CN102597455B - 分置循环引擎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩点火分置循环引擎（100），包括：气缸体（200），包括膨胀气缸（6），其具有膨胀活塞（7），所述膨胀活塞（7）适于通过曲柄轴机构（20）在上止点（ETDC）和下止点（EBDC）之间交替移动，所述曲柄轴机构（20）使所述膨胀活塞（7）的预定位置对应于预定曲柄轴角；压缩气缸（2），其具有压缩活塞（1），所述压缩活塞（1）适于根据相对于所述膨胀活塞（7）的预定角相移的延迟，在CTDC和CBDC之间交替移动；气缸盖（30），其关闭所述气缸，并且包括交换通道（5），所述交换通道（5）的开口（5a）始终朝向压缩气缸（2）连通，并且开口（5b）具有朝向膨胀气缸（6）的输送阀（4）、进气阀（3）和排气阀（9）；用于打开/闭合输送阀（4）的装置；在所述活塞的交替周期的预定时刻，用于打开/闭合排气阀（9）的装置；和在所述交换通道（5）中的燃料喷嘴（8）。所述输送阀（4）的打开运动相对于所述ETDC的曲柄轴角提前20°或更大的曲柄轴角进行，以从打开时刻直到达到ETDC，在活塞之间存在基本上相等的压力，从而在ETDC和CTDC之间，在两个气缸之间进行助燃流体输送，并且使喷嘴（8）从达到ETDC开始喷射燃料（8a）。

Description

分置循环引擎

技术领域

本发明涉及在燃烧阶段，在膨胀气缸中引入燃料和助燃流体的“分置循环”（split cycle）压缩点火引擎。

背景技术

众所周知，传统的压缩点火引擎在单缸中进行循环，在单缸中，首先进入空气，接着压缩所述空气；然后喷射燃料，并且由于压缩使空气达到高温而点火燃料；随后是膨胀步骤和排气步骤。所述引擎的特有的燃烧模式的结果是高度污染的含碳粉尘和氮氧化物的排放。

已经提出各种技术方案来降低所述排放，所述技术方案基于根据均匀燃烧原理的喷射系统的改进，以及进气系统和燃料与空气的混合的特定策略，其中已知的技术例如有HCCI，PCCI，MK等。

但是在所有这些技术中，为了控制燃烧过程，气缸中必须存在高百分比的燃烧气体，这限制有效比功率。由于这些技术中的一些造成的其他缺点为燃烧阶段中的高压力梯度，这涉及噪声和高机械应力。

解决方案也是已知的，其称为分置循环引擎，其中，进气的步骤和压缩的步骤在气缸外完成，燃烧和排气步骤在气缸中进行（膨胀气缸）。更具体地，其中进行进气和压缩步骤的室构成第二气缸（压缩气缸）。分置循环技术方案已经提出，并且出于不同的目的应用在压缩点火引擎中和火花点火引擎中。

在以Scuderi名义的WO2009020488，WO2009020489，WO2009020490，WO2009020491和WO2009020504中，描述了分置循环引擎，其具有气缸体，所述气缸体具有由气缸盖封闭的压缩气缸和膨胀气缸，所述气缸盖中设置一个或多个通道78，称为交换通道（crossover），在各自端部处由压缩侧阀84和燃烧侧阀86闭合。每一个交换通道限定加压室81，其中加压气体可在压缩侧阀和燃烧侧阀都闭合时积聚。在通道78中，汽油的喷射由喷嘴90提供，喷嘴90将汽油喷射到存在于交换通道中的压缩空气中。至少一个火花塞92设置在膨胀气缸中，用于点火混合物。

即使在引用的专利文件中引用了该系统到压缩点火引擎的可能应用，仍应注意到，该应用不可行。实际上，与火花点火的引擎的情况不同，在压缩点火的情况下，交换通道中的喷射也可在其中引起燃料的点火。这将产生燃烧侧阀的不可承受的热应力。燃烧侧阀的存在还在燃烧气体通过阀的过程中由于压降而降低效率。

