專利名稱：用于分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的渦輪增壓縮小化壓縮氣缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及渦輪增壓分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其將傳統(tǒng)的奧托循環(huán)的四個沖程分到由跨接口相連的兩對氣缸上，一個進(jìn)氣/壓縮氣缸(壓縮機(jī))和一個做功/排氣氣缸(膨脹機(jī))，在曲軸的一圈旋轉(zhuǎn)中完成四個沖程中的每一個。
背景技術(shù)：
為了清楚起見，在本申請中所使用的術(shù)語“傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)”是指其中公知的奧托循環(huán)的所有四個沖程(即，進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹(或做功)沖程和排氣沖程)包括在發(fā)動機(jī)的每一個活塞/氣缸組合中的內(nèi)燃機(jī)。每一個沖程需要曲軸旋轉(zhuǎn)半圈(180度曲柄角(CA))，且需要曲軸旋轉(zhuǎn)整整兩圈(720度CA)以在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的每一個氣缸中完成整個奧托循環(huán)。此外，為了清楚起見，可應(yīng)用到現(xiàn)有技術(shù)中所公開的發(fā)動機(jī)和本申請中所涉及的術(shù)語“分開循環(huán)發(fā)動機(jī)”定義如下分開循環(huán)發(fā)動機(jī)包括曲軸，曲軸可繞著曲軸軸線旋轉(zhuǎn)；壓縮機(jī)，其包括壓縮活塞，壓縮活塞可滑動地容納在壓縮氣缸內(nèi)并且操作性地連接到曲軸，使得壓縮活塞在曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程；膨脹機(jī)，其包括膨脹(做功)活塞，膨脹(做功)活塞可滑動地容納在膨脹氣缸內(nèi)并且操作性地連接到曲軸，使得膨脹活塞在曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過膨脹沖程和排氣沖程；和使壓縮氣缸和膨脹氣缸相互連接的跨接通道，跨接通道至少包括設(shè)置在其中的跨接膨脹(XovrE)閥，但更優(yōu)選地包括在其間限定壓力室的跨接壓縮(XovrC)閥和跨接膨脹(XovrE)閥。2003年4 月 8 日授予 Carmelo J. Scuderi 的美國專利 6，543, 225 (Scuderi 的專利)和2005年10月11日授予David P. Branyon等人的美國專利6，952，923 (Branyon的專利)均包括分開循環(huán)發(fā)動機(jī)和類似類型發(fā)動機(jī)的廣泛論述。此外,Scuderi的專利和Branyon的專利公開現(xiàn)有型式發(fā)動機(jī)的細(xì)節(jié)，本發(fā)明包括所述現(xiàn)有型式發(fā)動機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。Scuderi的專利和Branyon的專利通過參考全部并入本文。參照圖I,類似于Scuderi的專利和Branyon的專利中描述類型的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)示例性實(shí)施例總的由附圖標(biāo)記10表示。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)10用一個壓縮氣缸12和一個膨脹氣缸14的組合替換傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的兩個相鄰氣缸。氣缸蓋33通常設(shè)置在膨脹氣缸和壓縮氣缸12、14的開口端上以覆蓋和密封氣缸。奧托循環(huán)的四個沖程在兩個氣缸12和14上被“分開”，以使得壓縮氣缸12及其相關(guān)聯(lián)的壓縮活塞20 —起執(zhí)行進(jìn)氣沖程和壓縮沖程(壓縮氣缸12和活塞20共同稱為壓縮機(jī)(12，20))，而膨脹氣缸14及其相關(guān)聯(lián)的膨脹活塞30 —起執(zhí)行膨脹沖程和排氣沖程(膨脹氣缸14和膨脹活塞30共同稱為膨脹機(jī)(14，30))。因此，一旦每一個曲軸16繞曲軸軸線17旋轉(zhuǎn)一圈(360度CA)時，在這兩個氣缸12、14內(nèi)完成奧托循環(huán)。在進(jìn)氣沖程期間，進(jìn)氣通過設(shè)置在氣缸蓋33中的進(jìn)氣歧管(口)19被吸入到壓縮氣缸12中。向內(nèi)開口(向內(nèi)開口到氣缸中且朝向活塞)的提升式進(jìn)氣閥18控制進(jìn)氣歧管19與壓縮氣缸12之間的流體連通。進(jìn)氣在進(jìn)氣歧管中近似處于大氣壓力。在壓縮沖程期間，壓縮活塞20給充入空氣增壓，并且在XovrC打開時，將充入空氣驅(qū)動到跨接通道(或口)22中，跨接通道通常設(shè)置在氣缸蓋33中。這意味著壓縮氣缸12和壓縮活塞20是通向跨接通道22的高壓氣體源，跨接通道22用作膨脹氣缸14的進(jìn)氣通道。在一些實(shí)施例中，兩個或更多個跨接通道22使壓縮氣缸12和膨脹氣缸14相互連接。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)10 (并且總體對于分開循環(huán)發(fā)動機(jī)來說)的壓縮氣缸12的容積 (或幾何)壓縮比在此被稱為分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的“壓縮比”。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)10(并且總體對于分開循環(huán)發(fā)動機(jī)來說)的膨脹氣缸14的容積(或幾何)壓縮比在此被稱為分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的“膨脹比”。氣缸的壓縮比在本領(lǐng)域被公知為當(dāng)在氣缸內(nèi)往復(fù)的活塞位于其下止點(diǎn)(BDC)位置時氣缸(包括所有凹入部分)內(nèi)的封閉(或密閉)容積與當(dāng)活塞位于其上止點(diǎn)(TDC)位置時氣缸內(nèi)的封閉容積(即，余隙容積)的比值。具體地，對于如這里所限定的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)來說，在確定壓縮氣缸的壓縮比時沒有包括跨接通道的容積。此外，具體地對于如這里所限定的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)來說，在確定膨脹氣缸的膨脹比時沒有包括跨接通道的容積。由于非常高的壓縮比(例如，20比1，30比1，40比1，或更大)，在跨接通道入口25處的向外開口的(遠(yuǎn)離氣缸和活塞向外開口 )提升式跨接壓縮(XovrC)閥24用于控制從壓縮氣缸12進(jìn)入到跨接通道22中的流動。由于非常高的膨脹比(例如，20比1，30比1,40比1，或更大)，在跨接通道22的出口 27處的向外開口的提升式跨接膨脹(XovrE)閥26控制從跨接通道22進(jìn)入到膨脹氣缸14中的流動。XovrC閥24和XovrE閥26的致動率和相位可以被定時以在奧托循環(huán)的所有四個沖程期間將跨接通道22中的壓力維持在高的最小壓力(通常在滿負(fù)荷操作期間為20巴絕對值或更高，例如40至50巴)。至少一個燃料噴射器28將燃料噴射到跨接通道22的與XovrE閥26開口相對應(yīng)的出口端處的增壓空氣中，這發(fā)生在膨脹活塞30抵達(dá)其上止點(diǎn)位置之前不久。這時，由于跨接通道中的最小壓力在滿發(fā)動機(jī)負(fù)荷時通常是20巴絕對值或更高，而在排氣沖程期間膨脹氣缸中的壓力通常為大約一至二巴絕對值，所以跨接通道22中的壓力與膨脹氣缸14中的壓力的壓力比很高。換句話說，當(dāng)XovrE閥26打開時，跨接通道22中的壓力比膨脹氣缸14中的壓力高得多(在滿發(fā)動機(jī)負(fù)荷時通常是大約20比I或更多)。這種高壓力比使得初始充入空氣和/或燃料流以高速流入膨脹氣缸14中。這些高流動速度可以達(dá)到音速，這被稱為音速流。充入空氣/燃料通常在膨脹活塞30抵達(dá)其上止點(diǎn)位置(TDC)之后不久進(jìn)入膨脹氣缸14，盡管在一些操作條件下所述充入空氣/燃料可以在TDC之前一點(diǎn)開始進(jìn)入。當(dāng)活塞30開始從其上止點(diǎn)位置下降，并且同時XovrE閥26仍然打開時，包括突出到氣缸14中的火花塞末端39的火花塞32點(diǎn)火以開始在火花塞末端39周圍的區(qū)域中的燃燒。當(dāng)膨脹活塞在通過其上止點(diǎn)(TDC)位置I度與30度之間時，燃燒可以開始。更優(yōu)選地，當(dāng)膨脹活塞在通過其上止點(diǎn)(TDC)位置5度與25度之間時，燃燒可以開始。最優(yōu)選地，當(dāng)膨脹活塞在通過其上止點(diǎn)(TDC)位置10度與20度之間時，燃燒可以開始。另外，可以通過其它點(diǎn)火裝置和/或方法開始燃燒，例如，利用電熱塞、微波點(diǎn)火裝置或通過壓縮點(diǎn)火方法。充入空氣/燃料的音速流對于分開循環(huán)發(fā)動機(jī)10特別有利，因?yàn)橐羲倭鳟a(chǎn)生快速燃燒事件，即使在膨脹活塞30從其上止點(diǎn)位置下降時開始點(diǎn)火，這也能夠使得分開循環(huán)發(fā)動機(jī)10能保持高燃燒壓力。XovrE閥26在開始燃燒之后但在產(chǎn)生的燃燒事件可以進(jìn)入跨接通道22之前閉合。燃燒事件在做功沖程中向下驅(qū)動膨脹活塞30。在排氣沖程期間，廢氣通過設(shè)置在氣缸蓋33中的排氣口 35被泵送出膨脹氣缸14。設(shè)置在排氣口 35的入口 31中的向內(nèi)開口的提升式排氣閥34控制膨脹氣缸14與排氣口 35之間的流體連通。通常，在自然吸氣的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)例如圖I中所示的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)中，吸入規(guī)定充入空氣(或空氣質(zhì)量)所需的壓縮氣缸氣缸工作容積(Vd)大于吸入相同充入空氣所需的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)氣缸的氣缸工作容積。自然吸氣的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮氣缸必須被制造得較大，這是因?yàn)樵诎l(fā)動機(jī)操作期間，在壓縮沖程的結(jié)尾在壓縮氣缸中總是存在截留的壓縮空氣質(zhì)量。