[发明专利]可变压缩比的柴油发动机

说明书

相关申请

本申请要求申请日为2012年7月2日的美国临时申请号61/667,369，标题为“可变压缩比的柴油发动机”(Variable Compression Ratio Diesel Engine)的优先权。该优先权申请在相应准据法许可的程度内通过引用整体并入本文，与在本申请中引用的每个其他文件一样。

技术领域

在此描述的主题涉及具有可变压缩比性能的柴油发动机。

背景技术

近来用于轻型和客运应用的柴油发动机已经开始获得越来越多的认可。特别是，涡轮增压柴油发动机已在欧洲被广泛应用多年。由于近年来在北美低硫柴油燃料的可用性提高，这种发动机也在美国和加拿大市场越来越多地被普遍使用。

一般地，相较于类似大小的(例如，在体积排量方面)自然吸气发动机，涡轮增压发动机(无论是柴油，其它压缩点火，或火花点火)能产生较高的功率输出，较低的排放水平，以及提高的效率。功率和效率的提高通常是由于相较于单独的大气压所可以实现的而言，迫使更多的空气以及成比例地更多的燃料进入燃烧室或发动机室。涡轮增压发动机的进气歧管压力超过大气压力的量通常被称为增压水平，并代表在发动机的进气歧管中的相对于不使用强制增压进气可以达到的压力而言的额外的空气压力。

内燃机的燃烧室内的最大压力通常限制了发动机可达到的功率密度。如本文所使用的术语“燃烧室”，一般是指当这样的发动机的气缸处于其最小体积且以一个或多个汽缸的壁、阀面、活塞顶和类似物为界时气缸内存在的体积。

内燃机的压缩比表示其最大容积相对于其最小容积的体积之比。有效膨胀比是完成燃烧时与排气阀打开时的气缸体积之比。有效压缩比是当进气阀关闭时的气缸的体积与最小体积之比。在对置活塞发动机中，压缩比通常被计算为当活塞顶被相隔最远时的气缸体积除以当活塞顶最靠近彼此时的燃烧室体积。某些发动机具有彼此不同的有效压缩和膨胀比。如本文所使用的，有效压缩比是压缩冲程起点的气缸体积除以压缩冲程终点的燃烧室体积的商，且几何膨胀比是膨胀冲程终点的气缸体积除以膨胀冲程起点的燃烧室体积的商。发动机的有效压缩比和有效膨胀比不必相等。例如，如果进气阀关闭太迟，使得活塞已经在向上的进程中，则有效压缩比小于几何压缩比。如果燃烧在上止点之后一段时间发生，则有效膨胀比小于几何膨胀比。另外，分别根据关闭和打开进气阀和排气阀的正时，在压缩冲程起点的燃烧室体积和在膨胀冲程终点的燃烧室体积不必是在活塞下止点位置的汽缸体积。

对于一可靠运行的柴油发动机而言，在燃烧室内的压缩比被通常保持在阈值之上，以在燃烧室中建立足够高的温度，使得在燃烧室内被输送以及与压缩气体混合以形成燃烧混合物的柴油燃料能够自动点火。如本文所使用的燃烧混合物是指在燃烧室中的气体和可选的(例如，通过喷油器输送的燃料的)气溶胶滴。该气体可包括空气、汽化的燃料，以及可能的其它气体(例如，再循环的废气，其它的稀释剂，等等)。

概述

从本文的描述中应当理解的是，对置活塞发动机配置可以在被配置为用于轻型车辆应用的柴油发动机中提供有益的效果。这样的发动机可以选择性地包括涡轮增压器和中间冷却器，如在本文中的关于各种实施方案所描述的。在当前主题的各种实施方案中，这样的发动机可以是四冲程发动机，其中进气、压缩、做功(例如膨胀)和排气发生在发动机的曲轴转两周，使得每个过程都可以被独立地控制。在这样的发动机中可变压缩比的使用可以被应用，通过采用一个或多个技术(包括但不限于在对置活塞发动机中的活塞正时的定相，在这样的发动机中改变曲轴之间的距离，等等)。在火花点火发动机中，可以出于对自动点火或其它不被发动机点火系统控制的燃烧事件的防止的需要而限制压缩比。在与当前的描述相一致的柴油发动机中，高压缩比可以被有益地应用于增加效率，用于行驶循环中需要相对较低的扭矩的部分。当需要较大的扭矩以提供给提高的发动机负荷时，压缩比可以被减小，如上所述。与这样的方法相结合，或可选择地作为单独的方法，关于一个或多个发动机操作方面的信息可以被使用以预测燃烧室温度，且一个或多个发动机操作参数可以被调整以保持在燃烧室内的峰值温度低于阈值温度以限制氮氧化物的生成。此外，促进漩涡和对喷射进入燃烧室的燃料快速混合的活塞顶配置可以被使用在对置活塞发动机内，同时用于柴油应用和火花点火的配置。