CN103443419A - 具有同心凸轮的分开循环空气混合动力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了总体上涉及用具有同心部分的凸轮致动发动机阀的装置和相关方法。这些装置和方法在分开循环发动机、空气混合动力发动机、传统发动机、和/或其各种组合中有应用。向内和向外开启的阀都可以利用在此公开的装置和方法致动。公开了另外的阀机构元件，包括摇臂、无效运动系统、和阀落座控制装置。

Description

具有同心凸轮的分开循环空气混合动力发动机

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月27日申请的美国临时专利申请61/436,742的优先权利益，其全部内容在此并入作为参考。

技术领域

本发明涉及阀致动系统。更具体地，本发明涉及具有一个或多个同心凸轮的分开循环空气混合动力发动机。

背景技术

内燃机通常包括用于控制通过发动机的空气和燃料流动的一个或多个阀，这些阀通常由机械凸轮致动。例如，构造具有泪珠形的凸轮凸起部的旋转轴以直接地或者经由一个或多个中间元件使阀运动。当轴旋转时，凸轮凸起部的偏心部分使阀在轴旋转的范围上进行线性运动。凸轮凸起部典型地如此成形以使得偏心部分包括开启斜坡和关闭斜坡。

需要改变阀开启和关闭的速率、定时、和持续时间以对于各种工作转速、负荷、温度等获得最佳的发动机效率。另外，在用空气作为存储介质使车辆动能再循环的空气混合动力发动机中，某些混合工作模式要求一个或多个发动机阀保持开启的时间比其它工作模式中长，并且比非混合的传统燃烧工作模式中长。因而要求改变阀的开启和关闭参数的方法和装置。

已经研制了“无效运动”系统以容许阀早于凸轮要求的时间关闭。无效运动系统通常包括无效运动阀机构元件，其可以被选择性地致动以在一部分凸轮旋转期间操作地将凸轮与阀断开。否则（如果阀没有被操作地断开）将会赋予给阀的运动因而无效。

为了在多个工作范围中有效地操作发动机，特别是空气混合动力发动机，希望具有宽范围的阀开启和关闭动态特性（例如，开启速率、开启定时、持续时间、关闭速率、关闭定时等）。为了用凸轮和无效运动系统实现这种宽范围，凸轮的持续时间通常必须与将被要求的最长开启持续时间一样长。（无效运动系统可以典型地早于凸轮要求的时间关闭阀，但保持阀开启的时间通常不能长于凸轮要求的时间，至少不能有效地这么做。）

为了用传统的凸轮凸起部形状（即，其中凸轮的偏心部分，或凸起部，基本上在其轮廓上的单个点（例如，小于1度曲柄角）具有单个尖顶）实现这种长的持续时间，同时保持正常的发动机工作所需的开启和关闭速率，需要比发动机进排气所需的更高的升程。然而，如果阀升程过高，则会发生阀干涉问题。还有，提升发动机阀大于阀头直径的1/3仅仅在阀周围的空气流中提供少量的改善。因而，用于提升阀超过该点的能量（即，压缩阀弹簧施加的能量）被大量浪费，特别是如果阀机构是无效运动类型的，其中当开启阀时储存在阀弹簧中的潜在能量不能回收，由此降低了发动机的总效率。

因此，需要改进的阀致动系统，其能够获得内燃机特别是分开循环空气混合动力内燃机的有效工作所需的持续时间，而没有与高升程凸轮相关的寄生损失。

为了清楚起见，在本申请中使用的术语“传统发动机”是指其中公知的奥托循环的所有四个冲程（进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程）都包含于发动机的每个活塞/气缸组合中的内燃机。每个冲程要求曲轴旋转半圈（180度曲柄角（“CA”）），并且要求曲轴旋转整整两圈（720度CA）以在传统发动机的每个气缸中完成整个奥托循环。

此外，为了清楚起见，为可适用于现有技术中所公开的发动机的和本申请中所涉及的术语“分开循环发动机”提供如下定义：

分开循环发动机总体上包括：

可围绕曲轴轴线旋转的曲轴；

压缩活塞，其可滑动地容纳于压缩气缸中并且操作地连接到曲轴从而使压缩活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过进气冲程和压缩冲程；

膨胀（作功）活塞，其可滑动地容纳于膨胀气缸中并且操作地连接到曲轴从而使膨胀活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过膨胀冲程和排气冲程；和

使压缩气缸和膨胀气缸相互连接的跨接通道，跨接通道至少包括设置于其中的跨接膨胀（XovrE）阀，但更优选包括在其间限定压力室的跨接压缩（XovrC）阀和跨接膨胀（XovrE）阀。

分开循环空气混合动力发动机将分开循环发动机和储气筒以及各种控制器结合起来，这种结合使发动机能够以储气筒中的压缩空气的形式储存能量，储气筒中的压缩空气随后用于膨胀气缸中以便对曲轴提供动力。一般而言，在此指出的分开循环空气混合动力发动机包括：

可围绕曲轴轴线旋转的曲轴；

压缩活塞，其可滑动地容纳于压缩气缸中并且操作地连接到曲轴从而使压缩活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过进气冲程和压缩冲程；

膨胀（作功）活塞，其可滑动地容纳于膨胀气缸中并且操作地连接到曲轴从而使膨胀活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过膨胀冲程和排气冲程；

使压缩气缸和膨胀气缸相互连接的跨接通道（接口），跨接通道至少包括设置于其中的跨接膨胀（XovrE）阀，但更优选包括在其间限定了压力室的跨接压缩（XovrC）阀和跨接膨胀（XovrE）阀；和

操作地连接到跨接通道并且可选择性地操作以储存来自压缩气缸的压缩空气和将压缩空气输送到膨胀气缸的储气筒。

图1示出了现有技术的分开循环空气混合动力发动机的一个示例性实施方式。分开循环发动机100用一个压缩气缸102和一个膨胀气缸104的组合代替传统发动机的两个相邻气缸，压缩气缸102和膨胀气缸104形成于发动机气缸体中，曲轴106可旋转地安装在发动机气缸体中，气缸102、104的上端被气缸盖130封闭。曲轴106包括轴向移位的且角度偏移的第一和第二曲柄臂126、128，两者之间有相位角。第一曲柄臂126通过第一连杆138枢轴连接到压缩活塞110并且第二曲柄臂128通过第二连杆140枢轴连接到膨胀活塞120，以使活塞110、120以由曲柄臂的角度偏移和气缸、曲柄及活塞的几何关系所决定的同步关系在其相应的气缸102、104中往复运动。如果需要可以使用替代的机构以关联活塞的运动和定时。曲轴的旋转方向和活塞在其下止点（BDC）位置附近的相对运动由箭头指出，箭头在附图中与其对应的部件相关联。