因而，在緊隨壓縮沖程之后的進(jìn)氣沖程期間，進(jìn)氣不能被吸入壓縮氣缸中直·到壓縮活塞下降遠(yuǎn)離上止點(diǎn)足夠的距離以使得截留空氣質(zhì)量的壓力等于大氣壓力為止。因而，在進(jìn)氣沖程期間被壓縮氣缸掃過的一部分容積沒有被用于進(jìn)氣。因此，壓縮氣缸必須被制造得較大以使得它具有足夠的容積以在進(jìn)氣沖程的剩余部分期間吸入所需量的進(jìn)氣。排氣容積的這個增大減小了通常的自然吸氣分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的功率密度，功率密度(或比功率)被定義為制動功率/發(fā)動機(jī)排量，通常表示為千瓦/升或馬力/升。本領(lǐng)域中還知曉利用米勒循環(huán)操作傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的內(nèi)燃機(jī)。如果與在壓縮沖程期間氣體被壓縮相比，氣體在膨脹沖程期間膨脹得更多，則內(nèi)燃機(jī)的效率增加。在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的米勒循環(huán)中，這通常通過提前或延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉(IVC)來實(shí)現(xiàn)，提前或延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉相對于膨脹比減小了有效壓縮比。例如，如果傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉(即，在緊隨進(jìn)氣沖程的壓縮沖程期間)，則在進(jìn)氣沖程期間被吸入氣缸的進(jìn)氣的一部分通過進(jìn)氣口被向后推出氣缸。進(jìn)氣閥可以在壓縮沖程的大約第一個百分之20期間保持打開。因而，實(shí)際的壓縮僅僅發(fā)生在壓縮沖程的大約后百分之80中。參考圖2A，示出了利用延遲IVC實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)操作的自然吸氣發(fā)動機(jī)的壓力-容積(PV)圖的示例性實(shí)施例。盡管該實(shí)施例描述了自然吸氣發(fā)動機(jī)，但應(yīng)懂得，同樣的原理也適用于渦輪增壓發(fā)動機(jī)。如圖2A中所示，在活塞從TDC到BDC的進(jìn)氣沖程期間，氣缸壓力沿著從點(diǎn)6通過點(diǎn)I最后到點(diǎn)5的恒定壓力線前進(jìn)。在隨后的壓縮沖程的初始部分期間，當(dāng)進(jìn)氣閥保持打開時，氣缸壓力沿著壓力線從點(diǎn)5折返回到點(diǎn)I。然后，在點(diǎn)I處，進(jìn)氣閥關(guān)閉，在壓縮沖程的剩余部分期間氣缸壓力從點(diǎn)I增大到點(diǎn)2?；钊刂窂?-5掃過的容積被沿著路徑5-1掃過的容積抵消，對于奧托循環(huán)而言，有效壓縮比是點(diǎn)2處的容積除點(diǎn)I處的容積而不是點(diǎn)2處的容積除點(diǎn)5處的容積。參考圖2B，在米勒循環(huán)中能通過提前進(jìn)氣閥關(guān)閉實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。在這種情況下，壓力在進(jìn)氣沖程期間從點(diǎn)6至點(diǎn)I保持恒定。然后在點(diǎn)I處進(jìn)氣閥關(guān)閉，氣缸中的壓力從點(diǎn)I減小到點(diǎn)7。在隨后的壓縮沖程期間，壓力從點(diǎn)7增加到點(diǎn)1，抵消了先前跟蹤的路徑，并在壓縮沖程的剩余部分期間繼續(xù)到點(diǎn)2。最后的結(jié)果與進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉相同。即，有效地用于壓縮的沖程小于整個活塞沖程，因此對于增大的效率而言減小了有效壓縮比，同時也減少了每個循環(huán)的充入空氣的質(zhì)量。因?yàn)闅飧椎目偱艢馊莘e的僅僅一部分充滿充入空氣(即，氣缸工作容積被犧牲了)，所以米勒循環(huán)的效率增加(通常比奧托循環(huán)大百分之10至15)被指示的平均有效壓力(IMEP)和功率密度的降低負(fù)面地抵銷，所述降低是充入空氣損失的結(jié)果。因而，為了實(shí)現(xiàn)與奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)相同的功率量，米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)通常必須被制造得較大，或被增壓，或被更積極地增壓。另外，IVC發(fā)生得越晚或越早，活塞就移動得越快，因而，當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉時，空氣在進(jìn)氣閥上面流動得越快。這導(dǎo)致相當(dāng)大的泵送損失，其極大地減小了傳統(tǒng)的米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)效率(即，制動燃料消耗率(BSFC))
發(fā)明內(nèi)容
Scuderi的發(fā)動機(jī)是分開循環(huán)設(shè)計，其將傳統(tǒng)的奧托循環(huán)的四個沖程分到壓縮機(jī)和膨脹機(jī)對上面(以其最簡單的構(gòu)形)。壓縮機(jī)包括至少一個壓縮氣缸和相關(guān)聯(lián)的壓縮活塞，壓縮活塞往復(fù)通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程。膨脹機(jī)包括至少一個膨脹氣缸和相關(guān)聯(lián)的膨脹活塞，膨脹活塞往復(fù)通過膨脹(或做功)沖程和排氣沖程。膨脹機(jī)和壓縮機(jī)通過跨接通道相連。不管往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(RICE)是分開循環(huán)的還是傳統(tǒng)的，任何RICE的米勒循環(huán)操作都需要發(fā)動機(jī)構(gòu)形成使得與氣體在壓縮沖程期間的壓縮相比，氣體在膨脹沖程期間膨脹得更多。因而，氣體將在膨脹沖程期間過膨脹，導(dǎo)致效率的增加(即，制動燃料消耗率(BSFC)的減小)。在傳統(tǒng)的RICE中，米勒操作通常通過提前或延遲的進(jìn)氣閥關(guān)閉(IVC)實(shí)現(xiàn)。然而，在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)中，米勒循環(huán)操作可以通過相對于膨脹機(jī)排量物理地減小壓縮機(jī)排量來實(shí)現(xiàn)。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的米勒循環(huán)構(gòu)形構(gòu)造有渦輪增壓的進(jìn)氣歧管，并且已經(jīng)在I維的循環(huán)模擬軟件中建模，所述渦輪增壓的進(jìn)氣歧管連接到相對于分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的膨脹機(jī)縮小化的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)。在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)和米勒循環(huán)操作原理之間找到了幾個積極的相互作用，即I.相對于膨脹機(jī)縮小壓縮機(jī)以在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)中實(shí)現(xiàn)米勒操作不會浪費(fèi)一部分壓縮機(jī)排量而減少壓縮。相反，為了構(gòu)造傳統(tǒng)的RICE以在滿負(fù)荷時進(jìn)行米勒操作，其氣缸的大小必須適于其膨脹沖程的完全排量，且該排量的一部分必須被浪費(fèi)以在壓縮沖程期間提供提前或延遲的IVC。與具有米勒循環(huán)操作的傳統(tǒng)RICE相比，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)上的壓縮機(jī)排量的減小提供了總體上較高的制動平均有效壓力(BMEP)。2.壓縮機(jī)排量的減小在允許米勒循環(huán)操作的同時仍然在最佳截留質(zhì)量條件(即，最佳容積效率)時或接近時關(guān)閉進(jìn)氣閥。這導(dǎo)致與應(yīng)用于傳統(tǒng)RICE的米勒循環(huán)相比，泵送功減小，原因在于避免了在高活塞(因而空氣)速度的時期期間關(guān)閉進(jìn)氣閥。3.不管RICE是分開循環(huán)的還是傳統(tǒng)的，米勒因數(shù)(即，膨脹沖程期間的氣體膨脹與壓縮沖程期間的氣體壓縮之比)的大小確定了從分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)向渦輪增壓器壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換的壓縮工作負(fù)荷的水平。由于渦輪壓縮機(jī)通過廢氣經(jīng)由渦輪驅(qū)動，所以就曲軸能量而言其以較低的“成本”進(jìn)行壓縮，提供輸送到曲軸的功的凈增加。利用后冷卻，這還容許在總的壓縮過程中較遲冷卻，對于相同的壓力導(dǎo)致較低的壓縮結(jié)束溫度。較低的壓縮結(jié)束溫度的抑制爆震方面容許以更積極的米勒因數(shù)增加壓縮壓力，導(dǎo)致更高的總空氣和燃料流速，和因此更高的功率。以上提到的利用比傳統(tǒng)的RICE更積極的米勒因數(shù)操作的分開循環(huán)能力容許分開循環(huán)發(fā)動機(jī)更大地利用米勒循環(huán)的這些特性。4.對于給定的增壓水平，在發(fā)動機(jī)所利用的操作約束內(nèi)(即，爆震分?jǐn)?shù)、峰值膨脹機(jī)氣缸壓力等等)，當(dāng)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的容積效率均處于最佳值或最佳值附近時，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)是最有效率的。通常，壓縮機(jī)的容積效率被相對于進(jìn)氣歧管條件測量并且應(yīng)該是至少O. 75，更優(yōu)選地至少O. 8，甚至更優(yōu)選地至少O. 85，最優(yōu)選地至少O. 9。通常，膨脹機(jī)的容積效率被相對于環(huán)境條件測量并且應(yīng)該是至少O. 90,更優(yōu)選地至少I. O,甚至更優(yōu)選地至少I. I，最優(yōu)選地至少I. 