数字化内燃机和其控制方法技术

本公开提供了数字内燃机和其控制方法，它能够提高车辆的燃油效率和减少车辆的污染物排放，同时还能保持传统内燃机的可靠性和相对较低的制造成本。数字内燃机包括多个燃烧室。每个燃烧室都被设置为能在非燃烧模式和燃烧模式之间切换。燃烧室在非燃烧模式工作时没有燃料输入。燃烧室工作在燃烧模式工作时，有燃料输入，此燃料是恒定、非零的空气燃料比的混合物。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及数字化内燃机和其控制方法。
技术介绍
本节的陈述只提供与本公开有关的背景资料，并不构成现有的技术。内燃机是一种被广泛应用，为汽车和其他车辆提供动力的装置。一般而言，内燃机将来自燃料的化学能转换成机械能以驱动车辆。典型的四冲程、火花塞点火的内燃机包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。在进气冲程中,空气燃料混合物进入燃烧室。然后，压缩冲程压缩空气燃料混合物造成燃烧室的温度和压力增高。接着，火花塞点燃空气燃料混合物而生成爆炸。在动力冲程中产生机械能以驱动车辆。最后，排气冲程从汽缸排出由燃烧产生的废气。空气燃料混合物的空气燃料比是影响内燃机工作的一个重要特性，在某种程度上，决定了发动机的输出功率和燃料经济性。具体而言，空气燃料比(AFR)是一定量的空气和一定量的燃料在燃烧室中混合燃烧的比例。在标准内燃机中，所有的燃烧室都工作以产生发动机的功率输出。内燃机以改变其空气与燃料的比率来增加或减少发动机的输出功率。一般情况下，发动机里的空气与燃料的比率变化在贫油混合物和富油混合物之间。贫油混合物中的空气量较高，而富油混合物中的空气量较低。贫油混合物的燃油经济性较好，但其输出功率较小。富油混合物能提供较多的动力输出，但它的燃料效率较差。相对于内燃机提供的能量，内燃机的体积较小而重量又较轻。此外，内燃机通常运行可靠而制造成本又低。但是，标准内燃机的缺点是它的低燃料效率和高污染排放。人们一直在寻找和开发内燃机的替代品以提高燃料效率和降低污染排放。例如，混合动力发动机结合了传统内燃机和电动机以产生动力来驱动车辆。混合式发动机比现行的内燃机有更高的燃料效率和更低的污染物排放。但是混合动力引擎功率输出通常较低，而它的生产成本和维修费用又比较昂贵，并在实际操作中有新的危险。事实上，内燃机还是有很大的改善余地来提高其燃料效率和降低废气排放。
技术实现思路
本公开提供的数字化内燃机和它的控制方法能够提高汽车的燃油效率和减少汽车的污染物排放，同时又保持传统内燃机的可靠性和相对较低的制造成本。根据本公开的一种形式，数字式内燃机包括有多个燃烧单元，例如第一燃烧单元和第二燃烧单元。而第一燃烧单元和第二燃烧单元又可分别拥有多个燃烧室。在第一燃烧单元和第二燃烧单元中的每个燃烧室的工作方式被设置能在不燃烧模式和燃烧模式之间切换。当燃烧室在不燃烧模式工作时，没有燃料进入燃烧室，火花塞也不点火。当燃烧室在燃烧模式工作时,所期望的空气燃料比例的混合物进入燃烧室，例如恒定的、非零比例的空气和燃料的混合物,然后火花塞点火。恒定的、非零比例的空气和燃料的混合物的气燃比例可以被设定为15.4：1。在一些实施方式中，发动机可以是旋转式发动机。在第一和第二燃烧单元中的燃烧室可被划分成若干个组群，比如第一组燃烧室、第二组燃烧室和第三组燃烧室。