CN101672221B - 八冲程发动机循环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种八冲程发动机循环，可以包括形成进气行程且包括使进气门开启且将第一燃料质量提供到燃烧室的第一行程。第二行程可以形成第一压缩行程，且第三行程可以形成包括第一做功行程的第一膨胀行程。第四行程和第六行程可以形成第二压缩行程和第三压缩行程，且第五行程和第七行程可以形成第二膨胀行程和第三膨胀行程。在第四行程或第六行程期间可以将第二燃料质量提供到燃烧室。在第二膨胀行程和第三膨胀行程期间进气门可以处于关闭位置，且在第二压缩行程和第三压缩行程期间与燃烧室连通的排气门可以处于关闭位置。第八行程可以形成包括使排气门开启的排气行程。

Description

八冲程发动机循环
技术领域
本发明涉及内燃机，且更具体地涉及用于内燃机的八冲程发动机循环。
背景技术
此部分中的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，且可能不构成现有技术。
常规的汽油内燃机运行可以包括四冲程发动机循环。四冲程循环可以包括将空气-燃料混合物提供到发动机气缸的第一进气行程，将空气-燃料混合物压缩的第二行程，将空气-燃料混合物点燃的第三行程(做功行程)，以及将残余的空气-燃料混合物和燃烧气体从气缸排放的第四行程。
发明内容
八冲程发动机循环可以包括第一行程，所述第一行程形成进气行程且包括开启进气门且将第一燃料质量提供到燃烧室。第二行程可以形成第一压缩行程，且第三行程可以形成第一膨胀行程，所述第一膨胀行程包括第一做功行程，在第一做功行程中在第一行程中提供的空气-燃料混合物被点燃。第四行程可以形成第二压缩行程，其中与燃烧室连通的排气门处于关闭位置。第五行程可以形成第二膨胀行程，其中进气门处于关闭位置。第六行程可以形成第三压缩行程，其中排气门处于关闭位置。在第四或第六行程期间，第二燃料质量可以提供到燃烧室。第七行程可以形成第三膨胀行程，其中进气门处于关闭位置。第八行程可以形成排气行程，所述排气行程包括开启排气门。
应用的进一步领域将从此处提供的描述中变得显见。应理解的是描述和具体例子仅意图于图示目的，且不意图于限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于图示目的，且不意图于以任何方式限制本发明的范围。
图1是发动机组件的示意性图示，图中描绘根据本公开的第一八冲程循环的第一行程；
图2是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第二行程；
图3是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第三行程；
图4是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第四行程；
图5是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第五行程；
图6是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第六行程；
图7是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第七行程；
图8是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第一八冲程循环的第八行程；
图9是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘根据本公开的第二八冲程循环的第一行程；
图10是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第二行程；
图11是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第三行程；
图12是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第四行程；
图13是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第五行程；
图14是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第六行程；
