增壓潛力極大，因?yàn)樵谄?內(nèi)到達(dá)的壓力超過發(fā)動(dòng)機(jī)所能承受的最大充氣壓力約達(dá)50％。
將本發(fā)明用于雙汽缸安排是非常容易的，這就可以采用渦輪較寬而無需“廢氣閥”的實(shí)施方案。
本發(fā)明的目的在于將很多汽缸如八或十個(gè)汽缸連接到同一排氣總管上以保證曲線21上示出的波動(dòng)特別是在發(fā)動(dòng)低速下呈現(xiàn)出明顯的幅值。在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中在一排氣總管上安排的汽缸數(shù)最好少于或等于七，在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中最好是二、三或四。
最好只是將兩個(gè)汽缸2、3或1、4連接到同一排氣總管8或10上9點(diǎn)火間隔為360°曲軸角度。在圖1所示排氣總管的安排在圖12中作簡略的圖示?？梢钥闯觯瑢@種管子的安排如圖12中所示，可用管長為l1、l1’和l2、l2’的管子組合汽缸1、4或2、3的排氣孔并將其連接到同一排氣總管上。管長l1、l1’或l2、l2’最好盡可能相等，應(yīng)使這些管子盡量在接近渦輪入口時(shí)匯合。實(shí)際上，能夠在后期充氣期內(nèi)留存和使用的空氣容量最大也只能等于一個(gè)管子的容積。對應(yīng)于一管容積的可用容量應(yīng)足以取得所需自動(dòng)增壓效果；但，排氣總管的容積應(yīng)盡可能小而使排氣總管內(nèi)的壓力波動(dòng)幅度盡可能大。
實(shí)際上，壓力波動(dòng)主要取決于渦輪的有效截面面積，即“渦輪的尺寸”，以及排氣閥6升高27的開啟速度。
圖11簡略地示出在渦輪T的單個(gè)入口9上組合四個(gè)汽缸的排氣孔的另一形式，這就在排氣總管內(nèi)取得如圖6中曲線21上所示在最小壓力28和最大或峰值壓力S之間作相當(dāng)幅度波動(dòng)的瞬時(shí)壓力。
在比較對應(yīng)于在同一排氣總管上安排四個(gè)汽缸的圖6和對應(yīng)于在同一排氣總管上安排兩個(gè)汽缸的圖5時(shí)，可以看出，與壓縮機(jī)出口壓力相比的“脈沖”相對幅度隨著汽缸數(shù)的增多而降低。
圖13簡略地示出具有六個(gè)汽缸(1、4)、(2、3)和(23、24)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中將排氣孔通過長度為(l1、l1’)、(l2、l2’)(l3、l3’)的管子成對地連接到三個(gè)渦輪T的入口9、11、30上。
圖14簡略地示出將六個(gè)汽缸(1、4)、(2、3)、(23、24)在單個(gè)渦輪T入口9上組合的另一形式，這就在排氣總管內(nèi)取得如圖8中曲線21所示在最小壓力28和最大或峰值壓力S之間作相當(dāng)幅度波動(dòng)的瞬時(shí)壓力。
從圖5或6可以看出，渦輪T入口9中的壓力峰值S約產(chǎn)生于第一汽缸1進(jìn)氣沖程終端，即產(chǎn)生于進(jìn)氣閥5上升或開啟時(shí)終端。汽缸1排氣管內(nèi)的壓力上升S是由與此管連接的處于排氣期的另一汽缸4引起的。
按本發(fā)明的方法，汽缸1的排氣閥6在進(jìn)氣沖程中開啟如圖5中虛線26所示。在以上這些實(shí)施例所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，曲線26對應(yīng)于排氣閥6的再次開啟，此排氣閥在其如虛線27所示正常的開啟期之后在進(jìn)氣沖程開始時(shí)已經(jīng)關(guān)閉。
可以看出(圖5、6、8)，排氣閥6在排氣管內(nèi)對應(yīng)于排氣總管內(nèi)瞬時(shí)壓力21最低值28的瞬時(shí)壓力低于汽缸1進(jìn)氣口增壓壓力的平均值20時(shí)開始再次開啟。仍然開著時(shí)閥5引入的空氣在進(jìn)氣閥5和排氣閥6同時(shí)開啟時(shí)就可清除和排氣管內(nèi)的廢氣。在圖1中，用氣泡表示時(shí)一定容量的空氣A留存在排氣管內(nèi)排氣閥6的附近，空氣在最大程度上可占有管子長度l1的容積。
在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下，排氣瞬時(shí)高壓期29(圖5)(大于平均增壓壓力)會(huì)在進(jìn)氣閥5關(guān)閉后排氣閥6仍開啟時(shí)產(chǎn)生。
在排氣管le內(nèi)留存在的空氣A由高壓29(圖5)壓回汽缸1，這就保證了其后期充氣。如圖5、6、8所示，后期充氣的效果可在排氣時(shí)瞬時(shí)高壓期29中汽缸瞬時(shí)壓力22上看出。這與用表示的升高曲線25所示下死點(diǎn)附近進(jìn)氣閥5關(guān)閉時(shí)期和用虛線表示的升高曲線26所示排氣閥6仍開啟的情況相符?？梢钥闯?，接到同一渦輪入口的汽缸數(shù)越少，后期充氣效果也越大。主要原因在于渦輪的有效截面面積，此面積構(gòu)成了用于廢氣流的排氣總管出口截面面積。圖5、6示例所示發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸都是相同的；但，在圖6的四汽缸安排中，脈沖流經(jīng)的渦輪的截面面積為圖5雙汽缸安排中的兩倍。如在圖8六汽缸安排中選用相同的汽缸，渦輪的截面面積就會(huì)此四汽缸安排中大1.5倍。這就說明了壓力波動(dòng)幅度的差別所在。
以上所述后期充氣效果還不是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下改善充氣的全部說明。實(shí)際上，如圖5、6、8所示用壓縮沖程開始時(shí)壓力22的升高所表示的進(jìn)氣效率的增高與一般增壓發(fā)動(dòng)機(jī)相比，就初步估計(jì)是雙汽缸安排的50％六汽缸排的幾近30％。實(shí)際上，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下，在進(jìn)氣沖程終端清除廢氣期中的空氣流量在給定壓縮機(jī)的壓比下可增加高達(dá)50％到100％。這一情況是很大程度上減輕或完全消除了在協(xié)調(diào)“發(fā)動(dòng)機(jī)圖象”和“壓縮機(jī)圖象”上迂到的困難也就是速度很寬的發(fā)動(dòng)機(jī)在渦輪增壓上的主要困難，從而可在空氣壓縮上取得明顯改善的效率。
