CN103510987A

CN103510987A - 一种多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法

Info

Publication number: CN103510987A
Application number: CN201210203648.XA
Authority: CN
Inventors: 周登荣; 周剑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN103510987B

Abstract

本发明涉及一种以压缩空气作为动力的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法。该控制方法包括：数据采集模块，停缸决策模块以及停缸执行模块。其中，数据采集模块收集发动机气缸当前的工作状态信息，包括发动机负载状态、转速信息、温度信息以及压缩空气压力信息等，并将这些状态信息发送给停缸决策模块。停缸决策模块根据数据采集模块发送过来的状态信息判断发动机气缸当前的工作状态，并根据MAP图来判定是否符合进入停缸执行阶段，以将决策结果信息发送给停缸执行模块。停缸执行模块则根据停缸决策模块所发送的决策结果信息执行更改发动机进气控制系统的操作。

Description

一种多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法

技术领域

本发明涉及一种发动机控制策略，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法。

背景技术

发动机被广泛应用于各行各业中，在现代交通运输工具比如汽车、轮船等中，一般采用以燃油作为动力源的活塞式内燃发动机。这种采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题，以压缩空气作为动力源的空气动力发动机正好满足了这种要求。

最早研究压缩空气动力发动机的为法国MDI公司的设计师Guy Negre，他于2002年推出了第一款纯空气动力的经济型家用桥车。关于压缩空气发动机的研究可见FR2731472A1、US6311486B1、US20070101712A1等。

FR2731472A1公开了一种可在燃料供应和压缩空气供应两种模式下工作的发动机，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解决。

为了进一步减轻污染，US6311486B1公开了一种纯空气动力发动机，这种类型的发动机采用了三个独立的室：吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之一是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动力源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类发动机的工作效率及单次充气持续工作时间。

国内对压缩空气发动机的研究起步较晚，目前的研究多属于理论探讨和概念设计阶段，均未能解决压缩空气的排放(通常具有较高的压力，比如30bar左右)以及高压压缩空气的控制和分配问题，离压缩空气发动机的产品化过程还有很长的路要走。

本申请的申请人在其专利文献CN101413403 A(其同族国际申请为WO2010051668 A1)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机本体、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发电机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720度，活塞做功一次。而作为动力源的高压空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403 A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备高压空气才能工作足够长的时间。

基于专利申请CN101413403 A所存在的问题，本申请的申请人在其申请号为201110331809.9 的中国申请中公开了一种具有尾气回收回路的压缩空气发动机总成，该发动机包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、前齿轮箱系统和后齿轮箱。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了“零排放”，并且循环利用废气进行做功，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是直列多缸发动机，控制器中的每个控制器气门孔中只安装一个控制器气门，在发动机总体长度一定的情况下，限制了气缸的缸数，因而限制了发动机的总输出功率。显然，201110331809.9 号申请所公开的这种直列多缸空气动力发动机总输出功率不高，发动机的构型仍然值得探索。

在本申请的申请人已经提交的“一种V型多缸空气动力发动机”的基础上，延伸研究该发动机的其他控制策略是必要的。可知的是，在燃油发动机领域内，部分缸停缸断油功能是提高整车燃油经济性的有效技术措施之一，当发动机处于部分负荷工况下采用部分气缸停缸的技术，使未停缸的气缸负荷增加，避免气缸在低负荷下工作，使整机的效率得到提高。从而提高整车的燃油经济性。但是现有技术中并没有对空气动力发动机的停缸控制技术，能否将相应的控制策略应用在以空气动力为能量来源的发动机上需要进一步的探讨。

本申请的主要目的是提供一种用于空气动力发动机在部分负荷时进行停缸控制的策略方法，停缸技术主要解决发动机的整车在部分负荷时的经济性问题，同时也能相应降低了空气动力发动机在转运时饱受诟病的噪音过大问题。