2。更特別地，在發(fā)明的示例性實(shí)施例中，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)包括繞曲軸軸線可旋轉(zhuǎn)的曲軸和具有膨脹機(jī)氣缸工作容積的膨脹機(jī)。膨脹機(jī)包括可滑動地容納在膨脹氣缸內(nèi)的膨脹活塞，膨脹活塞操作性地連接到曲軸以使得膨脹活塞在曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過膨脹沖程和排氣沖程。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)還包括具有壓縮機(jī)氣缸工作容積的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)氣缸工作容積是膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之90或更小。壓縮機(jī)包括可滑動地容納在壓縮氣·缸內(nèi)的壓縮活塞，壓縮活塞操作性地連接到曲軸以使得壓縮活塞在曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程?？缃油ǖ朗箟嚎s氣缸和膨脹氣缸相互連接，跨接通道至少包括設(shè)置在其中的跨接膨脹閥。進(jìn)氣歧管連接到壓縮氣缸。增壓裝置連接到進(jìn)氣歧管并且可操作以向進(jìn)氣歧管提供I. 7巴絕對值或更大的增壓壓力水平。進(jìn)氣閥設(shè)置在進(jìn)氣歧管和壓縮氣缸之間并且可操作以控制它們之間的流體連通。進(jìn)氣閥具有進(jìn)氣閥關(guān)閉事件，其定時成提供O. 75或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮氣缸容積效率。壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供O. 90或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。增壓操作裝置可以是渦輪增壓器。壓縮機(jī)可以包括多個壓縮氣缸，膨脹機(jī)可以包括多個膨脹氣缸。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)也可以包括設(shè)置在跨接通道內(nèi)的跨接壓縮閥，其中跨接壓縮閥和跨接膨脹閥在其間形成壓力室。壓縮機(jī)氣缸工作容積可以是膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之80或更小、百分之75或更小、或甚至百分之70或更小。增壓裝置可以是可操作的以提供2. O巴絕對值或更大、2. 3巴絕對值或更大、或甚至2. 5巴絕對值或更大的增壓壓力水平。相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率可以是O. 80或更大、O. 85或更大、或甚至O. 90或更大，而相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率可以是I. O或更大、I. I或更大、或甚至I. 2或更大。還披露了操作分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的方法。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)包括繞曲軸軸線可旋轉(zhuǎn)的曲軸和具有膨脹機(jī)氣缸工作容積的膨脹機(jī)。膨脹機(jī)包括可滑動地容納在膨脹氣缸內(nèi)的膨脹活塞，膨脹活塞操作性地連接到曲軸以使得膨脹活塞在曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過膨脹沖程和排氣沖程。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)還包括具有壓縮機(jī)氣缸工作容積的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)包括可滑動地容納在壓縮氣缸內(nèi)的壓縮活塞，壓縮活塞操作性地連接到曲軸以使得壓縮活塞在曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程。跨接通道使壓縮氣缸和膨脹氣缸相互連接?？缃油ǖ乐辽侔ㄔO(shè)置在其中的跨接膨脹閥。進(jìn)氣歧管連接到壓縮氣缸。增壓裝置連接到進(jìn)氣歧管并且可操作以向進(jìn)氣歧管提供增壓壓力水平。進(jìn)氣閥設(shè)置在進(jìn)氣歧管和壓縮氣缸之間并且可操作以控制它們之間的流體連通。根據(jù)本發(fā)明的方法包括下列步驟將壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小設(shè)定為膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之90或更??；從增壓裝置向進(jìn)氣歧管輸送I. 7巴絕對值或更大的增壓壓力水平；對進(jìn)氣閥的關(guān)閉進(jìn)行定時以使得相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率是O. 75或更大；和相對于膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小，以使得壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供O. 90或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的本發(fā)明詳細(xì)說明將更全面地理解本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


在附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的橫截面圖；
圖2是被實(shí)施以提前和延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)米勒循環(huán)的現(xiàn)有技術(shù)的壓力-容積圖的圖解說明；圖3是根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的示例性實(shí)施例的橫向橫截面圖；圖4是通過圖2的線3-3截取的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的橫截面頂視圖，其中燃料噴射
器被疊置；圖5是在I. 7巴絕對值的固定增壓時，作為壓縮機(jī)沖程長度的函數(shù)的制動燃料消耗率(BSFC)、制動平均有效壓力(BMEP)和容積效率(Vol_Eff)的圖解說明；圖6是在滿發(fā)動機(jī)負(fù)荷和4000rpm的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、在I. 7巴絕對值、2. O巴絕對值和2. 3巴絕對值的增壓水平時，作為壓縮機(jī)沖程長度的函數(shù)的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的容積效率的圖解說明；圖7是活塞壓縮的溫度和壓力與之后跟著活塞壓縮的渦輪壓縮的溫度和壓力比較的圖解說明；圖8是在1400rpm(低速)和4000rpm(高速)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時，高和低效率渦輪增壓器的作為增壓水平的函數(shù)的整體渦輪增壓器效率假設(shè)的圖解說明；圖9是在1400rpm的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時，圖8的低效率渦輪增壓器和高效率渦輪增壓器的作為增壓水平(和對應(yīng)的壓縮機(jī)沖程長度)的函數(shù)的制動平均有效壓力(BMEP)和制動燃料消耗率(BSFC)的圖解說明；圖10是在4000rpm的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時，圖8的低效率渦輪增壓器和高效率渦輪增壓器的作為增壓水平(和對應(yīng)的壓縮機(jī)沖程長度)的函數(shù)的制動平均有效壓力(BMEP)和制動燃料消耗率(BSFC)的圖解說明；和圖11是在小于3巴絕對值的增壓和滿發(fā)動機(jī)負(fù)荷時，作為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)的制動平均有效壓力(BMEP)、壓縮氣缸峰值壓力和膨脹氣缸峰值壓力的圖解說明。
具體實(shí)施例方式為了參考和清楚而提供下面在本申請中使用的首字母縮寫詞和術(shù)語的定義的術(shù)語表。巴(Bar):壓力單位，1巴=IO5NZm2。巴-絕對倌(Bar-abs):參考絕對真空的壓力，B卩，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于I. 013巴-絕對值。麗歷制動平均有效壓力。術(shù)語“制動”是指在引起摩擦和寄生損失(FMEP)之后輸送到曲軸(或輸出軸)的輸出。制動平均有效壓力(BMEP)是按照平均有效壓力(MEP)值表達(dá)的發(fā)動機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩輸出。BMEP與用發(fā)動機(jī)排量除制動轉(zhuǎn)矩的結(jié)果成比例。其是在由摩擦引起的損失之后獲得的性能參數(shù)。因而，BMEP = IMEP-FMEP。摩擦，在這種情況下通常也用MEP值來表達(dá)，其是通常所說的摩擦平均有效壓力(或FMEP)。在該定義中，典型的摩擦值(損失)是FMEP的正值；換句話說，正的FMEP是提供給曲軸的功的凈減小。增壓或增壓壓力水平:來自增壓裝置例如渦輪增壓器的進(jìn)氣歧管壓力 ，以巴-絕對值計。制動燃料消耗率(BSFC):往復(fù)式發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃料效率的量度，它是用所產(chǎn)生的制動功率除燃料消耗率的結(jié)果并且通常以克/千瓦-小時(g/(kW*h))為單位來表達(dá)。BSFC也可以被看作功率-燃料消耗率。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī):在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的操作循環(huán)的壓縮沖程期間向至少一個公共膨脹氣缸提供壓縮空氣的壓縮氣缸和相關(guān)聯(lián)活塞的總數(shù)。