專利名稱：具有內(nèi)部廢氣再循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)及內(nèi)部廢氣再循環(huán)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有雙重壓縮和雙重膨脹并且構(gòu)造成用于內(nèi)部廢氣再循環(huán)的內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且涉及再循環(huán)廢氣的方法。
背景技術(shù)：
為了增強(qiáng)現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)(不管是火花點(diǎn)火式還是壓燃式(柴油機(jī)))的容積效率，例 如渦輪增壓器和增壓壓氣機(jī)等增壓進(jìn)氣設(shè)備被添加到發(fā)動(dòng)機(jī)中。此外，多數(shù)現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)使 用廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的一部分再循環(huán)回發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。EGR主要用 來(lái)減少氮氧化物(NOx)排放。通過(guò)使進(jìn)氣和再循環(huán)廢氣混合，流體混合物被稀釋以非活性 氣體(再循環(huán)的廢氣)，從而降低了火焰溫度并且減少了柴油機(jī)內(nèi)的過(guò)量氧。廢氣還增加了 混合物的比熱容，降低了峰燃燒溫度，由此限制了 NOx的形成。外部EGR系統(tǒng)將廢氣從廢氣岐管引導(dǎo)到進(jìn)氣岐管。系統(tǒng)內(nèi)的控制閥(EGR閥)調(diào) 節(jié)廢氣流并且給廢氣流正時(shí)。一些發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)通過(guò)在排氣沖程中不完全排出廢氣而在氣缸 內(nèi)捕獲廢氣。這被稱為內(nèi)部EGR系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在具有流體互連的氣缸的內(nèi)燃機(jī)上提供了一種內(nèi)部EGR系統(tǒng)。具體地，提供了一 種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有四個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸均具有位于其中的相應(yīng)的活塞，活塞與曲軸相連 接以便在相應(yīng)的氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)氣缸均具有多個(gè)端口，和能夠打開(kāi)和能夠關(guān)閉以控制流 體流通過(guò)所述端口流入和流出氣缸的多個(gè)閥。燃燒在所述四個(gè)氣缸的第一兩個(gè)(稱為動(dòng)力 氣缸)內(nèi)發(fā)生，所述第一兩個(gè)氣缸的每一個(gè)均通過(guò)連接相應(yīng)氣缸的端口的通道操作地互連 在在所述四個(gè)氣缸的第二兩個(gè)(稱為吸氣氣缸)之間的流體流連通中。通過(guò)所述通道的流 體流由所述閥控制。閥的打開(kāi)和關(guān)閉被正時(shí)以完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)，即，使得在燃燒之后通 過(guò)所述通道從動(dòng)力氣缸被引導(dǎo)到吸氣氣缸的流體通過(guò)所述通道從吸氣氣缸被再引導(dǎo)回動(dòng) 力氣缸。內(nèi)部廢氣再循環(huán)可通過(guò)在吸氣氣缸內(nèi)的再壓縮、排氣閥再換氣或進(jìn)氣閥再換氣而 完成。還提供了一種用于上述發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部廢氣再循環(huán)的方法。該方法包括引導(dǎo)流體從 兩個(gè)動(dòng)力氣缸的第一氣缸進(jìn)入兩個(gè)吸氣氣缸的第一氣缸。燃燒發(fā)生在兩個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)，而 空氣的吸入和排出發(fā)生在兩個(gè)吸氣氣缸內(nèi)。兩個(gè)動(dòng)力氣缸的每一氣缸獨(dú)立地以選擇性方式 通過(guò)相應(yīng)的通道和閥連接到兩個(gè)吸氣氣缸。該方法還包括對(duì)第一吸氣氣缸的進(jìn)氣閥和排氣 閥的打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)行正時(shí)，使得從第一動(dòng)力氣缸輸送的至少一些流體在第一吸氣氣缸內(nèi) 的排氣沖程和隨后的進(jìn)氣沖程之后保持在第一吸氣氣缸內(nèi)，即完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)。該方 法還包括將第一吸氣氣缸內(nèi)的流體引導(dǎo)到第二動(dòng)力氣缸，使得流體再一次在第二動(dòng)力氣缸 內(nèi)進(jìn)行燃燒。利用上述發(fā)動(dòng)機(jī)，可不需要外部EGR回路。由此可實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約，因?yàn)椴恍枰獠?通道、EGR閥和EGR冷卻器。相關(guān)聯(lián)的外部EGR污染問(wèn)題可由此得以避免。此外，利用兩階段膨脹和壓縮將改善容積效率，從而可不需要渦輪增壓器。通過(guò)促成較高的EGR百分比同 時(shí)維持高的空燃比，將改善排放。由下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和 優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)非常清楚。本發(fā)明提供如下方案方案1、一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括四個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸均具有位于其中的相應(yīng)活塞，所述活塞與曲軸相連接以便在 相應(yīng)氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)；
每個(gè)氣缸均具有多個(gè)端口，和能夠打開(kāi)和能夠關(guān)閉以控制流體通過(guò)所述端口流入 和流出氣缸的多個(gè)閥；其中燃燒在所述四個(gè)氣缸的第一兩個(gè)氣缸內(nèi)發(fā)生，所述第一兩個(gè)氣 缸中每一個(gè)通過(guò)連接相應(yīng)氣缸的相應(yīng)端口的相應(yīng)通道操作地互連在在所述四個(gè)氣缸的第 二兩個(gè)氣缸之間的流體流連通中；其中流經(jīng)所述通道的流體由所述相應(yīng)閥中的一些控制； 并且其中所述閥的打開(kāi)和關(guān)閉被正時(shí)，使得通過(guò)所述通道從所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè) 氣缸被引導(dǎo)到所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸的流體在燃燒之后通過(guò)所述通道從所述 四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸被再引導(dǎo)回所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸。方案2、如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥包括在所述四個(gè)氣缸的 所述第二兩個(gè)氣缸中每一個(gè)上的相應(yīng)進(jìn)氣閥和排氣閥；其中所述排氣閥在所述活塞在所述 四個(gè)氣缸的分別的第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)排氣沖程結(jié)束之前關(guān)閉，而所述進(jìn)氣閥在所述活 塞在所述四個(gè)氣缸的分別的第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)進(jìn)氣沖程開(kāi)始之后打開(kāi)，使得所述至少 一些流體被保持在所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中并且隨后從所述四個(gè)氣缸的所述 第二兩個(gè)氣缸中再循環(huán)到所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸中。