专利摘要

一种用于空气混合动力汽车的发动机，包括：至少一个汽缸，该气缸具有活塞(20)，限定可变体积工作室(10)和进气门(12、14)和排气门(16)，控制空气流入和流出该工作室。该汽缸可在至少两种模式的任意一种模式下操作，在第一模式中，能量是通过在所述工作室内燃烧燃料而产生，而在第二模式中，汽缸运行使压缩空气被吸入所述工作室(10)并将该压缩空气存储在空气罐(36)内。该发动机还包括止回阀(32)，在进气口中，导向汽缸的进气门(12)，以致在进气门(12)与止回阀(32)之间的进气口处限定副燃烧室(30)。通道(24)将副燃烧室(30)连接到空气罐(36)，并包括气门(34)，用于控制在副燃烧室(30)和空气罐(36)之间的压缩空气的流动。在本发明中，提供了阻塞件(40)，当发动机在第二模式下操作时，它可操作地防止进气门(12)的完全关闭，因而通过活塞(20)的运动使空气在工作室(10)内压缩，该压缩空气通过开启的进气门(12)被吸入副燃烧室(30)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空气混合动力汽车的内燃机，在该发动机中，通过采用压缩空气能量获得再生制动，并涉及包括这样一种发动机的汽车。

背景技术

众所周知，再生混合动力汽车能获得显著的燃料消耗降低(因而减少CO2排放)，通过在汽车减速或制动过程中恢复一些汽车动能，并将恢复的动能转变为另一种形式的能量，该能量可被存储用于将来使用。一个例子是在电动混合动力汽车中，制动能量被转变为电能并存储在电池中。另一个例子是在惯性混合动力汽车中，制动能量被转变为惯性能量并存储在旋转飞轮中。又一个例子是在气动混合动力汽车中，制动能量被转变为气动能量并存储在压缩空气罐中。该压缩的空气可被用于供能给汽车，如果该发动机可以空气马达模式来操作，或者当燃料燃烧时通过以类似于增压器的模式增加吸入歧管压力来改善该发动机的性能。在后面的例子中，如果该发动机是涡轮增压的，压缩空气也可被用于补偿涡轮滞后。

本申请人的早期欧洲专利EP 1 747 351揭示了一种操作内燃机的方法，该内燃机具有：带有往复式活塞的发动机汽缸；第一和第二进气口，用于使空气从周围环境进入发动机汽缸；第一和第二进气门，每个气门都布置在相应的一个进气口与发动机汽缸之间；止回阀，安置在第二进气口中，与第二进气门相隔一段距离并定向成只允许气体向发动机气缸流动；以及可变气门驱动系统，用于控制至少第二进气门的开启和关闭。该发动机具有一种操作模式，在该模式中，第二进气门被开启和关闭，同时汽缸与环境空气完全隔离，以允许气体在汽缸和副燃烧室之间传输，由位于第二进气门与止回阀之间的第二进气口的部分临时限定该副燃烧室。当第二进气门开启时，在该副燃烧室内的压力是大于周围环境空气供给的压力，以致没有气体经过止回阀泄漏。