奥托循环的四个冲程因而被“分开”在两个气缸102和104上从而使压缩气缸102包含进气和压缩冲程而膨胀气缸104包含膨胀和排气冲程。因此，曲轴106每旋转一圈（360度CA），奥托循环在这两个气缸102、104中完成一次。

在进气冲程期间，通过向内开口（向内开启进入气缸并且朝向活塞）的提升式进气阀108将进气吸入压缩气缸102。在压缩冲程期间，压缩活塞110将充气加压并且驱动充气通过跨接通道112，其充当膨胀气缸104的进气通道。发动机100可以具有一个或多个跨接通道112。

分开循环发动机100（并且总体上对于分开循环发动机）的压缩气缸102的容积（或几何）压缩比在此被称为分开循环发动机的“压缩比”。发动机100（并且总体上对于分开循环发动机）的膨胀气缸104的容积（或几何）压缩比在此被称为分开循环发动机的“膨胀比”。气缸的容积压缩比在本领域中公知为：当在气缸中往复运动的活塞处于其下止点（BDC）位置时气缸（包括所有凹进部分）中的封闭（或密闭）容积与当所述活塞处于其上止点（TDC）位置时气缸中的封闭容积（即，余隙容积）之比。具体地，对于在此定义的分开循环发动机，压缩气缸的压缩比在XovrC阀关闭时确定。同样具体地，对于在此定义的分开循环发动机，膨胀气缸的膨胀比在XovrE阀关闭时确定。

由于在压缩气缸102中的非常高的容积压缩比（例如20比1，30比1，40比1，或更大），使用在跨接通道入口处的向外开启（远离气缸和活塞向外开启）的提升式跨接压缩（XovrC）阀114来控制从压缩气缸102到跨接通道112中的流动。由于在膨胀气缸104中的非常高的容积压缩比（例如20比1，30比1，40比1，或更大），在跨接通道112出口处的向外开启的提升式跨接膨胀（XovrE）阀116控制从跨接通道112到膨胀气缸104中的流动。XovrC和XovrE阀114、116的致动速率和定相被定时以在奥托循环的所有四个冲程期间将跨接通道112中的压力维持在高的最小压力（典型地在满负荷时为20巴或更高）。

至少一个燃料喷射器118在跨接通道112的出口端与XovrE阀116的开启协作地将燃料喷入增压空气中。替代地，或者另外地，可以将燃料直接喷入膨胀气缸104中。在膨胀活塞120达到其上止点（“TDC”）位置之后不久，燃料-空气充料完全进入膨胀气缸104。当活塞120从其TDC位置开始下降时，并且当XovrE阀116仍然开启时，一个或多个火花塞122点火引发燃烧（典型地在膨胀活塞120的TDC之后10到20度CA之间）。可以当膨胀活塞在其TDC位置之后的1和30度CA之间时引发燃烧。更优选，可以当膨胀活塞在其TDC位置之后的5和25度CA之间时引发燃烧。最优选，可以当膨胀活塞在其TDC位置之后的10和20度CA之间时引发燃烧。另外，可以通过其它点火装置和/或方法引发燃烧，例如采用电热塞、微波点火装置，或通过压燃方法。

然后在产生的燃烧动作进入跨接通道112之前关闭XovrE阀116，在作功冲程中燃烧动作向下驱动膨胀活塞120，在排气冲程期间通过向内开启的提升式排气阀124将废气泵送出膨胀气缸104。

对于分开循环发动机概念，压缩和膨胀气缸的几何发动机参数（即，孔径、冲程、连杆长度、压缩比等）一般相互独立。例如，压缩气缸102和膨胀气缸104的曲柄臂126、128分别具有不同的半径并且彼此相位分离，其中膨胀活塞120的TDC发生在压缩活塞110的TDC之前。这种独立性使得分开循环发动机比典型的四冲程发动机能够有潜力获得更高的效率水平和更大的扭矩。

分开循环发动机100中的发动机参数的几何独立性也是为什么压力可以如之前所述保持在跨接通道112中的主要原因之一。具体来说，在压缩活塞110达到其上止点位置之前的一离散相位角（典型地在10和30度曲柄角之间）膨胀气缸120达到其上止点位置。这个相位角，与XovrC阀114和XovrE阀116的正确定时一起，使得分开循环发动机100能够在其压力/容积循环的所有四个冲程期间保持跨接通道112中的压力处于高的最小压力（典型地在满负荷运行期间为20巴绝对压力或更高）。也就是说，分开循环发动机100可操作以定时XovrC阀114和XovrE阀116从而使XovrC和XovrE阀114、116均开启一段显著的时间（或一段曲轴旋转的时间），在此期间膨胀活塞120从其TDC位置向其BDC位置下降并且压缩活塞110同时从其BDC位置向其TDC位置上升。在跨接阀114、116均开启的时间段（或曲轴旋转）期间，基本上等质量的气体被（1）从压缩气缸102传输到跨接通道112中和（2）从跨接通道112传输到膨胀气缸104。因而，在此期间，防止跨接通道中的压力下降到预定的最低压力（典型地在满负荷运行期间为20、30或40巴的绝对压力）以下。此外，在进气和排气冲程的相当大的部分中（典型地为整个进气和排气冲程的90%或更高），XovrC阀114和XovrE阀116均关闭以将跨接通道112中密闭气体的质量保持在基本上恒定的水平。结果，在发动机的压力/容积循环的所有四个冲程期间，跨接通道112中的压力被保持在预定的最小压力。

为了这里的目的，当膨胀活塞120从TDC下降并且压缩活塞110向TDC上升时开启XovrC114和XovrE116阀以便将基本上等质量的气体同时传输进和传输出跨接通道112的方法在此被称为气体传输的“推-拉”方法。正是推-拉方法使得当发动机满负荷运行时在发动机循环的所有四个冲程期间发动机100的跨接通道112中的压力典型地保持在20巴或更高。

跨接阀114、116被包括一个或多个凸轮（未示出）的阀机构致动。通常，凸轮驱动的机构包括机械连接到曲轴的凸轮轴。一个或多个凸轮被安装到凸轮轴上，每个都具有控制阀动作（即，在阀致动期间发生的动作）的阀提升外形的轮廓曲面。XovrC阀114和XovrE阀116每个都可以具有其自己的相应凸轮和/或其自己的相应凸轮轴。当XovrC和XovrE凸轮旋转时，其偏心部分使摇臂产生运动，摇臂又使阀产生运动，由此提升（开启）阀使其离开其阀座。当凸轮继续旋转时，偏心部分经过摇臂并且容许阀关闭。

