CN103850808B - 可变循环发动机 - Google Patents

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Abstract

一种可变循环发动机，其可以包括第一气缸，所述第一气缸执行进气、压缩、爆发或排气冲程；第二气缸，所述第二气缸执行进气、压缩、爆发或排气冲程；连接轨道，所述连接轨道靠近所述第一气缸和所述第二气缸形成；第一可变端口，所述第一可变端口从所述连接轨道的一侧分叉并连接至所述第一气缸；第二可变端口，所述第二可变端口从所述连接轨道的另一侧分叉并连接至所述第二气缸；以及第一可变控制气门和第二可变控制气门，所述第一可变控制气门设置在所述第一可变端口上，所述第二可变控制气门设置在所述第二可变端口上，其中所述第一可变控制气门和所述第二可变控制气门相应地相对于彼此打开或关闭，以直接地将所述第一气缸连接至所述第二气缸。

Description

可变循环发动机
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年12月6日提交的韩国专利申请第10-2012-0141287号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明选择性地改变气缸的压缩比以提高燃料消耗效率，并同时降低振动和噪声。
背景技术
通常，当压缩比较高时，热能发动机的热效率提高，并且当在点火式发动机的情况下将点火正时(ignition timing)提前到预先确定的水平时，热效率也会提高。
然而，当在火花点火式发动机中点火正时在高压缩比下提前时，会发生异常燃烧，从而导致发动机的损坏。因此，存在点火正时提前的限制，并且有必要承受由于该限制所引起的输出恶化。
可变压缩比(VCR)装置为用于根据发动机的运行状态来改变混合气体的压缩比的装置。根据可变压缩比装置，通过在发动机的较低负载运行条件下增大混合气体的压缩比，从而提高燃料效率，并且防止爆震的产生，而通过在发动机的较高负载运行条件下减小混合气体的压缩比，从而提高发动机输出。
在现有的柴油发动机中，增加了活塞燃烧室的体积并且降低了压缩比，以满足加强的废气规定，并实现了低温燃烧。
然而，在冷却状态下，压缩比的降低恶化了点火性能，辉光系统(glow system)必须为陶瓷材料以便提高其耐久性，并且必须使用单独的控制单元以控制辉光系统，由此增加了成本。而且，根据不同的行驶条件，固定压缩比使得优化的压缩比不能实现。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明致力于提供一种具有根据行驶条件通过可变地控制气缸的压缩比而提高燃料效率并降低振动和噪声的优点的可变循环发动机。
根据本发明的各个方面的可变循环发动机可以包括第一气缸，所述第一气缸执行进气、压缩、爆发或排气冲程；第二气缸，所述第二气缸执行进气、压缩、爆发或排气冲程；连接轨道，所述连接轨道靠近所述第一气缸和所述第二气缸形成；第一可变端口，所述第一可变端口从所述连接轨道的一侧分叉并连接至所述第一气缸；第二可变端口，所述第二可变端口从所述连接轨道的另一侧分叉并连接至所述第二气缸；以及第一可变控制气门和第二可变控制气门，所述第一可变控制气门设置在所述第一可变端口上，所述第二可变控制气门设置在所述第二可变端口上，其中所述第一可变控制气门和所述第二可变控制气门相应地相对于彼此打开或关闭，以直接地将所述第一气缸连接至所述第二气缸。
可变循环发动机可以包括冷却套，所述冷却套环绕所述连接轨道、所述第一可变端口或者所述第二可变端口，并且冷却剂流入所述冷却套。
可变循环发动机可以进一步包括进气口，所述进气口将气体供应至所述第一气缸或者所述第二气缸中；排气口，所述排气口从所述第一气缸或者所述第二气缸排出排放气体；进气门，所述进气门打开或关闭所述进气口；排气门，所述排气门打开或关闭所述排气口；进气歧管，所述进气歧管接收来自外部的气体，并将气体分布至所述进气口；以及排气歧管，所述排气歧管接收来自所述排气口的所述排放气体，并将所述排放气体排出至所述外部。