上述专利可确信为构成本发明的最接近的现有技术，需要有两种进气口以及(更重要地)可变气门致动系统，它们使结构复杂并增加了制造成本。

发明目的

因此，本发明寻求提供一种在EP 1 747 351中所述的发动机的改良，使得以更简单和更有效、成本更经济的方式来实施空气压缩模式的操作。

发明内容

根据本发明所述，提供了一种用于混合动力汽车的发动机，该发动机包括：至少一个汽缸，该气缸具有活塞，限定可变体积的工作室；以及进气门和排气门，控制空气流入和流出该工作室，其中，所述汽缸是在至少两个模式的任意一个模式下可操作的，在第一模式中，能量是通过在所述工作室内燃烧燃料而产生，而在第二模式中，汽缸运行使压缩空气被吸入所述工作室并将该压缩空气存储在空气罐内；所述发动机还包括：止回阀，在进气口中，导向汽缸的进气门，以致在进气门与止回阀之间的进气口处限定副燃烧室；通道，将所述副燃烧室连接到空气罐；以及气门，用于控制在副燃烧室和空气罐之间的压缩空气的流动，其特征在于：提供了阻塞件，当所述发动机在第二模式下操作时，该阻塞件可操作地防止所述进气门的完全关闭，因而通过活塞的运动使空气在工作室内压缩，该压缩空气通过开启的进气门被吸入所述副燃烧室。

虽然在本发明中的阻塞件严格上仅需要使进气门在压缩期间保持开启，但在本发明的优选实施例中，该阻塞件是邻接件，当发动机是在第二模式下操作时，阻塞件在贯穿发动机的循环周期中保持固定。与可变气门正时系统不同，该阻塞件的移动不需要与机轴的旋转同步进行，当它在适当的位置时它不消耗能量。该阻塞件可作用在以下部件上：凸轮随动件、致动摇杆或气门机构的另一组件，只要确保即使当凸轮随动件对齐凸轮的基圆时，在发动机的汽缸的正常操作期间开启和关闭该进气门，该气门不会相对于它的阀座完全关闭。如果当活塞处于顶死点时，对于该气门有足够的空隙，该气门可保持随时完全开启，但除了该阻塞件之外，在避免与活塞碰撞的位置确保该气门保持部分打开。

如果所述发动机的每个汽缸具有两个进气口，只有一个进气口需要用作压缩器室，但如果每个汽缸只有一个进气口，没有任何理由需要将该进气口既用作进气口又用作压缩器室。

在所述发动机的每个汽缸具有两个进气口且其中一个进气口用作压缩器室的情况下，可附加提供一个节流阀，在止回阀的上游并与止回阀成系列。该节流阀在压缩器模式期间可以是关闭的，以致减少在该止回阀上的差动气体负荷。

在发动机制动期间，该发动机被这样操作：无限制的空气流到进气口，燃料供应关闭，阻塞激活，以致在发动机压缩期间产生的压缩空气被迫通过进气门的未关闭的间隙进入副燃烧室，然后流到压缩空气储存罐。

在发动机驱动期间，该发动机被这样操作：撤消阻塞，因而不会以任何方式与进气门相互作用。如果想要的话，来自压缩空气储存罐的压缩空气可被传递进入发动机的进气岐管，以致该压缩空气被用于发动该发动机和/或支持在该发动机内的燃烧。

在阻塞/启动操作期间，所述发动机可被短时关掉，然后采用来自压缩空气储存罐的压缩空气重新启动。

在上述阻塞/启动操作中，所述发动机自身可被设计为在第三种模式下操作，用作空气驱动马达。然而，可选地，该发动机可被重新启动，通过将来自压缩空气储存罐的压缩空气传递到分离的压缩空气驱动的启动马达，临时与该发动机接合，用于启动该发动机。

一种用于保持气门部分打开的阻塞件已被用于发动机中，用于重型汽车，能产生非常高的发动机制动。在这样的现有技术的发动机中，该阻塞件作用在发动机的排气门上，使该气门用作节流孔，该节流孔通过排气系统连接到周围环境空气。在压缩期间，空气是穿过该节流孔被泵出汽缸外，导致能量损失，而在膨胀期间，吸入的空气通过该节流孔返回周围环境空气，也会进一步发生能量损失。在这种情况下，制动能量被简单地消耗为热能，而不会被存储用于后续的再生利用。

优选地，在空气罐和发动机进气岐管之间可提供一个气门，设于从周围环境空气到进气岐管的入口处。在这种方式下，当来自空气储存罐的压缩空气被传送进入该进气岐管用于再生用途，该气门被关闭以阻止在所述进气岐管内的任何增压空气通过该入口泄漏到周围环境空气中。这个气门可以是一个止回阀或者一个节流阀。