对于在此的目的，将阀动作（或阀开启动作）定义为从阀离开其阀座的最初开启到阀回到其阀座上的关闭的阀提升，相对于曲轴旋转，其中在该曲轴旋转期间发生阀提升。还有，对于在此的目的，阀动作速率（即，阀致动速率）是在给定的发动机循环中发生阀动作所要求的持续时间。重要的是注意到阀动作通常仅仅是发动机工作循环（例如，对于传统发动机循环是720度CA，对于分开循环发动机是360度CA）的整个持续时间的一小部分。

分开循环空气混合动力发动机100还包括储气筒（罐）142，其通过储气筒罐阀152操作地连接到跨接通道112。具有两个或更多跨接通道112的实施方式可以包括用于各个跨接通道112的罐阀152，其连接到共同的储气筒142，或者替代地每个跨接通道112可以操作地连接到单独的储气筒142。

罐阀152典型地设置在从跨接通道112延伸到气罐142的气罐口154中。气罐口154被分成第一气罐口部分156和第二气罐口部分158，第一气罐口部分156将气罐阀152连接到跨接通道112，第二气罐口部分158将气罐阀152连接到气罐142。第一气罐口部分156的容积包括当罐阀152关闭时将罐阀152连接到跨接通道112的所有额外凹进部分的容积。优选，第一气罐口部分156的容积相对于第二气罐口部分158较小。更优选，第一气罐口部分156基本上是不存在的，即，罐阀152最优选如此设置以使得其与跨接通道112的外壁齐平。

罐阀152可以是任何合适的阀装置或系统。例如，罐阀152可以是压力启动的止回阀，或者通过各种阀致动装置（例如气压、液压、凸轮、电动等）启动的主动阀。另外，罐阀152可以包括具有用两个或更多致动装置致动的两个或更多阀的罐阀系统。

气罐142用于以压缩空气的形式储存能量并且随后使用该压缩空气为曲轴106提供动力。这种用于储存潜在能量的机械装置提供了优于当前技术情况的许多潜在优势。例如，相对于市场上的其它技术，例如柴油机和电-混合动力系统，分开循环空气混合动力发动机100可以以较低的制造成本和废物处理成本在燃料效率增益和NOx排放减少方面潜在地提供许多优势。

发动机100典型地以正常工作或点火（NF）模式（一般也被称为发动机点火（EF）模式）和四个基本空气混合模式中的一个或多个运行。在EF模式中，如前在此详细描述的，发动机100正常运行，在不使用气罐142的情况下工作。在EF模式中，气罐阀152保持关闭以将气罐142与基本的分开循环发动机隔离。在四个空气混合模式中，发动机100使用气罐142工作。

四个基本空气混合模式包括：

1）空气膨胀器（AE）模式，其包括在无燃烧的情况下使用来自气罐142的压缩空气能量；

2）空气压缩器（AC）模式，其包括在无燃烧的情况下将压缩空气能量储存到气罐142中；

3）空气膨胀器和点火（AEF）模式，其包括在有燃烧的情况下使用来自气罐142的压缩空气能量；和

4）点火和充气（FC）模式，其包括在有燃烧的情况下将压缩空气能量储存到气罐142中。

关于分开循环发动机的其它细节可以在标题为Split Four StrokeCycle Internal Combustion Engine且于2003年4月8日公开的美国专利US6,543,225；和标题为Split-Cycle Four-Stroke Engine且于2005年10月11日公开的美国专利US6,952,923中找到，其每一个在此全文并入作为参考。

关于空气混合动力发动机的其它细节公开于标题为Split-Cycle AirHybrid Engine且发表于2008年4月8日的美国专利US7,353,786；标题为Split-Cycle Air Hybrid Engine且于2010年7月18日申请的美国专利申请61/365,343；和标题为Split-Cycle Air Hybrid Engine且于2010年3月15日申请的美国专利申请61/313,831中，其每一个在此全文并入作为参考。

发明内容

在此公开的装置和方法总的涉及用具有同心部分的凸轮致动发动机阀。这些装置和方法在分开循环发动机、空气混合动力发动机、传统发动机、和/或其各种组合中有应用。

在本发明的至少一个实施方式的一个方面中，提供了一种发动机，其包括用于在多个发动机循环期间储存压缩空气的储气筒和具有至少大约5度CA的同心部分的至少一个凸轮。

在本发明的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了包括储气筒的发动机，所述储气筒构形成选择性地储存来自气缸的空气，在气缸中空气在发动机的压缩冲程中被压缩，和在发动机的膨胀冲程期间选择性地供应空气给气缸。发动机进一步包括构形成开启和关闭设置在发动机中的通道的至少一个发动机阀和具有至少一个形成于其上的凸轮的凸轮轴，所述至少一个凸轮具有至少5度CA的同心部分并且被构形成使所述至少一个发动机阀运动。

在本发明的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了包括凸轮的空气混合动力发动机，该凸轮具有基圆部分、开启斜坡部分、关闭斜坡部分、和在开启斜坡部分和关闭斜坡部分之间延伸的同心部分。同心部分在凸轮轮廓的至少5度CA上延伸。

在本发明的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了空气混合动力发动机，其包括具有至少一个凸轮凸起部的凸轮轴，其中凸轮凸起部具有至少5度CA的同心部分。

在本发明的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了一种发动机，其包括可围绕曲轴轴线旋转的曲轴、压缩活塞和膨胀活塞，压缩活塞可滑动地容纳于压缩气缸中并且操作地连接到曲轴从而使压缩活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过进气冲程和压缩冲程，膨胀活塞可滑动地容纳于膨胀气缸中并且操作地连接到曲轴上从而使膨胀活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过膨胀冲程和排气冲程。发动机还包括使压缩气缸和膨胀气缸相互连接的跨接通道，跨接通道包括其间限定了压力室的跨接压缩阀和跨接膨胀阀。发动机还包括构形成使跨接膨胀阀运动的第一凸轮，第一凸轮具有至少5度CA的同心部分，和第一可收缩无效运动元件，其具有第一位置和第二位置，在第一位置中，跨接压缩阀与第一凸轮操作地断开，在第二位置中，跨接压缩阀操作地连接到第一凸轮。

在本发明的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了致动发动机阀的方法，其包括在至少5度的曲轴旋转上的同心位置中保持发动机阀开启。

在本发明的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了致动发动机阀的方法，其包括通过用凸轮的开启斜坡轮廓使发动机阀运动而开启发动机阀，凸轮具有至少5度CA的同心部分。该方法还包括将发动机阀保持在全开的位置中持续第一时间段和通过致动无效运动系统以操作地将发动机阀与凸轮断开而关闭发动机阀。