通常，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)包括單個壓縮氣缸及其相關(guān)聯(lián)的壓縮活塞，然而，壓縮機(jī)可以包括多個壓縮氣缸和活塞。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)氣缸工作容積:壓縮機(jī)的每個壓縮氣缸的總的組合的氣缸工作容積(Vd)。氣缸的氣缸工作容積(Vd),傳統(tǒng)的或分開循環(huán)的當(dāng)活塞從其下Ih點(diǎn)位置移動到其上止點(diǎn)位置時活塞在發(fā)動機(jī)的氣缸內(nèi)移動過的容積。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的有效壓縮比當(dāng)氣缸的活塞處于其講氣閥關(guān)閉位置時在傳統(tǒng)發(fā)動坑氣缸內(nèi)的容積與當(dāng)氣缸的活塞處于其上止點(diǎn)位置時在氣缸內(nèi)的容積之比。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的膨脹機(jī):在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的操作循環(huán)的膨脹沖程期間從至少一個公共壓縮氣缸接收壓縮空氣的膨脹氣缸和相關(guān)聯(lián)活塞的總數(shù)。通常，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的膨脹機(jī)包括單個膨脹氣缸及其相關(guān)聯(lián)的膨脹活塞，然而，膨脹機(jī)可以包括多個膨脹氣缸和活塞。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的膨脹機(jī)氣缸工作容積:膨脹機(jī)的每個膨脹氣缸的總的組合的氣缸工作容積(Vd)。FMEP :摩擦平均有效壓力?？朔l(fā)動機(jī)摩擦加上寄生損失所需的理論平均有效壓力，可被看作由摩擦引起的平均有效壓力損失。這個討論的符號慣例是摩擦損失為正的FMEP 值。滿(100% )發(fā)動機(jī)負(fù)荷:發(fā)動機(jī)在規(guī)定轉(zhuǎn)速可產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的幾何壓縮比當(dāng)氣缸的活塞處于其下Ih點(diǎn)位置時在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的容積與當(dāng)氣缸的活塞處于其上止點(diǎn)位置時在氣缸內(nèi)的容積之比。傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的幾何膨脹比:對于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，其中壓縮沖程和膨脹沖程包含在相同的氣缸內(nèi)，壓縮比和膨脹比是相同的。指丞是指在引起摩擦損失之前輸送到活塞頂部的輸出。指示平均有效壓力QMEP):根據(jù)缸內(nèi)壓力計算的平均有效壓力。IMEP是P-V曲線內(nèi)的面積的積分，其也與用氣缸工作容積除指示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的結(jié)果成比例。實(shí)際上，所有指示轉(zhuǎn)矩和功率值都是這個參數(shù)的衍生物。IVC :進(jìn)氣閥關(guān)閉或進(jìn)氣閥關(guān)閉事件。進(jìn)氣閥相對于壓縮活塞下止點(diǎn)(BDC)的關(guān)閉的定時。提如進(jìn)氣閥關(guān)閉是在BDC之如的進(jìn)氣閥關(guān)閉，延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉是在BDC之后的進(jìn)氣閥關(guān)閉。麗重空氣/燃料混合物在壓縮期間自燃的趨勢。爆震分?jǐn)?shù)(一般也稱為爆震指數(shù)或爆震界限或爆震數(shù)):預(yù)測的參數(shù)，其提供特定的空氣/燃料混合物在壓縮期間達(dá)到自燃的趨勢的相關(guān)指標(biāo)。自燃通常由爆震值分?jǐn)?shù)I表示，而沒有自燃趨勢通常由爆震分?jǐn)?shù)O表示。例如，爆震分?jǐn)?shù)O. 8表示自燃必須具備的物理和化學(xué)條件已經(jīng)達(dá)到產(chǎn)生自燃所需的值的80%。醒毫米。寄生損失發(fā)動機(jī)招致的操作附件和輔助裝置的能量損失，其包括驅(qū)動一些對象·例如泵和發(fā)電裝置的能量。這些損失減小了發(fā)動機(jī)的制動輸出。功率密度(或比功率)制動功率(在曲軸處產(chǎn)生的功率)/發(fā)動機(jī)排量，其通常被表達(dá)為千瓦/升或馬力/升。_:往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)。具有往復(fù)式活塞和內(nèi)部燃燒過程的任何發(fā)動機(jī)。其可以是傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)或分開循環(huán)發(fā)動機(jī)。RPM :每分鐘的轉(zhuǎn)速。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)氣缸工作容積:分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)氣缸工作容積的總和。Turbo :渦輪增壓器。氣缸的容積效率，傳統(tǒng)的或分開循環(huán)的:縮寫為Vol_Eff。在循環(huán)的封閉部分期間密閉在氣缸內(nèi)的實(shí)際空氣質(zhì)量與假設(shè)氣缸充滿與參考位置相同壓力和溫度的空氣的情況下將會密閉在氣缸的排氣容積中的理論空氣質(zhì)量之比。參考位置通常是周圍環(huán)境(即，處于大氣的溫度和壓力的空氣)或進(jìn)氣歧管條件(處于進(jìn)氣歧管溫度和壓力的空氣)。容積效率可以由下面的等式定義Vol_Eff = ma/(da*Vd),其中ma是每個循環(huán)密閉在氣缸中的空氣質(zhì)量，da是處于參考狀態(tài)的空氣的密度，Vd是在此定義的氣缸工作容積。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)的容積效率:在循環(huán)的封閉部分期間密閉在壓縮機(jī)內(nèi)的實(shí)際空氣質(zhì)量與假設(shè)氣缸充滿與參考位置相同壓力和溫度的空氣的情況下將會密閉在壓縮機(jī)排氣容積中的理論空氣質(zhì)量之比。分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的膨脹機(jī)的容積效率:在循環(huán)的封閉部分期間密閉在膨脹機(jī)內(nèi)的實(shí)際空氣質(zhì)量與假設(shè)氣缸充滿與參考位置相同壓力和溫度的空氣的情況下將會密閉在膨脹機(jī)排氣容積中的理論空氣質(zhì)量之比。Xover (Xovr):跨接?，F(xiàn)在詳細(xì)參考附圖中的圖3和4，附圖標(biāo)記50通常表示根據(jù)本發(fā)明的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的示例性實(shí)施例。發(fā)動機(jī)50包括可沿順時針方向繞曲軸軸線54旋轉(zhuǎn)的曲軸52,如圖中所示。曲軸52包括相鄰的有角度地移動的前導(dǎo)曲柄臂和跟隨曲柄臂56、58，它們分別連接到連桿60、62。發(fā)動機(jī)50還包括氣缸體64，其限定了一對相鄰的氣缸，特別地壓縮氣缸66和膨脹氣缸68，其在與曲軸52相對的氣缸一端被氣缸蓋70封閉。
壓縮活塞72容納在壓縮氣缸66內(nèi)(由此限定壓縮機(jī)￠6,72))并且連接到連桿62以便活塞在上止點(diǎn)(TDC)和下止點(diǎn)(BDC)位置之間往復(fù)運(yùn)動。膨脹活塞74容納在膨脹氣缸68內(nèi)(由此限定了膨脹機(jī)(68，74))并且連接到連桿60以便進(jìn)行相似的TDC/BDC往復(fù)運(yùn)動。在該實(shí)施例中，膨脹活塞74超前壓縮活塞72有20度曲柄角。換句話說，在膨脹活塞74到達(dá)其TDC位置之后曲軸再旋轉(zhuǎn)20度，壓縮活塞72到達(dá)其TDC位置。盡管圖中所示實(shí)施例示出了壓縮機(jī)包括僅僅一個壓縮氣缸，壓縮氣缸通過跨接通道連接到包括僅僅一個膨脹氣缸的膨脹機(jī)，但應(yīng)該懂得，壓縮機(jī)可以包括多于一個的與膨脹機(jī)相關(guān)聯(lián)且連接到膨脹機(jī)的壓縮氣缸，和/或膨脹機(jī)可以包括多于一個與壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)且連接到壓縮機(jī)的膨脹氣缸。然而，為了簡明，下面的描述涉及具有單個壓縮氣缸的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)與具有一個膨脹氣缸的膨脹機(jī)成對。如下面更詳細(xì)地說明的，壓縮機(jī)的氣缸工作容積(Vd)顯著小于膨脹機(jī)的氣缸工作容積(Vd)。更具體地說，壓縮機(jī)的排量可以是膨脹機(jī)排量的百分之90、百分之80、百分之 75、百分之70或更小。因而，與在壓縮沖程時氣體被壓縮相比，氣體在膨脹沖程中膨脹得更多，以實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)操作。氣缸蓋70提供了讓氣體流入、流出氣缸66、68和在氣缸66、68之間流動的結(jié)構(gòu)。按照氣流的次序，氣缸蓋包括進(jìn)氣歧管(或進(jìn)氣口)76，進(jìn)氣通過進(jìn)氣歧管被吸入壓縮氣缸66 ;一對分開的跨接(Xovr)通道(或口)78和79，壓縮空氣通過它們從壓縮氣缸66傳輸?shù)脚蛎洑飧?8 ;和排氣口 80，廢氣通過它從膨脹氣缸排出。流入壓縮氣缸66的氣流由向內(nèi)打開的提升類型的進(jìn)氣閥82控制。流入和流出每個跨接通道78和79的氣流由一對向外打開的提升閥控制，即，Xovr通道78、79入口端處的跨接壓縮(XovrC)閥86和跨接通道78、79出口端處的跨接膨脹(XovrE)閥88。流出排氣口 80的排氣流由向內(nèi)打開的提升類型排氣閥94控制。這些閥82、86、88和94可以任何合適的方式致動，例如通過機(jī)械驅(qū)動的凸輪、可變閥動技術(shù)等等。每個跨接通道78、79具有設(shè)置在其中的至少一個高壓燃料噴射器96。燃料噴射器96起作用將燃料噴射到跨接通道78、79內(nèi)的壓縮空氣充氣內(nèi)。發(fā)動機(jī)50還包括位于膨脹氣缸內(nèi)的合適位置的一個或多個火花塞98或其他點(diǎn)火裝置，在膨脹氣缸內(nèi)，混合的燃料和充入空氣可以在膨脹沖程期間被點(diǎn)燃和燃燒。發(fā)動機(jī)50還包括增壓裝置，例如渦輪增壓器100、增壓器、或類似裝置，其能將氣缸進(jìn)氣充氣壓力提升到并超過I. 7巴絕對值(例如，2巴絕對值，2. 3巴絕對值，2. 5巴絕對值，3巴絕對值或更大)。在這個實(shí)施例中，渦輪增壓器100包括驅(qū)動旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)104的廢氣渦輪102。渦輪具有廢氣入口 106，其連接成從發(fā)動機(jī)50的排氣口 80接收增壓廢氣。渦輪102利用廢氣的廢棄能量驅(qū)動壓縮機(jī)104，壓縮機(jī)104通過空氣入口 108吸入處于大氣壓的環(huán)境空氣并通過壓縮空氣出口 110排出增壓空氣。壓縮空氣穿過中間冷卻器112并以被增壓到大氣壓壓力之上的絕對壓力進(jìn)入壓縮氣缸66的進(jìn)氣歧管76。雖然渦輪增壓器100被表示為與中間冷卻器耦合的一級裝置，但應(yīng)該懂得，其他渦輪系統(tǒng)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因而，增壓裝置可以包括多級渦輪增壓，且該裝置可以與多級中間冷卻耦合。這種渦輪增壓器系統(tǒng)的例子包括但不局限于兩級系統(tǒng)、平行順序系統(tǒng)或調(diào)制系列順序系統(tǒng)。增壓裝置不特別受限于具體結(jié)構(gòu)，只要增壓裝置能將進(jìn)氣的壓力增大到大氣壓之上的某一數(shù)量即可。