而且，在引用的文件中描述的引擎中，在燃烧侧打开时，压缩气缸和膨胀气缸之间存在大的压力差，随后由于大的流体动力损失造成效率损失。

在US6340004中，描述了如上面所述的相同种类的引擎，其提供交换通道，所述交换通道在入口和出口开口处具有各自的阀。管道还包括燃烧气体的蓄热器（regenrator），其集聚循环热的一部分，并且将其应用于后继循环。

在US4157080A中和DE28122199中，描述了一种引擎，其提供增压步骤和彼此相移180°的压缩气缸以及燃烧气缸的两个活塞。

发明内容

本发明的特征是提供一种压缩点火分置循环引擎，其产生低的粉尘排放。

本发明的又一个特征是提供一种压缩点火引擎，其产生低的氮氧化物排放。

本发明的又一个特征是提供一种压缩点火引擎，其使得可能获得高的效率和比功率值。

本发明的另一个特征是提供一种压缩点火引擎，其用于降低燃烧阶段中的压力梯度，并且于是降低由这样的压力产生的噪音和高机械应力。

本发明的又一个特征是提供一种压缩点火引擎，其结构简单，并且制造廉价。

这些和其他目的通过一种压缩点火分置循环引擎实现，所述压缩点火分置循环引擎包括：

气缸体；

膨胀气缸，其具有膨胀活塞，所述膨胀活塞适于在所述膨胀气缸中通过曲柄轴机构在上止点（ETDC）和下止点（EBDC）之间交替移动，所述曲柄轴机构总是使所述膨胀活塞的预定位置对应于预定曲柄轴角；

压缩气缸，其具有压缩活塞，所述压缩活塞适于在所述压缩气缸中根据相对于所述膨胀气缸的曲柄轴角的预定角相移（angular phase shift）的延迟，在上止点（ETDC）和下止点（EBDC）之间交替移动，所述压缩气缸与所述膨胀气缸相邻布置；

气缸盖，其封闭所述压缩和膨胀气缸，并且其中设置至少一个交换通道，所述交换通道连接所述气缸，并且包括压缩侧开口和膨胀侧开口，所述气缸盖包括至少一个进气阀，其面向所述压缩气缸，用于在所述压缩气缸中引入助燃流体，并且包括至少一个排气阀，其面向所述膨胀气缸，用于排放从所述膨胀气缸排出的燃烧废气；

至少一个输送阀，其布置在所述交换通道的压缩侧开口处；

用于使所述输送阀在所述活塞的交替循环的预定时刻打开和闭合的装置；

用于使所述排气阀在所述活塞的交替循环的预定时刻打开和闭合的装置；

将燃料在所述活塞的交替循环的预定时刻喷射到所述交换通道内或所述膨胀气缸中的装置，以使喷射的燃料通过压缩直到达到自动点火温度而压缩点火；

其特征在于：

所述交换通道与所述膨胀气缸结合限定一个燃烧室，所述交换通道与所述膨胀气缸始终连通；

其特征在于：

用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置相对于所述ETDC的曲柄轴角提前打开所述输送阀，提前打开运动大于或等于20°曲柄轴角，方式如下：