方案3、如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥包括在所述四個(gè)氣缸的 所述第二兩個(gè)氣缸中每一個(gè)上的相應(yīng)進(jìn)氣閥和排氣閥；其中所述排氣閥在如下分別的周期 中至少一些期間中打開(kāi)在所述周期期間，所述相應(yīng)進(jìn)氣閥在所述活塞在所述四個(gè)氣缸的 相應(yīng)第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間打開(kāi)，使得在所述活塞在所述四個(gè)氣缸的所述 相應(yīng)第二兩個(gè)氣缸的相應(yīng)排氣沖程期間通過(guò)所述相應(yīng)排氣閥從所述四個(gè)氣缸的所述第二 兩個(gè)氣缸中排出的所述至少一些流體在所述相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入所述四個(gè)氣缸的所 述相應(yīng)第二兩個(gè)氣缸中，并且隨后從所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中再循環(huán)到所述四 個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸中。方案4、如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥包括在所述四個(gè)氣缸的 所述第二兩個(gè)氣缸中每一個(gè)上的相應(yīng)進(jìn)氣閥和排氣閥；其中所述進(jìn)氣閥在如下分別的周期 中的至少一些期間打開(kāi)在所述周期期間，所述相應(yīng)排氣閥在所述活塞在所述四個(gè)氣缸的 相應(yīng)第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)排氣沖程期間打開(kāi)，使得所述至少一些流體在所述相應(yīng)排氣 沖程期間排入所述相應(yīng)進(jìn)氣閥，并且在相應(yīng)隨后的進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入所述四個(gè)氣缸的相 應(yīng)第二兩個(gè)氣缸中，并且隨后分別從所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中再循環(huán)到所述四 個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中。方案5、如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸 的任一個(gè)相對(duì)于所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸的任一個(gè)的排量比小于或等于約51 并且大于或等于約1.1 1。
方案6、如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以 及燃燒的正時(shí)使得流體的膨脹在所述曲軸的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生于所述四個(gè)氣缸的所述第 一兩個(gè)氣缸中的一個(gè)中并且在所述曲軸的緊隨后的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間在所述四個(gè)氣缸的所述 第二兩個(gè)氣缸的一個(gè)中持續(xù)。方案7、如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以 及燃燒的正時(shí)使得流體的壓縮在所述曲軸的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生于所述四個(gè)氣缸的所述第 二兩個(gè)氣缸中的一個(gè)中并且在所述曲軸的緊隨后的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間在所述四個(gè)氣缸的所述 第一兩個(gè)氣缸的一個(gè)中持續(xù)。方案8、一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括曲軸；第一氣缸、第二氣缸、第三氣缸和第四氣缸；分別位于所述第一氣缸、第二氣缸、第三氣缸和第四氣缸內(nèi)的第一活塞、第二活 塞、第三活塞和第四活塞，所述活塞以可操作方式與所述曲軸相連以便在相應(yīng)氣缸內(nèi)運(yùn) 動(dòng)；其中所述第一氣缸和第四氣缸中每一個(gè)均具有四個(gè)端口，并且所述第二氣缸和第 三氣缸中每一個(gè)均具有兩個(gè)端口；相應(yīng)的閥，所述閥支撐在所述端口中每一個(gè)內(nèi)并且能夠選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉以促 成在所述氣缸的每一個(gè)中相應(yīng)四沖程循環(huán)與所述曲軸的兩圈轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，所述閥包括相應(yīng)的進(jìn)氣閥、排氣閥、第一輸送閥和第二輸送閥，所述每一閥位于所述第一氣缸 和第四氣缸的所述四個(gè)端口的相應(yīng)一個(gè)端口處，并且分別能夠選擇地打開(kāi)和關(guān)閉以允許流 體輸送入和輸送出所述第一氣缸和第四氣缸；相應(yīng)的第一閥和第二閥，所述每一閥位于所述第二氣缸和第三氣缸的所述兩個(gè)端 口的相應(yīng)一個(gè)端口處，并且分別能夠選擇地打開(kāi)和關(guān)閉以允許流體輸送入和輸送出所述第二氣缸和第三氣缸；限定出第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的結(jié)構(gòu)；其中所述第一氣缸通過(guò) 所述第一通道、所述第一氣缸的所述第一輸送閥和所述第二氣缸的所述第一輸送閥與所述 第二氣缸選擇地流體連通；其中所述第二氣缸通過(guò)所述第二通道、所述第二氣缸的所述第 二閥和所述第四氣缸的所述第一輸送閥與所述第四氣缸選擇地流體連通；其中所述第四氣 缸通過(guò)所述第三通道、所述第四氣缸的所述第二輸送閥和所述第三氣缸的所述第一輸送閥 與所述第三氣缸選擇地流體連通；其中所述第三氣缸通過(guò)所述第四通道、所述第三氣缸的 所述第二閥和所述第一氣缸的所述第二輸送閥與所述第一氣缸選擇地流體連通；經(jīng)由所述 通道和相應(yīng)的閥的打開(kāi)和關(guān)閉在所述氣缸之間的流體連通由此允許膨脹和壓縮中每個(gè)在 所述四個(gè)氣缸的相應(yīng)兩個(gè)之內(nèi)的兩個(gè)相應(yīng)沖程期間在兩個(gè)階段內(nèi)發(fā)生；其中燃燒發(fā)生在至 少所述第二氣缸和第三氣缸內(nèi)；并且其中所述第一氣缸和第四氣缸的所述進(jìn)氣閥和排氣閥 的打開(kāi)和關(guān)閉控制成使得輸送到所述第一氣缸和第四氣缸的至少一些流體分別在所述第 三氣缸和第二氣缸內(nèi)燃燒之后在相應(yīng)活塞的各隨后的沖程期間分別從所述第一氣缸和第 四氣缸再循環(huán)到所述第二氣缸和第三氣缸。方案9、如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述相應(yīng)第一氣缸和第四氣缸的所 述排氣閥在所述氣缸中的相應(yīng)活塞在所述第一氣缸和第四氣缸中的相應(yīng)排氣沖程結(jié)束之前關(guān)閉；并且其中所述第一氣缸和第四氣缸內(nèi)的相應(yīng)活塞的所述進(jìn)氣閥在所述第一氣缸和 第四氣缸的相應(yīng)進(jìn)氣沖程的開(kāi)始之后打開(kāi)，使得所述至少一些流體保持在所述第一氣缸 和第四氣缸內(nèi)并且隨后分別從所述第一氣缸和第四氣缸再循環(huán)到所述第二氣缸和第三氣 缸。方案10、如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，相應(yīng)第一氣缸和第四氣缸的所述排 氣閥在如下分別的周期中的至少一些期間內(nèi)打開(kāi)在所述周期期間，所述第一氣缸和第四 氣缸的相應(yīng)進(jìn)氣閥在所述活塞在所述第一氣缸和第四氣缸內(nèi)的相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間打開(kāi)，使 得所述至少一些流體在所述活塞在所述第一氣缸和第四氣缸內(nèi)的相應(yīng)排氣沖程期間從所 述第一氣缸和第四氣缸通過(guò)相應(yīng)排氣閥排出并且在所述活塞在所述第一氣缸和第四氣缸 內(nèi)的相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入相應(yīng)第一氣缸和第四氣缸以便隨后分別從所述第一氣缸和 第四氣缸再循環(huán)到所述第二氣缸和第三氣缸。