为减少在涡轮增压发动机中的涡轮滞后，可提供压力调节器，用于将预设的增压空气压力从所述空气罐传递进入所述发动机的进气岐管。

附图简要说明

本发明将在这里通过实施例结合附图的方式来进一步说明，其中单独的附图显示了本发明所述的发动机制动和压缩空气储存循环。

优选实施方式详述

在附图中，以虚线画出的框内所示的图表显示了一个发动机汽缸经历发动机制动周期的四个冲程的各个剖视图。这些冲程以罗马数字标记，表示为进气冲程I，压缩冲程II，做功冲程III和排气冲程IV。

在所有图中显示的汽缸具有燃烧室10和活塞20，以常规方式连接到机轴(未示出)。空气通过进气门12和14被导入燃烧室，并通过排气门16放出。在框内的顶部的四个图显示了两个进气门12和14，而底下的图显示了在排气冲程IV过程中的进气门14和排气门16。

导向进气门12的进气口包含一个止回阀32和一个小的副燃烧室30，该副燃烧室30被限定在进气门12与止回阀32的阀座之间。由控制气门34(它可以是另一个止回阀)控制的一个通道24从该副燃烧室30引导至空气储存罐36。该储存罐36是依次经由包括气门38(它可以是一个压力调节阀)的通道28连接到进气歧管50。如处于虚线框之外的图所示，该进气歧管50连接到所有的进气口。在该进气歧管50的入口处还提供一个止回阀52，以防止增压空气从歧管50流出到周围环境空气中。

如果作为一个燃料燃烧发动机来操作，未在本附图中显示在四冲程期间完全的和传统的气门操作。特别地，在进气冲程I期间，这两个进气门12和14是打开的，而排气门16是关闭的，以便引导新鲜空气和燃料充入发动机。在压缩冲程II中，所有气门都是关闭的，充入的物质被压缩。在压缩冲程的末段，开始燃烧，而这些气门保持关闭，以致温度增高，压力迫使活塞在做功冲程III期间向下运动。最后，在排气冲程IV的过程中，排气门16打开，排出燃烧后的气体。

为了作为一个空气压缩器来操作，这些气门由同样的凸轮连续操作，并尝试以同样的方式打开和关闭，正如它们在正常的发动机操作期间如上所述的那样。然而，控制系统影响特定的改变，只要在发动机作为压缩器来操作时，这些改变是保持的。这些改变是：加燃料是不连续的，阻塞件40被移动进入一个活塞，在该活塞内阻止进气门12完全关闭。

如前所述，用于阻止气门关闭的阻塞件是已知的，能被用于影响压缩制动。例如，在推杆式发动机中，该阻塞件可以作用在一个气门上，该气门操作摇杆，以保持该气门稍微打开，即使凸轮随动件是在该凸轮的基圆上。在顶置凸轮轴发动机中，该阻塞件可直接突起进入安装在该气门的末端上的凸轮随动件的轨道内。在本发明中，这样一个阻塞件是用于至少在压缩冲程II过程中阻止进气门12完全关闭，只要该发动机需要以压缩器模式来进行操作。

再参考附图，在冲程I中，进气门12和14是由凸轮轴(未示出)正常开启和关闭的，而活塞20是向下移动的，以致新鲜空气通过打开的进气门12和14被吸入燃烧室10内。止回阀32将在气体流向发动机的方向上开启。

在冲程II中，进气门14是以正常方式完全关闭的，但进气门12是由阻塞件40阻止完全关闭的。在优选实施例中，该阻塞件40是液压地操作，以便在进气门12到达它的阀座之前，阻止该气门的运动，因而保持该气门12部分打开。

