[发明专利]具有最小交换端口体积的分开式循环空气混合发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种分开式循环发动机，尤其是，涉及结合空气混合系统的这种发动机。

背景技术

为了清楚的目的，在本申请中所使用的术语“传统发动机”是指内燃机，其中公知的奥托循环的所有四个冲程(即进气(或进口)、压缩、膨胀(或动力)和排气冲程)包含在发动机的每个活塞/气缸结合中。在传统发动机的每个气缸中，每个冲程需要曲轴的半个周转(180度曲轴角(CA))，完成整个奥托循环需要曲轴的两个完整周转(720度CA)。

为了清楚的目的，对可能会应用于现有技术中公开的发动机和在本申请中所指代的术语“分开式循环发动机”提供如下定义。

在此涉及的分开式循环发动机包括：

曲轴，能够围绕曲轴轴线转动；

压缩活塞，所述压缩活塞可滑动地容纳在压缩气缸内并且操作地连接到曲轴，使得压缩活塞通过在曲轴的单次转动期间的进气冲程和压缩冲程而往复运动；

膨胀(动力)活塞，可滑动地容纳在膨胀气缸内并且操作地连接到曲轴，使得膨胀活塞通过在曲轴的单次转动期间的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交换通道(端口)，交换通道至少包括设置在其中的交换膨胀(XovrE)阀，但更优选地包括其间限定有压力室的交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀。

2003年4月8日授权给Scuderi的美国专利No.6,543,225和2005年10月11日授予Branyon等人的美国专利No.6,952,923(通过参考将二者结合于此)包含对分开式循环及类似类型的发动机所展开的讨论。此外，这些专利公开了现有发动机形式的细节，本发明详述这种现有发动机形式的进一步改进。

分开式循环空气混合发动机将分开式循环发动机与空气存贮器和各种控制装置相结合。这种结合使分开式循环空气混合发动机能够将能量以压缩空气的形式存储在空气存贮器中。空气存贮器中的压缩空气后来用在膨胀气缸中为曲轴提供动力。

在此涉及的分开式循环空气混合发动机包括：

曲轴，能够围绕曲轴轴线旋转；

压缩活塞，可滑动地容纳在压缩气缸内，并且操作地连接到曲轴，以使压缩活塞通过在曲轴的单次旋转期间的进气冲程和压缩冲程而往复运动；

膨胀(动力)活塞，可滑动地容纳在膨胀气缸中，并且操作地连接到曲轴，以使膨胀活塞通过在曲轴的单次旋转期间的膨胀冲程和排气冲程而往复运动；

使压缩气缸和膨胀气缸相互连接的交换通道(端口)，交换通道至少包括设置在其中的交换膨胀(XovrE)阀，但更优选地包括其间限定有压力室的交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀；和

空气存贮器，操作地连接到交换通道，并且可选择性地操作以存储来自压缩气缸的压缩空气，并传送压缩空气到膨胀气缸

通过参考结合于此的2008年4月8日授予Scuderi等人的美国专利No.7,353,786包含分开式循环空气混合和类似类型发动机的广泛讨论。此外，这个专利公开了本发明详述其进一步改进的现有发动机形式的细节。

分开式循环空气混合发动机可以以正常运行模式或点火(NF)模式(通常也称为发动机点火(EF)模式)和四个基本空气混合模式运转。在EF模式中，该发动机用作非空气混合分开式循环发动机，在不使用其空气存贮器的情况下运转。在EF模式中，可操作地将交换通道连接到空气存贮器的罐阀保持关闭，以将空气存贮器从基本分开式循环发动机隔离开。

分开式循环空气混合发动机在四个混合模式中在使用其空气存贮器的情况下运转。这四个混合模式是：

1)空气膨胀(AF)模式，其包括在没有燃烧的情况下使用来自空气存贮器的压缩空气的能量；

2)空气压缩机(AC)模式，其包括在没有燃烧的情况下将压缩空气能量储存在空气存贮器中；

3)空气膨胀和点火(AEF)模式，其包括在燃烧的情况下使用来自空气存贮器的压缩空气的能量；和

4)点火和充气(FC)模式，其包括在燃烧的情况下将压缩空气能量储存在空气存贮器中；

然而，期望进一步优选这些模式EF、AE、AC、AEF和FC，以提高效率和减少排放。

发明内容

本发明提供了一种分开式循环空气混合发动机，其中发动机点火模式(EF)的使用被优化用于潜在地处于任何驱动循环的任何车辆，用于提高效率。