專利名稱：分置循環(huán)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在燃燒階段，在膨脹氣缸中引入燃料和助燃流體的“分置循環(huán)”(split cycle)壓縮點火引擎。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的壓縮點火引擎在單缸中進行循環(huán)，在單缸中，首先進入空氣，接著壓縮所述空氣；然后噴射燃料，并且由于壓縮使空氣達(dá)到高溫而點火燃料；隨后是膨脹步驟和排氣步驟。所述引擎的特有的燃燒模式的結(jié)果是高度污染的含碳粉塵和氮氧化物的排放。已經(jīng)提出各種技術(shù)方案來降低所述排放，所述技術(shù)方案基于根據(jù)均勻燃燒原理的噴射系統(tǒng)的改進，以及進氣系統(tǒng)和燃料與空氣的混合的特定策略，其中已知的技術(shù)例如有 HCCI，PCCI，MK 等。但是在所有這些技術(shù)中，為了控制燃燒過程，氣缸中必須存在高百分比的燃燒氣體，這限制有效比功率。由于這些技術(shù)中的一些造成的其他缺點為燃燒階段中的高壓力梯度，這涉及噪聲和高機械應(yīng)力。解決方案也是已知的，其稱為分置循環(huán)引擎，其中，進氣的步驟和壓縮的步驟在氣缸外完成，燃燒和排氣步驟在氣缸中進行(膨脹氣缸)。更具體地，其中進行進氣和壓縮步驟的室構(gòu)成第二氣缸(壓縮氣缸)。分置循環(huán)技術(shù)方案已經(jīng)提出，并且出于不同的目的應(yīng)用在壓縮點火引擎中和火花點火引擎中。在以Scuderi 名義的 W02009020488，W02009020489，W02009020490，W02009020491 和TO2009020504中，描述了分置循環(huán)引擎，其具有氣缸體，所述氣缸體具有由氣缸蓋封閉的壓縮氣缸和膨脹氣缸，所述氣缸蓋中設(shè)置一個或多個通道78，稱為交換通道 (crossover)，在各自端部處由壓縮側(cè)閥84和燃燒側(cè)閥86閉合。每一個交換通道限定加壓室81，其中加壓氣體可在壓縮側(cè)閥和燃燒側(cè)閥都閉合時積聚。在通道78中，汽油的噴射由噴嘴90提供，噴嘴90將汽油噴射到存在于交換通道中的壓縮空氣中。至少一個火花塞92 設(shè)置在膨脹氣缸中，用于點火混合物。即使在引用的專利文件中引用了該系統(tǒng)到壓縮點火引擎的可能應(yīng)用，仍應(yīng)注意到，該應(yīng)用不可行。實際上，與火花點火的引擎的情況不同，在壓縮點火的情況下，交換通道中的噴射也可在其中引起燃料的點火。這將產(chǎn)生燃燒側(cè)閥的不可承受的熱應(yīng)力。燃燒側(cè)閥的存在還在燃燒氣體通過閥的過程中由于壓降而降低效率。而且，在引用的文件中描述的引擎中，在燃燒側(cè)打開時，壓縮氣缸和膨脹氣缸之間存在大的壓力差，隨后由于大的流體動力損失造成效率損失。在US6340004中，描述了如上面所述的相同種類的引擎，其提供交換通道，所述交換通道在入口和出口開口處具有各自的閥。管道還包括燃燒氣體的蓄熱器(regenrator)， 其集聚循環(huán)熱的一部分，并且將其應(yīng)用于后繼循環(huán)。在US4157080A中和DE^122199中，描述了一種引擎，其提供增壓步驟和彼此相移180°的壓縮氣缸以及燃燒氣缸的兩個活塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征是提供一種壓縮點火分置循環(huán)引擎，其產(chǎn)生低的粉塵排放。本發(fā)明的又一個特征是提供一種壓縮點火引擎，其產(chǎn)生低的氮氧化物排放。本發(fā)明的又一個特征是提供一種壓縮點火引擎，其使得可能獲得高的效率和比功率值。本發(fā)明的另一個特征是提供一種壓縮點火引擎，其用于降低燃燒階段中的壓力梯度，并且于是降低由這樣的壓力產(chǎn)生的噪音和高機械應(yīng)力。本發(fā)明的又一個特征是提供一種壓縮點火引擎，其結(jié)構(gòu)簡單，并且制造廉價。