阻塞件40在发动机循环的后期保持在阻塞位置，且对于许多发动机循环，直至它被解除作用。在该发动机循环的进气冲程期间，发动机的凸轮轴仍正常地开启和关闭进气门12，但进气门12仅移向或离开由阻塞件40而不是进气门的阀座所设的位置。

在冲程II期间，活塞20向上移动，以有效的压缩率将完全充入的进入空气压缩向TDC(顶死点)，该压缩率几乎与发动机的几何压缩率相同。这是因为：仅一小部分空气会通过部分打开的进气门12发生泄漏。在这个方面，应该牢记的是，在音速流动的情况下，任何试图穿过小间隙的流动都将被阻遏，最大程度的泄漏只会发生在压缩的顶部，当空气密度达到最高值时。流经该间隙的空气质量是该间隙的区域、穿过该间隙的空气运动速度和该空气的密度的产物。正如受限制的间隙区域和流速，仅当空气密度高时，任意物质的空气质量能从燃烧室中放出。这样，副燃烧室30的存在，对有效燃烧率产生一些效果，因为该副燃烧室30是与工作室10通过在进气门12的稍微打开的小间隙而实质上分离的。

需要与EP 1 747 351的压缩模式进行比较，在该压缩模式中，进气门12是宽开启的，而副燃烧室30是自由连接到工作室10，以致它的体积变成汽缸体积的整体部分。结果，有效压缩率是显著低于几何压缩率。例如，如果该副燃烧室30的体积与在汽缸的工作室10的余隙容积相同，则有效压缩率将仅是该发动机的几何压缩率的一半。

这样，比较在冲程II过程中产生的压缩扭矩，本发明将产生明显比在EP 1 747 351中更高的制动扭矩，因为在冲程II过程中存在更高的有效压缩率。

同时，在本发明的冲程II中，一些空气将穿过在进气门12的未关闭的间隙进入副燃烧室30，特别是当活塞20接近TDC(顶死点)时，压缩空气的密度将在压缩的顶部增加至最高值。接着，处于高压缩压力的空气将从副燃烧室30逸出，通过自密封单向气门34和通道24进入空气储存罐30。

在冲程III中，当活塞20向下运动在发动机凸轮轴上产生负扭矩时，在汽缸10中产生高真空。在冲程III过程中，小量空气可通过止回阀32被吸入副燃烧室30内，但这不会构成发动机制动循环的显著部分。

在冲程IV中，如在虚线框的右下角的图所示，排气门16是由凸轮轴正常地打开的，而汽缸内物质通过排气门16和排气管26被排出。

在附图的虚线框以外左下角的图显示了一个发动机汽缸的穿过进气门的截面视图，该进气门由进气歧管50供气，进气歧管50也供气给与该汽缸邻近的其他汽缸。该歧管止回阀52防护进气歧管50的入口，以致当来自空气储存罐的压缩空气被传送用于再生用途而进入在止回阀52(由分配阀38控制)后面的进气歧管50时，该止回阀52阻止任何压缩空气通过该进气歧管50的入口泄漏到周围环境空气中。

该分配阀38可以是一个压力调节阀，用于将预定的增压空气压力传送进入进气歧管50。这将提供即时的增压，并减少在涡轮增压发动机快速加速过程中通常会经历的涡轮滞后。

在阻塞/启动操作过程中，发动机可被关掉，而汽车处于阻塞状态，然后采用来自压缩空气储存罐36的压缩空气重新启动。该发动机可通过将压缩空气送入前述的发动机的进气歧管50而被重新启动。可选地，该发动机可通过将来自压缩空气储存罐的压缩空气传送到压缩空气驱动的启动马达而被重新启动，该压缩空气驱动的启动马达是临时接合发动机的飞轮齿圈，使发动机的曲柄转动。

本发明所述的发动机特别适合应用于带有再生制动的重型汽车，包括公共汽车和卡车。

用于空气混合动力汽车的发动机专利购买费用说明

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1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

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Q:专利著录项目变更费用如何缴交

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