在本分開循環(huán)發(fā)動機(jī)50中，渦輪增壓器100利用廢熱能量(本來會被分配到大氣的能量)做初始的壓縮功。這減小了發(fā)動機(jī)50的壓縮活塞72為了達(dá)到自然吸氣的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)對于規(guī)定充氣所實(shí)現(xiàn)的壓縮約束(例如，峰值氣缸壓力、溫度、爆震分?jǐn)?shù)等等)的相同目標(biāo)所需的總功。因而，當(dāng)使發(fā)動機(jī)50在其預(yù)定約束(峰值氣缸壓力、爆震分?jǐn)?shù)等等)極限內(nèi)操作時，渦輪增壓器系統(tǒng)100增壓得越大，能從壓縮機(jī)66、72轉(zhuǎn)移到渦輪增壓器壓縮機(jī)104的總壓縮功負(fù)荷就越多。結(jié)果，在增大增壓壓力而不超過發(fā)動機(jī)的操作約束的情況下，壓縮機(jī)66相對于膨脹機(jī)68的大小可以逐漸減小。壓縮機(jī)相對于膨脹機(jī)的這個縮小化極大地增大了米勒因數(shù)(即，在膨脹沖程期間的氣體膨脹與在壓縮沖程期間的氣體壓縮之比)，因而增大了制動平均有效壓力(BMEP)并降低了制動燃料消耗率(BSFC)。壓縮機(jī)排量相對于膨脹機(jī)排量的減小容許米勒循環(huán)操作，同時仍然在最佳密閉質(zhì)量條件(即，相對于75%、80%、85%、90%或更大的進(jìn)氣歧管條件的最佳壓縮機(jī)容積效率)或接近該條件時關(guān)閉進(jìn)氣閥82。與傳統(tǒng)的米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)相比，將壓縮氣缸66縮小化以實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)操作導(dǎo)致泵送功的減小，傳統(tǒng)的米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)利用提前或延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)相同的米勒循環(huán)操作。泵送功的減小是由于在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)50的操作循環(huán)中的高活塞72(因而空氣)速度期間避免了進(jìn)氣閥82的關(guān)閉。相反，活塞速度和泵送損失在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)中會顯著增加，因?yàn)閷τ诿桌詹僮鞫赃M(jìn)氣閥逐漸地較遲或較早關(guān)閉(即，因?yàn)閴嚎s機(jī)容積效率逐漸變得較劣)。結(jié)果，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)50能獲得比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)更積極的米勒因數(shù)操作和好處。另外，在分開循環(huán)發(fā)動機(jī)中將壓縮機(jī)縮小來獲得米勒操作不會浪費(fèi)一部分壓縮機(jī)排量。相反，為了構(gòu)造用于滿負(fù)荷的米勒操作的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，其氣缸必須具有用于其膨脹沖程的滿排量的大小，并且該排量的一部分一定必需被浪費(fèi)以適應(yīng)壓縮沖程期間的提前或延遲進(jìn)氣閥關(guān)閉。因此，減少分開循環(huán)發(fā)動機(jī)上的壓縮機(jī)排量提供了總體上比具有米勒循環(huán)操作的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)更高的制動平均有效壓力(BMEP)。如圖5中所示，必須小心地使增壓與壓縮機(jī)排量相匹配以產(chǎn)生最佳性能。不足的增壓和/或壓縮機(jī)排量將導(dǎo)致不足的膨脹機(jī)填充，如向圖5的左側(cè)所示。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)膨脹 機(jī)的容積效率變得不期望地低時(即，當(dāng)相對于環(huán)境條件測量時低于O. 90)，性能不是最佳的。如果膨脹機(jī)容積效率太低，這表示壓縮機(jī)沒有足以填充膨脹機(jī)的氣缸工作容積，并且發(fā)動機(jī)的性能將受到損害。更特別地，如圖5中所示，對于給定的增壓水平，在發(fā)動機(jī)所用的操作約束內(nèi)，當(dāng)壓縮機(jī)和膨脹機(jī)兩者的容積效率處于或接近最佳時，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)是最有效率的。在圖5中，將渦輪增壓器100設(shè)置為提供I. 7巴絕對值的恒定增壓給發(fā)動機(jī)50的進(jìn)氣歧管76，并且進(jìn)氣閥82關(guān)閉(IVC)定時被用于防止膨脹氣缸68的峰值氣缸壓力(PCP)的約束超過預(yù)定的最大值。另外，壓縮機(jī)(66，72)和膨脹機(jī)(68，74)被設(shè)置成具有87mm的固定鏜孔直徑，并且膨脹機(jī)也被設(shè)置成具有87mm的固定沖程長度。壓縮機(jī)沖程長度在50mm至90_之間變化(即，壓縮機(jī)的氣缸工作容積通過改變壓縮活塞72的沖程長度的大小而變化)。圖5的上圖120將制動燃料消耗率(BSFC)表示為壓縮機(jī)沖程長度的函數(shù)。圖5的中圖122將制動平均有效壓力(BMEP)表示為壓縮機(jī)沖程長度的函數(shù)。圖5底部的兩個圖124，126將容積效率表示為壓縮機(jī)沖程長度的函數(shù)，其中壓縮機(jī)容積效率126參考進(jìn)氣歧管條件，膨脹機(jī)的容積效率124參考環(huán)境條件。在50_壓縮機(jī)沖程長度，壓縮機(jī)出6，72)氣缸工作容積僅僅是膨脹機(jī)出8，74)氣缸工作容積的百分之57(即，50_/87_ = O. 57)。在這個縮小化的壓縮機(jī)氣缸工作容積，進(jìn)氣閥82可操作以提供最大的容積效率，同時發(fā)動機(jī)50繼續(xù)在膨脹機(jī)氣缸68的峰值壓力極限以下良好地操作。即，進(jìn)氣閥82被定時成在最佳(或最大)密閉質(zhì)量條件關(guān)閉，其中當(dāng)參考進(jìn)氣歧管76條件時，壓縮機(jī)容積效率是大約O. 92 (理論容積效率極限值是I. 00)。然而,在50mm沖程，即使當(dāng)在O. 92的最大容積效率操作時,壓縮機(jī)的大小也太小以致不能在該增壓水平充分地填充膨脹機(jī)。結(jié)果，膨脹機(jī)的容積效率不能處于接受的低，當(dāng)參考環(huán)境條件時其值為O. 85 (其中小于O. 90的膨脹機(jī)容積效率被認(rèn)為是不合乎要求的)。相應(yīng)地和不期望地，BMEP下降到大約10. 8巴(圖122)，BSFC升高到大約285克/千瓦-小時(圖120)。參考圖5，當(dāng)壓縮機(jī)沖程長度從50mm增加到65mm時，進(jìn)氣閥82繼續(xù)在最佳密閉質(zhì)·量條件關(guān)閉并且壓縮機(jī)繼續(xù)在O. 92的最大容積效率操作。另外，當(dāng)壓縮機(jī)沖程從50mm增加到65mm時，由于膨脹機(jī)從壓縮機(jī)接收更大量的充入空氣，所以膨脹機(jī)容積效率從O. 85增加到I. 10。當(dāng)膨脹機(jī)容積效率增加時，膨脹氣缸68的峰值壓力持續(xù)上升，直到當(dāng)膨脹機(jī)容積效率達(dá)到I. 10時達(dá)到峰值壓力的預(yù)定極限為止。在65mm的壓縮機(jī)沖程長度，壓縮機(jī)氣缸工作容積是膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之75( S卩，65mm/87mm = O. 75)。在這個壓縮機(jī)容積與膨脹機(jī)容積之比下，發(fā)動機(jī)50的操作條件如下I)增壓壓力是I. 7巴絕對值；2)壓縮機(jī)容積效率相對于進(jìn)氣歧管條件達(dá)到最大值O. 92 ；3)膨脹機(jī)容積效率相對于環(huán)境條件達(dá)到最大值I. 10 ;和4)膨脹機(jī)峰值壓力處于其預(yù)定最大極限。實(shí)質(zhì)上，對于I. 7巴絕對值的給定增壓水平，當(dāng)在預(yù)定峰值膨脹氣缸壓力極限內(nèi)操作時，進(jìn)氣閥82被定時成提供相對于進(jìn)氣歧管條件的O. 92的最佳壓縮機(jī)容積效率，壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小是膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之75以提供相對于環(huán)境條件的I. 10的最大膨脹機(jī)容積效率。在這些最佳參數(shù)下，米勒循環(huán)操作是最有益的且發(fā)動機(jī)50以12. 8巴的峰值BMEP和282克/千瓦-小時的最小BSFC操作。