可变循环发动机可以包括设置在靠近所述第一气缸和所述第二气缸的第三气缸和第四气缸。
可以将来自执行所述排气冲程的所述第一气缸的排放气体通过所述第一可变端口、所述连接轨道和所述第二可变端口供应至执行所述进气冲程的所述第二气缸，并且所述第一可变控制气门和所述第二可变控制气门在预先确定的时刻以预先确定的周期打开。
可以将来自执行所述压缩冲程的所述第一气缸的压缩气体通过所述第一可变端口、所述连接轨道和所述第二可变端口供应至执行所述排气冲程的所述第二气缸，并且所述第一可变控制气门和所述第二可变控制气门在预先确定的时刻以预先确定的周期打开。
两个进气口可以设置在每个气缸处，一个排气口设置在每个气缸处，并且一个可变端口设置在每个气缸处。两个进气口可以设置在每个气缸处，两个排气口设置在每个气缸处，并且一个可变端口设置在每个气缸处。所述可变端口可以设置在所述排气口之间。
一种可变循环发动机的控制方法，其包括第一气缸、第二气缸以及设置在连接所述第一气缸和所述第二气缸的可变端口上的可变控制气门，该控制方法可以包括在预先确定的时刻以预先确定的周期打开所述可变控制气门，以便连接所述第一气缸和所述第二气缸。
在所述第一气缸执行排气冲程的同时可以打开所述可变控制气门，以便将排放气体供应至执行进气冲程的所述第二气缸。
在所述第一气缸执行压缩冲程的同时可以打开所述可变控制气门，以便将压缩气体供应至执行进气冲程的所述第二气缸。相应地，根据本发明的各个方面的可变循环发动机将在压缩冲程中形成的压缩气体的一部分供应至执行排气冲程的另一个气缸，以实现阿特金森循环。
相应地，将形成在排气冲程中的排放气体的一部分供应至执行进气冲程额另一个气缸，以实现EGR(排放气体再循环)系统。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为根据本发明的示例性的可变循环发动机的内部的示意性俯视图，其中“IN”指进气门、“EX”指排气门、“CV”指可变控制气门。
图2为显示根据本发明的用于将执行排气冲程的气缸与执行进气冲程的气缸直接连接的示例性方法的曲线图。
图3为显示根据本发明的在可变循环发动机内的用于将执行压缩冲程的气缸与执行排气冲程的气缸直接连接的示例性方法的曲线图。
图4为根据本发明的另一个示例性的可变循环发动机的内部的示意性俯视图，其中“IN”指进气门、“EX”指排气门。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方案详细地作出说明，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为根据本发明的示例性的可变循环发动机的内部的示意性俯视图。参照图1，可变循环发动机包括进气歧管100、进气口105、进气门110、第一气缸C1、第二气缸C2、第三气缸C3、第四气缸C4、排气门115、排气口120、排气歧管125、催化器/消音器130、第一可变控制气门150a、第二可变控制气门150b、第三可变控制气门150c、第四可变控制气门150d、第一可变端口155a、第二可变端口155b、第三可变端口155c、第四可变端口155d、连接轨道160和冷却套165。
在本发明的各个实施方案中，可以设置有用于将燃料喷射进气缸的喷射器或用于点火的火花塞。喷射器能够配置成等同于或者类似于任意标准或传统的喷射器。
进一步地，基于四气缸发动机来说明本发明，但是本发明能够应用于具有任意数量的气缸(例如，二、三、五、六、八、十或十二气缸)的发动机。也即，能够可变地应用气缸的数量。
在车辆外部的空气通过进气歧管100、进气口105和进气门110分配到第一气缸C1、第二气缸C2、第三气缸C3和第四气缸C4以便与燃料燃烧。并且，燃烧气体通过排气门115、排气口120、排气歧管125和催化器/消音器130得以排放。
