CN118414479A - 分体式循环内燃发动机和分体式循环内燃发动机的操作方法 - Google Patents

分体式循环内燃发动机和分体式循环内燃发动机的操作方法 Download PDF

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Abstract

一种分体式循环内燃发动机，包括：容纳压缩活塞的压缩气缸，该压缩活塞用于提供压缩的工作流体；容纳燃烧活塞的燃烧气缸，其中，该燃烧气缸被连接到压缩气缸，以接收来自压缩气缸的压缩的工作流体，并且其中，燃烧气缸包括：(i)用于控制压缩的工作流体进入燃烧气缸的进气阀，以及(ii)用于控制流体从燃烧气缸排出的出气阀；以及控制器，用于改变发动机循环期间进气阀和/或出气阀打开的位置，以在主动模式和发动机制动模式之间切换发动机的操作，其中，控制器用于控制以下中的至少一个：在发动机制动模式下操作时，进气阀打开的位置比在主动模式下操作时更接近下止点(BDC)；以及在发动机制动模式下操作时，出气阀打开的位置比在主动模式下操作时更接近上止点(TDC)。

Description

分体式循环内燃发动机和分体式循环内燃发动机的操作方法
技术领域
本公开涉及分体式循环内燃发动机(split cycle internal combustionengine)领域。
背景技术
四冲程内燃发动机使用一个气缸提供发动机的压缩和燃烧冲程。分体式循环内燃发动机对此使用不同的方法。具体地，分体式循环发动机具有用于压缩的独立气缸和用于燃烧的独立气缸。工作流体在压缩气缸中被压缩，然后被输送到燃烧气缸。燃料被添加到燃烧气缸中，使燃料在燃烧气缸中燃烧，使得工作流体膨胀从而推动燃烧气缸中的燃烧活塞的运动。本公开提供了对这种分体式循环内燃发动机的改进。
发明内容
本公开的各方面在独立权利要求中示出，可选的特征在从属权利要求中示出。本公开的方面可以相互结合，并且一个方面的特征可以应用于其他方面。
在一个方面，提供了一种分体式循环内燃发动机，包括：容纳压缩活塞的压缩气缸，该压缩活塞用于提供压缩的工作流体；容纳燃烧活塞的燃烧气缸，其中，该燃烧气缸被连接到压缩气缸，以接收来自压缩气缸的压缩的工作流体，并且其中，燃烧气缸包括：(i)用于控制压缩的工作流体进入燃烧气缸的进气阀，以及(ii)用于控制流体从燃烧气缸排出的出气阀；以及控制器，用于改变发动机循环期间进气阀和/或出气阀打开的位置，以在主动模式和发动机制动模式之间切换发动机的操作。控制器用于控制以下中的至少一个：在发动机制动模式下操作时，进气阀打开的位置比在主动模式下操作时更接近下止点(bottomdead centre，BDC)；以及在发动机制动模式下操作时，出气阀打开的位置比在主动模式下操作时更接近上止点(top dead centre，TDC)。
除了使用发动机产生主动驱动力之外，各实施例还可以使分体式循环内燃能够操作，以提供发动机制动。发动机可以作为车辆(例如，汽车、卡车等)的一部分提供。在车辆中使用这种分体式循环内燃发动机的情况下，该发动机制动可以用于通过其他方式(例如，通过将刹车片(brake pad)夹紧到运动车轮的盘状表面上)对车辆减速进行补充。在这种情况下，使用发动机提供分体式循环发动机可以减少对车辆的其他部件(例如，刹车片或盘式转子(disc rotor))的磨损。这种发动机制动也可用于在发动机仍在运行但未被主动驱动时，能够从发动机利用有用的能量。例如，发动机制动可以产生加压气体，该加压气体可用于例如，(一旦发动机再次处于主动模式)通过驱动发动机涡轮的运动，提供有意义的功。这可以提供更节能的发动机(如果发动机用作车辆的一部分，则因此可以提供更节能的车辆)。
控制器用于在发动机制动模式下控制进气阀打开和/或关闭的位置，使得在燃烧活塞从燃烧活塞的BDC位置到燃烧活塞的TDC位置的大量运动中，进一步在燃烧气缸中压缩工作流体。例如，进气阀关闭和出气阀打开的位置之间的燃烧气缸内部容积差可以是燃烧活塞的BDC位置和TDC位置之间的燃烧气缸内部容积差的一半以上。换句话说，进气阀可以在接近BDC的位置关闭，而出气阀可以在接近TDC的位置打开。
控制器可以用于用于在发动机制动模式下控制出气阀打开和/或关闭的位置，使得从燃烧气缸排出进一步压缩的流体。换句话说，在发动机制动模式下，燃烧气缸中可能不会发生燃烧，并且被排出的流体可能是来自压缩气缸的压缩的流体，该排出的流体也已经在燃烧气缸中被压缩。燃烧气缸中的燃烧可以包括燃料的氧化和消耗，用于释放能量(例如，用于提供动能)。控制器可以用于用于在发动机制动模式下控制出气阀在TDC位置之前的位置打开。例如，这可以使得燃烧活塞从TDC到BDC的至少一些冲程可以将进一步压缩的流体通过出气阀推出。从燃烧气缸排出的一些进一步压缩的流体随后可以例如，作为加压气体被存储，作为驱动涡轮等在发动机的下游使用。通过在TDC或接近TDC处打开出气阀，可以增加燃烧气缸中提供的进一步压缩量(该压缩量将更接近可用的最大压缩量)。控制器可以用于在发动机制动模式下控制出气阀在TDC位置之后的位置关闭。例如，燃烧活塞从TDC到BDC的至少一些冲程可以通过出气阀将排出的进一步压缩的流体吸回燃烧气缸中。
控制器可以用于在主动模式和发动机制动模式之间切换操作时，改变发动机循环期间进气阀和/或出气阀关闭的位置。控制器可以用于在主动模式和发动机制动模式之间切换时，以相同量改变打开位置和关闭位置。例如，(在主动模式和发动机制动模式下工作时)打开和关闭位置可能存在固定和恒定的位置偏移。发动机还可以包括燃料存储器，并且可以用于将用于燃烧的燃料喷射到燃烧气缸中。控制器可以用于控制燃料的喷射，使得在发动机制动模式下操作时不喷射燃料。
控制器可以用于接收来自发动机的针对需求的需求信号。控制器可以用于基于需求信号控制发动机的操作处于主动模式或发动机制动模式。控制器可以用于基于需求信号控制进气阀和出气阀中的至少一个的打开位置和/或关闭位置。例如，控制器可以用于选择所提供的发动机制动量和/或基于需求信号调节发动机的温度。发动机可以用于车辆(例如，汽车、卡车、火车等)并且需求信号可以包括以下指示中的至少一个：(i)需要车辆减速，以及(ii)不需要车辆进一步加速。
压缩气缸可以经由回热器连接到燃烧气缸。回热器可以用于在已经从燃烧气缸排出的流体和从压缩气缸流向燃烧气缸的压缩的工作流体之间提供热交换。发动机可以包括回热器旁路通道(例如，该回热器旁路通道限定了流体流过发动机的路径，该路径避开回热器例如，以减少发生的热交换量)。控制器可以用于接收指示回热器的温度的信号，并基于接收的信号控制回热器旁路通道的操作。控制器可以用于根据接收的信号控制流过回热器的流体的比例。控制器可以用于控制发动机的操作，使得在发动机制动模式下操作时，至少一些流体流过回热器旁路通道。
例如，选择性地使用回热器旁路通道可以实现对发动机温度(尤其是回热器本身的温度)的选择性控制。通过将回热器温度保持在选定的范围内(保持高温)，当发动机返回到主动模式时，回热器可以处于比其他情况更好的温度以再开始操作。如果从燃烧气缸排出的进一步压缩的流体非常热，则可以引导该流体的一部分远离回热器，以避免回热器过热和/或避免将在燃烧气缸中进一步压缩的压缩的流体过热。如果压缩的工作流体是冷的(并且回热器也过冷)，压缩的工作流体可以在避开回热器以避免回热器冷却过度的同时，从压缩气缸流到燃烧气缸。同样，如果回热器非常热并且会使该流体过热，则可以引导该压缩的工作流体避开回热器。
回热器旁路通道可以包括以下中的至少一个：高压旁路通道，该高压旁路通道用于，为从压缩气缸到燃烧气缸的压缩的流体提供避开回热器的流动路径；以及低压旁路通道，该低压旁路通道用于，为从燃烧气缸排出的流体提供避开回热器的流动路径。控制器可以用于在与回热器相关联的温度下降到阈值以下的情况下，控制发动机的操作，使得流体流过高压旁路通道。例如，控制器可以通过减少较冷的压缩的工作流体在压缩气缸和燃烧气缸之间流过回热器所提供的冷却效果的量，避免回热器温度降低过多(或变得过低)。控制器可以用于在与工作流体相关联的温度和/或压力超过阈值的情况下，控制发动机的操作，使得流体流过低压旁路通道。例如，控制器可以通过减少已经从燃烧气缸排出的热的进一步压缩的流体在燃烧气缸和发动机的排气管(exhaust)之间流过回热器所提供的加热效果，避免回热器温度升高过多(或变得过高)。
控制器可以用于接收指示回热器的温度的信号，并基于接收的信号选择发动机循环期间出气阀关闭的位置。控制器可以用于选择更接近BDC而不是TDC的位置，以提高回热器的温度。控制器可以用于控制发动机的操作，使得回热器的温度超过阈值。可以选择上述阈值以在回热器中提供催化事件。例如，可以在回热器内部提供包括催化物质的涂层。将回热器以及催化剂加热到特定温度以上可以使得催化事件发生。这种催化事件可以通过提升催化剂的操作效率来提升发动机性能，或者可以减少发动机的环境影响(例如，当操作发动机时产生的颗粒/环境污染物的量)。