方案11、如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，相應(yīng)第一氣缸和第四氣缸的所述 進(jìn)氣閥在如下分別的周期中的至少一些期間打開(kāi)在所述周期期間，所述第一氣缸和第四 氣缸的相應(yīng)排氣閥在所述活塞在所述第一氣缸和第四氣缸內(nèi)的相應(yīng)排氣沖程期間打開(kāi)，使 得所述至少一些流體在相應(yīng)排氣沖程期間排入相應(yīng)進(jìn)氣閥并且然后在所述活塞在所述第 一氣缸和第四氣缸內(nèi)的相應(yīng)隨后的進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入相應(yīng)第一氣缸和第四氣缸以便隨 后分別從所述第一氣缸和第四氣缸再循環(huán)到所述第二氣缸和第三氣缸。方案12、如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第二氣缸和第三氣缸的任一個(gè) 相對(duì)于所述第一氣缸和第四氣缸的任一個(gè)的排量比不大于約5 1并且不小于約1.1 1。方案13、如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，各閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以及燃燒 的正時(shí)使得流體的膨脹在所述曲軸的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生于所述第二氣缸和第三氣缸中的 一個(gè)中，并且在所述曲軸的緊隨后的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間在所述第一氣缸和第四氣缸中的一個(gè)中 持續(xù)。方案14、如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，各閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以及燃燒 的正時(shí)使得流體的壓縮在所述曲軸的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生于所述第一氣缸和第四氣缸中的 一個(gè)中，并且在所述曲軸的緊隨后的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間在所述第二氣缸和第三氣缸中的一個(gè)中持續(xù)。方案15、一種在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中再循環(huán)廢氣的方法，其包括將流體從兩個(gè)動(dòng)力氣缸的第一氣缸引導(dǎo)到兩個(gè)吸氣氣缸的第一氣缸；其中燃燒發(fā) 生在所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸中而空氣進(jìn)氣和排氣發(fā)生在所述兩個(gè)吸氣氣缸中；其中所述兩個(gè)動(dòng) 力氣缸中每一個(gè)通過(guò)相應(yīng)通道和閥分立地選擇地操作地連接到所述兩個(gè)吸氣氣缸；對(duì)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的進(jìn)氣閥和排氣閥的打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí)，使得 從所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第一氣缸輸送的至少一些流體在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第 一氣缸內(nèi)的排氣沖程和隨后的進(jìn)氣沖程之后保留在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)； 以及將所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)的所述流體引導(dǎo)到所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的 所述第二氣缸內(nèi)，使得所述流體在所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第二氣缸內(nèi)再次經(jīng)歷燃燒。方案16、如方案15所述的方法，其特征在于，流體從所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第 二氣缸引導(dǎo)到所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第二氣缸；8
對(duì)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第二氣缸的進(jìn)氣閥和排氣閥的打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí)，使得 從所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第二氣缸輸送的至少一些流體在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第 二氣缸內(nèi)的排氣沖程和隨后的進(jìn)氣沖程之后保留在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第二氣缸內(nèi)； 以及將所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第二氣缸內(nèi)的所述流體引導(dǎo)到所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的 所述第一氣缸內(nèi)，使得所述流體在所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第一氣缸內(nèi)再次經(jīng)歷燃燒。方案17、如方案15所述的方法，其特征在于，所述正時(shí)包括在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的排氣沖程結(jié)束之前關(guān)閉所述兩個(gè)吸氣氣 缸的所述第一氣缸的排氣閥；在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的進(jìn)氣沖程開(kāi)始后打開(kāi)所述兩個(gè)吸氣氣缸 的所述第一氣缸的進(jìn)氣閥，使得從所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第一氣缸輸送的所述至少一些 流體保留在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)并且隨后再循環(huán)到所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的 所述第二氣缸內(nèi)。方案18、如方案15所述的方法，其特征在于，所述正時(shí)包括在進(jìn)氣沖程期間打開(kāi)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的進(jìn)氣閥；以及在如下周期中的至少一些期間打開(kāi)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的排氣閥 在所述周期期間，所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的所述進(jìn)氣閥在所述進(jìn)氣沖程期間打 開(kāi)，使得在排氣沖程期間通過(guò)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的所述排氣閥從所述兩個(gè) 吸氣氣缸的所述第一氣缸排出的所述至少一些流體在所述進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入所述兩個(gè) 吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)并且隨后再循環(huán)到所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第二氣缸內(nèi)。