帶有膨脹器停用的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開—種帶有膨脹器活塞停用特征的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊麅?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合有二次膨脹器活塞，其中膨脹器活塞從主動(dòng)力活塞排出的廢氣中提取能量。在低負(fù)荷條件下二次膨脹器活塞能夠停用并且不動(dòng)，或者它的行程能夠被減少，以便于減少寄生損失和過度膨脹。公開了用于二次膨脹器活塞與動(dòng)力活塞和曲軸聯(lián)接的兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)。還公開了二次膨脹器活塞激活和停用的控制策略。
【專利說明】帶有膨脹器停用的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)系列號(hào)N0.61 / 721958的優(yōu)先權(quán)，其發(fā)明名稱為 PISTON COMPOUND INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH EXPANDERDEACTIVATION，申請(qǐng)日是2012年11月2日。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及一種復(fù)合內(nèi)燃活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地，涉及一種具有二次膨脹器活塞的復(fù)合內(nèi)燃活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，用于在中高負(fù)荷下提高效率，其中二次膨脹器活塞在低負(fù)荷條件下能被停用并且保持靜止以便于減少寄生損失和過度膨脹。
【背景技術(shù)】
[0004]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是應(yīng)用于靜止的和移動(dòng)的許多應(yīng)用的一種被證實(shí)的、有效的動(dòng)力源。不同類型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是目前為止在汽車和其他陸地交通工具中使用最普遍的。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)制造商已經(jīng)在改進(jìn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃料效率方面有很大的進(jìn)步，但是還需要更多的改進(jìn)，以便于保存有限的化石燃料的供應(yīng)，減少環(huán)境污染，并且減少車輛擁有者的運(yùn)行成本。
[0005]用于改進(jìn)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)效率的一個(gè)技術(shù)是，使用二次膨脹器活塞，在廢氣排入環(huán)境之前從廢氣中提取附加能量。二次膨脹器活塞能夠在相對(duì)高的負(fù)荷下有效地提高效率，其中廢氣依然具有相當(dāng)大的能量。然而，二次膨脹器活塞不是非常有效，并且實(shí)際上在低負(fù)荷條件下可能起負(fù)作用，其中寄生損失能夠超過任何附加提取能量的效益。因?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)固有地在廣泛變化條件下運(yùn)行，包括大量的低負(fù)荷運(yùn)行，傳統(tǒng)二次膨脹器活塞發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)已經(jīng)被證實(shí)不是很有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種帶有膨脹器活塞停用特征的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)?；钊麅?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合有二次膨脹器活塞，其中膨脹器活塞從主動(dòng)力活塞排出的廢氣中提取能量。在低負(fù)荷條件下二次膨脹器活塞能夠停用并且不動(dòng)，或者它的行程能夠被減少，以便于減少寄生損失和過度膨脹。公開了用于二次膨脹器活塞與動(dòng)力活塞和曲軸聯(lián)接的兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)。還公開了二次膨脹器活塞激活和停用的控制策略。
[0007]本發(fā)明的其它特征將從下面描述和附加權(quán)利要求結(jié)合附圖變得清楚。
[0008]此外，本發(fā)明包括下述技術(shù)方案。
[0009]1.一種具有膨脹器減行程的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括:
[0010]聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)曲軸的兩個(gè)動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞通過點(diǎn)燃燃料-空氣混合物而獲得燃燒氣體的初次膨脹提供發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；
[0011]二次膨脹器活塞，所述膨脹器活塞通過動(dòng)力活塞的初次膨脹之后的燃燒氣體的二次膨脹提供附加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；[0012]減行程機(jī)構(gòu)，用于在某些發(fā)動(dòng)機(jī)條件下減少或者消除膨脹器活塞的行程；以及
[0013]控制器，該控制器構(gòu)造為測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)條件，基于發(fā)動(dòng)機(jī)條件建立膨脹器活塞的理想行程，并且將理想行程傳送給所述減行程機(jī)構(gòu)。
[0014]2.如技術(shù)方案I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)允許所述膨脹器活塞的行程從零到滿行程值連續(xù)可調(diào)整。
[0015]3.如技術(shù)方案2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)是可變行程機(jī)構(gòu)，包括行程調(diào)整桿，該行程調(diào)整桿可調(diào)整地將所述膨脹器活塞的行程聯(lián)接到所述動(dòng)力活塞的行程。
[0016]4.如技術(shù)方案I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)允許所述膨脹器活塞完全激活或者完全停用。
[0017]5.如技術(shù)方案4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)是離合器，當(dāng)接合時(shí)，該離合器將所述曲軸的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接到第二曲軸的旋轉(zhuǎn)，所述第二曲軸聯(lián)接到所述膨脹器活塞。
[0018]6.如技術(shù)方案I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述控制器在低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)條件下使所述膨脹器活塞停用。
[0019]7.如技術(shù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)排氣系統(tǒng)溫度低于溫度閾值或者發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩低于扭矩閾值時(shí)，所述控制器將所述膨脹器活塞的理想行程設(shè)置為零，當(dāng)排氣系統(tǒng)溫度高于所述溫度閾值并且發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩高于所述扭矩閾值時(shí)，所述控制器將所述膨脹器活塞的理想行程設(shè)置為滿行程。
[0020]8.如技術(shù)方案6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)停用或者再次激活所述膨脹器活塞時(shí)，所述控制器包括滯后效應(yīng)。
[0021]9.如技術(shù)方案I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括對(duì)于每個(gè)膨脹器活塞的兩個(gè)動(dòng)力活塞組合的附加活塞。
[0022]10.如技術(shù)方案I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)用于為汽車提供動(dòng)力。
[0023]11.一種帶有膨脹器減行程的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括:
[0024]聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)曲軸的兩個(gè)動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞通過點(diǎn)燃燃料-空氣混合物而獲得燃燒氣體的初次膨脹為汽車提供發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；
[0025]二次膨脹器活塞，所述膨脹器活塞通過動(dòng)力活塞的初次膨脹之后的燃燒氣體的二次膨脹提供附加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力；
[0026]減行程機(jī)構(gòu)，該減行程機(jī)構(gòu)將所述膨脹器活塞的運(yùn)動(dòng)與所述動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接，并且在某些發(fā)動(dòng)機(jī)條件下提供減少或者消除所述膨脹器活塞的行程，減行程機(jī)構(gòu)是可變行程機(jī)構(gòu)，包括行程調(diào)整桿，該行程調(diào)整桿可調(diào)整地將所述膨脹器活塞的行程與所述動(dòng)力活塞的行程聯(lián)接；以及
[0027]控制器，所述控制器構(gòu)造為測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)條件，基于發(fā)動(dòng)機(jī)條件建立所述膨脹器活塞的理想行程，并且將理想行程傳送給所述減行程機(jī)構(gòu)。
[0028]12.如技術(shù)方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述可變行程機(jī)構(gòu)允許所述膨脹器活塞的行程從零到滿行程值連續(xù)地可調(diào)整。
[0029]13.如技術(shù)方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述控制器使用排氣系統(tǒng)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷數(shù)據(jù)建立所述膨脹器活塞的理想行程，其中隨著排氣系統(tǒng)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的值降低，所述膨脹器活塞的理想行程減少，并且所述控制器還包括當(dāng)停用或再次激活所述膨脹器活塞時(shí)的滯后效應(yīng)。[0030]14.如技術(shù)方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括對(duì)于每個(gè)膨脹器活塞的兩個(gè)動(dòng)力活塞組合的附加活塞。
[0031]15.一種用于控制帶有膨脹器活塞減行程的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括:
[0032]測(cè)量排氣系統(tǒng)溫度；
[0033]確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷；
[0034]基于排氣系統(tǒng)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷建立膨脹器活塞的理想行程；以及
[0035]控制發(fā)動(dòng)機(jī)中的減行程機(jī)構(gòu)以獲得膨脹器活塞的理想行程。
[0036]16.如技術(shù)方案15所述的方法,其中確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷包括測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。
[0037]17.如技術(shù)方案15所述的方法，其中建立膨脹器活塞的理想行程包括，當(dāng)排氣系統(tǒng)溫度低于溫度閾值或者發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低于負(fù)荷閾值時(shí)，設(shè)置理想行程等于零。
[0038]18.如技術(shù)方案15所述的方法，其中所述減行程機(jī)構(gòu)是包括行程調(diào)整桿的可變行程機(jī)構(gòu)，所述行程調(diào)整桿可調(diào)整地將所述膨脹器活塞的行程與發(fā)動(dòng)機(jī)中的動(dòng)力活塞的行程聯(lián)接。
[0039]19.如技術(shù)方案18所述的方法，其中所述可變行程機(jī)構(gòu)允許所述膨脹器活塞的行程從零到滿行程值連續(xù)地可調(diào)整。
[0040]20.如技術(shù)方案15所述的方法，其中所述減行程機(jī)構(gòu)是離合器，當(dāng)接合時(shí)，所述離合器將發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接到第二曲軸的旋轉(zhuǎn)，所述第二曲軸聯(lián)接到所述膨脹器活塞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是復(fù)合有二次膨脹器活塞的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的頂視圖；
[0042]圖2是第一機(jī)械結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，所述第一機(jī)械結(jié)構(gòu)用于將二次膨脹器活塞聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力活塞和曲軸上，同時(shí)允許膨脹器活塞的停用或者減少行程；
[0043]圖3是第二機(jī)械結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，所述第二機(jī)械結(jié)構(gòu)用于將二次膨脹器活塞聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力活塞和曲軸上，同時(shí)允許膨脹器活塞的停用；以及
[0044]圖4是激活和停用二次膨脹器活塞以便于優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)效率的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]本發(fā)明接下來針對(duì)帶有膨脹器停用的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的討論實(shí)際上僅是示例性的，并非是對(duì)本發(fā)明、其應(yīng)用或者用途的限制。
[0046]從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大燃料效率一直是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者們的目的。過去已經(jīng)使用的一個(gè)技術(shù)是將二次膨脹器活塞合并到發(fā)動(dòng)機(jī)中，其中膨脹器活塞提取來自發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的附加能量。
[0047]圖1是復(fù)合有二次膨脹器活塞的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的頂視圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括兩個(gè)動(dòng)力活塞12，它們是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中通常使用的活塞。在它們各自氣缸內(nèi)的動(dòng)力活塞12通過入口13接收燃料和空氣的注入，之后被壓縮、點(diǎn)火和膨脹。燃燒氣體在動(dòng)力行程膨脹之后，氣體從動(dòng)力活塞的氣缸排出。在復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)10中，不是從動(dòng)力活塞12排出氣體通過排出系統(tǒng)到環(huán)境中，廢氣通過傳輸口 15到達(dá)二次膨脹器活塞14，二次膨脹器活塞14在它的動(dòng)力行程中從廢氣中提取附加能量，然后通過排氣口 17排出氣體到環(huán)境中。因?yàn)閯?dòng)力活塞12已經(jīng)使氣體膨脹了一次，所以氣體壓力在膨脹器活塞14上較低。因此，膨脹器活塞14具有比動(dòng)力活塞12大很多的孔。
[0048]兩個(gè)動(dòng)力活塞12與一個(gè)膨脹器活塞14的比例在四行程每循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)中是理想的。這是因?yàn)?，機(jī)械地同相的(在同一時(shí)刻都在上止點(diǎn)(TDC)，等等)兩個(gè)動(dòng)力活塞12相對(duì)于它們的燃燒循環(huán)相差360度相位(動(dòng)力活塞12中的一個(gè)開始進(jìn)氣行程，而另一個(gè)開始動(dòng)力行程，等等)。因此，每次膨脹器活塞14到達(dá)TDC時(shí)，動(dòng)力活塞12中的一個(gè)已經(jīng)在它的動(dòng)力行程到達(dá)下止點(diǎn)(BDC)，并且準(zhǔn)備通過其相應(yīng)的傳輸口 15排出它的氣體到膨脹器活塞
14。因此，膨脹器活塞14以2行程模式運(yùn)行，在每個(gè)曲軸旋轉(zhuǎn)中具有動(dòng)力行程和排氣行程。
[0049]發(fā)動(dòng)機(jī)10能使用柴油燃料運(yùn)行(壓縮點(diǎn)火)，或者能使用汽油或者各種其他燃料運(yùn)行(火花點(diǎn)火)。發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠僅包括兩個(gè)動(dòng)力活塞12和一個(gè)膨脹器活塞14，或者發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠擴(kuò)展至四個(gè)或者八個(gè)動(dòng)力活塞12，每?jī)蓚€(gè)動(dòng)力活塞12對(duì)應(yīng)一個(gè)膨脹器活塞14。在汽車應(yīng)用中，發(fā)動(dòng)機(jī)10能通過變速器和傳動(dòng)系統(tǒng)直接給車輛提供動(dòng)力，或者發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠作為輔助動(dòng)力單元以通過發(fā)電機(jī)提供電能。發(fā)動(dòng)機(jī)10也能用于各種非汽車應(yīng)用中，包括主要或者備用發(fā)電設(shè)備、泵等等。
[0050]雖然二次膨脹器活塞設(shè)計(jì)已經(jīng)被知曉了一段時(shí)間，但是沒有證明這個(gè)概念可應(yīng)用于大部分發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，主要因?yàn)樵诘拓?fù)荷條件下與二次膨脹器活塞14相關(guān)的寄生損失超過了所提取的附加能量。具體地，在動(dòng)力活塞12進(jìn)行的初次膨脹之后在廢氣中留有很少能量的情況下，從廢氣的二次膨脹中提取的能量不夠用來克服膨脹器活塞14在其氣缸中的摩擦。因?yàn)槠囍械陌l(fā)動(dòng)機(jī)-以及大部分其他應(yīng)用中-經(jīng)常以低負(fù)荷運(yùn)行，通過二次膨脹器活塞發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)很少或者沒有整體燃料效率改進(jìn)。然而，如果膨脹器活塞14能夠在低負(fù)荷時(shí)被停用并且保持靜止，那么與膨脹器活塞14相關(guān)的寄生損失將會(huì)被消除，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的整體燃料效率將被顯著提高。
[0051]圖2是第一機(jī)械結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，所述第一機(jī)械結(jié)構(gòu)將二次膨脹器活塞14聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力活塞12和曲軸上，同時(shí)允許膨脹器活塞14的停用或者減少行程。在任何活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的類型布置中，動(dòng)力活塞12 (示出一個(gè))通過連桿18連接到曲軸16。然后曲軸16通過連接桿22連接到行程調(diào)整桿20。行程調(diào)整桿20包括槽24，槽24允許行程調(diào)整桿20的位置相對(duì)于樞軸銷26被調(diào)整。樞軸銷26是“固接”點(diǎn)-即，其附接到發(fā)動(dòng)機(jī)10的機(jī)體。連桿28在一端連接到膨脹器活塞14，在另一端在樞軸點(diǎn)30連接到行程調(diào)整桿20。
[0052]通過相對(duì)于樞軸銷26調(diào)整行程調(diào)整桿20的位置，膨脹器活塞14的行程能被增加或者減少。如圖2所示，樞軸銷26沿著行程調(diào)整桿20的長(zhǎng)度大約處于中心，膨脹器活塞14將具有與動(dòng)力活塞12大約相同的行程。然而，如果行程調(diào)整桿20被定位使得樞軸銷26在槽24的遠(yuǎn)(右)端，那么膨脹器活塞14將具有非常短的行程。實(shí)踐中，能實(shí)現(xiàn)一種設(shè)計(jì)允許沿著樞軸銷26的軸線定位樞軸點(diǎn)30，從而導(dǎo)致膨脹器活塞14無法運(yùn)動(dòng)。在低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)條件下，可能期望膨脹器活塞14完全停用和不動(dòng)。然而，如下面將要討論的，在某些條件下，可能期望減少膨脹器活塞14的行程，但不是使它完全不動(dòng)。
[0053]圖3是第二機(jī)械結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，所述第二機(jī)械結(jié)構(gòu)將二次膨脹器活塞14聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力活塞12和曲軸16上，同時(shí)允許膨脹器活塞14的停用。在這個(gè)實(shí)施例中，二次膨脹器活塞14通過連桿34聯(lián)接到第二曲軸32。第二曲軸32的旋轉(zhuǎn)通過離合器36聯(lián)接到曲軸16的旋轉(zhuǎn)。離合器36必須是爪形離合器或者其他這種設(shè)計(jì)，以提供在第二曲軸32和曲軸16之間的正機(jī)械接合，使得兩個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)速度相同，并且保持所需的相對(duì)位置。在這個(gè)實(shí)施例中，膨脹器活塞14通過使離合器36分離能夠容易地被停用和不動(dòng)。在這個(gè)實(shí)施例中，雖然減少行程的操作模式不是固有存在的，但減少行程的特征能夠被加入第二曲軸32。
[0054]在上面討論的兩個(gè)實(shí)施例中，可以統(tǒng)稱為減行程機(jī)構(gòu)，控制器38監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)條件并且建立理想行程，或者膨脹器活塞14的激活/停用?？刂破?8然后致動(dòng)桿20或者離合器36，以基于理想行程控制膨脹器活塞14的實(shí)際行程。
[0055]控制器38是汽車中任意電子控制單元(ECT)中典型的設(shè)備，至少包括微處理器和存儲(chǔ)模塊。微處理器配置有基于本文描述的邏輯而特定編程的算法，使用來自傳感器的數(shù)據(jù)——例如廢氣溫度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等——作為輸入。
[0056]在兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)施例中，保持動(dòng)力活塞12和膨脹器活塞14之間適當(dāng)?shù)膸缀侮P(guān)系。也就是，當(dāng)動(dòng)力活塞12在TDC時(shí)，膨脹器活塞14在BDC，反之亦然。該關(guān)系固有地通過第一實(shí)施例(圖2)的連桿機(jī)構(gòu)保持，以及通過第二實(shí)施例(圖3)中的離合器36的設(shè)計(jì)來保持。
[0057]在圖3中，甚至可以設(shè)想允許膨脹器活塞14和第二曲軸32的操作不依賴于與曲軸16的任何機(jī)械聯(lián)接。例如，在發(fā)電應(yīng)用中，第二曲軸32可以驅(qū)動(dòng)小型第二發(fā)電機(jī)。廢氣從動(dòng)力活塞12到膨脹器活塞14的閥動(dòng)調(diào)整將固有地趨向于以與曲軸16相同速度以及在相對(duì)于曲軸16的正確相位驅(qū)動(dòng)第二曲軸32。
[0058]能夠設(shè)想利用帶有膨脹器停用或者行程調(diào)整的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的各種控制策略。如上所述，已知膨脹器停用在低負(fù)荷條件下是令人滿意的。其它因素也被考慮。例如，廢氣后處理設(shè)備，比如催化轉(zhuǎn)換器，僅在當(dāng)它們到達(dá)某個(gè)最小溫度時(shí)才有效。在現(xiàn)實(shí)世界的汽車應(yīng)用中，不期望從廢氣中提取太多能量而使得廢氣后處理系統(tǒng)降低到低于其最小有效溫度。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能夠結(jié)合在控制策略中。而且，在實(shí)踐中，可能期望對(duì)膨脹器活塞14的控制增加滯后效應(yīng)，從而使其不被高頻率地反復(fù)激活和停用。
[0059]圖4是使二次膨脹器活塞14激活和停用以便于優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能和效率的方法的流程圖40?？刂破?8將構(gòu)造為執(zhí)行流程圖40的方法步驟。在初始框42，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10時(shí)，膨脹器活塞14停用并且不動(dòng)。在框44，測(cè)量排氣系統(tǒng)溫度。在判斷菱形46處，比較排氣系統(tǒng)溫度和第一閾值溫度。如果排氣系統(tǒng)溫度低于第一閾值，所述第一閾值是排氣后處理設(shè)備的最小有效溫度，那么膨脹器活塞保持停用和不動(dòng)，并且在某個(gè)時(shí)間延遲之后，過程循環(huán)回到框44再次測(cè)量排氣系統(tǒng)溫度。
[0060]在判斷菱形46處，如果排氣系統(tǒng)溫度高于第一閾值溫度，那么在框48測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可被看作發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷是否足夠高以保證二次膨脹器活塞14接合的合適的指示。當(dāng)然，能夠想到使用其它測(cè)量值，單獨(dú)地或者組合地，指示發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷水平。這些其它測(cè)量值可包括燃料流率、氣缸蓋溫度(對(duì)于動(dòng)力活塞12)、氣缸壓力(對(duì)于動(dòng)力活塞12)等。在任何情況下，在框48需要并且獲得一些發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的可靠指示，用于控制膨脹器活塞14。
[0061]在框50，再次測(cè)量排氣系統(tǒng)溫度。在框52，使用控制算法確定膨脹器活塞14的理想行程，并且過程循環(huán)回去再次測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。控制算法能夠適用于處理各種行程發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，其中膨脹器活塞14的行程可以被歸一化，從零(不動(dòng))到一(發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)所能夠達(dá)到的滿行程或最大行程)變化。該算法也能夠適于允許僅完全激活以及完全停用膨脹器活塞14，但不是可變行程。[0062]控制算法可以有利地使用考慮發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷(扭矩)和排氣系統(tǒng)溫度的策略，同時(shí)包括滯后效應(yīng)，以避免膨脹器活塞14的快速重復(fù)地激活和停用。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩低于第一扭矩閾值，或者排氣系統(tǒng)溫度低于第一溫度閾值，膨脹器活塞14將停用。如果發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩高于第二扭矩閾值，并且排氣系統(tǒng)溫度高于第二溫度閾值，那么膨脹器活塞14將以滿行程激活。如果發(fā)動(dòng)機(jī)10支持膨脹器活塞14的可變行程，那么能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和排氣系統(tǒng)溫度相對(duì)于它們的各自閾值在零和一的值之間調(diào)整行程。如果發(fā)動(dòng)機(jī)10僅支持膨脹器活塞14的完全激活和完全停用，那么可以僅使用一個(gè)溫度閾值和一個(gè)扭矩閾值，當(dāng)兩個(gè)閾值都被超過時(shí)，激活膨脹器活塞14。例如通過在改變膨脹器活塞14的行程之前要求在某些條件下的若干連續(xù)測(cè)量循環(huán)，能夠增加滯后。
[0063]如上所述，通過為活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)增加停用特征或者可變行程特征，能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以中或高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的二次膨脹器活塞的燃料效率的改進(jìn)，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，能夠消除膨脹器活塞的寄生損失。該選擇性的膨脹器活塞減行程提供了另一種途徑來增加燃料效率，對(duì)于汽車制造商和消費(fèi)者來說都很重要。
[0064]上述討論僅公開和描述本發(fā)明的示例實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從上述討論和從附圖以及權(quán)利要求意識(shí)到，在不脫離接下來權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠做出各種變化、修改和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種具有膨脹器減行程的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括: 聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)曲軸的兩個(gè)動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞通過點(diǎn)燃燃料-空氣混合物而獲得燃燒氣體的初次膨脹提供發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力； 二次膨脹器活塞，所述膨脹器活塞通過動(dòng)力活塞的初次膨脹之后的燃燒氣體的二次膨脹提供附加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力； 減行程機(jī)構(gòu)，用于在某些發(fā)動(dòng)機(jī)條件下減少或者消除膨脹器活塞的行程；以及控制器，該控制器構(gòu)造為測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)條件，基于發(fā)動(dòng)機(jī)條件建立膨脹器活塞的理想行程，并且將理想行程傳送給所述減行程機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)允許所述膨脹器活塞的行程從零到滿行程值連續(xù)可調(diào)整。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)是可變行程機(jī)構(gòu)，包括行程調(diào)整桿，該行程調(diào)整桿可調(diào)整地將所述膨脹器活塞的行程聯(lián)接到所述動(dòng)力活塞的行程。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)允許所述膨脹器活塞完全激活或者完全停用。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述減行程機(jī)構(gòu)是離合器，當(dāng)接合時(shí)，該離合器將所述曲軸的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接到第二曲軸的旋轉(zhuǎn)，所述第二曲軸聯(lián)接到所述膨脹器活塞。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述控制器在低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)條件下使所述膨脹器活塞停用。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)排氣系統(tǒng)溫度低于溫度閾值或者發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩低于扭矩閾值時(shí)，所述控制器將所述膨脹器活塞的理想行程設(shè)置為零，當(dāng)排氣系統(tǒng)溫度高于所述溫度閾值并且發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩高于所述扭矩閾值時(shí)，所述控制器將所述膨脹器活塞的理想行程設(shè)置為滿行程。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中當(dāng)停用或者再次激活所述膨脹器活塞時(shí)，所述控制器包括滯后效應(yīng)。
9.一種帶有膨脹器減行程的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括: 聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)曲軸的兩個(gè)動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞通過點(diǎn)燃燃料-空氣混合物而獲得燃燒氣體的初次膨脹為汽車提供發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力； 二次膨脹器活塞，所述膨脹器活塞通過動(dòng)力活塞的初次膨脹之后的燃燒氣體的二次膨脹提供附加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力； 減行程機(jī)構(gòu)，該減行程機(jī)構(gòu)將所述膨脹器活塞的運(yùn)動(dòng)與所述動(dòng)力活塞的運(yùn)動(dòng)聯(lián)接，并且在某些發(fā)動(dòng)機(jī)條件下提供減少或者消除所述膨脹器活塞的行程，減行程機(jī)構(gòu)是可變行程機(jī)構(gòu)，包括行程調(diào)整桿，該行程調(diào)整桿可調(diào)整地將所述膨脹器活塞的行程與所述動(dòng)力活塞的行程聯(lián)接；以及 控制器，所述控制器構(gòu)造為測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)條件，基于發(fā)動(dòng)機(jī)條件建立所述膨脹器活塞的理想行程，并且將理想行程傳送給所述減行程機(jī)構(gòu)。
10.—種用于控制帶有膨脹器活塞減行程的活塞復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括: 測(cè)量排氣系統(tǒng)溫度； 確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷；基于排氣系統(tǒng)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷建立膨脹器活塞的理想行程；以及控制發(fā)動(dòng)機(jī)中的減行程機(jī)構(gòu) 以獲得膨脹器活塞的理想行程。
【文檔編號(hào)】F02B41/02GK103807008SQ201310669843
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】R·P·杜雷特, P·M·納特, P·安德魯斯基維奇 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司