发动机还可以包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有：(i)用于由从燃烧气缸排出的流体驱动的涡轮，以及(ii)用于将额外的压缩的流体压入压缩气缸的压缩机。发动机还可以包括涡轮旁路通道，该涡轮旁路通道用于，为从燃烧气缸排出的流体提供避开涡轮的流动路径。控制器可以用于控制涡轮旁路通道的操作，以提供提供给压缩气缸的选定量的压缩的工作流体。控制器可以用于控制发动机的操作，使得在发动机制动模式下操作时，至少一些流体流过涡轮旁路通道。控制器可以用于控制流过涡轮旁路通道的流体的比例，以在每个发动机循环中提供选定量的发动机制动。
发动机还可以包括用于接收发动机压缩的气体的压缩气体存储单元。压缩气体存储单元可以包括一个或多个存储单元，上述一个或多个存储单元用于接收已经在压缩气缸中被压缩的压缩的气体和/或已经在燃烧气缸中被进一步压缩的进一步压缩的气体。控制器可以用于在发动机制动模式下操作时，控制发动机的操作，以向压缩的气体存储器提供压缩的气体。控制器可以用于控制压缩的气体存储器的操作，以从压缩的气体存储器选择性地释放气体以增加发动机输出。控制器可以用于响应于从发动机制动模式切换到主动模式，控制压缩的气体存储器的操作，以从压缩的气体存储器释放气体。发动机可以包括一个或多个相变材料，该相变材料用于在发动机制动模式下操作时存储来自发动机的过量能量。例如，相变材料可以提供在回热器中。
在一个方面，提供了一种操作分体式循环内燃发动机的方法。分体式循环内燃发动机包括：容纳压缩活塞的压缩气缸，该压缩活塞用于提供压缩的工作流体；以及容纳燃烧活塞的燃烧气缸，其中，该燃烧气缸被连接到压缩气缸，接收来自压缩气缸的压缩的工作流体，并且其中，燃烧气缸包括：(i)用于控制压缩的工作流体进入燃烧气缸的进气阀，以及(ii)用于控制流体从燃烧气缸排出的出气阀。方法包括改变发动机循环期间进气阀和/或出气阀打开的位置，以在主动模式和发动机制动模式之间切换发动机的操作，并控制以下中的至少一个：在发动机制动模式下操作时，进气阀打开的位置比在主动模式下操作时更接近BDC；以及在发动机制动模式下操作时，出气阀打开的位置比在主动模式下操作时更接近TDC。
本公开的各方面提供了计算机程序产品，包括计算机程序指令，上述计算机程序指令用于对处理器进行编程以控制分体式循环内燃发动机的操作，从而执行本文公开的任何方法。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本公开的一些示例，在附图中：
图1是分体式循环内燃发动机的示意图。
图2是分体式循环内燃发动机的示意图。
图3a至图3d示出了分体式循环内燃发动机的燃烧气缸的进气阀和出气阀的打开和关闭的示例性时序图。
在附图中，类似的附图标记用于表示类似的元件。
具体实施方式
本公开涉及一种可以在两种不同模式下操作的分体式循环内燃发动机。第一模式是主动模式，第二模式是发动机制动模式。在这两种模式中，工作流体在压缩气缸中被压缩，并且该工作流体被提供给燃烧气缸。在主动模式下，燃料在燃烧气缸中燃烧，并且燃烧的工作流体用于驱动燃烧活塞的运动。在发动机制动模式下，改变了燃烧气缸的操作，使得燃烧气缸用于进一步压缩工作流体。在两种模式之间，燃烧气缸的进气阀的打开和/或关闭时间会发生变化，使得在发动机制动模式下，燃烧气缸中的工作流体被进一步压缩，并且该压缩的流体随后从燃烧气缸排出。本公开的其他特征提供了在发动机制动模式下操作时用于调节发动机的一个或多个部件的操作温度的控制机制。
图1示出分体式循环内燃发动机100。发动机100包括压缩气缸110、燃烧气缸120、以及交叉通道(crossover passage)130。压缩气缸110包括压缩活塞112、进气阀114、以及出气阀116。燃烧气缸120包括燃烧活塞122、进气阀124、以及出气阀126。发动机100还包括曲轴140。
压缩气缸110容纳压缩活塞112，燃烧气缸120容纳燃烧活塞122。压缩活塞112和燃烧活塞122都连接到曲轴140。压缩气缸110经由交叉通道130连接到燃烧气缸120。具体地，交叉通道130连接到压缩气缸110的出气阀116和燃烧气缸120的进气阀124。压缩气缸110的进气阀114连接到输入工作流体的源。燃烧气缸120的出气阀126连接到发动机100的排气管。交叉通道130提供了工作流体从压缩气缸110流向燃烧气缸120的管道(conduit)。
压缩气缸110用于提供工作流体的压缩。压缩气缸110的进气阀114用于打开以让工作流体进入压缩气缸110，并且关闭以使压缩活塞112能够运动以压缩压缩气缸110中的工作流体。压缩活塞112用于运动以减小压缩气缸110中的容积，从而压缩压缩气缸110中的工作流体。压缩活塞112连接到曲轴140，使得压缩活塞112的这种运动由于曲轴140的旋转运动而发生。压缩气缸110的出气阀116用于保持关闭以能够压缩压缩气缸110中的工作流体，并且打开以从压缩气缸110输出压缩的流体。
交叉通道130用于接收来自压缩气缸110的压缩的流体。交叉通道130可以提供该压缩的流体的加热。燃烧气缸120的进气阀124用于打开以使压缩的工作流体从交叉通道130进入燃烧气缸120，以及关闭以阻止工作流体从交叉通道130进入燃烧气缸120。燃烧气缸120的出气阀126用于打开以从燃烧气缸120排出流体，以及关闭以阻止从燃烧气缸120排出流体。
尽管图1中未示出，发动机100还包括控制器。发动机100还可以包括一个或多个传感器，上述传感器向控制器提供感测参数(sensed parameter)的指示(例如，以使控制器能够基于这些感测参数控制发动机100的操作)。下文将结合图2所示的发动机100更详细地进行描述。
控制器用于控制发动机100以两种不同的操作模式操作。第一操作模式是主动模式。第二操作模式是发动机制动模式。
在主动模式下，控制器用于控制发动机100的操作，使得压缩的工作流体从交叉通道130进入燃烧气缸120，并且燃烧发生在燃烧气缸120中。燃烧气缸中的燃烧包括燃料的氧化和消耗，用于释放能量(例如，消耗燃料以提供工作流体压力中的势能和燃烧活塞/曲轴的动能)。这种燃烧可以提供放热反应。该燃烧提供工作流体的膨胀运动，以驱动燃烧活塞122的运动(从而驱动曲轴140的运动)。随后燃烧(且膨胀)的流体从燃烧气缸120排出。
在发动机制动模式下，控制器用于控制发动机100的操作，使得压缩的工作流体从交叉通道130进入燃烧气缸120，并且随后压缩的工作流体通过燃烧活塞122的运动在燃烧气缸120中被进一步压缩。然后，进一步压缩的流体从燃烧气缸120排出(而不发生任何燃烧)。
控制器用于改变燃烧气缸120的进气阀和/或出气阀的打开和/或关闭位置，以在不同的操作模式之间切换。
为了描述阀时间/位置的切换，首先参考燃烧活塞122的运动。燃烧活塞122用于在下止点(BDC)位置和上止点(TDC)位置之间运动。当燃烧活塞122处于其BDC位置时，燃烧气缸120的内部容积将在发动机100的循环期间达到最大。在图1的发动机100中，当处于BDC位置时，燃烧活塞122将处于燃烧活塞122在燃烧气缸120中的最低点。也就是说，燃烧活塞122的头部(如图1中黑色填充所示)将朝向燃烧气缸120的底端，例如，在燃烧活塞122距离曲轴140的轴(shaft)最近的位置。当燃烧活塞122处于其TDC位置时，燃烧气缸120的内部容积将在发动机100的循环期间达到最小。在图1的发动机100中，当处于TDC位置时，燃烧活塞122将处于燃烧活塞122在燃烧气缸120中的最高点。也就是说，燃烧活塞122的头部将朝向燃烧气缸120的顶端，例如，在燃烧活塞122距离曲轴140的轴更远的位置。
这个过程是循环的，例如，该过程不断重复。在图1的发动机100中，循环过程包括燃烧活塞122在燃烧气缸120内的往复运动。该循环过程还将包括曲轴140的旋转运动和燃烧活塞122的往复运动。燃烧活塞122的运动使得燃烧活塞122将反复通过燃烧活塞122的TDC和BDC位置。换句话说，燃烧活塞122在燃烧气缸120内在BDC位置和TDC位置之间往复运动(例如，在燃烧气缸120内前后运动)。BDC位置和TDC位置可以用(例如，燃烧活塞122的振荡运动(oscillatory movement)的位置的)角度表示。从这个意义上说，TDC将被认为是0°或360°(0°和360°是相同的)，并且BDC位置将是180°。活塞从0°开始运动，通过180°并达到360°(与0°相同)，然后重复这个运动。
