[发明专利]压燃式内燃机和操作内燃机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的压燃式增压内燃机。本发明还涉及根据权利要求11的前序部分所述的操作内燃机的方法。

背景技术

内燃机的活塞将通过燃料燃烧释放的能量经由活塞销传递到连杆，并进一步传递到曲柄机构。活塞通过活塞环密封于发动机的气缸，从而无不必要损失地进行能量传递。内燃机的燃烧室部分由活塞的上部、气缸套限定，部分由气缸盖限定。该区域受到较大热应力。沿气缸的纵向延伸并位于活塞环下方的活塞壁引导活塞运动，并用作润滑表面。在现代的压缩机增压的发动机中，对活塞的要求更高。

活塞通过连杆与发动机的曲轴连接，该连杆在其一端处通过销与所述活塞连接，并通过大端轴承与曲轴连接。发动机的主要构成要素是缸径/冲程比、杆长/冲程比。其中重要的功能特征是压缩比、气门正时、转速、增压增益和燃料供给问题。

压燃式内燃机中的燃料燃烧和燃料的能量转换成机械功受多种因素影响，这些因素中的一些与过程相关，而一些因素涉及发动机的机械构造。压燃式发动机中的燃烧过程较大程度地受燃烧室形状的影响。因此，活塞上部的形状对发动机的性能具有重要意义。

现有技术中存在多种公开文献描述布置在活塞顶部中的旋转对称碗部。例如，US专利6,732,703、6,966,294和7,210448示出了这类活塞的上部形状。以上提及的专利解决了与排气中所涉及的环境问题的最近需求以及油烟在活塞环上方向润滑油迁移有关的问题。它们主要涉及活塞顶部的形状和活塞与燃料喷射器之间的协作，其中，活塞碗部的形状和喷射雾化角致使喷雾羽流在离开喷射器口之后以一定的方式撞击在活塞碗部表面上并与该活塞碗部表面接触。本发明主要涉及排放物控制，尤其是NO_X排放物。

尽管这些专利所示的活塞形状可能同样有利，但还存在进一步改进压燃式发动机的构造和操作的需要，从而可进一步改进发动机的性能。

本发明的目的在于提供一种符合本发明目的的压燃式增压内燃机。本发明的目的还在于提供一种操作内燃机的方法，该方法使得在性能改善的同时保持低废气排放水平，尤其是NO_X排放物。

在本文中，术语“百分比-度”(％度)是指相对气门位置在曲柄角范围内的积分，其中，百分比是指相对于气缸直径的气门位置。

发明内容

本发明的目的基本满足如权利要求1和11中所公开的内容。其它权利要求提供本发明不同实施方式的更多细节。

根据本发明的优选实施方式，一种压燃式增压内燃机包括：主体，在该主体中布置至少一个气缸；气缸盖，该气缸盖与所述气缸相关地布置，并设置有至少一个进气门和至少一个排气门；气门机构，该气门机构布置成用于操作所述气缸盖中的所述气门；活塞，该活塞布置成在所述气缸中能在其上止点(TDC)与下止点(BTC)之间移动。该内燃机的特征在于，所述气门机构布置成操作为使扫气区域为80-120百分比-度(％度)。该方式提供了非常有效的扫气，其使得可以将内燃机布置成以相当高的性能操作，而不过分地危及其可靠性。

当所述气门机构被布置成操作为使所述扫气区域(S)的顶点高度小于所述气缸的直径的3％时，通过允许所述活塞的顶部相当靠近所述气缸盖和所述气门，可以提高所述内燃机的压缩比。这通过根据本发明的实施方式的活塞形状而特别有利，在所述活塞形状中，所述活塞的中间顶部区域与所述活塞的顶部的边缘区域处于相同高度，从而通过所述活塞的形状来增大所述内燃机的压缩比。

因此所述气门机构被布置成在排气冲程和进气冲程之间保持所述进气门和所述排气门同时打开，从而基本抵消由增大的压缩比所造成的增大的热负荷。

根据本发明的实施方式，与所述排气门曲线相比，所述进气门曲线形成更大的区域(％度)。因此，压力由涡轮增压器的压缩机保持的扫气空气可以较容易地进入燃烧室，并进一步通过所述排气门而离开所述燃烧室。

根据一种操作压燃式增压内燃机的方法，该内燃机包括：主体，在该主体中布置有至少一个气缸；气缸盖，该气缸盖与所述气缸相关地布置，并设置有至少一个进气门和至少一个排气门；气门机构，该气门机构操作所述气缸盖中的所述气门；活塞，该活塞布置成在所述气缸中可在其上止点(TDC)与下止点(BTC)之间往复运动。该方法的特征在于，所述气门机构操作成使扫气区域(S)为80-120百分比-度(％度)。

优选地，所述活塞往复运动，使得在TDC位置处，该活塞距所述气缸盖的距离为所述气缸的直径(DC)的3.5-4％。这提供了相当高的压缩比，并提供所述活塞的边缘与所述气缸盖之间在TDC位置处的最佳距离。