這些和其他目的通過一種壓縮點火分置循環(huán)引擎實現(xiàn)，所述壓縮點火分置循環(huán)引擎包括氣缸體；膨脹氣缸，其具有膨脹活塞，所述膨脹活塞適于在所述膨脹氣缸中通過曲柄軸機構(gòu)在上止點(ETDC)和下止點(EBDC)之間交替移動，所述曲柄機構(gòu)總是使所述膨脹活塞的預(yù)定位置對應(yīng)于預(yù)定曲柄軸角；壓縮氣缸，其具有壓縮活塞，所述壓縮活塞適于在所述壓縮氣缸中根據(jù)相對于所述膨脹氣缸的曲柄軸角的預(yù)定角相移(angular phase shift)的延遲，在上止點(ETDC)和下止點(EBDC)之間交替移動，所述壓縮氣缸與所述膨脹氣缸相鄰布置；氣缸蓋，其封閉所述壓縮和膨脹氣缸，并且其中設(shè)置至少一個交換通道，所述交換通道連接所述氣缸，并且包括壓縮側(cè)開口和膨脹側(cè)開口，所述氣缸蓋包括至少一個進氣閥， 其面向所述壓縮氣缸，用于在所述壓縮氣缸中弓I入助燃流體，并且包括至少一個排氣閥，其面向所述膨脹氣缸，用于排放從所述膨脹氣缸排出的燃燒廢氣；至少一個輸送閥，其布置在所述交換通道的壓縮側(cè)開口處；用于使所述輸送閥在所述活塞的交替循環(huán)的預(yù)定時刻打開和閉合的裝置；用于使所述排氣閥在所述活塞的交替循環(huán)的預(yù)定時刻打開和閉合的裝置；將燃料在所述活塞的交替循環(huán)的預(yù)定時刻噴射到所述交換通道內(nèi)或所述膨脹氣缸中的裝置，以使噴射的燃料通過壓縮直到達(dá)到自動點火溫度而壓縮點火；其特征在于所述交換通道與所述膨脹氣缸結(jié)合限定一個燃燒室，所述交換通道與所述膨脹氣缸始終連通；其特征在于用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的所述裝置相對于所述ETDC的曲柄軸角提前打開所述輸送閥，提前打開運動大于或等于20°曲柄軸角，方式如下從所述輸送閥的打開時刻直到達(dá)到所述ETDC，所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸之間的瞬時壓力基本上相等；并且在所述ETDC和所述CTDC之間，通過所述交換通道在所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸之間進行所述助燃流體的基本上全部輸送；特征在于
所述燃料噴射裝置從所述膨脹活塞達(dá)到所述ETDC開始噴射所述燃料，以使所述燃料的噴射關(guān)于所述助燃流體通過所述交換通道的輸送同時進行。這樣，在打開輸送閥之前，基本上僅存在兩個室，一個由壓縮氣缸限定，另一個由與所述膨脹氣缸結(jié)合的交換通道限定。于是，當(dāng)打開所述輸送閥時，其至少相對于ETDC提前20°進行，不存在助燃流體到所述交換通道中的大量的輸送，因為膨脹氣缸中的壓力大約等于壓縮氣缸的壓力。隨著循環(huán)的進行，由于兩個氣缸彼此通過交換通道連通，因此，通過兩個活塞的同時發(fā)生的升高沖程，直到達(dá)到ETDC，壓力以任何地方均相似的方式增大。然后，越過ETDC，壓縮活塞繼續(xù)升高，膨脹活塞開始下行，使兩個活塞之間的所述助燃流體通過所述交換通道全部輸送。噴射與輸送同時進行，隨后進行全部燃料的燃燒。由于輸送造成高的擾動，因此蒸發(fā)現(xiàn)象和燃料和助燃流體之間的混合以比傳統(tǒng)的柴油引擎更好的方式進行。特別地，蒸發(fā)以更快的方式進行，獲得的混合物更均勻。這樣，獲得非常有效的燃燒， 并且隨后在廢氣中存在非常少部分的未燃燒顆粒，特別是含碳粉塵。而且，由于壓縮氣缸和膨脹氣缸之間的壓力在膨脹氣缸和交換通道之間的閥打開和閉合瞬間過程中基本上相似或非常接近，因此由于分層造成的損耗非常低。特別地，用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的裝置根據(jù)在-80°和-25°之間，具體地，在-35°和-30°之間的提前角設(shè)置，提前打開輸送閥。特別地，用于噴射燃料的裝置適于相對于ETDC，以適于加熱燃燒環(huán)境的方式提前噴射少量燃料，所謂的引燃噴射。