发明内容

相当于本发明原始要求范围内的某些实施例作如下概括。这些实施例并非限制所请求保护的发明范围，而是试图提供本发明的多种可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括类似于或不同于下面提出的实施例的不同形式。

根据本发明的一个发面，提供一种V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，所述V型多缸空气动力发动机总成包括：

发动机本体，其包括左右两排气缸、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴和前齿轮箱，所述前齿轮箱系统用来将曲轴的动力通过过桥齿轮传递给排气凸轮轴和进气凸轮轴；高压气罐组，其通过管路与外接加气装置连通；恒压罐，其通过管路与高压气罐组连通；进气控制调速阀，其调节通过管路的高压压缩空气的流量；控制器系统；多柱体动力分配器，其与发动机本体的曲轴连接；动力设备，其与多柱体动力分配器连接，以接收曲轴传递过来的动力；电子控制单元ECU，其根据传感器所检测的信号控制进气控制调速阀；压缩空气加热装置，其将来自恒压罐的压缩空气进行加热，以提高进气的温度；

其特征在于，所述控制方法包括执行方法的模块：数据采集模块，停缸决策模块以及停缸执行模块；其中，所述数据采集模块收集发动机气缸当前的工作状态信息并送给停缸决策模块；所述停缸决策模块根据数据采集模块发送过来的工作状态信息判断发动机气缸当前的工作状态，根据MAP图来判定是否符合进入停缸执行阶段，并将决策结果信息发送给停缸执行模块；所述停缸执行模块根据停缸决策模块所发送的决策结果信息执行更改发动机进气控制系统的操作。

优选的是，所述工作状态信息包括发动机负载状态、转速信息、温度信息以及压缩空气压力信息。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，该发动机负载、转速和压缩空气进气压力对应的MAP图保存到中央控制器内存。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，对该空气动力发动机总成的各个部分进行压力测试包括对位于压缩空气入口管路的压力计P₁，位于气体储存组件和气体加热组件之间的压力计P₂，位于气体加热组件和气体做功组件之间的压力计P₃，位于气体做功组件和气体储存组件之间的压力计P₄分别进行压力检测。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，上述测量压力值任一不正常，则无法完成停缸操作，表示可能存在安全隐患。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，电子控制单元单元根据得到的发动机负载、发动机转速、温度以及压缩空气压力等信息结合所存储的MAP图进行判断停缸数量和/或停缸时间。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，考虑到发动机负荷的均匀性、气流造成的损失和节能等因素，需要控制两组缸分别轮流停缸，使发动机停缸的气缸保持在一定的负荷平衡。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，在停缸操作模式中，同时实时监测上述停缸条件能否一直满足，如果发生不能满足上述停缸条件的情况，则发出返回正常运行的指令，结束停缸模式操作。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，电子控制单元是通过CAN总线接收和发出指令信息。

优选的是，所述的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，其特征在于，停缸操作模式在发动机处于低负荷时自动或人工启动。

附图说明

现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的V型多缸空气动力发动机总成的总体示意图；

图2是图1中的根据本发明的移除控制器、气缸和气缸盖后的V型多缸空气动力发动机本体的三维斜视透视图；

图3是图1中的发动机本体的横向剖取的侧视图，其包括气缸、气缸盖和控制器的截面；

图4是根据本发明的V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

首先介绍的是本申请的控制方法所依托的V型多缸空气动力发动机。现在参考图1，图1是根据本发明的V型多缸空气动力发动机的总体示意图。在图1中，V型多缸空气动力发动机包括发动机本体1、多柱体动力分配器2、动力设备4、控制器系统6、空气压缩机7、冷凝器11、尾气回收罐9、高压气罐组13、恒压罐16、压缩空气加热装置101、进气控制调速阀23、电子控制单元ECU 29、限压阀702、顺序阀703。如图1所示，高压气罐组13通过压缩空气入口管路14与外接加气站或外接加气装置连接，以从外界获得所需的高压压缩空气。压缩空气入口管路14上设有流量计A、压力计P和手控开关(未示出)。流量计A用于测量和监控进入高压气罐组13的压缩空气的流量，而压力计P用于测量和监控进入高压气罐组13的压缩空气的压力。在需要通过外接加气装置或加气站对高压气罐组13进行加气时，打开手控开关，高压压缩空气进入高压气罐组13，当压缩空气入口管路14上的流量计A和压力计P达到规定数值时，关闭手控开关，完成高压气罐组13的充气过程，这样就可获得额定压力下比如30MPa的压缩空气。为了保证储气罐的安全性能，在高压气罐组13上可设置一个、二个或多个安全阀(未示出)。