最重要的是，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下充氣效率的提高，由于改善了空氣燃料比，可大大增加油量，這就使渦輪增壓器產(chǎn)生的壓力提高。
這一優(yōu)點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下是決定性的；在雙汽缸安排下，可取得的最大轉(zhuǎn)矩不再受空氣不足的影響而是取決于汽缸最大容許壓力。在四汽缸安排中，空氣燃料比的限度和最大汽缸的限度幾乎是同時(shí)達(dá)到的。
另一決定性的優(yōu)點(diǎn)是，采用上述這種后期充氣下的自動(dòng)增壓無滯后現(xiàn)象。實(shí)際上，在任一低于全負(fù)荷的負(fù)荷下，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下突然加大負(fù)荷和加速發(fā)動(dòng)機(jī)，在排氣管le內(nèi)始終存在著足量的空氣可通過來自汽缸4的脈沖迫使其回流。
實(shí)際上，不論是在中等空氣燃料比的中等負(fù)荷下渦輪增壓循環(huán)中能量上的平衡保證了廢氣的清除，還是在很低負(fù)荷下無法清除廢氣，由于空氣燃料比很高，排放氣體主要為空氣，排氣管le的體積在其整個(gè)長度l1中在很大程度上都充滿著相當(dāng)于所在工作點(diǎn)上約為100°-150℃較低排氣溫度下的很純或幾乎是純的空氣。
在汽缸4內(nèi)突然增加供油會(huì)在排氣總管內(nèi)在一定延時(shí)下產(chǎn)生一脈沖，這一延時(shí)相當(dāng)于膨脹沖程，即相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)半圓或1000rpm下0.03秒的延時(shí)。這一脈沖的高壓29大致上產(chǎn)生于與全負(fù)荷下相同的時(shí)刻。
這一特性可消除渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)目前存在著的困難。
這樣，可以理解，在發(fā)動(dòng)機(jī)過渡狀態(tài)中，加油不僅如在一般的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中可通過增壓壓力來控制，還可通過各汽缸進(jìn)氣口中平均瞬時(shí)壓力K和排氣總管內(nèi)平均瞬時(shí)壓力G之間的差值來控制。實(shí)際上，這一控制因數(shù)就是瞬時(shí)清除廢氣的潛力，可使留存的空氣A通過來自汽缸4的脈沖將空氣壓回汽缸1。
按本發(fā)明，發(fā)動(dòng)機(jī)突然增加負(fù)荷的能力只要在增加負(fù)荷時(shí)滿足清除廢氣的條件就與自然進(jìn)氣的非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒有什么不同。
實(shí)際上，這一條件取決于渦輪增壓器的效率和接到同一渦輪入口的汽缸數(shù)。對于雙汽缸安排來說，這一條件實(shí)際上與空載相當(dāng)。
這樣，通過后期充氣效果可取得自動(dòng)增壓，在某種程度上擴(kuò)大了渦輪增壓器的作用，渦輪增壓器本來就應(yīng)按發(fā)動(dòng)機(jī)的高速選定其大小，用不同“廢氣閥”則取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的類型和操作范圍，而這種渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下本來就不能提供足夠的增壓壓力。
因此，很清楚，本發(fā)明明顯地改善了渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。
將圖6、7與圖8、9相比較，除在分別對應(yīng)于相同發(fā)動(dòng)機(jī)的圖3和圖4中所示曲線K和G的平均值有所變化外，還通過瞬時(shí)壓力20、21、22的相對位置清楚地表明各示例中發(fā)動(dòng)機(jī)在低速和最高速度之間排氣閥6升高中清除廢氣和后期充氣上的變化。
當(dāng)然，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下，渦輪尺寸要求越小越好，這不僅是為了得益于增壓壓力K還為了得益于排氣總管的瞬時(shí)壓力(19、G、18)(這兩者因此就可盡可能高些)，因?yàn)槠?的充氣取決于最大瞬時(shí)壓力18，只要事先充分清除了廢氣。
但在發(fā)動(dòng)機(jī)高速和全負(fù)荷下，必須在排氣閥6的開啟期26中無明顯的清除廢氣時(shí)的回流或廢氣的后期廢氣以免造成發(fā)動(dòng)機(jī)效率上和熱負(fù)荷上的不良影響。
如在圖3、4和7、9中所示，這些條件自然地得到滿足，只要渦輪T的尺寸在選擇上使曲線K和19、G、18或瞬時(shí)壓力曲線20和28、21、29、S的相對位置大體上符合于各給出的示例，也就是，使排氣總管內(nèi)的平均壓力G在全負(fù)荷最高發(fā)動(dòng)機(jī)速度下不超過渦輪入口的增壓壓力K5％-10％。
實(shí)際上，可以看出，對于這兩種汽缸組合，即圖7中四汽缸安排和圖9中六汽缸安排來說，瞬時(shí)壓力的相對位置和壓力21波動(dòng)的相對減弱在相應(yīng)選定的閥門6開啟曲線26的配合下可以導(dǎo)致無回流的清除廢氣和無廢氣的后期充氣。
可以看出，峰值S隨發(fā)動(dòng)機(jī)的增速自然地移向較高的曲軸角度上如圖6、7或圖8、9所示，這有助于防止發(fā)動(dòng)機(jī)高速下的后期充氣。這一現(xiàn)象通過選用較長的管子l1、l1’，由于壓力波從汽缸4通向汽缸1所需時(shí)間所造成脈沖的角度滯后，會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化。
實(shí)際上，在這種情況下氣體的交換成為一綜合過程，發(fā)動(dòng)機(jī)高速下排氣閥就象再無開啟動(dòng)作26了。
這樣，通過一種“固定幾何參數(shù)”取得了一種自然的“可變幾何參數(shù)”的效果。