控制器用于控制发动机循环期间燃烧气缸120的进气阀和/或出气阀打开和/或关闭的位置。同样，这些阀打开/关闭的位置可以用角度表示，以显示燃烧活塞122在循环中的位置。阀可以用于使用液压和/或气动系统打开和/或关闭，或者阀可以连接到凸轮轴，凸轮轴的旋转控制阀的打开和关闭。控制器可以用于调节相关部件的操作，以改变阀打开和/或关闭的位置。
对于主动模式，控制器用于控制燃烧气缸120的进气阀124在TDC位置附近打开(例如，进气阀124可以在340°和20°之间打开一段时间)。燃烧气缸120的进气阀124用于打开和关闭，使得在燃烧已经发生之后，被吸入燃烧气缸120的工作流体可以在TDC和BDC位置之间的大部分距离内驱动燃烧活塞122的运动。例如，燃烧气缸120的进气阀124可以用于在TDC时或在TDC前不久打开，以及在TDC时或在TDC后不久关闭。
对于主动模式，控制器用于控制燃烧气缸120的出气阀126向BDC位置打开。燃烧气缸120的出气阀126用于打开，使得从燃烧气缸120排出的流体是燃烧和膨胀的流体(例如，使得在出气阀126打开之前已经发生了大部分燃烧和/或从TDC向BDC的运动)。控制器用于控制燃烧气缸120的出气阀126向TDC位置关闭。燃烧气缸120的出气阀126用于关闭，使得在燃烧气缸120的出气阀126关闭之前从燃烧气缸120排出大部分燃烧和膨胀的流体。
控制器可以用于控制发动机100的操作，以最小化(例如，完全避免)燃烧气缸120的出气阀和进气阀一起打开的时间量。例如，燃烧气缸120的进气阀124可以在燃烧气缸120的出气阀126关闭的同时打开，或者关闭后不久的位置打开。燃烧气缸120的进气阀124关闭和出气阀126打开之间的滞后时间将更长(例如，使得燃烧和膨胀能够在从TDC到BDC的大部分路径中驱动燃烧活塞122)。
在主动模式下，发动机100用于将燃料喷射到燃烧气缸120中。燃料将与燃烧气缸120中的工作流体混合，并且将燃烧(例如，氧化)燃料以提供工作流体的膨胀，并驱动燃烧活塞122运动到其BDC位置。在主动模式下，控制器用于控制燃烧气缸120的进气阀和出气阀打开和关闭，使得在TDC时或TDC后不久，燃料在燃烧气缸120中燃烧，并且燃烧气缸120中的压缩的工作流体膨胀，以驱动燃烧活塞122向其TDC位置运动。同样，在主动模式下，控制器用于在待膨胀的新的压缩的工作流体被吸入燃烧气缸120之前，控制燃烧气缸120的进气阀和出气阀打开和关闭，使得膨胀和燃烧的工作流体从燃烧气缸120排出(例如，使得大部分膨胀和燃烧的工作流体从燃烧气缸120排出)。
在主动模式下，通过以这种方式控制发动机100，发动机100的操作可以(例如，通过曲轴140的旋转运动)提供动力输出。可以以多种方式使用该输出(例如，驱动扭矩)，例如，用以驱动车辆(例如，卡车)的运动。控制器可以用于接收指示发动机100的需求量(例如，所需的扭矩输出量)的需求信号。控制器可以基于该需求信号控制发动机100的操作例如，燃料喷射的数量和时间。
在发动机100的操作期间，来自发动机100的即时输出的需求可能会变化。例如，在车辆中使用发动机100的情况下，当需要车辆减速时(例如，减速，或者不需要更多加速)，可以减少来自发动机100的扭矩输出的需求。在此期间，曲轴140可能仍在旋转，导致燃烧活塞122运动。为了便于发动机100减速(例如，车辆减速)，和/或为了在此期间从发动机100的操作中提取可用功，控制器用于将发动机100的操作从主动模式切换到发动机制动模式。例如，控制器可以接收指示将要减少来自发动机100的输出的信号，并且响应于接收到该信号，控制器可以控制发动机100的操作以从主动模式切换到发动机制动模式。
控制器用于改变燃烧气缸120的进气阀和/或出气阀的打开和/或关闭位置，以在主动模式和发动机制动模式之间切换。
对于发动机制动模式，控制器用于控制燃烧气缸120的进气阀124在BDC位置附近打开。燃烧气缸120的进气阀124可以在BDC或BDC后不久打开。例如，进气阀124可以在大约190°打开。控制器用于控制燃烧气缸120的进气阀124打开和关闭，使得压缩的流体从交叉通道130进入燃烧气缸120，并且然后随着燃烧活塞122向其BDC位置运动，压缩的流体在燃烧气缸120内被进一步压缩。例如，在燃烧活塞122从其BDC位置到其TDC位置的大部分运动中，可以在燃烧气缸120中压缩工作流体。燃烧气缸120的进气阀124的打开位置和关闭位置之间可以具有固定的偏移(例如，处于主动模式和发动机制动模式时保持不变)，但是在发动机循环期间打开位置和关闭位置可能会改变。
换句话说，控制器用于在发动机制动模式下时，控制燃烧气缸120的进气阀124在比在主动模式下(例如，当进气阀124在TDC附近的位置打开时)更接近燃烧活塞122的BDC位置的位置(例如，在BDC附近或BDC后不久的位置)打开。如此一来，燃烧活塞122从其BDC位置到其TDC位置的一些运动将进一步压缩燃烧气缸120中的压缩的工作流体以提供发动机制动。
对于发动机制动模式，控制器用于控制燃烧气缸120的出气阀126在TDC位置或TDC前打开。燃烧气缸120的出气阀126可以在接近TDC而不是接近BDC的位置打开。例如，燃烧气缸120的出气阀126可以在大约290°和300°之间打开。可以控制燃烧气缸120的出气阀126在TDC之前打开，使得由于燃烧活塞122向其TDC位置的运动，进一步压缩的流体(例如，在压缩气缸110中被压缩并且随后在燃烧气缸120中被进一步压缩的工作流体)可以通过出气阀126流出。控制燃烧气缸120的出气阀126在进气阀124打开之前关闭。燃烧气缸120的出气阀126可以在燃烧活塞122到达其BDC位置(例如，在大约140°处)之前打开。可以控制出气阀126在某一位置打开，使得在燃烧气缸120的进气阀124打开以允许更多的工作流体进入燃烧气缸120之前，随着燃烧活塞122向TDC运动，燃烧气缸120中剩余的气体被膨胀。
控制器可以用于控制发动机100的操作，以避免在燃烧气缸120的进气阀124关闭和出气阀126打开的位置，和/或出气阀126关闭和进气阀124打开的位置之间的任何位置重叠。可以选择进气阀124关闭和出气阀126打开之间的时间间隔，以在燃烧气缸120内提供工作流体的选定压缩量。
换句话说，控制器用于在发动机制动模式下操作时，控制燃烧气缸120的出气阀126在比在主动模式下操作时(例如，当出气阀126在BDC附近或BDC前不久的位置打开时)更接近TDC位置的位置(例如，在TDC附近或TDC前不久的位置)打开。如此一来，燃烧活塞122从其BDC位置到其TDC位置的一些运动将进一步压缩燃烧气缸120中的压缩的工作流体以提供发动机制动。
在发动机制动模式下，不向燃烧气缸120喷射燃料。例如，控制器可以用于控制进气阀/出气阀定位和燃料喷射的操作。在控制器控制发动机100的操作处于发动机制动模式的情况下，控制器可以控制燃料喷射使得不向燃烧气缸120喷射燃料。在这个意义上，例如，因为在不发生工作流体的任何燃烧驱动膨胀的情况下，该工作流体首先在压缩气缸110中被压缩，然后在燃烧气缸120中被二次压缩，所以发动机100可以提供工作流体的双重压缩。然后，该双重压缩的工作流体从燃烧气缸120的出气阀126排出。
在发动机制动模式下，控制器用于控制燃烧气缸120的进气阀和出气阀打开和关闭，使得燃烧活塞122在BDC位置和TDC位置之间的一段时间内，随着燃烧活塞122向其TDC位置运动，压缩气缸110中的工作流体被压缩。同样，在发动机制动模式下，控制器用于(例如，在燃烧气缸120中不发生任何燃烧引起的工作流体膨胀的情况下)控制燃烧气缸120的进气阀和出气阀打开和关闭，使得燃烧气缸120中的进一步压缩的流体从出气阀126排出。
因此，可以控制发动机100的操作在主动模式和发动机制动模式之间切换。控制器可以用于响应于接收到指示需要该切换的信号(例如，响应于车辆的驾驶员使车辆减速或避免车辆进一步加速的动作)启动该切换。
在操作中，可以控制发动机100在两种不同模式中的一种模式下操作。
例如，发动机100的操作可以在主动模式下开始。如此一来，压缩气缸110的进气阀114打开，压缩气缸110的出气阀116关闭，以允许工作流体进入压缩气缸110。然后关闭压缩气缸110的进气阀114。压缩活塞112运动以压缩压缩气缸110中的工作流体。然后打开压缩活塞112的出气阀116，压缩的工作流体从压缩气缸110进入交叉通道130。一旦燃烧气缸120的进气阀124(在燃烧活塞122的TDC位置附近)被打开，压缩的工作流体就从交叉通道130进入燃烧气缸120并与燃料混合。燃烧(例如，氧化)燃料，使得工作流体膨胀以驱动燃烧活塞122向其BDC位置。然后燃烧气缸120的出气阀126(在BDC位置前)被打开，并且保持打开，直到燃烧气缸120的进气阀124将(在TDC位置前)被打开前不久。在出气阀126打开时，燃烧和膨胀的工作流体随后从燃烧气缸120排出。燃烧活塞122的驱动运动传递到曲轴140，并且这可以用于从发动机100提取功。