图15是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第七行程；和
图16是图1的发动机组件的示意性图示，图中描绘第二八冲程循环的第八行程。
具体实施方式
如下实施例在本质上仅是示范性的，且不意图于限制本公开、应用或使用。应理解的是在所有附图中，相应的附图标号指示类似的或相应的零件和特征。
如在图1至图16中可见，发动机组件10可以包括气缸体12、气缸盖14、曲轴16、活塞18(活塞的其中一个被示出)、配气机构组件20、火花塞22和燃料喷射器24。气缸体12可以限定气缸孔26(气缸孔的其中一个被示出)，每个气缸孔26都具有布置在其内的活塞18。应理解的是本发明教导应用于任何数目的活塞-气缸设备和多种发动机构造，包括但不限制于V型发动机、直列发动机和水平对置发动机，以及顶置凸轮轴构造和气缸体内置凸轮轴构造。
气缸盖14可以包括进气道28和排气道30、火花塞支座32和燃料喷射器支座34。气缸体12、气缸盖14和活塞18可以协作以限定燃烧室36。火花塞22可以位于火花塞支座32内，延伸到燃烧室36内且与之连通。燃料喷射器24可以位于燃料喷射器支座34内，延伸到燃烧室36内且与之连通，从而形成直接喷射构造。配气机构组件20可以由气缸盖14支承且可以包括进气凸轮轴38和排气凸轮轴40以及进气门组件42和排气门组件44。进气凸轮轴38可以与进气门组件42接合，且排气凸轮轴40可以与排气门组件44接合。
进气门组件42可以包括气门位移机构46和进气门48。气门位移机构46可以与进气门48和进气凸轮轴38接合，且可以选择地将运动从进气凸轮轴38传递，以使得进气门48在开启和关闭位置之间移位。气门位移机构46可以包括将进气门48通常偏置到关闭位置的偏置构件(未示出)，和与进气凸轮轴38的凸耳50接合的气门提升机构(未示出)。
气门提升机构可在第一模式和第二模式下运行。在第一模式下，气门提升机构可以在被凸耳50的顶点52接合时使进气门48移位到开启位置(见图1和图9)。在第二模式下，气门提升机构可以在被凸耳50的顶点52接合时允许进气门48维持在关闭位置(见图5和图13)。气门提升机构可以包括可在第一模式和第二模式下运行的多种空行程机构，以选择地在凸轮凸耳和气门组件之间传递运动。可以以多种方式包括但不限制于液压促动来促动气门提升机构。
排气门组件44可以包括气门位移机构54和排气门56。气门位移机构54可以与排气门56和排气凸轮轴40接合，且可以选择地将运动从排气凸轮轴40传递，以使排气门56在开启和关闭位置之间移位。气门位移机构54可以包括将排气门56通常偏置到关闭位置的偏置构件(未示出)，和与排气凸轮轴40的凸耳58接合的气门提升机构(未示出)。
气门提升机构可在第一模式和第二模式下如上所述相对于进气门组件42的气门提升机构运行。在第一模式下，气门提升机构可以在被凸耳58的顶点60接合时使排气门56移位到开启位置(见图8和图16)。在第二模式下，气门提升机构可以在被凸耳58的顶点60接合时允许排气门56保持在关闭位置(见图4和图12)。气门提升机构可以包括可在第一模式和第二模式下运行的多种空行程机构，以选择地在凸轮凸耳和气门组件之间传递运动。气门提升机构可以以多种方式中被促动，包括但不限制于液压促动。虽然示出为单个进气门48和单个排气门56，但是应理解的是任意数目的进气门和排气门可以用于给定的气缸26。
图1至图8大体图示出根据本公开的八冲程发动机循环的第一非限制性实施例。如在图1中可见，八冲程发动机循环的第一行程可以包括进气行程。第一行程可以包括使进气门48处于开启位置，排气门56处于关闭位置，且第一燃料质量62被燃料喷射器24喷射到燃烧室36内。在第一行程期间进气门组件42和排气门组件44的气门提升机构在第一模式下运行且可以在第一行程后切换到第二模式。在图2中可见，第二模式可以形成第一压缩行程。第二行程可以直接跟随第一行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。
如在图3中可见，第三行程可以形成第一膨胀行程。第三行程可以直接跟随第二行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。第三行程可以包括第一做功行程，在第一做功行程中，在第一行程期间提供的空气-燃料混合物被点燃。空气-燃料混合物的点燃可以包括通过火花塞22的火花点燃。从图4中可见，第四行程可以形成第二压缩行程。第四行程可以直接跟随第三行程，且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。第四行程可以包括将第二燃料质量64喷射到燃烧室36内。