很明顯，如相反地，目的在于在高功率下使廢氣進(jìn)行再循環(huán)，這將對渦輪T的尺寸和曲線26作不同的調(diào)整以便促進(jìn)再循環(huán)。對所述這些參數(shù)的調(diào)整也會(huì)很方便，特別是，可以選用更加封閉的渦輪以便在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下取得更充分的充氣。
在對同一排氣總管作雙汽缸安排和采用一個(gè)渦輪入口的情況下，本發(fā)明對渦輪尺寸并不要求一個(gè)更低的限度。在這種情況下本發(fā)明在適應(yīng)問題上就簡單多了，因?yàn)槠?和4之間不再存在脈沖。為此，沒有列入圖5發(fā)動(dòng)機(jī)在最高速度下的曲線圖。
可以看出，對于將很多汽缸(六個(gè)以上)連接到同一排氣總管上的汽缸安排，其困難之一在于為在開啟期26內(nèi)清除廢氣，在兩個(gè)脈沖之間可利用的時(shí)間更短。這使得這一時(shí)間內(nèi)的角度間隔更短。因而使得開啟期內(nèi)可能的最高升高更小。
因此，連接到同一排氣總管上的汽缸越少，時(shí)間間隔和開啟期26的升高也越大。例如圖5中升高26在雙汽缸安排下為主升高27的28％，但如延長開啟期26的時(shí)間間隔此升高就會(huì)更大。對在圖6、7中所示四汽缸安排來說，相對升高26也為主升高27的28％，這大體上也是最大的升高了。對于具有與圖5或圖6、7發(fā)動(dòng)機(jī)的閥門升高圖形相同加速程度的小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來說，六汽缸安排就會(huì)使最大的升高26約為主升高27的20％，開啟時(shí)間間隔縮短約12°由軸角度。
對于圖8或9所示作六汽缸安排的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，由于閥門升高圖形的加速程度較大，升高26為主升高27的31％。這些圖形也可以在最高速度較低的發(fā)動(dòng)機(jī)中采用，特別是在采用圖10所示與具有圓形或非平面形凸輪隨動(dòng)件32相配合的凸輪的情況下。
例如，對應(yīng)于圖8、9中曲線26的排氣閥6提升裝置，可采用圖10所示凸輪31，凸輪作用在凸輪隨動(dòng)件32上，隨動(dòng)件在這種情況下可以是圓形的，但也可以是平面形的，從而傳動(dòng)閥6。凸輪31具有帶較寬角度β的主凸角33，對應(yīng)于圖8中一般的升高27。
凸輪31的另一凸角34，與凸角33的頂端相隔角度θ。這一凸角用于排氣閥6的開啟26。在本示例中，角度β在凸輪軸上為147°，對于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說在曲軸上為294°；角度θ在凸輪軸上為130°，角度α在凸輪軸上為77°。
角度時(shí)間間隔α實(shí)際上作為瞬時(shí)壓力曲線28的函數(shù)應(yīng)選得盡可能大些(曲線28取決于連接在同一排氣總管上的汽缸數(shù))以便在全負(fù)荷和最高發(fā)動(dòng)機(jī)速度下仍能防止清除廢氣時(shí)的回流，如圖7、9所示。
可以看出，排氣口le可采用便于空氣或廢氣回流的形狀以便在汽缸1內(nèi)產(chǎn)生旋渦，從而改善燃燒，這在某些柴油機(jī)的進(jìn)氣口上也作類似應(yīng)用。
圖15A、15B為排氣管le螺旋形排氣口35的簡圖，用以產(chǎn)生旋渦。
這種由后期充氣產(chǎn)生的旋渦在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下就更為明顯。這種現(xiàn)象在難以或無法通過進(jìn)氣口產(chǎn)生旋渦的發(fā)動(dòng)機(jī)如在裝有閥門的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中特別有利。
從圖3、4和圖6、8可以看出清除廢氣和后期充氣的潛力時(shí)對渦輪增壓器效率的重要性。
實(shí)際上，在圖4、8所示情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下相對于排氣總管內(nèi)的壓力(G、21)強(qiáng)度很高增壓壓力(K、20)，由于很高的渦輪增壓器效率造成不必要的過高的清除廢氣的潛力，使壓力峰值S越過增壓壓力20的程度不足以造成明顯的后期充氣。
這種現(xiàn)象在將本發(fā)明用于工業(yè)型發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)更為明顯，在工業(yè)型發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓縮機(jī)和渦輪增壓器由于其尺寸較大可以得出比圖4、8中載重用發(fā)動(dòng)機(jī)示例中高出的約10個(gè)百分點(diǎn)效率。
這種現(xiàn)象不難通過提高排氣總管內(nèi)脈沖的壓力水平來彌補(bǔ)。
為相對增壓壓力20提高排氣管le內(nèi)脈沖的壓力水平1可在渦輪出口16上設(shè)一節(jié)流閥36如圖1所示。所述節(jié)流閥的關(guān)閉或開啟由控制裝置37來控制，例如隨著平均壓力K和G之間的差值的變化來控制，以便在清除廢氣過于有利時(shí)提高渦輪反壓，因而改善后期充氣潛力。
在這種情況下(就是清除廢氣潛力過大而后期充氣潛力不足)更為有效的解決辦法是使壓縮機(jī)C(冷卻器14上游)所供送空氣的一部分通過位于出口13和渦輪T輸入管8、10之間的接管38(圖1)分流。
為增加這樣分流的空氣量而使壓力G等于或大于壓力K，可在接管38的上游設(shè)止回閥39，使空氣流向渦輪入口而防止廢氣反向回流。
閥門控制裝置40設(shè)在38上，位于閥39和管子8、10之間。
圖17具體示出閥門控制裝置40的可能實(shí)施例。這種裝置最好裝在渦輪殼體內(nèi)，具有閥41和汽缸45，閥41在其開啟時(shí)使啟位于與管38連接的室43和渦輪殼體入口內(nèi)部44之間的通路區(qū)42暢通；汽缸45用以控制閥41的開啟或關(guān)閉。汽缸45具有隔開室47和48的活塞46；室47通過管49與壓縮機(jī)C的出口13連接，室48通過管50與渦輪殼體入口內(nèi)部44連接?；钊?6處于增壓壓力和室48內(nèi)排氣總管內(nèi)平均壓力G之間的壓差ΔP作用下。室48內(nèi)的彈簧51使閥41在壓力K低于壓力G時(shí)保持關(guān)閉狀態(tài)。
