[发明专利]分开循环式发动机中的部分负载控制

说明书

技术领域

本发明大体涉及控制和最大化在部分负载条件下运行的分开循环式发动机的效率。

背景技术

为了清楚起见，在本申请中所使用的术语“传统发动机”表示其中公知的奥托(Otto)或狄塞尔(Diesel)循环的所有四个冲程(即，进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程)包括在发动机的每一个活塞/气缸组合中的内燃机。每个冲程需要曲轴旋转一半(180度曲柄角(CA))，而且需要两次完整的曲轴旋转(720度CA)，以在传统发动机的每个汽缸中完成完整的奥托或狄塞尔循环。

此外，为了清楚起见，应用到现有技术中所公开的发动机和本申请中所涉及的术语“分开循环式发动机”定义如下。

分开循环式发动机主要包括：

曲柄轴，所述曲柄轴可绕着曲柄轴轴线旋转；

压缩活塞，所述压缩活塞可滑动地容纳在压缩气缸内并且操作性地连接到曲柄轴，使得压缩活塞在曲柄轴的单次旋转期间通过进气冲程和压缩冲程而往复运动；

膨胀(动力)活塞，所述膨胀活塞可滑动地容纳在膨胀气缸内并且操作性地连接到曲柄轴，使得膨胀活塞在曲柄轴的单次旋转期间通过膨胀冲程和排气冲程而往复运动；和

使膨胀气缸和压缩气缸相互连接的跨接通道，所述跨接通道包括在其间限定压力室的跨接压缩(XovrE)阀和跨接膨胀(XovrE)阀。

分开循环式发动机用一个压缩汽缸和一个膨胀汽缸的组合代替传统发动机的两个相邻汽缸。奥托或狄塞尔循环的四个冲程在两个汽缸上“分开”，并且使得压缩汽缸供给进气冲程和压缩冲程，膨胀汽缸供给膨胀冲程和排气冲程。因此曲柄轴每旋转一次(360度CA)就在这两个汽缸中完成奥托或狄塞尔循环。

2003年4月8日授权给Carmelo J.Scuderi美国专利No.6,543,225(″Scuderi专利″)和2005年10月11日授权给David P.Branyon等的美国专利No.6,952,923(″Branyon专利″)都包括分开循环式和类似类型的发动机的详尽描述。此外，Scuderi和Branyon专利披露了本发明包括它的进一步发展的发电机的现有形式。

分开循环式发动机通常在奥托或狄塞尔循环的所有四个冲程期间将跨接通道中的压力维持在高的最小压力(通常20巴或更高)。在跨接通道中维持最大压力水平产生最高的效率水平。

此外，火花点燃(或奥托)分开循环式发动机优选在火花点燃之前在膨胀汽缸维持合适的空气和燃料的混合物。按化学计量的空气/燃料混合物(约为空气与燃料质量比的14.7倍)是理想的。富油混合气(小于空气与燃料质量比的约14.7倍)会留下多余的燃料，这降低了效率。贫油混合物(多于空气与燃料质量比的约14.7倍)会产生太多用于催化式转换器(未示出)以致不能处理的氮氧化物(NOx)，造成不可接受的NOx排放水平。

在现有的分开循环式发动机中，一个或多个跨接通道中的每一个的XovrC阀、XovrE阀和燃料喷射器同步操作。换句话说，如果存在多个跨接通道，则所有的XovrC阀约同时打开和关闭，所有的XovrE阀约同时打开和关闭，所有的燃料喷射器约同时将约相同量的燃料注射到它们对应的跨接通道中。

火花点燃(或奥托)分开循环式发动机可以通过改变进入压缩汽缸的空气的质量控制负载。这可以通过利用进气阀的可变阀动进行，虽然也可以采用节流阀。在部分负载条件下，压缩汽缸的进气阀通常在压缩活塞处于其向下冲程时(即，当压缩活塞从气缸盖移开时)关闭。结果是，压缩汽缸不能吸入空气的完全装载量。换句话说，在部分负载条件下，当压缩活塞处于其下死点位置时，压缩汽缸中的压力通常小于1大气压。

通过改变进入压缩汽缸的空气质量控制负载允许火花点燃(或奥托)分开循环式发动机以在膨胀汽缸中保持恰当的空气和燃料的混合物。然而，以这种方式控制负载可能具有不利的影响。在现有的分开循环式发动机中，压缩压缩汽缸中未完全装载的空气减低一个或多个跨接通道中的压力，因为同样质量的空气未被像以全负载移动/压缩那样移动/压缩到一个或多个跨接通道。这当然不能在跨接通道保持期望的最大压力水平，并且会将压力降低到低于分开循环式发动机的前述高的最小压力要求(通常20巴或更高)。

因此，存在对在部分负载条件下满足分开循环式发动机的一个或多个跨接通道的高的最小压力的需求。更特别地，存在对最大化在部分负载下运行的火花点燃分开循环式发动机的一个或多个跨接通道中的压力的需求。

发明内容