分置循环发动机制造技术

分体循环内燃发动机，其包括容纳压缩活塞的压缩气缸；和容纳燃烧活塞的燃烧气缸；压缩气缸和燃烧气缸之间的跨接通道，其被布置为向燃烧气缸提供工作流体；控制器，其被布置为基于所接收的燃烧气缸中燃烧峰值温度的指示来确定燃烧气缸中燃烧峰值温度；冷却剂系统，其被配置为调节供应到燃烧气缸的工作流体的温度；其中，响应于确定燃烧峰值温度超过选定的阈值，控制器被配置为控制冷却剂系统以调节供应到燃烧气缸的工作流体的温度，使得燃烧气缸中的燃烧峰值温度小于所选的阈值。

Split cycle engine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分置循环发动机
本专利技术涉及分置循环内燃发动机(SplitCycleInternalCombustionEngine)及其操作方法。
技术介绍
常规的内燃发动机基于奥托和迪塞尔循环运行。这种循环与效率(进而性能)的提高以及NOx、颗粒物和二氧化碳排放的生成之间的基本的紧密关系相关联。随着对大气污染和全球变暖的担忧日益增加，有关此类排放的现代法规也越来越严格。从对这种发动机循环的回顾，可以看出，循环效率的提高导致温度升高，这反过来又导致对于该效率的NOx形成的增加以及对材料性能限制。为了减轻NOx的形成，已经提出有必要以排气的后处理的形式引入额外的设备复杂性。对于奥托循环和迪塞尔循环两者，效率基于压缩结束时的压强。迪塞尔循环效率还取决于燃烧速率，因为转速和燃烧速率影响燃烧开始和结束之间的体积比。提高现代发动机的效率因此也受到实际材料的限制。这是因为与发动机相关联的峰值温度和压强可能会达到很高的水平。NOx化合物的形成发生在空气燃料混合物的温度升高到2100K以上的区域。例如，这可能发生在局部的“热点”上，或者可能发生在更大的范围内，例如遍及整个发动机气缸。NOx化合物与人类呼吸系统健康问题相关，因此，此类化合物的生产以及这些化合物向大气中的排放会构成重大的健康风险。而且，这些化合物的形成是吸热的，因此对于将化学能最大化转化为功而言，它们固有地无用。英国专利申请No.1622114.5、1706792.7和1709012.7公开了一种分置循环内燃发动机(SplitCycleInternalCombustionEngine)，其使用冷却剂喷射器用于低温流体(已经通过制冷过程冷凝成其液相的流体)。
技术实现思路
本专利技术的各方面如独立权利要求所述，而可选特征则如各从属权利要求所述。本专利技术的各方面可以被彼此结合地提供，并且一个方面的特征可以应用于其他方面。附图说明现在将参考附图仅以举例的方式描述本公开的各方面，其中：图1示出了示例性的分置循环内燃发动机装置的示意图。图2示出了示例性的分置循环内燃发动机装置的示意图。图3示出了用于示例性的分置循环内燃发动机运作的温度-熵线图。图4示出了图3的温度-熵线图，并在曲线图上示出了恒定压强线。图5示出了曲线图，该曲线图示出了基于当量比、起始温度和结束温度的示例性使用分置循环内燃发动机的场景。图6示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。图7示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。图8示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。图9示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。图10示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。图11示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。图12示出了流程图，该流程图示出了分置循环内燃发动机的示例性运作方法。具体实施方式在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为控制冷却剂系统，使得燃烧气缸中的燃烧峰值温度低于选定的阈值。控制器可以控制燃烧峰值温度，以抑制燃烧过程中NOX和颗粒的生成，这具有明显的环境效益，因为这些化学物质是已知损害人类健康的。在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为控制进气阀的打开和关闭，以控制进入燃烧气缸的工作流体的流动。控制器可以控制进气阀在选定的时间打开和关闭来控制燃烧峰值温度，以抑制燃烧过程中NOX和颗粒的生成，这具有明显的环境效益，因为这些化学物质是已知损害人类健康的。在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为基于接收的发动机工况指示来控制反应性调节器以调节燃料的反应性。当燃料反应性低时，控制器可以控制反应性调节器以增加燃料的反应性。这能够提高效率，因为可以实现更大比例的燃料的燃料燃烧。在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为控制燃料喷射器喷射燃料进入燃烧气缸的喷射定时。控制器可以控制喷射器的定时以控制燃烧气缸中燃烧的峰值温度。这可以使控制器能够抑制燃烧过程中生成的NOx和颗粒，因为可以实现较低的峰值温度。这具有明显的环境效益，因为这些化学物质是已知损害人类健康的。在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为基于对燃烧峰值温度的估算而控制冷却剂系统，由此保持燃烧峰值温度在选定范围内。