高压气罐组13可以是具有足够容量的一个、二个、三个、四个或更多个高压气罐以串联或并联的形式组合而成，根据应用场合的实际需要，确定高压气罐组13的组成气罐数。高压气罐组13通过管路15连接到恒压罐16，管路15上同样设置有分别监测和控制压缩空气流量和压力的流量计A和压力计P以及减压阀701。减压阀701用来使高压气罐组13提供的高压压缩空气减压，以适当压力送入到恒压罐16。恒压罐16用来稳定来自高压气罐组13的高压空气的压力，其压力略低于高压气罐组13内的压力，比如在21-25MPa之间，优选的是在21MPa左右。

在恒压罐16和进气控制调速阀23之间的管路17上设有压缩空气加热装置101，该加热装置为利用电流对空气进行加热的装置，其可采用交流电也可采用直流电，采用何种电流取决于设定在压缩空气加热装置101上的直流电按钮101-2和交流电按钮101-4的选定。压缩空气加热装置101上还设有直流调温按钮101-1和交流调温按钮101-3等两个功能按钮，以及直流电流表101-5、直流电压表101-6、交流电流表1-7和交流电压表101-8等四个计量表。直流调温按钮101-1和交流调温按钮101-3分别用来调节压缩空气加热装置101采用直流电或交流电对压缩空气进行加热的期望温度。为了使进入发动机气缸内的压缩空气尽可能地膨胀做功，希望在气缸及管道的耐温温度下压缩空气的加热温度尽可能的高。根据本发明的优选实施例，经过压缩空气加热装置101加热后的压缩空气，其温度可以达到400℃-800℃。根据直流调温按钮101-1和交流调温按钮101-3的设定，加热后的压缩空气其温度可在环境温度到800℃的温度下变化，这样就可以充分地满足压缩空气的温度要求，以尽可能地提高压缩空气的做功能力。直流电流表101-5、直流电压表101-6、交流电流表101-7和交流电压表101-8分别用来检测压缩空气加热装置101的直流或交流的电流值和电压值。管路17上也设置有分别监测和控制压缩空气流量和压力的流量计A和压力计P。来自压缩空气加热装置101的高温、高压空气经过进气控制调速阀23的控制和调节后经管路进入控制器系统6。

现在详细地描述进气控制调速阀23。进气控制调速阀23的作用是根据电子控制单元ECO 29的指令信号控制电磁阀的开启时间来决定压缩空气进气量。由于电磁阀具有减压作用，其与减压调压阀组合就形成了调速阀，从而可以将发动机的转速调整在一个合适的范围内。进气控制调速阀23由ECU 29发出的控制信号26控制。在发动机本体1上可选择性地设有多种传感器，比如测量发动机转速的速度传感器、判断气缸上止点位置的位置传感器以及判断门油踏板位置的门油电位计，还可以是测量发动机机体温度的温度传感器。根据本发明的示例性实施例，示出了速度传感器24和/或门油电位计242。速度传感器24可以是现有技术中测量发动机转速的各种速度传感器，并通常设置在曲轴1020上。门油电位计242可以是现有技术中测量油门踏板位置的各种位置传感器，其通常设置在门油踏板位置处。在非车辆应用的场合中，类似于踏板位置的门油电位计可以是发动机负荷传感器，例如监测发动机输出力矩的转矩传感器、发电场合中控制发电电流大小的电流选择旋钮的位置传感器等。ECU 29根据各种传感器的信号，比如速度传感器24的速度信号和门油电位计242的位置信号中的任何一个或两个，经过运算处理发出控制信号26，控制信号26控制进气控制调速阀，从而可以实现进气控制调速阀的高速、中速、低速需要，由此相应于发动机的高速、中速和低速转动。