从所述输送阀的打开时刻直到达到所述ETDC，所述压缩气缸和所述膨胀气缸之间的瞬时压力基本上相等；并且

在所述ETDC和所述CTDC之间，通过所述交换通道在所述压缩气缸和所述膨胀气缸之间进行所述助燃流体的基本上全部输送；

特征在于：

所述燃料喷射装置从所述膨胀活塞达到所述ETDC开始喷射所述燃料，以使所述燃料的喷射关于所述助燃流体通过所述交换通道的输送同时进行。

这样，在打开输送阀之前，基本上仅存在两个室，一个由压缩气缸限定，另一个由与所述膨胀气缸结合的交换通道限定。于是，当打开所述输送阀时，其至少相对于ETDC提前20°进行，不存在助燃流体到所述交换通道中的大量的输送，因为膨胀气缸中的压力大约等于压缩气缸的压力。随着循环的进行，由于两个气缸彼此通过交换通道连通，因此，通过两个活塞的同时发生的升高冲程，直到达到ETDC，压力以任何地方均相似的方式增大。然后，越过ETDC，压缩活塞继续升高，膨胀活塞开始下行，使两个活塞之间的所述助燃流体通过所述交换通道全部输送。喷射与输送同时进行，随后进行全部燃料的燃烧。由于输送造成高的扰动，因此蒸发现象和燃料和助燃流体之间的混合以比传统的柴油引擎更好的方式进行。特别地，蒸发以更快的方式进行，获得的混合物更均匀。这样，获得非常有效的燃烧，并且随后在废气中存在非常少部分的未燃烧颗粒，特别是含碳粉尘。

而且，由于压缩气缸和膨胀气缸之间的压力在膨胀气缸和交换通道之间的阀打开和闭合瞬间过程中基本上相似或非常接近，因此由于分层造成的损耗非常低。

特别地，用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的装置根据在-80°和-25°之间，具体地，在-35°和-30°之间的提前角设置，提前打开输送阀。

特别地，用于喷射燃料的装置适于相对于ETDC，以适于加热燃烧环境的方式提前喷射少量燃料，所谓的引燃喷射。这样，引燃喷射允许确保喷射的燃料从到达ETDC开始直接点火。

有利地，用于使所述排气阀进行打开和闭合运动的所述装置适于相对于所述膨胀活塞达到所述ETDC时刻以预定提前量阻塞所述排气阀，以在所述膨胀气缸中进行部分废气的压缩，直到预定压力，并且用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置在所述压缩活塞已经在所述压缩气缸中压缩助燃流体达到基本上等于存在与所述膨胀气缸中的压力时，打开所述输送阀，以使所述助燃流体的通过所述交换通道从所述压缩气缸到所述膨胀气缸的所述输送与所述燃料的自动点火基本上同时进行。这使得可以消除由于存在面向膨胀气缸布置在交换通道的开口处的又一个膨胀侧输送阀造成的机械问题和气密性。

这样，在燃烧阶段中，在输送阀打开之后，通过所述交换通道将压缩的燃料和助燃流体供送输送到燃烧气缸中。因此，交换通道具有纯输送功能，并且不仅仅是助燃流体的加压存储容器。

或者，用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置相对于所述排气阀的闭合而提前打开所述输送阀，以在所述膨胀气缸中，在闭合所述排气阀之前，使所述废气由所述新鲜助燃流体冲出。甚至在该情况下，当闭合所述排气阀时，在膨胀气缸和压缩气缸两个气缸中存在压力的相等的增大，以达到更高的功率。

有利地，所述压缩活塞的曲柄轴角相对于所述膨胀活塞的曲柄轴角的角相移设置在10°和45°之间，优选在20°和30°之间，特别为25°。所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间的角相移的目的是使由所述压缩气缸压缩的助燃流体输送到所述膨胀气缸。

有利地，提供一种装置，其相对于所述引擎的运行条件来调节所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间的所述角相移。

特别地，所述曲柄轴机构包括用于操作所述压缩活塞和所述膨胀活塞的单独驱动轴。

或者，所述曲柄轴机构包括操作所述膨胀活塞的第一驱动轴，和操作所述压缩活塞的第二驱动轴，所述第一和第二驱动轴彼此连接，以保持相同的旋转速度。

在可能的示例性实施例中，所述压缩气缸和所述膨胀气缸的所述活塞的所述曲柄轴机构为主连接杆-连杆式。

特别是，所述用于喷射的装置包括至少一个喷射器，尤其是加压喷射器，其面向所述交换通道或者被布置在所述膨胀汽缸中。

在引擎的又一个示例性实施例中，在所述膨胀气缸和所述压缩气缸之间提供多个交换通道，其中，所述交换通道中的每一个具有至少一个布置在所述交换通道压缩侧开口处的各自的输送阀，并且与所述膨胀气缸始终连通。该技术方案对于例如高功率引擎可行。