這樣，引燃噴射允許確保噴射的燃料從到達(dá)ETDC開始直接點火。有利地，用于使所述排氣閥進行打開和閉合運動的所述裝置適于相對于所述膨脹活塞達(dá)到所述ETDC時刻以預(yù)定提前量阻塞所述排氣閥，以在所述膨脹氣缸中進行部分廢氣的壓縮，直到預(yù)定壓力，并且用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的所述裝置在所述壓縮活塞已經(jīng)在所述壓縮氣缸中壓縮助燃流體達(dá)到基本上等于存在與所述膨脹氣缸中的壓力時，打開所述輸送閥，以使所述助燃流體的通過所述交換通道從所述壓縮氣缸到所述膨脹氣缸的所述輸送與所述燃料的自動點火基本上同時進行。這使得可以消除由于存在面向膨脹氣缸布置在交換通道的開口處的又一個膨脹側(cè)輸送閥造成的機械問題和氣密性。這樣，在燃燒階段中，在輸送閥打開之后，通過所述交換通道將壓縮的燃料和助燃流體供送輸送到燃燒氣缸中。因此，交換通道具有純輸送功能，并且不僅僅是助燃流體的加壓存儲容器?；蛘撸糜谑顾鲚斔烷y進行打開和閉合運動的所述裝置相對于所述排氣閥的閉合而提前打開所述輸送閥，以在所述膨脹氣缸中，在閉合所述排氣閥之前，使所述廢氣由所述新鮮助燃流體沖出。甚至在該情況下，當(dāng)閉合所述排氣閥時，在膨脹氣缸和壓縮氣缸兩個氣缸中存在壓力的相等的增大，以達(dá)到更高的功率。有利地，所述壓縮活塞的曲柄軸角相對于所述膨脹活塞的曲柄軸角的角相移設(shè)置在10°和45°之間，優(yōu)選在20°和30°之間，特別為25°。所述壓縮活塞和所述膨脹活塞之間的角相移的目的是使由所述壓縮氣缸壓縮的助燃流體輸送到所述膨脹氣缸。有利地，提供一種裝置，其相對于所述引擎的運行條件來調(diào)節(jié)所述壓縮活塞和所述膨脹活塞之間的所述角相移。特別地，所述曲柄軸機構(gòu)包括用于操作所述壓縮活塞和所述膨脹活塞的單獨驅(qū)動軸?；蛘撸銮S機構(gòu)包括操作所述膨脹活塞的第一驅(qū)動軸，和操作所述壓縮活塞的第二驅(qū)動軸，所述第一和第二驅(qū)動軸彼此連接，以保持相同的旋轉(zhuǎn)速度。在可能的示例性實施例中，所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸的所述活塞的所述曲柄軸機構(gòu)為主連接桿-連桿式。特別是，所述用于噴射的裝置包括至少一個噴射器，尤其是加壓噴射器，其面向所述交換通道或者被布置在所述膨脹汽缸中。在引擎的又一個示例性實施例中，在所述膨脹氣缸和所述壓縮氣缸之間提供多個交換通道，其中，所述交換通道中的每一個具有至少一個布置在所述交換通道壓縮側(cè)開口處的各自的輸送閥，并且與所述膨脹氣缸始終連通。該技術(shù)方案對于例如高功率引擎可行。有利地，所述引擎結(jié)合有增壓器，其適于獲得引擎的更高的比功率，以及更好的熱動力效率。特別地，所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸具有相同的排量或不同的排量，在不同的排量的情況下，膨脹氣缸中的排量更高是有利的，因而獲得具有更完全膨脹的循環(huán)。在可能的示例性實施例中，所述引擎可包括分別與多個膨脹氣缸相關(guān)的多個壓縮氣缸，所述膨脹氣缸和壓縮氣缸彼此以不同的方式布置和結(jié)合。在可能的示例性實施例中，所述交換通道提供調(diào)節(jié)元件，其適于調(diào)節(jié)所述交換通道的橫截面和/或容積，以使其適合引擎的不同運行條件。特別地，所述調(diào)節(jié)元件可以由螺栓或葉片形成。


本發(fā)明將通過下面其參照附圖的示例性但不是限制性的示例性實施例的描述而變得更清楚，附圖中圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明處于引擎循環(huán)階段的壓縮點火引擎示例性實施例的剖視圖；圖2示意性地顯示了處于引擎循環(huán)后續(xù)階段中的壓縮點火引擎的示例性實施例的剖視圖；圖3顯示了響應(yīng)于曲柄機構(gòu)的曲柄角的壓力曲線，其中，在ETDC附近，標(biāo)示出打開和閉合閥時刻以及燃料噴射的相移；圖4示意性顯示了圖1的具有增壓器的引擎的示例性實施例的剖視圖。