经过进气控制调速阀的高压压缩空气经高压管路流入控制器系统6，并由控制器系统6向发动机本体1的各个气缸提供高压压缩空气，比如大约7-18MPa之间的压力，优选的是为9-15MPa，更优选的是为11-13MPa，以驱动发动机活塞1140在缸体3008内作往复运动(参考图2)，并经由连杆1100将活塞1140的往复运动转变成的曲轴1020的旋转运动，从而满足发动机的各种工况下的要求。控制器系统6的具体结构将在后文进行详细地描述。

继续参考图1，从发动机本体1输出的转动运动经过多柱体动力分配器2分配到应用设备，如图1中所示，应用设备包括空气压缩机7、动力设备4。空气压缩机7可以是传统的叶片式压缩机和活塞式压缩机等，也可以是本申请的申请人在专利文献(CN 201261386Y)中所公开的加压装置。动力设备4可以是传动系统、发电机或变速器系统等。多柱体动力分配器2可与曲轴1020上的飞轮固定连接，也可通过比如是联轴器的连接件与曲轴连接。多柱体动力分配器2将动力分成两路，一路分配给动力设备4，另一路分配给空气压缩机7。动力设备4通过离合器3或类似功能的连接装置与多柱体动力分配器2连接，空气压缩机7通过例如是齿轮装置的联轴器5与多柱体动力分配器2连接。当发动机工作时，曲轴1020的旋转带动多柱体动力分配器2运转，继而将动力分别分配给动力设备4和空气压缩机7，从而带动动力设备4和空气压缩机7工作。本申请的申请人在其之前的中国专利申请201110331831.3 和201110373185.7 详细地描述了多柱体动力分配器的构造和结构，在此，这两个申请的全文通过引用结合于本文中，以对多柱体动力分配器进行公开。

由于本发明的压缩空气发动机由高压空气直接驱动，在曲轴旋转0-180度的过程中，高压空气驱动活塞1140运动，在活塞到达下止点后因惯性向上运动时，曲轴继续转动180度，发动机进行排气冲程，此时排气的气体依然具有较高的压力，例如为0.4~3MPa左右，具有较高压力的排出气体直接排到大气中一方面容易形成高压尾气流，引起尾气噪声，另一方面损耗了压缩空气所蕴涵的能量。因此，对压缩空气发动机的尾气再利用是一项势在必行的关键技术。本发明的补充压缩空气回路结构概括如下：