在发动机的至少一个实施方式的另一个方面中，提供了分开循环空气混合动力发动机，其包括可围绕曲轴轴线旋转的曲轴、压缩活塞和膨胀活塞，压缩活塞可滑动地容纳于压缩气缸中并且操作地连接到曲轴从而使压缩活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过进气冲程和压缩冲程，膨胀活塞可滑动地容纳于膨胀气缸中并且操作地连接到曲轴从而使膨胀活塞在曲轴的单个旋转期间往复通过膨胀冲程和排气冲程。发动机还包括使压缩气缸和膨胀气缸相互连接的跨接通道，跨接通道包括其间限定了压力室的跨接压缩（XovrC）阀和跨接膨胀（XovrE）阀。发动机还包括操作地连接到跨接通道并且选择性地操作以储存来自压缩气缸的压缩空气和将压缩空气输送到膨胀气缸的储气筒。发动机还包括构形成使XovrC阀和XovrE阀中的至少一个运动的第一凸轮，所述第一凸轮具有至少5度CA的同心部分。发动机可在正常点火（NF）模式和四个混合模式的至少一个中工作，四个混合模式为空气膨胀器（AE）模式、空气压缩器（AC）模式、空气膨胀器和点火（AEF）模式和点火和充气（FC）模式。

本发明进一步提供了如权利要求的装置、系统、和方法。

附图说明

由下面结合附图进行的详细描述将会更完全地理解发明，其中：

图1是现有技术分开循环空气混合动力发动机的示意截面图；

图2是现有技术凸轮的轮廓图；

图3是对于下列阀作为曲柄角的函数的阀升程的图：由图2的现有技术凸轮致动的阀和由无效运动系统结合图2的现有技术凸轮而致动的阀；

图4是对于通过图2的现有技术凸轮致动的阀，作为各种开启持续时间的曲柄角的函数的阀升程的图；

图5是根据本发明的阀机构和同心凸轮的一个实施方式的示意图；

图6是根据本发明的同心凸轮的几个实施方式的轮廓图；

图7是对于由根据本发明的阀机构的一个实施方式致动的阀，作为曲柄角的函数的阀升程的图；

图8是对于由现有技术凸轮致动的阀，作为曲柄角的函数的阀升程的图；

图9是根据本发明的空气混合动力分开循环发动机的示意截面图；

图10A是一个图，示出了当发动机在AC模式中工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图10B是一个图，示出了当发动机在AC模式中工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图10C是一个图，示出了当发动机在AC模式中工作并且气罐充气到30巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷上的同心使用；

图11A是一个图，示出了当发动机在AE模式中工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图11B是一个图，示出了当发动机在AE模式中工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图11C是一个图，示出了当发动机在AE模式中工作并且气罐充气到30巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图12A是一个图，示出了当发动机在AEF模式中工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图12B是一个图，示出了当发动机在AEF模式中工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图12C是一个图，示出了当发动机在AEF模式中工作并且气罐充气到30巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图13A是一个图，示出了当发动机在FC模式中以1g/s的充气速率工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图13B是一个图，示出了当发动机在FC模式中以1g/s的充气速率工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图13C是一个图，示出了当发动机在FC模式中以1g/s的充气速率工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图13D是一个图，示出了当发动机在FC模式中以1g/s的充气速率工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图14A是一个图，示出了当发动机在FC模式中以2g/s的充气速率工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图14B是一个图，示出了当发动机在FC模式中以2g/s的充气速率工作并且气罐充气到10巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图14C是一个图，示出了当发动机在FC模式中以2g/s的充气速率工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrC阀，在不同速度和负荷下的同心使用；

图14D是一个图，示出了当发动机在FC模式中以2g/s的充气速率工作并且气罐充气到20巴时，对于空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的XovrE阀，在不同速度和负荷下的同心使用图。

具体实施方式

现在将会描述某些示例性的实施方式以提供在此公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的总体理解。这些实施方式的一个或多个实例在附图中示出。本领域的技术人员将会理解在此具体描述和示出于附图中的装置和方法是非限制性的示例性实施方式，本发明的范围完全由权利要求限定。结合一个示例性实施方式说明或描述的特征可以与其它实施方式的特征结合。这种修改和改变都应当被包含在本发明的范围内。

虽然在此在空气混合动力分开循环发动机的环境下公开了某些方法和装置，但本领域普通技术人员将会理解在此公开的方法和装置可以用于任何凸轮致动的系统中，包括，但不限于，非混合动力发动机、两冲程和四冲程发动机、传统发动机、柴油机等。

为了使分开循环发动机以最大效率工作，并且特别是操作空气混合动力分开循环发动机的各种模式中的每一种，需要改变开启定时、关闭定时、升程、和/或各种其它发动机阀参数。

在给定固定的凸轮轮廓的情况下，调节阀定时和升程的一种方法是在阀和凸轮之间的阀机构联动装置中引入“无效运动”装置。如上所述，无效运动是一个术语，其通常适用于采用可变长度的机械、液压、或其它联动装置改变由凸轮轮廓规定的阀运动的技术解决方案种类。可变长度元件在完全扩展时将所有凸轮运动传递给阀，在完全收缩时，不将凸轮运动或将最少量的凸轮运动传递给阀。

图2示出了与无效运动系统一起使用的现有技术凸轮200。凸轮200包括圆柱形部分，通常称为基圆202，其不会使阀产生任何线性运动。凸轮200还包括使阀产生线性运动的提升（或偏心）部分204，凸轮的偏心部分204的轮廓控制阀的提升轮廓。偏心部分包括开启斜坡206和关闭斜坡208。显著地，偏心部分204基本上在其轮廓上的单一点升高到单一尖端205，并且没有同心部分（即，没有半径基本上恒定的高原形部分）。

图3示出了在使用图2的凸轮200的情况下，作为时间（以术语曲柄角表示）的函数的阀升程的图。第一曲线300描绘了当不使用无效运动系统时，或者当无效运动系统没有启动时的阀升程。在这种情况中，当开启斜坡206使阀（或其上的中间元件）运动时，阀开启，当关闭斜坡208接触阀（或中间元件）时，阀关闭。第二曲线302描绘了当致动无效运动系统以提早关闭阀时的阀升程。如图所示，当开启斜坡206接触阀时，阀开启，但当致动无效运动系统以操作地分离阀与凸轮时，在关闭斜坡208接触阀之前，阀关闭。

图4示出了当使用现有技术凸轮时表示不同阀开启持续时间的阀升程的一系列曲线404、406、408、410。如图所示，持续时间越长，阀必须提升得越高。由于发动机阀典型地被高速阀弹簧偏压到关闭位置，这种额外的升程导致能量浪费，大大破坏发动机效率。另外，这种增加的升程不必要地减小可获得的最大阀致动速率。这在膨胀活塞达到其TDC位置之后点燃其充气的分开循环发动机（例如发动机100）中是特别麻烦的，因为跨接阀114、116的动态致动的要求是非常高的。这是因为跨接阀必须总体上获得足够的升程以在相对于传统发动机而言非常短的曲轴旋转期间内（典型地在大约30到60度CA的范围内）完全输送燃料-空气充料，传统发动机通常在大约180度CA的期间致动阀。这意味着要求跨接阀的致动比传统发动机的阀快大约四到六倍。作为更快致动要求的结果，与传统发动机中的阀相比，跨接阀具有严格限制的最大升程。典型地，相比于传统发动机中的阀的大约10-12mm的最大升程，这些跨接阀的最大升程是大约2-3mm。因此，采用图2的凸轮200不可能获得有效的分开循环和空气混合动力分开循环操作所要求的快速致动速率和动态阀致动。