具體實施例方式參照圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的壓縮點火分置循環(huán)引擎100包括氣缸體200，其具有與相關(guān)的膨脹活塞7結(jié)合的膨脹氣缸6，所述膨脹活塞7適于通過曲柄機構(gòu)20在膨脹氣缸6中的上止點(ETDC)和下止點(EBDC)之間交替移動。特別地，曲柄機構(gòu)20使膨脹活塞 7的預(yù)定位置總是對應(yīng)于預(yù)定的曲柄角。特別地，如圖3中所示，膨脹活塞7的ETDC對應(yīng)于曲柄角0°。而且，氣缸體200包括與相關(guān)的壓縮活塞1結(jié)合的壓縮氣缸2，所述壓縮活塞1適于根據(jù)相對于膨脹活塞7的曲柄軸角的預(yù)定延遲在壓縮氣缸2中的上止點(ETDC)和下止點(EBDC)之間交替移動。壓縮活塞1反之由曲柄構(gòu)件7a連接到曲柄軸機構(gòu)20。膨脹氣缸 6靠近壓縮氣缸2布置。具體地，壓縮氣缸2和膨脹氣缸6具有相同的排量，或可替代地，其可具有不同的排量。在具有不同排量的情況下，膨脹氣缸6具有較高的排量是有利的。氣缸體200還包括氣缸蓋30，其封閉氣缸2和6，并且其中設(shè)置至少一個交換通道 5，所述交換通道5連接兩個氣缸2/6，并且包括朝向壓縮氣缸2的壓縮側(cè)開口如和朝向膨脹氣缸6的膨脹側(cè)開口恥。氣缸蓋30還包括至少一個進氣閥3，其面向壓縮氣缸2，用于將助燃流體，例如空氣吸入壓縮氣缸2，還包括排氣閥9，其面向膨脹氣缸6，用于在膨脹氣缸6 的出口處排出燃燒廢氣。具體地，進氣閥3選擇地打開/閉合進氣管道13，而排氣閥9選擇地打開/閉合排氣管道19。特別地，在交換通道5中，輸送閥4布置在壓縮側(cè)開口 fe處，而膨脹側(cè)開口恥始終與膨脹氣缸6連通，膨脹氣缸6與膨脹側(cè)開口恥一起形成單獨的燃燒環(huán)境6a。在另一側(cè)， 僅壓縮氣缸2限定第二燃燒環(huán)境加。因此，在膨脹氣缸6和交換通道之間不存在任何閥。而且，引擎100包括用于使輸送閥4在活塞1/7的交替循環(huán)的預(yù)定時刻進行打開和閉合運動的裝置，特別地，分別在壓縮氣缸2的壓縮階段和膨脹氣缸6的膨脹階段。另外，提供用于使排氣閥9在活塞1/7的交替的預(yù)定時刻進行打開和閉合運動的裝置，如下面的詳細(xì)描述。特別地，用于使輸送閥4進行打開和閉合運動的裝置以及使排氣閥9和進氣閥3 進行打開和閉合運動的裝置，包括例如一種機構(gòu)，其包括凸輪軸(未示出)，伴隨閥3/4和9 的打開和閉合，所述凸輪軸通過曲柄軸機構(gòu)20接收致動運動，并且允許兩個活塞1/7的交替運動的適當(dāng)相位(phasing)。特別地，曲柄軸機構(gòu)20包括一個軸21，其通過曲柄構(gòu)件Ia 和7a操作各自的活塞1和7，如圖1，2和4中所示。在可能的示例性實施例中，活塞1和7 的曲柄軸機構(gòu)20為主連接桿-連桿式?；蛘?，以未顯示的方式，曲柄軸機構(gòu)20包括操作膨脹活塞的第一驅(qū)動軸，和操作壓縮活塞的第二驅(qū)動軸。第一和第二驅(qū)動軸彼此連接，以使其保持相同的旋轉(zhuǎn)速度。而且，在交換通道5處提供的噴射裝置8，其用于在活塞1/7交替循環(huán)的預(yù)定時刻在交換通道5中或膨脹氣缸6中噴射燃料，以在達(dá)到壓縮點火溫度時進行噴射燃料8a(圖 2)的壓縮點火。詳細(xì)地，噴射裝置包括至少一個噴嘴8，具體地為加壓噴嘴，其面向交換通道5或膨脹氣缸6。特別地，在引擎循環(huán)中，如圖3中所示，輸送閥4相對于ETDC的曲柄軸角提前打開，提前曲柄軸角20°或更多進行打開運動，具體地，提前30°進行打開運動，如圖3的曲線中所示。更具體地，根據(jù)在-80°到-25°之間，特別地，在-35°到-30°之間的提前角設(shè)置，輸送閥4相對于ETDC的曲柄軸角提前打開。