从发动机本体1的排气集气管27排出的尾气经管路20输送到尾气回收罐9。尾气回收罐9和空气压缩机7之间的管路8上设有流量计A和压力计P，以分别检测和监控经过空气压缩机7压缩后的尾气的流量和压力。经过空气压缩机7压缩后的尾气其压力得到显著的增加，通常能达到大约10 MPa 至大约25MPa之间。空气压缩机7将压缩后的尾气分两路对发动机本体1进行补充供应。在管路705的下游处设有分支管路704和10，管路10通往高压气罐组13，当空气压缩机7增压后的尾气压力大于15MPa时，增压尾气通过开启压力设定为例如是15MPa的限压阀，随后经过设定在管路10上的冷凝器11冷却后送入高压气罐组13，或者再通过尾气过滤器(图中未示出)后进入高压气罐组13。管路704上设有顺序阀703，当空气压缩机7增压后的尾气压力小于15MPa时，增压尾气通过限压压力设定为例如是15MPa的顺序阀(该顺序阀在进气压力小于15MPa时开启，在进气压力大于15MPa时自动关闭)，随后经过管路704进入恒压罐16。在备选方案中，可根据实际需要，设定限压阀的开启压力和顺序阀的关闭压力。例如可以是7Ma至20MPa之间的任何压力。优选的是，是10、12、15、17、20MPa中的任何一个。可备选地是，还可在冷凝器11和高压气罐组13之间的管路上设置单向阀(图中未示出)，仅允许增压后的干净尾气单向流入高压气罐组13。如此一来，用于驱动发动机活塞1140的高压压缩空气在做功之后其相当一部分通过补充压缩空气回路(包括限压阀、顺序阀、尾气回收罐、空气机、冷凝器以及它们之间的连接管路)增压净化后回收到高压气罐组，从而实现了尾气的再利用。补充压缩空气回路的存在不仅相当程度地解决了具有相当压力的尾气(通常为3MPa左右)直接排气大气造成的噪声污染问题，而且有效地减少了对大容量高压气罐组13的容积需求问题。换句话说，对于给定容量的高压气罐组13，补充压缩空气回路的存在大大增加了压缩空气发动机的持续工作时间，在使用压缩空气发动机的交通工具或发电设备中，大大增加了交通工具或发电设备的持续工作时间，从而明显地提高压缩空气发动机的效率。

现在参阅图2和图3，图2为图1中的根据本发明的移除控制器、缸体、气缸盖后的空气动力V型多缸发动机本体的三维斜视透视图。图3是图1中的发动机本体的横向剖取的侧视图，其包括气缸、气缸盖和控制器的截面。如图2和图3所示，发动机本机1包括左右两排气缸，两排气缸相互之间成V型，V型夹角可根据具体应用变化，可以为60°~150°之间的任何角度。在图3所示的构型中，优选的是，左右两排气缸的夹角为75°—135°，更加优选的是为75°、90°、120°、135°。每排气缸具有多个气缸3008，具体而言，可以为1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个等。在本发明的示例中，每排的气缸数为4个或6个，这就可构成V型8缸或12缸发动机。在图2所示的单侧6个气缸的示例中，左侧6个气缸分别为#1气缸、#3气缸、#5气缸、#7气缸、#9气缸、#11气缸；右侧6个气缸分别为#2气缸、#4气缸、#6气缸、#8气缸、#10气缸、#12气缸。气缸3008内容纳有活塞1140、1130，活塞通过连杆1170、1100连接到曲轴1020上。曲轴1020的旋转带动活塞在气缸3008内做往复运动。左排气凸轮轴1200置于V型发动机的左侧，其上设有左排气凸轮轴凸轮1210，用来控制左侧排气门的开启。右排气凸轮轴1070置于V型发动机的右侧，其上设有右排气凸轮轴凸轮1110，用来控制右侧排气门的开启。在图2所示的V型12缸空气动力发动机中，不同于传统的V型12缸发动机，进气凸轮轴1150仅设置1根，其用来控制左右两侧12缸的高压压缩空气进气，其设有进气凸轮轴凸轮1160，以用来控制气缸3008的高压压缩空气进气。左、右排气凸轮轴1200、1070和进气凸轮轴1150均由曲轴1020通过前齿轮箱带动。在图2所示的示例中，前齿轮箱包括曲轴齿轮1030、右排气凸轮轴过桥齿轮1040、左排气凸轮轴过桥齿轮、进气凸轮轴过桥齿轮1050、右排气凸轮轴齿轮1060和左排气凸轮轴齿轮1230以及机油泵过桥齿轮1010。曲轴1020的运动通过前齿轮箱的传动而带动进、排气凸轮轴的运动，从而实现发动机的进气和排气。进气凸轮轴过桥齿轮1050具有进气凸轮轴过桥轴承1190和进气轴承固定轴1260，右排气凸轮轴过桥齿轮1040具有右排气凸轮轴过桥轴承1240和右排气轴承固定轴1250，左排气凸轮轴过桥齿轮具有左排气凸轮轴过桥轴承1220和左排气轴承固定轴1270，机油泵过桥齿轮1010具有机油泵过桥轴承1290和机油泵过桥轴承固定轴1280。这些齿轮的固定轴均用来将相应齿轮固定在前齿轮箱的壳体上。曲轴1020的曲轴齿轮1030的对立末端设置有飞轮1120，用来辅助曲轴转动。