如在此使用的，“同心凸轮”是指包括至少5度CA的同心部分（即，凸轮偏心部分的具有恒定半径的部分）的凸轮。为了在此的目的，同心部分被称为是凸轮偏心部分的一部分，虽然在一个或多个所述实施方式中同心部分与凸轮的基圆部分同心。具有较小的同心部分（例如20-40度CA）的同心凸轮已经使用在非常大的慢速发动机（例如以小于1000rpm工作的船或机车发动机）上。然而，同心凸轮还没有用于中负荷和轻负荷应用中或者较高速的发动机中。在这些发动机中，典型地没有足够的时间来获得必需的阀升程，在同心期间保持阀开启，然后关闭阀，全部都在发动机的一个循环内。非要这么做将会需要不实际或甚至不可能的高的阀加速度。换句话说，在传统的较高速的发动机（例如在1000rpm以上工作的发动机）中，通常在给定的循环中正好有足够的时间开启阀到完全升程并且然后关闭阀，没有用于同心期间的时间。

然而，当与分开循环发动机特别是与空气混合动力分开循环发动机一起使用时，同心凸轮可以提供可观的能量节省。例如，在工作于AC模式中的空气混合动力分开循环发动机中，使用同心凸轮容许XovrC阀保持开启更长的时间，由此在给定循环中容许更多的压缩冲程充气被传输给气罐而不要求过度的XovrC阀升程和没有与此相关的能量损失。同时，当在NF模式中时，可以采用无效运动系统容许相同的发动机和相同的凸轮在仅有很少或没有同心的情况下工作。因此可以避免极端阀加速，否则极端阀加速将要求在NF模式中在更高速度（例如，高于大约1000rpm）使用同心凸轮。同心凸轮还可以容许使用较轻的组件，因为只需要支撑较低的阀升程。使用同心凸轮还可以降低对阀机构的移动部件的封装要求，并且消除在气阀弹簧中储存过量能量的需要。与有些同心凸轮相关联的较低的弹簧力还可以减小阀机构组件之间的峰值接触应力，这可以改进封装和致动速度。

现在参考图5，示出了与上述发动机100一起使用的根据本发明的阀机构500的示例性实施方式。阀机构500可以用于致动发动机100的任何阀，包括，但不限于，XovrC阀和XovrE阀。为了在此的目的，内燃机的阀机构定义为用于控制阀的致动的阀机构元件的系统。阀机构元件一般包括致动元件及其相关联的支撑元件的组合。致动元件（例如，凸轮、挺杆、弹簧、摇臂、阀等）使发动机的阀在每个阀开启动作中具有致动运动（即，开启和关闭阀），支撑元件（例如，轴、支座等）牢固地安装并且引导致动元件。

如图所示，阀机构500包括凸轮502、摇臂504和阀506。阀机构500还包括一个或多个相关联的支撑元件，为了简洁的目的而没有在图5中示出。阀506包括阀头508和从阀头508垂直伸出的阀杆510，筒夹（未示出）将阀适配器组件512固定到与阀头508相对的杆510的尖端。当阀506处于其关闭位置中时，阀弹簧（未示出）将阀头508牢固地保持在阀座（未示出）上。任何各种阀弹簧可以用于此目的，例如包括空气或气弹簧。另外，虽然所示的阀是向外开启的提升阀，但可以使用任何凸轮致动的阀，包括向内开启的提升阀，而不背离本发明的范围。

摇臂504在一端包括叉形的摇臂垫520，其跨骑在阀杆510上并且与阀适配器组件512的下侧接合。另外，摇臂504在相对端包括实心的摇臂垫522，其可滑动地接触阀机构500的凸轮502。摇臂504还包括贯穿其延伸的摇臂轴孔524。

摇臂504的叉形摇臂垫520接触向内开启的提升阀506的阀适配器组件512从而使由凸轮502的致动引起的摇臂垫522的向下方向转变为摇臂垫520的向上运动，该向上运动又开启阀506。

凸轮502是同心凸轮，因为其包括至少5度CA的同心部分。在所示的实施方式中，同心凸轮502沿所示箭头的方向旋转。当凸轮502的偏心部分526接触摇臂垫522时，摇臂504围绕置于摇臂轴孔524中的摇臂轴528旋转以提升阀506离开其座。

图6示出了根据本发明实施方式的多个同心凸轮600A-600G。每个凸轮600A-600G通常包括基圆部分和偏心部分。偏心部分包括开启斜坡、关闭斜坡和同心部分。例如凸轮600A包括基圆部分602A和具有开启斜坡606A、关闭斜坡608A和同心部分610A的偏心部分604A，同心部分可以具有各种尺寸（即，至少5度CA）并且具有合适尺寸以符合在发动机工作条件和空气混合模式的全部范围上所需的最长的可能阀开启持续时间。阀的开启斜坡被设定为足够获得发动机阀在所需速率上要求的最大升程的任何值，关闭斜坡（或“着陆”斜坡）成形为当阀接近其阀座时快速减小阀的速度。在所示的实施方式中，凸轮600A-600G的同心部分如下：

600A-45度凸轮角

600B-90度凸轮角

600B-135度凸轮角

600D-180度凸轮角

600E-225度凸轮角

600F-270度凸轮角

600G-315度凸轮角

应当理解，用曲柄角CA表示的同心部分的长度将取决于曲轴转数与凸轮转数之比。在对于凸轮每旋转一圈而曲轴旋转两圈的实施方式中，所示的以曲柄角CA表示的同心部分的长度如下：

600A-90度CA

600B-180度CA

600B-270度CA

600D-360度CA

600E-450度CA

600F-540度CA

600G-630度CA

所示的同心凸轮仅仅是示例性的实施方式。同心凸轮可以具有各种同心部分长度，例如包括至少大约5度CA，在大约5度CA和大约100度CA之间，和在大约5度CA和大约200度CA之间。