針對壓差ΔP所能取得的某種特性取決于彈簧51時(shí)作用力，必要時(shí)采用級(jí)形活塞46。實(shí)際上應(yīng)盡量通過選擇一種特性使清除廢氣的潛力和后期充氣的潛力彼此平衡而省去閥39，以便在閥41開啟時(shí)壓力G接近但低于壓力K。
這一實(shí)施例的一種變型方案是使室47、48都充以增壓力下的空氣而形成閥41的阻尼裝置而不再是一個(gè)汽缸。在這種情況下，用一圖17中未示出的噴嘴連接室47和48，噴嘴可穿過活塞46設(shè)置或設(shè)于外部；取消管50。在這種情況下，閥41的位置取決于彈簧51的作用力和作用在閥門頭部上的兩種壓力的平衡力，即室43內(nèi)增壓壓力K和渦輪殼體入口內(nèi)部44的平均壓力G。這一方案可通過使閥41在超過某一閾值如增壓壓力的閾值時(shí)保持在關(guān)閉狀態(tài)來停止閥門41的操作，從而恢復(fù)增壓壓力對發(fā)動(dòng)機(jī)的清除廢氣的潛力。這一閾值也可隨負(fù)荷(燃?xì)馓ぐ宓乃矔r(shí)位置)和(或)發(fā)動(dòng)機(jī)速度而定。
不難理解，這種控制裝置40可單獨(dú)使用，也可與旁通閥15或“廢氣閥”和(或)一種幾何參數(shù)可變的渦輪結(jié)合使用。
圖17所示類型的由壓差ΔP控制的控制裝置特別是在應(yīng)用本發(fā)明的情況下也可用以對幾何參數(shù)可變型渦輪的噴嘴流通面積控制裝置作有效的調(diào)節(jié)。
圖16簡略地示出位于如圖11所示渦輪入口9上游的排氣總管喉部52的實(shí)施例，圖11中兩個(gè)以上的汽缸與同一渦輪入口連接。在此示例中，汽缸1、4與管53連接，汽缸2、3與管54連接。管53、54通過兩個(gè)節(jié)流區(qū)55、56在渦輪入口處9連在一起。中間隔板57使喉部52區(qū)內(nèi)截面面積逐漸縮小。
喉部52使峰值S(圖5-9)上升而使瞬時(shí)低壓期的最低值28的水平無任何明顯的改變。
在創(chuàng)造類似于圖5所示在同一渦輪入口上作雙汽缸安排的情況下，有可能明顯地改善后期充氣和清除廢氣的潛力。只要使節(jié)流通道55、56的截面面積小于渦輪截面面積(由定子和轉(zhuǎn)子形成的截面面積)就可取得很明顯的效果。這樣，高壓期29不再是渦輪“尺寸”的函數(shù)而是節(jié)流通道流通截面面積的函數(shù)。
圖18示出類似于圖5的曲線，示出本發(fā)明用于小型汽車的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在同一排氣總管上安排兩個(gè)汽缸下作全負(fù)荷1500rpm操作時(shí)的情況。發(fā)動(dòng)機(jī)與圖5所示相仿(具有相同的單缸排氣量和相同的循環(huán)最大壓力)。
發(fā)動(dòng)機(jī)具有幾何參數(shù)可變的渦輪，其截面面積和壓力比經(jīng)控制可使平均壓力G，在最大功率下最大增壓壓力閾值為3bar的情況下，在某一增壓閾值如2bar以下時(shí)始終接近于增壓壓力K。發(fā)動(dòng)機(jī)也可裝有幾何參數(shù)固定的渦輪和閥門控制裝置40。
排氣閥和進(jìn)氣閥凸輪上的輪廓所體現(xiàn)的速度明顯高于圖5和圖8示例。
如前所述，用于二沖程循環(huán)的閥門升高曲線與用于四沖程循環(huán)者不同之處在于虛線所示排氣閥6的升高曲線27、26歸并在一起成單個(gè)曲線。如圖5-9所示四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲線所示，在進(jìn)氣閥關(guān)閉后(實(shí)線升高25)的開啟曲線26的終端期對應(yīng)于曲線26的后期充氣期，而排氣閥和進(jìn)氣閥同時(shí)開啟期則對應(yīng)于開啟曲線26的開始期，即清除廢氣期，不僅是對汽缸清除廢氣，而且在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中也是對排氣管le清除廢氣。
在排氣總管內(nèi)達(dá)到的峰值S的瞬時(shí)壓力水平21在增壓壓力水平20相差不大的情況下明顯地高于圖5中達(dá)到的水平。這可用排氣閥的提前開啟及其開啟的速度來解釋。
所取得的后期充氣效果十分明顯，因?yàn)樵诖似趦?nèi)充氣與在進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)所達(dá)到的值相比幾乎增加了50％。
在較高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下，通過適當(dāng)選擇渦輪尺寸在整個(gè)進(jìn)氣閥開啟期內(nèi)都可保持對汽缸清除廢氣的滿意條件。如同四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)那樣，后期充氣效果在發(fā)動(dòng)機(jī)速度增高時(shí)先下降然后就消失；但最大容許增壓壓力水平由于排氣閥的延遲關(guān)閉可遠(yuǎn)高于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)示例(2bar，絕對值)。
在本發(fā)明將三個(gè)或四個(gè)汽缸接到同一渦輪入口的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下排氣閥升高曲線27、26和進(jìn)氣閥25升高曲線的角度開啟時(shí)間與圖18示例相比就要相應(yīng)縮短分別約60°和90°，這是考慮到各汽缸之間不同的角度相位差。
圖18的閥門升高曲線使本發(fā)明二種沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以在其整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)工作，渦輪增壓器僅用作清除廢氣的氣源；不必采用輔助增壓器。
由于本發(fā)明可能作出多種多樣的應(yīng)用，可以理解，不必過于具體地對各種具體情況下的不同閥門升高曲線作出說明。