进一步参考图3，图3更加清楚地示出了V型多缸空气动力发动机的配气机构和控制器的配置。图3所示的气缸盖为分体式气缸盖002，左侧气缸和右侧气缸的气缸盖002结构、样式相同，但可以分开安装，分别用来密闭左右两侧的缸体3008。缸盖002和缸体3008之间设有密封垫3006，缸盖002为中间空心的大体上长方体的结构，其上端连接有气缸罩3005，气缸罩3005上开有通孔，以允许进气管道3001通过并进入设置在气缸盖002上的气吼3010，从而允许从控制器6来的高压压缩空气进入膨胀做功室3020。高压气体在膨胀排气室3020内膨胀做功，推动活塞1140在气缸套3007内向下运动，此为做功冲程。做功冲程输出的功通过曲轴连杆系统向外输出动力。活塞1140在气缸内由下止点位置向上止点位置运动时，排气阀3012打开，具有一定压力的空气自膨胀排气室中经由排气管道3002排出，此为排气冲程。在活塞1140快到上止点时，排气阀3012关闭，控制器6又开始为膨胀排气室供气，进入下一个循环。显然，本发明的发动机的曲轴1020每转动一圈(360度)，就做功一次，而不像传统的四冲程发动机，在曲轴转动两圈(720度)的过程中完成一次完整的进气、压缩、膨胀和排气冲程。这就如二冲程发动机一样，但又与传统的二冲程发动机不同，因为传统的二冲程发动机通常在气缸底部设有进气口，并在气缸适当位置设有扫气口和排气口。而本发明的二冲程发动机是在气缸的顶部设有用于高压压缩空气进气的气喉3010和用于尾气排放的排气阀3012，并且气喉3010的连通和闭合是进气凸轮轴1150通过控制器6实现的，而排气阀3012的连通和闭合是由曲轴带动排气凸轮轴1070转动，并通过摇臂3015控制排气阀的打开和关闭而实现的。因此本发明的二冲程发动机是完全不同于传统的二冲程发动机的，其有效地利用了可直接膨胀做功的高压空气，曲轴1020每转动一圈活塞1140就做功一次，因而在相同的排气量情况下，相比较传统的四冲程发动机而言，功率可提高一倍。

由于高压压缩空气在膨胀做功室3020后，仍具有较大的压力，及时将做功后的空气排气气缸就异常重要。本发明的排气机构不同于传统的多缸发动机，其采用4个排气阀3012，即两个排气阀由一个排气凸轮轴凸轮1110、一个排气挺柱3019、一个摇臂3015和一个气门扁担铁3014组成的排气驱动机构控制。由于每一个气缸对应两个排气凸轮轴凸轮，因而每个气缸采用了4个排气阀3012。与此大为不同的是，本发明的进气机构则取消了传统的进气阀，而通过一个气缸一个气喉3010的形式实现。这样一来，就可以在排气冲程中迅速地将尾气排出，从而提高发动机的效率。进一步参考图3，本发明的右排气凸轮轴1070、左排气凸轮轴1200和进气凸轮轴1150分别布置在缸体3008的不同位置上，即不同于传统的顶置凸轮轴发动机，也同于传统的底置凸轮轴发动机。如图可见，右排气凸轮轴1070和左排气凸轮轴1200分别置于缸体3008的右、左侧靠外的位置，两者在纸平面的横向连线与水平面大体上平行。进气凸轮轴1150置于缸体3008的V型槽的顶部，且位于连线的中心位置。这种配置的好处在于发动机机体的动平衡，便于前齿轮箱的布置。从左右各个气缸的排气管路3002排出的尾气送入上、下排气筒3003、3004中，便于尾气的循环使用。