阀机构500还包括无效运动系统530以减掉或失去凸轮传到阀上的部分或全部运动。无效运动系统530包括支撑摇臂轴528的可收缩元件532，摇臂504绕摇臂轴528枢转或旋转。可收缩元件532包括第一和第二圆柱形伸缩式半部534、536，其限定了其相应内部之间的流体室。当可收缩元件532被致动时，流体被从流体室排到液压蓄能器（未示出）中容许第一和第二伸缩式半部534、536相对于彼此且朝着彼此滑动，由此减小了可收缩元件的总高度H。可收缩元件532通过电磁阀和止回阀致动，止回阀与包括流体室和蓄能器的液压回路连通。电磁阀可以保持在关闭位置中以便将液压流体保留在回路中。只要电磁阀保持关闭，摇臂504就被支撑并且由凸轮502赋予它的运动被传递到阀506，将其提升离开其座。

当螺线管临时开启时，所述回路部分或完全排放，容许可收缩元件532部分或完全收缩，由此降低摇臂504的枢轴点。在这种情况中，不足的凸轮运动被传到摇臂504以实际提升阀506离开其座，并且因此阀506关闭或保持关闭。可收缩元件532因此可以提供容许可变阀致动的无效运动特征（即，容许阀506在比凸轮502轮廓提供的时间更早的时间关闭）。应当理解，通过改变流体从无效运动系统530排放的程度，容许阀开启或关闭的程度也可以改变，因此容许可变的阀升程。

可收缩元件532还有利地占据可能存在于阀机构500中的任何间隙，例如，由于热膨胀和收缩、组件磨损等产生的间隙。为了在此的目的，术语“阀间隙”或“间隙”被定义为当阀506完全落座时存在于阀机构500中的总空隙。阀间隙等于在阀机构的所有单个阀机构元件（即，致动元件和支撑元件）之间的所有单个空隙的总值。

虽然所示的实施方式包括液压可收缩元件532以提供无效运动功能，但实际上可以采用任何无效运动系统而不背离本发明的范围。本领域的技术人员将会认识到可以使用其它无效运动系统（例如，气动、机械、电动、电磁、和/或其结合）。无效运动系统的其它实例长篇描述于与本申请同日申请的标题为“LOST-MOTION VARIABLE VALVE ACTUATION SYSTEM WITH CAMPHASER”的美国申请13/359,521中，其在此全文并入作为参考。

在凸轮驱动的致动系统中，凸轮的关闭或着陆斜坡通常指定当阀关闭时阀接触其座的速度。然而，如果阀提早关闭（即，通过在关闭斜坡到达摇臂之前致动无效运动系统），则在阀弹簧的刚性下，阀不期望地“自由降落”。这导致阀撞击在阀座上，损坏阀、座、和/或阀机构的其它组件。因此，虽然没有显示，但在阀机构500中包括阀落座控制装置或“阀捕捉装置”以当关闭时随着阀506接近阀座而快速降低阀506的速度。例如，液压阀捕捉装置能够操作地耦联到阀506上。

图7示出了对于包括根据本发明的同心凸轮的阀机构，作为曲柄角的函数的阀升程的两个曲线700、702。第一个曲线700示出了当没有使用无效运动系统时（例如，当电磁阀关闭从而使可收缩元件的流体室保持充满不可压缩的液压流体并且所有凸轮运动被传到阀时）的阀升程。如图所示，凸轮的同心部分在整个同心部分上产生持续不变的、基本上恒定的阀升程。第二个曲线702表示当致动无效运动系统以改变阀关闭的时间、或位置时（即，提早关闭阀）的阀升程。从图7将可以理解，在使用同心凸轮的情况下，最大阀升程保持总体上恒定而与阀关闭得如何早或晚无关（假设阀在凸轮的同心部分期间的某点处而没有在开启或关闭斜坡上关闭）。

另一方面，图8示出了对于包括现有技术凸轮200的阀机构，作为曲柄角的函数的阀升程的曲线804。如图所示，为了获得与图7的曲线702相同的开启持续时间，同时也保持大约相同的开启斜坡速率，必须将阀提升成离阀座基本上高很多。如上说明的，这种额外的升程减慢了阀致动，降低了发动机效率，并且导致各种设计限制。此外，提升使用与如图2所示的凸轮相似的现有技术凸轮的阀所需的能量典型地每次提升升高了3焦耳。另一方面，在本发明的一个实施方式中，提升跨接阀所需的能量小于大约1.5焦耳，优选小于大约1.0焦耳，并且甚至更优选小于大约0.5焦耳。

图9示出了根据本发明的空气混合动力分开循环发动机的一个实施方式。如图所示，发动机900具有压缩气缸902和膨胀气缸904，压缩活塞910和膨胀活塞920分别在其中进行往复运动。活塞910、920耦联到曲轴906，曲轴可旋转地通过轴颈连接到发动机气缸体925中。压缩气缸902和膨胀气缸904通过至少一个跨接通道912连接，跨接通道912的入口通过向外开启的凸轮致动的“XovrC”提升阀914而选择性地开启和关闭，跨接通道912的出口通过向外开启的凸轮致动的“XovrE”提升阀916而选择性地开启和关闭。跨接阀914、916的杆通过相应的摇臂927、929接合，摇臂927、929又枢轴地安装在由可收缩的无效运动系统931、933支撑的摇臂轴上。摇臂927、929在与阀接合端相反的第二端通过安装到相应凸轮轴的相应同心凸轮935、937而接合。

在工作过程中，曲轴906旋转使活塞910、920在相应的气缸902、904中往复运动。当曲轴906旋转时，同心凸轮935、937还由于其经由正时皮带、链条、齿轮或类似机构（未示出）连接到曲轴而旋转。当同心凸轮935旋转时，其开启斜坡部分939接触摇臂927并且使其运动（例如，通过使摇臂927逆时针枢转或旋转）。这又导致摇臂927的阀接合端使阀914运动（例如，通过将阀914从其阀座向上提升）并且由此开启阀914。当凸轮935的同心部分941接触摇臂927时，摇臂927保持在基本上固定的角度取向上，这又保持阀914开启在离阀座基本上固定的线性距离处。如果需要阀关闭控制，则将保持在可收缩的无效运动系统931中的加压液压流体快速排放，降低摇臂轴相对于气缸盖943的垂直高度。因此，摇臂927在阀弹簧（未示出）的偏压下顺时针枢转或旋转直到阀914关闭在座上。摇臂927的凸轮接合端在阀914致动的整个期间保持基本上与凸轮935接触。如上所述可以包括阀捕捉系统以控制阀914接触阀座的速度。

替代地，如果需要阀关闭控制，则阀914保持开启固定的线性距离，直到凸轮935的同心部分941经过摇臂927并且摇臂927接触关闭斜坡945为止。在这时，迫使阀914关闭的阀弹簧的偏压引起摇臂927顺时针枢转或旋转直到阀914关闭为止。阀关闭速度通过凸轮的关闭斜坡轮廓或通过阀捕捉系统来控制，如上所述。XovrE阀916的详细操作说明被省略，因为其操作基本上等同于在所示的实施方式中的XovrC阀914的操作。然而，将会理解，相应跨接阀914、916的凸轮935、937的偏心部分可以彼此异相地对准以获得必需的相对阀定时。