方案19、如方案15所述的方法，其特征在于，所述正時(shí)包括在排氣沖程期間打開(kāi)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的排氣閥；在如下時(shí)間中的至少一些期間打開(kāi)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的進(jìn)氣閥 在所述時(shí)間期間，所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的所述排氣閥在所述兩個(gè)吸氣氣缸的 所述第一氣缸的所述排氣沖程期間打開(kāi)，使得所述至少一些流體在相應(yīng)排氣沖程期間排入 所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的所述進(jìn)氣閥并且在隨后的進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入所述 兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)，以便隨后從所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸再循環(huán)到 所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第二氣缸內(nèi)。


圖1是使用四個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方式的示意性立體圖，其中每個(gè)氣缸具 有四沖程循環(huán)，氣缸彼此相連，并且具有被正時(shí)以提供雙重壓縮、雙重膨脹和內(nèi)部廢氣再循 環(huán)的閥；圖2A是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性俯視圖，示出了閥和流體流動(dòng)通道與氣缸的關(guān)系；圖2B是示出圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸的對(duì)應(yīng)于氣缸內(nèi)的活塞的12個(gè)連續(xù)沖程的 狀態(tài)的圖表；圖3是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第一沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；
圖4是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第二沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖5是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第三沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖6是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第四沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖7是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第五沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖8是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第六沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖9是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第七沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖10是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第八沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖11是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第九沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖12是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第十沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸送 和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖13是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第十一沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸 送和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖14是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、活塞、閥和流體流動(dòng)通道的示意性立體圖，示出了在 圖2B的圖表中的第十二沖程過(guò)程中在每個(gè)氣缸內(nèi)的活塞運(yùn)動(dòng)的方向、氣缸之間的流體輸 送和每個(gè)閥的狀態(tài)；圖15是為了通過(guò)再壓縮完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)在圖8和9的第六和第七沖程過(guò)程 中用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的其中一個(gè)氣缸的排氣閥和進(jìn)氣閥的閥升程相對(duì)于曲軸角度的圖表；圖16是為了通過(guò)經(jīng)由排氣閥的廢氣再換氣完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)在圖8和9的第 六和第七沖程過(guò)程中用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的其中一個(gè)氣缸的排氣閥和進(jìn)氣閥的閥升程相對(duì) 于曲軸角度的圖表；圖17是為了通過(guò)經(jīng)由進(jìn)氣閥的廢氣再換氣完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)在圖8和9的第六和第七沖程過(guò)程中用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的其中一個(gè)氣缸的排氣閥和進(jìn)氣閥的閥升程相對(duì) 于曲軸角度的圖表；以及圖18是示出用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部廢氣再循環(huán)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，在幾個(gè)附圖中類似的附圖標(biāo)記表示類似的部件，圖1示出了發(fā)動(dòng)機(jī)10， 發(fā)動(dòng)機(jī)10具有發(fā)動(dòng)機(jī)本體12、氣缸蓋14、和曲軸16，曲軸16支撐成在發(fā)動(dòng)機(jī)本體12內(nèi)轉(zhuǎn) 動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有四個(gè)氣缸18A、18B、18C、18D，它們通過(guò)鉆孔或者以其他方式設(shè)置在發(fā)動(dòng) 機(jī)本體12內(nèi)。每個(gè)氣缸18A、18B、18C、18D具有以可操作方式連接到曲軸16的相應(yīng)活塞 22A、22B、22C、22D，使得曲軸 16 的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致活塞 22A、22B、22C、22D在氣紅 18A、18B、18C、18D 上下移動(dòng)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解活塞22A、22B、22C、22D可以以可操作方式連 接曲軸16的許多已知方式，例如通過(guò)連桿。