[发明专利]分开循环空气混合发动机

说明书

相关技术的交叉引用

此申请要求2006年1月7日提交的、标题为“SPLIT-CYCLE AIR HYBRIDENGINE(分开循环空气混合发动机)”的美国申请序列号11/326909的优先权，该申请通过引用在此全文并入。

技术领域

本发明涉及分开循环发动机，更特别地，涉及装有空气混合系统的发动机。

背景技术

本申请中使用的术语“分开循环发动机”可能不具有对于发动机技术领域的普通技术人员通常理解的含义。因此，为了清晰起见，术语“分开循环发动机”所提出的以下定义可以施加到在先技术中披露的发动机中或在本申请中所指的发动机中。

在此称为分开循环发动机包括：

曲柄轴，可以围绕曲柄轴轴线转动；

动力活塞，所述动力活塞可滑动地容纳在动力气缸内并且可操作地连接到曲柄轴，从而所述动力活塞通过在所述曲柄轴的一个转动期间的动力(膨胀)冲程和排气冲程而往复运动；

压缩活塞，所述压缩活塞可滑动地容纳在压缩气缸内并且可操作地连接到曲柄轴，从而所述压缩活塞通过在所述曲柄轴的一个转动期间的进气冲程和压缩冲程而往复运动；和

使动力缸和压缩缸相互连接的气体通道，所述气体通道包括在其间限定压力室的进气阀与出气(转换)阀。

为了清晰起见，下面是在此描述的各种发动机操作模式的首字母缩略词列表：

AC    空气压缩机(Air compressor)

AM    气动驱动(Air motoring)

CB    压缩制动(Compression braking)

ICE   内燃机(Internal combustion engine)

PAP   预压缩空气动力(Pre-compressed air power)

PCA   预压缩助燃空气(Pre-compressed combustion air)

美国专利US6543225B2、US6609371B2和US6952923都由本发明的代理人代理，披露了在此限定的分开循环发动机的示例。这些专利包含在这些专利的允许范围内引用为背景技术的美国和外国专利和公开物的广泛列表。因为它们确切地将经过两个专用缸(一个冲程专用于高压压缩冲程，而另一个缸专用于高压动力冲程)的传统压力/奥托(Otto)循环(即，进气、压缩、动力和排气)分成四个冲程，所以用于这些发动机的术语为“分开循环(split-cycle)”。

例如，与电混合系统相比，最近对于空气混合发动机已经进行了相当大规模的研究。所述电混合系统需要给传统四个冲程循环发动机增加电池、发电机和电动机。所述空气混合发动机仅仅需要增加附加到发动机上的空气蓄压器，该发动机具有压缩机和气动马达的功能以及传统发动机的功能，从而提供混合系统的优点。这些功能包括在制动期间存储压缩空气，从而在随后的启动和加速期间使用压缩空气驱动发动机。

然而，在先技术看来似乎仅仅包括在一个缸内采用传统的四个冲程循环发动机来实现压缩、燃烧和驱动功能。然后，这需要复合阀(complexvavle)和动力传动系统(drivetrain system)以及在操作期间能够从压缩制动(CB)模式转换到气动驱动模式(AM)和回复到传统内燃机(ICE)模式的控制装置。

在典型示例中，当没有存储或使用压缩空气驱动车辆时，在先技术空气混合发动机用作传统的内燃机发动机，在传统的内燃机中在每个活塞中曲柄轴每转动两次完成奥托循环(即，进气、压缩、动力和排气)的四个冲程。然而，在压缩-制动模式情况下，传统发动机的每个缸被构造用作通过车辆运动由车轮驱动的往复活塞式两冲程空气压缩机。外界大气被接收进入到发动机缸内，在此压缩，并且被转移到储气罐。发动机活塞执行的功吸收车辆的运动能并且放慢车辆速度或限制车辆的运动。由此，车辆运动的运动能被转换成存储在储气罐内的压缩空气的能量。

在气动驱动模式期间，在没有燃烧的情况下，发动机的每个缸被构造用于使用存储的压缩空气产生动力冲程以便驱动。首先，通过将存储的、压缩空气膨胀进入缸内从而驱动活塞从上死点(TDC)向下运动到下死点(BDC)完成第一动力冲程实现驱动。然后，当活塞从BDC运动到TDC时压缩膨胀气体。然后将燃料注入缸内并且在TDC之前点燃燃料。接着，在曲柄轴的第二转动过程中燃烧膨胀产物驱动活塞再次向下运动完成第二动力冲程。