如前所述，经过进气控制调速阀的高压压缩空气经高压管路流入控制器系统6，并由控制器系统6向发动机本体1的各个气缸提供高压压缩空气，需要说明的是，该进气控制器系统也可以设置成添加单独控制各个气缸进气量的流量阀，从而实现对各个气缸进气量的操作，也就是说实现对控制器系统6的操作是能否实现停缸控制的关键。为了突出研究重点，在此不讨论执行层面的具体进气控制方法，执行方法上与常见的停缸控制方法相似，只是对此新型的空气压缩动力发动机的停缸控制方法进行研究和讨论。下面描述本申请的控制方法，该技术方案是根据采集发动机的负载情况信息，如节气门位置、发动机转速、车速、档位、水温、空调等，确定发动机的当前工作状态，再判断是否符合停缸条件，假如符合停缸条件则进入停缸模式进行停缸操作。

参照图4所表述的该空气动力发动机的停缸控制方法，其包括执行方法的数据采集模块，停缸决策模块以及停缸执行模块。其中，数据采集模块的主要工作是尽可能地收集发动机气缸当前的工作状态信息，状态信息包括发动机负载状态、转速信息、温度信息以及压缩空气压力信息等，并将这些信息发送给停缸决策模块。停缸决策模块根据数据采集模块发送过来的发动机负载状态、转速信息、温度信息以及压缩空气压力信息等来判断发动机气缸当前的工作状态，根据经验值或MAP图来判定是否符合进入停缸执行阶段的条件，并将决策结果信息发送给停缸执行模块。停缸执行模块根据停缸决策模块所发送的决策结果信息执行更改发动机进气控制系统操作的命令，各个模块的范围明确显示在图4中，在此不详述。

为了监测管路中的压缩空气压力，在该V型多缸空气动力发动机总成系统中设置若干用于监测管路压力的压力计，分别是位于压缩空气入口管路（未示出）的压力计P₁，其用来监测流入气体储存组件流体的压力值；位于气体储存组件和气体加热组件之间的压力计P₂（参见图1），其用来监测流出气体储存组件的流体的压力值，同时也是流入气体加热组件的流体的压力值；位于气体加热组件和气体做功组件之间的压力计P₃（参见图1），其用来监测流出气体储存组件流体的压力值，同时也是流入气体做功组件的流体的压力值；位于气体做功组件和气体储存组件之间的压力计P₄（参见图1），其用来监测流出气体做功组件流体的压力值，同时也是回收流给气体储存组件的流体的压力值。可以选择的是，首先通过发动机测试试验，分别获得正常模式下和停缸模式下的负载、转速和压缩空气进气压力的对应关系，确定各个转速下可能的最大停缸区域；其次分别制取相同工况下正常模式和停缸模式的负荷特性，根据所需压缩空气量的对比，从得到的区域中找出适合停缸的经济区域；最后在保证经济性、动力性基本不变的前提下，选择具体的停缸操作。将该发动机负载、转速和压缩空气进气压力对应的三维数据关系图(MAP)保存到中央控制器内存中。