氣缸18A、18B、18C、18D分別通過(guò)機(jī)加工或者成型在發(fā)動(dòng)機(jī)本體12和/或氣缸蓋 14內(nèi)的第一、第二、第三和第四通道PI、P2、P3、P4彼此互相連接，利用多個(gè)閥控制在氣缸 18A、18B、18C、18D之間通過(guò)通道PI、P2、P3、P4的流動(dòng)，這在下面將進(jìn)一步描述。額外的通 道Pli和Ple分別用作氣缸18A的進(jìn)氣和排氣通道。類似地，通道P2i和Pk分別用作氣 缸18D的進(jìn)氣和排氣通道。參考圖2A，圖中示出了流體流經(jīng)氣缸的方向的示意圖。氣缸18A，這里稱為吸氣氣 缸，具有包含四個(gè)閥vii、Vie、V^i和V2b的四個(gè)端口。閥Vli是進(jìn)氣閥，并且能夠選擇性 地打開(kāi)以允許空氣從以可操作方式與進(jìn)氣岐管連接的進(jìn)氣通道Pli吸入氣缸18A。閥Vle 是排氣閥，并且能夠選擇性地打開(kāi)以允許廢氣從氣缸18A到達(dá)廢氣通道Ple，廢氣通道Vle 以可操作方式與安裝發(fā)動(dòng)機(jī)10的車輛的廢氣系統(tǒng)相連接。閥Vh是第一輸送閥，它被這樣 稱呼是因?yàn)樗軌蜻x擇性地打開(kāi)以允許流體從氣缸18A通過(guò)第一通道Pl輸送到氣缸18B。 閥V2b是第二輸送閥，它被這樣稱呼是因?yàn)樗軌蜻x擇性地打開(kāi)以允許流體從氣缸18C通 過(guò)第四通道P4輸送到氣缸ISA0動(dòng)力氣缸18B具有兩個(gè)端口，其包含兩個(gè)相應(yīng)的閥V3a、V4a，它們分別被稱為氣缸 18B的第一閥和第二閥。閥V3a能夠選擇性地打開(kāi)以允許流體通過(guò)通道Pl從氣缸18A流向 氣缸18B。閥Ma能夠選擇性地打開(kāi)以允許流體從氣缸18B通過(guò)通道P2流向氣缸18D。動(dòng)力氣缸18C具有兩個(gè)端口，其包含兩個(gè)相應(yīng)的閥V4b、V3b，它們分別被稱為氣缸 18C的第一閥和第二閥。閥V4b能夠選擇性地打開(kāi)以允許流體通過(guò)通道P3從氣缸18D流向 氣缸18C。閥V!3b能夠選擇性地打開(kāi)以允許流體從氣缸18C通過(guò)通道P4流向氣缸18A。氣缸18D具有包含四個(gè)閥V5a、V5b、V6i和V6e的四個(gè)端口。閥V6i是進(jìn)氣閥，并 且能夠選擇性地打開(kāi)以允許空氣從以可操作方式與進(jìn)氣岐管連接的進(jìn)氣通道P2i吸入氣 缸18D。閥V6e是排氣閥，并且能夠選擇性地打開(kāi)以允許廢氣從氣缸18D到達(dá)廢氣通道P2e， 廢氣通道V2e以可操作方式與安裝發(fā)動(dòng)機(jī)10的車輛的廢氣系統(tǒng)相連接。閥是第一輸 送閥，它被這樣稱呼是因?yàn)樗軌蜻x擇性地打開(kāi)以允許流體從氣缸18D通過(guò)第三輸送通道 P3輸送到氣缸18C。閥Vfe是第二輸送閥，它被這樣稱呼是因?yàn)樗軌蜻x擇性地打開(kāi)以允 許流體從氣缸18B通過(guò)第二輸送通道P2輸送到氣缸18D。閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以及閥提升和燃料引入由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(未示出)以電子方式、液壓方式、一個(gè)或多個(gè)凸輪軸或者通過(guò)它們的組合并且結(jié)合曲軸16的速度和轉(zhuǎn)動(dòng)位 置來(lái)控制，用以實(shí)現(xiàn)兩階段壓縮、燃燒、兩階段膨脹和內(nèi)部廢氣再循環(huán)，如下所述。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員將容易理解發(fā)動(dòng)機(jī)閥的控制。參考圖2B，給定參考圖2A描述的多個(gè)閥的閥狀態(tài)(打開(kāi)或關(guān)閉)，針對(duì)曲軸16的 六圈曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，其中每一曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生兩個(gè)沖程，圖中示出了在每個(gè)氣缸18A、18B、18C、18D 內(nèi)發(fā)生的工作循環(huán)的階段。發(fā)動(dòng)機(jī)10在四沖程/兩圈/720度曲柄角度循環(huán)工作。這里描 述了 12個(gè)順序發(fā)生的沖程，但是沖程1、5、9相同，沖程2、6和10相同，沖程3、7和11相同， 以及沖程4、8和12相同。描述了十二個(gè)沖程是因?yàn)閷?duì)于給定的空氣混合物樣本，需要三個(gè) 完整的循環(huán)而完全通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10。如圖2B所示，INT是指氣缸的進(jìn)氣狀態(tài)，在此狀態(tài)下吸 入新鮮空氣，Cl是指壓縮的第一階段，C2是指壓縮的第二階段，El是指膨脹的第一階段，在 此階段燃燒發(fā)生，此階段還被稱為燃燒階段，E2稱為膨脹的第二階段，而EX稱為排氣狀態(tài)。 在圖2B和下面的描述中很顯然，燃燒發(fā)生在氣缸18B和18C中；因此，氣缸18B和18C可稱 為動(dòng)力氣缸?？諝馕牒团懦鰞H發(fā)生在氣缸18A和18D ；因此，氣缸18A和18D可稱為吸氣 氣缸。在一些沖程中，氣缸18A用作進(jìn)氣氣缸而氣缸18D用作排氣氣缸。在其他沖程中，氣 缸18A用作排氣氣缸而氣缸18D用作進(jìn)氣氣缸?？扇既剂媳惶峁┑阶鳛閯?dòng)力氣缸的氣缸的 燃燒室，提供到鄰接動(dòng)力氣缸的進(jìn)氣閥的位置，提供到用作第二階段膨脹氣缸的吸氣氣缸， 提供到鄰接膨脹氣缸的進(jìn)氣閥的位置，提供到用作第一階段壓縮氣缸的吸氣氣缸，或者提 供到鄰接第一階段壓縮氣缸的進(jìn)氣閥的位置。氣缸18A、18B、18C、18D相對(duì)于彼此連接成并且尺寸構(gòu)造成使得壓縮和膨脹在兩 個(gè)階段中在兩個(gè)不同的氣缸內(nèi)發(fā)生。在一些實(shí)施方式中，盡管沒(méi)有這樣限制，但是氣缸18A 和18D相對(duì)于氣缸18C和18D的容積使得氣缸18A和18D相對(duì)于氣缸18C和18D的排量比 不大于5 1并且不小于1.1 1。由此，壓縮可在兩個(gè)階段中發(fā)生，分別起始于進(jìn)氣之后 在氣缸18A或18D中的第一階段，并且在隨后的沖程中在較小的氣缸18B和18C中繼續(xù)進(jìn) 行第二階段。類似地，膨脹可在兩個(gè)階段中發(fā)生，分別起始于氣缸18B或者18C，并且在較大 的氣缸18D和18A中繼續(xù)進(jìn)行第二階段?，F(xiàn)在參考圖3，發(fā)動(dòng)機(jī)10中的一部分由氣缸18A-18D表示，其中具有活塞 22A-22D。活塞在相應(yīng)的氣缸18A-18D內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向(向上或者向下)由緊鄰相應(yīng)活塞的 箭頭表示。還示出了表示流體進(jìn)出氣缸和在氣缸之間流動(dòng)的箭頭。開(kāi)放的端口表示相應(yīng)閥 的打開(kāi)狀態(tài)，從而允許流體流過(guò)該端口，而“X”表示相應(yīng)閥的關(guān)閉狀態(tài)，從而阻止流體流過(guò) 該端口。在沖程1期間，閥Vli、Ma和VfeO開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉(但是根據(jù)所實(shí)施的廢 氣再循環(huán)方法，閥Vle可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所述)。由此，氣缸18A 通過(guò)通道Pli吸入新鮮空氣，而氣缸18B通過(guò)經(jīng)由氣缸18D的通道P2經(jīng)歷第二階段膨脹， 而氣缸18C經(jīng)歷第二階段壓縮。盡管空氣混合物在圖3至14中存在于所有四個(gè)氣缸18A、 18B、18C和18D中，但是在圖3_14中僅僅以圓形陰影(圖3中在通道Pli和氣缸18A中示 出)示出了空氣混合物的選擇部分，其中密度大致表示膨脹或壓縮是否在發(fā)生，因?yàn)樵诳?氣混合物從入口通過(guò)通道Pli、通過(guò)氣缸18A、18B、和18D并且在氣缸18D處排出而至少一 部分從氣缸18D通過(guò)氣缸18C和18D再循環(huán)時(shí)伴隨著膨脹和壓縮。在隨后的沖程2期間，相對(duì)于圖4示出，閥Vh、V3a和V6e打開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉 (但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥V6i可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所12述)。