有利地，所述引擎结合有增压器，其适于获得引擎的更高的比功率，以及更好的热动力效率。

特别地，所述压缩气缸和所述膨胀气缸具有相同的排量或不同的排量，在不同的排量的情况下，膨胀气缸中的排量更高是有利的，因而获得具有更完全膨胀的循环。

在可能的示例性实施例中，所述引擎可包括分别与多个膨胀气缸相关的多个压缩气缸，所述膨胀气缸和压缩气缸彼此以不同的方式布置和结合。

在可能的示例性实施例中，所述交换通道提供调节元件，其适于调节所述交换通道的横截面和/或容积，以使其适合引擎的不同运行条件。

特别地，所述调节元件可以由螺栓或叶片形成。

附图说明

本发明将通过下面其参照附图的示例性但不是限制性的示例性实施例的描述而变得更清楚，附图中：

图1示意性地显示了根据本发明处于引擎循环阶段的压缩点火引擎示例性实施例的剖视图；

图2示意性地显示了处于引擎循环后续阶段中的压缩点火引擎的示例性实施例的剖视图；

图3显示了响应于曲柄轴机构的曲柄角的压力曲线，其中，在ETDC附近，标示出打开和闭合阀时刻以及燃料喷射的相移；

图4示意性显示了图1的具有增压器的引擎的示例性实施例的剖视图。

具体实施方式

参照图1和图2，根据本发明的压缩点火分置循环引擎100包括气缸体200，其具有与相关的膨胀活塞7结合的膨胀气缸6，所述膨胀活塞7适于通过曲柄轴机构20在膨胀气缸6中的上止点（ETDC）和下止点（EBDC）之间交替移动。特别地，曲柄轴机构20使膨胀活塞7的预定位置总是对应于预定的曲柄角。特别地，如图3中所示，膨胀活塞7的ETDC对应于曲柄角0°。

而且，气缸体200包括与相关的压缩活塞1结合的压缩气缸2，所述压缩活塞1适于根据相对于膨胀活塞7的曲柄轴角的预定延迟在压缩气缸2中的上止点（ETDC）和下止点（EBDC）之间交替移动。压缩活塞1反之由曲柄构件7a连接到曲柄轴机构20。膨胀气缸6靠近压缩气缸2布置。具体地，压缩气缸2和膨胀气缸6具有相同的排量，或可替代地，其可具有不同的排量。在具有不同排量的情况下，膨胀气缸6具有较高的排量是有利的。

气缸体200还包括气缸盖30，其封闭气缸2和6，并且其中设置至少一个交换通道5，所述交换通道5连接两个气缸2/6，并且包括朝向压缩气缸2的压缩侧开口5a和朝向膨胀气缸6的膨胀侧开口5b。气缸盖30还包括至少一个进气阀3，其面向压缩气缸2，用于将助燃流体，例如空气吸入压缩气缸2，还包括排气阀9，其面向膨胀气缸6，用于在膨胀气缸6的出口处排出燃烧废气。具体地，进气阀3选择地打开/闭合进气管道13，而排气阀9选择地打开/闭合排气管道19。

特别地，在交换通道5中，输送阀4布置在压缩侧开口5a处，而膨胀侧开口5b始终与膨胀气缸6连通，膨胀气缸6与膨胀侧开口5b一起形成单独的燃烧环境6a。在另一侧，仅压缩气缸2限定第二燃烧环境2a。因此，在膨胀气缸6和交换通道之间不存在任何阀。

而且，引擎100包括用于使输送阀4在活塞1/7的交替循环的预定时刻进行打开和闭合运动的装置，特别地，分别在压缩气缸2的压缩阶段和膨胀气缸6的膨胀阶段。

另外，提供用于使排气阀9在活塞1/7的交替的预定时刻进行打开和闭合运动的装置，如下面的详细描述。

特别地，用于使输送阀4进行打开和闭合运动的装置以及使排气阀9和进气阀3进行打开和闭合运动的装置，包括例如一种机构，其包括凸轮轴（未示出），伴随阀3/4和9的打开和闭合，所述凸轮轴通过曲柄轴机构20接收致动运动，并且允许两个活塞1/7的交替运动的适当相位（phasing）。特别地，曲柄轴机构20包括一个轴21，其通过曲柄构件1a和7a操作各自的活塞1和7，如图1,2和4中所示。在可能的示例性实施例中，活塞1和7的曲柄轴机构20为主连接杆-连杆式。

