可变压缩比发动机制造技术

本发明专利技术涉及可变压缩比发动机。提供用于可变压缩比发动机的方法和系统。在一个示例中，一种发动机系统包括：通过经由气缸盖上的泄放阀从气缸选择性地释放燃烧增压，改变所述气缸的压缩比；以及在涡轮发电机处将所释放的燃烧增压转变成可用电功率，该涡轮发电机联接在泄放阀的下游。以这种方式，可以基于发动机工况改变压缩比以促进更好的发动机性能和效率，同时由从发动机中的一个或多个气缸泄放的增压气体产生电功率。

Variable compression ratio engine

The invention relates to a variable compression ratio engine. A method and system for variable compression ratio engines are provided. In one example, an engine system includes: changing the compression ratio of the cylinder by selectively releasing the combustion boost from the cylinder via a relief valve on the cylinder head; and converting the released combustion boost to available electrical power at the turbogenerator, which is connected downstream of the relief valve. In this way, the compression ratio can be changed based on engine operating conditions to promote better engine performance and efficiency, while generating electrical power from the pressurized gas discharged from one or more cylinders of the engine.

【技术实现步骤摘要】
可变压缩比发动机
本说明书总体上涉及用于可变压缩比发动机的方法和系统。
技术介绍
可以通过改变发动机压缩比来改进在变化的发动机负载和转速条件下的发动机操作。例如，在低发动机负载期间，可增大发动机压缩比以改进发动机效率。在高发动机负载期间，可以将压缩比减小到阈值水平，该阈值水平使由于发动机内的燃烧室中的高温和高压引起的发动机爆震的发生降到最低。以这种方式，可以基于发动机负载、转速和其他因素来调节发动机以产生可变压缩比。通过基于发动机工况来改变压缩比，可以改进发动机整体性能和效率。调节发动机中的压缩比的众多方法可以包括更改燃烧室的几何结构和修改其他发动机配件。一种示例方法由Ma在美国专利申请5,101,776中示出。在其中，可变压缩比发动机包括燃烧室，该燃烧室经由具有提升阀的流动通道连接到辅助室。为了实现低发动机压缩比，可以开启提升阀以允许增压气体/充气(chargegas)从燃烧室流入辅助室中。替代地，可以通过关闭提升阀以使辅助室与主燃烧室隔离来实现发动机中的高压缩比。然而，本文中诸位专利技术人已认识到这种系统的潜在问题。例如，从主燃烧室泄放到辅助室中的增压气体中所包含的能量在发动机操作期间可能未被充分地回收。此外，在可变压缩比发动机的以上设计中需要对燃烧室的几何结构进行大量的修改，这可能引入额外的制造和装配复杂性。
技术实现思路
在一个示例中，上文描述的问题可由发动机系统解决，可以包括：通过经由气缸盖上的泄放阀(bleedvalve)选择性地将燃烧增压(combustioncharge)从气缸释放到歧管，来改变气缸的压缩比；以及在涡轮发电机处将所释放的燃烧增压转变成可用电功率，该涡轮发电机联接在泄放阀的下游。歧管可以配置有内部通道，该内部通道在泄放阀与止回阀两者调节到开启阀位置时将燃烧增压气体从气缸转移到涡轮发电机中。通过调节燃烧增压气体从气缸进入歧管中的流动，可以基于发动机工况来改变发动机压缩比，同时由从一个或多个气缸泄放的增压气体产生电能。以这种方式，可以改变发动机压缩比而不更改任一气缸的几何结构，并且同时促进在范围广泛的发动机转速和负载下的更好的发动机性能。应理解，提供以上概述是为了以简化的形式来引入在详细说明中进一步描述的概念的选择。这并非意在识别所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决在上文或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了示例发动机系统的示意图。图2示出了包括安装到气缸体的气缸盖的发动机系统的示意性描绘。图3示出了歧管系统的示意性描绘，该歧管系统附接到气缸盖以将燃烧增压气体从一个或多个气缸转移到涡轮发电机。图4示出了歧管系统的前剖视图，该歧管系统附接到气缸盖以将燃烧增压气体从一个或多个燃烧室转移到涡轮发电机。图5示出了歧管系统的截面图，该歧管系统附接到气缸盖。图6示出了用于调节发动机中的压缩比以产生期望的发动机扭矩的方法。图7示出了基于控制阀位置、节气门位置和火花正时的变化的压缩比和发动机扭矩的图形输出。图3至图5是大致按比例示出的，然而如果需要，可使用其他相对尺寸。具体实施方式以下描述涉及用于可变压缩比发动机的系统和方法。图1示出了具有控制阀的发动机系统，可以调节该控制阀以通过从燃烧室泄放燃烧增压气体到联接至涡轮发电机的歧管系统来改变发动机中的压缩比。可由发动机控制器基于发动机工况来调节控制阀以改变发动机中的压缩比。气缸可安装到气缸体，该气缸体联接至气缸盖，如图2中所示。被引入到燃烧室中的空气可与所喷射的燃料混合以形成空气-燃料混合物，该空气-燃料混合物经燃烧以产生发动机功率。联接至气缸盖的歧管系统可包括配置有内部通道的歧管，该内部通道将从燃烧室泄放的燃烧增压气体输送到涡轮发电机，如图3至图5中所示。联接至歧管的可供使用的止回阀/微粒过滤器确保了系统的清洁度，并防止增压气体回流或任何不需要的上游逆转。此外，在止回阀的下游位置处联接至歧管的气体传感器被设计成在燃烧增压气体进入到涡轮发电机之前检测其燃烧增压气体中未燃烧燃料的存在。如果在歧管中的增压气体中检测到任何未燃烧燃料，那么可由发动机控制器调节联接至歧管的点火器，以在增压气体流入涡轮发电机中之前使未燃烧燃料燃烧。一经进入到涡轮发电机中，增压气体就使涡轮机叶轮转动以产生电功率，该电功率可被分布到发动机中的功率需求中心。歧管系统中产生的任何排气可被转移到排气再循环系统，在排气再循环系统处，排气被转移到进气歧管。图6中示出了用于调节发动机中的压缩比的示例方法，该发动机具有联接至燃烧室的控制阀和连接到涡轮发电机的歧管。可通过调节控制阀正时、节气门位置和火花正时来改变压缩比。当调节到开启阀位置时，燃烧室中的燃烧增压气体的一部分可被转移到歧管中以减小发动机压缩比。歧管中的泄放增压气体可进一步流到涡轮发电机以产生电功率。替代地，可通过调节节气门位置和/或火花正时来改变压缩比，如图6中所公开。可调节控制阀正时、节气门位置和/或火花正时以产生压缩比和发动机扭矩的示例图形输出，如图7中所示。可通过调节控制阀正时、节气门位置和火花正时中的一者或多者来改变发动机压缩比，以保持发动机扭矩接近期望的发动机扭矩。在将控制阀和止回阀调节到开启阀位置时从燃烧室泄放的燃烧增压气体可被转移到涡轮发电机中，以产生电功率来操作发动机部件和其他车辆系统。以这种方式，可改变发动机压缩比以改进发动机性能，同时产生可被分布到发动机中的功率需求中心的电功率。继续图1，进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在这个特定的示例中，可由控制器12经由提供到节气门62所包括的电动马达或致动器(通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置)的信号来改变节流板64的位置。以这种方式，节气门62可以被操作以改变提供到燃烧室30以及其他发动机气缸的进气。可通过节气门位置信号TP将节流板64的位置提供到控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以用于将相应的信号MAF和MAP提供到控制器12。可经由燃料喷射器66来给燃烧室30加燃料，该燃料喷射器供应有来自燃料系统115的燃料。在选择的操作模式下，点火系统88能够响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92向燃烧室30中的空气-燃料混合物提供点火火花。虽然示出了火花点火部件，但是在一些实施例中，可在具有或不具有点火火花的情况下以压缩点火模式来操作燃烧室30或发动机100的一个或多个其他燃烧室。一经点火，燃烧室30中的空气-燃料混合物就可燃烧以产生燃烧增压气体，该燃烧增压气体提供活塞移动所需的能量。可提供歧管系统150以改变发动机100中的压缩比。歧管系统150可包括控制阀152、歧管154、止回阀156、增压气体传感器158和点火器160。当将控制阀152调节到开启阀位置时，燃烧室30中的燃烧增压气体可被转移到歧管154中以便改变气缸中的压缩比。可基于发动机工况(诸如，发动机转速和负载)来调节开启和关闭控制阀152的定时和持续时间。当计量的燃烧增压气体流经歧管154的越过止回阀156的区段时，气体传感器158在增压气体进入到涡轮发电机162之前检测增压气体中的任何未燃烧燃料。如果在燃烧增压气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发动机的方法，该方法包括：通过经由气缸盖上的泄放阀从气缸选择性地释放燃烧增压，改变所述气缸的压缩比；以及在涡轮发电机处将所述释放的燃烧增压转变成可用电功率，所述涡轮发电机联接在所述泄放阀的下游。