由此，氣缸18A將充氣通過(guò)通道Pl壓縮進(jìn)氣缸18B，而氣缸18D通過(guò)通道Pk排氣。 氣缸18C經(jīng)歷動(dòng)力沖程和膨脹的第一階段。在氣缸18D內(nèi)的一部分廢氣通過(guò)下面所述的廢 氣再循環(huán)方法中的任一種在沖程2和沖程3之間進(jìn)行再循環(huán)。在隨后的沖程3期間，相對(duì)于圖5示出，閥V6i、V!3b和打開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉 (但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥V6e可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所 述)。由此，氣缸18D通過(guò)通道P2i吸入新鮮空氣，而氣缸18C通過(guò)通道P4經(jīng)歷經(jīng)由氣缸 18A的第二階段膨脹。氣缸18B經(jīng)歷第二階段壓縮。在隨后的沖程4期間，相對(duì)于圖6，閥Vle、％b和V4b打開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉(但 是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥Vli可該在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所 述)。由此，氣缸18D通過(guò)通道P3將充氣壓縮進(jìn)氣缸18C，而氣缸18A進(jìn)行排氣并且氣缸 18B經(jīng)歷動(dòng)力沖程和第一階段膨脹。在隨后的沖程5期間，相對(duì)于圖7示出，閥Vli、Ma* Vfe打開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉 (但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥Vle可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所 述)。由此，氣缸18A通過(guò)通道Pli吸入新鮮空氣，而氣缸18B通過(guò)通道P2經(jīng)歷經(jīng)由氣缸 18D的第二階段膨脹。氣缸18C經(jīng)歷第二階段壓縮。在隨后的沖程6期間，相對(duì)于圖8示出，閥Vh、V3a和V6e打開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉 (但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥V6i可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所 述)。由此，氣缸18A通過(guò)通道Pl將充氣壓縮進(jìn)氣缸18B，而氣缸18D進(jìn)行排氣。氣缸18C 經(jīng)歷動(dòng)力沖程和第一階段膨脹。在隨后的沖程7期間，相對(duì)于圖9示出，閥V2b、V!3b和V6i打開(kāi)而所有其他閥關(guān)閉 (但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥V6e可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步所 述)。由此，氣缸18D通過(guò)通道P2i吸入新鮮空氣，而氣缸18C通過(guò)通道P4經(jīng)歷經(jīng)由氣缸 18A的第二階段膨脹。氣缸18B經(jīng)歷第二階段壓縮。吸入氣缸18D的新鮮空氣以小的“ + ” 標(biāo)記示出，用以區(qū)分以圓點(diǎn)標(biāo)記示出的再循環(huán)廢氣。在隨后的沖程8期間，相對(duì)于圖10示出，閥Vie、V4b和打開(kāi)而所有其他閥關(guān) 閉(但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥Vii可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步 所述)。由此，氣缸18D通過(guò)通道P3將充氣壓縮進(jìn)氣缸18C，而氣缸18A通過(guò)通道Ple進(jìn)行 排氣。氣缸18B經(jīng)歷動(dòng)力沖程和第一階段膨脹。在隨后的沖程9期間，相對(duì)于圖11示出，閥Vli、V4a和Vfe打開(kāi)而所有其他閥關(guān) 閉(但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥Vle可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步 所述)。由此，氣缸18A通過(guò)通道Pli吸入新鮮空氣，而氣缸18B通過(guò)通道P2經(jīng)歷經(jīng)由氣缸 18D的第二階段膨脹。氣缸18C經(jīng)歷第二階段壓縮。在隨后的沖程10期間，相對(duì)于圖12示出，閥Vh、V3a和V6e打開(kāi)而所有其他閥關(guān) 閉(但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥V6i可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步 所述)。由此，氣缸18A通過(guò)通道Pl將充氣壓縮進(jìn)氣缸18B，而氣缸18D通過(guò)通道Pk進(jìn)行 排氣。氣缸18C經(jīng)歷動(dòng)力沖程和第一階段膨脹。在隨后的沖程11期間，相對(duì)于圖13示出，閥V2b、V!3b和V6i打開(kāi)而所有其他閥關(guān) 閉(但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥V6e可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步 所述)。由此，氣缸18D通過(guò)通道P2i吸入新鮮空氣，而氣缸18C通過(guò)通道P4經(jīng)歷經(jīng)由氣缸18A的第二階段膨脹。氣缸18B經(jīng)歷第二階段壓縮。在隨后的沖程12期間，相對(duì)于圖14示出，閥V4b、％b和Vle打開(kāi)而所有其他閥關(guān) 閉(但是根據(jù)所實(shí)施的廢氣再循環(huán)方法，閥Vli可在該沖程的一部分期間打開(kāi)，如下進(jìn)一步 所述)。由此，氣缸18D通過(guò)通道P3將充氣壓縮進(jìn)氣管18C，而氣缸18A通過(guò)通道Ple進(jìn)行 排氣。氣缸18B經(jīng)歷動(dòng)力沖程和第一階段膨脹。在沖程12之后，其中氣缸和閥發(fā)揮如同關(guān) 于沖程1所述的功能的沖程發(fā)生，并且在重復(fù)的循環(huán)中發(fā)生順序的沖程2-12?，F(xiàn)在參考圖15-17，在發(fā)動(dòng)機(jī)10中可實(shí)施內(nèi)部廢氣再循環(huán)的三種方法，包括再壓 縮(圖15)、排氣閥再換氣(圖16)和進(jìn)氣閥再換氣(圖17)。這些方法的不同之處在于進(jìn) 氣閥和排氣閥的受控的正時(shí)。當(dāng)排氣氣缸在隨后沖程中用作吸氣(新鮮空氣吸入)氣缸時(shí)， 所有的方法完成一些廢氣從排氣氣缸至連接到排氣氣缸的動(dòng)力氣缸的內(nèi)部再循環(huán)。每一方 法都在下面關(guān)于圖8和9的沖程6和7進(jìn)行描述，然而這些方法同樣適用于如下成對(duì)沖程 其中排氣發(fā)生于氣缸18A、18D中的其中一個(gè)，而進(jìn)氣在隨后的沖程中發(fā)生于同一氣缸內(nèi)。參考圖15，排氣閥V6e在沖程6和7過(guò)程中的升程由標(biāo)以“排氣”的曲線表示，而 進(jìn)氣閥V6i在沖程6和7過(guò)程中的升程由標(biāo)以“進(jìn)氣”的曲線表示。閥V6e在沖程6的至 少一部分期間打開(kāi)，但是在氣缸18D內(nèi)的活塞在360度曲柄角度處抵達(dá)其行程的頂點(diǎn)之前 關(guān)閉。閥V6i在沖程7過(guò)程中僅在閥V6e徹底關(guān)閉之后、在氣缸18D內(nèi)的活塞開(kāi)始下降之 后而受控打開(kāi)。由此，一些廢氣(即在沖程4過(guò)程中已經(jīng)在氣缸18B內(nèi)燃燒的流體)保持 在氣缸18D中，并且不通過(guò)閥V6e、V6i的任一個(gè)排出。剩余的廢氣與在沖程7過(guò)程中通過(guò) 閥V6i進(jìn)入的進(jìn)氣混合，并且在沖程8和9中通過(guò)氣缸18D和18C再壓縮，隨后在沖程10 中在氣缸18C內(nèi)燃燒。