這樣，在輸送閥4的打開瞬間直到達(dá)到 ETDC之間，在壓縮氣缸和膨脹氣缸之間存在基本上相等的瞬時壓力，并且在ETDC和CTDC之間，通過交換通道5，在壓縮氣缸2和膨脹氣缸6之間進行助燃流體的基本上全部的輸送。而且，從膨脹活塞7達(dá)到ETDC開始，噴嘴8噴射燃料，以使該燃料噴射步驟與助燃流體通過交換通道5的輸送同時進行。這樣，在打開輸送閥4之前，基本上僅存在兩種環(huán)境加和6a，一種由壓縮氣缸2限定，另一種由限定單獨的公共環(huán)境6a的交換通道5和膨脹氣缸6 —起限定。于是，當(dāng)打開輸送閥4時，所述打開相對于ETDC提前至少20°進行，交換通道5中不存在助燃流體的大量輸送，因為壓縮氣缸2中的壓力大約等于膨脹氣缸6中的壓力。隨著循環(huán)的行進，由于兩個氣缸彼此通過交換通道5連通，因此壓力由于兩個活塞的同時進行的升高沖程(圖2)， 直到ETDC，以任何地方都相似的方式增大，如圖3中所示。然后，越過ETDC，壓縮活塞1繼續(xù)升高，膨脹活塞7開始下行，使助燃流體在兩個氣缸之間通過交換通道5完全輸送。噴射 8a與輸送同時進行(圖2)，隨后進行全部燃料的燃燒。由于輸送造成高擾動，因此蒸發(fā)現(xiàn)象和燃料及助燃流體之間的混合以比傳統(tǒng)柴油引擎更好的方式進行。特別地，蒸發(fā)以更快的方式進行，并且獲得的混合物更均勻。這樣，獲得非常有效的燃燒，以及隨后非常低的一小部分未燃燒顆粒，特別是含碳粉塵在廢氣中輸送。另外，可通過噴嘴8以其預(yù)加熱燃燒環(huán)境6a的方式相對于ETDC提前提供少量燃料的噴射，所謂的引燃噴射(Pilot injection)。這樣，引燃噴射允許確保從達(dá)到ETDC開始噴射的燃料供送的直接點火的成功。根據(jù)引擎的優(yōu)選循環(huán)，用于使排氣閥進行打開和閉合運動的裝置適于相對于膨脹活塞達(dá)到ETDC時以預(yù)定提前量封閉排氣閥9，以使一部分廢氣在膨脹氣缸6中進行壓縮直到預(yù)定壓力，當(dāng)壓縮活塞1在壓縮氣缸2中壓縮助燃流體達(dá)到基本上等于膨脹氣缸6中存在的壓力時，用于使輸送閥4進行打開和閉合運動的裝置打開輸送閥4，以使助燃流體的輸送通過交換通道5由壓縮氣缸2到膨脹氣缸6進行，并且基本上同時進行燃料的自動點火。 這樣，壓縮的流體和助燃流體的混合物在燃燒階段過程中，在打開輸送閥4之后，通過交換通道5輸送到膨脹氣缸6中。因此，交換通道具有純變換功能，并且不是加壓助燃流體的存儲容器。這使得可能消除類似于已知類型的引擎中，由于存在布置在交換通道5開口處朝向膨脹氣缸6的又一個輸送閥造成的分層損耗(loss of lamination)。另外，在交換通道5中可提供未示出的調(diào)節(jié)元件，用于調(diào)節(jié)引擎運行條件的改變， 特別地，該調(diào)節(jié)元件可以由螺栓或葉片形成。換句話說，在引擎運行過程中，如圖1中所示，由于壓縮活塞1的下行運動，將一定量的空氣通過進氣閥3和進氣管道13引入壓縮氣缸2中。然后，如圖2中所示，緊接著為閉合進氣閥3的步驟，并且進行助燃流體的壓縮，助燃流體可以是空氣或與廢氣混合的空氣，這如所已知的，可降低N0X。助燃流體也可是期望的富氧的惰性氣體。由于通過如上所述適當(dāng)時機的壓縮活塞1和膨脹活塞7的上升，設(shè)置在壓縮氣缸 2出口處的輸送閥4打開，以使助燃流體朝向膨脹氣缸6流動通過交換通道5，所述膨脹氣缸6的膨脹活塞7相對于壓縮活塞1以適當(dāng)?shù)难舆t角相移移動。在膨脹活塞7在氣缸6中下行過程中，通過如上所述適當(dāng)時機，輸送閥4閉合。由于膨脹活塞7下降，膨脹步驟在膨脹氣缸6中進行，而在壓縮氣缸2中開始進氣步驟。當(dāng)膨脹氣缸6中的膨脹步驟完成時，排氣閥9打開，從而打開排氣通道19，燃燒氣體通過所述排氣通道19排出，并且所述閥在膨脹活塞7在膨脹氣缸6中的升高沖程過程中保持打開適當(dāng)時間。具體地，壓縮活塞1的曲柄軸角相對于膨脹活塞7的曲柄軸角之間的角相移設(shè)置在10°和45°之間，優(yōu)選在20°和30°之間，特別地為25°?；钊?/7之間的角相移目的是使由壓縮氣缸2壓縮的助燃流體全部輸送到膨脹氣缸6。另外，可針對引擎的運行條件在壓縮活塞1和膨脹活塞7之間調(diào)節(jié)角相移。