在所示的实施方式中，XovrC凸轮935是具有大约90度CA的同心部分的同心凸轮。类似地，XovrE凸轮937是具有大约90度CA的同心部分的同心凸轮。应该理解，所示的阀机构可以有利地提供空气混合动力发动机900的有效工作所需的动态阀致动特性而不需要不必要的阀升程，如以上详细说明的。

在此公开的阀机构和发动机被构形成在宽范围的发动机转速上可靠地工作。在某些实施方式中，根据本发明的发动机能够工作在至少大约1000rpm，优选至少大约2000rpm，更优选至少大约4000rpm，更优选至少大约5000rpm，更优选至少大约7000rpm，的转速下。

图10A-14D示出了多个图，表示对于本发明的空气混合动力分开循环发动机的一个示例性实施方式的各种阀和各种工作条件，在各种速度和负荷下的同心使用。在所示的图中，需要保持阀开启16.5度CA以上的速度/负荷点被标记为“同心”，需要保持阀开启16.5度CA或以下的点被标记为“无同心”。虽然在所示的实施方式中将16.5度CA用作“同心”和“无同心”之间的阈值，但可以使用任何各种其它的持续时间阈值而不背离本发明的范围，只要阀保持在其最高提升位置至少5度CA。

图10A-10C示出了当发动机在AC模式中工作并且气罐分别被充气到10巴、20巴和30巴时发动机的XovrC阀的同心使用。在AC模式中使XovrC阀同心容许更多的压缩冲程充气被传输到气罐进行储存。如图所示，同心显著地用于AC模式中的XovrC阀，特别是当罐压低时。当罐压增加时，使XovrC阀同心的需求降低，但是图上仍有许多同心有利的点。特别是，同心更频繁地在低负荷和/或低速工作时使用。在一个实施方式中，对于AC模式中的XovrC阀，同心发生在图10A-10C中所绘情形的大约68%中。

图11A-11C示出了当发动机在AE模式中工作并且气罐分别被充气到10巴、20巴和30巴时发动机的XovrE阀的同心使用。在AE模式中使XovrE阀同心容许更多的储存在气罐中的充气被传输到膨胀气缸中。如图所示，同心显著地用于AE模式中的XovrE阀，特别是当罐压低时。当罐压增加时，降低了使XovrE阀同心的需求，但是图上仍有许多同心有利的点。特别是，同心更频繁地在高负荷和/或低速工作中使用。在一个实施方式中，对于AE模式中的XovrE阀，同心发生在图11A-11C中所绘情形的大约56%中。

图12A-12C示出了当发动机在AEF模式中工作并且气罐分别被充气到10巴、20巴和30巴时发动机的XovrE阀的同心使用。在AEF模式中使XovrE阀同心容许更多的储存在气罐中的充气被传输到膨胀气缸中。如图所示，与AE模式中相比，同心更少用于AEF模式中的XovrE阀，但是当罐压低时和在较高罐压的一些低速/高负荷和低速/低负荷的条件中仍然使用。在一个实施方式中，对于AEF模式中的XovrE阀，同心发生在图12A-12C中所绘情形的大约16%中。

图13A和13C示出了当发动机在FC模式中工作并且气罐分别被充气到10巴和20巴时发动机的XovrC阀的同心使用。在FC模式中使XovrC阀同心容许更多的压缩充气被传输到气罐。图13B和13D示出了当发动机在FC模式中工作并且气罐分别被充气到10巴和20巴时发动机的XovrE阀的同心使用。在FC模式中使XovrE阀同心容许更多的储存在气罐中的充气被传输到膨胀气缸中。如图所示，同心显著地用于FC模式中的XovrC阀，特别是当罐压低时。当罐压增加时，降低了使XovrC阀同心的需求，但是图上仍有许多同心有利的点。如图13B和13D中所示，同心更少程度地用在FC模式中的XovrE阀上，但是其仍然用于许多低速工作条件。

图13A-13D示出了当使用1g/s的罐充气速率时FC模式的同心使用。另一方面，图14A-14D示出了当罐充气速率变成双倍达到2g/s时FC模式的同心使用。因此，在图14A-14D中，储存在气罐中的压缩充气与传输到膨胀气缸的压缩充气之比率比图13A-13D中的大。如图14A和14C中所示，在这些工作条件下同心显著地用于XovrC阀，特别是当罐压低时。同时，如图14B和14D所示，同心更少程度地用在FC模式中的XovrE阀上，但是其仍然用于许多低速工作条件。在一个实施方式中，对于FC模式中的XovrC阀，同心发生在图13A-14D中所绘情形的大约73%中，同时对于FC模式中的XovrE阀，同心发生在图13A-14D中所绘情形的大约21%中。

虽然已经通过参考具体实施方式描述了本发明，但应当理解可以在所述的发明概念的精神和范围内进行各种改变。例如在图9所示的实施方式中，两个跨接阀都是向外开启的提升阀并且通过同心凸轮和无效运动系统致动。然而并不总是这种情况。例如，一个或两个跨接阀可以通过没有同心部分的凸轮致动或者可以使用没有凸轮的系统致动。还有，一个或两个跨接阀可以是向内开启的。还可以有多于两个跨接阀，和多于一个跨接通道。进气和排气阀，和关于这点的发动机中的任何其它阀，也可以如在此关于跨接阀所述，通过同心凸轮和无效运动系统致动。凸轮可以安装到单独的凸轮轴上或者可以安装到相同的凸轮轴上。在此公开的发动机不限于具有仅仅两个气缸。因而，认为本发明并不限于所述的实施方式，而是具有权利要求的语言限定的完全范围。

Claims (34)