應(yīng)該注意，分開循環(huán)發(fā)動機(jī)50 (和通常的分開循環(huán)發(fā)動機(jī))能在小于理想操作參數(shù)的情況下運(yùn)行并且仍然從米勒循環(huán)操作獲得相當(dāng)大的好處。然而，為了讓米勒循環(huán)操作的好處對分開循環(huán)發(fā)動機(jī)具有實(shí)際意義，應(yīng)該滿足或超過下面的閾值發(fā)動機(jī)操作參數(shù)I)增壓裝置可操作地向進(jìn)氣歧管提供I. 7巴絕對值或更大的增壓壓力水平；2)進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O. 75或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率；和3)壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供O. 90或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。還應(yīng)該注意，膨脹機(jī)容積效率主要取決于兩個參數(shù)，對進(jìn)氣歧管的增壓壓力水平和相對于膨脹機(jī)氣缸工作容積的壓縮機(jī)氣缸工作容積。主要是增壓壓力水平和壓縮機(jī)排量的組合提供合適的空氣質(zhì)量以填充膨脹機(jī)和獲得所需的膨脹機(jī)容積效率。再次參考圖5，對于大于65mm的壓縮機(jī)沖程，壓縮機(jī)相對于膨脹機(jī)變得太大以致不能在不超過預(yù)定峰值膨脹氣缸壓力的情況下保持O. 92的最大壓縮機(jī)容積效率。因而，為了保持膨脹機(jī)容積效率和防止膨脹氣缸峰值壓力超過其極限值，當(dāng)壓縮機(jī)沖程增加時，進(jìn)氣閥82必須較早或較遲地逐漸關(guān)閉，從而犧牲了壓縮機(jī)容積效率。結(jié)果，BSFC和BMEP受到損害。例如，在90mm的壓縮機(jī)沖程長度，BSFC從282克/千瓦-小時升高到最大值305克/千瓦-小時，BMEP從12. 8巴下降到10巴的最小值。圖6表示當(dāng)以4000RPM和滿負(fù)荷條件操作米勒循環(huán)時，對于各個的增壓水平 數(shù)，對于汽油發(fā)動機(jī)而言其通常在峰值膨脹機(jī)氣缸壓力被超過之前被超過。如前所述，發(fā)動機(jī)50的壓縮機(jī)(66，72)和膨脹機(jī)(68，74)被設(shè)定成具有87mm的固定鏜孔直徑，膨脹機(jī)還被設(shè)定成具有87_的固定沖程長度。因而，壓縮機(jī)的氣缸工作容積通過改變壓縮活塞72的沖程長度的大小而變化。重要的是注意，和圖5中所示的情況不同，進(jìn)氣閥82的進(jìn)氣閥關(guān)閉(IVC)定時不改變。相反，IVC定時被固定在其最佳密閉質(zhì)量條件以與增壓水平或壓縮機(jī)排量無關(guān)地將壓縮機(jī)容積效率最大化在O. 90或更大。參考圖6，繪出了三對壓縮機(jī)和膨脹機(jī)容積效率圖-壓縮機(jī)沖程長度。每個壓縮機(jī)容積效率圖132、136、140參考進(jìn)氣歧管條件，每個膨脹機(jī)容積效率圖130、134、138參考環(huán)境條件。圖132和130分別表示對于I. 7巴絕對值的增壓水平，在60mm至80mm的壓縮機(jī)沖程范圍上，壓縮機(jī)(66，72)和膨脹機(jī)￠8,74)的容積效率。圖136和134分別表示對于2. O巴絕對值的增壓水平，在55mm至70mm的壓縮機(jī)沖程范圍上，壓縮機(jī)出6，72)和膨脹機(jī)(68，74)的容積效率。圖140和138分別表示對于2. 3巴絕對值的增壓水平，在45mm至65mm的壓縮機(jī)沖程范圍上，壓縮機(jī)(66，72)和膨脹機(jī)￠8,74)的容積效率。在每一種上述情況下，壓縮機(jī)沖程被掃過直到對于每個增壓水平，即I. 7,2. O和2.3巴絕對值，達(dá)到同樣的預(yù)定爆震分?jǐn)?shù)極限(142，144和146)為止。對于1.7巴增壓，在大約77mm的壓縮機(jī)沖程長度和大約I. 28的膨脹機(jī)容積效率處達(dá)到爆震分?jǐn)?shù)極限142。對于2. O巴增壓，在大約68mm的壓縮機(jī)沖程長度和大約I. 37的膨脹機(jī)容積效率處達(dá)到爆震分?jǐn)?shù)極限144。對于2. 3巴增壓，在大約62mm的壓縮機(jī)沖程長度和大約I. 43的膨脹機(jī)容積效率處達(dá)到爆震分?jǐn)?shù)極限146。汽油分開循環(huán)發(fā)動機(jī)50的下面三個重要特性可從圖6中所示的圖系(130，132，134，136，138 和 140)得到I)當(dāng)在最大密閉質(zhì)量條件操作進(jìn)氣閥關(guān)閉時，壓縮機(jī)的容積效率(132，136和140)與增壓水平或壓縮機(jī)大小無關(guān)地保持基本上恒定。2)對于同樣的爆震分?jǐn)?shù)極限(142，144和146)，當(dāng)增壓水平增加時(從I. 7至2. O至2. 3巴絕對值),壓縮機(jī)大小分別減小(從77mm至68mm至62mm)。3)對于同樣的爆震分?jǐn)?shù)極限(142，144和146)，即使壓縮機(jī)大小隨著增大的增壓而減小，膨脹機(jī)的容積效率(130，134和138)也增大(從I. 28至I. 37至I. 43)。結(jié)果，由于膨脹機(jī)容積效率增大，空氣質(zhì)量和燃料流量也必須增大，因而，比功率也增大。
參考圖7，溫度-壓縮比較結(jié)果說明了利用米勒操作的本分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的另一個優(yōu)點(diǎn)。圖150表示具有純的活塞壓縮布置(及，自然吸氣、沒有米勒操作、沒有渦輪增壓器)的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮氣缸內(nèi)的溫度-壓縮壓力。圖152表示在活塞壓縮之前具有渦輪增壓和中間冷卻布置(即，米勒操作)的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮氣缸的溫度-壓縮壓力。與純的活塞壓縮圖150相比，對于相同的壓縮壓力結(jié)果，渦輪增壓/中間冷卻圖152導(dǎo)致低得多的最終溫度。例如，在40巴絕對值的壓縮壓力結(jié)束，用于渦輪增壓/中間冷卻布置的壓縮氣缸內(nèi)的溫度如圖152中所示是大約475攝氏度，而純的活塞壓縮布置的壓縮氣缸內(nèi)的溫度如圖150中所示是大約550攝氏度。無論發(fā)動機(jī)是傳統(tǒng)的還是分開循環(huán)的，該較低的溫度優(yōu)勢對于任何渦輪增壓/中間冷卻的米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)來說通常都是真實(shí)的。然而，先前提到的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的使用比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)更積極的米勒因數(shù)操作的能力容許分開循環(huán)發(fā)動機(jī)在整個壓縮過程中比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)更遲地中間冷卻，這導(dǎo)致對于相同的壓力，其壓縮結(jié)束溫度比傳統(tǒng)米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)的壓縮結(jié)束溫度更低。
圖8-10表示渦輪增壓器效率對本分開循環(huán)發(fā)動機(jī)50中的米勒循環(huán)的性能增益的效果。圖8示出了在1400RPM和4000RPM兩個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速時，低和高效率渦輪增壓器系統(tǒng)的作為增壓水平的函數(shù)的整體渦輪增壓器效率的代表值。這些渦輪增壓器效率估計值被用于下面的米勒分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的循環(huán)分析中。更特別地，圖160代表在1400RPM的樂觀的整體渦輪增壓器效率估計值，圖162代表在1400RPM的悲觀的整體渦輪增壓器效率估計值。另外，圖164代表在4000RPM的樂觀的整體渦輪增壓器效率估計值，圖166代表在4000RPM的悲觀的整體渦輪增壓器效率估計值。盡管每個渦輪增壓器系統(tǒng)都是唯一的，但大體上可以說在較低轉(zhuǎn)速(例如1400RPM)的渦輪增壓器系統(tǒng)的整體渦輪增壓器效率不會與在較高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(例如4000RPM)的那些相同渦輪增壓器系統(tǒng)的整體渦輪增壓器效率偏離得太多。這在圖8中示出，其中對于高估計效率渦輪增壓器圖160和低估計效率渦輪增壓器圖162，在I. 7巴增壓至2. 9巴增壓的整個增壓范圍上，在1400RPM的整體效率在數(shù)值上靠得比較近。例如，對于圖162和160中的I. 7巴增壓，效率分別在大約47和53之間變化，對于圖162和160中的2. 9巴增壓，效率分別在大約46和52之間變化。相反，在4000RPM的整體渦輪增壓器效率在高估計效率情況圖164和低估計效率情況圖166之間在增壓范圍上具有明顯的分歧。例如，在圖166和164中在I. 7巴和2. O巴增壓之間的效率實(shí)質(zhì)上是相同的。然而，超過2. O巴增壓后，圖166和164基本上分開了，直到當(dāng)它們達(dá)到2. 9巴增壓時，高估計效率渦輪增壓器的整體效率是大約48 (圖164)，而低估計效率渦輪增壓器的整體效率是大約32。在渦輪增壓的米勒分開循環(huán)發(fā)動機(jī)中，例如圖9和10中所示的發(fā)動機(jī)50，這些整體渦輪增壓器效率和它們相應(yīng)的分歧對發(fā)動機(jī)性能具有深刻的影響。圖9表示對于圖8中例示的高效率渦輪增壓器和低效率渦輪增壓器兩者，在低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(HOOrpm)和滿負(fù)荷時在相同增壓水平范圍上的發(fā)動機(jī)性能(在BMEP和BSFC方面)。結(jié)合相應(yīng)的增壓水平以保持固定爆震分?jǐn)?shù)所需的壓縮機(jī)沖程長度(即，壓縮機(jī)大小)也在整個X軸上被示出。更特別地，圖170表示高效率渦輪增壓器在1400RPM的BMEP，圖172表示低效率渦輪增壓器在1400RPM的BMEP。另外，圖174表示高效率渦輪增壓器在1400RPM的BSFC，圖176表示低效率渦輪增壓器在1400RPM的BSFC。如看到的，由于在高效率渦輪增壓器和低效率渦輪增壓器兩者的1400RPM的整體渦輪 增壓器效率所經(jīng)過的路徑在I. 