然后，控制器可以接收需要在发动机制动模式下操作的信号。如此一来，控制器改变燃烧气缸120的进气阀和/或出气阀的打开和/或关闭时间。压缩气缸110的操作在两种模式下可以是相似的(即，向燃烧气缸120提供压缩的工作流体)。在主动模式下，燃烧气缸120的进气阀124在(与主动模式相比)更接近BDC位置打开。然后，当出气阀126关闭时，压缩的工作流体从交叉通道130进入燃烧气缸120，并且燃烧活塞122更接近BDC位置。然后，燃烧气缸120的进气阀124被关闭，并且随着燃烧活塞122向其TDC位置运动，燃烧气缸120中的工作流体被压缩。然后，在燃烧活塞122的TDC位置或TDC位置前的位置打开出气阀126。在燃烧气缸120中被进一步压缩的工作流体随后从出气阀126排出。在燃烧气缸120中对工作流体进行进一步压缩所做的功提供了发动机制动。
参考图2，现在将描述本公开的多个附加的特征和可选的特征。
图2示出分体式循环内燃发动机100。图2的发动机100类似于图1的发动机100，并且发动机100的类似部件不再描述。
除了图1所示的特征之外，发动机100可以包括涡轮增压器150。涡轮增压器150包括压缩机151、涡轮152、以及轴153。发动机100还可以包括涡轮旁路通道154。
发动机100可以包括回热器160。回热器160是具有两个热交换通道的热交换器：高压热交换通道161和低压热交换通道162。回热器160可以包括一个或多个旁路通道。图2示出了高压回热器旁路通道163和低压回热器旁路通道164。
发动机100还可以包括能量存储装置。尽管未示出，发动机100可以包括一个或多个压缩气体存储单元。图2中示出了两个示例性气体收集点：第一气体收集点171和第二气体收集点172。
图2中示出箭头，用于指示工作流体流过发动机100的可能方向。还示出了用于容纳流过发动机100的运动工作流体的管道。应当理解，示出这些特征仅用以帮助说明发动机100的功能和操作，而非出于限制的目的。
压缩机151经由轴153连接到涡轮152。压缩机151用于与将提供给压缩气缸110的进气阀114的工作流体流体连通。涡轮152用于与从燃烧气缸120的出气阀126排出的工作流体流体连通。涡轮152位于燃烧气缸120的出气阀126和发动机100的排气管之间。涡轮旁路通道154位于燃烧气缸120的出气阀126和涡轮152之间。涡轮旁路通道154将涡轮152上游(例如，燃烧气缸120的出气阀126和涡轮152之间)的区域连接到涡轮152下游(例如，涡轮152和发动机100的排气管之间)的区域。提供一个或多个执行器(actuator)(例如，阀)，用于选择性地打开或关闭涡轮旁路通道154。在图2中，这些执行器示为具有从其延伸的虚线的黑色小圆圈。
回热器160的高压交换通道和低压热交换通道彼此相邻。为了简单起见，这些通道在图2中示为彼此接触且彼此平行的两个通道。然而，应当理解，可以提供其他布置(例如，以增加两个通道之间的热交换)。
压缩气缸110的出气阀116经由回热器160的高压热交换通道161和高压回热器旁路通道163连接到燃烧气缸120的进气阀124。换句话说，在压缩气缸110的出气阀116和燃烧气缸120的进气阀124之间设置有两个通道。这些通道之一(高压热交换通道161)穿过回热器160例如，使得工作流体非常接近排出的流体，以在工作流体和排出的流体之间提供热交换。这些通道中的另一个(高压回热器旁路通道163)提供了避免穿过回热器160的流动路径(并且远离排出的流体，以减少工作流体和排出的流体之间的热交换)。
燃烧气缸120的出气阀126经由回热器160的低压热交换通道162和低压回热器旁路通道164连接到发动机100的排气管。在图2的示例中，还包括涡轮152和涡轮旁路通道154，并且涡轮152和涡轮旁路通道154布置在燃烧气缸120的出气阀126和两个低压通道之间(尽管应该理解不一定是这种情况，并且例如，布置可以相反使得排出的流体在到达涡轮152/涡轮旁路通道154之前首先流过低压通道)。低压热交换通道162穿过回热器160例如，将从燃烧气缸120排出的流体带到来自压缩气缸110的压缩的工作流体附近，以在排出的流体和压缩的工作流体之间提供热交换。低压回热器旁路通道164提供了避免穿过回热器160的流动路径(并且远离来自压缩气缸110的压缩的工作流体，以减少工作流体与压缩的工作流体之间的热交换)。
第一气体收集点和第二气体收集点可以包括阀和/或泵，以将加压气体引导到加压气体存储单元中。第一气体收集点和第二气体收集点在图2中示为在发动机100的高压区域。第一气体收集点171用于接收刚在压缩气缸110中被压缩的气体。在图2中，第一气体收集点171示为正好在压缩气缸110的下游(即，第一气体收集点171连接到压缩气缸110的出气阀116和/或从出气阀116延伸的管道)。第二气体收集点172用于接收刚在燃烧气缸120中被压缩的气体。在图2中，第二气体收集点172示为邻近出气阀126(例如，在出气阀126的高压侧，或者在出气阀126内，使得气体压力高)。每个气体收集点可以通过另一个管道连接到加压气体储罐(storage tank)。发动机100可以包括一个或多个加压气体储罐(例如，两个收集点可以连接到同一个罐，或者每个收集点可以连接到相应的罐)。
涡轮增压器150用于能够通过从燃烧气缸120排出的工作流体提取进一步的功。发动机100用于使得该排出的流体可以从燃烧气缸120流出并流过涡轮152以驱动涡轮152的旋转。布置涡轮增压器150使得涡轮152的旋转驱动轴153的旋转，轴153的旋转又驱动压缩机151的旋转。压缩机151用于选择性地驱动工作流体流向压缩气缸110的进气阀114。压缩机151旋转增加将驱动更多的工作流体流向压缩气缸110(例如，将增加输送到压缩气缸110的工作流体的压力)。换句话说，涡轮增压器150用于使用来自燃烧气缸120排出的工作流体的流过涡轮152的能量增加对供应到压缩气缸110的工作流体的压缩。
涡轮旁路通道154用于为来自燃烧气缸120的排出的流体提供可选的流动路径，避免或至少减少该排出的流体和涡轮152之间的相互影响。换句话说，涡轮旁路通道154用于为从燃烧气缸120排出的流体提供在绕过涡轮152的同时，流向发动机100的排气管的通道。涡轮增压器150可以用于选择性地控制排出的流体是否流过涡轮旁路通道154。涡轮增压器150可以用于选择(例如，改变)流过涡轮旁路通道154的排出的流体的量或比例。例如，可以引导排出的流体不通过、部分通过、或全部通过涡轮旁路通道154。控制器可以用于控制涡轮旁路通道154的操作。例如，控制器可以用于调节通过涡轮旁路通道154的工作流体的量或比例，以通过压缩机151提供选定的压缩量(例如，以调节通过发动机100的工作流体的量)。
附加地，或可选地，发动机100可以包括一个或多个可选择性操作的通气孔，用于排出压缩气体以调节压力(和发动机100的温度)。例如，可以为进气提供排气孔(vent)(例如，压缩气缸110的进气阀114的上游)。该排气孔可以用于降低流过发动机的气体的压力。例如，通过增加排出的气体量，流过发动机的气体的压力可以降低。任何将不流过发动机的气体都可以在发动机内使用例如，用于冷却进气。
回热器160用于在来自燃烧气缸120的排出的流体与压缩气缸110和燃烧气缸120之间的压缩的流体之间提供热交换。例如，流过低压热交换通道162的排出的流体通常比流过高压热交换通道161的压缩的流体更热。回热器160用于在低压热交换通道162中较热的排出的流体和高压热交换通道161中较冷的压缩的流体之间传递热量。
回热器旁路通道用于提供避开回热器160的流体流动路径(例如，以减少排出的流体和压缩的流体之间提供的热交换量)。换句话说，每个回热器旁路通道可以为流体提供可选的流动路径，该路径避开回热器160。可以控制发动机100选择流过每个回热器旁路通道的流体的量或比例。在本公开的上下文中应当理解，可以只提供回热器旁路通道。
发动机100可以用于选择(例如，改变)流过高压回热器旁路通道163的来自压缩气缸110的压缩的流体的量或比例。例如，可以引导该压缩的流体不通过、部分通过、或全部通过高压回热器旁路通道163。控制器可以用于控制高压回热器旁路通道163的操作。例如，控制器可以用于调节通过高压旁路通道的工作流体的量或比例，以为压缩的工作流体提供选定的加热量和/或为回热器160(和/或排出的流体)提供选定的冷却量。