【技术特征摘要】
2017.03.20 US 15/464,0971.一种用于发动机的方法，该方法包括：通过经由气缸盖上的泄放阀从气缸选择性地释放燃烧增压，改变所述气缸的压缩比；以及在涡轮发电机处将所述释放的燃烧增压转变成可用电功率，所述涡轮发电机联接在所述泄放阀的下游。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述泄放阀与所述气缸的排气门不同。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述转变包括经由点火器点燃在所述涡轮发电机的上游的所述释放的燃烧增压中的未燃烧燃料，所述点火器的输出基于所述释放的燃烧增压中的所述未燃烧燃料的检测量被调节。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述释放的燃烧增压转变成可用电功率包括：将所述可用电功率存储在联接至所述涡轮发电机的电池中。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发动机联接在混合动力车辆中，所述方法进一步包括：使用从电动马达获得的马达扭矩推动所述车辆，所述电动马达由从所述电池吸取的电功率驱动。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述改变所述压缩比响应于爆震指示，所述爆震指示包括检测到的爆震和预期的爆震中的一者，所述改变包括响应于所述爆震指示通过增大所述泄放阀的开度减小所述压缩比。7.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述爆震指示调节所述泄放阀的开度和所述泄放阀的开启持续时间中的一者或多者，所述泄放阀保持更大的开度或保持开启达更长的持续时间直到所述爆震指示低于阈值。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述转变之后，经由排气再循环通道使所述释放的燃烧增压从所述涡轮发电机的下游再循环到发动机进气装置。9.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述压缩比包括：通过关闭所述泄放阀以将燃烧增压保留在所述气缸中，增大所述压缩比；以及通过开启所述泄放阀以从所述气缸释放燃烧增压，减小所述压缩比。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：当改变所述压缩比时，维持歧管升压压力，所述维持包括：响应于开启所述泄放阀，进行增大进气节气门开度、减小压缩机再循环阀开度和减小排气废气门阀的开度中的一者或多者；以及响应于关闭所述泄放阀，进行减小所述进气节气门开度、...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·D·威克斯，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US