具有点火和充气模式的分开式循环空气混合动力发动机制造技术

本发明专利技术公开一种分开式循环空气混合发动机，包括能够旋转的曲轴。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轴。进气阀选择地控制进入压缩气缸的空气流量。膨胀活塞可滑动地容纳在膨胀气缸内，并且可操作地连接到曲轴。交换通道将压缩气缸和膨胀气缸相互连接。交换通道包括位于其中交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀。空气存贮器可操作地连接到交叉通道。空气存贮器阀选择性地控制流入和流出空气存贮器的空气流量。在发动机的点火和充气(FC)模式中，在曲轴的单次旋转期间空气存贮器阀保持关闭直到XovrE阀基本上关闭，以使在向空气存贮器充入压缩空气之前向膨胀气缸充入压缩空气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种分开式循环发动机，更特别地，涉及结合空气混合系统的这种发动机。
技术介绍
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(Otto cycle)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，每个冲程的需要曲轴的半个旋转(180度曲轴角(CA))，完成整个奥托循环需要曲轴的两个完整旋转(720度CA)。同样，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涉及的术语“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可操作地连接到曲轴，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可操作地连接到曲轴，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(史古德利)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，本专利技术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动力发动机将分开式循环发动机与空气存贮器和各种控制相结合。这种结合能够使分开式循环空气混合动力发动机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动力发动机包括：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，并且可操作地连接到曲轴，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，并且可操作地连接到曲轴，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，可操作地连接到交换通道，并且选择性地可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等人的美国专利号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，这个专利公开了本专利技术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动力发动机可以以及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与基本分开式循环发动机分开。分开式循环空气混合动力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(AE)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，期望进一步优化这些模式EF、AE、AC、AEF和FC，以提高效率和减少排放。
技术实现思路
本专利技术提供一种分开式循环空气混合动力发动机，其中针对潜在的处于任何驱动循环的任何车辆，优化空气膨胀和点火模式(AEF)的使用，用于提高效率。更特别地，根据本专利技术的分开式循环空气混合发动机的示例性实施例包括能够围绕曲轴轴线旋转的曲轴。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轴，以使压缩活塞通过曲轴的单次旋转期间的进气冲程和压缩冲程而往复运动。进气(入口)阀选择性地控制进入压缩气缸的空气流量。膨胀活塞可滑动地容纳在膨胀气缸内，并且可操作地连接到曲轴，以使膨胀活塞通过曲轴的单次旋转期间的膨胀冲程和排气冲程而往复运动。交换通道将压缩气缸和膨胀气缸相互连接，该交换通道包括交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀，在交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀之间限定有压力室。空气存贮器可操作地连接到交换通道并能够选择地操作以储存来自压缩气缸的压缩空气。空气存贮器阀选择性地控制流入和流出空气存贮器的空气流量。该发动机能够在点火和充气(FC)模式中运行。在FC模式中，在曲轴的单次旋转期间空气存贮器阀保持关闭直到XovrE阀基本上关闭，以便在向空气存贮器充入压缩空气之前向膨胀气缸充入压缩空气。还公开了一种操作分开式循环空气混合发动机的方法。该分开式循环空气混合发动机包括能够围绕曲轴轴线旋转的曲轴。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轴，以使压缩活塞通过曲轴的单次旋转期间的进气冲程和压缩冲程而往复运动。进气(入口)阀选择性地控制进入压缩气缸的空气流量。膨胀活塞可滑动地容纳在膨胀气缸内，并且可操作地连接到曲轴，以使膨胀活塞通过曲轴的单次旋转期间的膨胀冲程和排气冲程而往复运动。交换通道将压缩气缸和膨胀气缸相互连接，该交换通道包括交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀，在交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀之间限定有压力室。空气存贮器可操作地连接到交换通道并能够选择地操作以储存来自压缩气缸的压缩空气。空气存贮器阀选择性地控制流入和流出空气存贮器的空气流量。该发动机能够在点火和充气(FC)模式中运行。根据本专利技术的方法包括如下步骤：用压缩活塞抽入和压缩进口空气；允许压缩空气与燃料一起在膨胀冲程开始时进入膨胀气缸，所述燃料在膨胀活塞的同一膨胀冲程中被点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.15 US 61/313,831;2010.07.13 US 61/363,825;1.一种分开式循环空气混合动力发动机，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，并且可操作地连接到曲轴，
以使压缩活塞通过曲轴的单次旋转期间的进气冲程和压缩冲程而往复运
动；
进气阀，选择性地控制进入压缩气缸的空气流量；
膨胀活塞，可滑动地容纳在膨胀气缸内，并且可操作地连接到曲轴，
以使膨胀活塞通过曲轴的单次旋转期间的膨胀冲程和排气冲程而往复运
动；
交换通道，将压缩气缸和膨胀气缸相互连接，该交换通道包括交换压
缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀，在交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀
(XovrE)阀之间限定有压力室；
空气存贮器，可操作地连接到交换通道并能够选择地操作以储存来自
压缩气缸的压缩空气；和
空气存贮器阀，选择性地控制流入和流出空气存贮器的空气流量；
该发动机能够在点火和充气(FC)模式中运行，其中，在FC模式中，
在曲轴的单次旋转期间空气存贮器阀保持关闭直到XovrE阀基本上关闭，
以便在向空气存贮器充入压缩空气之前向膨胀气缸充入压缩空气。
2.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，在从当XovrC阀开启时的±5度CA内到当XovrE阀关闭时的±5度CA
内的范围内，空气存贮器阀保持关闭。
3.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，空气存贮器阀在XovrE阀关闭后的5度CA或更大度数CA的位置处
开启。
4.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，空气存贮器阀在XovrE阀关闭后的5～20度CA的范围内的位置
处开启。
5.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，空气存贮器阀在XovrE阀关闭后的小于10度CA的位置处开启。
6.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，空气存贮器阀在25度CA或更大度数CA的持续时间内保持开启。
7.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，空气存贮器阀在50度CA或更大度数CA的持续时间内保持开启。
8.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，空气存贮器阀在25度CA至150度CA的范围内的持续时间内保持
开启。
9.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，通过控制XovrE阀关闭的定时控制发动机负荷。
10.根据权利要求1所述的分开式循环空气混合动力发动机，其中，在
FC模式中，通过控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·美尔德雷斯，尼古拉斯·巴丹吉林，伊万·吉尔伯特，
申请(专利权)人：史古德利集团有限责任公司，
类型：发明
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