每组燃烧室可包括至少一个燃烧室位于第一燃烧单元和至少一个燃烧室位于第二燃烧单元。每组的燃烧室被设置在对称的位置上而形成其独特的布局。例如，任何给定的燃烧室组群可以包括布置在第一燃烧单元的燃烧室和设置在第二燃烧单元的相对应的燃烧室。这些燃烧室被几何对称布置，使得在一组燃烧室内的燃烧室总是对称的。在一组燃烧室内相关的燃烧室可以工作在同一循环相位上。例如，如果该组燃烧室里的第一燃烧室是处在进气循环周期时，该组燃烧室里所对应的燃烧室也是处在进气循环周期。在一组燃烧室内的燃烧室保持相同的内燃机循环步骤。具体来说在同一组中相关的燃烧室可以同时进气，同时输入燃料，同时点火，和同时燃烧。同一燃烧单元中同一组的燃烧室总被设置在相反的位置。例如，如果一个燃烧室是位于在燃烧单元的“顶部”，而同一组的第二燃烧室则位于此燃烧单元的“底部”。此相对设置有助于保持发动机的动态平衡。当要求增加发动机功率输出时，一些燃烧室组群可以从不燃烧模式切换到燃烧模式。具体来说，当电子控制单元所要求的发动机功率输出低于第一阈值时，第一组的燃烧室可以在燃烧模式运行，而第二组和第三组的燃烧室则在不燃烧模式工作。当电子控制单元要求的功率输出高于第一阈值,但低于第二阈值时，第一组和第二组的燃烧室可以在燃烧模式运行，而第三组的燃烧室则在不燃烧模式工作。当电子控制单元要求的功率输出高于第二阈值时，第一组、第二组和第三组的燃烧室都在燃烧模式工作。根据本公开的另一种形式，数字式内燃机可包括电子控制单元、第一组燃烧室、第二组燃烧室和第三组燃烧室。每组燃烧室都被设置能在非燃烧模式和燃烧模式之间切换，并且能独立工作于其他组燃烧室。在给定的时间内，在燃烧模式运行的燃烧室数目可以根据电子控制单元确定的发动机的功率输出要求而逐步改变。发动机可以是旋转发动机。燃烧室在非燃烧模式运操时，可以无燃料输入和无火花塞点火。燃烧室在燃烧模式运操时，可以输入由电子控制单元设定的固定比例但非零比的空气燃料混合物。在燃烧模式运行的固定比例但非零比的空气燃料混合物的空燃比可以是15.4:1。在燃烧模式运行的燃烧室组的数量可以根据发动机功率输出要求增加而增加。同样,在燃烧模式运行的燃烧室组的数量也可以根据发动机功率输出要求减少而减少。当发动机的输出功率的要求为零时，在燃烧模式运行下的燃烧室组的数量可以是零。在本公开的另一种形式中，数字内燃机可以由电子控制单元来控制。电子控制单元控制步骤为：接收用户输入信号，接收工作状况信号和接收发动机输出信号；在所接收到的信号基础上计算发动机功率输出要求，计算能满足发动机功率输出要求并在一恒定空气燃料比燃烧所需的燃烧室数量；而且提供有关信号给发动机来控制在燃烧模式运行所需的燃烧室数量。这些在恒定空气燃料比燃烧的燃烧室能刚好满足发动机功率输出要求。具体而言，发动机输入信号会控制燃料注入到这些燃烧室，并操控火花塞来点燃燃烧室中的燃料。此外，在燃烧模式运行的燃烧室可以运行在恒定的空气燃料比15.4:1状态下。用户输入信号可以是期望的车辆速度。控制内燃机的方法还包括选择相向设置在燃烧模式运行的恒定空气燃料比的燃烧室以保持发动机的动态平衡。此外，控制内燃机的方法可进一步包括在设定的时间间隔内、在闭路循环控制系统中重复控制步骤。用于控制内燃机的进一步步骤还可包括当要求发动机增加输出功率时，增加在燃烧模式运行的恒定空气燃料比的燃烧室数量。同样也包括当要求发动机减少输出功率时，减少在燃烧模式运行的恒定空气燃料比的燃烧室数。