[發(fā)明專利]內(nèi)燃機(jī)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910152296.8
• 申請(qǐng)日: 2006-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101614160A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 三谷信一;沢田大作
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): F02D41/00
• 分類號(hào): F02D41/00;F02D19/02;F02B43/10;F02B47/10
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張建濤;車 文

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日是2006年9月12日、申請(qǐng)?zhí)枮?00680006642.6 且發(fā)明名稱為“內(nèi)燃機(jī)及其控制方法”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申 請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)(即封閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))，該 內(nèi)燃機(jī)在燃燒室內(nèi)燃燒氫，通過(guò)使用由該燃燒生成的熱膨脹工作氣體 來(lái)生成動(dòng)力，且將已從燃燒室排放的燃燒后氣體內(nèi)的工作氣體再次供 給到燃燒室內(nèi)。本發(fā)明也涉及該內(nèi)燃機(jī)的控制方法。

背景技術(shù)

工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)已知為使用例如氬的惰性氣體作為工作氣 體(即熱介質(zhì))，在燃燒室內(nèi)燃燒氫，冷凝廢氣內(nèi)的水蒸氣且將其排 放到系統(tǒng)外部，且將已去除水蒸氣的廢氣(例如惰性氣體)再次供給 到燃燒室內(nèi)。日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.JP-A-11-93681描述了一種內(nèi)燃機(jī)， 該內(nèi)燃機(jī)將包括氬的氧氣作為不純氣體從氧供給設(shè)備通過(guò)進(jìn)氣口供給 到燃燒室且將氫噴射到燃燒室內(nèi)。此外，此內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造為將已通過(guò)凝 結(jié)從中去除了水蒸氣的廢氣中的一些排放到系統(tǒng)外，以便將其量相當(dāng) 于供給到系統(tǒng)內(nèi)的氬的量的氬和來(lái)自氧供給設(shè)備的氧排出系統(tǒng)。因此， 通過(guò)進(jìn)氣口供給到燃燒室內(nèi)的氣體內(nèi)的氬的濃度可以恒定地維持在大 體上固定的濃度。

如果內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)(例如由加速踏板的操作量所表達(dá)的負(fù)荷) 改變使得對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩(后文中簡(jiǎn)稱“所需轉(zhuǎn)矩”)改變， 則在燃燒室內(nèi)要燃燒的氫的量改變。作為結(jié)果，供給到燃燒室的氧的 量也改變。

因此，發(fā)明人研究了當(dāng)氫和氧的量改變而氬的量(即流率)在作 為工作氣體供給到燃燒室的氫、氧和氬的氣體(后文中此氣體將稱為 “混合氣體”)中保持恒定時(shí)(即當(dāng)混合氣體內(nèi)的氬濃度改變時(shí))內(nèi) 燃機(jī)的熱效率的改變。圖1是示出該結(jié)果的曲線圖。

如從圖1中可理解的，內(nèi)燃機(jī)的最大熱效率當(dāng)在混合氣體內(nèi)的氬 濃度為D0值時(shí)實(shí)現(xiàn)。在氬濃度低于D0值的范圍內(nèi)估計(jì)到熱效率降低， 因?yàn)闅宓臐舛仍降蛣t由內(nèi)燃機(jī)所生成的熱越不容易傳遞到氬。而且， 在氬濃度高于D0值的范圍內(nèi)估計(jì)到熱效率降低，因?yàn)闅鍧舛仍礁邉t燃 燒因混合氣體內(nèi)的氧濃度相對(duì)降低而變得越不穩(wěn)定。導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)熱效 率的氬濃度的值D0取決于在燃燒室內(nèi)生成的熱量和燃燒狀態(tài)而波動(dòng)。 換言之，值D0根據(jù)供給到燃燒室內(nèi)的氫和氧的量波動(dòng)，該氫和氧的量 根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩而變化。如果氬濃度超過(guò)D1值(D1值大于D0值)則將 發(fā)生缺火。

然而，上述內(nèi)燃機(jī)不考慮所需轉(zhuǎn)矩而僅保持供給到燃燒室的氬氧 的比值恒定。因此，氬濃度不能維持在對(duì)應(yīng)于所需轉(zhuǎn)矩的值(即對(duì)應(yīng) 于供給到燃燒室的氫和氧的量的值)。作為結(jié)果，可能因?yàn)闅鍧舛茸? 得過(guò)低或因?yàn)闅鍧舛茸兊眠^(guò)高而使燃燒變得不穩(wěn)定，從而降低內(nèi)燃機(jī) 的熱效率。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的第一方面涉及一種工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi) 燃機(jī)通過(guò)在其燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由該燃燒生成的熱來(lái)膨脹其為比 熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體而生成動(dòng)力，且將從燃燒室排放的 燃燒后氣體中的工作氣體再次供給到燃燒室內(nèi)，該內(nèi)燃機(jī)包括氫和氧 供給裝置和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置。

為使內(nèi)燃機(jī)根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩生成轉(zhuǎn)矩，必須在燃燒室內(nèi)燃燒生成該 轉(zhuǎn)矩所必需的氫的量。可以通過(guò)如下來(lái)控制在燃燒室內(nèi)燃燒的氫的量： 控制供給到燃燒室的氫的量或氧的量且調(diào)節(jié)另一個(gè)量使得被控制的一 個(gè)的量的全部變?yōu)樽阋耘c另一個(gè)通過(guò)燃燒而結(jié)合的量。基于此概念， 前述的氫和氧供給裝置確定供給到燃燒室使得內(nèi)燃機(jī)生成對(duì)應(yīng)于所需 轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的氫的量和氧的量，且將所確定的量的氫和氧供給到燃燒 室。因此，要供給到燃燒室的氫的量和氧的量主要基于所需轉(zhuǎn)矩來(lái)確 定。

另一方面，工作氣體量調(diào)節(jié)裝置根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒 室中的工作氣體的量，且調(diào)節(jié)供給到燃燒室內(nèi)的工作氣體的量使得所 確定的量的工作氣體被供給到燃燒室。作為結(jié)果，即使氫的量和氧的 量因所需轉(zhuǎn)矩的改變而改變，在包括氫、氧和工作氣體的混合氣中的 工作氣體濃度也可以改變到對(duì)于所需轉(zhuǎn)矩所希望的值。因此，可以改 進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的熱效率同時(shí)維持良好的燃燒狀態(tài)。

本發(fā)明的第二方面也涉及一種工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī) 通過(guò)在其燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由該燃燒生成的熱來(lái)膨脹其為比熱比 大于氧的惰性氣體的工作氣體而生成動(dòng)力，且將從燃燒室排放的燃燒 后氣體中的工作氣體再次供給到燃燒室內(nèi)，該內(nèi)燃機(jī)包括氫供給裝置、 氧供給裝置和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置。