1.一种发动机，包括：

在多个发动机循环期间储存压缩空气的储气筒；和

具有至少大约5度CA的同心部分的至少一个凸轮。

2.根据权利要求1的发动机，其中所述发动机是分开循环发动机。

3.根据权利要求1的发动机，其中所述凸轮致动至少一个向外开启的阀。

4.根据权利要求3的发动机，其中所述至少一个阀是分开循环发动机中的跨接阀。

5.根据权利要求1的发动机，其中所述同心部分在大约5度CA和大约720度CA之间。

6.根据权利要求1的发动机，其中所述同心部分在大约10度CA和大约360度CA之间。

7.根据权利要求1的发动机，其中所述同心部分在大约90度CA和大约180度CA之间。

8.根据权利要求1的发动机，其中所述发动机能够以超过1000rpm的转速工作。

9.根据权利要求1的发动机，进一步包括无效运动系统，该无效运动系统容许所述凸轮与阀选择性操作地断开以早于所述凸轮要求的时间关闭所述阀。

10.根据权利要求9的发动机，其中所述无效运动系统容许所述阀在特定转速/负荷图的至少50%上同心。

11.根据权利要求9的发动机，其中与储气筒中的压力高时相比，当储气筒中的压力低时，无效运动系统容许阀在特定速度/负荷图的更大百分比上同心。

12.根据权利要求9的发动机，其中与发动机的工作转速低时相比，当发动机的工作转速高时，无效运动系统容许阀在更长的曲柄角持续时间上同心。

13.一种发动机，包括：

储气筒，其构形成选择性地储存来自气缸的空气，所述空气在所述发动机的压缩冲程中在所述气缸中被压缩，和在所述发动机的膨胀冲程期间选择性地供应空气给气缸；

至少一个发动机阀，其构形成开启和关闭设置于所述发动机中的通道；和

具有至少一个形成于其上的凸轮的凸轮轴，所述至少一个凸轮具有至少5度CA的同心部分并且被构形成使所述至少一个发动机阀运动。

14.根据权利要求13的发动机，进一步包括操作地耦联到所述至少一个发动机阀的无效运动元件。

15.根据权利要求13的发动机，其中所述压缩冲程和所述膨胀冲程发生在单独的发动机气缸中。

16.根据权利要求13的发动机，其中所述发动机是分开循环发动机。

17.根据权利要求13的发动机，其中所述至少一个阀是向外开启的阀。

18.一种空气混合动力发动机，其包括：

凸轮，该凸轮具有基圆部分、开启斜坡部分、关闭斜坡部分和延伸于所述开启斜坡部分和所述关闭斜坡部分之间的同心部分；

其中所述同心部分在凸轮轮廓的至少5度上延伸。

19.根据权利要求18的发动机，其中所述发动机是分开循环发动机。

20.一种空气混合动力发动机，包括：

具有至少一个凸轮凸起部的凸轮轴；

其中所述凸轮凸起部具有至少5度CA的同心部分。

21.一种发动机，包括：

可围绕曲轴轴线旋转的曲轴；

压缩活塞，该压缩活塞可滑动地容纳于压缩气缸中并且操作地连接到所述曲轴从而使所述压缩活塞在所述曲轴的单个旋转中往复通过进气冲程和压缩冲程；

膨胀活塞，该膨胀活塞可滑动地容纳于膨胀气缸中并且操作地连接到所述曲轴从而使所述膨胀活塞在所述曲轴的单个旋转中往复通过膨胀冲程和排气冲程；

使所述压缩气缸和膨胀气缸相互连接的跨接通道，所述跨接通道包括其间限定了压力室的跨接压缩阀和跨接膨胀阀；

构形成使所述跨接膨胀阀运动的第一凸轮，所述第一凸轮具有至少5度CA的同心部分；和

第一可收缩无效运动元件，该第一可收缩无效运动元件具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，所述跨接压缩阀与所述第一凸轮操作地断开，在所述第二位置中，所述跨接压缩阀操作地连接到所述第一凸轮。

22.根据权利要求21的发动机，进一步包括：

构形成使所述跨接压缩阀运动的第二凸轮，所述第二凸轮具有至少5度CA的同心部分；和

第二可收缩无效运动元件，其具有第一位置和第二位置，在所述第一位置中，所述跨接膨胀阀与所述第二凸轮操作地断开，在所述第二位置中，所述跨接膨胀阀操作地连接到所述第二凸轮。

23.根据权利要求21的发动机，进一步包括与所述跨接通道流体连通的储气筒。

24.根据权利要求23的发动机，其中所述储气筒与所述跨接通道连通的接口可以使用一个或多个阀而选择性地开启和关闭。

25.一种致动发动机中的发动机阀的方法，包括：

在至少5度的曲轴旋转上的同心位置中保持所述发动机阀开启。

26.根据权利要求25的方法，其中所述发动机阀在特定速度/负荷图的至少50%上保持在所述同心位置中。

27.根据权利要求25的方法，其中与储气筒中的压力高时相比，当所述发动机的所述储气筒中的压力低时，所述发动机阀在特定速度/负荷图的更大百分比上保持在所述同心位置中。

28.根据权利要求25的方法，其中与所述发动机的工作转速低时相比，当所述发动机的工作转速高时，所述发动机阀在更长的曲柄角持续时间上保持在所述同心位置中。

29.一种致动发动机阀的方法，包括：

通过用凸轮的开启斜坡轮廓使所述发动机阀运动而开启所述发动机阀，所述凸轮具有至少5度CA的同心部分；

将所述发动机阀保持在全开的位置中持续第一时间段；和

通过致动无效运动系统以操作地将所述发动机阀与所述凸轮断开而关闭所述发动机阀。

30.一种分开循环空气混合动力发动机，包括：

可围绕曲轴轴线旋转的曲轴；

压缩活塞，该压缩活塞可滑动地容纳于压缩气缸中并且操作地连接到所述曲轴从而使所述压缩活塞在所述曲轴的单个旋转中往复通过进气冲程和压缩冲程；

膨胀活塞，该膨胀活塞可滑动地容纳于膨胀气缸中并且操作地连接到所述曲轴从而使所述膨胀活塞在所述曲轴的单个旋转中往复通过膨胀冲程和排气冲程；

使所述压缩气缸和所述膨胀气缸相互连接的跨接通道，所述跨接通道包括其间限定了压力室的跨接压缩XovrC阀和跨接膨胀XovrE阀；

储气筒，该储气筒操作地连接到所述跨接通道并且可选择性地操作以储存来自所述压缩气缸的压缩空气和将压缩空气输送到所述膨胀气缸；和

构形成使所述XovrC阀和所述XovrE阀中的至少一个运动的第一凸轮，所述第一凸轮具有至少5度CA的同心部分；

所述发动机能够在正常点火NF模式和四个混合模式中的至少一个中工作，所述四个混合模式是空气膨胀器AE模式、空气压缩器AC模式、空气膨胀器和点火AEF模式以及点火和充气FC模式。

31.根据权利要求30的分开循环空气混合动力发动机，其中：

所述第一凸轮构形成使所述XovrC阀运动；和

所述发动机可在所述AC模式中操作。

32.根据权利要求30的分开循环空气混合动力发动机，其中：

所述第一凸轮构形成使所述XovrE阀运动；和

所述发动机能够在所述AE模式和所述AEF模式中的至少一个中操作。

33.根据权利要求30的分开循环空气混合动力发动机，其中：

所述第一凸轮构形成使所述XovrC阀运动；

所述发动机进一步包括构形成使所述XovrE阀运动的第二凸轮，所述第二凸轮具有至少5度CA的同心部分；和

所述发动机能够在所述FC模式中操作。

34.根据权利要求33的分开循环空气混合动力发动机，其中所述发动机能够在所述AC模式、所述AE模式和所述AEF模式中操作。

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