如在图5中可见，第五行程可以形成第二膨胀行程。第五行程可以直接跟随第四行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。第五行程可以包括第二做功行程，在第二做功行程中气缸内的来自第一做功行程残余的空气和第二燃料质量被点燃。空气-燃料混合物的点燃可以包括通过火花塞22的火花点燃或压缩点燃。从图6中可见，第六行程可以形成第三压缩行程。第六行程可以直接跟随第五行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。
如在图7中可见，第七行程可以形成第三膨胀行程。第七行程可以直接跟随第六行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。在第七行程后，进气门组件42和排气门组件44的气门提升机构可以切换回到第一模式。从图8中可见，第八行程可以形成排气行程。第八行程可以包括使进气门48处于关闭位置且使排气门56处于开启位置。在第八行程期间，排气可以离开燃烧室36。
图9至图16大体图示出根据本公开的八冲程发动机循环的第二非限制性例子。在图9中可见，八冲程发动机循环的第一行程可以包括进气行程。第一行程可以包括使进气门48处于开启位置，排气门56处于关闭位置，且第一燃料质量66被燃料喷射器24喷射到燃烧室36内。在第一行程期间进气门组件42和排气门组件44的气门提升机构可以在第一模式下运行且可以在第一行程后切换到第二模式。在图10中可见，第二模式可以形成第一压缩行程。第二行程可以直接跟随第一行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。
如在图11中可见，第三行程可以形成第一膨胀行程。第三行程可以直接跟随第二行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。第三行程可以包括第一做功行程，在第一做功行程中，在第一行程期间提供的空气-燃料混合物被点燃。空气-燃料混合物的点燃可以包括通过火花塞22的火花点燃。从图12中可见，第四行程可以形成第二压缩行程。第四行程可以直接跟随第三行程，且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。
如在图13中可见，第五行程可以形成第二膨胀行程。第五行程可以直接跟随第四行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。从图14中可见，第六行程可以形成第三压缩行程。第六行程可以直接跟随第五行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。第六行程可以包括将第二燃料质量68喷射到燃烧室36内。
如在图15中可见，第七行程可以形成第三膨胀行程。第七行程可以直接跟随第六行程且可以包括使进气门48和排气门56中每个都处于关闭位置。第七行程可以包括第二做功行程，在第二做功行程中，气缸内的来自第一做功行程残余的空气和第二燃料质量被点燃。空气-燃料混合物的点燃可以包括通过火花塞22的火花点燃或压缩点燃。在第七行程后，进气门组件42和排气门组件44的气门提升机构可以切换回到第一模式。从图16中可见，第八行程可以形成排气行程。第八行程可以包括使进气门48处于关闭位置且使排气门56处于开启位置。在第八行程期间，排气可以离开燃烧室36。
在以上所述的第一和第二八冲程发动机循环例子中，燃烧室36从第二行程至第七行程可以大体密封。更具体地，进气门48可以从第二行程至第八行程被关闭，且排气门56可以从第一行程至第七行程被关闭。每个行程可以大致对应于曲轴16的大约180度旋转和凸轮轴38、40的90度旋转。进气凸轮轴38和排气凸轮轴40可以每个以大致曲轴转速的一半旋转。