第一气缸C1、第二气缸C2、第三气缸C3和第四气缸C4分别地执行进气、压缩、爆发和排气冲程，并且将执行压缩冲程的气缸的压缩空气直接地供应至执行排气冲程的气缸。进一步地，执行排气冲程的气缸的排放气体被直接地供应至执行进气冲程的气缸。
连接轨道160设置在靠近第一气缸C1、第二气缸C2、第三气缸C3和第四气缸C4处，第一可变端口155a从连接轨道160中分叉以便连接至第一气缸C1，第二可变端口155b从连接轨道160中分叉以便连接至第二气缸C2，第三可变端口155c从连接轨道160中分叉以便连接至第三气缸C3，并且第四可变端口155d从连接轨道160中分叉以便连接至第四气缸C4。
第一可变控制气门150a、第二可变控制气门150b、第三可变控制气门150c和第四可变控制气门150d设置在第一可变端口155a、第二可变端口155b、第三可变端口155c和第四可变端口155d上。
第一可变控制气门、第二可变控制气门、第三可变控制气门和第四可变控制气门(150a、150b、150c和150d)设置在靠近排气门115处，并且能够通过等同于或者类似于操作排气门115的方法操作第一可变控制气门、第二可变控制气门、第三可变控制气门和第四可变控制气门(150a、150b、150c和150d)。
但是，第一可变控制气门150a、第二可变控制气门150b、第三可变控制气门150c和第四可变控制气门150d不具有操作条件，并且气门150a～150d能够具有可变气门结构或者气缸停止结构(cylinder deactivation structure，CDA)。
在本发明的各个实施方案中，可变气门和气缸停止结构能够配置成等同于或者类似于任意标准或传统的可变气门和气缸停止结构。
环绕第一可变端口155a、第二可变端口155b、第三可变端口155c和第四可变端口155d或者连接轨道160形成冷却套165，并且在冷却套165内装满的冷却剂175将被再循环。在本发明的一些实施方案中，连接轨道160、第一可变端口155a、第二可变端口155b、第三可变端口155c和第四可变端口155d以及冷却套165能够与气缸盖或者气缸体整体地形成。应当意识到，这些可以一体地形成。进一步地，可以不根据设计规范来设置冷却套165。
在本发明的各个实施方案中，从执行排气冲程的气缸产生的排放气体被直接地供应至执行进气冲程的气缸，以实现EGR系统。在此，能够通过冷却套165的冷却剂冷却再循环的排放气体。进一步地，能够通过直接地将在压缩冲程中生成的排放气体供应至执行排气冲程的气缸而实现降低压缩比的阿特金森循环(Atkinson cycle)。
图2为显示根据本发明的用于直接地将执行排气冲程的气缸与执行进气冲程连接的示例性方法的曲线图。参照图2，第三气缸C3执行排气冲程，并且对应第三气缸C3的排气门115以预先确定的周期打开并再次关闭。此处，对应于第三气缸C3的第三可变控制气门150c以预先确定的周期打开并再次关闭。
并且，第一气缸C1执行进气冲程，并且对应第一气缸C1的进气门110以预先确定的周期打开并再次关闭。此处，对应于第一气缸C1的第一可变控制气门150a以预先确定的周期打开并再次关闭。
相应地，第三气缸C3的排放气体通过第三可变控制气门150c、第三可变端口155c、连接轨道160、第一可变端口155a和第一可变控制气门150a被直接地供应至第一气缸C1。因此，环绕连接轨道的冷却套冷却了排放气体。
图3为显示根据本发明的在可变循环发动机内的用于将执行压缩冲程的气缸与执行排气冲程的气缸直接连接的示例性方法的曲线图。参照图3，第三气缸C3执行压缩冲程，并且对应第三气缸C3的第三可变控制气门150c以预先确定的周期打开并再次关闭。
并且，第一气缸C1执行排气冲程，并且对应第一气缸C1的排气门以预先确定的周期打开并再次关闭。此处，对应于第一气缸C1的第一可变控制气门150a以预先确定的周期打开并再次关闭。
相应地，第三气缸C3的压缩气体的一部分通过第三可变控制气门150c、第三可变端口155c、连接轨道160、第一可变端口155a和第一可变控制气门150a被直接地供应至第一气缸C1。