7巴增壓至2. 9巴增壓的增壓范圍上彼此相當(dāng)接近(如圖8的圖160和162中所示)，因此圖9的BSFC曲線174、176和BMEP曲線170、172也是這樣的。圖10表示對于圖8中例示的高效率渦輪增壓器和低效率渦輪增壓器兩者，在高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(4000rpm)和滿負(fù)荷時在相同增壓水平范圍上的發(fā)動機(jī)性能(在BMEP和BSFC方面)。結(jié)合相應(yīng)的增壓水平以保持固定爆震分?jǐn)?shù)所需的壓縮機(jī)沖程長度(即，壓縮機(jī)大小)也在整個X軸上被示出。更特別地，圖180表示高效率渦輪增壓器在4000RPM的BMEP，圖182表示低效率渦輪增壓器在4000RPM的BMEP。另外，圖184表示高效率渦輪增壓器在4000RPM的BSFC，圖186表示低效率渦輪增壓器在4000RPM的BSFC。在I. 7巴至2. O巴增壓的范圍內(nèi)，在高效率渦輪增壓器和低效率渦輪增壓器兩者的4000RPM的整體渦輪增壓器效率所經(jīng)過的路徑彼此相當(dāng)接近(如圖8的圖164和166中所示)。結(jié)果，圖9的BSFC曲線184、186和BMEP曲線180、182在I. 7巴至2. O巴的相同增壓范圍上所經(jīng)過的路徑也彼此相當(dāng)接近。然而，在2. O巴至2. 9巴的較高增壓水平，在高效率渦輪增壓器和低效率渦輪增壓器兩者的4000RPM的整體渦輪增壓器效率迅速分開(也如圖8的圖164和166中所示)。因而，在2. O至2. 9巴的該相同增壓范圍上，相關(guān)聯(lián)的BSFC曲線184、186和BMEP曲線180、182也迅速分開。圖9和10的進(jìn)一步比較顯示了在低和高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速操作時對于壓縮機(jī)沖程長度的可接受的折衷是大約55_?；?7_的固定膨脹機(jī)沖程長度，壓縮機(jī)的氣缸工作容積是膨脹機(jī)的氣缸工作容積的大約63% (即，55_/87_ = O. 63)。轉(zhuǎn)向圖11，發(fā)動機(jī)50的大小適于具有55mm沖程長度的壓縮機(jī)和具有87mm沖程長度的膨脹機(jī)。壓縮機(jī)和膨脹機(jī)兩者的鏜孔直徑被固定在87mm。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在滿負(fù)荷從1400變化至4000rpm并且應(yīng)用3巴絕對值或更小的渦輪增壓。假定渦輪增壓器系統(tǒng)的整體效率是圖8的低效率渦輪增壓器系統(tǒng)的整體效率(即，在1400RPM的圖162，在4000RPM的圖 166)。因而在圖11中，圖190是在1400至4000RPM的整個轉(zhuǎn)速范圍上發(fā)動機(jī)50的該實(shí)施例的滿負(fù)荷BMEP。圖192表示在巴-絕對值(從左邊的y軸讀取)中在整個轉(zhuǎn)速范圍上的峰值膨脹氣缸壓力。圖194代表在巴-絕對值(也從左邊的I軸讀取)中在整個轉(zhuǎn)速范圍上的峰值壓縮氣缸壓力。由于積極的米勒因數(shù)，大體上隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和BMEP增加的最后得到的峰值壓縮氣缸66壓力和峰值膨脹氣缸68壓力很低，積極的米勒因數(shù)提供增大的BMEP，原因在于當(dāng)提供最大的性能改進(jìn)方案時減小壓縮功而不是增加膨脹功。作為例子，在4000RPM的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和大約19巴的發(fā)動機(jī)BMEP，峰值膨脹氣缸壓力是大約94巴-絕對值，峰值壓縮氣缸壓力是大約79巴-絕對值?？偟膩碚f，峰值氣缸壓力越低，發(fā)動機(jī)性能和重量就越有利。因而，對于具有3500RPM或更大的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和15巴或更大的發(fā)動機(jī)BMEP的汽油分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，希望其峰值膨脹氣缸壓力小于120巴，更希望其峰值膨脹氣缸壓力小于110巴，最希望其峰值膨脹氣缸壓力小于100巴。另外，對于具有3500RPM或更大的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和15巴或更大的發(fā)動機(jī)BMEP的汽油分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，希望其峰值壓縮氣缸壓力小于100巴，更希望其峰值壓縮氣缸壓力小于90巴，最希望其峰值壓縮氣缸壓力小于80巴。發(fā)明和在此描述的發(fā)明的實(shí)施例不是使用特定燃料的。本領(lǐng)域技術(shù)人員會懂得本發(fā)明可以用于適合于任何往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用的任何燃料(例如，汽油、柴油、天然氣等等)。盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該懂得，在所描述的發(fā)明概念的精神和范圍內(nèi)可以作出許多改變。因而，本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施例，而是具有通過下列權(quán)利要求的語言限定的全部范圍?！?br> 權(quán)利要求
1.一種分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，包括 繞曲軸軸線可旋轉(zhuǎn)的曲軸； 具有膨脹機(jī)氣缸工作容積的膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)包括膨脹活塞，所述膨脹活塞可滑動地容納在膨脹氣缸內(nèi)，且操作性地連接到所述曲軸以使得所述膨脹活塞在所述曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過膨脹沖程和排氣沖程； 具有壓縮機(jī)氣缸工作容積的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)氣缸工作容積是膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之90或更小，所述壓縮機(jī)包括壓縮活塞，所述壓縮活塞可滑動地容納在壓縮氣缸內(nèi)，且操作性地連接到所述曲軸以使得所述壓縮活塞在所述曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程； 使所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸相互連接的跨接通道，所述跨接通道至少包括設(shè)置在其中的跨接膨脹閥； 連接到所述壓縮氣缸的進(jìn)氣歧管； 增壓裝置，其連接到所述進(jìn)氣歧管并且可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供I. 7巴絕對值或更大的增壓壓力水平； 進(jìn)氣閥，其設(shè)置在所述進(jìn)氣歧管和所述壓縮氣缸之間并且可操作以控制它們之間的流體連通，所述進(jìn)氣閥具有進(jìn)氣閥關(guān)閉事件，所述進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O. 75或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率；和 所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得所述壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供O. 90或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
2.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)氣缸工作容積是所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之80或更小。
3.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)氣缸工作容積是所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之75或更小。
4.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)氣缸工作容積是所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之70或更小。
5.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述增壓裝置可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供2. O巴絕對值或更大的增壓壓力水平。
6.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述增壓裝置可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供2. 3巴絕對值或更大的增壓壓力水平。
7.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述增壓裝置可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供2. 5巴絕對值或更大的增壓壓力水平。
8.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O.80或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率。
9.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O.85或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率。
10.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O. 90或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率。