为完成以上所述的八冲程循环的任一个，在第一行程后进气门和排气门提升机构可以从第一模式切换到第二模式，且在第八行程前切换回到第一模式。喷射到燃烧室36内的第一燃料质量62、66和第二燃料质量64、68也可以被控制以提供用于八冲程发动机循环的希望的空燃比。通过非限制性例子，在第一行程期间提供的空燃比可以是大于14.7比1的稀薄空燃比。更具体地，空燃比可以大于16比1。在本非限制性例子中，燃料可以包括汽油且在第一行程期间提供的空燃比大于18比1，且大约为20比1。然而，应理解的是本教导应用于包括甲烷的多种其他燃料。在第一行程期间提供在燃烧室36内的氧浓度可以包括至少百分之十的氧。在本非限制性例子中，在第一行程期间燃烧室36内的氧浓度可以大约为百分之二十。
在第一和第二八冲程发动机循环中的每个的第一行程期间提供的空燃比可以在第三行程(第一做功行程)后在燃烧室36内提供残余氧浓度。残余氧浓度可以包括燃烧室内的至少百分之五的氧浓度。在本非限制性例子中，在第三行程后的燃烧室36内的氧浓度可大约为百分之八。喷射到燃烧室36内的第二燃料质量64、68可以基于燃烧室36内的氧浓度调整，以提供大约为14.7比1的大体化学计量的空燃比。因此，在第八行程期间离开燃烧室36的排气可以具有大体化学计量的空燃比，从而允许使用常规的排气后处理部件。
在图1至图16中示出的发动机组件10可以通过使用燃料喷射器24和气门位移机构46、54在以上所述的八冲程循环和常规的四冲程循环之间来切换。具体地，在以上所述的八个行程中的每个行程期间进气门提升机构和排气门提升机构可以在第一模式下运行以提供常规的四冲程发动机运行。因此，四冲程循环的第一行程可以类似于图1和图9，第二行程可以类似于图2和图10，第三行程可以类似于图3和图11，且第四行程可以类似于图8和图16。如上所述，进气门提升机构和排气门提升机构可以选择地切换到第二模式，以提供在八冲程循环中的发动机运行。在重发动机负荷情况期间发动机组件10可以在四冲程循环中运行，且在轻发动机负荷情况期间可以在八冲程循环中运行。
此外，发动机组件10在四冲程循环运行和八冲程循环运行期间可以具有相同的发火频率和发火次序。发火次序和发火频率可以是相同的，因为每720度曲轴旋转对于每个气缸孔26存在两个发火行为，尽管对于八冲程循环中的每个在每720度曲轴旋转中仅存在一个进气门开启行为和一个排气门开启行为。
应进一步理解的是虽然图示出直接喷射系统，但也可以使用两个喷射器系统。例如，一个喷射器可以直接与燃烧室连通，如在图1至图16中图示，同时第二喷射器与进气口或进气歧管连通。第二喷射器可以用于八冲程发动机循环期间的第一燃料喷射，且第二喷射器可以用于第二燃料喷射。

Claims (20)

1.一种运行发动机的方法，包括：
在八冲程模式下运行发动机，包括：
形成进气行程且包括使进气门开启以提供空气源和燃烧室之间的连通的第一行程，所述燃烧室由限定气缸孔的发动机结构和布置在所述气缸孔内的活塞形成，所述第一行程进一步包括将第一燃料质量提供到所述燃烧室；
直接跟随所述第一行程且形成第一压缩行程的第二行程；
直接跟随所述第二行程且形成第一膨胀行程的第三行程，所述第一膨胀行程包括第一做功行程，在所述第一做功行程中，在第一行程中提供的空气-燃料混合物被点燃；
直接跟随所述第三行程且形成第二压缩行程的第四行程，所述第四行程包括使与燃烧室连通的排气门处于关闭位置且防止气体从所述燃烧室内排放；
直接跟随所述第四行程且形成第二膨胀行程的第五行程，所述第二膨胀行程包括使进气门处于关闭位置；
直接跟随所述第五行程且形成第三压缩行程的第六行程，所述第三压缩行程包括使排气门处于关闭位置，在所述第四行程或第六行程期间将第二燃料质量提供到所述燃烧室；
直接跟随所述第六行程且形成第三膨胀行程的第七行程，所述第三膨胀行程包括使进气门处于关闭位置；和
直接跟随所述第七行程的第八行程，所述第八行程形成排气行程且包括使排气门开启。
2.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中进气门从所述第二行程至所述第八行程处于关闭位置。
3.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中排气门从所述第一行程至所述第七行程处于关闭位置。
4.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中所述燃烧室大体从所述第二行程至所述第七行程被密封。
5.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中所述第一做功行程包括在所述第一行程中提供的空气-燃料混合物的火花点燃。
6.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中直接跟随将第二燃料质量提供到所述燃烧室的行程包括第二做功行程。