发动机100可以用于选择(例如，改变)流过低压回热器旁路通道164的来自燃烧气缸120的排出的流体的量或比例。例如，可以引导该排出的流体不通过、部分通过、或全部通过低压回热器旁路通道164。控制器可以用于控制低压回热器旁路通道164的操作。例如，控制器可以用于调节通过低压旁路通道的工作流体的量或比例，以为压缩的工作流体提供选定的加热量和/或为回热器160(和/或排出的流体)提供选定的冷却量。
气体收集点可以用于使得压缩的气体输送到发动机100的加压气体存储单元。气体收集点的位置可以使得气体收集点从气体压力高的发动机区域收集加压气体。加压气体存储单元可以用于存储加压气体，并使加压气体返回到发动机100。例如，发动机100可以压缩气体吸入点和气体返回点，以分别将气体提供给存储单元，和将气体从存储单元返回发动机100。气体收集点可以包括这样的入口点和返回点。可选地，可以在气体压力较低的发动机区域中例如，燃烧气缸120的出气阀的下游，设置一个或多个气体返回点。例如，发动机100可以用于在加压气体流过发动机100期间(例如，使得气体在压缩气缸110和/或燃烧气缸120中被压缩而处于加压状态)的某个位置取走加压气体并存储在存储单元中。发动机100可以用于将加压气体返回到发动机100，以在发动机100的操作期间进一步使用。例如，发动机100可以用于使加压气体返回以驱动涡轮152。换句话说，当发动机需求低时(例如，当流过发动机100的压缩气体不需要从发动机100进行有意义的输出时)，发动机100可以用于将气体存储在气体存储单元中。在需求较高(例如，提供更多流过发动机100的压缩气体)时，发动机100可以用于将气体返回到发动机100，用于转换成有意义的输出。
与图1的发动机100一样，发动机100包括未示出的控制器。发动机100还可以包括一个或多个传感器。例如，可以提供传感器以获取发动机100的一个或多个部件的温度和/或压力的指示。例如，控制器可以用于接收回热器160的温度和/或流过发动机100的工作流体的压力的指示。控制器可以用于基于接收的该指示控制发动机100的操作。
控制器可以用于控制发动机100的一个或多个部件，以提供发动机100的选定的操作特性。与图1的发动机100一样，控制器用于控制发动机100在主动模式和发动机制动模式之间切换。此外，控制器可以用于控制发动机100的一个或多个不同部件的操作，以在这些操作模式中的一个或两个模式下为发动机100提供选定的操作特性。具体地，控制器可以用于控制发动机100在发动机制动模式下的操作，以调节回热器160的温度。例如，当在发动机制动模式下，将回热器160保持在选定的温度范围内(例如，保持回热器160热，和/或避免回热器160过热)可能是有益的，使得回热器160处于用于在主动模式下重新启动操作的期望的温度(例如，使得在发动机100返回到主动模式后发挥最佳功能之前不需要时间预热)。
下面将描述控制发动机100的操作的反馈回路的一些示例。具体地，这些示例中的一些示例涉及在发动机制动模式下时控制发动机100的操作的机制。在描述控制回路之前，首先参考发动机100的不同部件以及上述部件的操作可能如何影响发动机100的工作条件。
提供给发动机不同部件的热量将根据流过发动机的压缩的工作流体的量而变化。随着更多的流体在每个循环中被压缩(例如，发动机内的气体压力增加)，这也可以为发动机的部件提供更好的加热效果。例如，如果更多的工作流体在压缩气缸110中被压缩，则将提高该流体流过回热器160时的温度(并且因此提高回热器160本身的温度)。类似地，通过回热器的热流体越多，回热器就会变得越热(反之亦然)。根据需要，可以操作发动机的部件调节这些特性以控制发动机100的温度。
涡轮增压器150用于影响在发动机的一个循环期间流过发动机100的工作流体的量。涡轮增压器150用于调节推入压缩气缸110的工作流体的量。流过涡轮152的更多空气将导致压缩机151将更多空气推入压缩气缸110(反之亦然)。增加压缩气缸110中待压缩的空气量可以提高该工作流体的温度和/或该工作流体加热回热器160的能力。因此，通过控制流过涡轮旁路通道154的空气量，也可以控制工作流体的量和工作流体的加热能力。换句话说，可以控制涡轮旁路通道154的操作以控制流过发动机的工作流体的加热效果(例如，控制回热器160的温度)。例如，为了提高回热器160的温度，发动机100可以用于增加流过涡轮152的工作流体的量(即，减少流过涡轮旁路通道154的流体的量)。
可以控制回热器160的高压侧，以影响从压缩气缸110流过高压回热器热交换通道161的压缩的工作流体的量。如果流过回热器160的高压侧161的工作流体比回热器160冷，这可以对回热器160具有冷却效果。如果流过回热器160的低压侧162的排出流体比回热器160热，这可能对回热器160具有加热效果。发动机100可以用于改变这两个特性(例如，以平衡对回热器160的加热效果和冷却效果)，为回热器提供期望的温度。
对于回热器的高压侧161，其中，压缩的工作流体将对回热器具有冷却效果，引导更多的压缩的工作流体通过高压回热器旁路通道163可以为回热器160提供更高的温度(例如，以避免回热器温度因此下降)。对于回热器160的低压侧162，其中，排出的工作流体将对回热器160具有加热效果，引导更多的热工作流体通过低压回热器旁路通道164可以对回热器160具有冷却效果。
可以控制回热器160的低压侧，以影响从燃烧气缸120流过低压回热器热交换通道162的热排出的流体的量。当更多较热的排出的流体流过回热器160并与较冷的压缩的工作流体进行热交换时，回热器160的温度可以升高(或降低更少)。引导更多的压缩的工作流体通过低压回热器旁路通道164可以为回热器160提供更低的温度(例如，以避免回热器温度因此升高)。
控制燃烧气缸120的进气阀和/或出气阀的打开和/或关闭时间可以影响回热器160的温度。在本公开的上下文中应当理解，改变燃烧气缸120中的压缩量将改变温升量(例如，更多的压缩可以引起更大的温升)。可以控制进气阀和出气阀的打开/关闭，以提供选定量的压缩引起的温升。附加地，或可选地，控制出气阀126打开和关闭的位置可以影响已经从燃烧气缸120排出且被吸回燃烧气缸120用于进一步压缩(和进一步加热)的较热流体的量。在出气阀126打开的情况下随着燃烧活塞122向其BDC位置运动，一些排出的流体将被吸回燃烧气缸120中。随着反复吸入排出的流体以进一步压缩，该排出的流体的温度会升高。通过控制这种再压缩(和再加热)的量，回热器160的温度将发生变化(因为随着燃烧气缸120中发生更多对排出的流体的再压缩，排出的流体以及换热器160的低压侧的温度可能会升高)。
增加进入压缩气体存储单元的压缩气体的量可以减少流过发动机100的压缩的工作流体的量。回热器160的温度可以根据上述(例如，随着来自压缩气缸110的较冷的压缩的流体转而进入气体存储器，通过系统的流体会减少)而发生变化。随着压缩的气体从气体存储单元释放到发动机100，这可以增加发动机输出(并提高发动机温度)。
发动机100可以包括用于调节温度的其他特征。例如，发动机100可以包括冷却剂(coolant)系统(例如，用于向压缩气缸110喷射冷却剂)。增加冷却剂喷射量可以降低发动机100的温度。发动机100可以包括一个或多个相变材料，上述相变材料用于通过改变物相存储热量。相变材料可以用于将在主动模式下操作期间存储的热量在发动机制动模式下操作期间释放(反之亦然，取决于哪种模式提供的温度更高)。
现在将描述几个示例性反馈回路和控制方法以说明发动机100的潜在功能。
控制器用于接收指示回热器160的温度的信号，并且基于所接收的信号控制发动机100的操作。控制器可以控制发动机100的操作处于发动机制动模式。在发动机制动模式下，控制器可以控制发动机100的操作，将回热器160的温度保持在选定的范围内。例如，控制器可以用于将回热器温度保持在高于最小阈值温度和/或将回热器温度保持在低于最大阈值温度。控制器(和传感器)可以用于为发动机100的操作提供动态反馈回路。换句话说，控制器可以用于持续接收指示回热器温度的信号，并相应地持续控制发动机100的操作，将回热器温度保持在控制器选定的范围内。
在发动机制动模式下操作时，如果控制器接收到指示回热器温度超出选定范围的信号，则控制器用于控制发动机100的操作，以调节通过回热器160的工作流体的流量。为此，控制器可以用于控制回热器旁路通道的操作。控制器可以基于回热器温度的指示控制操作调节通过回热器旁路通道的较热和/或较冷流体的比例。例如，控制器可以控制发动机的操作，平衡较热流体向回热器160提供的加热效果和较冷流体向回热器160提供的冷却效果。