11.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得所述壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供I. O或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
12.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得所述壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供I. I或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
13.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得所述壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供I. 2或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
14.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中 所述增壓裝置可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供2. O巴絕對值或更大的增壓壓力水平； 所述進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O. 80或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率；和 所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得所述壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供I. O或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
15.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中 所述增壓裝置可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供2. 3巴絕對值或更大的增壓壓力水平； 所述進(jìn)氣閥關(guān)閉事件被定時成提供O. 85或更大的相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率；和 所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得所述壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供I. I或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
16.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述增壓裝置是渦輪增壓器。
17.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述壓縮機(jī)包括多個壓縮氣缸。
18.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，其中所述膨脹機(jī)包括多個膨脹氣缸。
19.如權(quán)利要求I所述的分開循環(huán)發(fā)動機(jī)，包括設(shè)置在所述跨接通道中的跨接壓縮閥，所述跨接壓縮閥和所述跨接膨脹閥形成其間的壓力室。
20.一種操作分開循環(huán)發(fā)動機(jī)的方法，所述發(fā)動機(jī)包括 繞曲軸軸線可旋轉(zhuǎn)的曲軸； 具有膨脹機(jī)氣缸工作容積的膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)包括膨脹活塞，所述膨脹活塞可滑動地容納在膨脹氣缸內(nèi)，且操作性地連接到所述曲軸以使得所述膨脹活塞在所述曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過膨脹沖程和排氣沖程； 具有壓縮機(jī)氣缸工作容積的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)包括壓縮活塞，所述壓縮活塞可滑動地容納在壓縮氣缸內(nèi)，且操作性地連接到所述曲軸以使得所述壓縮活塞在所述曲軸的單個旋轉(zhuǎn)期間往復(fù)通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程； 使所述壓縮氣缸和所述膨脹氣缸相互連接的跨接通道，所述跨接通道至少包括設(shè)置在其中的跨接膨脹閥； 連接到所述壓縮氣缸的進(jìn)氣歧管； 增壓裝置，其連接到所述進(jìn)氣歧管并且可操作以向所述進(jìn)氣歧管提供增壓壓力水平；和 進(jìn)氣閥，其設(shè)置在所述進(jìn)氣歧管和所述壓縮氣缸之間并且可操作以控制它們之間的流體連通； 所述方法包括下列步驟 將所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小設(shè)定為所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之90或更小; 從所述增壓裝置向所述進(jìn)氣歧管輸送I. 7巴絕對值或更大的增壓壓力水平； 對所述進(jìn)氣閥的關(guān)閉進(jìn)行定時，以使得相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率是O. 75或更大；和 相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小，以使得所述壓縮機(jī)排量和增壓壓力水平的組合提供O. 90或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 將所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小設(shè)定為所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之80或更小。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 將所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小設(shè)定為所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之75或更小。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 將所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小設(shè)定為所述膨脹機(jī)氣缸工作容積的百分之70或更小。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 從所述增壓裝置向所述進(jìn)氣歧管輸送2. O巴絕對值或更大的增壓壓力水平。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 從所述增壓裝置向所述進(jìn)氣歧管輸送2. 3巴絕對值或更大的增壓壓力水平。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 從所述增壓裝置向所述進(jìn)氣歧管輸送2. 5巴絕對值或更大的增壓壓力水平。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 對所述進(jìn)氣閥的關(guān)閉進(jìn)行定時，以使得相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率是O. 80或更大。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 對所述進(jìn)氣閥的關(guān)閉進(jìn)行定時，以使得相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率是O. 85或更大。
29.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 對所述進(jìn)氣閥的關(guān)閉進(jìn)行定時，以使得相對于進(jìn)氣歧管條件的壓縮機(jī)容積效率是O. 90或更大。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小，以使得所述壓縮機(jī)排量和增壓壓力水平的組合提供I. O或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
31.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小，以使得所述壓縮機(jī)排量和增壓壓力水平的組合提供1.1或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
32.如權(quán)利要求20所述的方法，包括下列步驟 相對于所述膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定所述壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小，以使得所述壓縮機(jī)排量和增壓壓力水平的組合提供I. 2或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
全文摘要
分開循環(huán)發(fā)動機(jī)包括膨脹機(jī)，膨脹機(jī)包括容納在膨脹氣缸內(nèi)的膨脹活塞。壓縮機(jī)包括容納在壓縮氣缸內(nèi)的壓縮活塞?？缃油ǖ朗箟嚎s和膨脹氣缸相互連接。進(jìn)氣歧管連接到壓縮氣缸。提供1.7巴絕對值或更大增壓壓力水平的增壓裝置連接到進(jìn)氣歧管。進(jìn)氣閥設(shè)置在進(jìn)氣歧管和壓縮氣缸之間。進(jìn)氣閥關(guān)閉被定時成提供0.75或更大的壓縮機(jī)容積效率。壓縮機(jī)氣缸工作容積的大小相對于膨脹機(jī)氣缸工作容積設(shè)定，以使得壓縮機(jī)氣缸工作容積和增壓壓力水平的組合提供0.90或更大的相對于環(huán)境條件的膨脹機(jī)容積效率。
文檔編號F02B19/00GK102959195SQ201180031192
公開日2013年3月6日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者大衛(wèi)·P·布拉揚(yáng), 凱文·L·豪格, 薩爾瓦托雷·C·斯庫德里 申請人:史古德利集團(tuán)有限責(zé)任公司