或者，以未显示的方式，曲柄轴机构20包括操作膨胀活塞的第一驱动轴，和操作压缩活塞的第二驱动轴。第一和第二驱动轴彼此连接，以使其保持相同的旋转速度。

而且，在交换通道5处提供的喷射装置8，其用于在活塞1/7交替循环的预定时刻在交换通道5中或膨胀气缸6中喷射燃料，以在达到压缩点火温度时进行喷射燃料8a（图2）的压缩点火。详细地，喷射装置包括至少一个喷嘴8，具体地为加压喷嘴，其面向交换通道5或膨胀气缸6。

特别地，在引擎循环中，如图3中所示，输送阀4相对于ETDC的曲柄轴角提前打开，提前曲柄轴角20°或更多进行打开运动，具体地，提前30°进行打开运动，如图3的曲线中所示。更具体地，根据在-80°到-25°之间，特别地，在-35°到-30°之间的提前角设置，输送阀4相对于ETDC的曲柄轴角提前打开。这样，在输送阀4的打开瞬间直到达到ETDC之间，在压缩气缸和膨胀气缸之间存在基本上相等的瞬时压力，并且在ETDC和CTDC之间，通过交换通道5，在压缩气缸2和膨胀气缸6之间进行助燃流体的基本上全部的输送。

而且，从膨胀活塞7达到ETDC开始，喷嘴8喷射燃料，以使该燃料喷射步骤与助燃流体通过交换通道5的输送同时进行。

这样，在打开输送阀4之前，基本上仅存在两种环境2a和6a，一种由压缩气缸2限定，另一种由限定单独的公共环境6a的交换通道5和膨胀气缸6一起限定。于是，当打开输送阀4时，所述打开相对于ETDC提前至少20°进行，交换通道5中不存在助燃流体的大量输送，因为压缩气缸2中的压力大约等于膨胀气缸6中的压力。随着循环的行进，由于两个气缸彼此通过交换通道5连通，因此压力由于两个活塞的同时进行的升高冲程（图2），直到ETDC，以任何地方都相似的方式增大，如图3中所示。然后，越过ETDC，压缩活塞1继续升高，膨胀活塞7开始下行，使助燃流体在两个气缸之间通过交换通道5完全输送。喷射8a与输送同时进行（图2），随后进行全部燃料的燃烧。由于输送造成高扰动，因此蒸发现象和燃料及助燃流体之间的混合以比传统柴油引擎更好的方式进行。特别地，蒸发以更快的方式进行，并且获得的混合物更均匀。这样，获得非常有效的燃烧，以及随后非常低的一小部分未燃烧颗粒，特别是含碳粉尘在废气中输送。

另外，可通过喷嘴8以其预加热燃烧环境6a的方式相对于ETDC提前提供少量燃料的喷射，所谓的引燃喷射（pilot injection）。这样，引燃喷射允许确保从达到ETDC开始喷射的燃料供送的直接点火的成功。

根据引擎的优选循环，用于使排气阀进行打开和闭合运动的装置适于相对于膨胀活塞达到ETDC时以预定提前量封闭排气阀9，以使一部分废气在膨胀气缸6中进行压缩直到预定压力，当压缩活塞1在压缩气缸2中压缩助燃流体达到基本上等于膨胀气缸6中存在的压力时，用于使输送阀4进行打开和闭合运动的装置打开输送阀4，以使助燃流体的输送通过交换通道5由压缩气缸2到膨胀气缸6进行，并且基本上同时进行燃料的自动点火。这样，压缩的流体和助燃流体的混合物在燃烧阶段过程中，在打开输送阀4之后，通过交换通道5输送到膨胀气缸6中。因此，交换通道具有纯变换功能，并且不是加压助燃流体的存储容器。这使得可能消除类似于已知类型的引擎中，由于存在布置在交换通道5开口处朝向膨胀气缸6的又一个输送阀造成的分层损耗（loss oflamination）。