如图4所示，首先由人工或自动选择进入停缸操作模式，依次监测发动机的负载信息，监测发动机的转速信息，对上述负载信息和转速信息进行判断，判断其是否满足停缸条件，具体来说就是，一般情况下，控制器单元首先通过CAN总线接收发动机传来的转速、扭矩和负载信号，判断当前工况是否在停缸的可操作范围内（低负荷），假如结果为否，则返回继续监测过程，假如结果为是，然后进入下一过程，对该空气动力发动机总成的各个部分进行压力测试，对位于压缩空气入口管路的压力计P₁，位于气体储存组件和气体加热组件之间的压力计P₂，位于气体加热组件和气体做功组件之间的压力计P₃，位于气体做功组件和气体储存组件之间的压力计P₄分别进行压力检测，判断上述压力值是否在正常范围内，假如上述压力值不正常，则无法完成停缸操作，即可能存在安全隐患，返回继续监测过程。假如上述压力在正常范围内，则进入停缸操作过程。在该过程中，ECU单元要先判定该发动机是否处于停缸模式，如果结果为是，表明发动机已经处于停缸模式，如果结果为否，表明发动机并未进行过停缸操作，满足了停缸操作的最后判断条件。然后ECU单元根据得到的发动机负载、发动机转速、温度以及压缩空气压力等信息，结合所存储的MAP图判断停缸数量和/或停缸时间等。尔后，ECU单元将该指令发送到进气控制装置，从而实现对需要停缸的气缸的断气控制。与此同时，也要实时监测上述停缸条件能否一直满足，如果发生不能满足上述停缸条件的情况，则发出返回正常运行的指令，结束停缸模式操作。

考虑到发动机负荷的均匀性、气流造成的损失和节能等因素，需要控制两组缸分别轮流停缸，以使发动机停缸的气缸保持在一定的负荷平衡，从而实现发动机快速恢复到全缸大负荷做功的工况。最后还要考虑的是，发动机在低档(1档和2档)及倒档状态不宜采用停缸模式。停缸技术必须考虑合适的停缸区域，以保证发动机的动力性、经济性、排放性，进而从这三个角度获取优化的MAP。

本发明的优点是：能有效利用ECU内部数据及策略，对ECU软硬件及内部数据不做任何改动，对原整车内部结构也不需改动，最低成本实现以空气动力发动机作为动力的整车部分负荷时停缸控制，达到整车节能的目的。

本说明书详细地公开了本发明，包括最佳模式，并且也能使本领域的任何人员实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何引入的方法。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims

1.一种V型多缸空气动力发动机总成的停缸控制方法，所述V型多缸空气动力发动机总成包括：

2.根据权利要求1所述的停缸控制方法，其特征在于，所述工作状态信息包括发动机负载状态、转速信息、温度信息以及压缩空气压力信息。

3.根据权利要求1所述的停缸控制方法，其特征在于，所述V型多缸空气动力发动机总成的发动机负载、转速和压缩空气进气压力对应的MAP图保存到中央控制器内存。

4.根据权利要求1或2所述的停缸控制方法，其特征在于，对空气动力发动机总成的各个部分进行压力测试的步骤包括对位于压缩空气入口管路的压力计P₁，位于气体储存组件和气体加热组件之间的压力计P₂，位于气体加热组件和气体做功组件之间的压力计P₃，位于气体做功组件和气体储存组件之间的压力计P₄分别进行压力检测。

5.根据权利要求4所述的停缸控制方法，其特征在于，所述测量压力值任一不正常，则无法完成停缸操作，表示可能存在安全隐患。

6.根据权利要求1所述的停缸控制方法，其特征在于，电子控制单元单元根据得到的发动机负载、发动机转速、温度以及压缩空气压力信息结合所存储的MAP图进行判断停缸数量和/或停缸时间。

7.根据权利要求1或2所述的停缸控制方法，其特征在于，考虑到发动机负荷的均匀性、气流造成的损失和节能，需要控制两组缸分别轮流停缸，使发动机停缸的气缸保持在一定的负荷平衡。

8.根据权利要求1或2所述的停缸控制方法，其特征在于，在停缸操作模式中，同时实时监测停缸条件能否一直满足，如果发生不能满足上述停缸条件的情况，则发出返回正常运行的指令，结束停缸模式操作。

9.根据权利要求1所述的停缸控制方法，其特征在于，电子控制单元是通过CAN总线接收和发出指令信息。

10.根据权利要求1所述的停缸控制方法，其特征在于，停缸操作模式在发动机处于低负荷时自动或人工启动。