在回热器温度过低的情况下，控制器用于增加通过回热器160的较热流体的量和/或减少通过回热器160的较冷流体的量。例如，控制器可以用于使发动机的操作向回热器160提供更大的加热效果和/或向回热器160提供更小的冷却效果。在相关的情况下，控制器可以控制发动机100的操作，增加通过低压回热器热交换通道162的较热排气流体(exhaustfluid)的量，或者减少通过高压回热器热交换通道161的较冷压缩的流体的量，从而提高回热器温度。为此，控制器用于选择性地较少使用低压回热器旁路通道164和/或较多使用高压回热器旁路通道163。
控制器可以用于基于回热器温度的指示和阈值温度之间的差，改变通过回热器旁路通道的流体的比例(例如，使得当需要更多/更少地改变温度时，更多/更少地使用回热器旁路通道)。例如，控制器可以控制发动机100的操作，使得在发动机制动模式下操作时至少一些流体通过回热器旁路通道。可以在回热器温度变得过低的情况下使用低压旁路通道，和/或可以在回热器温度变得过高的情况下使用高压回热器旁路通道163。
在发动机制动模式下操作时，如果控制器接收到指示回热器温度超出选定范围的信号，则控制器用于控制发动机100的操作，以调节来自燃烧气缸120的热排出的流体的量，该热流体被吸回燃烧气缸120用于进一步压缩(和加热)。为此，控制器可以用于控制燃烧气缸120的出气阀126的打开和/或关闭位置。控制器可以选择燃烧气缸120的出气阀126的打开和/或关闭位置，调节被吸回燃烧气缸120用于进一步压缩的热排气流体的量。例如，控制器可以基于指示的温度控制打开和/或关闭位置。在回热器温度过低的情况下，当燃烧活塞122(从其TDC位置)向其BDC位置运动时，燃烧气缸120的出气阀126可以打开更长时间。例如，控制器可以用于选择比起TDC更接近BDC的位置，以提高回热器160的温度(反之亦然)。控制器可以根据回热器温度，动态地调节打开和/或关闭位置(例如，使得基于换热器温度与阈值温度之间的温差选择位置变化量)。
在发动机制动模式下操作时，如果控制器接收到指示回热器温度超出选定范围的信号，则控制器用于控制发动机100的操作，以调节用以驱动涡轮152的工作流体的流量。为此，控制器可以用于控制涡轮旁路通道154的操作。控制器可以控制操作，基于回热器温度的指示调节通过涡轮旁路通道154的流体的比例。在回热器温度过低的情况下，控制器用于控制涡轮旁路通道154的操作以增加加热效果。控制器用于减少流过涡轮旁路通道154的排出的流体的量(例如，以增加流过涡轮152的流体流量)。因此，涡轮152将驱动压缩机151做更多功，使得更多的工作流体在压缩气缸110中被压缩，并且提供更大的加热效果。
控制器可以用于基于回热器温度的指示和阈值温度之间的差，改变通过涡轮旁路通道154的排气流体的比例(例如，使得当需要更多/更少地改变温度时，更多/更少地使用涡轮旁路通道154)。例如，控制器可以控制发动机100的操作，使得在发动机制动模式下操作时至少一些流体通过涡轮旁路通道154。
在发动机制动模式下操作时，如果控制器接收到指示回热器温度超出选定范围的信号，则控制器可以用于控制发动机100的操作，以调节供应给发动机100的冷却剂的量，和/或以调节流过发动机100的工作流体的量。为此，控制器可以用于控制冷却剂系统的操作(例如，增加或减少供应的冷却剂的量，以分别降低或升高温度)。控制器可以用于控制存储在压缩气体存储单元中的工作流体的量，以控制通过发动机100的工作流体的量(例如，以存储更多的压缩的流体以提高温度)。
在上述示例性反馈回路中，控制器用于接收发动机100的温度指示。例如，该指示可以是回热器160的温度。控制器用于(例如，根据上述示例)调节发动机100的操作以控制该温度。例如，控制器可以控制发动机100的操作，使得回热器温度保持在阈值范围内。对回热器160的这种控制可以是将回热器160保持在基于主动模式下回热器160的温度所期望的操作条件而选定的温度。例如，控制器可以将回热器温度调节至高于阈值，以保持回热器160够热，从而在发动机100返回到主动模式下操作时为发动机100提供有效的操作条件。
附加地，或可选地，控制器可以用于控制发动机100的操作，以出于不同原因调节发动机100的温度。例如，在发动机制动模式下操作时，可以控制发动机100的操作对发动机100进行维护。催化剂可以作为回热器160的一部分(例如，在回热器160内)。在发动机制动模式下，控制器可以控制操作以在回热器160中提供催化反应(例如，在发动机操作期间有助于催化剂性能的反应)。例如，可以将温度调节至用于提供该反应的阈值范围内(例如，可以控制回热器160的温度超过用于提供催化反应的阈值温度)。例如，这种操作可以将任何不需要的物质从回热器160的催化涂层上烧掉。在发动机操作期间，可能会在催化涂层上发生颗粒堆积。例如，(例如，在发动机制动模式期间)通过加热回热器的温度，可以对发动机100进行除烟(de-sooting)(例如，从催化涂层上去除不需要的颗粒物质，以提升返回到主动模式时的未来的发动机性能)。控制器可以在主动模式下控制发动机100的操作，对回热器160进行此类维护(例如，用于除烟/提供催化事件)。为此，控制器可以用于控制燃料喷射延迟，例如，使得一些燃烧发生在发动机循环中更晚的位置，从而使得从燃烧气缸120排出更热的流体。
附加地，或替代地，除了在发动机制动模式下控制发动机100的操作以为回热器160提供选定的温度，控制器可以用于控制发动机100的操作以提供期望的发动机制动量。例如，控制器可以用于接收指示工作流体的压力和/或提供的发动机制动量的信号。控制器可以用于基于接收的该信号控制发动机100的操作，相应地提供更多或更少的发动机制动。在本公开的上下文中应当理解，可以使用上述特征控制操作，但要提供可变的发动机制动。例如，控制器可以调节燃烧气缸120的进气阀和/或出气阀打开和/或关闭的位置，以控制在燃烧气缸120中执行的压缩功量(例如，增加压缩功以提供更多的发动机制动)。
附加地，或可选地，在发动机制动模式下操作时，可以控制发动机100提取压缩气体并将压缩气体存储在压缩气体存储单元中。可以根据发动机100的操作条件和/或存储单元的满载情况选择要提取和/或存储的压缩气体的量。例如，在控制器切换到在发动机制动模式下操作的情况下，控制器可以控制一个或多个气体收集点的操作，将一些压缩的工作流体引导到发动机100的气体存储单元。控制器可以持续提取一些气体，直到主动模式被激活，或者气体存储单元满载，和/或如果在发动机制动模式下发动机100需要不同量的发动机制动和/或加热。
控制器可以用于在主动模式下发动机100操作期间，选择性地从气体存储单元释放压缩气体。可以释放压缩气体以支持工作流体流过发动机100(例如，以补充发动机100)。例如，控制器可以用于(例如，响应于指示需要额外输出的发动机需求信号，例如，响应于切换回主动模式和/或响应于发动机100的加速)控制气体存储单元提供压缩气体以增加发动机100的功率输出。发动机100可以用于使压缩气体可以从气体存储单元释放，以驱动涡轮增压器150的涡轮152。附加地，或可选地，压缩流体可以从气体存储单元向燃烧气缸120释放。
在上述公开的上下文中应当理解，关于图2描述的特征是可选的，并且不是所示的所有特征都需要组合在一起提供。例如，本公开的发动机可以具有图2所示的一些特征，而不是全部特征。例如，可以只使用一个回热器旁路通道。作为另一个示例，可以不提供涡轮增压器，或者可以不包括涡轮旁路通道154。还应当理解，在发动机设置有上述多个部件的情况下，可以一起控制任何或所有不同部件的操作(例如，使得可以基于一个或多个部件的操作控制一个或多个其他部件的操作，例如，为了提高回热器160的温度，可以将更多地将高压回热器旁路通道163与延迟燃烧气缸120的出气阀126关闭位置结合使用)。控制器可以用于基于指示发动机参数的一个或多个信号控制发动机的操作。应当理解，可以使用发动机参数的任何合适指示。例如，当指示是回热器温度时，可以使用连接到回热器160的温度传感器获取，但是也可以使用其他方法例如，基于流过回热器160的工作流体的温度变化的指示/回热器160之后的流体的温度等获取。
还应理解，每个气缸都可以提供一个以上。例如，分体式循环发动机可以包括多个压缩气缸和/或燃烧气缸。控制器可以用于一起控制所有不同气缸的操作。例如，在主动模式下，燃烧气缸的操作可以交错进行，使得每个燃烧活塞在与其他燃烧活塞偏移的时间内被驱动到各自的BDC位置。同样，当控制燃烧气缸的出气阀126时间以切换到发动机制动模式时，这些时间可以相互偏移(例如，使得每个燃烧气缸在与其他燃烧气缸不同的时间提供发动机制动)。压缩气缸和燃烧气缸的数量也不必相同。例如，交叉通道130可以具有多个(来自相应的压缩气缸的)入口和多个(通向相应的燃烧气缸的)出口。每个入口和出口都可以具有相应的阀以控制流体通过交叉通道的流量。入口和出口的数量可以不同，例如，使得可以有5个压缩气缸和3个燃烧气缸。