另外，在交换通道5中可提供未示出的调节元件，用于调节引擎运行条件的改变，特别地，该调节元件可以由螺栓或叶片形成。

换句话说，在引擎运行过程中，如图1中所示，由于压缩活塞1的下行运动，将一定量的空气通过进气阀3和进气管道13引入压缩气缸2中。

然后，如图2中所示，紧接着为闭合进气阀3的步骤，并且进行助燃流体的压缩，助燃流体可以是空气或与废气混合的空气，这如所已知的，可降低NOX。助燃流体也可是期望的富氧的惰性气体。

由于通过如上所述适当时机的压缩活塞1和膨胀活塞7的上升，设置在压缩气缸2出口处的输送阀4打开，以使助燃流体朝向膨胀气缸6流动通过交换通道5，所述膨胀气缸6的膨胀活塞7相对于压缩活塞1以适当的延迟角相移移动。

在膨胀活塞7在气缸6中下行过程中，通过如上所述适当时机，输送阀4闭合。由于膨胀活塞7下降，膨胀步骤在膨胀气缸6中进行，而在压缩气缸2中开始进气步骤。当膨胀气缸6中的膨胀步骤完成时，排气阀9打开，从而打开排气通道19，燃烧气体通过所述排气通道19排出，并且所述阀在膨胀活塞7在膨胀气缸6中的升高冲程过程中保持打开适当时间。

具体地，压缩活塞1的曲柄轴角相对于膨胀活塞7的曲柄轴角之间的角相移设置在10°和45°之间，优选在20°和30°之间，特别地为25°。活塞1/7之间的角相移目的是使由压缩气缸2压缩的助燃流体全部输送到膨胀气缸6。

另外，可针对引擎的运行条件在压缩活塞1和膨胀活塞7之间调节角相移。

更具体地，如图3中所示，压缩活塞1的曲柄轴角和燃烧活塞7的曲柄轴角之间的角相移为，使全部或部分燃烧在助燃流体从压缩气缸2输送到膨胀气缸6时进行。

而且，始终如图3的曲线中所示，显而易见的是，压缩气缸2和膨胀气缸6之间的压力差在打开和闭合输送阀4之间的所有步骤过程中较低，特别地，由于所述排气阀9的提前闭合，两个压力在打开输送阀4之前也相似。在压缩气缸2和膨胀气缸6之间压力非常接近的情况下，该改进降低打开和闭合输送阀4的瞬时过程中，在交换通道5和压缩气缸2之间由于分层造成的压头损失（head loss）。

或者，以未示出的方式，输送阀4可相对于闭合排气阀9提前打开，以在膨胀气缸6中，在闭合排气阀9之前，实现新鲜空气冲掉废气。即使在该情况下，当闭合排气阀9时，在膨胀气缸6和压缩气缸2两个气缸中存在压力增大，也可能达到更大的功率。

特别地，引擎100使用分置循环方案，根据该方案，进气和压缩步骤在与燃烧和排气步骤进行的环境（膨胀气缸6）不同的环境中进行。引擎以在膨胀气缸6中，在燃烧步骤过程中，逐步进给由喷嘴8射入的燃料8a和压缩的助燃流体的混合物的原则工作，从而相对于通常的传统压缩点火引擎的值，获得降低粉尘和氮氧化物排放量的结果。膨胀气缸6中的助燃流体的输送仅通过面向压缩气缸打开阀4，并且通过交换通道5进行，在交换通道5中或交换通道5之后，喷射燃料8a。

由于在膨胀气缸6中引入燃料和助燃流体的特性，引擎100提供低粉尘和氮氧化物排放量，并且，在比传统的压缩点火引擎中允许的最大值更高的速度下仍可以良好的燃烧效率工作。