7.根据权利要求6所述的运行发动机的方法，其中所述第二做功行程包括所述第二燃料质量的火花点燃。
8.根据权利要求6所述的运行发动机的方法，其中所述第二做功行程包括所述第二燃料质量的压缩点燃。
9.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中在所述第一行程期间提供的空燃比大于14.7比1。
10.根据权利要求9所述的运行发动机的方法，其中在所述第一做功行程后所述燃烧室包括至少5％的氧浓度。
11.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中所述第一燃料质量和第二燃料质量直接喷射到所述燃烧室内。
12.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中所述运行包括通过控制气门提升机构来防止进气门和排气门在第四行程和第五行程期间的开启。
13.根据权利要求12所述的运行发动机的方法，进一步包括通过允许第四行程期间的排气门开启和第五行程期间的进气门开启使发动机在四冲程模式下运行。
14.根据权利要求13所述的运行发动机的方法，其中发动机包括布置在气缸内的多个活塞，所述活塞在四冲程模式和八冲程模式中具有相同的发火频率。
15.根据权利要求14所述的运行发动机的方法，其中所述活塞在四冲程模式下的发火次序与所述活塞在八冲程模式下的发火次序相同。
16.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中所述第一行程、第二行程、第三行程、第四行程、第五行程、第六行程、第七行程和第八行程中的每个都对应于与活塞接合的曲轴的大约180度旋转。
17.根据权利要求16所述的运行发动机的方法，其中与进气门和排气门接合的凸轮轴以大约曲轴转速一半的转速旋转。
18.根据权利要求1所述的运行发动机的方法，其中在所述排气行程期间离开所述燃烧室的排气具有大约14.7比1的空燃比。
19.一种以八冲程模式运行发动机的方法，包括：
形成进气行程且包括使进气门开启以提供空气源和燃烧室之间的连通的第一行程，所述燃烧室由限定气缸孔的发动机结构和布置在所述气缸孔内的活塞形成，所述第一行程进一步包括将第一燃料质量提供到所述燃烧室；
直接跟随所述第一行程且形成第一压缩行程的第二行程；
直接跟随所述第二行程且形成第一膨胀行程的第三行程，所述第一膨胀行程包括第一做功行程，在所述第一做功行程中，在所述第一行程中提供的空气-燃料混合物被点燃；
直接跟随所述第三行程且形成第二压缩行程的第四行程，所述第四行程包括使与所述燃烧室连通的排气门处于关闭位置且防止气体从所述燃烧室内排放，且包括将第二燃料质量提供到所述燃烧室；
直接跟随所述第四行程且形成第二膨胀行程的第五行程，所述第二膨胀行程包括其中将第二燃料质量点燃的第二做功行程；
直接跟随所述第五行程且形成第三压缩行程的第六行程，所述第三压缩行程包括使排气门处于关闭位置；
直接跟随所述第六行程且形成第三膨胀行程的第七行程，所述第三膨胀行程包括使进气门处于关闭位置；和
直接跟随所述第七行程的第八行程，所述第八行程形成排气行程且包括使排气门开启。
20.一种以八冲程模式运行发动机的方法，包括：
形成进气行程且包括使进气门开启以提供空气源和燃烧室之间的连通的第一行程，所述燃烧室由限定气缸孔的发动机结构和布置在所述气缸孔内的活塞形成，所述第一行程进一步包括将第一燃料质量提供到所述燃烧室；
直接跟随所述第一行程且形成第一压缩行程的第二行程；
直接跟随所述第二行程且形成第一膨胀行程的第三行程，所述第一膨胀行程包括第一做功行程，在所述第一做功行程中，在所述第一行程中提供的空气-燃料混合物被点燃；
直接跟随所述第三行程且形成第二压缩行程的第四行程，所述第四行程包括使与燃烧室连通的排气门处于关闭位置且防止气体从燃烧室内排放；
直接跟随所述第四行程且形成第二膨胀行程的第五行程；
直接跟随所述第五行程且形成第三压缩行程的第六行程，所述第三压缩行程包括使排气门处于关闭位置，且将第二燃料质量提供到燃烧室；
直接跟随所述第六行程且形成第三膨胀行程的第七行程，所述第三膨胀行程包括其中第二燃料质量被点燃的第二做功行程；和
直接跟随所述第七行程的第八行程，所述第八行程形成排气行程且包括使排气门开启。
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