必須指出，后其充氣效果取決于在汽缸1的進(jìn)氣沖程中高壓期29和排氣總管內(nèi)瞬時(shí)壓力21峰值S的角度位置以及峰值S所述到的壓力水平。
峰值S的壓力水平和角度位置如不同示例所示取決于若干因素。這當(dāng)然取決于汽缸1和產(chǎn)生高壓區(qū)29的汽缸之間的角度相位差，這種相位差隨著在同一渦輪入口上安排汽缸的類型而變化。這在很大程度上還取決于排氣閥開啟速度和渦輪截面面積；在較低程度上還取決于排氣總管的容積。
所有給出的示例，其目的在于在發(fā)動(dòng)機(jī)低速范圍內(nèi)改善充氣情況，特別在于使本發(fā)明“適應(yīng)”約三分之一的發(fā)動(dòng)機(jī)最高速度如圖5、6、8、18所示，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)迂到增壓壓力不足的困難。
在所有這些示例中，可以看出，峰值S的角度位置在所論述的情況下約對應(yīng)于如曲線25所示進(jìn)氣閥關(guān)閉角度和如曲線26所示排氣閥關(guān)閉角度之間的角度。
進(jìn)氣閥關(guān)閉的角度一般在升高曲線26開啟終止前10°-30°曲軸角度之間。
本發(fā)明可在產(chǎn)生后期充氣的發(fā)動(dòng)機(jī)速度下取得很高的轉(zhuǎn)矩，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下如示例所示。
這一重要的結(jié)論示于圖2，圖2示出普通增壓柴油機(jī)和本發(fā)明如圖5、6、7、18所示小型汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)平均有效壓力的變化情況。應(yīng)該重申的是，平均有效壓力等于每循環(huán)所得的功除以每循環(huán)中汽缸的排氣量。在所有示例中每汽缸裝有兩個(gè)排氣閥、兩個(gè)進(jìn)氣閥和一預(yù)燃燒系統(tǒng)。
曲線58用于普通增壓發(fā)動(dòng)機(jī)；曲線59、60、61依次用于本發(fā)明將兩個(gè)、四個(gè)、六個(gè)汽缸連接到同一排氣總管上的增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。曲線62用于本發(fā)明將兩個(gè)汽缸連接到同一排氣總管上的增壓二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
在低速下，本發(fā)明的平均有效壓力遠(yuǎn)高于普通增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，與平均有效壓力成正比的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下明顯增高。
也可以設(shè)想一下在無渦輪增壓但具有清除排氣管le內(nèi)廢氣潛力的發(fā)動(dòng)機(jī)上后期充氣的效果，例如可對在很高發(fā)動(dòng)機(jī)速度下運(yùn)行的賽車發(fā)動(dòng)機(jī)“調(diào)整”其進(jìn)氣系統(tǒng)。這樣，只要閥門升高曲線很“寬”，也有可能對四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)作三汽缸安排。當(dāng)然，按本發(fā)明選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)速度就會(huì)落在要求取得最大轉(zhuǎn)矩的速度范圍內(nèi)，實(shí)際上會(huì)落在所述速度范圍內(nèi)速度較高的一半上。
同樣，可以理解，采用用以開啟排氣閥27、26和(或)進(jìn)氣閥25的任何可變的控制機(jī)構(gòu)在某些情況下更能提高本發(fā)明的適用性。
圖19為圖1發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的變型方案。這一方案具有全部圖1所示部件，對此采用相同編號(hào)，不予重述。
此外，按此方案，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有另一帶空氣過濾器的增壓器63，最好用裝在其中的低功率馬達(dá)來傳動(dòng)，也可裝以機(jī)械壓縮機(jī)64，用虛線表示，由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸傳動(dòng)。
增壓器63在其操作中將空氣輸入與渦輪增壓器的壓縮機(jī)C入口12連接的管65。閾66裝在壓縮機(jī)C輸入管上，位于輸入管與管65連接點(diǎn)的上游。在增壓器63操作時(shí)關(guān)閉閥66以免由增壓器輸出的空氣向輸入管12上與壓縮機(jī)C相對的一側(cè)產(chǎn)生回流。增壓器63具有較低的最高壓力比，約為1.02/1.03，并由一雙級(jí)或三級(jí)離心增壓器構(gòu)成。控制裝置67用以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度啟動(dòng)增壓器63。一般來說，在低速或很低速下啟動(dòng)增壓器63。
這樣，可使增壓器63在不用渦輪增壓器的情況下進(jìn)行后期充氣或?qū)u輪增壓器的運(yùn)行起輔助作用。
增壓器63可在發(fā)動(dòng)機(jī)很低速度下由于在進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)間壓差不足、清除廢氣潛力有限、無潛力、乃至產(chǎn)生負(fù)作用的情況下改善后期充氣。
增壓器63對空轉(zhuǎn)速度下的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)特別適用。
在過濾性操作中，特別在加速中如前所述，渦輪增壓器有所滯后；實(shí)際上在壓縮機(jī)C出口上的增壓相對于發(fā)動(dòng)機(jī)入口所需增壓有所延遲。為改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下加速時(shí)，在冷卻器14下游與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管連接的一機(jī)械壓縮機(jī)64就成為一高壓級(jí)壓縮機(jī)HP。這樣，原來由增壓器63所起的作用就由機(jī)械壓縮機(jī)64來完成并有加大，這樣，增壓器63就成為多余的了。