这可以使控制器能够防止发动机在足够高的温度的运转下的燃烧过程中释放NOx和颗粒物，并且其可以防止发动机运转在足够低的温度下导致发动机性能受到影响。在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为控制冷却剂系统，使得在跨接通道中的工作流体会以大于速度阈值的速度流入燃烧气缸。这能够在燃烧之前使燃料与工作流体更好地混合。这可能会降低燃料的浓稠度，从而提供更稀薄的空气-燃料混合物，从而使燃料完全燃烧并抑制例如烟灰的微粒的生成。它也可以减少任何在更高峰值温度发生燃烧的“热点”的出现，该“热点”产生NOx或其它不期望的污染物。在一个示例中，公开了一种分置循环内燃发动机，其包括控制器，该控制器被配置为控制一个由通往燃烧气缸的进气阀限定的横截面区域，使得工作流体会以大于速度阈值的速度流入燃烧气缸。这可以在燃烧之前使燃料与工作流体更好地混合。这可以减少燃料的浓稠度并减少任何产生NOx或颗粒“热点”出现。图1示出了分置循环内燃发动机100的第一示例，其被布置为控制燃烧峰值温度使得其低于选定的阈值。发动机100被布置为向控制器60提供燃烧峰值温度的指示，控制器60基于该指示确定燃烧峰值温度。基于确定的燃烧峰值温度，控制器60控制冷却剂系统以调节供应至发动机100的燃烧气缸20的工作流体的温度。特别地，冷却剂系统可以被布置为控制该温度，使得发动机100的压缩气缸10和燃烧气缸20之间的跨接通道30中的工作流体足够冷，使得当在燃烧气缸20中使用该工作流体时，作为燃烧过程的一部分，燃烧峰值温度不超过选定的阈值。控制器60可以基于反馈回路进行操作，该反馈回路控制冷却剂系统的运作，从而可以将要供应给燃烧气缸20的工作流体的温度控制在选定范围内。这可以使得能够控制燃烧峰值温度，从而可以抑制例如NOx化合物的产生。反馈回路还可以基于冷却阈值，其中响应于控制器确定的燃烧峰值温度低于冷却阈值，控制器控制冷却剂系统以调节工作流体的温度，从而使冷却剂的燃烧峰值温度超过冷却阈值。这可以使控制器能够控制发动机在选定的峰值温度范围内运行。如图所示，图1示出了分置循环内燃发动机100装置，其包括压缩气缸10和燃烧气缸20。压缩气缸10容纳压缩活塞12，该压缩活塞12通过连杆52连接到在曲轴70的一部分上的相应的曲柄。燃烧气缸20容纳燃烧活塞22，该燃烧活塞22通过连杆54连接到在曲轴70的一部分上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分置循环内燃发动机，包括：/n压缩气缸，其容纳压缩活塞；/n燃烧气缸，其容纳燃烧活塞；/n所述压缩气缸和所述燃烧气缸之间的跨接通道，其被布置为向所述燃烧气缸供应工作流体；/n控制器，其被布置为基于接收的所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度的指示来确定所述燃烧气缸中燃烧峰值温度；以及/n冷却剂系统，其被布置为调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度；/n其中，响应于确定所述燃烧峰值温度超过选定的阈值，所述控制器被配置为控制所述冷却剂系统以调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度，使得所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度小于所述选定的阈值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170727 GB 1712120.31.一种分置循环内燃发动机，包括：
压缩气缸，其容纳压缩活塞；
燃烧气缸，其容纳燃烧活塞；
所述压缩气缸和所述燃烧气缸之间的跨接通道，其被布置为向所述燃烧气缸供应工作流体；
控制器，其被布置为基于接收的所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度的指示来确定所述燃烧气缸中燃烧峰值温度；以及
冷却剂系统，其被布置为调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度；
其中，响应于确定所述燃烧峰值温度超过选定的阈值，所述控制器被配置为控制所述冷却剂系统以调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度，使得所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度小于所述选定的阈值。


2.根据权利要求1所述的分置循环内燃发动机，其中，调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度包括冷却所述压缩气缸和所述跨接通道中的至少一个中的工作流体。


3.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度，使得所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度小于所述选定的阈值，包括调节在所述跨接通道中的所述工作流体的进气温度，使得其小于进气阈值。


4.根据权利要求3所述的分置循环内燃发动机，其中，基于所述选定的阈值选择所述进气阈值，使得所述进气阈值小于所述选定的阈值。


5.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述冷却剂系统包括冷却剂喷射器，其用于将冷却剂喷射到所述压缩气缸和所述跨接通道中的至少一个中。