图3a至图3d示出了示出发动机100的操作的示例性模式的示例性时序图。这些时序图示出了燃烧活塞122从0°(其上止点位置)到180°(其下止点位置)再回到360/0°的循环。从圆径向向外延伸的线示出了进气阀124和出气阀126的打开和关闭时间。标记1241和标记1261通常分别表示进气阀和出气阀的打开，标记1242和标记1262通常分别表示进气阀和出气阀的关闭。箭头连接每个阀的打开和关闭时间，以示出阀何时打开(即流体何时可以流过该阀)。
图3a示出了在主动模式下操作的阀时间。进气阀124在1241打开，1241在TDC前不久(例如，TDC前0°和20°之间的某处)。然后进气阀124在1242关闭，1242在TDC后不久(例如，TDC后0°和20°之间的某处)。然后出气阀126在1261打开，1261在BDC和TDC之间，通常在比起TDC更接近BDC的位置。在图3a中，该位置示为在大约140°至150°。然后出气阀126比进气阀124保持打开更长时间。然后在进气阀124打开前不久，出气阀126关闭。在图3a中，正好在进气阀124在1241(例如，上止点前10°至40°)打开前，出气阀在1262关闭。因此，压缩的流体将在1241和1242之间流入燃烧气缸120。然后将发生燃烧，使得工作流体膨胀并驱动燃烧活塞122向其TDC位置。然后排气阀126在1261和1262之间打开。燃烧活塞122从TDC向BDC的运动将推出残留在燃烧气缸120中的燃烧流体(例如，使得在重复循环并且新的工作流体被吸入燃烧气缸120之前，从燃烧气缸120排出大部分燃烧流体)。
图3b示出了在发动机制动模式下操作的第一组示例性阀时间。在图3b中，虽然打开/关闭位置改变，但是打开/关闭位置的固定偏移保持不变。例如，可以通过凸轮轴的旋转驱动每个阀的打开和关闭(例如，使得打开/关闭发生在选定的旋转阶段)。因此，燃烧活塞122将在阀打开和阀关闭之间以相同的曲轴旋转度运动。然而，打开和关闭发生的位置会改变。
在图3b中，进气阀124在1241a打开，1241a在BDC后不久(例如，BDC后0°和40°之间的某处)。然后，进气阀124在1242a关闭，1242a在TDC和BDC之间，通常在比起TDC更接近BDC的位置。在图3a中，该位置示为在TDC后的20°和40°之间的某处。然后出气阀126在1261a打开，1261a在TDC和BDC之间，通常在比起BDC更接近TDC的位置。在图3b中，该位置示为在TDC前大约50°至70°。然后出气阀126比进气阀124保持打开更长时间(打开持续时间与主动模式相同，但是出气阀和进气阀的位置不同)。然后，出气阀126在1262a关闭，1262a在TDC和BDC之间(例如，在TDC前的20°至60°)。因此，压缩的流体将在1241a和1242a之间流入燃烧气缸120。燃烧活塞122向TDC的运动将提供对该工作流体的进一步压缩。然后排气阀126在1261a和1262a之间打开。燃烧活塞122向TDC的运动将一些进一步压缩的流体通过出气阀126推出燃烧气缸120。然后，在出气阀126仍然打开的情况下，燃烧活塞122已经通过TDC后向BDC返回的运动将从燃烧气缸120排出的一些进一步压缩的流体吸回燃烧气缸120中。然后被吸回的一些上述进一步压缩的流体可以在燃烧气缸120中再次被进一步压缩。
图3c和图3d示出了与图3b略有不同的打开/关闭位置。例如，阀可以独立地打开和关闭，并且上述打开/关闭的时间可以自由变化(例如，上述打开/关闭不需要固定的偏移)。例如，可以使用液压阀(hydraulic valve)/气动阀(pneumatic actuated valve)。在图3c和3d中，示出了图3b中的阀打开位置和关闭位置(1241a、1242a、1261a、1262a)以说明打开/关闭位置的任何区别。
在图3c中，唯一的区别是出气阀在1262b(而不是在1262a)关闭。位置1262b更接近打开位置1261a。因此，该关闭位置也比图3b的关闭位置更接近TDC。例如，控制器可以控制发动机的操作从图3b的位置切换到图3c的位置，以减少从燃烧气缸排出并被吸回燃烧气缸中的进一步压缩的流体的量。这样做可以调节回热器的温度(例如，因为更多的此类流体被吸回，排出的流体的温度将升高，将在更高的温度下开始进一步压缩)。例如，控制器可以用于选择关闭位置以调节回热器的温度。
在图3d中，所有四个位置都已发生改变。进气阀在1241c打开并在1242c关闭，并且1241c和1242c都比图3b中的相应位置(1241a和1242a)更接近BDC。出气阀在1261c打开并在1262c关闭，并且1261c和1262c都比图3b中的相应位置(1261a和1262a)发生晚。例如，控制器可以选择这些位置以增加在燃烧气缸120中提供的压缩量(例如，以最大化入口关闭1242c和出口打开1261c之间的位置差)。例如，控制器可以选择这些位置，通过将更多的热排出流体吸回燃烧气缸120(例如，最大化出气阀打开的TDC和出气阀关闭1262c之间的位置差)提高发动机(例如，回热器)的温度。
应当理解，图3a和3d中所示的相关位置是示例性的，用于说明潜在的概念，但不应被认为是限制性的。精确的打开位置和关闭位置可能会变化，并且可以基于发动机的期望操作条件选择打开和关闭的精确位置。
应当理解，本文对发动机的描述涉及在TDC和BDC位置之间的气缸内存在活塞往复运动的发动机。在这些示例中，燃烧活塞有效地在一维(向前和向后)运动。然而，应当理解，这不应该受到限制。例如，可以提供汪克尔发动机(Wankel engine)，其中，活塞在BDC位置和TDC位置之间以旋转方式运动。
从上面的讨论中可以理解，附图中所示的示例仅仅是示例性的，并且包括可以如本文所述和权利要求中所述的概括、移除、或替换的特征。参考附图，应当理解，示意性功能框图用于指示本文描述的系统和设备的功能。如技术人员读者在本公开的上下文中将理解的，本文描述的每个示例可以以各种不同的方式实现。本公开的任何方面的任何特征可以与本公开的任何其他方面相结合。例如，方法方面可以与设备方面相结合，并且可以在不使用特定类型的设备的方法中提供与设备的特定元件的操作有关的描述的特征。此外，除非明确说明某些其他特征对其操作至关重要，否则每个示例的每个特征都旨在与其组合描述的特征可分离。这些可分离特征中的每一个特征都可以与描述该特征的示例的任何其他特征相结合，或者与本文描述的任何其他示例的任何其他特征或特征的组合相结合。此外，在不脱离本发明的情况下，也可以采用上述未描述的等同物和修改。
本文描述的方法的某些特征可以在硬件中实现，并且设备的一个或多个功能可以在方法步骤中实现。在本公开的上下文中还应理解，本文描述的方法不需要按照方法所描述的顺序来执行。因此，参考产品或设备描述的本公开的方面也旨在作为方法实现，反之亦然。本文描述的控制方法的各个方面可以在计算机程序中实现，或者在硬件中实现，或者在上述的任意组合中实现。计算机程序包括软件、中间件、固件、及上述的任意组合。这些程序可以作为信号或网络消息提供，并且可以记录在计算机可读介质上，例如，可以非暂时性形式存储计算机程序的有形的计算机可读介质。硬件包括计算机、手持设备、可编程处理器、通用处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、以及逻辑门阵列。例如，本文描述的任何控制器可以由任何控制设备提供，例如，配置有计算机程序产品的通用处理器，该计算机程序产品用于对处理器进行编程以根据本文描述的任何一种方法继续宁操作。此外，控制器的功能可以由专用集成电路(ASIC)、或由现场可编程门阵列(FPGA)、或由逻辑门的配置、或由任何其他控制设备提供。
在一些示例中，一个或多个存储器元件可以存储用于实现本文描述的操作的数据和/或程序指令。本公开的实施例提供了有形的、非暂时性的存储介质，该存储介质包括程序指令，该程序指令可操作用于对处理器进行编程，以执行本文所述和/或要求保护的方法中的任何一种或多种方法，和/或提供本文所述和/或要求保护的数据处理装置。
在本公开的上下文中，本公开的其他示例和变化对于技术人员来说将是显而易见的。

Claims (25)

1.一种分体式循环内燃发动机，包括：
压缩气缸，所述压缩气缸容纳压缩活塞，所述压缩活塞用于提供压缩的工作流体；
燃烧气缸，所述燃烧气缸容纳燃烧活塞，其中，所述燃烧气缸被连接到所述压缩气缸，以接收来自所述压缩气缸的压缩的工作流体，并且其中，所述燃烧气缸包括：(i)用于控制压缩的工作流体进入所述燃烧气缸的进气阀，以及(ii)用于控制流体从所述燃烧气缸排出的出气阀；以及
控制器，用于改变发动机循环期间所述进气阀和/或所述出气阀打开的位置，以在主动模式和发动机制动模式之间切换所述发动机的操作，其中，所述控制器用于控制以下中的至少一个：
在所述发动机制动模式下操作时，所述进气阀打开的位置比在所述主动模式下操作时更接近下止点(BDC)；以及