图4为根据本发明的另一个示例性的可变循环发动机的内部的示意性俯视图。参照图4，两个进气门110设置在一侧，两个排气门115设置在另一侧，并且可变控制气门能够设置在排气门115之间。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种可变循环发动机，包括：
第一气缸，所述第一气缸执行进气、压缩、爆发或排气冲程；
第二气缸，所述第二气缸执行进气、压缩、爆发或排气冲程；
连接轨道，所述连接轨道靠近所述第一气缸和所述第二气缸形成；
第一可变端口，所述第一可变端口从所述连接轨道的一侧分叉并连接至所述第一气缸；
第二可变端口，所述第二可变端口从所述连接轨道的另一侧分叉并连接至所述第二气缸；以及
第一可变控制气门和第二可变控制气门，所述第一可变控制气门设置在所述第一可变端口上，所述第二可变控制气门设置在所述第二可变端口上，其中所述第一可变控制气门和所述第二可变控制气门相应地相对于彼此打开或关闭，以直接地将所述第一气缸连接至所述第二气缸；
其中，根据发动机的载荷，第一可变控制气门和第二可变控制气门具有第一控制模式和第二控制模式的打开/关闭控制模式；其中，第一控制模式为在预先确定的时刻以预先确定的周期打开第一可变控制气门和第二可变控制气门，以使得来自执行排气冲程的第一气缸的排放气体通过第一可变端口、连接轨道和第二可变端口供应至执行进气冲程的第二气缸。
2.根据权利要求1所述的可变循环发动机，进一步包括冷却套，所述冷却套环绕所述连接轨道、所述第一可变端口或者所述第二可变端口，冷却剂流入所述冷却套。
3.根据权利要求1所述的可变循环发动机，进一步包括：
进气口，所述进气口将气体供应至所述第一气缸或者所述第二气缸中；
排气口，所述排气口从所述第一气缸或者所述第二气缸排出排放气体；
进气门，所述进气门打开或关闭所述进气口；
排气门，所述排气门打开或关闭所述排气口；
进气歧管，所述进气歧管接收来自外部的气体，并将气体分布至所述进气口；以及
排气歧管，所述排气歧管接收来自所述排气口的所述排放气体，并将所述排放气体排出至所述外部。
4.根据权利要求1所述的可变循环发动机，进一步包括第三气缸和第四气缸，所述第三气缸和所述第四气缸靠近所述第一气缸和所述第二气缸设置。
5.根据权利要求1所述的可变循环发动机，其中，第二控制模式为在预先确定的时刻以预先确定的周期打开第一可变控制气门和第二可变控制气门，以使得将来自执行所述压缩冲程的所述第一气缸的压缩气体通过所述第一可变端口、所述连接轨道和所述第二可变端口供应至执行所述排气冲程的所述第二气缸。
6.根据权利要求3所述的可变循环发动机，其中，两个进气口设置在每个气缸处，一个排气口设置在每个气缸处，并且一个可变端口设置在每个气缸处。
7.根据权利要求3所述的可变循环发动机，其中，两个进气口设置在每个气缸处，两个排气口设置在每个气缸处，一个可变端口设置在每个气缸处。
8.根据权利要求7所述的可变循环发动机，其中，所述可变端口设置在所述排气口之间。
9.一种可变循环发动机的控制方法，其中，所述可变循环发动机包括第一气缸、第二气缸以及设置在连接所述第一气缸和所述第二气缸的可变端口上的可变控制气门，所述控制方法包括：
在预先确定的时刻以预先确定的周期打开所述可变控制气门，以便连接所述第一气缸和所述第二气缸；
其中，根据发动机的载荷，可变控制气门具有第一控制模式和第二控制模式的打开/关闭控制模式；其中，第一控制模式为在预先确定的时刻以预先确定的周期打开可变控制气门，以使得来自执行排气冲程的第一气缸的排放气体供应至执行进气冲程的第二气缸。
10.根据权利要求9所述的可变循环发动机的控制方法，其中，第二控制模式为在预先确定的时刻以预先确定的周期打开可变控制气门，以使得来自执行压缩冲程的第一气缸的压缩气体供应至执行排气冲程的所述第二气缸。
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