6.根据权利要求5所述的分置循环内燃发动机，其中，调节供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度包括将冷却剂喷射到所述压缩气缸和所述跨接通道中的至少一个中。


7.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述发动机包括排气传感器，其用于提供所述燃烧气缸的排气出口中的温度的指示，并且其中，所接收的峰值温度的指示基于来自所述排气传感器的信号。


8.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述发动机包括供应传感器，其用于提供供应给所述燃烧气缸的工作流体的温度的指示，并且其中，所接收的峰值温度的指示基于从所述供应传感器接收到的信号。


9.根据权利要求8所述的分置循环内燃发动机，其中，所述供应传感器包括所述跨接通道中的传感器。


10.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，确定所述燃烧气缸中的所述燃烧峰值温度包括，基于与所述发动机相关联的至少一个参数和从传感器接收的至少一个信号，以识别所述燃烧峰值温度的估值。


11.根据权利要求10所述的分置循环内燃发动机，其中，所述至少一个参数包括下述中的至少一个：(i)对所述发动机的需求，(ii)指示所述发动机已经运行的持续时间的计时器，以及(iii)所述发动机的温度。


12.根据权利要求10和11中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述控制器被配置为基于与所述至少一个参数相关联的发动机先前的燃烧峰值温度数据而确定所述燃烧峰值温度。


13.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，调节所述工作流体的温度包括：
响应于确定所述燃烧峰值温度超过所述选定的阈值，控制所述冷却剂系统以增加供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的冷却。


14.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，调节所述工作流体的温度包括：
响应于确定所述燃烧峰值温度低于小于所述选定的阈值的冷却阈值，控制所述冷却系统以减少供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的冷却。


15.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述选定的阈值的温度被选择以抑制NOx和/或微粒的生成。


16.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述选定的阈值小于NOx生成的点，该点通常为2100开尔文。


17.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述控制器被配置为接收以下的至少一个的指示：(i)供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的压强，(ii)供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度，(iii)与进气阀的打开和关闭相关联的定时，用以允许所述工作流体流入所述燃烧气缸，以及(iv)将燃料喷射到所述燃烧气缸中的定时，以及
其中，所述控制器被配置为基于所接收的指示来确定所述燃烧峰值温度。


18.根据上述任一项权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，所述控制器被配置为控制以下的至少一个：(i)供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的压强，(ii)供应到所述燃烧气缸的所述工作流体的温度，(iii)与进气阀的打开和关闭相关联的定时，以允许所述工作流体流入所述燃烧气缸，以及(iv)将燃料喷射到所述燃烧气缸中的定时，使得所述燃烧气缸中的所述燃烧峰值温度小于所述选定的阈值。


19.一种分置循环内燃发动机，包括：
压缩气缸，其容纳压缩活塞；
燃烧气缸，其容纳燃烧活塞；
所述压缩气缸和所述燃烧气缸之间的跨接通道，其被布置为向所述燃烧气缸供应工作流体；
进气阀，用于控制工作流体从所述跨接通道进入所述燃烧气缸的流量，其中，所述进气阀可操作以：(i)在所述活塞的循环期间在第一位置从关闭状态运动到打开状态，以及(ii)在所述活塞的循环期间在第二位置的所述关闭状态运动到所述打开状态；以及
控制器，其被布置为基于接收的所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度的指示来确定所述燃烧气缸中燃烧峰值温度；
其中，所述控制器被配置为基于所确定的燃烧峰值温度来选择第一和第二位置，使得所述燃烧气缸中的燃烧峰值温度小于选定的阈值。


20.根据权利要求19所述的分置循环内燃发动机，其中，选择所述第一位置包括：
响应于确定所述燃烧气缸中的所述燃烧峰值温度超过所述选定的阈值，在所述活塞的循环期间中的较晚的位置控制所述进气阀从所述关闭状态运动到所述打开状态。


21.根据权利要求19或20任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，选择所述第一位置包括：
响应于确定所述燃烧气缸中的所述燃烧峰值温度低于冷却阈值，在所述活塞的循环期间中的较早的位置控制所述进气阀从所述关闭状态运动到所述打开状态。


22.根据权利要求20，或者上述任一权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，选择所述第二位置包括：
响应于所述进气阀在较晚位置打开，在所述活塞的循环期间中的较晚的位置控制所述进气阀从所述打开状态到所述关闭状态。