更具體地，如圖3中所示，壓縮活塞1的曲柄軸角和燃燒活塞7的曲柄軸角之間的角相移為，使全部或部分燃燒在助燃流體從壓縮氣缸2輸送到膨脹氣缸6時進行。而且，始終如圖3的曲線中所示，顯而易見的是，壓縮氣缸2和膨脹氣缸6之間的壓力差在打開和閉合輸送閥4之間的所有步驟過程中較低，特別地，由于所述排氣閥9的提前閉合，兩個壓力在打開輸送閥4之前也相似。在壓縮氣缸2和膨脹氣缸6之間壓力非常接近的情況下，該改進降低打開和閉合輸送閥4的瞬時過程中，在交換通道5和壓縮氣缸2 之間由于分層造成的壓頭損失(head loss)。或者，以未示出的方式，輸送閥4可相對于閉合排氣閥9提前打開，以在膨脹氣缸 6中，在閉合排氣閥9之前，實現(xiàn)新鮮空氣沖掉廢氣。即使在該情況下，當(dāng)閉合排氣閥9時， 在膨脹氣缸6和壓縮氣缸2兩個氣缸中存在壓力增大，也可能達(dá)到更大的功率。特別地，引擎100使用分置循環(huán)方案，根據(jù)該方案，進氣和壓縮步驟在與燃燒和排氣步驟進行的環(huán)境(膨脹氣缸6)不同的環(huán)境中進行。引擎以在膨脹氣缸6中，在燃燒步驟過程中，逐步進給由噴嘴8射入的燃料8a和壓縮的助燃流體的混合物的原則工作，從而相對于通常的傳統(tǒng)壓縮點火引擎的值，獲得降低粉塵和氮氧化物排放量的結(jié)果。膨脹氣缸6 中的助燃流體的輸送僅通過面向壓縮氣缸打開閥4，并且通過交換通道5進行，在交換通道 5中或交換通道5之后，噴射燃料8a。由于在膨脹氣缸6中引入燃料和助燃流體的特性，引擎100提供低粉塵和氮氧化物排放量，并且，在比傳統(tǒng)的壓縮點火引擎中允許的最大值更高的速度下仍可以良好的燃燒效率工作。另外，如圖4中所示，引擎100可增壓，例如通過渦輪增壓器10，其包括類似于傳統(tǒng)的壓縮點火引擎中使用的那些相似類型的渦輪IOa和壓縮機10b，同樣用于增大引擎的比功率(specific power) 0在該情況下，可使用高于傳統(tǒng)壓縮點火引擎中最大允許壓力的增大壓力，因為在引擎100中，燃燒過程中的壓力梯度低于傳統(tǒng)壓縮點火引擎的通常的那些。在引擎的又一個示例性實施例中，在膨脹氣缸6和壓縮氣缸2之間可提供更多的交換通道5，其中，每一個交換通道5具有至少一個各自的輸送閥4，其布置在來自壓縮氣缸 2的交換通道5的入口處，并且每一個交換通道5與膨脹氣缸6始終連通。該技術(shù)方案例如對于高功率引擎可行。以相同的方式，對于壓縮氣缸中的進氣，以及對于從膨脹氣缸排氣，可提供與各自的進氣和排氣管道結(jié)合的更多的進氣和排氣閥。引擎的又一個未示出的示例性實施例可包括分別與多個膨脹氣缸相關(guān)的多個壓縮氣缸，其彼此以不同的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)合。前面具體實施例的描述將如此詳細(xì)地公開根據(jù)概念性觀點的本發(fā)明，以至于其他人通過應(yīng)用當(dāng)前知識將能夠改進和/或修改這樣的實施例用于各種應(yīng)用，而無需進一步研究，并且不偏離本發(fā)明，并且因此可理解的是，這樣的修改和改進將被認(rèn)為是特定實施例的等同方式。本文描述的用于實現(xiàn)不同功能的裝置和材料可能具體不同的性質(zhì)，而不會由于該原因偏離本發(fā)明的范圍。應(yīng)可理解，本文所用的措辭或術(shù)語出于描述目的而不是限制目的。
權(quán)利要求