在所述发动机制动模式下操作时，所述出气阀打开的位置比在所述主动模式下操作时更接近上止点(TDC)。
2.根据权利要求1所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于在所述发动机制动模式下控制所述进气阀打开和/或关闭的位置，使得在所述燃烧活塞从所述燃烧活塞的BDC位置到所述燃烧活塞的TDC位置的大部分运动中，进一步在所述燃烧气缸中压缩工作流体。
3.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于在所述发动机制动模式下控制所述出气阀打开和/或关闭的位置，使得从所述燃烧气缸排出进一步压缩的流体。
4.根据权利要求3所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于在所述发动机制动模式下控制所述出气阀在所述TDC位置之前的位置打开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于在所述主动模式和所述发动机制动模式之间切换操作时，改变所述发动机循环期间所述进气阀和/或所述出气阀关闭的位置，可选地，其中，所述控制器用于在所述主动模式和所述发动机制动模式之间切换时，以相同量改变打开位置和关闭位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述发动机还包括燃料存储器，并且用于将用于燃烧的燃料喷射到所述燃烧气缸中；以及
其中，所述控制器用于控制燃料的喷射，使得在所述发动机制动模式下操作时不喷射燃料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于接收来自所述发动机的针对需求的需求信号；以及
其中，所述控制器用于基于所述需求信号控制所述发动机的操作处于所述主动模式或所述发动机制动模式。
8.根据权利要求7所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于基于所述需求信号控制所述进气阀和所述出气阀中的至少一个的打开位置和/或关闭位置，可选地，其中，所述发动机用于车辆，并且其中，所述需求信号包括以下指示中的至少一个：(i)需要车辆减速，以及(ii)不需要车辆进一步加速。
9.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述压缩气缸经由回热器连接到所述燃烧气缸；以及
其中，所述回热器用于在已经从所述燃烧气缸排出的流体和从所述压缩气缸流向所述燃烧气缸的压缩的工作流体之间提供热交换。
10.根据权利要求9所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述发动机包括回热器旁路通道。
11.根据权利要求10所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于接收指示所述回热器的温度的信号，并基于接收的所述信号控制所述回热器旁路通道的操作，可选地，其中，所述控制器用于根据接收的所述信号控制流过所述回热器的流体的比例，可选地，其中，所述控制器用于控制所述发动机的操作，使得在所述发动机制动模式下操作时，至少一些流体流过所述回热器旁路通道。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述回热器旁路通道包括以下中的至少一个：
高压旁路通道，所述高压旁路通道用于为从所述压缩气缸到所述燃烧气缸的压缩的流体提供避开所述回热器的流动路径；以及
低压旁路通道，所述低压旁路通道用于为从所述燃烧气缸排出的流体提供避开所述回热器的流动路径。
13.根据权利要求12所述的分体式循环内燃发动机，其中：
所述控制器用于在与所述回热器相关联的温度下降到阈值以下的情况下，控制所述发动机的操作，使得流体流过所述高压旁路通道；以及/或
所述控制器用于在与工作流体相关联的温度和/或压力超过阈值的情况下，控制所述发动机的操作，使得流体流过所述低压旁路通道。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于接收指示所述回热器的温度的信号，并基于接收的所述信号选择所述发动机循环期间所述出气阀关闭的位置，可选地，其中，所述控制器用于选择更接近BDC而不是TDC的位置，以提高所述回热器的所述温度。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于控制所述发动机的操作，使得所述回热器的温度超过阈值，可选地，其中，选择所述阈值以在所述回热器中提供催化事件。
16.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述发动机还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器具有：(i)用于由从所述燃烧气缸排出的流体驱动的涡轮，以及(ii)用于将额外的压缩的流体压入所述压缩气缸的压缩机。
17.根据权利要求16所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述发动机还包括涡轮旁路通道，所述涡轮旁路通道用于为从所述燃烧气缸排出的流体提供避开所述涡轮的流动路径；以及
其中，所述控制器用于控制所述涡轮旁路通道的操作，以提供提供给所述压缩气缸的选定量的压缩的工作流体。
18.根据权利要求17所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于控制所述发动机的操作，使得在所述发动机制动模式下操作时，至少一些流体流过所述涡轮旁路通道，可选地，其中，所述控制器用于控制流过所述涡轮旁路通道的流体的比例，以在每个发动机循环中提供选定量的发动机制动。
19.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述发动机还包括用于接收所述发动机压缩的气体的压缩气体存储单元。
20.根据权利要求19所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述压缩气体存储单元包括一个或多个存储单元，所述一个或多个存储单元用于接收已经在所述压缩气缸中被压缩的压缩的气体和/或已经在所述燃烧气缸中被进一步压缩的进一步压缩的气体。
21.根据权利要求19或20所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于在所述发动机制动模式下操作时，控制所述发动机的操作，以向压缩的气体存储器提供压缩的气体。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的分体式循环内燃发动机，其中，所述控制器用于控制所述压缩的气体存储器的操作，以从所述压缩的气体存储器选择性地释放气体以增加发动机输出，可选地，其中，所述控制器用于响应于从所述发动机制动模式切换到所述主动模式，控制所述压缩的气体存储器的操作，以从所述压缩的气体存储器释放气体以增加发动机输出。
23.根据前述权利要求中任一项所述的分体式循环内燃发动机，还包括一个或多个相变材料，所述相变材料用于在所述发动机制动模式下操作时存储来自所述发动机的过量能量。
24.一种操作分体式循环内燃发动机的方法，其中，所述分体式循环内燃发动机包括：
压缩气缸，所述压缩气缸容纳压缩活塞，所述压缩活塞用于提供压缩的工作流体；以及
(ii)燃烧气缸，所述燃烧气缸容纳燃烧活塞，其中，所述燃烧气缸被连接到所述压缩气缸，以接收来自所述压缩气缸的压缩的工作流体，并且其中，所述燃烧气缸包括：(i)用于控制压缩的工作流体进入所述燃烧气缸的进气阀，以及(ii)用于控制流体从所述燃烧气缸排出的出气阀；
其中，所述方法包括改变发动机循环期间所述进气阀和/或所述出气阀打开的位置，以在主动模式和发动机制动模式之间切换所述发动机的操作，并控制以下中的至少一个：
在所述发动机制动模式下操作时，所述进气阀打开的位置比在所述主动模式下操作时更接近下止点(BDC)；以及
在所述发动机制动模式下操作时，所述出气阀打开的位置比在所述主动模式下操作时更接近上止点(TDC)。
25.一种计算机程序产品，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令用于对处理器进行编程以控制分体式循环内燃发动机的操作，从而执行根据权利要求24所述的方法。
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