參考圖16，圖中示出了通過(guò)排氣閥再換氣方法的廢氣再循環(huán)。閥V6e在沖程7過(guò) 程中在進(jìn)氣閥V6i的升程過(guò)程中再次打開(kāi)。由此，排到通道Me的一些廢氣在吸氣沖程7過(guò) 程中被吸回氣缸18D并且與通過(guò)進(jìn)氣閥V6i進(jìn)入的新鮮空氣混合。在隨后的沖程8-12過(guò) 程中通過(guò)氣缸18D、18C和18A處理的流體混合物由此包括通過(guò)排氣閥V6e再換氣的廢氣。參考圖17，圖中示出了通過(guò)進(jìn)氣閥再換氣方法的廢氣再循環(huán)。閥V6i在沖程6過(guò) 程中在排氣閥V6e的一部分升程過(guò)程中打開(kāi)。由此，在沖程6過(guò)程中，一些廢氣排入通道 P2i，然后在隨后的沖程7過(guò)程中通過(guò)閥V6i與新鮮空氣一起被吸回到氣缸中，此時(shí)進(jìn)氣閥 V6i提升而排氣閥V6e關(guān)閉。在隨后的沖程8-12過(guò)程中通過(guò)氣缸18D、18C和18A處理的流 體混合物由此包括通過(guò)進(jìn)氣閥V6i再換氣的廢氣。因此，圖18中示出了一種用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部廢氣再循環(huán)的方法100，該方 法包括方塊102，其提供構(gòu)造成用于兩階段壓縮和兩階段膨脹的兩個(gè)動(dòng)力氣缸18B、18C和 兩個(gè)吸氣氣缸18A、18D，如圖1-14中關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)10所述。方法100包括方塊104，其將流 體從第一動(dòng)力氣缸18B引導(dǎo)到第一吸氣氣缸18D，如圖7中關(guān)于沖程5所述。接下來(lái)，方法 100包括方塊106，其對(duì)第一動(dòng)力氣缸18D的進(jìn)氣閥V6i和排氣閥V6e正時(shí)以完成內(nèi)部廢氣 再循環(huán)。方塊106可通過(guò)方塊108的再壓縮完成，如關(guān)于圖15所述。可替代地，方塊106 可通過(guò)方塊110的廢氣閥再換氣完成，如關(guān)于圖16所述?？商娲?，方塊106可通過(guò)方塊 112的進(jìn)氣閥再換氣完成，如關(guān)于圖17所述。在方塊114，包括再循環(huán)廢氣和吸入的新鮮空氣的混合物的流體被從第一吸氣氣 缸18D引導(dǎo)到第二動(dòng)力氣缸18C，如關(guān)于圖10的沖程8所述。在方塊116中，流體被從第二動(dòng)力氣缸18C引導(dǎo)到第二吸氣氣缸18A，如關(guān)于圖13的沖程11所述。最后，該方法包括方 塊118，其對(duì)第二吸氣氣缸18A的排氣閥Vle和進(jìn)氣閥Vli正時(shí)以完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)，這 可以是方塊108、110和112中的任一方法。 雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但是熟悉本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技 術(shù)人員將設(shè)想出在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明的多種可選設(shè)計(jì)和實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括四個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸均具有位于其中的相應(yīng)活塞，所述活塞與曲軸相連接以便在相應(yīng) 氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)；每個(gè)氣缸均具有多個(gè)端口，和能夠打開(kāi)和能夠關(guān)閉以控制流體通過(guò)所述端口流入和流 出所述氣缸的多個(gè)閥；其中燃燒在所述四個(gè)氣缸的第一兩個(gè)氣缸內(nèi)發(fā)生，所述第一兩個(gè)氣 缸每一個(gè)通過(guò)連接相應(yīng)氣缸的相應(yīng)端口的相應(yīng)通道操作地互連在在所述四個(gè)氣缸的第二 兩個(gè)氣缸之間的流體流連通中；其中流經(jīng)所述通道的流體由所述相應(yīng)閥中的一些控制；并 且其中所述閥的打開(kāi)和關(guān)閉被正時(shí)，使得通過(guò)所述通道從所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣 缸被引導(dǎo)到所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸的流體在燃燒之后通過(guò)所述通道從所述四 個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸被再引導(dǎo)回所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥包括在所述四個(gè)氣缸的所述 第二兩個(gè)氣缸中每一個(gè)上的相應(yīng)進(jìn)氣閥和排氣閥；其中所述排氣閥在所述活塞在所述四個(gè) 氣缸的分別的第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)排氣沖程結(jié)束之前關(guān)閉，而所述進(jìn)氣閥在所述活塞在 所述四個(gè)氣缸的分別的第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)進(jìn)氣沖程開(kāi)始之后打開(kāi)，使得所述至少一些 流體被保持在所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中并且隨后從所述四個(gè)氣缸的所述第二 兩個(gè)氣缸中再循環(huán)到所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸中。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥包括在所述四個(gè)氣缸的所述 第二兩個(gè)氣缸中每一個(gè)上的相應(yīng)進(jìn)氣閥和排氣閥；其中所述排氣閥在如下分別的周期中至 少一些期間中打開(kāi)在所述周期期間，所述相應(yīng)進(jìn)氣閥在所述活塞在所述四個(gè)氣缸的相應(yīng) 第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間打開(kāi)，使得在所述活塞在所述四個(gè)氣缸的所述相應(yīng) 第二兩個(gè)氣缸的相應(yīng)排氣沖程期間通過(guò)所述相應(yīng)排氣閥從所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè) 氣缸中排出的所述至少一些流體在所述相應(yīng)進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入所述四個(gè)氣缸的所述相 應(yīng)第二兩個(gè)氣缸中，并且隨后從所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中再循環(huán)到所述四個(gè)氣 缸的所述第一兩個(gè)氣缸中。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥包括在所述四個(gè)氣缸的所述 第二兩個(gè)氣缸中每一個(gè)上的相應(yīng)進(jìn)氣閥和排氣閥；其中所述進(jìn)氣閥在如下分別的周期中的 至少一些期間打開(kāi)在所述周期期間，所述相應(yīng)排氣閥在所述活塞在所述四個(gè)氣缸的相應(yīng) 第二兩個(gè)氣缸中的相應(yīng)排氣沖程期間打開(kāi)，使得所述至少一些流體在所述相應(yīng)排氣沖程 期間排入所述相應(yīng)進(jìn)氣閥，并且在相應(yīng)隨后的進(jìn)氣沖程期間再進(jìn)入所述四個(gè)氣缸的相應(yīng)第 二兩個(gè)氣缸中，并且隨后分別從所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸中再循環(huán)到所述四個(gè)氣 缸的所述第二兩個(gè)氣缸中。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述四個(gè)氣缸的所述第二兩個(gè)氣缸的任 一個(gè)相對(duì)于所述四個(gè)氣缸的所述第一兩個(gè)氣缸的任一個(gè)的排量比小于或等于約5 1并且 大于或等于約1.1 1。