另外，如图4中所示，引擎100可增压，例如通过涡轮增压器10，其包括类似于传统的压缩点火引擎中使用的那些相似类型的涡轮10a和压缩机10b，同样用于增大引擎的比功率（specific power）。在该情况下，可使用高于传统压缩点火引擎中最大允许压力的增大压力，因为在引擎100中，燃烧过程中的压力梯度低于传统压缩点火引擎的通常的那些。

在引擎的又一个示例性实施例中，在膨胀气缸6和压缩气缸2之间可提供更多的交换通道5，其中，每一个交换通道5具有至少一个各自的输送阀4，其布置在来自压缩气缸2的交换通道5的入口处，并且每一个交换通道5与膨胀气缸6始终连通。该技术方案例如对于高功率引擎可行。

以相同的方式，对于压缩气缸中的进气，以及对于从膨胀气缸排气，可提供与各自的进气和排气管道结合的更多的进气和排气阀。

引擎的又一个未示出的示例性实施例可包括分别与多个膨胀气缸相关的多个压缩气缸，其彼此以不同的结构布置和结合。

前面具体实施例的描述将如此详细地公开根据概念性观点的本发明，以至于其他人通过应用当前知识将能够改进和/或修改这样的实施例用于各种应用，而无需进一步研究，并且不偏离本发明，并且因此可理解的是，这样的修改和改进将被认为是特定实施例的等同方式。本文描述的用于实现不同功能的装置和材料可能具体不同的性质，而不会由于该原因偏离本发明的范围。应可理解，本文所用的措辞或术语出于描述目的而不是限制目的。

Claims (21)

1.一种压缩点火分置循环引擎，包括：

气缸体；

膨胀气缸，其具有膨胀活塞，所述膨胀活塞适于在所述膨胀气缸中通过曲柄轴机构在第一上止点（ETDC）和第一下止点（EBDC）之间交替移动，所述曲柄轴机构总是使所述膨胀活塞的预定位置对应于预定曲柄轴角；

压缩气缸，其具有压缩活塞，所述压缩活塞适于在所述压缩气缸中，根据相对于所述膨胀气缸的曲柄轴角的预定角相移的延迟，在第二上止点（CTDC）和第二下止点（CBDC）之间交替移动，所述压缩气缸与所述膨胀气缸相邻布置；

气缸盖，其封闭所述压缩气缸和膨胀气缸，其中，设置至少一个连接所述膨胀气缸和所述压缩气缸的交换通道，并且包括压缩侧开口和膨胀侧开口，所述气缸盖包括至少一个进气阀，其面向所述压缩气缸，用于在所述压缩气缸中引入助燃流体，并且包括至少一个排气阀，其面向所述膨胀气缸，用于排放从所述膨胀气缸排出的燃烧废气；

至少一个输送阀，其布置在所述交换通道的压缩侧开口处；

用于使所述输送阀在所述膨胀活塞和所述压缩活塞的交替循环的预定时刻进行打开和闭合运动的装置；

用于使所述排气阀在所述膨胀活塞和所述压缩活塞的交替循环的预定时刻进行打开和闭合运动的装置；

将燃料在所述膨胀活塞和所述压缩活塞的交替循环的预定时刻喷射到所述交换通道内或所述膨胀气缸中的燃料喷射装置，以使喷射的燃料通过压缩直到达到自动点火温度而压缩点火；

其特征在于：

所述交换通道与所述膨胀气缸结合以限定单独的燃烧室，所述交换通道与所述膨胀气缸始终连通；

用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置相对于所述第一上止点（ETDC）的曲柄轴角提前打开所述输送阀，提前打开运动大于或等于20°曲柄轴角，从而达到：