本文所述更广泛应用的领域是显而易见的。但是应当理解的是描述和具体实例仅供说明所用，而并非旨在限制本公开的范围。附图说明为了使本公开可以被更好地理解，现将参考附图，描述各种形式的示例，其中：图1是说明根据本公开的一种形式的数字化内燃机的示意图；图2描述了标准内燃机在其空气燃料比工作区域内的输出功率和燃料效率的变化；图3描述了标准内燃机在其空气燃料比工作区域内的主要废气排放变化；图4描述了根据本公开的一种形式的数字化内燃机在其空气燃料比工作区域内的输出功率和燃料效率；图5描述了根据本公开的一种形式的数字化内燃机在其空气燃料比工作区域内的主要废气排放；图6是根据本公开的一种形式的具有单一单元的数字化内燃机的燃烧室工作示意图；图7是根据本公开的一种形式的具有多单元的数字化内燃机的燃烧室工作示意图；和图8是根据本专利技术公开的一种形式的方框图，示出了用于数字内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字内燃发动机，包括：第一燃烧单元，具有第一燃烧室群；第二燃烧单元，具有第二燃烧室群；第一和第二燃烧室群的每个燃烧室被设置为能在不燃烧模式和燃烧模式之间进行切换和运行；和其中，当燃烧室在燃烧模式运行时，进入燃烧室的燃料的空气与燃料比例是恒定而非零的。

【技术特征摘要】
2015.09.04 US 14/846,0851.一种数字内燃发动机，包括：第一燃烧单元，具有第一燃烧室群；第二燃烧单元，具有第二燃烧室群；第一和第二燃烧室群的每个燃烧室被设置为能在不燃烧模式和燃烧模式之间进行切换和运行；和其中，当燃烧室在燃烧模式运行时，进入燃烧室的燃料的空气与燃料比例是恒定而非零的。2.如权利要求1所述的数字内燃发动机，进一步包括：第一组燃烧室、第二组燃烧室和第三组燃烧室，其中，每组燃烧室包括第一燃烧单元的第一燃烧室群中的至少一个第一燃烧室和第二燃烧单元的第二燃烧室群中的至少一个第二燃烧室，这二个燃烧室是对称布置，以保持发动机的动态平衡。3.如权利要求2所述的数字内燃发动机，其中，当电子控制装置发出的功率输出要求低于第一阈值时，该发动机的第一组燃烧室工作在燃烧模式，而第二组燃烧室和第三组燃烧室工作在不燃烧模式。4.如权利要求3所述的数字内燃发动机，其中，当电子控制单元发出的功率输出要求高于第一阈值但低于第二阈值时，第一组燃烧室和第二组燃烧室工作在燃烧模式，而第三组燃烧室则工作在不燃烧模式。5.如权利要求4所述的数字内燃发动机，其中，当电子控制单元发出的功率输出要求高于第二阈值时，第一组燃烧室、第二组燃烧室和第三组燃烧室都工作在燃烧模式。6.如权利要求1所述的数字内燃发动机，其中，在燃烧模式工作时，恒定而非零的空气燃料比为15.4：1。7.如权利要求1所述的数字内燃发动机，其中该发动机是旋转式发动机。8.一种数字内燃发动机，包括：电子控制单元；第一组燃烧室、第二组燃烧室和第三组燃烧室；每组燃烧室都被设置为能在不燃烧模式和燃烧模式之间切换，并且能够进行独立于其它组群燃烧室的单独运行；其中工作在燃烧模式的燃烧室组群的数目可以根据电子控制单元发出的发动机功率输出要求而逐步变化。9.如权利要求8所述的数字内燃发动机，其中该发动机是旋转式发动机。10.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙莎，
申请(专利权)人：沙莎，
类型：发明
国别省市：美国;US