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以及燃 燒的正時(shí)使得流體的膨脹在所述曲軸的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生于所述四個(gè)氣缸的所述第一兩 個(gè)氣缸中的一個(gè)中并且在所述曲軸的緊隨后的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間在所述四個(gè)氣缸的所述第二 兩個(gè)氣缸的一個(gè)中持續(xù)。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)閥的打開(kāi)和關(guān)閉的正時(shí)以及燃燒的正時(shí)使得流體的壓縮在所述曲軸的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)生于所述四個(gè)氣缸的所述第二兩 個(gè)氣缸中的一個(gè)中并且在所述曲軸的緊隨后的一半轉(zhuǎn)動(dòng)期間在所述四個(gè)氣缸的所述第一 兩個(gè)氣缸的一個(gè)中持續(xù)。
8.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括曲軸；第一氣缸、第二氣缸、第三氣缸和第四氣缸；分別位于所述第一氣缸、第二氣缸、第三氣缸和第四氣缸內(nèi)的第一活塞、第二活塞、第 三活塞和第四活塞，所述活塞以可操作方式與所述曲軸相連以便在相應(yīng)氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)；其中所述第一氣缸和第四氣缸中每一個(gè)均具有四個(gè)端口，并且所述第二氣缸和第三氣 缸中每一個(gè)均具有兩個(gè)端口；相應(yīng)的閥，所述閥支撐在所述端口中每一個(gè)內(nèi)并且能夠選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉以促成在 所述氣缸的每一個(gè)中相應(yīng)四沖程循環(huán)與所述曲軸的兩圈轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，所述閥包括相應(yīng)的進(jìn)氣閥、排氣閥、第一輸送閥和第二輸送閥，所述每一閥位于所述第一氣缸和第 四氣缸的所述四個(gè)端口的相應(yīng)一個(gè)端口處，并且分別能夠選擇地打開(kāi)和關(guān)閉以允許流體輸 送入和輸送出所述第一氣缸和第四氣缸；相應(yīng)的第一閥和第二閥，所述每一閥位于所述第二氣缸和第三氣缸的所述兩個(gè)端口的 相應(yīng)一個(gè)端口處，并且分別能夠選擇地打開(kāi)和關(guān)閉以允許流體輸送入和輸送出所述第二氣 缸和第三氣缸；限定出第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的結(jié)構(gòu)；其中所述第一氣缸通過(guò)所述 第一通道、所述第一氣缸的所述第一輸送閥和所述第二氣缸的所述第一輸送閥與所述第二 氣缸選擇地流體連通；其中所述第二氣缸通過(guò)所述第二通道、所述第二氣缸的所述第二閥 和所述第四氣缸的所述第一輸送閥與所述第四氣缸選擇地流體連通；其中所述第四氣缸通 過(guò)所述第三通道、所述第四氣缸的所述第二輸送閥和所述第三氣缸的所述第一輸送閥與所 述第三氣缸選擇地流體連通；其中所述第三氣缸通過(guò)所述第四通道、所述第三氣缸的所述 第二閥和所述第一氣缸的所述第二輸送閥與所述第一氣缸選擇地流體連通；經(jīng)由所述通道 和相應(yīng)的閥的打開(kāi)和關(guān)閉在所述氣缸之間的流體連通由此允許膨脹和壓縮中每個(gè)在所述 四個(gè)氣缸的相應(yīng)兩個(gè)之內(nèi)的兩個(gè)相應(yīng)沖程期間在兩個(gè)階段內(nèi)發(fā)生；其中燃燒發(fā)生在至少所 述第二氣缸和第三氣缸內(nèi)；并且其中所述第一氣缸和第四氣缸的所述進(jìn)氣閥和排氣閥的打 開(kāi)和關(guān)閉控制成使得輸送到所述第一氣缸和第四氣缸的至少一些流體分別在所述第三氣 缸和第二氣缸內(nèi)燃燒之后在相應(yīng)活塞的各隨后的沖程期間分別從所述第一氣缸和第四氣 缸再循環(huán)到所述第二氣缸和第三氣缸。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述相應(yīng)第一氣缸和第四氣缸的所述排 氣閥在所述氣缸中的相應(yīng)活塞在所述第一氣缸和第四氣缸中的相應(yīng)排氣沖程結(jié)束之前關(guān) 閉；并且其中所述第一氣缸和第四氣缸內(nèi)的相應(yīng)活塞的所述進(jìn)氣閥在所述第一氣缸和第四 氣缸的相應(yīng)進(jìn)氣沖程的開(kāi)始之后打開(kāi)，使得所述至少一些流體保持在所述第一氣缸和第 四氣缸內(nèi)并且隨后分別從所述第一氣缸和第四氣缸再循環(huán)到所述第二氣缸和第三氣缸。
10.一種在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中再循環(huán)廢氣的方法，其包括將流體從兩個(gè)動(dòng)力氣缸的第一氣缸引導(dǎo)到兩個(gè)吸氣氣缸的第一氣缸；其中燃燒發(fā)生在 所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸中而空氣進(jìn)氣和排氣發(fā)生在所述兩個(gè)吸氣氣缸中；其中所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸中每一個(gè)通過(guò)相應(yīng)通道和閥分立地選擇地操作地連接到所述兩個(gè)吸氣氣缸；對(duì)所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸的進(jìn)氣閥和排氣閥的打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí)，使得從所 述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第一氣缸輸送的至少一些流體在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣 缸內(nèi)的排氣沖程和隨后的進(jìn)氣沖程之后保留在所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)；以及 將所述兩個(gè)吸氣氣缸的所述第一氣缸內(nèi)的所述流體引導(dǎo)到所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述 第二氣缸內(nèi)，使得所述流體在所述兩個(gè)動(dòng)力氣缸的所述第二氣缸內(nèi)再次經(jīng)歷燃燒。
全文摘要
一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有四個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸均具有位于其中的相應(yīng)活塞，活塞與曲軸相連接以便在相應(yīng)氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)氣缸具有多個(gè)端口，和能夠打開(kāi)和能夠關(guān)閉以控制流體流通過(guò)所述端口進(jìn)出氣缸的多個(gè)閥。燃燒在四個(gè)氣缸的第一兩個(gè)(動(dòng)力氣缸)內(nèi)發(fā)生，第一兩個(gè)氣缸的每一個(gè)均通過(guò)連接相應(yīng)氣缸端口的通道與四個(gè)氣缸的第二兩個(gè)(吸氣氣缸)互連。閥的打開(kāi)和關(guān)閉被正時(shí)以完成內(nèi)部廢氣再循環(huán)，即，使得燃燒之后通過(guò)通道從動(dòng)力氣缸引導(dǎo)到吸氣氣缸的流體通過(guò)通道從吸氣氣缸被再引導(dǎo)回動(dòng)力氣缸。還提供了一種用于上述發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部廢氣再循環(huán)方法。
文檔編號(hào)F02M25/07GK102042132SQ201010520918
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者R·P·杜雷特, V·戈帕拉克里什南 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司