機(jī)構(gòu)壓縮機(jī)64也可在過濾性操作中，尤其是在加速時(shí)，或在臨時(shí)使用全轉(zhuǎn)矩時(shí)，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下和中速范圍內(nèi)，用以改善渦輪增壓器的后期充氣。
實(shí)際上，機(jī)械壓縮機(jī)在以下情況下接入從某一加速閾值上或在此閾值以上進(jìn)行過渡的情況下(在規(guī)定的加載以下，例如從規(guī)定的燃?xì)馓ぐ遄兾簧线M(jìn)行過渡)或在恒定速度下要求取得與只是通過渦輪增壓器取得的轉(zhuǎn)矩相比更高的轉(zhuǎn)矩(超增壓的條件)的情況下。在任何其他情況下，特別是在穩(wěn)態(tài)條件下(發(fā)動(dòng)機(jī)常速下)機(jī)械增壓器最好脫開以取得最高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
如圖20所示，機(jī)械壓縮機(jī)64通過發(fā)動(dòng)機(jī)M輸出軸68轉(zhuǎn)動(dòng)，例如通過齒形皮帶69和機(jī)電離合器69a傳動(dòng)。壓縮機(jī)64的空氣入口70在其上游與空氣冷卻器14出口連接，在下游與旁通管71連接，旁通管用閥72控制。
機(jī)械壓縮機(jī)64的壓縮空氣出口73通過空氣冷卻器74與發(fā)動(dòng)機(jī)M的進(jìn)氣口A連接。旁通管71與空氣冷卻器74的入口連接。
機(jī)械壓縮機(jī)64的壓力比高達(dá)2左右。
在控制裝置67a的作用下通過接合離合器69a啟動(dòng)壓縮機(jī)64而關(guān)閉閥72?？諝鈴膲嚎s機(jī)64的出口73通向進(jìn)氣口A。在閥72開啟時(shí)壓縮機(jī)64短接。
可以看出，在本發(fā)明中機(jī)械壓縮機(jī)64可以單獨(dú)使用而不用渦輪增壓器進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓。
機(jī)械壓縮機(jī)64最好作為高壓級(jí)設(shè)置，這樣，即使在脫開壓縮機(jī)64時(shí)也可使兩個(gè)冷卻器14和74作串聯(lián)使用以冷卻渦輪增壓器輸出的壓縮空氣。但，機(jī)械壓縮機(jī)也可用作低壓級(jí)。
圖21、22為帶有圖16所示喉部的“脈沖變換器”改進(jìn)實(shí)施例。
圖21所示為在渦輪入口9上游設(shè)置的裝在排氣總管上的喉部52。相同的構(gòu)體采用相同的編號(hào)，不再予以說明。
在普通的“廢氣閥”設(shè)計(jì)中，“廢氣閥”和虛線圓75所示位于喉部52的下游，正處于渦輪的入口。
在本發(fā)明中，用于渦輪入口的“廢氣閥”數(shù)量最好等于接在同一入口上的兩個(gè)汽缸支管53、54的數(shù)量，并將“廢氣閥”裝在喉部52的上游。
在本示例中，兩個(gè)雙汽缸支管53、54接在同一渦輪入口上，兩個(gè)“廢氣閥”76、77分別裝在支管53、54的節(jié)流區(qū)55、56內(nèi)，直接位于喉部52的上游。
閥76、77最好還是裝在渦輪T的殼體內(nèi)，這意味著喉部52位于渦輪殼體入口內(nèi)部，隔板57伸入此入口內(nèi)。
閥76、77同時(shí)用單個(gè)作動(dòng)裝置控制，也就是汽缸。
如圖21所示，兩閥76、77并列設(shè)置，便于用連桿作動(dòng)。
也可將閥76、77如圖22所示彼此相對設(shè)置。此閥由鉸鏈板構(gòu)成，鉸接在其垂直于圖22圖面位于其上游邊沿的軸線上。這一位置便于空氣在閥門開啟時(shí)流向使渦輪短接的廢氣旁通通道。
在發(fā)動(dòng)機(jī)高速和高流量下將閥76、77如普通閥門一樣予以開啟，因?yàn)樵谶@種發(fā)動(dòng)機(jī)操作范圍內(nèi)在排氣閥重新開啟時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生清除廢氣時(shí)的回流。
采用位于喉部52上游的閥76、77有利于降低氣流節(jié)流程度和對排氣沖程下汽缸的瞬時(shí)反壓作用。這是由于閥門76、77開啟時(shí)流動(dòng)通道加寬，還由于閥門處于喉部52的上游。只是流經(jīng)渦輪T的氣流受到節(jié)流，而通過開啟的閥門76、77分流的流體未經(jīng)節(jié)流，沒有減速。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是舉例來說，一汽缸的排氣與支管53連接。在此汽缸的活塞處于從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的進(jìn)氣沖程時(shí)，排氣閥關(guān)閉或在與進(jìn)氣閥重疊期內(nèi)重新開啟。在支管54內(nèi)產(chǎn)生脈沖時(shí)(由于喉部52上游的閥76、77是開啟的)其中無脈沖的支管53內(nèi)的氣體壓力就下降。這是由于支管53的節(jié)流區(qū)55通過閥76與渦輪出口壓力相通而此壓力遠(yuǎn)低于節(jié)流區(qū)55下游渦輪入口9的壓力。與支管53連接的汽缸因此就不受鄰管54內(nèi)脈沖的影響。
這一結(jié)果在圖23中用虛線21’表示，此虛線示出閥76、77實(shí)施方案中支管53內(nèi)在所述汽缸排氣時(shí)的壓力。實(shí)線21”對應(yīng)于圖21中僅在圓75處設(shè)置一個(gè)“廢氣閥”的實(shí)施方案。很明顯，從這兩曲線中可以看出，由鄰管54在支管53內(nèi)產(chǎn)生的脈沖B’遠(yuǎn)弱于脈沖B”。為便于比較，圖7中的曲線21在圖23中重新用點(diǎn)劃線表示出來，此曲線對應(yīng)于裝有一個(gè)“廢氣閥”的相同渦輪的同等操作條件但無“脈沖變換器”。中間的脈沖B較強(qiáng)，因此，造成較強(qiáng)的干擾。