1.一種壓縮點火分置循環(huán)引擎，包括 氣缸體；膨脹氣缸，其具有膨脹活塞，所述膨脹活塞適于在所述膨脹氣缸中通過曲柄軸機構(gòu)在上止點(ETDC)和下止點(EBDC)之間交替移動，所述曲柄機構(gòu)總是使所述膨脹活塞的預(yù)定位置對應(yīng)于預(yù)定曲柄軸角；壓縮氣缸，其具有壓縮活塞，所述壓縮活塞適于在所述壓縮氣缸中，根據(jù)相對于所述膨脹氣缸的曲柄軸角的預(yù)定角相移的延遲，在上止點(CTDC)和下止點(CBDC)之間交替移動， 所述壓縮氣缸與所述膨脹氣缸相鄰布置；氣缸蓋，其封閉所述壓縮氣缸和膨脹氣缸，其中，設(shè)置至少一個連接所述氣缸的交換通道，并且包括壓縮側(cè)開口和膨脹側(cè)開口，所述氣缸蓋包括至少一個進氣閥，其面向所述壓縮氣缸，用于在所述壓縮氣缸中引入助燃流體，并且包括至少一個排氣閥，其面向所述膨脹氣缸，用于排放從所述膨脹氣缸排出的燃燒廢氣；至少一個輸送閥，其布置在所述交換通道的壓縮側(cè)開口處； 用于使所述輸送閥在所述活塞的交替循環(huán)的預(yù)定時刻進行打開和閉合運動的裝置； 用于使所述排氣閥在所述活塞的交替循環(huán)的預(yù)定時刻進行打開和閉合運動的裝置； 將燃料在所述活塞的交替循環(huán)的預(yù)定時刻噴射到所述交換通道內(nèi)或所述膨脹氣缸中的裝置，以使噴射的燃料通過壓縮直到達(dá)到自動點火溫度而壓縮點火； 其特征在于所述交換通道與所述膨脹氣缸結(jié)合以限定單獨的燃燒室，所述交換通道與所述膨脹氣缸始終連通；其特征還在于用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的所述裝置相對于所述ETDC的曲柄軸角提前打開所述輸送閥，提前打開運動大于或等于20°曲柄軸角，從而達(dá)到從所述輸送閥的打開時刻直到達(dá)到所述ETDC，所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸之間的瞬時壓力基本上相等；并且在所述ETDC和所述CTDC之間，通過所述交換通道在所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸之間實現(xiàn)所述助燃流體的基本上全部輸送； 其特征還在于所述燃料噴射裝置從所述膨脹活塞達(dá)到所述ETDC開始噴射所述燃料，以使所述燃料的噴射與所述助燃流體通過所述交換通道的輸送同時進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的所述裝置相對于所述ETDC的曲柄軸角提前打開所述輸送閥，提前打開運動設(shè)置在80°和-25° 之間，具體地，設(shè)置在-35°和-30°之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述燃料噴射裝置適于相對于ETDC提前噴射少量的燃料，所謂的引燃噴射，以預(yù)加熱所述燃燒環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，用于使所述排氣閥進行打開和閉合運動的所述裝置適于相對于所述膨脹活塞達(dá)到所述ETDC的時刻以預(yù)定提前角阻塞所述排氣閥，以在所述膨脹氣缸中進行部分廢氣的壓縮，直到預(yù)定壓力，并且用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的所述裝置在所述壓縮活塞已經(jīng)在所述壓縮氣缸中壓縮助燃流體達(dá)到基本上等于存在于所述膨脹氣缸中的壓力時，打開所述輸送閥，以使所述助燃流體通過所述交換通道從所述壓縮氣缸到所述膨脹氣缸的所述輸送基本上與所述燃料的自動點火基本上同時進行，特別地，所述排氣閥相對于所述ETDC閉合的所述確定的提前角為至少40°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述壓縮活塞的曲柄軸角相對于所述膨脹活塞的曲柄軸角的角相移設(shè)置在10°到45°之間，優(yōu)選在20°到30°之間，特別地，為25°，特別地，提供一種裝置，以針對所述引擎的運行條件來調(diào)節(jié)所述壓縮活塞和所述膨脹活塞之間的所述角相移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，用于使所述輸送閥進行打開和閉合運動的所述裝置相對于所述排氣閥的閉合提前打開所述輸送閥，以在所述膨脹氣缸中，在閉合所述排氣閥之前，使所述廢氣由所述新鮮助燃流體沖出，從而當(dāng)閉合所述廢氣閥時，在膨脹氣缸和壓縮氣缸兩個氣缸中存在壓力的增大，以達(dá)到更高