23.根据权利要求21，或者上述任一权利要求所述的分置循环内燃发动机，其中，选择所述第二位置包括：
响应于所述进气阀在较早位置打开，在所述活塞的循环期间中的较早的位置控制所述进气阀从所述打开状态到所述关闭状态。


24.根据权利要求19至23中的任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述发动机包括排气传感器，其用于提供所述燃烧气缸的排气出口中的温度的指示，并且其中，所接收的峰值温度的指示基于接收的来自所述排气传感器的信号。


25.根据权利要求19至24中的任一项所述的分置循环内燃发动机机，其中，所述发动机包括供应传感器，其用于提供供应给所述燃烧气缸的工作流体的温度的指示，并且其中，接收的峰值温度的指示基于从所述供应传感器接收到的信号。


26.根据权利要求25所述的分置循环内燃发动机，其中，所述供应传感器包括所述跨接通道中的传感器。


27.根据权利要求19至26中的任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，确定所述燃烧气缸中的所述燃烧峰值温度包括，基于与所述发动机相关联的至少一个参数和从传感器接收的至少一个信号，识别所述燃烧峰值温度的估值。


28.根据权利要求27所述的分置循环内燃发动机，其中，所述至少一个参数包括下述中的至少一个：(i)对所述发动机的需求，(ii)指示所述发动机已经运行的持续时间的计时器，以及(iii)所述发动机的温度。


29.根据权利要求19至28中的任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述选定的阈值的温度被选择以抑制NOx和/或微粒的生成。


30.根据权利要求19至29中的任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述选定的阈值小于NOx生成的点，其通常为2100开尔文。


31.一种分置循环内燃发动机，包括：
压缩气缸，其容纳压缩活塞；
燃烧气缸，其容纳燃烧活塞；
所述压缩气缸和所述燃烧气缸之间的跨接通道，其被布置为向所述燃烧气缸提供工作流体；
反应性调节器，其可操作以调节在所述燃烧过程中使用的燃料的反应性；以及
控制器，其被布置为接收以下至少一个的指示：(i)所述工作流体的压强，(ⅱ)所述工作流体的温度，(ⅲ)燃烧生成的NOx，以及(iv)所述燃烧气缸中的发动机爆震的程度；
其中，所述控制器被配置为基于所接收的指示来操作所述反应性调节器以调节燃料的反应性。


32.根据权利要求31所述的分置循环内燃发动机，其中，所述控制器被配置为基于所接收的指示来确定与所述燃料相关联的点火参数。


33.根据权利要求32所述的分置循环内燃发动机，其中，调节所述燃料的反应性包括：响应于确定所述点火参数低于点火阈值，操作所述反应性调节器以增加所述燃料的反应性。


34.根据权利要求32或33所述的分置循环内燃发动机，其中，调节所述燃料的反应性包括：响应于确定所述点火参数大于过反应性阈值，操作所述反应性调节器以减少所述燃料的反应性。


35.根据权利要求32至34中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述点火参数包括所述燃料在所述燃烧气缸中点火的能力的指示。


36.根据权利要求32至35中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述点火参数是基于要使用于燃烧的所述燃料而确定的。


37.根据权利要求32至36中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述点火参数包括以下至少一个：(i)所述燃料是否会在所述燃烧气缸中点火，以及(ii)预期在所述燃烧气缸中点火的所述燃料的比例。


38.根据权利要求31至37中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述反应性调节器可操作以增加所述燃料的所述点火能力。


39.根据权利要求31至38中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述反应性调节器可操作以调节供应至所述燃烧气缸的所述燃料和/或工作流体的至少一个化学或者物理性质以增加所述燃料的所述点火能力。


40.根据权利要求31至39中任一项所述的分流循环内燃发动机，其中，所述反应性调节器可操作以引导电磁辐射至所述燃料由此为所述燃料提供额外的点火源。


41.根据权利要求31至40中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述反应性调节器可操作以喷射氧化剂进入所述燃烧气缸以增加所述燃料的所述点火能力。


42.根据权利要求31至41中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述反应性调节器可操作以提供分层燃烧过程，其被配置为增加所述燃料的所述点火能力。


43.根据权利要求31至42中任一项所述的分置循环内燃发动机，其中，所述反应性调节器提供自由基和臭氧的至少一个的源以增加所述燃料的所述点火能力。


44.一种分置循环内燃发动机，包括：
压缩气缸，其容纳压缩活塞；
燃烧气缸，其容纳燃烧活塞；
所述压缩气缸和...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·奥斯本，肯·彭德尔伯里，马修·凯南，安德鲁·阿特金斯，安德鲁·沃德，罗伯特·摩根，
申请(专利权)人：里卡多英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB