[發明專利]抗爆震分開循環發動機和方法

有效

• 申請號: 200880020111.1
• 申請日: 2008-06-11
• 公開（公告）號: CN101680355A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 福特·A·菲利普斯
• 申請（專利權）人: 史古德利集團有限責任公司
• 主分類號: F02B33/22
• 分類號: F02B33/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王新華

相關申請的交叉引用?

本申請要求2007年8月7日提出申請的美國臨時專利申請第560/963,742號的權益。?

技術領域

本發明涉及內燃機。更具體地，本發明涉及一種具有一對活塞的渦輪增壓的分開循環發動機，在所述分開循環發動機中，一個活塞用于進氣沖程和壓縮沖程，而另一個活塞用于膨脹(或動力)沖程和排氣行程，且四個沖程中的每一個在曲柄軸的一個旋轉中完成。?

背景技術

為了清楚起見，在本申請中所使用的術語“傳統發動機”表示其中公知的奧托循環的所有四個沖程(即，進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程)包括在發動機的每一個活塞/氣缸燃燒中的內燃機。在本申請中所使用的術語分開循環發動機還沒有被接受為發動機領域的技術人員通常已知的固定意思。因此，為了清楚起見，應用到現有技術中所公開的發動機和本申請中所涉及的術語“分開循環發動機”定義如下：?

本文涉及的分開循環發動機包括：?

曲柄軸，所述曲柄軸可繞著曲柄軸軸線旋轉；?

壓縮活塞，所述壓縮活塞可滑動地容納在壓縮氣缸內并且操作性地連接到曲柄軸，使得壓縮活塞通過在曲柄軸的一個旋轉期間的進氣沖程和壓縮沖程而往復運動；?

膨脹(動力)活塞，所述膨脹活塞可滑動地容納在動力氣缸內并且操作性地連接到曲柄軸，使得膨脹活塞通過在曲柄軸的一個旋轉期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復運動；和?

使動力氣缸和壓縮氣缸相互連接的跨接通道，所述跨接通道包括在其?間限定壓力室的跨接壓縮(XovrE)閥和跨接膨脹(XovrE)閥。?

2003年授予Carmelo?J.Scuderi的美國專利6,543,225包括分開循環和類似類型發動機的廣泛論述。此外，該專利公開以現有型式發動機的細節，本發明包括所述現有型式發動機的進一步開發。?

參照圖1，現有技術的分開循環發動機原理整體由附圖標記10示出。分開循環發動機10通過壓縮氣缸12和膨脹氣缸14的組合替換傳統的四沖程發動機的兩個相鄰氣缸。一旦每一個曲柄軸16旋轉時，這兩個氣缸12、14執行其相應的功能。通過典型的提升型進氣閥18將進氣裝料(燃料和空氣)吸入到壓縮氣缸12內。壓縮氣缸活塞20給裝料增壓，并且驅動裝料通過用作用于膨脹氣缸14的進氣通道的跨接通道22。?

跨接通道入口處的止回型跨接壓縮(XovrC)閥24用于防止來自跨接通道22的逆流。跨接通道22的出口處的跨接膨脹(XoveE)閥26控制已增壓進氣裝料進入到膨脹氣缸14內的流動。在進氣裝料進入膨脹氣缸14不久之后點燃火花塞28，并且產生的燃燒向下驅動膨脹氣缸活塞30。通過提升排氣閥32將廢氣泵送出膨脹氣缸。?

在分開循環發動機原理的情況下，壓縮氣缸和膨脹氣缸的發動機幾何結構參數(即，內徑、沖程連桿長度、壓縮比等)基本上彼此無關。例如，對于每一個氣缸來說，曲拐(crank?throw)34、36可以具有不同的半徑，并且被定相成彼此遠離，且膨脹氣缸活塞30的上死點(TDC)在壓縮氣缸活塞20的TDC之前。這種獨立性能夠使分開循環發動機潛在地實現比典型的四沖程發動機更高的效率水平和更大的扭矩。?

在分開循環發動機中，進氣沖程在壓縮沖程之后，而在傳統的發動機中，進氣沖程在排氣行程之后。因此，在分開循環發動機中，當壓縮活塞抵達其上死點位置時，少量被壓縮的高壓空氣總是被截留在壓縮氣缸內。因為在可以吸入新空氣裝料之前此壓縮空氣必須在進氣沖程期間被重新膨脹，因此分開循環發動機的壓縮氣缸的尺寸被形成為除了大量新空氣裝料之外還必須包括大量重新膨脹的截留空氣。?

相對于具有相同進氣裝料的傳統發動機，這往往增加分開循環發動機尺寸并且減小功率密度。?

分開循環發動機和傳統的發動機都可以例如通過渦輪增壓、增壓作用?或類似作用給它們的進氣壓力升壓，以增加發動機的功率密度并且減少總尺寸。自然吸氣發動機上的升壓(即，在一個大氣壓壓力偏差以上增加壓力)越大，功率密度越大，并且發動機的尺寸可以被減小得更小。?

問題是可以提供給傳統汽油發動機或分開循環汽油發動機任一個的進氣裝料的升壓量由其中燃料/空氣混合物由于在壓縮沖程期間在發動機內產生的過壓和溫度而被迫進入先期燃燒(即，爆震)的點所限制。公知的是在具有單級渦輪增壓器的傳統汽油發動機中，在爆震將發生之前將增壓限制到大約15-17巴。潛在地可得到更高的增壓，但是在現有技術傳統的發動機中需要昂貴的多級升壓系統和中間冷卻系統。?