的功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述曲柄軸機構(gòu)包括用于操作所述壓縮活塞和所述膨脹活塞的單獨的驅(qū)動軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述曲柄軸機構(gòu)包括操作所述膨脹活塞的第一驅(qū)動軸，和操作所述壓縮活塞的第二驅(qū)動軸，所述第一和第二驅(qū)動軸彼此連接，以保持相同的旋轉(zhuǎn)速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸的所述活塞的所述曲柄軸機構(gòu)為主連接桿-連桿式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，在所述膨脹氣缸和所述壓縮氣缸之間提供多個交換通道，其中，所述交換通道中的每一個具有至少一個布置在所述交換通道壓縮側(cè)開口處的各自的輸送閥，并且與所述膨脹氣缸始終連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，為了在壓縮氣缸中進氣，并且為了從膨脹氣缸排氣，提供與各自的進氣和排氣管道相關(guān)的多個進氣和排氣閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述引擎結(jié)合有增壓器，其適于獲得引擎的更高的比功率，以及更好的熱動力效率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸具有相同的排量或不同的排量，特別地，在不同的排量的情況下，膨脹氣缸中的排量更高。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述引擎包括分別與多個膨脹氣缸相關(guān)的多個壓縮氣缸，所述膨脹氣缸和壓縮氣缸彼此以預(yù)定方式布置和結(jié)合。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎，其中，所述交換通道提供調(diào)節(jié)元件，其適于調(diào)節(jié)所述交換通道的橫截面和/或容積，以使其適合引擎的不同運行條件，特別地，所述調(diào)節(jié)元件可以由螺栓或葉片形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓縮點火分置循環(huán)引擎(100)，包括氣缸體(200)，包括膨脹氣缸(6)，其具有膨脹活塞(7)，所述膨脹活塞(7)適于通過曲柄軸機構(gòu)(20)在上止點(ETDC)和下止點(EBDC)之間交替移動，所述曲柄機構(gòu)(20)使所述膨脹活塞(7)的預(yù)定位置對應(yīng)于預(yù)定曲柄軸角；壓縮氣缸(2)，其具有壓縮活塞(1)，所述壓縮活塞(1)適于根據(jù)相對于所述膨脹活塞(7)的預(yù)定角相移的延遲，在CTDC和CBDC之間交替移動；氣缸蓋(30)，其關(guān)閉所述氣缸，并且包括交換通道(5)，所述交換通道(5)的開口(5a)始終朝向壓縮氣缸(2)連通，并且開口(5b)具有朝向膨脹氣缸(6)的輸送閥(4)、進氣閥(3)和排氣閥(9)；用于打開/閉合輸送閥(4)的裝置；在所述活塞的交替周期的預(yù)定時刻，用于打開/閉合排氣閥(9)的裝置；和在所述交換通道(5)中的燃料噴嘴(8)。所述輸送閥(4)的打開運動相對于所述ETDC的曲柄軸角提前20°或更大的曲柄軸角進行，以從打開時刻直到達(dá)到ETDC，在活塞之間存在基本上相等的壓力，從而在ETDC和CTDC之間，在兩個氣缸之間進行助燃流體輸送，并且使噴嘴(8)從達(dá)到ETDC開始噴射燃料(8a)。
文檔編號F02B41/06GK102597455SQ201080041672
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者埃托雷·穆蘇, 羅伯托·真蒂利, 里卡爾多·羅西 申請人:綠色引擎咨詢有限責(zé)任公司