在喉部52上游采用兩閥76、77的實(shí)施方案時(shí)就可采用尺寸較小的渦輪而不致施產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)高速下清除廢氣時(shí)的回流，因而保證發(fā)動(dòng)機(jī)很低速度下較大的轉(zhuǎn)矩。
已指出，在圖5中，在各汽缸入口內(nèi)的瞬時(shí)增壓壓力為了簡化在整個(gè)時(shí)間由是看作恒定不變的而用直線20表示。發(fā)動(dòng)機(jī)速度越低，這方面就越是如此。在發(fā)動(dòng)機(jī)高速下，特別是在進(jìn)氣管是針對發(fā)動(dòng)機(jī)高速調(diào)定的情況下(即進(jìn)氣管如la的長度使進(jìn)氣瞬時(shí)壓力波動(dòng)在發(fā)動(dòng)機(jī)高速下產(chǎn)生)有可能取得如圖23中虛線曲線20a所示進(jìn)氣壓力的波動(dòng)。直線20表示波動(dòng)壓力的平均值。在普通情況下，這些波動(dòng)用來提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速下汽缸充氣效率。在本發(fā)明中，這樣做也是可取的，但同時(shí)須利用在排氣閥重新開啟時(shí)進(jìn)氣口20a和排氣口21、21’、21”之間的瞬時(shí)正壓差。這就可在發(fā)動(dòng)機(jī)高速下保持稍低的清除廢氣的效果如圖23所示，或則就可使渦輪尺寸進(jìn)一步減小而不致發(fā)生清除廢氣時(shí)的回流。
權(quán)利要求
1.改善主要用渦輪增壓器增壓和用空氣清除廢氣的內(nèi)燃機(jī)操作的方法，其特征是使若干汽缸(2、3；1、4)匯合在同一排氣總管(8、10)上，使排氣管(le)內(nèi)的壓力作幅度明顯的依時(shí)波動(dòng)(28、29)，使一汽缸(1)的排氣閥(6)在汽缸進(jìn)氣或充氣時(shí)開啟以便在一給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口(5)和排氣閥(6)同時(shí)開啟時(shí)排氣管內(nèi)一瞬時(shí)排氣低壓期(28)使進(jìn)氣管(la)、汽缸(1)、排氣管(le)得以清除廢氣，而當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口(5)已關(guān)閉、排氣閥(6)仍開啟時(shí)使由另一汽缸造成的瞬時(shí)排氣高壓期(29)用來使預(yù)先留存在排氣管(le)內(nèi)的空氣(A)對汽缸(1)進(jìn)行后期充氣，渦輪T尺寸的選擇使在發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過所述給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍時(shí)實(shí)際上不產(chǎn)生汽缸(1)的廢氣后期充氣。
2.用以實(shí)施權(quán)利要求1方法的內(nèi)燃機(jī)，其特征是具有若干與同一排氣總管連接的汽缸，使排氣管(le)內(nèi)的壓力作幅度明顯的依時(shí)波動(dòng)(28、29)，還具有在一汽缸(1)進(jìn)氣或充氣時(shí)開啟此汽缸排氣閥(6)的裝置(31、34)以便在發(fā)動(dòng)機(jī)低速下當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口(5)和排氣閥(6)同時(shí)開啟時(shí)排氣管由另一汽缸引起的一瞬時(shí)排氣低壓期(28)使進(jìn)氣管(la)、汽缸(1)、排氣管(le)得以清除廢氣，而當(dāng)進(jìn)氣閥或進(jìn)氣口(5)已關(guān)閉、排氣閥(6)仍開啟時(shí)使瞬時(shí)排氣高壓期(29)用來使預(yù)先留存在排氣管(le)內(nèi)的空氣(A)對汽缸(1)進(jìn)行后期充氣，渦輪(T)尺寸的選擇使在發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過所述給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍時(shí)實(shí)際上不產(chǎn)生汽缸(1)的廢氣后期充氣。
3.按權(quán)利要求2所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是排氣閥(6)的關(guān)閉(終止其開啟升起(26)狀態(tài))不早于排氣管內(nèi)達(dá)到壓力峰值(S)時(shí)不遲于達(dá)到所述壓力峰值(S)后30°曲軸角度。
4.按權(quán)利要求3所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是進(jìn)氣閥(5)的關(guān)閉(終止其開啟升起(25)狀態(tài))產(chǎn)生于排氣閥(6)終止其開啟升起(26)狀態(tài)前30°和10°曲軸角度之間。
5.按權(quán)利要求2-4中之一所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，排氣閥(6)在進(jìn)氣中沖程開始后關(guān)閉，其特征是排氣閥(6)在進(jìn)氣沖程接近終止時(shí)重新開啟。
6.按權(quán)利要求5所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是為重新開啟汽缸(1)的排氣閥(6)，采用帶一凸角(34)的凸輪(31)，凸角的角度持續(xù)時(shí)間(α)在選擇上盡可能長以便在發(fā)動(dòng)機(jī)全速下保持無清除廢氣時(shí)的回流。
7.按權(quán)利要求5或6所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接而引向單個(gè)渦輪入口的汽缸的數(shù)量最多為7個(gè)。
8.按權(quán)利要求5或6所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接而引向單個(gè)渦輪入口的兩個(gè)汽缸的安裝角為360°的曲軸角度。