从所述输送阀的打开时刻直到达到所述第一上止点（ETDC），所述压缩气缸和所述膨胀气缸之间的瞬时压力基本上相等；并且

在所述第一上止点（ETDC）和所述第二上止点（CTDC）之间，通过所述交换通道在所述压缩气缸和所述膨胀气缸之间实现所述助燃流体的基本上全部输送；

所述燃料喷射装置从所述膨胀活塞达到所述第一上止点（ETDC）开始喷射所述燃料，以使所述燃料的喷射与所述助燃流体通过所述交换通道的输送同时进行。

2.根据权利要求1所述的引擎，其中，用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置相对于所述第一上止点（ETDC）的曲柄轴角提前打开所述输送阀，提前打开运动设置在-80°和-25°之间。

3.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述提前打开运动设置在-35°和-30°之间。

4.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述燃料喷射装置适于相对于第一上止点（ETDC）提前喷射少量的燃料，所谓的引燃喷射，以预加热所述燃烧环境。

5.根据权利要求1所述的引擎，其中，用于使所述排气阀进行打开和闭合运动的所述装置适于相对于所述膨胀活塞达到所述第一上止点（ETDC）的时刻以预定提前角阻塞所述排气阀，以在所述膨胀气缸中进行部分废气的压缩，直到预定压力，并且用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置在所述压缩活塞已经在所述压缩气缸中压缩助燃流体达到基本上等于存在于所述膨胀气缸中的压力时，打开所述输送阀，以使所述助燃流体通过所述交换通道从所述压缩气缸到所述膨胀气缸的所述输送基本上与所述燃料的自动点火基本上同时进行。

6.根据权利要求5所述的引擎，其中，所述排气阀相对于所述第一上止点（ETDC）闭合的所述确定的提前角为至少40°。

7.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述压缩活塞的曲柄轴角相对于所述膨胀活塞的曲柄轴角的角相移设置在10°到45°之间。

8.根据权利要求7所述的引擎，其中，所述角相移设置在20°到30°之间。

9.根据权利要求8所述的引擎，其中，所述角相移为25°。

10.根据权利要求7所述的引擎，其中，提供一种装置，以针对所述引擎的运行条件来调节所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间的所述角相移。

11.根据权利要求1所述的引擎，其中，用于使所述输送阀进行打开和闭合运动的所述装置相对于所述排气阀的闭合提前打开所述输送阀，以在所述膨胀气缸中，在闭合所述排气阀之前，使所述废气由新鲜助燃流体冲出，从而当闭合所述排气阀时，在膨胀气缸和压缩气缸两个气缸中存在压力的增大，以达到更高的功率。

12.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述曲柄轴机构包括用于操作所述压缩活塞和所述膨胀活塞的单独的驱动轴。

13.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述曲柄轴机构包括操作所述膨胀活塞的第一驱动轴，和操作所述压缩活塞的第二驱动轴，所述第一和第二驱动轴彼此连接，以保持相同的旋转速度。

14.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述压缩气缸的所述压缩活塞和所述膨胀气缸的所述膨胀活塞的所述曲柄轴机构为主连接杆-连杆式。

15.根据权利要求1所述的引擎，其中，在所述膨胀气缸和所述压缩气缸之间提供多个交换通道，其中，所述交换通道中的每一个具有至少一个布置在所述交换通道压缩侧开口处的各自的输送阀，并且与所述膨胀气缸始终连通。

16.根据权利要求1所述的引擎，其中，为了在压缩气缸中进气，并且为了从膨胀气缸排气，提供与各自的进气和排气管道相关的多个进气和排气阀。

17.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述引擎结合有增压器，其适于获得引擎的更高的比功率，以及更好的热动力效率。

18.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述压缩气缸和所述膨胀气缸具有相同的排量或不同的排量，在不同的排量的情况下，膨胀气缸中的排量更高。

19.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述引擎包括分别与多个膨胀气缸相关的多个压缩气缸，所述膨胀气缸和压缩气缸彼此以预定方式布置和结合。

20.根据权利要求1所述的引擎，其中，所述交换通道提供调节元件，其适于调节所述交换通道的横截面和/或容积，以使其适合引擎的不同运行条件。

21.根据权利要求20所述的引擎，其中，所述调节元件由螺栓或叶片形成。