9.按權(quán)利要求5或6所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接而引向單個(gè)渦輪入口的四個(gè)汽缸的安裝角為180°的曲軸角度。
10.按權(quán)利要求5或6所述四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接而引向單個(gè)渦輪入口的六個(gè)汽缸的安裝角為120°的曲軸角度。
11.按權(quán)利要求2-4中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接的汽缸所具有的點(diǎn)火周期使第一汽缸(1)處于進(jìn)氣沖程終止時(shí)，另一汽缸(4)開始其排氣期，由所述另一汽缸(4)在排氣總管內(nèi)產(chǎn)生的“脈沖”就使第一汽缸(1)作后期充氣。
12.具有按權(quán)利要求11設(shè)置排氣閥和進(jìn)氣閥的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是在進(jìn)閥關(guān)閉后排氣閥保持開啟以便在清除廢氣后利用來自與同一排氣總管連接的另一汽缸的“脈沖”。
13.按權(quán)利要求12所述二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接的兩個(gè)汽缸的安裝角為180°曲軸角度。
14.按權(quán)利要求12所述二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是與同一排氣總管連接的三個(gè)汽缸的安裝角為120°的曲軸角度。
15.按權(quán)利要求2-14中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是在渦輪出口(16)上裝有一節(jié)流閥(36)，其關(guān)閉和開啟由控制裝置(37)按發(fā)動(dòng)機(jī)的速度來控制。
16.按權(quán)利要求2-15中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是在壓縮機(jī)(C)的輸出管(13)和渦輪的輸入管(8、10)之間設(shè)置一連接管(38)，在連接管(38)內(nèi)設(shè)置一止回閥(39)，在此連接管(38)上設(shè)置閥門控制裝置(40)。
17.按權(quán)利要求16所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是通過增壓壓力(K)和排氣總管內(nèi)瞬時(shí)壓力平均值(G)控制閥門控制裝置(40)，從而開啟控制著連接管(39)開啟狀態(tài)的閥門(41)以便在一最大增壓壓力閾值以下的一范圍內(nèi)所述增壓壓力(K)和平均壓力(G)大致保持相等。
18.按權(quán)利要求2-17中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，具有與同一排氣總管和同一渦輪入口連接的兩個(gè)以上的汽缸，其特征是在汽缸(1，4)和(2，3)的相應(yīng)管子(53、54)上設(shè)置一喉部(52、55、56、57)。
19.按權(quán)利要求18所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是對一渦輪入口設(shè)置若干“廢氣閥”(76、77)，其數(shù)量等于與同一入口連接的雙汽缸支管(53、54)的數(shù)量，這些“廢氣閥”(76、77)位于喉部(52)的上游。
20.按權(quán)利要求2-19中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是在排氣閥(6)附近的排氣管(le)的形狀(35)使在后期充氣期中在汽缸(1)內(nèi)產(chǎn)生旋渦。
21.按權(quán)利要求2-20中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是裝有由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸傳動(dòng)的一輔助增壓器(63)或一機(jī)械壓縮機(jī)(64)。
22.按權(quán)利要求21所述發(fā)動(dòng)機(jī)，具有一機(jī)械壓縮機(jī)(64)，其特征是機(jī)械壓縮機(jī)(64)為一高壓級(jí)的一部分，高壓級(jí)具有一冷卻器(74)和用以連接位于壓縮機(jī)出口(73)和發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣口(A)之間的冷卻器(74)的裝置(71、72)以便使進(jìn)氣不論機(jī)械壓縮機(jī)(64)是否接入始終流經(jīng)冷卻器(74)。
23.按權(quán)利要求2-20中之一所述發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是進(jìn)氣管是準(zhǔn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的高速調(diào)定的。
全文摘要
改善內(nèi)燃機(jī)操作的方法，使若干汽缸匯合在同一排氣總管上，使排氣管內(nèi)的壓力作幅度明顯的依時(shí)波動(dòng)，使一汽缸的排氣閥在汽缸進(jìn)氣或充氣時(shí)開啟以便在一給定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)當(dāng)進(jìn)氣閥和排氣閥同時(shí)開啟時(shí)排氣管內(nèi)一瞬時(shí)排氣低壓期使啟進(jìn)氣管、汽缸、排氣管得以清除廢氣。當(dāng)進(jìn)氣閥已關(guān)閉、排氣閥仍開啟時(shí)使由另一汽缸造成的瞬時(shí)排氣高壓期用來使預(yù)先留存在排氣管內(nèi)空氣對汽缸進(jìn)行后期充氣。
文檔編號(hào)F02B37/00GK1135784SQ9419424
公開日1996年11月13日 申請日期1994年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月22日
發(fā)明者雷米·柯蒂爾 申請人:雷米·柯蒂爾